Permesinan Abrasif dan Proses Finishing

Ada banyak situasi di bidang manufaktur di mana proses yang dijelaskan sejauh ini tidak dapat menghasilkan akurasi dimensi atau permukaan akhir yang diperlukan untuk suatu komponen, atau material benda kerja terlalu keras atau terlalu rapuh untuk diproses. Pertimbangkan, misalnya, akurasi dan permukaan halus yang dibutuhkan pada bantalan bola dan rol, piston, katup, silinder, cams, roda gigi, mati, dan berbagai komponen presisi yang digunakan dalam instrumentasi. Salah satu metode paling umum untuk menghasilkan karakteristik yang menuntut seperti itu pada bagian adalah permesinan abrasif.

Material abrasive adalah partikel kecil dan keras yang memiliki tepi tajam dan bentuk tidak beraturan, tidak seperti alat pemotong umum. Abrasive mampu menghilangkan partikel kecil sejumlah bahan dari permukaan melalui proses pemotongan yang menghasilkan serpihan kecil. Sebagian besar dari kita akrab dengan menggunakan gerinda roda (abrasif terikat), untuk mengasah pisau dan alat, serta menggunakan amplas atau kain ampelas untuk menghaluskan permukaan dan menghilangkannya sudut tajam. Bahan abrasif juga digunakan untuk mengasah, lap, buff, dan polish benda kerja. Dengan menggunakan komputer yang dikendalikan mesin, proses abrasif sekarang mampu memproduksi berbagai macam geometri benda kerja, dan akurasi dimensi sangat baik dan permukaan akhir.

Bahan Abrasif

Bahan abrasif yang paling umum digunakan dalam operasi permesinan abrasif adalah sebagai berikut:

Conventional abrasives

  • Aluminum oxide (Al2O3)
  • Silicon carbide (SiC)

Superabrasives

  • Cubic boron nitride (cBN)
  • Intan.

Selain kekerasan, karakteristik penting dari bahan abrasif adalah kerapuhan didefinisikan sebagai kemampuan butiran abrasif untuk patah (pecah) menjadi potongan-potongan yang lebih kecil. Sifat ini memberikan abrasive karakteristik penajaman sendiri, yang penting dalam menjaga ketajamannya selama digunakan. Kerapuhan yang tinggi menunjukkan kekuatan yang rendah atau ketahanan patah yang rendah dari bahan abrasif. Dengan demikian, fragmen butiran abrasif yang sangat rapuh lebih cepat di bawah kekuatan penggilingan daripada satu dengan kerapuhan rendah. Misalnya aluminium oksida memiliki kerapuhan yang lebih rendah daripada silikon karbida dan, dengan demikian, lebih rendah kecenderungan untuk terpecah-pecah.

Jenis bahan abrasif. Bahan abrasif yang biasa ditemukan di alam adalah ampelas, korundum (alumina), kuarsa, garnet, dan berlian. Karena abrasive alami ini umumnya mengandung kotoran dan memiliki sifat yang tidak seragam, kinerjanya tidak konsisten dan tidak dapat diandalkan. Akibatnya, abrasif telah dibuat secara sintetis selama bertahun-tahun:

  • Aluminium oksida pertama kali dibuat pada tahun 1893 dan diproduksi dengan menggabungkan bauksit, serbuk besi, dan kokas. Oksida aluminium yang menyatu dikategorikan sebagai gelap (kurang gembur), putih (sangat gembur), dan kristal tunggal.
  • Seeded Gel pertama kali diperkenalkan pada tahun 1987. Bahan ini juga dikenal sebagai keramik aluminium oksida. Bahan ini memiliki ukuran butir 0.2 mm, yang jauh lebih kecil dari jenis lainnya pada umumnya butiran abrasif yang digunakan. Butir-butir ini disinter untuk membentuk ukuran yang lebih besar. Karena mereka lebih keras daripada alumina leburan dan memiliki kerapuhan yang relatif tinggi, seeded gel mempertahankan ketajamannya dan digunakan terutama untuk bahan yang sulit digerinda.
  • Silikon karbida pertama kali ditemukan pada tahun 1891 dan dibuat dengan pasir silika dan kokas minyak bumi. Karbida silikon dibagi menjadi hitam (kurang gembur) dan hijau (lebih rapuh) dan umumnya memiliki kerapuhan yang lebih tinggi daripada aluminium oksida. Oleh karena itu, mereka memiliki kecenderungan yang lebih besar untuk patah dan tetap tajam.
  • Kubik boron nitrida pertama kali dikembangkan pada 1970-an.
  • Intan (juga dikenal sebagai berlian sintetis atau industri) pertama kali digunakan sebagai abrasif pada tahun 1955.

Pengoperasian Mesin Gerinda

Pemilihan proses gerinda dan mesin untuk aplikasi tertentu tergantung pada bentuk dan fitur benda kerja, ukuran, kemudahan pemasangan, dan tingkat produksi yang diperlukan. Mesin gerinda modern dikendalikan oleh komputer dan memiliki fitur seperti pemuatan dan pembongkaran benda kerja otomatis, penjepitan bagian, pembalut, dan pembentukan roda. Gerinda juga dapat dilengkapi dengan probe dan pengukur untuk menentukan posisi relatif permukaan roda dan benda kerja.

Penggerindaan Permukaan. Penggerindaan permukaan adalah salah satu operasi yang paling umum. Umumnya melibatkan gerinda permukaan datar. Biasanya, benda kerja diamankan pada chuck magnet yang terpasang pada meja kerja; bahan nonmagnetik dipegang oleh catok, vakum chuck, atau perlengkapan lainnya. Roda lurus dipasang pada poros horizontal penggiling permukaan. Gerinda transversal terjadi saat meja bergerak secara longitudinal dan diumpankan secara lateral (ke arah spindel sumbu) setelah satu langkah gerakan. Dalam gerinda plunge, roda bergerak secara radial ke dalam benda kerja, seperti saat menggerinda alur.

Ilustrasi skema dari berbagai operasi penggerindaan permukaan.

Penggerindaan silindris. Dalam penggerindaan silindris, permukaan silinder luar dan bahu benda kerja seperti bantalan poros engkol, spindel, pin, dan cincin bantalan digerinda. Benda kerja silinder berputar membalas secara lateral sepanjang sumbunya untuk menutupi lebar untuk digerinda. Dalam penggerindaan gulungan digunakan untuk benda kerja besar dan panjang seperti gulungan pada rolling mill. Mesin ini mampu menggiling gulungan sebesar 1,8 m (72 in.) dalam diameter.

Benda kerja dalam penggilingan silindris dipegang di antara pusat atau di chuck, atau dipasang di pelat muka di headstock dari gerinda. Untuk permukaan silinder lurus, sumbu rotasi roda dan benda kerja sejajar. Roda dan benda kerja masing-masing digerakkan oleh motor yang terpisah dan pada berbeda kecepatan. Benda kerja panjang dengan dua atau lebih diameter dapat digerinda pada penggerindaan silinder.

Penggerindaan Tanpa Pusat. Penggerindaan tanpa pusat adalah proses produksi tinggi untuk terus menerus menggerinda permukaan silinder di mana benda kerja didukung bukan oleh pusat (karenanya istilah “tanpa pusat”) atau chuck, tetapi dengan bilah. Bagian khas yang dibuat dengan gerinda tanpa pusat adalah roller bantalan, pin piston, katup mesin, poros bubungan, dan komponen serupa. Bagian dengan diameter sekecil 0,1 mm (0,004 in.) dapat digerinda. Penggerindaan tanpa pusat (Gbr. 26.22d) mampu menghasilkan kecepatan permukaan roda pada orde 10.000 m/mnt (35.000 ft/mnt), biasanya menggunakan boron nitrida kubik roda abrasif.

Skema penggerindaan tanpa pusat

Permesinan Ultrasonik

Dalam permesinan ultrasonik, material dihilangkan dari permukaan dengan serpihan mikro dan erosi dengan butiran abrasif yang lepas dan halus dalam bubur air. Ujung alat (disebut sonotrode) bergetar pada frekuensi 20 kHz dan amplitudo rendah 0,0125 hingga 0,075 mm (0,0005 hingga 0,003 in.). Getaran ini memberikan kecepatan tinggi untuk butiran abrasif antara pahat dan benda kerja. Tekanan yang dihasilkan oleh dampak partikel abrasif pada permukaan benda kerja tinggi karena (a) waktu kontak antara partikel dan permukaan sangat singkat (10 – 100 mikrodetik ) dan (b) area kontak sangat kecil. Dalam bahan rapuh, dampak ini tekanan cukup tinggi untuk menyebabkan microchipping dan erosi benda kerja permukaan.

Pemesinan ultrasonik paling cocok untuk material yang keras dan rapuh, seperti seperti keramik, karbida, batu mulia, dan baja yang dikeraskan. Alat khusus diperlukan untuk setiap bentuk yang akan diproduksi; maka itu juga disebut form tool. Ujung alat (yang dipasang ke transduser melalui dudukan alat) biasanya terbuat dari baja ringan.

Butiran abrasif biasanya boron karbida, meskipun aluminium oksida atau butiran silikon karbida juga digunakan, dengan ukuran mulai dari nomor grit 100 for roughing ke grit nomor 1000 untuk operasi finishing. Butiran dibawa dalam bubur air dengan konsentrasi 20 hingga 60% volume; bubur juga membawa puing-puing jauh dari zona pemotongan.

Skema permesinan ultrasonik dan contoh hasil permesinannya

Operasi Finishing

Selain yang dijelaskan sejauh ini, beberapa proses yang menggunakan abrasif butir halus digunakan pada benda kerja sebagai operasi finishing akhir. Namun, operasi ini secara signifikan dapat mempengaruhi waktu produksi dan biaya produk. Jadi, mereka harus ditentukan dengan mempertimbangkan biaya dan manfaatnya.

Abrasif berlapisan. Contoh umum dari bahan abrasif berlapis adalah amplas dan kain ampelas. Mayoritas abrasif berlapis terbuat dari aluminium oksida, dengan silikon karbida dan zirkonia alumina membuat sisanya. Abrasive berlapis biasanya memiliki: sebuah struktur yang jauh lebih terbuka daripada abrasive pada roda gerinda, dan mereka memiliki butir yang lebih runcing dan agresif. Abrasif berlapis tersedia dalam bentuk lembaran, sabuk, dan cakram. Mereka digunakan secara luas untuk menyelesaikan permukaan datar atau melengkung dari komponen logam dan non logam, metalografi spesimen, dan dalam pengerjaan kayu. Ketepatan permukaan akhir diperoleh bergantung terutama pada ukuran butir.

Skema abrasif berlapisan. Amplas dan kain ampelas adalah contoh umum.

Pemolesan. Pemolesan adalah proses yang menghasilkan permukaan akhir yang halus dan berkilau. Mekanisme dasar yang terlibat dalam proses pemolesan adalah pelunakan dan pengolesan lapisan permukaan dengan pemanasan gesekan yang dikembangkan selama pemolesan dan beberapa sangat halus menghilangkan kerak abrasif dari permukaan benda kerja. Penampilan mengkilap dari permukaan yang dipoles dihasilkan dari tindakan ini.

Lapping. Ini adalah operasi yang digunakan untuk menyelesaikan permukaan datar, silinder, atau melengkung. Lapping relatif lunak dan berpori dan biasanya terbuat dari cor besi, tembaga, kulit, atau kain. Partikel abrasif tertanam di lapping atau dapat dibawa dalam bubur. Lapping pada benda bulat dan lensa kaca dilakukan dengan lap berbentuk khusus. Memasukkan pasangan roda gigi dapat dilakukan dengan lapping, seperti pada roda gigi hypoid untuk gandar belakang. Tergantung pada jenis dan kekerasan benda kerja bahan, tekanan lapping berkisar dari 7 hingga 140 kPa (1 hingga 20 psi).

Superfinishing. Dalam proses ini, tekanan yang diberikan sangat ringan dan gerakan batu asah memiliki langkah pendek. Pergerakan batu dikendalikan sehingga butir tidak bergerak di sepanjang jalur yang sama di permukaan benda kerja.

Skema superfinishing

>> KLIK DI SINI UNTUK MEMBACA ARTIKEL SEPUTAR TEKNOLOGI MANUFAKTUR LAINNYA!

Kontributor: Daris Arsyada

By Caesar Wiratama

Sumber:

Kalpakjian, Serope dan Schmid, Steven R. (2009). Manufacturing Engineering and Technology (6th ed). New Jersey: Prentice Hall.

Subscribe
Notify of
guest
0 Comments
Inline Feedbacks
View all comments