Modul Bahan Mesin Frais ( Milling )

Tuesday, October 23, 2018

Bagikan :

Tweet

PROSES FRAIS (MILLING)

Proses pemesinan frais ialah proses penyayatan benda kerja dengan alat potong dengan mata potong jamak yang berputar. Proses penyayatan dengan gigi potong yang banyak yang mengitari pahat ini  bisa menghasilkan proses pemesinan lebih cepat. Permukaan yang diakut bisa berbentuk datar, menyudut, atau melengkung. Permukaan benda kerja bisa juga berbentuk kombinasi dari beberapa bentuk. Mesin (Gambar 3.1)  yang digunakan untuk memegang benda kerja, memutar pahat, dan penyayatannya disebut mesin frais (Milling Machine).

Mesin frais (Gambar 3.2) ada yang dikendalikan secara mekanis (konvensional manual) dan dengan menolongan CNC. Mesin konvensional manual  ada biasanya spindelnya ada dua macam yaitu horisontal dan vertikal. Sedangkan mesin frais dengan kendali CNC hampir tiruananya ialah mesin frais vertikal .

A.   Klasifikasi proses frais

Proses frais sanggup diklasifikasikan dalam tiga jenis. Klasifikasi ini berdasarkan jenis pahat , arah penyayatan, dan posisi relatif pahat terhadap benda kerja (Gambar 3.3).

1.      Frais Periperal (Peripheral Milling )

Proses frais ini  disebut juga slab milling, permukaan yang difrais dihasilkan oleh gigi pahat yang terletak pada permukaan luar tubuh alat potongnya. Sumbu dari putaran pahat biasanya pada bidang yang sejajar dengan permukaan benda kerja yang diakut.

2.      Frais muka (Face Milling )

Pada frais muka, pahat dipasang pada spindel yang mempunyai sumbu putar tegak lurus terhadap permukaan benda kerja. Permukaan hasil proses frais dihasilkan dari hasil penyayatan oleh ujung dan selubung pahat.

3.      Frais jari (End Milling )

Pahat pada proses frais ujung biasanya berputar pada sumbu yang tegak lurus permukaan benda kerja.. Pahat sanggup digerakkan menyudut untuk menghasilkan permukaan menyudut. Gigi potong pada pahat terletak pada selubung pahat dan ujung tubuh pahat.

B.     Metode Proses Frais

Metode proses frais  ditentukan berdasarkan arah relatif gerak makan meja mesin frais terhadap  putaran pahat (Gambar 3.4). Metode proses frais ada dua yaitu frais naik dan frais turun.

1.      Frais naik (Up Milling )

Frais naik biasanya disebut frais konvensional (conven-tional milling). Gerak dari putaran pahat berlawanan arah terhadap gerak makan meja mesin frais. Sebagai contoh, pada proses frais naik apabila pahat berputar searah jarum jam, benda kerja diakut ke arah kanan. Penampang melintang bentuk beram (chips) untuk proses frais naik ialah ibarat koma dipertamai dengan ketebalan minimal kemudian menebal. Proses frais ini sesuai untuk mesin frais konvensional/ manual, alasannya ialah pada mesin konvensional backlash ulir transportirnya relatif besar dan tidak dilengkapi backlash compensation.

2.      Frais turun (Down Milling)

Proses frais turun dinamakan juga climb milling. Arah dari putaran pahat sama dengan arah gerak makan meja mesin frais. Sebagai pola bila pahat berputar berlawanan arah jarum jam, benda kerja diakut kekanan. Penampang melintang bentuk beram (chips) untuk proses frais naik ialah ibarat koma dipertamai dengan ketebalan terbaik kemudian menipis. Proses frais ini sesuai untuk mesin frais CNC, alasannya ialah pada mesin CNC gerakan meja dipandu oleh ulir dari bola baja, dan dilengkapi backlash compensation. Untuk mesin frais konvensional tidak direkomendasikan melaksanakan proses frais turun, alasannya ialah meja mesin frais akan tertekan dan ditarik oleh pahat.

Proses pemesinan dengan mesin frais ialah proses penyayatan benda kerja yang sangat efektif, alasannya ialah pahat frais mempunyai sisi potong jamak. Apabila dibandingkan dengan pahat bubut, maka pahat frais analog dengan beberapa buah pahat bubut (Gambar 3.5). Pahat frais sanggup melaksanakan penyayatan aneka macam bentuk benda kerja, sesuai dengan pahat yang digunakan. Proses meratakan bidang, membuat alur lebar hingga dengan membentuk alur tipis  bisa dilakukan dengan mesin frais ( Gambar 3.6).

C.    Jenis Mesin Frais

Mesin frais yang digunakan dalam proses pemesinan ada tiga jenis , yaitu :

1. Column and knee milling machines
2. Bed type milling machines
3. Special purposes

Mesin jenis column and knee dibentuk dalam bentuk mesin frais vertikal dan horisontal (lihat Gambar 3.7). Kemampuan melaksanakan aneka macam jenis pemesinan ialah laba utama pada mesin jenis ini. Pada dasarnya pada mesin jenis ini meja (bed), sadel, dan lutut (knee) sanggup digerakkan. Beberapa asesoris ibarat cekam, meja putar, kepala pembagi menambah kemampuan dari mesin frais jenis ini. Walaupun demikian mesin ini mempunyai belum sempurnanya dalam hal kekakuan dan kekuatan penyayatannya. Mesin frais tipe bed (bed type) mempunyai produktivitas yang lebih tinggi dari pada jenis mesin frais yang pertama.  Kekakuan mesin yang baik, serta tenaga mesin yang biasanya relatif besar, mengakibatkan mesin ini banyak digunakan pada perusahaan manufaktur.  Mesin frais pada ketika ini sudah banyak yang dilengkapi dengan pengendali  CNC untuk meningkatkan produktivitas dan fleksibilitasnya ( Gambar 3.10). melaluiataubersamaini memakai kendali CNC maka waktu produksi bisa dipersingkat, bentuk benda kerja sangat bervariasi.

   Produk pemesinan di industri pemesinan semakin kompleks, maka mesin frais jenis gres dengan bentuk yang tidak biasa sudah dibuat.  Mesin frais tipe khusus ini (contoh pada Gambar 3.9), biasanya digunakan untuk keperluan mengerjakan satu jenis penyayatan dengan produktivitas/duplikasi yang sangat tinggi. Mesin tersebut contohnya mesin frais profil, mesin frais dengan spindel ganda (dua, tiga, hingga lima spindel),  dan mesin frais plguar. melaluiataubersamaini memakai mesin frais khusus ini maka produktifitas mesin sangat tinggi, sehingga ongkos produksi menjadi rendah, alasannya ialah mesin jenis ini tidak memerlukan seting yang rumit.

Selain mesin frais manual, pada ketika ini sudah dibentuk mesin frais dengan jenis yang sama dengan mesin konvensional tetapi memakai kendali CNC (Compyter Numerically Controlled). melaluiataubersamaini menolongan kendali CNC  ( Gambar 3.10), maka mesin frais menjadi sangat fleksibel dalam mengerjakan aneka macam bentuk benda kerja, efisien waktu dan biaya yang diperlukan, dan produk yang dihasilkan mempunyai ketelitian tinggi.

D.    Parameter yang sanggup diatur pada mesin frais

Maksud dari parameter yang sanggup diatur ialah parameter yang sanggup eksklusif diatur oleh operator mesin ketika sedang mengoperasikan mesin frais. Seperti pada mesin bubut, maka parameter yang dimaksud ialah putaran spindel (n),  gerak makan (f), dan kedalaman potong (a).  Putaran spindel bisa eksklusif diatur dengan cara mengubah posisi handel pengatur putaran mesin. Gerak makan bisa diatur dengan cara mengatur handel gerak makan sesuai dengan tabel f yang ada di mesin. Gerak makan ini pada proses frais ada dua macam yaitu gerak makan per gigi (mm/gigi), dan gerak makan per putaran (mm/putaran). Kedalaman potong diatur dengan cara menaikkan benda kerja, atau dengan cara menurunkan pahat.

Putaran spindel (n) ditentukan berdasarkan kecepatan potong. Kecepatan potong ditentukan oleh kombinasi material pahat dan material benda kerja. Kecepatan potong ialah jarak yang ditempuh oleh satu titik (dalam satuan meter) pada selubung pahat dalam waktu satu menit. Rumus kecepatan potong identik dengan rumus kecepatan potong pada mesin bubut.  Pada proses frais besarnya diameter yang digunakan ialah diameter pahat. Rumus kecepatan potong :

Dimana :

V = kecepatan potong; m/menit

d = diameter pahat ;mm

n = putaran benda kerja; putaran/menit

Sesudah kecepatan potong diketahui, maka gerak makan harus ditentukan. Gerak makan (f) adalah  jarak lurus yang ditempuh pahat dengan laju konstan relatif terhadap benda kerja dalam satuan waktu, biasanya satuan gerak makan  yang digunakan ialah mm/menit.

Kedalaman potong (a) ditentukan berdasarkan selisih tebal benda kerja pertama terhadap tebal benda kerja akhir. Untuk kedalaman potong yang relatih besar diharapkan perhitungan daya potong  yang diharapkan untuk proses penyayatan. Apabila daya potong yang diharapkan masih lebih rendah dari daya yang disediakan oleh mesin (terutama motor listrik), maka kedalaman potong yang sudah ditentukan bisa digunakan.

E.     Geometri pahat frais

Pada dasarnya bentuk pahat frais ialah identik dengan pahat bubut. melaluiataubersamaini demikian nama sudut atau istilah yang digunakan juga sama dengan pahat bubut. Nama-nama serpihan pahat frais rata dan geometri gigi pahat frais rata ditunjukkan pada Gambar 3.12.

Pahat frais mempunyai bentuk yang rumit alasannya ialah terdiri dari banyak gigi potong, sehingga proses pemotongannya ialah proses pemotongan dengan mata potong beragam (Gambar 3.12). Jumlah gigi minimal ialah dua buah pada  pahat frais ujung (end mill).

Pahat untuk proses frais dibentuk dari material HSS atau karbida. Material pahat untuk proses frais intinya sama dengan material pahat untuk pahat bubut. Untuk pahat karbida juga digolongkan dengan isyarat P, M, dan K. Pahat frais karbida bentuk sisipan dipasang pada daerah pahat sesuai dengan bentuknya (Gambar 3.14). Standar ISO untuk  bentuk dan ukuran pahat sisipan sanggup dilihat pada Gambar 3.14. Standar tersebut mengatur perihal  bentuk sisipan, sudut potong, toleransi bentuk, pemutus tatal (chipbeaker), panjang sisi potong, tebal sisipan, sudut bebas, arah pemakanan, dan isyarat khusus pembuat pahat. Pahat sisipan yang sudah dipasang pada pemegang pahat sanggup dilihat pada Gambar 3.15.

F.     Peralatan dan asesoris untuk memegang pahat frais

Proses pemyayatan memakai mesin frais memerlukan alat menolong untuk memegang pahat dan benda kerja. Pahat harus dicekam cukup besar lengan berkuasa sehingga proses penyayatan menjadi efektif, dalam hal ini pahat tidak mengalami selip pada pemegangnya. Pada mesin frais konvensional horisontal pemegang pahat ialah arbor dan poros arbor (lihat kembali Gambar 3.1).  Gambar skematik arbor yang digunakan pada mesin frais horisontal sanggup dilihat pada Gambar 3.16. Arbor ini pada prorosnya didiberi alur untuk menempatkan pasak sesuai dengan ukuran alur pasak pada pahat frais. Pasak yang dipasang mencegah terjadinya selip ketika pahat menahan gaya potong yang reltif besar dan tidak kontinyu ketiga gigi-gigi pahat melaksanakan penyayatan benda kerja.

Pemegang pahat untuk mesin frais vertikal  yaitu kolet/ collet (Gambar 3.17). Kolet ini berfungsi mencekam serpihan pemegang (shank) pahat.  Bentuk kolet ialah silinder lurus di serpihan dalam dan tirus di serpihan luarnya. Pada sisi kolet dibentuk alur tipis beberapa buah, sehingga ketika kolet dimasuki pahat bisa dengan praktis memegang pahat. Sesudah pahat dimasukkan ke kolet kemudian kolet tersebut dimasukkan ke dalam pemegang pahat (tool holder). Karena bentuk luar kolet tirus maka pemegang pahat akan menekan kolet dan benda kerja dengan sangat kencang, sehingga tidak akan terjadi selip ketika pahat mendapatkan gaya potong.

Pemegang pahat (tool holder) standar bisa digunakan untuk memegang pahat frais ujung (end mill). Beberapa proses frais juga memerlukan sebuah cekam (chuck) untuk memegang pahat frais. Pemegang pahat ini ada dua jenis yaitu dengan ujung tirus Morse (Morse Taper) dan lurus ( Gambar 3.18) . Pemegang pahat yang lain ialah kepala bor (Gambar 3.19) . Kepala bor ini jarak antara ujung pahat terhadap sumbu bisa diubah-ubah, sehingga dinamakan offset boring heads. Pemegang pahat ini biasanya digunakan untuk proses bor (boring),  perataan permukaan (facing), dan pembuatan champer (chamfering).

G.    Alat pencekam dan pemegang benda kerja pada mesin frais

Alat pemegang benda kerja pada  mesin frais berfungsi untuk memegang benda kerja yang sedang diakut oleh pahat frais. Pemegang benda kerja ini biasanya dinamakan ragum. Ragum tersebut diikat pada meja mesin frais dengan memakai baut T.  Jenis ragum cukup banyak, diadaptasi dengan bentuk benda kerja yang dikerjakan di mesin. Untuk benda kerja berbentuk balok atau kubus ragum yang digunakan ialah ragum sederhana atau ragum universal (Gambar 3.20). Ragum ini digunakan bila benda kerja yang dibentuk bidang-bidangnya saling tegak lurus dan paralel satu sama lain ( kubus, balok, balok bertingkat). Apabila digunakan untuk membuat bentuk sudut, maka pahat yang digunakan menyesuaikan bentuk sudut yang dibuat.

Apabila bentuk benda kerja silindris, maka untuk memegang benda kerja digunakan kepala pembagi (Dividing Head). Kepala pembagi ( Gambar 3.21)  ini biasanya digunakan untuk memegang benda kerja silindris , terutama untuk keperluan :

• Membuat segi banyak
• Membuat alur pasak
• Membuat roda gigi (lurus, helik, payung)
• Membuat roda gigi cacing.

 

Ragum yang dipasang eksklusif pada meja mesin frais spesialuntuk sanggup digunakan untuk mengerjakan benda kerja lurus atau bertingkat dengan bidang datar atau tegak lurus. Apabila benda kerja yang dibentuk ada bentuk sudutnya, maka ragum diletakan pada meja yang sanggup diatur sudutnya (identik dengan meja sinus). Meja tersebut (Gambar 3.22)  diikat pada meja mesin frais .

Alat menolong pemegang benda kerja di mesin frais yang lain yaitu meja putar (Rotary Table). Meja putar (Gambar 3.23) ini diletakkan diatas meja mesin frais, kemudian ragum atau cekam rahang tiga bisa diletakkan di atasnya. melaluiataubersamaini menolongan meja putar ini proses penyayatan bidang- bidang benda kerja bisa lebih cepat, alasannya ialah untuk menyayat sisi-sisi benda kerja tidak usah melepas benda kerja, cukup memutar handel meja putar dengan sudut yang dikekendaki. Selain itu dengan meja putar ini bisa dibentuk bentuk melingkar , baik satu bulat penuh (360^o) atau kurang dari 360^o.

 

Benda kerja yang dikerjakan di mesin frais tidak spesialuntuk benda kerja yang bentuknya teratur. Benda kerja yang berbentuk plat lebar, pienteng dengan diameter besar dan tipis, dan benda hasil tuangan susah dicekam dengan ragum. Untuk keperluan pemegangan benda kerja ibarat itu, maka benda kerja bisa eksklusif diletakkan di meja mesin frais kemudian diikat dengan memakai menolongan klem. Berbagai bentuk klem  (Gambar 3.24) dan baut pengikatnya biasanya digunakan untuk satu benda kerja yang relatif besar.

H.    Elemen Dasar Proses Frais

Elemen dasar proses frais  hampir sama dengan elemen dasar proses bubut. Elemen diturunkan berdasarkan rumus dan Gambar  3.25 diberikut :

 

Keterangan :

Benda kerja  :

w         = lebar pemotongan; mm

l_w         = panjang pemotongan ; mm

l_t          = l_v+l_w+l_n ; mm

a          = kedalaman potong, mm

Pahat Frais :

d          = diameter luar ; mm

z          = jumlah gigi (mata potong)

χ_r          = sudut potong utama ( 90^o)untuk pahat frais selubung)

Mesin frais :

n          = putaran poros utama ; rpm

v_f         = kecepatan makan ; mm/putaran

1)      Kecepatan potong :

 

2)      Gerak makan per gigi

3)      Waktu pemotongan

4)      Kecepatan penghasilan beram

Rumus-rumus tersebut di atas digunakan untuk perencanaan proses frais. Proses frais bisa dilakukan dengan banyak cara berdasarkan jenis pahat yang digunakan dan bentuk benda kerjanya. Selain itu jenis mesin frais yang bervariasi menimbulkan analisa proses frais menjadi rumit. Hal-hal yang perlu diperhatikan dalam perencanaan bukan spesialuntuk kecepatan potong dan gerak makan saja, tetapi juga cara pencekaman, gaya potong, kehalusan produk, getaran mesin dan getaran benda kerja. melaluiataubersamaini demikian hasil analisa/perencaaan ialah pendekatan bukan ialah hasil yang optimal.

               

I.       Pembuatan benda kerja dengan mesin frais

Beberapa variasi bentuk benda kerja bisa dikerjakan dengan mesin frais. Perencanakan proses frais dibahas satu kesatuan dengan beberapa pengerjaan proses frais.

1. Proses Frais datar/ rata

Proses frais datar/rata (dinamakan juga surface milling  atau slab milling) ialah proses frais dengan sumbu pahat paralel terhadap permukaan benda kerja  ( Gambar 3.26). Frais rata dilakukan dengan cara permukaan benda kerja dipasang paralel terhadap permukaan meja mesin frais dan pahat frais dipasang pada arbor mesin. Benda kerja dicekam dengan  ragum  biasa          (Gambar 3.20a), sebaiknya serpihan benda kerja yang menonjol di atas ragum tidak terlalu tinggi biar benda kerja tidak bergetar        (Gambar 3.27). Arbor dipasang horisontal didukung oleh spindel mesin dan penahan arbor di sisi yang lain.

 

Pahat yang digunakan untuk proses pengamasukan (roughing) sebaiknya dipilih pahat frais yang ukuran giginya relatif besar, dengan kecepatan potong dipilih yang minimal dari kecepatan potong yang diijinkan untuk pasangan pahat dan benda kerja yang dikerjakan (Tabel 3.1). Untuk proses finishing pahat yang digunakan dipilih pahat yang mempunyai gigi yang relatif kecil dengan kecepatan potong dipilih harga terbesar dari kecepatan potong yang diijinkan. Gerak makan pergigi ditentukan berdasarkan ketebalan beram yang diinginkan (direncanakan). Tebal beram sanggup dipilih berdasarkan benda kerja dan pahat yang digunakan, mesin, sistem pencekaman, dan kecepatan potong. 

2. Proses frais roda gigi

Proses frais gigi ( Gambar 3.29) , bahwasanya sama dengan frais bentuk pada Gambar 3.28, tetapi alasannya ialah bentuknya yang spesifik, serta proses pencekaman dan pemilihan pahat tidak sama maka akan dibahas lebih detail.  Dari info yang diperoleh dari gambar kerja, untuk proses frais roda gigi diperoleh data ihwal jumlah gigi, bentuk profil gigi, modul, sudut tekan, dan dimensi bakal roda gigi.

Dari info tersebut perencana proses frais gigi harus menyiapkan : kepala pembagi (Gambar 3.21), pahat frais gigi, dan perhitungan elemen dasar (putaran spindel, gerak makan, dan kedalaman potong). Kepala pembagi digunakan sebagai pemegang roda gigi (mandrel). Pada kepala pembagi terdapat prosedur yang memungkinkan operator mesin frais memutar benda kerja  dengan sudut tertentu.

Gambar 3.29.  Proses frais roda gigi dengan mesin frais horisontal dan dengan mesin frais vertikal

Tag : Materi SMK