PENGGURDIAN DAN OPERASI YANG TERKAIT

PENGGURDIAN DAN OPERASI YANG TERKAIT

Penggurdian adalah operasi pemesinan yang digunakan untuk membuat lubang bulat pada bendakerja. Penggurdian pada umumnya menggunakan perkakas berbentuk silinder yang memiliki dua tepi potong pada ujungnya.  Hantaran perkakas dilakukan dengan menekan gurdi yang berputar ke dalam bendakerja yang diam sehingga diperoleh lubang dengan diameter yang sesuai dengan diameter gurdi.

Penggurdian dengan Gurdi Puntir (Twist Drill)
Diantara berbagai macam perkakas pemotong untuk pembuatan lubang, sejauh ini gurdi puntir yang paling umum digunakan. Diameter gurdi berkisar antara 0,006 (0,15 mm) hingga 3,0 in. (7,5 mm). Geometri gurdi puntir yang standar ditunjukkan dalam gambar 9.9. Badan gurdi memiliki dua alur spiral. Sudut alur spiral disebut sudut heliks, yang besarnya sekitar 30o. Selama pengoperasiann, alur berfungsi sebagai jalan keluar ekstraksi serpihan dari lubang. Walaupun diperlukan alur yang lebar untuk memberikan kelonggaran maksimum keluarnya serpihan, tetapi badan gurdi harus mampu menahan beban sepanjang panjangnya. Oleh karena itu ketebalan antara kedua alur (disebut web) harus dibuat dengan ketebalan tertentu sehingga mampu menahan beban yang dialami.


Gambar 9.9  Geometri standar gurdi puntir

Pada ujung gurdi puntir terdapat mata potong. Sudut mata potong (point angle) besarnya sekitar 118o. Ujung mata potong pada umumnya berbentuk tepi pahat (chisel edge). Tepi pahat ini dihubungkan dengan dua tepi potong (cutting edge) yang mengarah pada alur. Bagian dari setiap alur yang berdekatan dengan tepi potong berfungsi sebagai permukaan garuk perkakas.
Perputaran dan hantaran gurdi dihasilkan oleh gerakan relatif antara tepi potong dan bendakerja sehingga terbentuk serpihan. Kecepatan potong pada setiap tepi potong beragam tergantung pada jaraknya dari sumbu putar, semakin jauh dari sumbu putar semakin efisien, dan semakin dekat dengan sumbu putar semakin tidak efisien proses pemotongannya. Kenyataannya kecepatan relatif pada ujung gurdi adalah nol, sehingga tidak terjadi proses pemotongan. Oleh karena itu tepi pahat pada ujung gurdi haruslah ditekan ke dalam material agar dihasilkan penetrasi sehingga terbentuk lubang.
Pada saat proses pemotongan ke dalam lubang, alur harus memiliki kelonggaran yang cukup sepanjang gurdi agar serpihan dapat keluar dari lubang menuju permukaan bendakerja. Gesekan dapat terjadi antara serpihan dengan permukaan garuk tepi potong dan juga antara diameter luar gurdi dengan lubang yang baru dihasilkan. Hal ini dapat menimbulkan panas yang tinggi baik pada gurdi maupun pada bendakerja sehingga dapat menyebabkan kerusakan. Untuk mengurangi terjadinya gesekan dapat dilakukan dengan memberikan cairan pendingin pada ujung gurdi. Beberapa gurdi puntir dibuat dengan lubang di dalamnya dan cairan dipompakan masuk ke dalam lubang dekat ujung gurdi. Cara lain yang dapat ditempuh bila tidak menggunakan cairan pendingin adalah dengan menarik gurdi secara periodik ke luar dari dalam lubang dan dibersihkan sebelum dimasukkan kembali ke dalam lubang.

Kondisi Pemotongan dalam Penggurdian
Kecepatan potong dalam operasi penggurdian adalah kecepatan permukaan pada diameter luar gurdi. Bila N adalah kecepatan putar dari spindel dalam rev./min., dapat dituliskan persamaan :


dimana :     v    =    kecepatan potong, ft/min (mm/min);
    D    =    diameter gurdi, ft (mm)
   
Hantaran, f, pada proses penggurdian dinyatakan dalam in./rev (mm/rev). Hantaran ini dapat dikonversikan kedalam kecepatan hantaran, fr dalam in./min (mm/min.) dengan menggunakan persamaan yang sama dengan pembubutan :

                fr     =  Nf    atau   

Lubang gurdi dapat berupa lubang tembus (through hole) atau lubang buntu (blind hole) seperti ditunjukkan dalam gambar 9.10. Waktu pemesinan, Tm (menit), yang dibutuhkan dalam penggurdian lubang tembus (gambar 9.10.a) dapat ditentukan dengan persamaan :
     atau    
dimana :     t    =    ketebalan bendakerja, in (mm);
    A    =    jarak yang diukur dari ujung gurdi sampai diameter penuh, in. (mm).   

Bila  adalah sudut potong gurdi, maka A dapat ditentukan :

    A    =    0,5 D tan (90 -  /2)   atau  A = 0,5 D cot /2 

Waktu pemesinan, Tm (menit), yang dibutuhkan dalam penggurdian lubang buntu (gambar 9.10.b) dapat ditentukan dengan persamaan :
       


dimana :     d    =    kedalaman lubang bendakerja, in (mm).













Gambar 9.10  Dua jenis lubang (a) lubang tembus, (b) lubang buntu


Kecepatan pelepasan material, MRR, (in.3/min atau mm3/min), dalam proses penggurdian merupakan perkalian antara luas bidang melintang dari gurdi dengan kecepatan hantaran :



Persamaan ini hanya berlaku setelah gurdi mencapai diameter penuh dan tidak termasuk pendekatan awal gurdi ke bendakerja.

Operasi yang Berkaitan dengan Penggurdian
Operasi yang berkaitan dengan penggurdian ini biasanya diawali dengan pembuatan lubang dengan gurdi, kemudian dimodivikasi dengan operasi-operasi seperti ditunjukkan dalam gambar 9. 11 berikut ini.
(a)    Pembesaran lubang (reaming), yaitu operasi pembesaran lubang sedikit lebih besar dibandingkan dengan diameter lubang sebelumnya agar diperoleh toleransi yang lebih baik, dan juga untuk memperbaiki permukaan akhir lubang. Perkakas yang digunakan disebut reamer yang biasanya memiliki alur lurus.
(b)    Penguliran (tapping), yaitu operasi pembuatan ulir sekrup pada permukaan sebelah dalam suatu lubang yang telah disiapkan sebelumnya.
(c)    Pembesaran ujung lubang (counterboring), yaitu pembesaran pada ujung lubang sehingga terdapat dua lubang yang berurutan, dimana lubang yang lebih besar diikuti oleh lubang yang lebih kecil; biasanya digunakan untuk peletakan kepala baut masuk ke dalam lubang sehingga rata dengan permukaan benda.



















Gambar 9.11  Operasi pemesinan yang terkait dengan penggurdian

(d)    Pembesaran serong ujung lubang (countersinking), hampir sama dengan counterboring tetapi pembesaran dilakukan menyerong sehingga diperoleh ujung lubang berbentuk konis (kerucut); digunakan untuk peletakan sekrup dan baut kepala rata.
(e)    Pemusatan (centering/centerdrilling), yaitu operasi penggurdian yang digunakan untuk pembuatan lubang awal agar proses penggurdian berikutnya lebih stabil dan memiliki akurasi yang lebih baik.
(f)    Perataan muka (spotfacing), hampir sama dengan frais yaitu operasi perataan permukaan bendakerja pada daerah tertentu.

Kempa Gurdi
Kempa gurdi merupakan mesin perkakas standar yang digunakan untuk proses penggurdian. Terdapat berbagai jenis mesin kempa gurdi, yaitu :
Kempa gurdi tegak /upright drill press seperti ditunjukkan dalam gambar 9.12, merupakan jenis kempa gurdi yang paling banyak digunakan.
Kempa gurdi tegak terdiri dari :
-    meja untuk meletakkan bendakerja,
-    kepala penggurdi dengan spindel penggerak gurdi,
-    bangku dan kolom untuk menyangga komponen-komponen lainnya. 












Gambar 9.12  Kempa gurdi tegak


Kempa gurdi bangku/bench drill, mirip dengan kempa gurdi tegak, hanya ukurannya lebih kecil, dan biasanya diletakkan di atas meja atau bangku.
Kempa gurdi radial /radial drill seperti ditunjukkan dalam gambar 9.13, didesain untuk membuat lubang pada bendakerja yang besar. Mesin ini memiliki lengan radial yang dapat digerakkan secara radial, digunakan untuk menyangga kepala penggurdi. Kepala penggurdi dapat digerakkan sepanjang lengan radial sampai pada jarak yang cukup jauh dari kolom sehingga dapat menggurdi bendakerja yang besar.















Gambar 9.13  Mesin kempa gurdi radial

Penggurdi kelompok /gang drill, adalah kempa gurdi yang merupakan rangkaian dari dua sampai enam penggurdi tegak, dihubungkan menjadi satu susunan yang segaris. Setiap spindel dapat dioperasikan secara terpisah di atas mejakerja yang sama. Beberapa operasi dapat dilakukan secara berurutan (misalnya pemusatan, penggurdian, pembesaran lubang, dan penguliran), yaitu dengan meletakkan bendakerja pada sebuah jig yang dapat diluncurkan pada mejakerja dari satu spindel ke spindel berikutnya.
Kempa gurdi kendali numerik/numerical control drill press, yaitu mesin gurdi yang menggunakan data numerik untuk mengendalikan pengoperasiannya seperti misalnya untuk penempatan posisi lubang yang akan dibuat pada bendakerja. Kempa gurdi sering dilengkapi dengan turet untuk memegang perkakas potong jamak, dimana pemilihan dan urutan pemakaiannya dapat dilakukan dengan kendali numerik.  

FRAIS (MILLING)
Frais adalah operasi pemesinan dimana bendakerja dihantarkan ke perkakas berbentuk silinder yang berputar. Perkakas frais memiliki tepi potong jamak, tetapi pada keadaan khusus kadang-kadang digunakan perkakas dengan satu tepi potong  (disebut fly-cutter). Perbedaan gurdi dengan frais terletak pada arah hantarannya. Arah hantaran pada mesin frais tegak lurus dengan sumbu putarnya, sedang pada gurdi hantaran searah dengan sumbu putar perkakas.

Jenis Operasi Frais
Terdapat dua jenis operasi dasar seperti ditunjukkan dalam gambar 9.14, yaitu :
(a)    frais keliling/datar (peripheral/plain milling), dan
(b)    frais muka (face milling).










Gambar 9.14  Dua jenis operasi dasar pemfraisan

Frais keliling/datar; sumbu perkakas sejajar dengan permukaan yang akan dimesin, dan operasi dilakukan oleh tepi potong yang terletak pada keliling luar perkakas. Terdapat beberapa jenis operasi frais keliling, seperti ditumjukkam dalam gambar 9.15, yaitu :
(a)    Frais selubung (slab milling), bentuk dasar frais keliling dimana lebar pemotong melewati kedua sisi bendakerja;
(b)    Frais celah (slotting/slot milling), lebar pemotong lebih kecil dari lebar bendakerja, digunakan untuk membuat alur pada bendakerja ( bila pemotong sangat tipis, maka dapat digunakan untuk pembuatan alur yang sempit atau memotong bendakerja menjadi dua, disebut frais gergaji/saw milling);
(c)    Frais sisi (side milling), pemotong digunakan untuk memesin sisi bendakerja;
(d)    Frais kangkang (straddle milling), hampir sama dengan frais sisi, tatapi digunakan untuk memotong kedua sisi bendakerja.


Gambar 9.15 Beberapa jenis operasi frais keliling

Dalam frais keliling terdapat dua kemungkinan arah putaran yang dapat dimiliki pemotong, seperti ditunjukkan dalam gambar 9.16.



Gambar 9.16  Dua kemungkinan arah putaran frais

(a)    Putaran frais ke atas, juga disebut frais konvensional :
-    Arah gerakan gigi pemotong berlawanan dengan arah hantaran bendakerja;
-    Serpihan yang dihasilkan oleh setiap gigi dimulai dari pemotongan sangat tipis, kemudian bertambah tebal;
-    Arah gaya potong tangensial terhadap keliling pemotong sehingga pada saat gigi pemotong bekerja cendrung mengangkat bendakerja ke atas.
(b)    Putaran frais ke bawah, juga disebut frais panjat :
    -    Arah gerakan gigi pemotong searah dengan arah hantaran bendakerja;
    -    Panjang serpihan yang dihasilkan lebih kecil dibandingkan dengan frais ke atas, sehingga umur perkakas akan cendrung lebih lama;
    -    Arah gaya potong ke bawah, pada saat gigi pemotong bekerja cendrung menekan bendakerja sehingga pegangan bendakerja pada meja mesin menjadi lebih baik.

Frais Muka, sumbu perkakas tegak lurus dengan permukaan yang akan dimesin, dan operasi dilakukan oleh tepi potong pada kedua ujung dan keliling luar perkakas. Terdapat beberapa jenis operasi frais muka seperti ditumjukkan dalam gambar 9.17, yaitu :
















Gambar 9.17  Beberapa jenis operasi frais muka


(a)    Frais muka konvensional (convensional face milling), lebar pemotong lebih besar dari lebar bendakerja, sehingga melewati kedua sisi bendakerja;
(b)    Frais muka parsial (partial face milling), memotong bendakerja hanya pada satu sisi;
(c)    Frais ujung (end milling), diameter pemotong lebih kecil daripada lebar bendakerja, sehingga terbentuk alur pada bendakerja;
(d)    Frais profil (profile milling), bentuk pemotong sama dengan frais ujung, digunakan untuk memotong keliling luar bendakerja yang datar;
(e)    Frais saku (pocket milling), bentuk pemotong sama dengan frais ujung, digunakan untuk membuat lubang dangkal pada bendakerja yang datar;
(f)    Frais kontour permukaan (surface contouring), ujung pemotong berbentuk bola, digunakan untuk membuat bentuk permukaan tiga dimensi.

Pemotong Frais
Klasifikasi perkakas potong frais sesuai dengan jenis operasi frais seperti yang dijelaskan sebelumnya, yaitu :
(1)    Pemotong frais datar/plain milling cutter (gambar 9.14.a), digunakan untuk operasi frais keliling atau selubung, berbentuk silinder dengan beberapa baris gigi. Sisi potong pada umumnya berbentuk sudut heliks untuk mengurangi impak pada bendakerja. Elemen geometri perkakas ditunjukkan dalam gambar 9.18.











Gambar 9.18  Elemen geometri perkakas pemotong frais datar

(2)    Pemotong frais bentuk/form milling cutter, merupakan pemotong frais keliling yang memiliki sisi potong dengan profil khusus sesuai dengan bentuk produk yang diinginkan. Pemotong frais bentuk banyak digunakan untuk pembuatan roda gigi.
(3)    Pemotong frais muka/face milling cutter (gambar 9.14.b), didesain dengan gigi pada kedua ujung dan dan keliling luar perkakas. Frais muka dapat dibuat dengan baja kecepatan tinggi/high speed steel, HSS atau dengan cara menyisipkan karbida semented (gambar 9.19).

Gambar 9.19  Elemen geometri perkakas pemotong frais muka
(a)    pamdamgam samping dan (b) pandangan bawah
(4)    Pemotong frais ujung/end milling cutter (gambar 9.17.c), bentuknya menyerupai perkakas gurdi, tetapi pemotongan awal tidak menggunakan ujung perkakas melainkan dengan gigi potong kelilingnya. Pemotong frais ujung dapat didesain dengan ujung persegi, ujung radial, dan ujung bola. Pemotong frais ujung dapat digunakan untuk operasi frais muka, frais profil dan saku, pemotongan alur, pengukiran, pemotongan kontour permukaan, dan pemotongan stempel (die sinking).

Kondisi Pemotongan dalam Frais
Kecepatan potong ditentukan pada diameter luar pemotong frais, yang dapat dikonversikan dengan kecepatan putar spindel, N, dinyatakan dalam rev./min. dengan persamaan sebagai berikut :



dimana :     v    =    kecepatan potong, ft/min (mm/min);
    D    =    diameter luar pemotong frais, in. (mm).
   
Hantaran, f, dalam frais merupakan hantaran dari setiap gigi pemotong; disebut beban serpihan (chip load), dinyatakan dalam in./gigi (mm/gigi). Hantaran ini dapat dikonversikan kedalam kecepatan hantaran, fr dalam in./min (mm/min.) dengan memperhitungkan kecepatan spindel, v, dan jumlah gigi pemotong, nt :

fr   =  N nt f    atau     

Kecepatan pelepasan material, MRR, (in.3/min atau mm3/min), dalam proses frais merupakan perkalian antara luas bidang melintang dari pemotongan dengan kecepatan hantaran. Sesuai dengan hal tersebut, dalam operasi frais selubung, bila lebar bendakerja yang dipotong w, dan kedalaman potong d, maka  :

MRR = w.d.fr


Persamaan di atas berlaku pula untuk operasi frais ujung, frais sisi, frais muka, operasi frais yang lain. 
Waktu pemesinan, Tm (menit), yang dibutuhkan dalam operasi frais bila panjang bendakerja L adalah :

(1)    Untuk operasi frais selubung, ditunjukkan dalam gambar 9.20 berikut ini.









Gambar 9.20  Pandangan samping masuknya pemotong ke dalam bendakerja
pada operasi frais selubung


   atau   
   
    dimana :     L    =    panjang bendakerja, in (mm);
        A    =    jarak untuk mencapai kedalaman potong penuh, in. (mm).   

Bila d = kedalaman potong, in (mm), dan D = diameter luar pemotong, in (mm), maka dapat ditentukan :

             

(2)    Untuk operasi frais muka, ditunjukkan dalam gambar 9.21 berikut ini.



Gambar 9.21  Pandangan atas masuknya pemotong ke dalam bendakerja
pada operasi frais muka
   atau   

Terdapat dua kemungkinan :
-    Bila posisi pemotong berada pada tengah-tengah bendakerja (gambar 9.21.a), maka:

   
    dimana :        A    =    jarak untuk mencapai kedalaman potong penuh, in. (mm);
        O    =    jarak setelah meninggalkan bendakerja, in. (mm);   
            D    =    diameter pemotong, in. (mm).

-    Bila posisi pemotong berada pada salah satu sisi bendakerja (gambar 9.21.b), maka :

   
    dimana :    w = lebar potong, in. (mm).

Mesin Frais
Mesin frais memiliki spindel yang berputar untuk proses pemotongan dan meja untuk meletakkan, memposisikan, dan menghantarkan bendakerja.
Sebagai awal pembahasan, mesin frais dapat diklasifikasikan atas dua jenis :

-    mesin frais horisontal, dan
-    mesin frais vertikal.

Mesin frais horisontal,  memiliki spindel horisontal dan didesain untuk operasi frais keliling, seperti frais selubung, frais alur, frais sisi, dan frais kangkang.
Mesin frais vertical,  memiliki spindel vertical dan didesain untuk operasi frais muka, frais ujung, frais kontour permukaan, dan pemotongan stempel.
Dalam pembahasan selanjutnya mesin frais diklasifikasikan atas beberapa jenis, yaitu :
-    lutut dan kolum (knee and column),
-    jenis bangku (bed type),
-    jenis serut (planer type),
-    frais penjejak (tracer mills),
-    mesin frais CNC.


Mesin Frais Lutut dan Kolum
Mesin frais lutut dan kolum adalah perkakas mesin dasar untuk operasi frais. Nama ini diberikan karena mesin memiliki dua komponen utama yaitu lutut dan kolum. Komponen-komponen mesin frais lutut dan kolum adalah :
-    Dasar (base) untuk menunjang semua komponen mesin frais,
-    Kolum untuk menunjang spindel dan lutut,
-    Lutut untuk menunjang sadel dan meja kerja, dapat digerakkan dalam arah vertikal (sumbu z),
-    Sadel, diletakkan di atas lutut untuk menunjang meja kerja, dapat digerakkan dalam arah melintang (sumbu y),
-    Mejakerja, diletakkan di atas sadel untuk menunjang bendakerja, dapat digerakkan dalam arah memanjang (sumbu x).
Jenis ini dapat dibedakan atas dua versi, seperti ditunjukkan dalam gambar 9.22, yaitu :
(a)    mesin frais lutut dan kolum horisontal, dan
(b)    mesin frais lutut dan kolum vertikal.



Gambar 9.22  Dua jenis mesin frais lutut dan kolum


Mesin frais lutut dan kolum horisontal, memiliki :
-    Arbor, biasanya berupa tangkai yang digunakan untuk memegang perkakas potong dan digerakkan oleh spindel,
-    Lengan atas (overarm), digunakan untuk menunjang arbor pada sisi yang bersebrangan dengan spindel.

Mesin frais lutut dan kolum vertikal: perkakas potong dapat langsung dipasang pada spindel tanpa menggunakan arbor.

Terdapat mesin frais lutut dan kolum yang didesain khusus, seperti ditunjukkan dalam gambar 9.23, yaitu :
(a)    mesin frais universal (universal milling machine ), dan
(b)    mesin frais ram (ram milling machine ).



Gambar 9.23  Mesin frais lutut dan kolum desain khusus


Mesin frais universal (gambar 9.23.a), memiliki meja yang dapat diputar dalam bidang horisontal (sekitar sumbu vertikal) ke suatu sudut tertentu, sehingga memungkinkan dapat memotong bendakerja dalam bentuk melingkar dan heliks.
Mesin frais ram (gambar 9.23.b), memiliki ram yang dapat diatur masuk dan keluar di atas mejakerja untuk memposisikan pemotong relatif terhadap bendakerja, sehingga memungkinkan dapat mengerjakan bendakerja dalam berbagai bentuk.

Frais Jenis Bangku
Mesin frais jenis bangku didesain untuk produksi massal, memiliki kekakuan (rigiditas) lebih tinggi dibandingkan dengan mesin frais lutut dan kolum, sehingga dapat digunakan untuk kecepatan hantaran dan kedalaman potong yang lebih tinggi untuk menghasilkan kecepatan pelepasan material (MRR) yang lebih tinggi pula. Karakteristik konstruksi mesin perkakas ini ditunjukkan dalam gambar 9.24 berikut ini.
-    Mejakerja dipasang langsung di atas bangku, sehingga memiliki rigiditas yang lebih baik daripada mesin frais lutut dan kolum;
-    Pemotong dipasang pada kepala spindel yang dapat diatur ketinggiannya sepanjang kolum mesin;
-    Penyetelan lintang dibuat dalam pena atau ram spindel;
-    Nama simpleks, dupleks, tripleks menunjukkan secara berturut-turut bahwa mesin dilengkapi dengan kepala spindel tunggal, ganda, dan tripel.
-    Kepala spindel dalam mesin simpleks (gambar 9.24) dapat berupa model horisontal atau vertikal;
-    Kepala spindel dalam mesin duppleks diposisikan horisontal dan satu sama lain dipasang saling berhadapan agar dapat dioperasikan secara bersamaan;
-    Kepala spindel dalam mesin tripleks ditambahkan satu kepala spindel lagi yang dipasang vertikal di atas bangku untuk menambah kemampuan pemesinannya.