Memahami Machinability:Pengukuran &Faktor Kunci

Mari kita mulai dengan pertanyaan utama yang harus dijawab:apa itu machinability? Dengan kata sederhana, kemampuan mesin adalah kemudahan suatu material dapat dipotong (dimesin) untuk mencapai kualitas bagian yang diinginkan. Kualitas komponen di sini mengacu pada karakteristik seperti keakuratan dimensi, toleransi, dan penyelesaian permukaan.

Material dengan kemampuan mesin yang tinggi umumnya membutuhkan waktu dan tenaga yang lebih sedikit untuk dikerjakan, menyebabkan lebih sedikit keausan pahat, dan memiliki kualitas permukaan yang lebih baik. Dapat dimengerti bahwa dari sudut pandang produksi, material dengan kemampuan mesin yang tinggi selalu lebih disukai. Namun, hal ini mungkin tidak selalu sesuai dengan perspektif desainer, yang menginginkan kekuatan, performa, dan stabilitas termal yang tinggi, dan hal ini tidak selalu terjadi pada material yang mudah dikerjakan.

Hal ini menciptakan trade-off yang menarik antara berbagai persyaratan teknik, yang akan kita bahas lebih lanjut di artikel ini.

Faktor-Faktor yang Mempengaruhi Kemampuan Mesin

Banyak faktor yang berperan ketika membahas kemampuan mesin suatu material. Hal ini berasal dari sifat inti material, perlakuan pasca produksi, dan kondisi pemotongan.

1. Properti Bahan

Kumpulan karakteristik terpenting yang mempengaruhi machinability adalah sifat material. Karena setiap material memiliki serangkaian properti yang unik, teknisi harus memahami dampak setiap properti terhadap kemampuan mesin agar dapat mengambil keputusan yang tepat.

1.1 Kekerasan

Kekerasan adalah faktor kunci dalam menentukan kemampuan mesin suatu material karena menentukan seberapa sulitnya untuk 'memotong' permukaan. Karena alat pemesinan sebagian besar berinteraksi dengan permukaan benda kerja, kekerasan merupakan karakteristik penting dari kemampuan pemesinan.

Umumnya, material yang lebih keras seperti Inconel memerlukan lebih banyak tenaga untuk memotong karena alat tersebut perlu mengerahkan gaya yang lebih tinggi. Selain itu, perkakas menjadi lebih cepat aus saat mengerjakan material keras. Singkatnya, kekerasan yang tinggi berarti kemampuan mesin yang rendah.

1.2 Ketangguhan

Ketangguhan adalah parameter penting lainnya dalam menentukan kemampuan mesin. Material dengan ketangguhan tinggi seperti baja karbon tinggi mampu menyerap gaya potong dan menahan deformasi dengan baik, sehingga memerlukan gaya potong yang lebih tinggi dan perkakas yang lebih tahan lama.

Selain itu, material yang keras menghasilkan serpihan yang panjang dan berserabut karena keuletannya yang tinggi. Meskipun hal ini baik untuk menjaga kelancaran pemotongan dan perpindahan panas yang efektif, serpihan yang panjang sering kali tersangkut pada alat, sehingga menyebabkan penundaan pemotongan dan keausan permukaan pada benda kerja.

1.3 Konduktivitas Termal

Proses pemesinan menghasilkan panas akibat geseran material. Oleh karena itu, manajemen termal pada antarmuka pemotongan sangat penting untuk proses pemotongan yang efektif. Dalam hal perpindahan panas, hal ini sangat bergantung pada konduktivitas termal material.

Bahan yang sulit dipotong umumnya memiliki konduktivitas termal yang rendah, yang berarti energi panas yang dihasilkan pada antarmuka pemotongan tidak cepat hilang. Hal ini menyebabkan beberapa efek negatif seperti pelunakan termal benda kerja dan pahat, umur pahat yang lebih rendah, dan akurasi dimensi. Contoh klasik dari bahan tersebut adalah Titanium, yang memiliki semua masalah ini.

Konduktivitas termal yang rendah juga mencegah penggunaan kecepatan potong dan pengumpanan yang tinggi, karena panas yang dihasilkan tidak berpindah secara efektif.

2. Kondisi Pemotongan

Machinability adalah tentang bagaimana suatu material berperilaku saat dipotong. Oleh karena itu, selain sifat material, kondisi pemotongan juga mempengaruhi kemampuan mesin material.

2.1 Parameter Pemotongan

Parameter pemotongan utama dalam pemesinan adalah kecepatan potong, pemakanan, dan kedalaman potong. Mengoptimalkan ketiga hal ini bermanfaat dari sudut pandang produksi karena menghasilkan tingkat penghilangan material yang lebih tinggi. Namun, hal ini tidak selalu memungkinkan.

Kecepatan potong yang lebih tinggi umumnya membuat material menjadi kurang dapat dikerjakan dengan mesin karena panas yang berlebihan dan gesekan yang menyebabkan keausan pahat. Namun, hal ini memperbaiki permukaan akhir dalam banyak kasus. Pada saat yang sama, peningkatan umpan pemotongan menghasilkan beban chip dan gaya pemotongan yang lebih tinggi. Hal ini dapat merusak alat dan menyebabkan getaran berlebihan.

Kedalaman pemotongan juga berhubungan positif dengan gaya pemotongan, konsumsi daya, dan pembangkitan panas. Hal ini merupakan dampak terhadap alat dan benda kerja. Selain itu, kedalaman pemotongan yang lebih tinggi juga berdampak negatif terhadap integritas permukaan dengan menciptakan tekanan mekanis dan termal.

Selain itu, kedalaman pemotongan juga merupakan kontributor utama terhadap stabilitas dinamis proses pemotongan. Meningkatnya melebihi batas tertentu dapat menyebabkan getaran chatter, yang berbahaya bagi alat dan mesin.

2.2 Alat Pemotong

Pemotong CNC memiliki fitur geometris rumit yang secara signifikan memengaruhi kemampuan mesin. Contoh yang paling nyata adalah sudut rake (sudut ujung tombak). Sudut rake negatif mengurangi beban pemotongan dan meningkatkan pembentukan chip, yang merupakan tanda kemampuan mesin yang tinggi. Namun, hal ini juga membuat alat menjadi lebih lemah.

Demikian pula, faktor lainnya adalah sudut jarak bebas, yang memengaruhi indikator kemampuan mesin seperti keausan pahat dan pembuangan panas.

2.3 Pendinginan dan Pelumasan

Ahli mesin sering kali menggunakan cairan pendingin dan pelumas pada antarmuka alat-benda kerja untuk meningkatkan kemampuan mesin material. Hal ini meningkatkan penghilangan panas dan sifat gesekan material, sehingga menghasilkan tindakan pemotongan yang lebih halus, penyelesaian permukaan yang lebih baik, dan masa pakai alat yang lebih lama.

2.4 Kondisi Peralatan Mesin

Kondisi mesin CNC merupakan faktor lain yang menentukan kemampuan mesin. Mesin yang lebih tua umumnya memiliki permainan pada penggerak sumbunya dan lebih bergetar di bawah beban pemotongan dinamis. Hal ini mempersulit pemesinan, sehingga mesin tidak mampu menangani material yang sulit dipotong.

Berapa Peringkat Kemampuan Mesin itu?

Dengan banyaknya variasi material yang dapat dikerjakan dengan mesin di kotak peralatan insinyur, mungkin sulit untuk membandingkannya dalam hal kemampuan mesin. Salah satu metode populer untuk mengukur kemampuan mesin suatu material adalah melalui peringkat kemampuan mesinnya.

Fitur standar peringkat kemampuan mesin adalah memiliki bahan referensi untuk perbandingan yang mudah. Misalnya, salah satu material standarnya adalah C36000 Brass dengan rating machinability 100%. Ketika material semakin sulit untuk dipotong, rating masing-masing material akan menurun. Misalnya, AISI 1018 memiliki peringkat 70%, yang menunjukkan kemampuan mesin rata-rata.

Mengapa Bagan Kemampuan Mesin itu Penting?

Umumnya, peringkat kemampuan mesin didokumentasikan dalam bagan kemampuan mesin, yang dapat ditemukan di setiap bengkel mesin CNC. Dengan bagan kemampuan mesin yang mudah dinavigasi, Anda dapat dengan cepat dan mudah membandingkan kemampuan mesin di seluruh spektrum material teknik.

Tujuan utama dari sistem pemeringkatan ini adalah untuk mendukung keputusan teknis. Bagi seorang insinyur desain, ini menawarkan bantuan dalam memahami segala komplikasi produksi untuk material tertentu yang mereka pilih. Ini berguna dalam situasi praktis.

Misalnya, jika mereka memilih material yang sulit dipotong, mereka dapat menunjukkannya dalam gambar teknik melalui catatan khusus atau secara khusus menyertakan persyaratan penyelesaian permukaan untuk memastikan masinis memahami sepenuhnya maksud desain. Bagi seorang masinis, ini membantu dalam pemilihan pahat, parameter pemotongan, dan kondisi pelumasan/pendinginan.

Berbagai Metode untuk Meningkatkan Kemampuan Mesin

Bengkel mesin mengadopsi beberapa strategi untuk membuat material lebih dapat dikerjakan dengan mesin. Hal ini memberikan beberapa manfaat seperti permesinan yang lebih produktif, biaya yang lebih rendah, dan kualitas produk yang lebih tinggi secara keseluruhan.

Perlakuan Panas

Ketergantungan sifat material pada kemampuan mesin telah dibahas secara rinci pada bagian sebelumnya. Oleh karena itu, ketika kita berbicara tentang peningkatan kemampuan mesin, mengubah sifat material adalah ide utama dalam daftar tindakan.

Perlakuan panas adalah metode yang efektif untuk meningkatkan kemampuan mesin material. Misalnya, material CNC umum seperti baja dan aluminium sering kali dianil untuk mengurangi kekerasannya, menghaluskan struktur butiran, dan menghilangkan tekanan internal.

Bahan Aditif

Penggunaan bahan tambahan merupakan metode lain untuk meningkatkan kemampuan mesin. Tema intinya adalah menggabungkan bahan aditif dalam struktur kisi bahan dasar agar sifat mekaniknya ramah terhadap pemesinan.

Misalnya, penambahan seng untuk membentuk paduan tembaga seperti kuningan secara drastis meningkatkan kemampuan mesin tembaga murni, memungkinkan gaya, gesekan, dan pembentukan chip yang lebih rendah. Faktanya, banyak standar peringkat kemampuan mesin menggunakan paduan tembaga pembawa seng C36000 sebagai bahan referensi karena kemampuan mesinnya yang tinggi.

Pendingin/Pelumas

Mengoptimalkan kondisi pemotongan, khususnya penerapan cairan pendingin/pelumas, dapat meningkatkan kemampuan mesin secara signifikan. Penggunaan bahan tersebut menjadikan sifat tribologi pada antarmuka pahat-benda kerja, sehingga material benda kerja lebih mudah dipotong.

Pelumas mengurangi gesekan dan menghasilkan panas, mengurangi faktor-faktor seperti keausan alat dan tekanan yang disebabkan oleh panas. Selain itu, hal ini juga memungkinkan masinis untuk menggunakan parameter pemotongan yang lebih agresif, sehingga menghasilkan tingkat penghilangan material yang lebih tinggi.

Pendingin meningkatkan sifat pembuangan panas pada antarmuka pemotongan. Dengan lebih banyak panas yang dipindahkan secara efisien keluar dari zona pemotongan, tekanan termal, ketidakakuratan dimensi, dan kerusakan pahat akan lebih rendah.

Optimasi Parameter Pemotongan

Terakhir, pemilihan parameter pemotongan yang tepat juga dapat mempengaruhi kemampuan mesin material secara positif. Seringkali, persamaannya sederhana. Kecepatan, pemakanan, dan kedalaman pemotongan yang lebih tinggi akan menurunkan kemampuan mesin, dan sebaliknya.

Namun demikian, ada beberapa kasus yang berlawanan dengan intuisi, yang mengharuskan produsen memiliki pemahaman yang kuat tentang prinsip dasar pemotongan logam. Kasus built-up edge, misalnya. Jika masinis mengamati tingkat adhesi material yang tinggi pada sisipan pahatnya, sehingga berdampak buruk pada masa pakai pahat, meningkatkan kecepatan potong atau pengumpanan sedikit saja dapat bermanfaat dalam hal mengurangi penumpukan tepian dan keausan pahat.

Bagaimana Kemampuan Mesin Diukur?

Meskipun tidak ada cara standar untuk menghitung kemampuan mesin suatu material, ada beberapa sistem yang diterima secara umum. Sebagian besar dari hal ini bergantung pada dua komponen utama:memiliki seperangkat kriteria untuk memperkirakan kemampuan mesin suatu material dan material referensi untuk menentukan peringkat material lain agar mudah dibandingkan.

Kehidupan Alat Pemotong

Umur alat potong adalah salah satu ukuran kemampuan mesin yang paling praktis karena memiliki dampak langsung terhadap produktivitas, kualitas, dan keuangan. Prinsipnya adalah menilai kemampuan mesin suatu material dalam kaitannya dengan berapa lama alat pemotong dapat digunakan pada suatu material sebelum perlu diganti atau diasah ulang. Hal ini tentu saja mempertimbangkan semua faktor lain seperti konstanta geometri pahat.

Maklum saja, material dengan kemampuan mesin yang tinggi tidak menyebabkan keausan pahat dan kerusakan termal yang tinggi, sehingga umur pahat menjadi lama. Di sisi lain, material yang sulit dipotong seperti baja akan cepat merusak alat.

Salah satu metode untuk mengukur hal ini secara matematis adalah dengan menggunakan persamaan umur alat Taylor:

Di sini, Vc dan T masing-masing berhubungan dengan kecepatan potong dan umur pahat. Parameter lainnya berkaitan dengan kondisi pemotongan dan material perkakas, yang tetap untuk analisis machinability. Material yang memungkinkan kecepatan pemotongan lebih tinggi sekaligus mempertahankan umur pahat yang sama dengan material referensi dianggap lebih dapat dikerjakan.

Permukaan Akhir

Permukaan akhir adalah parameter umum lainnya untuk mengukur kemampuan mesin. Ini adalah parameter yang layak karena setiap perubahan kemampuan mesin sering kali secara langsung tercermin dalam perubahan kualitas permukaan. Misalnya, material keras memiliki kemampuan mesin yang rendah dan memiliki permukaan akhir yang kasar karena terkelupas dan gesekan.

Selain itu, mengukur permukaan akhir juga cukup mudah. Sebagian besar, hal ini terlihat jelas oleh masinis. Selain itu, teknisi juga dapat menggunakan penguji permukaan yang mudah digunakan untuk memetakan permukaan akhir dari permukaan yang dikerjakan dengan cepat.

Konsumsi Daya

Permesinan mengkonsumsi daya karena gaya pemotongan. Bahan yang sulit dipotong memerlukan tenaga yang lebih besar untuk memotongnya. Oleh karena itu, mereka mengonsumsi lebih banyak daya. Untuk bahan yang mudah dipotong, kebalikannya.

Karena hubungan yang sangat jelas antara kemampuan mesin dan konsumsi daya, ini merupakan ukuran yang populer untuk kemampuan mesin suatu material.

Peringkat Kemampuan Mesin

Peringkat kemampuan mesin adalah cara lain untuk mengukur kemampuan mesin suatu material. Meskipun tidak seilmiah metode lainnya, ini adalah metode yang sangat praktis dan banyak digunakan di lingkungan bengkel mesin.

Material CNC yang Umum dan Kemampuan Mesinnya

Seluruh kumpulan material permesinan CNC terlalu besar untuk didaftarkan. Oleh karena itu, di bagian ini, kami membagikan contoh representatif material CNC dan peringkat kemampuan mesin relatifnya untuk memberikan gambaran umum tentang kemampuan mesin material.

Kategori BahanBahanKemampuan Mesin (%)LogamKuningan Bebas Pemotongan (C36000)100Aluminium (6061-T6)90-95Baja Tahan Karat Austenitik (AISI 304)30-40Titanium (Grade 5, Ti-6Al-4V)20-25PlastikPolietilen (HDPE)90Polikarbonat80Polivinil Klorida (PVC)70KompositPolimer Bertulang Serat Karbon40-50Polimer Bertulang Serat Kaca30-40KeramikAlumina (Aluminium Oksida)30Zirkonia (Zirkonium Dioksida)15Bahan OrganikKayu Lunak (misalnya Pinus)90Kayu Keras (misalnya Ek)70