Memahami Pemotongan Roda Gigi: Jenis dan Proses yang Dijelaskan

Halo, semoga Anda sehat. Dalam artikel ini, kita akan membahas secara detail apa saja jenis-jenis proses pemotongan roda gigi. Pertama, kita akan melihat pengantar, sedikit sejarah, lalu mempelajari semua jenis proses pemotongan roda gigi yang berbeda.

Mari kita mulai dengan pengantar terlebih dahulu.

Pengantar Pemotongan Roda Gigi:

Roda gigi adalah komponen vital dalam mesin. Ini adalah elemen keras dan kaku yang sole purpose-nya adalah mentransmisikan daya atau gerakan, atau keduanya, dari satu poros mesin ke poros lainnya.

Ini adalah roda bundar dengan jumlah gigi yang dapat dihitung di sekitar sekelilingnya. Roda gigi melalui kondisi layanan yang berat. Penting untuk mendesain roda gigi yang kokoh, andal, sangat efisien, dan ekonomis untuk memenuhi permintaan luas di bidang mesin.

Detail dalam desain roda gigi membuat pembuatannya menjadi khusus. Pembuatan roda gigi adalah pekerjaan yang sangat presisi. Desain roda gigi telah tetap standar selama abad-abad di seluruh dunia.

Pemotongan roda gigi dilakukan pada mesin khusus yang hanya dirancang untuk memotong roda gigi dan tidak lain. Selama bertahun-tahun, masih ada mesin frais yang tidak usang yang dapat melakukan operasi multipurpose selain pemotongan roda gigi, namun tidak cocok untuk produksi skala besar roda gigi.

Sejarah Pemotongan Roda Gigi:

Di zaman kuno, jenis roda bundar digunakan untuk mentransmisikan gerakan dan daya. Roda gesekan memiliki desain sederhana seperti yang ditunjukkan dalam gambar 1.0.

Roda-roda tersebut adalah cakram bundar sederhana yang dipasang di ujung setiap poros. Transmisi daya dicapai dengan menggelindingkan muka satu poros atas muka poros lainnya.

Bagian pasangan berputar satu sama lain karena gesekan yang dihasilkan di antara mereka. Nanti, sebagai penemuan pada tahun 1897, Herman Pfuater menciptakan mesin yang dapat memotong roda gigi yang menjadi fondasi bagi roda bernoktah yang disebut roda gigi.

Teknik pemotongan roda gigi telah dilakukan sejak saat itu hingga sekarang.

Metode Pembuatan Roda Gigi:

Di era otomasi, roda gigi diproduksi oleh tiga metode utama.

• Pencetakan
• Pembentukan
• Pengeliminasi logam

1. Pencetakan:

Roda gigi dapat dihasilkan oleh berbagai proses pencetakan; proses yang paling umum dan ekonomis adalah pencetakan pasir. Roda gigi dengan ukuran besar dan modulus dapat diproduksi dengan biaya rendah.

Roda gigi ini umumnya kasar dan tidak akurat, sehingga aplikasinya adalah tempat di mana kebisingan operasional dan akurasi gerakan dapat ditoleransi. Pencetakan pasir cocok untuk satu unit atau batch kecil. Roda gigi yang dibuat dengan pencetakan investasi memiliki tingkat akurasi dimensi yang lebih tinggi dengan permukaan yang baik.

Ini dapat diproduksi menggunakan bahan kuat untuk menahan beban besar dibandingkan roda gigi yang dibuat dengan pencetakan pasir.

Pencetakan injeksi juga menghasilkan roda gigi dari termoplastik yang dapat digunakan untuk beban rendah dengan akurasi dan gerakan yang lebih baik.

Pencetakan cangkang juga kadang digunakan untuk menghasilkan roda gigi kecil karena ini adalah yang termurah. Namun, pencetakan tidak memenuhi persyaratan produksi massal roda gigi.

Metode ke-2 adalah proses pembentukan,

2. Pembentukan:

Pembuatan roda gigi dengan metode pembentukan membawa proses roll forming, extrusion, dan cold drawing ke dalam tindakan.

2.1 Roll forming:

Dalam proses ini, blank roda gigi dipasang pada poros dan dipaksa untuk bergulir terhadap rolling dies. Beberapa jumlah putaran diberikan. Tekanan die pada roda bundar ini membuat padatan menjadi roda bernoktah.

Roda gigi yang dibuat dengan proses ini memiliki kekuatan lebih besar dan akurasi yang excelente. Roll forming dilakukan baik panas maupun dingin tergantung pada aplikasi.

Roda gigi yang dihasilkan dengan metode ini tidak memerlukan operasi finishing. Metode ini juga menghemat banyak bahan, namun mesin yang digunakan untuk metode pembuatan roda gigi ini sangat mahal.

Keuntungan yang layak perhatian dari metode ini adalah roda gigi menjadi lebih kuat baik dalam tegangan maupun kompresi karena regangan plastik yang dihasilkan di roda dan gigi selama proses menggiling.

2.2 Extrusion & cold drawing:

Extrusion adalah metode terbaik untuk membuat roda gigi kecil dengan dimensi yang akurat.

Dalam metode pembuatan ini, sebuah batang ditarik dingin melalui die pembentukan untuk membuat roda gigi di seluruh permukaan batang sepanjang panjangnya seperti yang ditunjukkan dalam gambar 1.1. Kemudian panjang lebih kecil dipotong dari panjang batang yang terukir.

Setiap panjang kecil sama dengan ketebalan roda gigi yang diperlukan. Hanya finishing grinding yang diperlukan untuk menyelesaikan pekerjaan. Sebelumnya, aluminium, kuningan, perunggu, dan magnesium diekstrusi.

Tapi sekarang batang baja hingga 60mm dia. diekstrusi dalam perdagangan manufaktur. Roda gigi yang dihasilkan dengan metode ini paling banyak digunakan dalam jam, jam dinding, printer, mesin tik, dll.

3. Metal removal:

Seperti yang namanya sendiri katakan kepada kita, dalam metode ini roda bundar dimesin untuk menghapus logam dari workpiece untuk menghasilkan gigi roda gigi di sekitar sekelilingnya.

Di bawah metode pemotongan roda gigi ini, metode utama adalah:

• Profiling atau Metode Form Cutter.
• Metode Generasi.

3.1 Pemotongan roda gigi dengan Profiling atau Form Cutter Method:

Dalam metode ini, sebuah cutter digunakan untuk menghapus logam dari roda bundar. Dalam banyak kasus, cutter memiliki ketebalan yang sama, yaitu jarak di antara setiap gigi roda gigi. Untuk operasi, sebuah single point cutting tool digunakan untuk mesin planer dan shaper.

Sementara itu, dalam mesin frais, sebuah round multitooth tool digunakan untuk profiling roda gigi pada workpiece. Metode ini memerlukan cutter khusus untuk setiap profil roda gigi yang berbeda yang akan diproduksi dan tidak cocok untuk produksi volume besar.

Berbagai metode untuk memotong roda gigi di bawah metode ini adalah sebagai berikut:

1. Pemotongan roda gigi pada mesin frais dengan formed disc cutter atau end milling cutter.
2. Pemotongan roda gigi pada shaper atau planer machine dengan single point form tool.
3. Pemotongan roda gigi pada broaching machine.
4. Pemotongan roda gigi dengan form tool blades oleh shear speed process.

3.1.1 Pemotongan roda gigi pada mesin frais dengan formed disc cutter:

Spur gear dapat dengan mudah diproduksi pada universal milling machine. Dalam prinsip pemotongan roda gigi ini, roda bundar padat dipasang pada mandrel yang terhubung ke dividing head. Cutter dipasang pada arbor.

Sumbu cutter selalu tegak lurus terhadap sumbu roda bundar seperti yang ditunjukkan dalam gambar 1.2. Selanjutnya, sumbu vertikal roda bundar dicocokkan dengan benar dengan sumbu horizontal cutter.

Table kemudian dipindahkan ke atas menggunakan crank gerakan vertikal hingga hidung cutter hanya menyentuh sekeliling roda bundar. Gerakan indexing telah dihitung sebelumnya dan ditetapkan sesuai dengan itu.

Kemudian knee diangkat dengan tinggi yang diperlukan, yaitu sama dengan kedalaman gigi, dan vertical zero diatur. Secara bersamaan, daya diberikan kepada cutter.

Dalam satu pass, satu gigi selesai, dan table dikembalikan ke posisi awalnya. Gerakan vertikal ini mungkin lebih sedikit jika roda gigi akan dipotong dalam dua atau lebih pass. Roda bundar kemudian diindex untuk gigi berikutnya.

Siklus operasi yang sama diulang hingga jumlah gigi yang diperlukan dipotong di sekitar sekeliling roda bundar.

Untuk pembuatan helical gears atau worms pada universal milling machine, sebuah spiral milling attachment digunakan.

Sudut heliks diperoleh dengan penggunaan attachment untuk mengatur cutter dan roda bundar dengan kemiringan satu sama lain. Dalam pemotongan helical gears, satu set dua cutter digunakan.

Satu untuk roughing dan yang lain untuk finishing. Roda gigi ini juga dipotong dengan urutan operasi yang sama yang dibahas di atas.

Untuk memproduksi pinion dengan pitch besar, end mill cutters digunakan alih-alih disc type cutter. End mill cutter dipasang pada spindle mesin frais melalui chuck.

Memproduksi roda gigi pada mesin frais adalah salah satu metode paling sederhana dan ekonomis. Roda gigi tipe spur, bevel dan helical, serta racks dapat dibuat dengan metode gear milling.

Kualitas roda gigi yang dihasilkan tidak dapat dianggap akurat karena gerakan indexing tidak presisi.

3.1.2 Pemotongan roda gigi pada Shaper atau Planer Machine dengan Single point form tool.

Roda gigi juga dapat diproduksi pada shaper, planer, atau slotting machines. Dalam metode pembuatan ini, sebuah single point form tool digunakan untuk membuat gigi pada roda bundar seperti yang ditunjukkan dalam gambar 1.3.

Dalam semua mesin ini, roda bundar dipasang pada mandrel yang terletak antara tailstock dan dividing head. Dividing head mesin frais dapat langsung dibaut pada table mesin-mesin ini. Dalam produksi kecil, roda bundar langsung dipasang dalam chuck seperti yang ditunjukkan dalam gambar 1.4.

Tool dipasang dengan aman pada tool head. Dalam setiap mesin ini, pemotongan roda gigi dicapai dengan menggerakkan tool secara bolak-balik terhadap workpiece atau dengan menggerakkan roda bundar lewat single point cutting tool.

Dalam kasus shaper dan slotter machines, roda bundar tetap diam di chuck dan fixture masing-masing, sementara single point cutting tool bergerak bolak-balik di luar workpiece. Tool dipasang pada ram mesin dalam kedua kasus seperti yang ditunjukkan dalam gambar 1.4.

Dalam kasus planer machine, single-point cutting tool tetap statis sementara table yang memegang roda bundar bergerak bolak-balik di luar tool. Kedalaman gigi disesuaikan oleh gerakan tool head sepanjang sumbu vertikal. Setelah memotong setiap gigi, roda diputar ke satu arah dengan indexing.

Oleh karena itu, gigi baru dipotong dengan mengulang operasi menggerakkan tool atau roda bundar. Urutan ini diulang hingga jumlah gigi yang diperlukan diproduksi di sekitar sekeliling roda bundar.

Metode pemotongan roda gigi ini hemat biaya dan ekonomis, namun kerugian utamanya adalah metode ini tidak cocok untuk produksi skala besar karena aksi pemotongan yang lambat. Oleh karena itu, metode ini tidak banyak digunakan untuk pembuatan roda gigi.

Perbandingan pemotongan roda gigi pada shaper vs planer vs slotter machines:

Mesin Shaper	Mesin Planer	Mesin Slotter
Roda bundar tetap diam	Tool tetap diam	Roda bundar tetap diam
Tool bergerak bolak-balik di luar roda bundar	Roda bundar bergerak bolak-balik di luar tool	Tool bergerak bolak-balik di luar roda bundar
Roda bundar dipasang di chuck	Roda bundar dicekik di meja kerja	Roda bundar dicekik di fixture
Kedalaman potong lebih sedikit	Kedalaman potong lebih besar	Kedalaman potong lebih sedikit

3.1.3 Pemotongan roda gigi pada Broaching Machine dengan formed cutter:

Broaching adalah operasi pemesinan yang dilakukan pada broaching machines. Tool yang digunakan untuk operasi broaching disebut ‘broach’. Ini adalah proses yang sangat cepat, di sini, broach dengan ketebalan roda gigi didorong atau ditarik lewat permukaan dalam atau luar workpiece seperti yang ditunjukkan dalam gambar 1.5.

Proses ini memiliki kemampuan untuk menghasilkan roda gigi dalam satu pass baik internal maupun eksternal. Metode ini hemat biaya dan cepat dengan finishing permukaan yang luar biasa.

Keterbatasan satu-satunya dari metode ini adalah tidak dapat diadopsi untuk produksi skala kecil karena tooling yang mahal.

3.1.4 Pemotongan roda gigi dengan form tool blades oleh Shear speed process:

Seperti yang namanya sendiri katakan, ini adalah proses yang cepat. Pemotongan semua gigi dalam satu pass atau dua hingga tiga pass membuat metode ini sangat cepat.

Metode ini mirip dengan teknik broaching, namun di sini, alih-alih satu single point cutting tool, sejumlah cutting tool diatur secara radial sesuai dengan jumlah gigi yang akan dipotong di sekitar sekeliling roda bundar.

Proses ini menghasilkan roda gigi pada permukaan internal dan eksternal. Untuk memotong roda gigi eksternal, tool radial dipasang di sekitar hollow head. Untuk setiap gerakan, tool dijalankan dengan kedalaman potong yang bertambah secara bertahap.

Sebuah clearansi disediakan di sepanjang setiap gerakan mundur tool. Metode ini dapat diadopsi untuk memotong roda gigi spur internal dan eksternal, splines, gigi klutch, dan roda gigi khusus dalam jumlah besar.

Perbandingan pemotongan roda gigi oleh proses broaching dan shear speed process:

Metode Broaching	Metode Shear Speed
Hanya satu single point tool yang digunakan	Banyak tool dengan dimensi yang sama digunakan
Broach tool digunakan	Radial form tool digunakan
Satu gigi dipotong untuk satu pass	Semua gigi dipotong untuk satu pass
Proses cepat	Proses lebih cepat
Biaya relatif rendah	Biaya tooling relatif tinggi

3.2 Gear generation:

Di era otomatisasi ini, jumlah terbesar roda gigi diproduksi oleh ‘Gear generation process’. Proses generasi roda gigi dasar dan penting adalah:

1. Pemotongan roda gigi oleh shaper process.
2. Pemotongan roda gigi oleh rack planning process.
3. Proses gear hobbing.

3.2.1. Pemotongan roda gigi oleh Shaper process:

Operasi gear shaper dapat dilakukan dalam dua metode yang berbeda. Salah satunya adalah ‘rotary gear shaper cutter’ method dan yang lainnya adalah ‘rack type shaper cutter’ method. Prinsip dasar pemotongan roda gigi sama untuk kedua proses.

Dalam proses ini, roda bundar dibaut pada spindle shaft sementara cutter dipasang pada stub arbor. Arbor mesin ini memiliki dua sumbu gerakan. Satu gerakan vertikal atau bolak-balik dan yang kedua adalah gerakan rotary.

Di sini, sebuah cutter berbentuk pinion digunakan untuk membuat gigi dari roda bundar. Cutter dirancang dengan clearansi pada muka dan sisi gigi.

Untuk memotong gigi, cutter digerakkan bolak-balik sepanjang sumbu vertikal dalam kontak dengan roda bundar sehingga logam dari roda bundar dihapus. Gerakan linear ke bawah cutter di mana logam dipotong disebut cutting motion dan gerakan linear ke atas cutter untuk menariknya kembali disebut return stroke.

Tidak ada logam yang dihapus dalam return strokes. Seiring setiap potongan, kecepatan rotasi relatif diberikan kepada cutter dan roda bundar. Rotasi relatif yang lambat di antara mereka disebut indexing feed.

Roda gigi yang terhubung di antara shaft arbor dan spindle shaft memutar cutter dan roda bundar perlahan dalam arah yang berlawanan satu sama lain untuk mencapai gerakan indexing seperti diilustrasikan dalam gambar 1.6.

Gerakan indexing dan bolak-balik cutter dilanjutkan hingga jumlah gigi yang diperlukan dipotong pada roda bundar.

Dalam kasus rotary gear shaper cutter, cutter yang digunakan untuk menghias roda gigi di sekitar sekeliling roda bundar adalah rotary pinion seperti diilustrasikan dalam gambar 1.7.

Gigi pada cutter memiliki jumlah yang sama dengan yang akan dipotong pada roda bundar. Metode ini banyak digunakan untuk menghasilkan roda gigi karena outputnya yang lebih tinggi dan kemampuan untuk memotong semua jenis roda gigi kecuali worms dan worm wheels.

Rotary gear shaper cutting juga dapat diadopsi untuk memotong roda gigi internal dengan prinsip kerja yang sama. Mesin rotary gear shaper banyak tersedia dalam tipe spindle vertikal dan horizontal.

Biasanya, mesin rotary gear shaper cutter horizontal memiliki dua arbor yang kuat. Setiap bergerak masuk dan keluar satu sama lain.

Dalam rack type gear shaper cutter method, sebuah rack type cutter digunakan untuk menghapus logam dari roda bundar dan membuat gigi. Prinsip kerjanya sama dengan prinsip dasar gear shaper cutter.

Ini melibatkan rotasi roda bundar sementara rack-type cutter bergerak bolak-balik sepanjang sumbu vertikal seperti ditunjukkan dalam gambar 1.8.

Keterbatasan terbesar dari metode generasi roda gigi rack-type ini adalah pemesinan harus dijeda setiap kali panjang penuh rack, yaitu semua gigi cutter digunakan untuk mengatur ulang posisi ke gigi pertama cutter. Sementara keuntungan terbesar adalah, setiap roda gigi dengan jumlah gigi apapun dapat dibuat.

3.2.2 Pemotongan roda gigi oleh Rack planing process:

Proses ini terutama digunakan untuk membuat roda gigi dengan gigi involute. Spur dan helical gears adalah tipe roda gigi yang dapat diproduksi dengan metode ini.

Roda gigi dengan proses ini dapat dibuat pada dua mesin yang berbeda; Sunderland dan Maag. Keduanya bekerja pada prinsip pemotongan yang sama meski konstruksinya berbeda.

Dalam rack planning process, roda bundar dibaut pada spindle sumbu horizontal, sementara rack-type cutter dibaut pada arbor. Untuk memotong gigi involute pada roda bundar, roda bundar tetap statis sementara cutter bergerak bolak-balik ke depan dan ke belakang.

Cutter membuat dua gigi penuh dan dua gigi parsial seperti ditunjukkan dalam gambar 1.9 dan 1.10.

Sedikit logam dihapus dalam setiap gerakan ke depan dan ke belakang. Pembentukan gigi yang tidak tepat seperti ini menghasilkan gigi profil involute. Roda bundar kemudian secara bertahap diarahkan menuju rack type cutter, gerakan ini membuat gigi cutter menembus sekeliling roda bundar.

Saat mereka menembus ke dalam roda bundar, slow rotary feed atau indexing feed diberikan pada roda bundar, ini menghasilkan pembentukan gigi. Prinsip pembentukan gigi profil involute seperti ditunjukkan dalam gambar 1.9.

Urutan operasi yang sama diulang hingga jumlah gigi yang diperlukan dibuat di sekitar sekeliling roda bundar.

3.2.3 Pemotongan roda gigi dalam proses Sunderland:

Proses ini dinamai berdasarkan penemunya ‘Sunderland’. Proses bekerja pada prinsip yang sama yang dibahas di atas, rack planning process. Selain itu, di sini, dalam proses ini, cutter juga bergerak bersama dengan roda bundar dan kemudian tiba-tiba menarik diri, dan mundur sejumlah yang sama dengan satu jarak pitch.

Gerakan ini terjadi setelah kedalaman gigi yang diperlukan tercapai. Susunan gear train dibuat untuk menyinkronkan gerakan cutter dan rotasi roda bundar.

Setelah cutter kembali ke posisinya, aksi bolak-balik yang sama diulang diikuti dengan indexing roda bundar dan gerakan tool dengan penarikan tiba-tiba.

Prinsip skematis kerja proses Sunderland diilustrasikan dalam gambar 1.10 dan 1.11.

Dalam metode generasi roda gigi ini, operator bebas untuk menyesuaikan kecepatan bolak-balik cutter tergantung pada bahan.

3.2.4 Pemotongan roda gigi dalam proses Maag:

Dalam proses ini, roda bundar dipasang pada meja kerja dengan sumbunya vertikal sementara rack type cutter dipasang pada slide. Slide bebas untuk bergerak bolak-balik sepanjang sumbunya.

Proses Maag juga bekerja pada prinsip rack plane. Selain itu, cutter dapat diatur ke kemiringan apapun di bidang vertikal, sehingga cutter dapat memotong roda gigi di arah yang diinginkan. Sebuah gambar industri ditunjukkan dalam gambar 1.12.

3.3.1 Gear Hobbing process atau Pemotongan roda gigi pada Hobbing machine:

Dalam proses ini, roda bundar diputar terhadap rolling cutter yang disebut hob. Sebuah hob adalah alat yang terlihat seperti worm tetapi membawa beberapa flutes lurus yang dipotong di sekelilingnya.

Hob dipasang pada arbor sementara roda bundar dipasang pada spindle. Spindle memiliki kebebasan untuk bergerak dalam arah vertikal serta berputar di sekitar sumbu pusatnya seperti ditunjukkan dalam gambar 1.13.

Proses ini sebagian besar digunakan untuk menghasilkan roda gigi involute dari semua tipe. Dalam operasi ini, hob diberikan kecepatan yang sesuai untuk berputar. Secara bersamaan, roda bundar juga dibuat berputar di sekitar sumbunya oleh susunan gear train.

Gigi pemotongan hob mengukir logam dari roda bundar. Gigi dengan kedalaman seragam dipotong untuk setiap rotasi penuh roda bundar. Setelah roda bundar selesai berputar, kedalaman gigi ditingkatkan dan hobbing diulang.

Urutan operasi ini diulang hingga kedalaman potong yang diinginkan tercapai. Roda bundar juga digerakkan ke atas dan ke bawah untuk menghasilkan potongan dengan kedalaman seragam bersama dengan ketebalan roda.

Sebuah gambar industri gear hobbing ditunjukkan dalam gambar 1.14.

Proses ini dapat menghasilkan roda gigi pada beberapa roda bundar pada saat yang sama dengan memasang semua roda satu di atas yang lainnya.

Hobbing terus dioperasikan pada serangkaian roda bundar hingga roda gigi dihasilkan pada semua roda. Untuk memotong helical gears, spindle shaft roda bundar dimiringkan ke sudut yang sesuai.

Metode gear hobbing banyak digunakan di seluruh dunia karena kemampuannya untuk menghasilkan sejumlah besar roda gigi dari tipe apapun dalam waktu singkat. Keterbatasan satu-satunya dari gear hobbing adalah tidak dapat menghasilkan roda gigi internal.

Mengapa proses gear hobbing banyak digunakan?

1. Metode ini hemat biaya dibandingkan dengan proses generasi lainnya.
2. Ini adalah proses yang lebih cepat dan berkelanjutan.
3. Semua tipe roda gigi dapat diproduksi.
4. Dimensi yang akurat tercapai.
5. Beberapa roda bundar dapat dimesin pada saat yang sama dengan memasang mereka semua satu di atas yang lainnya.
6. Berapa pun jumlah gigi dapat dipotong menggunakan hob yang sama.

Roda gigi yang dihasilkan oleh semua proses pencetakan, pembentukan, pemotongan, dan generasi dikirim untuk shaving, burnishing, grinding, dan finishing sebelum dipasang dalam mesin apa pun.