Proses Pemilihan Pahat (Cutting Tools) pada Mesin Perkakas

Pengertian Pahat atau perkakas potong (Cutting Tool) adalah alat atau benda yang digunakan untuk memotong material atau benda kerja dalam proses pemesinan.

Beberapa prinsip kerja pahat,

MESIN SEKRAP

Pahat bergerak maju mundur, benda kerja bergerak ke arah melintang. Pemotongan hanya terjadi pada gerak langkah maju, pada saat langkah mundur benda kerja hanya bergeser saja untuk memulai kembali proses pemotongan. Pada proses sekrap ini gerak potong dilakukan oleh pahat dan gerak makan dilakukan oleh benda kerja.

MESIN BUBUT

Poros spindel akan memutar benda kerja melalui piringan pembawa sehingga memutar roda gigi pada poros spindel. Melalui roda gigi penghubung, putaran akan disampaikan ke roda gigi poros ulir. Oleh klem berulir, putaran poros ulir tersebut diubah menjadi gerak translasi pada eretan yang membawa pahat. Akibatnya pada benda kerja akan terjadi sayatan yang berbentuk ulir.

MESIN GURDI

Pahat gurdi mempunyai dua mata potong dan melakukan gerak potong karena diputar poros utama mesin gurdi. Putaran tersebut dapat dipilih dari beberapa tingkatan putaran yang tersedia pada mesin gurdi, atau ditetapkan sekehendak bila sistem transmissi putaran mesin gurdi merupakan sistem berkesinambungan.

MESIN FREIS

Pahat freis termasuk pahat bermata potong jamak dengan jumlah mata potong sama dengan jumlah gigi fries, sesuia dengan jenis pahat yang digunakan ada dua macam cara yaitu mengefreis datar dan mengefreis tegak, ngefreis datar yaitu sumbu putaran pahat freis selubung sejajar permukaan benda kerja, dan ngefeis tegak sumbu putaran pahat freis muka tegak lurus permukaan benda kerja.

MATERIAL PAHAT

Proses pembentukan geram dengan cara pemesinana berlangsung, dengan cara mempertemukan dua jenis material. Untuk menjamin kelangsungan proses ini maka jelas di perlukan material pahat yang lebih unggul daripada material benda kerja. Keuunggulan tersebut dapat di capai karena pahat di buat dengan memperhatikan berbagai segi yaitu :

- Keras : kekerasan yang cukup tinggi melebihi kekerasan benda kerja tidak saja pada temperature ruang melainkan juga pada temperature tinggi pada saat prosespembentukan geram berlangsung.

- Keuletan :yang cukup besar untuk menahan beban kejut yang yerjadi sewaktu peseninan dengan interupsimaupun sewaktu enda kerja memotong yang mengandung partikel atau bagian yang keras (hard spot).

- Tahan beban kejut termal: ketahanan ini diperlukan bila terjadi perubahan temperature yang cukup besar secara berkala atau periodic.

- Sifat adhesi yang rendah : diperlukan untuk mengurangi avinitas benja kerja terhadap pahat, mengurangi laju keausan, serta penurunan gaya pemotongan.

- Daya larut elemen /komponen material pahat yang rendah : di butuhkan demi untuk memperkecil laju keausan akibat mekanisme difusi.

Pada mulanya untuk memotong baja digunakan baja karbon tinggi sebagai bahan perkakas pemotong dimana kecepatan potong pada waktu itu hanya bisa mencapai sekitar 10 m/menit. Berkat kemajuan teknologi, kecepatan potong ini dapat dinaikkan sehingga mencapai sekitar 700 m/menit yaitu dengan menggunakan CBN (Cubic Boron Nitride).

Secara berurutan material-material tersebut akan dibahas mulai dari yang paling “lunak” tetapi “ulet” sampai yang paling “keras” tetapi “getas” yaitu :

1. Baja karbon (high Carbon Steel; Carbon Tool Steels; CTS

2. HSS (High Speed Steels; Tool Steels)

3. Paduan cor nonferro (cast nonferrous alloys; cast carbides)

4. Karbida (cemented carbides; hardmetals)

5. Keramik (ceramics)

6. CBN (cubic boron nitrides), dan

7. Intan (sintered diamonds & natural diamond)

Ø BAJA KARBON

Baja dengan kandungan karbon yang relative tinggi (0,7% - 1,4% C) tanpa unsure lain dengan prosentasi unsure lain yang rendah (2% Mn, W, Cr) mampu mempunyai kekerasan permukaan yang cukup tinggi. Dengan proses laku panas kekerasan yang tinggi ini (500 – 1000 HV)dicapai akan menjadi transformasi martensitik. Karena mertensitik akan melunak pada temperature sekitar 250°C maka hanya karbon ini hanya bisa digunakan pada kecepatan potong yang rendah. Pahat jenis ini hanya dapat digunakan untuk memotong logam yang lunak ataupun kayu.

Ø HSS

Pada tahun 1898 ditemukan jenis baja paduan tinggi dengan unsur paduan krom (Cr) dan tungsten/wolfram (W). melalui proses penuangan (molten metallurgy) kemudian di ikuti pengerolan ataupun penempaan baja ini di bentuk menjadi batang,atau silinder. Pada kondisi lunak baja tersebut dapat diproses secara pemesinan menjadi berbagai bentuk pahat potong. Setelah proses laku panas dilaksanakan, kekerasannya akan cukup tinggi sehingga dapat digunakan untuk kecepataqn potong yang tinggi (sampai dengan 3 kali kecepatan potong untuk pahat CTS yang dikenal pada saat itu sekitar 10 m/menit)

Pengaruh unsur-unsur tersebut pada unsure besi dan karbon adaah sebagai berikut

· Tungsten/Wolfram (W)

· Chromium (Cr)

· Vanadium (V)

· Molybdenum (Mo)

· Cobalt (Co)

HSS juga dikategorikan menurut komposisinya :

- HSS KONVENSIONAL

1. Molibdenum HSS

2. Tungsten HSS

- HSS SPECIAL

1. Cobalt Added HSS

2. High Vanadium HSS

3. High Hardess Co HSS

4. Cast HSS

5. Powdered HSS

6. Coated HSS

Ø PADUAN COR NONFERRO

Sifat-sifat paduan cor nonferro adalah diantara HSS dan Karbida (Cemented Carbide) dan digunakan dalam hal khusus diantara pilihan dimana karbida terlalu rapuh dan HSS menpunyai hot hardness dan wear resistance yang terlalu rendah.

Jenis material ini di bentuk secara tuang menjadi bentuk-bentuk yang tidak terlampau sulit misalnya tool bit (sisipan) yang kemudian diasah menurut geometri yang dibutuhkan.

Paduan nonferro terdiri dari 4 macam eleman utama adalah sebagai berikut :

1. Cobalt : sebagai pelarut bagi elemen-elemen lain.

2. Krom (Cr) : (10% s.d 35% berat) yang membentuk karbida

3. Tungsten/Wolfram (W) : (10% s.d 25% berat) sebagai pembentuk karbida menaikan karbida secara menyeluruh.

4. Karbon : (1% C membentuk jenis yang relaitif lunak sedang 3% C menghasilkan jenis yang keras serta tahan aus.

Ø KARBIDA

Jenis karbida yang “disemen” (Comented Carbides) merupakan bahan pahat yang dibuat dengan cara menyinter (sintering) serbuk karbida (Nitrida,Oksida) dengan bahan pengikat yang umumnya dari Cobalt (Co). dengan cara Carburizing masing-masing bahan dasar (serbuk) Tungsten (Wolfram,W) Tintanium (Ti), Tantalum (Ta) dibuat menjadi karbida yang kemudian digiling (ball mill) dan disaring. Salah satu atau campuaran serbuk karbida tersebut kemudian di campur dengan bahan pengikat (Co) dan dicetak tekan dengan memakai bahan pelumas (lilin). Setelah itu dilakukan presintering (1000°C pemanasan mula untuk menguapkan bahan pelumas) dan kemudian sintering (1600°C) sehingga bentuk keeping (sisipan) sebagai hasil proses cetak tekan ( Cold, atau HIP) akan menyusut menjadi sekitar 80% dari volume semula.

Hot Hardness karbida yang disemen (diikat) ini hanya akan menurun bila terjadi pelunakan elemen pengikat. Semakin besar prosentase pengikat Co maka kekerasannya menurun dan sebaliknya keuletannya membaik.

Ada tiga jenis utama pahat karbida sisipan, yaitu :

1. Karbida Tungsten (WC + Co) yang merupakan jenis pahat karbida untuk memotong besi tuang.

2. Karbida Tungsten Paduan (WC – TiC + Co ; WC – TaC –TiC + Co ; WC – TaC + Co ; WC - Tic – TiN + Co ; TiC + Ni, Mo) merupakan jenis karbida untuk pememotongan baja.

3. Karbida Lapis yang merupakan jenis karbida tungsten yang di lapis (satu atau beberapa lapisan) karbida, nitride, atau oksida lain yang lebih rapuh tetapi hot hardnessnya tinggi.

Ø KERAMIK

Keramik menurut definisi yang sempit adalah material paduan metalik dan nonmetalik. Sedangkan menurut definisi yang luas adalah semua material selain metal atau material organic, yang mencakup juga berbagai jenis karbida, nitride, oksida, boride dan silicon serta karbon.

Keramik dapat di bedakan menjadi dua jenis utama :

1. Keramik tradisional yang merupakan barang pecah belah peralatan rumah tangga

2. Keramik industry digunakan untuk berbagai untuk berbagai keperluan ssebagai komponen dari peralatan, mesin dan perkakas termasuk perkakas potong atau pahat.

Keramik mempunyai karakteristik yang lain daripada metal atau polimer (plastic, karet) karena perbedaan ikatan atom-atomnya, ikatannya dapat berupaikatan kovalen, ionic, gabungan kovalen & ionic, ataupaun sekunder.

Selain ssebagai perkakas potong, beberapa contoh jenis keramik adalah sebagai berikut :

- Kertamik tradisional (dari ubin sampai dengan keramik untuk menambal gigi)

- Gelas (gelas optic, lensa, serat)

- Bahan tahan api (bata pelindung tandur/tungku)

- Keramik oksida (pahat potong, isolator, besi, lempengan untuk mikroelektronik dan kapasitor)

- Karemik oksida paduan

- Karbida, nitride, boride dan silica

- Karbon

Ø CBN (CUBIC BORON NITRIDE)

CBN termasuk jenis keramik. Di buat dengan penkanan panas (HIP, 60kbar, 1500°C) sehingga bentuk grafhit putih nitride boron dengan strukrur atom heksagonal berubah menjadi struktur kubik. Pahat sisipan CBN dapat di buat dengan menyinter serbuk BN tanpa atau dengan material pengikat , TiN atau Co. hot hardness CBN ini sangat tinggi disbanding dengan jenis pahat yang lain.

Ø INTAN

Sintered Diamond merupakan hasil proses sintering serbuk intan tiruan dengan pengikat Co (5%-10%). Hot hardness ssasngat tinggi dan tahan terhadap deformasi plastic. Sifat inidi tentukan oleh besar butir intan serta prosentase dan komposisi material pengikat. Karena intan pada temperature tinggi akan berubah menjadi graphit dan mudah terdifusi dengan atom besi, maka pahat intan tidak dapat di gunakan untuk memotong bahan yang mengadung besi (ferros). Cocok untuk “ultra high precision & mirror finish cutting” bagi benda kerja nonferro (Al Alloys, Cu Alloys, plastics, Rubber).

A. PEMILIHAN MATERIAL PAHAT

Untuk mempermudah pemilihan jenis material pahat, khusus untuk pahat karbida yang di semen (Cemented Carbides, termasuk jenis Coated) maka ISO mengeluarkan satu standar klasifikasi pahat karbida berdarkan jenis pemakainya.

Dalam hal ini pekerjaan pemesinan dikelompokan menjadi tiga kelompok utama, yaitu :

1. Steel Cutting Grade ; untuk pemotongan berbagai jenis baja yang akan menghasilkan geram yang continue (karena relative liat). Diberi kode P (dank ode warna biru)

2. Cast Iron Cutting Grade ; guna melakukan berbagai jenis besi tuang yang menghasilakan geram yssng bterputus-putus (karena relative rapuh). Diberi kode huruf K (dank ode waarna merah)

3. Intermediate Grade ; digunakan untuk proses pemesinan berbagai jenis baja, besi tuang dan nonferrous yang mempunyai sifat ketermesinan yang baik. Diberi kode huruf M dan K.

Setiap pabrik pembuat material pahat biasanya mengeluekan klasifikasi pemakaian seperti ini pada waktu petunjuknya selalu mencantumkan kode spesifik yang mereka anut beserta penyesuaiannya dengan standar ISO 513.

PROSES PEMBUATAN

• Proses mixing. Merupakan proses pencampuran (mixing) antara serbuk logam dengan bahan aditif.
• Proses pembentukan (forming). Yaitu pemberian gaya-gaya kompaksi baik pada temperatur ruang (cold compaction) maupun pada temperatur tinggi (hot compaction). Proses cold compactionakan dilanjutkan dengan proses sintering, yaitu proses pemanasan yang dilakukan pada kondisi vakum sehingga diperoleh partikel-partikel yang bergabung dengan kuat seperti gambar berikut :

• Proses manufaktur
• Proses finishing