Artikel

Keausan Alat Potong (Tool Wear)

Print
Category: Mesin & CNC
Last Updated on Wednesday, 23 September 2015 Published Date Written by Sugiyarto-8

Keausan Alat Potong (Tool Wear)

Sugiyarto Triwibowo - Widyaiswara Madya, PPPPTK BOE Malang

 

 

Abstraksi

Mesin CNC saat ini memiliki kemampuan untuk melakukan high speed machining  (high spindle speedhigh feeding dan high rapid traverse rate) tanpa mengurangi tingkat kepresisian yang dicapai. Untuk lebih memaksimalkan kemampuan mesin CNC diperlukan alat potong yang tepat, sehingga adanya indexable tools system tidak bisa ditawar lagi. Indexable tools system terdiri dari dua bagian utama, yaitu holder dan insert atau tip.

Alat potong atau insert dalam proses pemotongan akan menerima beban/ gaya yang besar dan temperatur tinggi akibat gesekan yang timbul pada saat penyayatan. Umur dari insert akan sangat dipengaruhi oleh banyak hal. Dalam artikel ini secara spesifik akan dibahas beberapa macam keausan/ kerusakan insert yang sering timbul disertai kemungkinan penyebabnya dan alternatif solusinya.

Kata kunci : insert, keausan

 

 

 

Teknologi pemesinan  untuk produk massal saat ini didominasi oleh mesin-mesin dengan pengendali Computer Numerical Control (CNC) yang memiliki kemampuan semakin canggih. Di era persaingan bebas seperti sekarang ini kehadiran mesin-mesin CNC sudah tidak dapat ditunda lagi. Mesin CNC saat ini memiliki kemampuan untuk melakukan high speed machining (high spindle speedhigh feeding dan high rapid traverse rate) tanpa mengurangi tingkat kepresisian yang dicapai. Mesin CNC juga mempunyai kelebihan lain, yaitu fleksibilitas mengerjakan pekerjaan yang rumit, variatif dan mampu mengerjakan pekerjaan yang sulit atau bahkan tidak mungkin dikerjakan dengan mesin konvensional. Untuk lebih memaksimalkan kemampuan mesin CNC diperlukan alat potong yang tepat, sehingga adanya indexable tools system tidak bisa ditawar lagi. Indexable tools system terdiri dari dua bagian utama, yaituholder dan insert atau tip.

 

Gambar 1. Indexable milling tool holder beserta insertnya

(Foto milik ISCAR LTD)

 

 

Gambar 2. Indexable turning tool holder beserta insertnya

(Foto milik TaeguTec LTD)

 

Insert merupakan mata sayat dari alat potong yang dapat diputar atau diganti jika telah mengalami keausan atau kerusakan. Pada gambar 3 ditunjukkan beberapa contoh insert.

 

Gambar 3. Bermacam-macam jenis insert Hardmetal

(Foto milik Sandvik Coromant Co.)

 

Biasanya sebuah insert memiliki mata sayat lebih dari satu. TaeguTec produsen tools dari Korea bahkan membuat delapan mata sayat pada sebuah insert untuk salah satu produknya yaitu ChaseOcto, gambar 4. Insert ini memungkinkan kita untuk memutar sebanyak 7 kali, ini berarti setelah 8 kali pemakaian barulah insert jenis ini diganti. Dengan demikian masa pakai insert ini akan lebih lama dibanding insert tipe lainnya.

 

Gambar 4. Insert ChaseOcto produk TaeguTec

(Foto milik TaeguTec LTD)

 

Indexable tools system memiliki kelebihan yaitu breakdown time yang singkat untuk memutar atau mengganti insert tanpa mempengaruhi geometri alat potong secara keseluruhan (diameter efektif, panjang alat potong, dll.).

 

Pada prinsipnya geometri dari indexable tools system sama dengan alat potong konvensional seperti pada gambar 5.

 

 

 

BRA

:

Back rake angle

ECAC

:

End cutting-edge angle

ERA

:

End relief angle

RA

:

Side rake angle

SCEA

:

Side cutting-edge angle

SRA

:

Side relief angle

 

Gambar 5. Geometri alat potong

 

Back rake angle berfungsi untuk mengendalikan arah tatal. Back rake angle juga berfungsi menahan gaya yang diterima alat potong dari material yang disayat.

   

 

Gambar 6. Gaya yang terjadi pada proses pembubutan (turning)

 

Back rake angle berfungsi untuk mengendalikan arah tatal. Back rake juga berfungsi menahan gaya yang diterima alat potong dari material yang disayat. Tools nose radius berfungsi untuk memperkuat ujung alat potong serta meningkatkan kualitas permukaan hasil penyayatan. Sedangkan side rake angle untuk pengerjaan material kuningan (brass) adalah 0°, sedangkan untuk aluminium berkisar 15°.

 

Alat potong atau insert dalam proses pemotongan akan menerima beban/ gaya yang besar dan temperatur tinggi akibat gesekan yang timbul pada saat penyayatan. Umur dari insert akan sangat dipengaruhi oleh banyak hal seperti ketepatan dalam memilih jenis dan grade insert, serta pemilihan parameter pemotongan seperti asutan (feeding) dan kecepatan potong (cutting speed).  Dalam artikel ini secara spesifik akan dibahas beberapa macam keausan/ kerusakan insert yang sering timbul disertai kemungkinan penyebabnya dan alternatif solusinya.

 

Flank Wear

Timbulnya flank wear akan menyebabkan produk memiliki kekasaran permukaan yang jelek atau dapat juga menyebabkan dimensi yang dihasilkan keluar dari toleransi.

 

Gambar 7. Flank wear pada insert

(Foto milik Sandvik Coromant Co.)

 

Flank wear dapat disebabkan oleh pemakaian cutting speed yang terlalu tinggi atau insert yang digunakan memiliki ketahanan aus yang rendah. Alternatif solusinya adalah dengan mengurangi cutting speed, menggunakan insert dengan tingkat ketahanan terhadap aus yang lebih baik, pilih insert Al2O3 coated grade. Alternatif lainnya adalah memilih insert denganlead angle yang lebih besar.

Notch Wear

Notch wear atau keausan yang berbentuk takik akan menyebabkan produk memiliki kekasaran permukaan yang jelek atau dapat juga menyebabkan dimensi yang dihasilkan keluar dari toleransi.

 

Gambar 8. Notch wear atau aus yang berbentuk takik pada insert

(Foto milik Sandvik Coromant Co.)

 

Notch wear disebabkan karena material yang dikerjakan memiliki kekerasan tidak merata atau bersifat abrasif. Material memiliki lapisan permukaan yang lebih keras dan lebih abrasif dari pada lapisan yang lebih dalam. Contoh material yang sering menyebabkan notcing seperti baja tempa, baja tuang dan austenitic stainless steel. Kemungkinan lain yang dapat menyebabkan notching adalah terjadinya stres yang tidak merata pada material yang dikerjakan atau material memiliki bentuk yang tidak silindris.

Adapun solusi untuk mengatasi notch wear :

-     Kurangi asutan (feeding)

-     Kurangi kedalaman pemakanan (depth of single cut)

-     Pilihlah insert dengan lead angle yang lebih besar, 

     gunakan grade yang lebih ulet    atau insert dengan chipbreaker untuk high feed rates.

-     Jika material yang dikerjakan memiliki bentuk tidak silindris atau beralur,      

    gunakan insert yang dapat digunakan untuk interrupt cutting.

 

Crater Wear

Crater wear atau terjadinya keausan hingga timbul cekukan/ kawah akan menyebabkan produk memiliki kekasaran permukaan yang jelek atau dapat juga menyebabkan dimensi yang dihasilkan keluar dari toleransi. Crater wear dapat juga menyebabkan kerusakan pada insert.

 

Gambar 9. Crater wear pada insert

(Foto milik Sandvik Coromant Co.)

 

Aus berupa cekukan/ kawah terjadi karena kombinasi difusi, dekomposisi dan keausan abrasif. Hal ini disebabkan karena temperatur penyayatan terlalu tinggi pada permukaan rake. Keausan jenis ini sering terjadi ketika mengerjakan material besi atau paduan berbasis titanium. Crater wear sering juga disebut cratering. Adapun alternatif solusi pada crater wear adalah:

-     Pilih insert dengan lapisan Al2O3

-     Gunakan insert dengan geometri positif

-     Untuk mendapatkan temperatur yang lebih rendah, kurangi cutting speed dan feeding.

 

Plastic Deformation

Plastic deformation atau permanent deformation pada alat potong terjadi saat pemotongan logam dengan tekanan dan temperatur yang ekstrim serta kontak alat potong dengan benda kerja yang intens. Deformasi plastis disebut juga deformasi termal. Deformasi plastis dapat berupa Edge Depression atau flank impressionKerusakan insert jenis ini akan menyebabkanchip control dan kekasaran permukaan produk yang jelek.

 

Gambar 10. Deformasi Plastis pada insert

(Foto milik Sandvik Coromant Co.)

 

Alternatif solusi pada deformasi plastis adalah :

-     Pilih insert dengan grade yang lebih keras yang memiliki ketahanan terhadap deformasi plastis

-     Jika terjadi edge depression, kurangi asutan (feeding)

-     Jika terjadi flank impression, kurangi kecepatan potong (cutting speed)

 

Built-up Edge (BUE)

Built-up Edge (BUE) terjadi ketika serpihan dari benda kerja menempel karena adanya tekanan dan temperatur tinggi pada sisi potong insert. Selain menyebabkan penumpukan material pada insert, BUE pada tahapan berikutnya dapat juga mangakibatkan insert mengalami sumpil atau chipping serta mempercepat terjadinya flank wearChipping sering juga disebut frittering.

 

Gambar 11. Insert mengalami Built-up Edge (BUE)

(Foto milik Sandvik Coromant Co.)

BUE dapat diidentifikasi melalui perubahan ukuran produk yang tidak menentu, serta munculnya serpihan yang  mengkilap menempel di bagian atas atau sisi tepi insert.

Alternatif solusi pada deformasi plastis adalah :

-     Naikkan cutting speed

-     Kurangi asutan (feeding)

-     Gunakan pendingin yang cukup

-     Gunakan insert dengan lapisan PVD dengan geometri positif.

 

Chip Hammering

Kerusakan insert akibat chip hammering ditandai oleh kerusakan rake face dari insert sebagai akibat dari proses penyayatan dengan tatal yang terlalu panjang dan konstan.

 

 

Gambar 12. Chip hamering pada Insert

(Foto milik Sandvik Coromant Co.)

Alternatif solusi pada chip hammering adalah :

-  Kurangi asutan (feed rate)

-  Gunakan insert yang lebih bersifat ulet (tougher)

-  Pilih insert geometri yang lebih kuat

-  Gunakan cairan pendingin yang sesuai

 

Frittering

Kerusakan insert akibat frittering menyebabkan hasil permukaan akhir penyayatan yang jelek (poor surface finish) serta dapat menimbulkan flank wear yang berlebihan. Adapun kemungkinan penyebabnya adalah :

- Grade dari insert terlalu rapuh (brittle)

- Geometri dari insert terlalu lemah atau kurang kuat (weak)

Gambar 13. Frittering pada Insert

(Foto milik Sandvik Coromant Co.)

Alternatif solusi pada frittering adalah :

-  Pilih insert dengan sifat lebih ulet

-  Gunakan insert dengan geometri yang lebih kuat

-  Naikkan kecepatan potong atau pilih insert dengan geometri      positif. Kurangi asutan pada awal penyayatan.

 

Thermal Cracks

Kerusakan insert thermal cracks dapat menyebabkan frittering dan hasil permukaan akhir penyayatan yang jelek (poor surface finish). Retakan kecil yang timbul pada posisi tegak lurus (perpendicular) terhadap sisi potong dari insert seperti pada gambar 14.

 

 

Gambar 14. Thermal cracks pada Insert

(Foto milik Sandvik Coromant Co.)

 

Adapun kemungkinan penyebab timbulnya thermal cracks adalah :

Intermittent machininginterrupted cutting

- Pemberian cairan pendingin yang tidak teratur (varying coolant

  supply)

 

Alternatif solusi pada thermal cracks adalah :

-  Gunakan insert dengan grade yang lebih ulet dan memiliki

    sifat tahan terhadap timbulnya retak

-  Gunakan coolant yang kontinyu dan cukup atau

    tanpa collant sama sekali

 

Insert Breakage

Kerusakan insert breakage bukan hanya dapat menyebabkan kerusakan pada insert saja namun dapat juga menyebabkan kerusakan pada shim dan benda kerja.

 

 

Gambar 15. Kerusakan insert akibat Insert breakage

(Foto milik Sandvik Coromant Co.)

 

Kemungkinan penyebab timbulnya insert breakage adalah :

-  Grade dari insert terlalu rapuh (brittle)

-  Beban berlebihan pada insert

-  Geometri insert terlalu lemah

-  Ukuran insert terlalu kecil

 

Alternatif solusi pada insert breakage adalah :

-  Gunakan insert dengan grade yang lebih ulet

-  Kurangi asutan dan/ atau kedalaman pemotongan (depth of

   cut)

-  Pilih insert dengan geometri yang lebih kuat

-  Gunakan insert yang lebih tebal atau lebih besar ukurannya

 

 

Kesimpulan

Untuk mendapatkan kinerja alat potong yang optimal dan mencegah terjadinya keausan alat potong yang terlalu dini maka diperlukan pemilihan jenis alat potong (insert) yang tepat sesuai dengan jenis bahan yang dikerjakan dan kondisi lainnya. Jenis bahan yang dikerjakan dan jenis insert yang dipakai akan menentukan nilai parameter pemotongan (cutting speed dan feeding) yang seharusnya dipakai. Setiap perusahaan pembuat tool (insert) selalu mengeluarkan katalog produknya, dimana di dalamnya terdapat juga rekomendasi penggunaannya. Data-data inilah yang perlu kita jadikan rujukan dalam aplikasi pemotongan.

 

 

 

 

 

Copyright 2019. Powered by Humas. PPPPTK BOE MALANG