Apa itu 'machinability' dan bagaimana cara mengukurnya?

Proses pembuatan pemesinan adalah cara yang serbaguna dan efektif untuk memotong logam dan plastik. Ini dapat membuat detail yang sangat halus dengan toleransi yang ketat, dan sangat hemat biaya untuk membuat prototipe dan sejumlah kecil suku cadang.

Namun, pemesinan tidak bekerja dengan baik untuk semua bahan. Karena prosesnya menggunakan alat pemotong yang berputar kuat untuk menghilangkan bagian material, material harus cukup lunak untuk memungkinkan alat pemotong menembusnya — jika tidak, alat itu sendiri akan rusak dan kualitas bagian akan menurun. Namun, terlalu lunak, dan material akan berubah bentuk dengan cara yang tidak diinginkan saat bersentuhan dengan alat pemotong, yang menyebabkan komponen melengkung dan tidak efektif.

Kemudahan pemotongan logam dengan alat pemotong dikenal sebagai kemampuan mesin . Tetapi karena ada banyak faktor yang menentukan kemampuan mesin suatu logam, karakteristiknya sulit untuk diukur. Artikel ini membahas dasar-dasar machinability:apa itu machinability, material mana yang paling machinable, bagaimana machinability dapat ditingkatkan, dan bagaimana machinability diukur.

Apa itu kemampuan mesin?

Machinability adalah ukuran dari kemudahan atau kesulitan dengan mana suatu bahan dapat dipotong dengan alat pemotong . Material yang dapat dipotong menggunakan daya minimal, tanpa menyebabkan deformasi pada area sekitarnya, lebih dapat dikerjakan dengan mesin daripada material yang membutuhkan lebih banyak upaya dan menyebabkan lebih banyak deformasi.

Dalam praktiknya, menggunakan material dengan kemampuan mesin yang baik memberikan manfaat jangka pendek dan jangka panjang . Dalam jangka pendek, menggunakan bahan yang dapat dikerjakan dapat menghasilkan suku cadang yang lebih baik dengan toleransi yang ketat, deformasi minimal, dan permukaan akhir yang baik. Mereka juga dapat dibuat lebih cepat daripada suku cadang yang dibuat dari bahan yang sulit dikerjakan. Dalam jangka panjang, penggunaan material yang dapat dikerjakan dengan mesin mengurangi keausan pahat dan masa pakai pahat lebih lama , akhirnya menghemat uang untuk toko mesin.

Jadi mengapa masinis tidak hanya menggunakan bahan yang paling bisa dikerjakan? Masalahnya adalah kemampuan mesin sering kali datang dengan mengorbankan kinerja material , dan sebaliknya. Material yang kuat biasanya lebih sulit untuk dipotong daripada material yang lemah, sehingga para insinyur sering kali perlu membuat keseimbangan antara kemampuan mesin dan kinerja.

Kemampuan mesin dari material tertentu bergantung pada sifat fisik ilmiahnya kelompok materi (terdiri dari elemen apa) dan kondisi dari bahan kerja tertentu (bagaimana itu dibuat). Sifat fisik suatu material adalah tetap, tetapi kondisi benda kerja dapat sangat bervariasi.

Sifat fisik meliputi:

• Pengerasan kerja
• Ekspansi termal
• Konduktivitas termal
• Modulus elastisitas

Faktor kondisi meliputi:

• Mikrostruktur
• Ukuran butir
• Perlakuan panas
• Kekerasan
• Kekuatan tarik

Material yang bisa dikerjakan

Aluminium

Salah satu bahan yang paling cocok untuk pemesinan, aluminium relatif murah dan diproduksi dalam sejumlah paduan umum. 6061 adalah kelas pekerja keras standar untuk permesinan, meskipun paduan yang kurang umum seperti aluminium 2011 dan 8280 bahkan lebih dapat dikerjakan dengan mesin, menghasilkan chip yang sangat kecil dan permukaan akhir yang sangat baik.

Baja

Baja biasanya lebih sulit untuk dikerjakan daripada paduan aluminium, tetapi grade dengan kandungan karbon sedang seperti 303 stainless steel adalah yang paling bisa dikerjakan (terlalu banyak karbon membuat baja terlalu keras; terlalu sedikit dan menjadi bergetah). Menggunakan timbal sebagai aditif dapat membuat baja lebih mudah dikerjakan, meningkatkan jarak bebas chip. Sulfur juga dapat meningkatkan kemampuan mesin baja.

Logam lainnya

Logam lain yang dapat dikerjakan termasuk berbagai kuningan paduan, yang cukup lunak tetapi memiliki kekuatan tarik yang baik. Demikian pula, tembaga memiliki tingkat kemampuan mesin yang baik bersama dengan karakteristik seperti konduktivitas listrik.

Plastik

Termoplastik bisa sulit untuk dikerjakan, karena panas yang dihasilkan oleh alat pemotong dapat menyebabkan plastik meleleh dan menempel pada alat. Dengan mengingat hal itu, beberapa plastik pemesinan terbaik termasuk ABS , nilon , akrilik , dan Delrin .

Meningkatkan kemampuan pengerjaan material

Meskipun logam memiliki sifat fisik yang tetap, kondisi benda kerja dapat diubah agar lebih dapat dikerjakan. Aditif juga dapat ditambahkan ke paduan untuk meningkatkan kemampuan mesin.

• Tambahan: Salah satu cara untuk meningkatkan kemampuan mesin dari material tertentu adalah dengan menggabungkan elemen material lain yang akan membuatnya lebih mudah untuk dipotong. Saat mengerjakan baja, misalnya, penambahan timbal dan belerang dapat membuat benda kerja lebih mudah dipotong.
• Perlakuan panas: Logam sering mengalami pemanasan dan pendinginan untuk mengubah sifatnya, dan perlakuan panas dapat mengurangi kekerasan logam agar lebih mudah dikerjakan. Anil paduan berbasis nikel, misalnya, dapat meningkatkan kemampuan mesin.
• Faktor eksternal :Pemesinan dapat dibuat lebih mudah tanpa benar-benar mengubah material benda kerja. Misalnya, menyesuaikan material pahat, kecepatan potong, sudut pemotongan, kondisi pengoperasian, dan parameter lainnya dapat mempermudah pemotongan material yang sulit dikerjakan.

Bagaimana kemampuan mesin diukur

Karena begitu banyak faktor berbeda yang memengaruhi kemampuan mesin dari suatu material, kemampuan mesin dapat dianggap sebagai konsep samar yang sulit diukur.

Namun, para insinyur dan ilmuwan material telah mencoba mengukur kemampuan mesin melalui metrik seperti konsumsi daya (berapa banyak energi yang dibutuhkan untuk memotong material), masa pakai alat pemotong (seberapa cepat pahat aus saat memotong material), dan permukaan akhir (menghasilkan kehalusan bahan yang dipotong).

• Konsumsi daya :Kemampuan mesin dapat dinilai dengan gaya yang dibutuhkan untuk memotong material, diukur menggunakan metrik energi standar.
• Masa pakai alat pemotong :Kemampuan mesin dapat dinilai dengan menentukan waktu berapa lama alat bertahan saat memotong bahan tertentu.
• Penyelesaian permukaan :Kemampuan mesin dapat dinilai dengan memperhatikan tingkat tepi yang terbentuk selama pemesinan; material yang sangat mudah dikerjakan tidak menghasilkan kelebihan.

Sayangnya, tidak satu pun dari metode ini yang sepenuhnya dapat diandalkan, karena faktor independen dapat memengaruhi konsumsi daya, keausan pahat pemotong, dan penyelesaian permukaan.

Institut Besi dan Baja Amerika (AISI) juga telah menciptakan sistem peringkat kemampuan mesin berdasarkan tes balik. Peringkat ini, dinyatakan sebagai persentase, relatif terhadap kemampuan mesin 160 baja Brinell B1112 (diambil secara sewenang-wenang), yang memiliki peringkat kemampuan mesin 100%. Logam dengan tingkat kemampuan mesin lebih tinggi dari B1112 memiliki peringkat di atas 100%, sedangkan logam dengan kemampuan mesin lebih buruk memiliki peringkat di bawah 100%.