Bahan Pahat Bubut

Bahan Pahat Bubut

Perkembangan ilmu pengetahuan dan teknologi saat ini begitu pesat terutama pada metalurgi hal ini terlihat banyaknya variasi jenis dan sifat material alat potong pahat bubut yang telah diciptakan. Pada awalnya manusia hanya mampu membuat alat potong pahat bubut dari jenis baja karbon, kemudian ditemukan unsur atau paduan yang lebih keras sampai ditemukannya material alat potong pahat bubut yang paling keras yaitu diamond. Unsur-unsur yang berpengaruh terhadap performa alat potong/ pahat bubut diantaranya:Tungsten/ Wolfram (W), Chromium (Cr), Vanadium (V), Molybdenum (Mo) dan Cobalt (Co). Sifat yang diperlukan untuk sebuah alat potong tidak hanya kerasnya saja, akan tetapi masih ada sifat lain yang diperlukan untuk membuat suatu alat potong memilki performa yang baik misalnya, bagaimana ketahanan terhadap gesekan, ketahanan terhadap panas, ketahanan terhadap benturan, ketajaman, dll.

Macam-macam pahat bubut dilihat dari jenis material/ bahan yang digunakan meliputi: Baja karbon, Baja kecepatan tinggi/ High Speed Steels (HSS), Paduan cor nonferro (cast nonferrous alloys; cast carbides), Karbida (cemented carbides; hardmetals), Keramik (ceramics), CBN (cubic boron nitrides), dan Intan (sintered diamonds & natural diamond)

1. Karbida

Jenis karbida yang “disemen” (Cemented Carbides) merupakan bahan pahat yang dibuat dengan cara menyinter (sintering) serbuk karbida (Nitrida, Oksida) dengan bahan pengikat yang umumnya dari Cobalt (Co). Dengan cara Carburizing masing-masing bahan dasar (serbuk) Tungsten (Wolfram,W) Tintanium (Ti), Tantalum (Ta) dibuat menjadi karbida yang kemudian digiling (ball mill) dan disaring. Salah satu atau campuaran serbuk karbida tersebut kemudian di campur dengan bahan pengikat (Co) dan dicetak tekan dengan memakai bahan pelumas (lilin). Setelah itu dilakukan presintering (1000º C) pemanasan mula untuk menguapkan bahan pelumas dan kemudian sintering (1600º C) sehingga bentuk keeping (sisipan) sebagai hasil proses cetak tekan (Cold atau HIP) akan menyusut menjadi sekitar 80% dari volume semula. Hot Hardness karbida yang disemen (diikat) ini hanya akan menurun bila terjadi pelunakan elemen pengikat. Semakin besar prosentase pengikat Co maka kekerasannya menurun dan sebaliknya keuletannya membaik. Ada tiga jenis utama pahat karbida sisipan, yaitu:

1. Karbida Tungsten: → Karbida tungsten merupakan jenis pahat karbida untuk memotong besi tuang.
2. Karbida Tungsten Paduan:→ Karbida tungsten paduan merupakan jenis karbida untuk pememotongan baja.
3. Karbida lapis:→ Karbida lapis yang merupakan jenis karbida tungsten yang di lapis (satu atau beberapa lapisan) karbida, nitride, atau oksida lain yang lebih rapuh tetapi ketahanan terhadap panasnya (hot hardness) tinggi.

2. Keramik (Ceramics)

Keramik menurut definisi yang sempit adalah material paduan metalik dan nonmetalik. Sedangkan menurut definisi yang luas adalah semua material selain metal atau material organik, yang mencakup juga berbagai jenis karbida, nitride, oksida, boride dan silicon serta karbon. Keramik secara garis besar dapat di bedakan menjadi dua jenis yaitu:

1. Keramik tradisional→ Keramik tradisional yang merupakan barang pecah belah peralatan rumah tangga dari ubin sampai dengan keramik untuk menambal gigi,Gelas (gelas optic, lensa, serat),  Bahan tahan api (bata pelindung tandur/ tungku)∙
2. Keramik industry→ Keramik industri digunakan untuk berbagai untuk berbagai keperluan sebagai komponen dari peralatan, mesin dan perkakas termasuk perkakas potong atau pahat. Keramik mempunyai karakteristik yang lain daripada metal atau polimer (plastik, karet) karena perbedaan ikatan atom-atomnya, ikatannya dapat berupaikatan kovalen, ionic, gabungan kovalen & ionic, ataupaun sekunder. Selain sebagai perkakas potong, beberapa contoh jenis keramik adalah sebagai berikut :  Keramik oksida (pahat potong, → isolator, besi, lempengan untuk mikroelektronik dan kapasitor)∙

3. Cubic Boron Nitride (CBN) 

Cubic Boron Nitride (CBN) termasuk jenis keramik. Dibuat dengan penekanan panas (HIP, 60 kbar, 1500ºC) sehingga bentuk grafit putih nitride boron dengan strukrur atom heksagonal berubah menjadi struktur kubik. Pahat sisipan CBN dapat dibuat dengan menyinter serbuk BN tanpa atau dengan material pengikat, TiN atau Co. Ketahanan panas (Hot hardness) CBN ini sangat tinggi bila dibandingkan dengan jenis pahat yang lain.

4. Intan

Sintered diamond merupakan hasil proses sintering serbuk intan tiruan dengan pengikat Co (5% – 10%). Tahan panas (Hot hardness) sangat tinggi dan tahan terhadap deformasi plastic. Sifat ini ditentukan oleh besar butir intan serta prosentase dan komposisi material pengikat. Karena intan pada temperature tinggi akan berubah menjadi graphit dan mudah ter-difusi dengan atom besi, maka pahat intan tidak dapat di gunakan untuk memotong bahan yang mengadung besi (ferros). Cocok untuk ultra high precision & mirror finish cutting bagi benda kerja nonferro (Al Alloys, Cu Alloys, Plastics dan Rubber).

Tes formatif 2

1. Mengapa teknologi pemotongan dalam proses penyayatan CNC harus direncanakan dan diperhitungkan putaran spindel dan kecepatan mesin. (10)
2. Hitung putaran spindel (S) dan feeding (F) untuk membubut besi diameter 31mm CS tentukan sendiri sesuai table (100-150m/menit) feeding sesuaia table (0,02-0,1 mm/put (10)
3. Gambarkan pahat yang digunakan untuk memperbesar lubang.
4. Mengapa giometri pahat inset tidak perlu dibahas dan tidak perlu diasah :   (10)

5. Sebutkan kandunganya material , suhu  maksimem , kekerasan, Cutting speed dari bahan dibawah ini : (20)

1. Karbida
2. Keramic
3. Intan/diamond

6. Jelaskan sifat sifat harus dimiliki  alat potong (15)
7. Jelaskan kerusakan pahat dan penyebabnya (15)

Jawaban nya:

1. Karena agar disetiap pengerjaan suatu benda kerja atau pembuatan benda kerja dapat dilakukan secara efektif dalam penyayatan maupun proses pengerjaan dan perencanaan pengerjaan benda. Apabila tidak diperhitungkan dan direncanakan pasti akan membuat kerugian baik di waktu maupun alat potong.
2. Gambar

3. Pahat dalam

4. Karena Giometri pahat insert pada prinsipnya sama dengan pahat HSS namun karena pahat inset oleh pabrikan dibuat  bentuk standar  lengkap dengan sudut tatal, sudut bebas , sudut baji, pahat inset di buat untuk sekali pakai maksutnya tidak untuk  diasah, sebaiknya kalau aus harus diganti tidak perlu diasah. Pengasahan pahat insert akan menurunkan cutting speed pahat  maka pada putaran yang sama pahat akan mudah tumpul,  namun kalau putaran diturunkan maka kerja mesin menjadi tidak efisien.

5.          1.  Karbida

Jenis karbida yang “disemen” (Cemented Carbides) merupakan bahan pahat yang dibuat dengan cara menyinter (sintering) serbuk karbida (Nitrida, Oksida) dengan bahan pengikat yang umumnya dari Cobalt (Co). Dengan cara Carburizing masing-masing bahan dasar (serbuk) Tungsten (Wolfram,W) Tintanium (Ti), Tantalum (Ta) dibuat menjadi karbida yang kemudian digiling (ball mill) dan disaring. Salah satu atau campuaran serbuk karbida tersebut kemudian di campur dengan bahan pengikat (Co) dan dicetak tekan dengan memakai bahan pelumas (lilin). Setelah itu dilakukan presintering (1000º C) pemanasan mula untuk menguapkan bahan pelumas dan kemudian sintering (1600º C) sehingga bentuk keeping (sisipan) sebagai hasil proses cetak tekan (Cold atau HIP) akan menyusut menjadi sekitar 80% dari volume semula. Hot Hardness karbida yang disemen (diikat) ini hanya akan menurun bila terjadi pelunakan elemen pengikat. Semakin besar prosentase pengikat Co maka kekerasannya menurun dan sebaliknya keuletannya membaik.

         

    2. Keramik (Ceramics)

Keramik menurut definisi yang sempit adalah material paduan metalik dan nonmetalik. Sedangkan menurut definisi yang luas adalah semua material selain metal atau material organik, yang mencakup juga berbagai jenis karbida, nitride, oksida, boride dan silicon serta karbon.

      3. Intan

Sintered diamond merupakan hasil proses sintering serbuk intan tiruan dengan pengikat Co (5% – 10%). Tahan panas (Hot hardness) sangat tinggi dan tahan terhadap deformasi plastic. Sifat ini ditentukan oleh besar butir intan serta prosentase dan komposisi material pengikat. Karena intan pada temperature tinggi akan berubah menjadi graphit dan mudah ter-difusi dengan atom besi, maka pahat intan tidak dapat di gunakan untuk memotong bahan yang mengadung besi (ferros). Cocok untuk ultra high precision & mirror finish cutting bagi benda kerja nonferro (Al Alloys, Cu Alloys, Plastics dan Rubber).

6. Sifat-sifat pahat :

1. Keras

Sifat paling utama yang dibutuhkan oleh alat potong adalah keras. Pemotongan/ penyayatan dengan alat potong keras, selain dapat melakukan pemotongan dengan baik juga alat potong tidak lentur/ stabil. Sifat keras suatu alat potong sangat erat kaitannya dengan unsur-unsur paduan yang ada pada bahan alat potong tersebut, sehingga apabila ingin meningkatkan kekerasannya pada saat proses pembuatan harus menambahkan unsur paduan lain yang mampu meningkatkan kekerasan. Selain itu perlu diketahui bahwa, tingkat kekerasan alat potong akan bertolak belakang dengan tingkat kelenturan atau keuletannya, yang tentunya sifat ini juga merupakan sifat yang dibutuhkan untuk menjadi alat potong yang performanya baik.

\

2. Ulet/ Liat 

Sifat ulet sangat diperlukan pada suatu alat potong, terutama untuk mengatasi/ menetralisir adanya beban kejut dan getaran yang mungkin muncul sewaktu pemotongan/ penyayatan terjadi. Sifat ulet ini menyebabkan pahat mampu untuk mengalami pelenturan atau defleksi yang bersifat elastis. Meskipun dapat melentur pahat diharapkan tetap stabil dan kokoh, defleksi hanya diperlukan untuk mengurangi efek dari beban kejut. Sifat ulet dan keras memang saling bertolak belakang, semakin keras material itu maka akan semakin getas, dan sebaliknya, sehingga jarang di temukan material yang mempunyai tingkat kekerasan dan keuletan yang baik. Untuk menanggulangi hal tersebut maka pahat dibuat dari dua material yang berbeda, yang pertama adalah material keras (material alat potong) kemudian yang kedua adalah material penyangga yang biasanya terbuat dari baja St. 60 atau EMS 45. Metode pengikatnya bisa berupa brazing, dibaut, dijepit, atau diselipkan.

3. Tahan Panas 

Setiap alat potong pada saat digunakan untuk melakukan pemotongan/ penyayatan akan timbul panas, hal ini tarjadi karena adanya gesekan akibat pemotongan). Besarnya panas yang ditimbulkan secara dominan tergantung dari kecepatan potong (cutting speed), kecepatan pemakanan (feed), kedalaman pemakanan (depth of cut), putaran mesin (Revolution per menit – Rpm), jenis bahan benda kerja yang dikerjakan dan penggunaan air pendingin.

4. Tahan Aus 

Penampang ujung pahat bubut yang kecil dan runcing, mudah sekali untuk mengalami keausan. Sifat ini tidak bisa terlepas/ erat kaitanya dengan sifat yang lain yaitu kekerasan, keuletan dan tahan panas, akan tetapi merupakan hal yang berdiri sendiri. Umur pakai pahat secara normal menunjukkan tingkat ketahanan terhadap keausan. Keausan yang timbul pada mata sayat pahat bubut, dapat disebabkan terjadinya gesekan maupun getaran yang terjadi pada saat pemotongan/ penyayatan. Sifat tahan aus dapat diperbaiki dengan penambahan unsur paduan ataupun perbaikan pada geometri sudut pada pahat bubut

7. Kerusakan pada pahat :

1. Kerusakan Radius Pada Ujung

Pembentukan radius pada ujung pahat, merupakan kerusakan yang wajar terjadi disebabkan oleh frekuensi pemakaian yang sudah melebihi ambang tool life pahat tersebut. Tool life pahat tidak selalu sama tergantung dari proses pengerjaan yang menyangkut penggunaan feed, cutting speed, dan material benda kerja. Oleh karena itu di butuhkan pengasahan pahat yang kontinyu, agar proses produksi dapat berjalan lancar.

2. Keausan Pada Bidang Bebas Muka

Sudut bidang bebas terlalu kecil, sehingga terjadi pergesekan antara pahat dan benda kerja. Hal ini dapat dihindari dengan memperbesar sudut bebas atau memperkecil feed. Andaikan dalam kondisi ini pahat masih terus dipakai maka yang akan terjadi adalah penggesekan penyayatan dan berakibat seperti di atas.αKeausan pada bidang bebas muka (Gambar 2.83), dapat disebabkan oleh pemakaian feed yang terlalu besar, atau sudut bebasnya

3. Keausan Pada Bidang Potong

Keausan pada bidang potong disebabkan panas yang berlebihan (over heat). Panas yang timbul dari hasil penyayatan dibawa oleh chips dan disalurkan ke pahat melalui bidang garuk tersebut. Hal ini bisa disebabkan oleh pemakaian cutting speed yang terlalu tinggi, dan juga sistim pendinginan yang kurang baik, sehingga panas yang muncul berlebihan dan tidak dapat dihantarkan atau dinetralisir dengan sempurna. Keausan ini akan menyebabkan berubahnya nilai sudut potong, tingkat kesesuaian antara geometri sudut dan material akan berubah pula pada akhirnya akan mempengaruhi kualitas dari benda kerja. Hal ini dapat dicegah dengan penggunaan cutting speed yang sesuai dan pendinginan yang baik.

4. Built Up Cutting Edges

Supaya alirannya chipnya lancar atau mengurangi cutting speednya. Bisa juga dengan menggunakan pendingin khusus untuk mencegah chip melekat pada pahat dan permukaan benda kerja bisa lebih halus misalnya untuk pengerjaan aluminium menggunakan pendingin minyak tanah.γBuilt up cutting edge adalah lelehan material benda kerja yang menempel pada ujung pahat (Gambar 2.85), lelehan ini menjadi dingin dan mengeras sehingga berfungsi sebagai mata potong yang baru. Akibat yang ditimbulkan adalah perubahan sisi potong utama yang berarti juga perubahan geometri sudut potongnya ukuran awal pahat dan center dari pahat akan berubah. Hal ini biasanya terjadi pada material yang lunak seperti mild steel atau Aluminium. Masalah ini bisa dihindari dengan memperbesar sudut buang tatal (

5. Keretakan Pada Pahat Bubut Sisipan/ Tip Carbide

Keretakan pada tip carbide, lebih disebabkan karena panas berlebihan (over heat) dengan pendinginan yang tidak kontinyu atau mendadak. Tip carbide tidak mampu menahan perubahan suhu yang besar dan mendadak. Perubahan itu memacu proses pemuaian dan penyusutan dalam range yang besar dan dalam waktu yang singkat. Untuk menghindarinya cukup dengan pemberian pendingin yang tepat dan teratur. Hal ini bisa juga disebabkan kerena bagian bawah tip carbide tidak menumpu dengan sempurna akibat dari proses permesinan sebelumnya atau proses brassing yang kurang sempurna.

6. Tip Carbide Pecah

Kelemahan yang paling utama dari pahat carbide adalah ketidak mampuan untuk menahan beban kejut (impact load). Jika pahat carbide menerima beban kejut diluar kemampuannya maka akan pecah. Hal lain juga bisa disebabkan beban berlebih karena kedalaman pemakanan, feed, atau cutting speed yang berlebihan. Selain tidak mampu menerima beban kejut tip carbide juga tidak mampu menahan beban tarik, jadi bisa juga pecahnya tip ini karena terjepit atau tertarik oleh material benda kerja.

7. Tip Carbide Lepas

Lepasnya tip carbide ini lebih disebabkan karena sistim pengikat antara tip hasil brassing dan holdernya kurang baik, atau bisa juga disebabkan oleh beban lebih (over load) yang menyebabkan lepasnya sistim pengikat yang ada.

PENULIS : DANNY SETYAWAN