Modul 1 Teknik Pemesinan 2 Mesin Frais [PDF]

Citation preview

No. Kode: DAR@/Profesional/1/4/2019



PENDALAMAN MATERI TEKNIK MESIN MODUL 1: TEKNIK PEMESINAN KELOMPOK BELAJAR 2 PEMESINAN FRAIS



Nama Penulis: Paryanto



Kementerian Pendidikan dan Kebudayaan 2019 DAFTAR ISI



1



Halaman Judul



1



Daftar Isi



2



A. Pendahuluan



3



1. Deskripsi Singkat 2. Relevansi



3



3



3. Panduan Belajar



3



B. Inti 1. Capaian Pembelajaran



4



2. Sub Capaian Pembelajaran 4 3. Pokok-Pokok Materi



4



4. Uraian Materi



4



5. Forum Diskusi



35



C. Penutup 36 1. Rangkuman 36 2. Tes Formatif 38 3. Daftar Pustaka



41



A. Pendahuluan



2



1. Diskripsi singkat : Kegiatan Belajar (KB) ini berisi tentang materi proses pengefraisan, yaitu terdiri dari persiapan pekerjaan frais manual, proses frais benda kerja bertingkat dan proses frais benda kerja suaian. Materi pada KB ini relevan dengan kebutuhan guru terkait dengan kemampuan mengerjakan dan mengajarkan proses frais. Untuk mempelajari KB ini, mestinya mahasiswa sudah memiliki pengetahuan tentang pengoperasian mesin frais dan pengefraisan benda kerja datar. 2. Relevansi : Kedalaman materi modul ini setara dengan KKNI level 5. Capaian pembelajaran modul dalam lingkup pengetahuan dan ketrampilan PPG vokasi Teknik Mesin yang relevan dengan struktur kurikulum SMK. Kegiatankegiatan belajar yang disajikan relevan dengan kompetensi inti dan kompetensi dasar bidang keahlian Teknologi dan Rekayasa, program keahlian Teknik Mesin. Dengan dikuasainya materi Pemesinan Frais maka cukup signifikan dengan pekerjaan di industri bidang manufaktur. 3. Petunjuk belajar: Proses pembelajaran materi Pemesinan Frais yang sedang diikuti sekarang ini, dapat berjalan dengan lebih lancar bila Anda mengikuti langkah-langkah belajar sebagai berikut : a) Bacalah dan pahami capaian pembelajaran dan sub capaian pembelajaran kemudian catat bagian yang belum Anda kuasai dan yang sudah Anda kuasai. b) Bacalah uraian materi pada bagian yang belum Anda kuasai dan apabila belum cukup dapat ditambah dengan sumber belajar lain dari buku bacaan di daftar pustaka. Lakukan kajian terhadap proses pemesinan frais yang telah ada dan yang telah dilakukan di tempat kerja Anda. c) Setelah Anda menguasai semua tugas dan tes formatif pada keempat kegiatan belajar, silahkan Anda lanjutkan dengan mengerjakan tugas akhir dan tes akhir.



B. Inti



3



1.



Capaian Pembelajaran (CP): Menguasai materi ajar pada bidang studi Teknik Mesin yang meliputi: Teknik pemesinan; Teknik pengelasan; Teknik pengecoran Logam; Teknik mekanik industri; Teknik perancangan dan gambar mesin; dan Teknik fabrikasi Logam dan Manufaktur termasuk kewirausahan dan advance materials secara bermakna yang dapat menjelaskan aspek “apa” (konten), “mengapa” (filosofi), dan “bagaimana” (penerapan dalam kehidupan sehari-hari) sehingga dapat membimbing peserta didik SMK mencapai kompetensi keahlian yang dibutuhkan oleh DUDI



2.



Sub Capaian Pembelajaran: Menganalisis dan mengajarkan kompetensi-kompetensi terkait dengan pemesinan Bubut (bubut bertingkat, tirus, ulir dan suaian), pemesinan Frais (frais benda kerja bertingkat, frais roda gigi payung dan suaian), pemesinan Gerinda (penggerindaan datar, penggerindaan selinder dan mengasah pahat bubut dan frais), pemesinan CNC (pemrograman G-code) yang relevan dengan kebutuhan DUDI.



3.



Pokok-Pokok Materi a) Persiapan pekerjaan frais manual b) Frais benda kerja bertingkat c) Frais roda gigi payung d) Frais benda kerja suaian



4.



Uraian Materi 1) Persiapan pekerjaan frais manual Proses pemesinan frais adalah proses pemotongan benda kerja dengan alat potong yang berputar. Proses pemesinan frais merupakan proses pemotongan benda kerja yang sangat efektif, karena pisau frais memiliki sisi potong jamak. Permukaan yang dipotong bisa berbentuk bidang rata datar, bidang rata miring menyudut, bidang siku, bidang



4



sejajar, alur lurus atau melingkar, dan segi banyak beraturan maupun yang tidak beraturan. Disamping itu dengan penggunaan peralatan bantu, mesin frais dapat digunakan untuk mengerjakan pembuatan roda gigi (lurus, rack, helik, payung, dan roda gigi cacing), nok/eksentrik, ulir scolor (ulir pada bidang datar), dan ulir cacing yang mempunyai kisar besar dan tidak dapat dikerjakan di mesin bubut. Hal-hal yang perlu dipersiapkan sebelum melaksanakan pekerjaan proses pengefraisan, diantaranya sebagai berikut: a. Perlengkapan mesin frais Beberapa perlengkapan mesin frais yang dapat digunakan selama proses pekerjaan menggunakan mesin frais, diantaranya sebagai berikut: 1) Drill Chuck Arbor



2) Sleeve Arbor a) Slevee Arbor for cutter



Alat ini dipakai untuk mencekam mata bor, atau tool lain yang berdiameter kecil dan memiliki bentuk tangkai silindris.



Digunakan untuk mencekam end mill cutter yang memiliki bentuk tangkai tirus. b) Sleeve Arbor for twist-drill



Digunakan untuk mencekam twist drill yang memiliki bentuk tangkai tirus. 3)



Collet Arbor



5



Digunakan untuk mencekam pisau dengan tangkai silindris, dan diameter yang bervariasi sesuai dengan kapasitas collet yang sudah ditentukan.



didesain untuk dapat mencekam pisau dengan 4) Stub Arbor



5) Short Arbor



6) Long



7) Side



Arbor



Lock Arbor



Digunakan untuk mencekam face mill, shell end mill cutter, dan beberapa tools lain yang memiliki lubang silindris di tengah, dan tanpa perlu menambahkan ring untuk membantu pencekaman



Short arbor ini digunakan untuk mencekam shell end mill cutter dan beberapa tools lain yang memiliki lubang silindris ditengah, dan biasanya perlu ditambahkan ring untuk membantu proses pencekaman.



Long Arbor digunakan sebagai dudukan pisau (slab mill, side and face mill, slitting saw, dll.) yang dipasang pada spindel utama pada posisi mendatar (horizontal). Long arbor dilengkapi dengan ring-ring yang berfungsi untuk memposisikan kedudukan pisau dan sekaligus untuk menjepit pisau. Pada long arbor terdapat alur pasak.



6



Salah satu jenis Arbor yang digunakan untuk mencekam cutter dengan tangkai silindris, dimana prinsip pencekamannya cukup sederhana, yaitu hanya dengan



mengencangkan screw yang ada pada arbor, sehingga screw tersebut menekan cutter dan mengikatnya, untuk itu perlu ada bidang rata pada sisi tangkai cutter, agar tercekam dengan baik.



bisa



8) Boring Head Arbor Digunakan untuk mencekam boring tools, dimana pada boring head biasanya disertai skala



9) Clamping Clamping



digunakan



untuk



yang cukup teliti untuk pembuatan lubang yang memiliki ukuran presisi.



mencekam material langsung pada meja mesin frais. Dalam hal ini clamp digunakan sebagai pencekam sedangkan T-slot Bolt sebagai pengencangnya.



7



Angle plate digunakan sebagai dudukan atau basis dari benda kerja yang dituntut memiliki kesikuan yang teliti, yang tidak bisa dicekam dengan ragum. Benda kerja yang dipasang pada angle plate, dicekam dengan menggunakan clamp.



10) Angle Plate



11) V-Block



dengan frais.



V-blocks digunakan untuk pencekaman batang poros yang akan dikerjakan mesin Batang poros pendek biasanya



yang



ditempatkan pada sebuah Vblocks saja, tetapi jika batang porosnya panjang, dibutuhkan dua buah Vblocks atau lebih dipasang pada meja mesin. V-blocks dan benda kerja dicekam pada meja mesin frais dengan menggunakan clamp. 12) Vice Machine a) Vice Plate



b) Swivel Vice



Vice plate atau ragum rata merupakan



Swivel vice memiliki kemampuan untuk diubah sudutnya pada satu sudut



alat pencekam benda kerja yang paling sering digunakan dalam proses pemesinan frais. putar, sehingga mampu digunakan untuk pembuatan sudut pada proses



8



pemesinan frais. c) Compound Vice Co



yang



mpound vice ini memiliki lebih dari satu sudut putar, sehingga bisa digunakan untuk pembuatan sudut / profil lebih rumit.



13) Rotary Table Rotary table digunakan untuk membuat pembagian jarak-jarak lobang, alur radius (melingkar), dan bentuk-bentuk segi banyak.



14) Deviding Heads



Deviding head digunakan untuk membuat segi-segi yang beraturan pada poros benda kerja, maupun untuk membuat alur helik pada pemesinan frais. Deviding head biasanya dilengkapi dengan plat pembagi yang berfungsi untuk membantu pembagian yang tidak dapat dilakukan dengan pembagian langsung. Untuk melakukan pembagian deferensial dan pembuatan alur helik, deviding head dilengkapi juga dengan roda-roda tukar. b. Jenis pisau frais



9



Untuk melakukan pekerjaan dengan mesin frais maka kita harus tepat memilih jenis pisau frais yang akan digunakan. Berdasarkan bentuknya pisau frais dapat dibedakan sebagai berikut: 1) Pisau Frais Rata (Plain Milling Cutter) Pisau frais rata dapat dikelompokkan menjadi dua yaitu, pisau frais rata untuk pemotongan ringan dan pisau frais rata untuk pemotongan berat. a) Pisau frais rata Untuk Pemotongan Ringan (Light Duty Plain Milling Machine) Pisau ini pada umumnya digunakan untuk pekerjaanpekerjaan ringan Bentuk gigi dari pisau ini pada umunya berupa gigi lurus maupun gigi miring/helik. Gigi helik biasanya mempunyai sudut 250. Gigi-gigi helik lebih sesuai untuk pemakanan dengan tenaga yang lebih sedikit mulai awal pemakanan, getaran yang lebih ringan dan mampu menghasilkan permukaan yang lebih halus. Gigi-gigi pisau ini pada umumnya kecil dengan pitch kecil pula. Pisau ini didesain untuk pemotongan ringan dengan kecepatan sedang.



Gambar. 1. Pisau Frais Lurus (Plain Milling Cutter)



b) Pisau frais rata untuk Pemotongan Kasar/Berat (Heavy Duty Plain Millimg Cutter) Pisau ini dibuat dengan ukuran lebih besar dan lebar dengan jumlah gigi yang lebih kecil daripada light duty plain milling. Untuk pisau frais dengan diameter 3”



10



biasanya terdiri dari 8 gigi dan untuk diameter 4” biasanya 10 gigi. Sudut kemiringan gigi pisau antara 250-450. Pisau ini didesain untuk pekerjaan– pekerjaan kasar (berat)



Gambar 2. Pisau Lurus Untuk Pemotongan Kasar/Berat (Heavy Duty Plain Millimg Cutter)



2) Pisau Sisi ( Side Milling Cutter) Side Millling Cutter sama dengan Plain Milling Cutter namun pada salah satu sisi atau kedua sisi terdapat mata potong/mata pisau. Dengan pisau ini dapat dilakukan pemakanan pada sisi muka dan pada kedua sisi samping. Macam-macam pisau sisi (side milling cutter) antara lain: a) Pisau sisi lurus (Plain side milling cutter) dengan sisi lurus pada sisi muka dan kedua sisi sampingnya. b) Pisau setengah sisi (half side milling cutter) mempunyai gigi helik pada sisi muka dan gigi pemotong pada satu sisi



samping.



Pisau



tipe



ini



dianjurkan



untuk



pengefraisan permukaan kasar dan pengfraisan pada satu sisi saja. c) Pisau Staggered (Staggered tooth side milling cutter) pisau ini dianjurkan untuk pemotongan kasar dan alur atau slotting.



11



a. Pisau sisi lurus



b. Pisau setengah sisi



c. Pisau Staggered



Gambar 3. Macam-macam Pisau Sisi ( Side Milling Cutter) 3) Pisau Potong/Gergaji (Metal Slitting Saw) Pisau ini didesain untuk operasi pemotongan benda kerja dan pembuatan alur sempit dan dalam (narrow slot). Untuk pemotongan yang dalam diperlukan kelonggaran (clearance) samping yang mencukupi. Terdapat beberapa macam pisau gergaji antara lain: a)



Pisau gergaji rata (Plain metal seltting saw). Merupakan pisau yang paling tipis dengan sisi rata dan pada sisi sampingnya dibuat tirus masuk. Hal ini digunakan untuk mencegah terjadinya tekanan pada sisi pisau. Gigi-gigi pisau harus tajam dan mempunyai jumlah yang lebih banyak daripada pisau muka lurus (plain milling cutter). Namun demikian kecepatan pemakanan (feed) harus lebih rendah (biasanya 1/8 hingga ¼ dari feed yang digunakan pada pisau lurus. Pisau gergaji lurus biasanyan dibuat dengan ketebalan 1/32 inch sampai dengan 3/16 inch dengan diameter 2 ½“ sampai 8 “.



b)



Pisau Potong dengan Gigi Samping (Metal Slitting Saw with Side Teeth) Pisau ini mempunyai bentuk sama dengan pisau sisi. Pada sisi samping diberi kelonggaran untuk beram dan untuk melindungi atau mencegah pisau dari tekanan dan jepitan sewaktu pengoperasian. Pisau ini biasanya dibuat dengan tebal 1/16 inch sampai 3/16 inch dan diameter dari 2 ½ “ sampai 8 “. Pisau jenis ini dianjurkan untuk membuat alur yang dalam dan proses pemotongan.



c)



Pisau Potong Staggered (Stanggered Tooth Metal Slitting Saw) Pisau ini mempunyai bentuk yang sama pisau staggered. Pisau ini dianjurkan untuk pemotongan selebar



12



3/16 inchi dan selebihnya, dan bisa pula untuk pemotongan yang lebih tajam. Biasanya pisau ini mempunyai lebar3/16 inchi hingga ¼ Inchi dengan diameter 3” sampai 8”. d)



Pisau Alur Sekrup (Screw Sloting Cutter) adalah pisau potong khusus yang didesain untuk memotong alur dalam kepala baut. Pisau ini juga dapat digunakan untuk pemotongan ringan seperti pemotongan tube copper, ring piston dan benda sejenisnya. Pisau ini mempunyai fine feeds. Pada sisi pisau ini dibuat lengkung lurus san sejajar. Pisau ini mempunyai lebar 0,020”-0,182” dan diameter maksimal 2 ¾ inchi.



a



b c a. Pisau gergaji lurus, b. Pisau potong staggered dan pisau potong dengan gigi samping, dan c. Pisau alur sekrup Gambar 4. Macam-macam Pisau Potong/Gergaji (Metal Slitting Saw)



4) Pisau Sudut (Angular Milling Cutter) Pisau sudut digunakan untuk pemotongan sudut seperti pemotongan alur V, ekor burung, serrations dan gigi reamer. Terdapat dua macam pisau sudut yaitu: a) Pisau sudut tunggal. Pisau ini mempunyai satu sisi permukaan sudut. Pisau ini digunakan pada pembuatan alur ekor burung, nothes pada roda ratchet dan operasional sejenis. Sudut pisau ini pada umumnya antara 450-600



13



b) Pisau sudut ganda digunakan untuk pembuatan alur V. Pisau ini mempunyai bentuk sisi V dan biasanya dibuat dengan sudut 450, 600, atau 900..



a



b a. Pisau sudut ganda, b. Pisau sudut tunggal



Gambar 5. Pisau Sudut (Angular Milling Cutter) 5) Pisau Jari ( End Mill Cutter) End Mill Cutter merupakan pisau solid dengan sisi dan gagang yang menjadi satu. Namun demikian terdapat pisau end mill dengan mata pisau dan gagang terpisah yang disebut tipe shell. Selain tipe shell tersebut pisau end mill mempunyai gagang lurus atau tirus yang dapat dipasangkan pada spindel mesin frais. End mill dapat digunakan



untuk



pengefraisan



muka,



pengefraisan



horizontal, vertikal, menyudut atau melingkar. Secara operasional end mill digunakan untuk pembuatan alur, keyways,



pockets



(kantong),



shoulders



(tingkat),



permukaan datar dan pengefraisan bentuk. End Mill sebagian besar digunakan pada mesin frais vertikal meskipun tidak menutup kemungkinan dipakai pada mesin frais horizontal. Terdapat berbagai macam bentuk end mill dan biasanya terbuat dari HSS, comented carbide, atu gigi comented carbide yang disisipkan. Macam-macam end mill tersebut antara lain: a. End mill dua mata (two flute). Pisau ini hanya mempunyai dua mata potong pada selubungnya.



14



Ujung sisi didesain untuk dapat memotong hinggga ke center. Pisau ini dapat digunakan sebagaimana bor dan dapat pula digunakan untuk membuat alur. b. End mill dengan mata potong jamak. Pisau ini mempunyai tiga, empat, enam atau delapan sisi potong dan biasanya mempunyai diameter di atas 2“ c. Ball end mill. Pisau ini digunakan untuk pengefraisan fillet atau alur dengan radius pada permukaannya, untuk alur bulat, lubang, bentuk bola dan untuk semua pengerjaan bentuk bulat. d. Shell end mill. Pisau ini mempunyai lubang untuk pemasangannya pada arbor pendek. Gigi-gigi pisau ini biasanya berbentuk helik. Pisau ini dibuat lebih besar ukurannya dari pada pisau solid dan biasanya berukuran 1 ¼ “ sampai 6 “ .



Gambar. 6. Pisau Jari ( end mill cutter) (A) Dua mata satu ujung, (B) Dua mata dua ujung, (C) Tiga mata satu ujung, (D) Mata ganda satu ujung, (E) Empat mata dua ujung, (F) Dua mata ujung bulat, (G) Type Carbide , (H) Tipe carbide gigi helik kanan, (I) Mata potong ganda gagang tirus, (J) Tipe carbide dengan ujung tirus dan gigi helik.



15



Gambar. 7. Pisau Shell End Mill 6) Pisau Muka (Face Milling Cutter) Adalah pisau bentuk khusus dari pisau end mill besar. Pisau ini dibuat dengan ukuran 6 “ atau lebih. Face milling cutter biasanya mempunyai mata potong sisip (inserted). Pisau ini biasanya dipasangkan langsung pada spindel mesin frais dan digunakan untuk menghasilkan permukaan datar.



Gambar 8. Pisau Muka 7) T-Slot Milling Cutter. Merupakan pisau tipe end mill khusus yang didesain untuk pemotongan alur T, seperti pada alur yang terdapat pada meja mesin frais.



16



8) Pisau Modul Pisau ini dipakai untuk membuat roda-roda gigi. Dalam satu set, pisau modul terdapat 8 dan 15 buah pisau modul.



9) Pisau ekor burung Pisau ini dipakai untuk membuat alur ekor burung. Pisau ini sudut kemiringannya terletak pada sudut-sudut istimewa yaitu: 300, 450, 600



10) Pisau Bentuk (Cekung dan Cembung) Pisau bentuk digunakan untuk mengefrais permukaan dengan bentuik yang bervariasi sesuai keinginan. Pisau ini dapat digunakan untuk mengefrais bentuk-bentuk dan ukuran standar maupun bentuk-bentuk dan ukuran yang berbeda-beda. Bermacam-macam pisau bentuk dapat dilihat pada Gambar 9.



17



a (pisau Cekung)



b (Pisau Cembung)



c (Pisau Sudut dan Bulat))



d (Pisau Roda Gigi)



e. Pisau Frais Bentuk Khusus Gambar 9. Pisau Frais Bentuk c. Parameter pemotongan proses frais Agar penyayatan pada proses pemesinan frais dapat berjalan dengan efektif dan efisien, maka perlu diperhatikan berbagai parameter dalam proses pemesinan frais yaitu: kecepatan



potong,



putaran



pisau,



feeding,



kedalaman



pemotongan, gerak makan per gigi, kedalaman pemotongan, waktu pemotongan, dan kecepatan penghasilan tatal (chip). 1) Kecepatan potong/cutting speed (V) m/menit Dalam menentukan kecepatan potong beberapa faktor yang perlu dipertimbangkan antara lain: (1) material benda kerja yang akan difrais, (2) material pisau frais, (3) diameter pisau, (4) kehalusan permukaan yang diharapkan, (5) dalam pemotongan yang ditentukan, dan (6) Rigiditas



18



penyiapan benda kerja dan mesin. Untuk benda kerja yang berbeda



kekerasannya,



strukturnya



dan



kemampuan



pemesinaanya diperlukan penentuan cutting speed yang berbeda. Tabel 1 berikut menunjukkan cara penentuan cutting speed: Tabel 1. Cutting Speed untuk Proses frais High-Speed Steel Cutter Material Machine steel Tool steel Cast iron Bronze Aluminium



Carbide Cutter



ft/min



m/min



ft/min



m/min



70-100 60-70 50-80 65-120 500-1000



21-30 18-20 15-25 20-35 150-300



150-250 125-200 125-200 200-400 1000-2000



45-75 40-80 40-80 80-120 150-300



Cutting speed dapat dirumuskan dalam bentuk persamaan: v = (π.d.n)/1000 m/min,



v = cutting



speed (m/menit), d = diameter pisau frais (mm) n = putaran pisau (rpm) 2) Penentuan putaran Pisau (n) rpm Terdapat tiga faktor yang harus dipertimbangkan dalam menentukan putaran pisau frais antara lain: (1) Material yang akan di frais, (2) Bahan pisau frais, dan (3) Diameter pisau frais 3) Feed (vf) mm/putaran Feed dapat dinyatakan sebagai rasio gerak benda kerja terhadap gerak putar pisau frais. Dalam menentukan feed, faktor yang harus diperhatikan adalah: (1) Dalam pemakanan, (2) Tipe pisau frais, (3) Bentuk pisau frais, (4)



19



Kekuatan dan keseragaman benda kerja, (5) Tipe permukaan finishing yang ditentukan, dan (6) Power dan rigiditas mesin. 4) Kedalaman pemotongan (a) Pemakanan pada proses frais meliputi pemakanan kasar dan pemakanan halus (finishing). Pada pemakanan kasar kedalaman pemotongan dapat ditentukan pada kedalaman maksimal (lebih dalam). Pada pemotongan yang berat dapat digunakan pisau dengan gigi helik dan jumlah gigi yang lebih sedidkit. Pemotongan dengan jumlah gigi potong lebih sedikit akan menghasilkan pemotongan yang lebih kuat dan lebih mempunyai kelonggaran yang lebih besar daripada banyak gigi. Pada pemotongan halus (finishing) dilakukan secara ringan (light) daripada pemotongan kasar. Dalamnya pemotongan pada pemakanan kasar biasanya tidak lebih dari 1/64 inchi (0,39 mm). Pada pemakanan halus, feed harus dikurangi dan putaran pisau dipercepat. a) Gerak makan per gigi, Fz Fz = vf /z.n. mm/gigi Z = jumlah gigi pisau frais b) Waktu pemotongan (tc) menit



tc = lt/vf



menit Keterangan: lt = lv + lw + ln



(mm) lt = panjang



total lw= panjang benda kerja lv = jarak awal sebelum menyayat ln = jarak keluar benda kerja setelah menyayat lv = 1 , untuk mengefrais



20



datar lv ≥ 0 untuk mengefrais tegak ln ≥ 0 untuk mengefrais datar ln ≈ d/2 untuk mengefrais tegak c) Kecepatan penghasilan geram Z = (vf.a.w) /1000 cm3/min. vf = feeding a = kedalaman penyayatan w = lebar benda kerja yang disayat 2) Frais benda kerja bertingkat, Untuk melakukan proses prais benda kerja bertingkat, tentunya disesuaikan dengan gambar kerja yang ada. Sebagai contoh, kita akan melaksanakan pekerjaan frais benda kerja bertingkat sesuai gambar di bawah ini.



Untuk mengerjakan job frais sesuai gambar tersebut, perlu kita analisis terlebih dahulu langkah kerja yang tepat, serta pemakaian jenis pisau frais yang dibutuhkan. Untuk job tersebut, proses frais yang dilaksanakan terdiri dari: pengefraisan rata verticalhorisontal, pengefraisan bertingkat (alur), dan pengeboran. Secara rinci langkah kerja untuk job tersebut, sebagai berikut:



21



a. Pengefraisan Rata Sejajar dan Siku Arah Mendatar (Horizontal) Dalam melakukan pemotongan mendatar, jenis mesin yang digunakan yaitu mesin frais horizontal. Pisau yang digunakan yaitu jenis pisau frais mantel. Berikut ini langkah-langkah pengefraisan rata dengan posisi mendatar: •



Siapkan perlengkapan mesin yang diperlukan meliputi ragum mesin,arbor,dan satu set kollar (ring arbor) dengan diameter lubang sama dengan diameter lubang alat potong yang akan digunakan berikut kelengkapan lainnya.



•



Majukan lengan (Gambar 10a) dan lepaskan pendukung arbor (Gambar 10b).



•



Bersihkan lubang dan arbor bagian tirusnya (Gambar 11).



•



Pasang arbor pada spindle mesin dan ikat arbor dengan memutar mur pengikat dibelakang bodi mesin (Gambar 12).



Gambar 10. Pemasangan arbor



22



Gambar 11. Membersihkan bagian arbor



Gambar 12. Mengikat arbor •



Pasang pisau (cutter) dan ring arbor (kollar) pada arbor (Gambar 13a), posisi pengikatan yang benar dan (Gambar 13b), posisi pengikatan yang salah apabila yang digunakan pisau mantel helik kiri.



a



b



Gambar 13. Pemasangan cutter & kollar



•



Pasang pendukung arbor (support) pada lengan mesin dengan posisi tidak jauh dari pisau dan ikat dengan kuat (Gambar 14).



23



Gambar 14. Pemasangan pendukung arbor •



Selanjutnya pasang ragum pada meja mesin frais pada posisi kurang lebih ditengah-tengah meja mesin agar mendapatkan area kerja yang maksimal.



•



Lakukan pengecekan kesejajaran ragum. Apabila jenis pekerjaannya tidak dituntut hasil kesejajaran dengan kepresisian yang tinggi, pengecekan kesejajaran ragum dapat dilakukan dengan penyiku (Gambar 15a). Apabila hasil kesejajarannya dituntut dengan kepresisian yang tinggi, pengecekan kesejajaran ragum harus dilakukan dengan dial indicator (Gambar 15b).



24



a



b



Gambar 15. Pengecekan kesejajaran ragum •



Pasang benda kerja pada ragum dengan diganjal paralel pad di bawahnya (Gambar 16a) .Untuk mendapatkan pemasangan benda kerja agar dapat duduk pada paralel dengan baik, sebelum ragum dikencangkan dengan kuat, pukul benda dengan keras secara pelanpelan dengan palu lunak (Gambar 16b).



a



b Gambar 16. Pemasangan benda kerja pada ragum



•



Selanjutnya



lakukan



setting



nol



untuk



persiapan



melakukan pemakanan dengan cara menggunakan kertas (Gambar 17a). Untuk jenis pekerjaan yang tidak dituntut hasil



dengan



kepresisian



tinggi,



batas



kedalaman



25



pemakanan dapat diberitanda dengan balok penggores ( Gambar 17b).



a



b Gambar 17. Setting nol



•



Atur



putaran



dan



feeding



mesin



sesuai



dengan



perhitungan atau melihat tabel kecepatan potong mesin frais. •



Selanjutnya, lakukan pemakanan dengan arah putaran searah jarum jam bila pisau yang digunakan arah mata sayatnya helik kiri (Gambar 18). Pemakanannya dapat dilakukan secara manual maupun otomatis.



Gambar 18. Proses pemotongan benda kerja •



Dalam menggunakan nonius ketelitian yang terletak pada handel mesin,pemutaran roda handel arahnya tidak boleh berlawanan arah dari setting



awal karena akan



menimbulkan kesalahan setting yang akan mengakibatkan



26



hasil tidak presisi. (Gambar 19) menunjukan pengunaan nonius ketelitian pada handel mesin frais.



Gambar 19. Pemutaran handel pemakanan b. Pemotongan Rata Sejajar dan Siku Arah Tegak (Vertical) Untuk mengefrais bidang rata dapat digunakan shell endmill cutter (Gambar 20) dengan cara yang sama, tetapi menggunakan mesin frais tegak. Namun, untuk mesin frais universal dapat juga digunakan untuk mengefrais rata pada sisi benda kerja, yaitu stub arbor dipasang langsung pada spindel mesin.



Gambar 20. Proses pengefraisan bidang rata dengan shell endmill cutter c. Pengefraisan bertingkat (pembuatan alur) Pembuatan profil bertingkat, menggunakan pisau sesuai dengan ukuran dan jenis pekerjaannya. Untuk job ini, pembuatan profil



27



bertingkat sama dengan proses pembuatan alur dengan menggunakan pisau end mill diameter 12 mm..



Gambar 21. Proses pengefraisan bertingkat/alur 3) Frais roda gigi payung Roda gigi payung digunakan apabila diinginkan untuk memindah daya pada posisi poros yang bersinggungan (intersection). Contoh penggunaan roda gigi ini misalnya pada: drill chuck, jalur vertical pada mesin planning, mekanisme pengatur langkah pada mesin skrap dan pengatur arah pada mesin bor pekerjaan berat. Pada umunya pasangan roda gigi payung membentuk sudut 90 0, namun dalam hal tertentu dapat dibuat pasangan roda gigi payung dengan sudut lebih besar maupun lebih kecil dari 90 0.



Gambar 22. Roda gigi payung Selanjutnya kita akan pelajari bagaimana caranya melaksanakan proses pekerjaan frais untuk pembuatan profil roda gigi payung.



28



Untuk lebih jelasnya, diberikan contoh job roda gigi payung seperti pada gambar kerja berikut. •



Ketentuan: Sudut shaft angle ∑ = 90˚



•



Modul yang digunakan, m = 2



•



Jumlah gigi, z = 24 gigi



•



Sudut tekan α = 20˚



Langkah kerja pengefraisan roda gigi payung untuk gambar kerja tersebut, sebagai berikut: Perhitungan RG Pinion  Diamter tusuk (Dt) 𝐷𝑡 = 𝑧. m 𝐷𝑡 = 24.2 𝐷𝑡 = 48 𝑚𝑚



 Tinggi gigi (H) H = 2 𝑚𝑚+2.376 𝑚 = 4,37 mm  Sudut kaki gigi (Ѳ𝑓)



29



 Sudut tusuk (𝛿)



 Sudut kepala gigi (Ѳa)



𝛿 = 45˚  Panjang kerucut (R) R1= R1= R1=



 Tip angle (𝛿a) a = + Ѳa a= + = ˚2’



 Lebar gigi (b) b



 Root angle ( f) f = - Ѳf f = - 4˚2’ f = ˚57’



b =



b



 Tinggi kepala =  Tinggi kaki (Hf) Hf = Hf = Hf =



Perhitungan RG Driven  Diamter tusuk (Dt2) 2= 2= 2=



a



 Diameter luar (Da) Da = Da= Da=  Inner tip diameter (Di) Di Di Di =



 Tinggi gigi (H) H= + mm  Sudut kaki gigi ( 2)



= 4,37



30



 Sudut tusuk ( 2)



 Sudut kepala gigi (Ѳa2) Ѳa2 = 1 Ѳa2 =



2 = 68,2˚  Panjang kerucut (R2)



 Tip angle ( a2) a2 = 2 + Ѳa2 a2 = + 1,89 ˚ a2 = ˚



R R R2=  Lebar gigi (b2)



 Root angle ( f2) f2 = 2 – Ѳf2 f2 = - 3,71 ˚ f2 =64,5 ˚



B B B2 =  Tinggi kepala



 Diameter luar (Da2) Da2 = Da2= Da2=



 Tinggi kaki (Hf2) Hf2 = Hf2 = = m



 Inner tip diameter (Di2) Hf2



Di Di Di2 =



Langkah kerja: Langkah kerja proses pengefraisan roda gigi paying sesuai job di atas dapat dilihat dalam tabel berikut. No



Gambar ilustrasi pekerjaan



Alat / mesin / instrument



Langkah kerja



31



1.



Mempersiapkan mesin frais dan perlengkapannya



• Mesin frais • Tool box • Dividinghead • Palu karet • Pisau roda gigi modul 2 no4 • Dial indicator • Kunci klem • Kunci chuck • Kunci inggris • penyiku



1. memasang pisau frais roda gigi modul 2 nomer 4 (20-25 gigi) pada arbor panjang dan ditopang support arbor



2. pasang dividing head pada meja mesin frais dan setting kelurusan dan kesejajaran dividing head dengan menggunkan silinder panjang dan dial indicator



3. pasang benda kerja cutter



penyiku BK



40,57˚



pada dividing head dan setting tegak lurusnya cutter dengan sumbu BK, dengan menyentuhkan sisi terluar BK dengan penyiku dan sisi cutter modul, lalu digeser sejauh



4. setting kemiringan Dividing head sebesar Root Angle



32



2.



Setting 0 Benda Kerja (BK)



• Mesin frais • Cutter modul 2 no 4 • Kertas basah • Dividing head



1. setting kecepatan spindle mesin frais dengan rumus =



rpm 2. tempelkan kertas basah pada permukaan tirus BK 3. hidupkan spindle mesin frais dan sentuhkan cutter ke kertas basah 4.bebaskan BK dari cutter dengan menarik meja frais menjauhi cutter 5. setting kedudukan meja frais menjadi 0



3.



Pengefraisan profil roda gigi



1. naikan meja frais • Mesin frais dengan memutar • Cutter modul poros engkol 2 no 4 setinggi H  Dividing 2. lakukan pemakanan head dengan memajukan BK dengan memutar meja frias mendekati cutter hingga profil gigi terbentuk 3. bebaskan BK dari pergerakan cuter dengan menarik kembali meja frais



33



4.



Putar Dividing head 1x putaran + 36 lubang pada piringan 54 lubang



• Mesin frais • Cutter modul 2 no 4  Dividing head



1. putar dividing head dengan rumus Nc



=



=



2. pilih lubang piring pembagi yang memiliki lubang 54 3.putar piringan pembagi dividing head 1 putaran + 36 lubang 5.



Pengefraisan profil roda gigi



• Mesin frais • Cutter modul 2 no 4  Dividing head



1. lakukan pemakanan dengan memajukan BK dengan memutar meja frias mendekati cutter hingga profil gigi terbentuk 2. bebaskan BK dari pergerakan cuter dengan menarik kembali meja frais 3. putar piringan



pembagi dividing head 1 putaran + 36 lubang



6.



Deburring roda gigi payung



 Kikir halus



4. ulangi proses nomer 12-14 hingga seluruh profil gigi terbentuk 1. lepas benda kerja dari mesin frais 2. lepas mandrell dari benda kerja 3. lakukan pengamatan dengan mata, bila terdapat sisi tajam dan kasar, segera hilangkan dengan kikir halus.



34



4) Frais benda kerja suaian Pekerjaan frais pada benda kerja suaian biasanya dilakukan pada pembuatan alur pasak, pembuatan alur ekor burung, bentuk persegi dan benda-benda rakitan atau assembly. Untuk pekerjaan suaian tentunya harus mengikuti kaidah suaian atau toleransi yang telah dibahas pada KB 1. a. Pengefraisan alur pasak Poros yang berfungsi sebagai penerus daya biasanya dibuat alur pasak. Alur pasak tersebut pembuatannya dapat dilakukan dengan mesin frais. Gambar 23 menunjukkan pemotongan alur pasak pada mesin frais horizontal. Gambar 24 menunjukan pemotongan alur pasak yang stub arbornya dipasang langsung pada lubang spindel mendatar Gambar 25 menunjukan pemotongan alur pasak pada mesin frais vertical.



Gambar 23. Pembuatan alur pasak pada mesin frais horizontal



35



Gambar 24. Pembuatan alur pasak dengan spindle mendatar



Gambar 25. Pembuatan alur pasak dengan mesin frais vertical b. Pengefraisan alur ekor burung Pengefraisan alur ekor burung biasa dikukan pada benda kerja rakitan dengan model pengepasannya menyerupai ekor burung. Benda seperti ini misalnya pada landasan kepala lepas mesin bubut yang peletakannya pada bed/meja mesin bubut.



Gambar 26. Pembuatan alur ekor burung



c. Pengefraisan bentuk persegi



36



Bentuk-bentuk



persegi



misalnya



membuat



segienam,



segiempat, dan sebagainya, dapat dilakukan dengan mesin frais dengan alat bantu kepala pembagi. Untuk membuat bentuk segi beraturan ini dapat dilakukan pada posisi mendatar dengan menggunakan pisau end mill (Gambar 27). Atau dilakukan pada posisi tegak dengan menggunakan pisau shell end mill (Gambar 28).



Gambar 27. Pengefraisan segi empat dengan end mill cutter



Gambar 28. Pengefraisan persegi empat dengan sheel end mill cutter



5. Forum Diskusi Cermati gambar di bawah ini, kemudian diskusikan bersama teman dalam kelompok anda, dengan instruksi sebagai berikut: •



Gunakan Acuan Teori Roda Gigi Payung/Tirus, Teknik pencekaman blank, Teknik mengefrais roda gigi tirus, Tabel



37



RPM, Metrologi, dan K3, serta SOP pengoperasian mesin frais manual. •



Modul gigi, M = 2



•



Jumlah gigi, Z = 18



•



Sudut tusuk, ά = 45 °



•



Hitung : Ukuran dimensi RG Payung tersebut. ?



C. Penutup 1. Rangkuman 1) Proses pemesinan frais adalah proses penyayatan benda kerja dengan alat potong yang berputar. Proses pemesinan frais merupakan proses penyayatan benda kerja yang sangat efektif, karena alat potongnya memiliki sisi potong jamak. Permukaan yang disayat bisa berbentuk datar, bidang rata miring menyudut, bidang siku, bidang sejajar, alur lurus atau melingkar, dan segi banyak beraturan maupun tidak beraturan. Disamping itu dengan tambahan



38



peralatan bantu mesin frais dapat digunakan untuk mengerjakan pembuatan: roda gigi (lurus, rack, helik, payung, dan roda gigi cacing), no/eksentrik, ulir scolor (ulir pada bidang datar), dan ulir cacing yang mempunyai kisar besar dan tidak dapat dikerjakan di mesin bubut. Pada umumnya mesin frais yang dikendalikan secara mekanis konvensional manual) dapat dikelompokkan menjadi mesin frais horisontal dan vertikal. 2) Secara garis besar, perlengkapan mesin frais dapat dikelompokkan menjadi dua,yaitu peralatan penjepit benda kerja dan penjepit pisau. Peralatan penjepit benda kerja adalah: clamp, vice (vice plate, swivel vice, compound vice), v-block, angle plate, rotary table, dan deviding head. Sedangkan peralatan penjepit pisau adalah: drill chuck arbor, long arbor, stub arbor, short arbor, collet arbor, sleeve arbor, side lock arbor, dan boring head arbor. 3) Pisau frais atau gigi pisau frais pada umumnya terbuat dari bahanbahan high speed steel, cemented carbide atau cast alloy. Pisau frais dapat dibedakan mejadi pisau frais solid dan pisau frais inserted. Tipe solid dibuat dari material solid seperti HSS atau dibuat dari carbon steel, alloy steel, atau HSS dengan gigi cemented carbide yang dibrasing pada bodi pisau. Jenis pisau frais adalah: plain milling, side milling, metal slitting saw, end milling, face milling, Tslot milling, devotil milling, dan form milling (cekung, cembung). 4) Parameter-parameter yang perlu diperhatikan dalam proses pemesinan frais adalah: kecepatan potong, kecepatan putaran pisau frais, feeding, kedalaman penyayatan, waktu pemotongan, dan kecepatan penghasilan tatal. Dalam menentukan kecepatan potong, beberapa faktor yang perlu



39



dipertimbangkan antara lain: (1) material benda kerja yang akan difrais, (2) material pisau frais, (3) diameter pisau, (4) kehalusan



permukaan



yang



diharapkan,



(5)



dalam



pemotongan yang ditentukan, dan (6) Rigiditas penyiapan benda kerja dan mesin. Terdapat tiga faktor yang harus dipertimbangkan dalam menentukan putaran pisau frais antara lain: (1) material yang akan di frais, (2) bahan pisau frais, dan (3) diameter pisau frais. Feeding dapat dinyatakan sebagai rasio gerak benda kerja terhadap gerak putar pisau frais. Faktor-faktor yang harus diperhatikan dalam menentukan bnesarnya feeding adalah: (1) dalam pemakanan, (2) tipe pisau frais, (3) bentuk pisau frais, (4) kekuatan dan keseragaman benda kerja, (5) tipe permukaan finishing yang ditentukan, dan (6) power dan rigiditas mesin. 5) Pembagian dengan menggunakan kepala pembagi dapat dilakukan dengan teknik pembagian langsung, tidak langsung, pembagian deferensial, dan pembagian sudut. 6) Roda gigi merupakan salah satu elemen penting pada mekanisme suatu peralatan/konstruksi mesin. Roda gigi berfungsi sebagai transmisi daya, untuk mengubah arah putaran/gerakan,



dan



juga



dapat



digunakan



untuk



meningkatkan maupun menurunkan kecepatan suatu putaran/gerakan. Keuntungan menggunakan transmisi daya dengan roda gigi adalah tidak terjadi slip, sehingga speed ratio tetap. 7) Berbagai



macam



bentuk



roda



gigi



dapat



juga



dikelompokkan berdasarkan posisi poros atau sumbu antara roda gigi penggerak dan roda gigi yang digerakkan, sebagai berikut:



40



•



Poros sejajar : roda gigi lurus, roda gigi helik, roda gigi rack dan pinion).



•



Poros yang berpotongan : ulir cacing dengan roda cacing, dan roda gigi helik).



•



Poros yang bersinggungan: roda gigi payung/konis.



2. Tes Formatif Petunjuk: Pilihlah jawaban yang paling tepat diantara pilihan A,B,C,D,E 1. Gambar ini merupakan perlengkapan mesin frais yang bernama.. a. Sleeve arbor for cutter b. Sleeve arbor for twist drill c. Collet arbor d. Short arbor e. Stub arbor 2.



Berikut



ini



faktor



yang



harus



dipertimbangkan



dalam



menentukan putaran pisau frais yaitu: a. material yang akan di frais, b. material pisau frais, c. diameter pisau frais, d. a dan b benar. e. a, b, dan c benar. 3.



Berikut ini faktor yang harus dipertimbangkan dalam penentuan feeding pada proses frais, yaitu:…… a. kedalaman pemakanan, b.



tipe pisau frais



c.



kehalusan permukaan



d.



a,c benar



e.



a,b,c benar



41



4.



Jika diketahui n=600 rpm, dan f = 0,2 mm/putaran, maka kecepatan pemakanan (F mm/menit) adalah sebesar…. a. 160 mm/menit b. 150 mm/menit c. 140 mm/menit d. 130 mm/menit e. 120 mm/menit



5.



Akan dibuat roda gigi dengan jumlah gigi 32. Roda gigi tersebut dikerjakan dengan mesin frais menggunakan kepala pembagi dengan i=40. Tentukan putaran engkol pada kepala pembagi jika piring pembagi yang digunakan memiliki deretan lubang dengan jumlah lubang: 15, 16, 17, 18, 19 dan 20. a. 1 + 4/16 putaran b. 1 + 5/20 putaran c. 20/16 putaran d. 25/20 putaran e. a dan b benar.



6.



Jika kita memutarkan engkol pada kepala pembagi sejauh dua jarak lobang pada plat pembagi yang memiliki jumlah lobang 18, maka besarnya sama dengan ……… a. 1o b. 2o c. 3o d. 4o e. 30’



7.



Pisau frais yang digunakan untuk membuat alur yang sempit dan dalam adalah: a.



end mill



b.



slot mill



c.



slotting saw mill



42



8.



d.



face mill



e.



slab mill



Diketahui data roda gigi payung sebagai berikut; jumlah gigi 18 buah, modul 2, dan sudut tusuk 450. Berapakah panjang kerucut roda gigi tersebut.? a. 25,46 mm. b. 24,56 mm. c. 24,64 mm. d. 25,65 mm. e. 23,54 mm.



9.



Berdasarkan soal no 8 tersebut, berapakah lebar gigi nya.? a. 6,87 mm. b. 7,47 mm. c. 8,49 mm. d. 5,25 mm. e. 4,78 mm.



10. Pernyataan berikut ini semua benar, kecuali: a. Pada metode pemotongan up milling gerak dari putaran pisau berlawanan arah terhadap gerak makan meja mesin frais b. Bentuk penampang melintang beram (chip) pada up milling adalah seperti koma c. pada metode pemotongan up milling, ketebalan maksimal beram terjadi pada akhir penyayatan d. pada metode pemotongan up milling benda kerja cenderung akan terangkat e. metode pemotongan up milling tidak cocok digunakan pada mesin frais konvensional 3. Daftar Pustaka



43



B.H. Amstead, Bambang Priambodo. (1995). Teknologi Mekanik Jilid 2. Jakarta: Erlangga Budiman, A., Priambodo, B. (1999). Elemen Mesin Jilid 1 (G. Niemann. Terjemahan). Jakarta: Erlangga. Chapman W.A.J. (1972). Senior Workshop Calculation, Third Edition, London: Edward Arnold Publisher Gerling Heinrich. (1965). All About Machine Tools. New Delhi: Wiley Eastern Limited. Taufiq Rochim, (1993). Teori & Teknologi Proses Pemesinan. Bandung: Proyek HEDS. Widarto. (2008). Teknik Pemesinan untuk SMK. Jakarta. Direktorat Pembinaan Sekolah Menengah KejuruanDepartemen Pendidikan Nasional



44