C – TEKNOLOGI PERKAKAS PEMOTONG1. Umur pahat 2. Bahan pahat3. Geometri pahat4. Fluida permesinan

Teknologi Perkakas Dua aspek penting: 1. Material pahat 2. Geometri pahat

Tiga model kegagalan pahat1. Kegagalan Patah (Fracture

failure) ◦ Gaya potong menjadi berlebihan

dan/atau dinamis, yang mengarah ke patah getas

2. Kegagalan suhu (Temperature failure)◦ Suhu pahat terlalu tinggi untuk bahan

pahat3. Keausan Bertahap (Gradual

wear)◦ Keausan bertahap pada pahat

Model yang lebih disukai: keausan bertahapGagal patah dan gagal suhu keduanya

adalah kegagalan prematurKeausan bertahap lebih disukai karena

ianya mengarah pada kemungkinan penggunaan pahat yang lebih lama.

Keausan bertahap terjadi pada dua lokasi pada pahat: ◦ Crater wear – terjadi pada permukaan atas

(rake)◦ Flank wear – terjadi pada flank (sisi samping

pahat)

Diagram keausan pahat, menunjukkan lokasi prinsipil dan jenis keausan yang terjadi

Keausan pahat

Crater wear, (atas), dan flank wear (kanan) pada pahat cemented carbide, seperti terlihat pada sebuah toolmaker's

Keausan pahat sebagai fungsi waktu pemotongan. Flank wear (FW) dipakai sebagai ukuran keausan pahat di sini. Crater wear memiliki kurva pertumbuhan curva yang.

Keausan pahat vs. waktu

Efek kecepatan potong terhadap tool flank wear (FW) untuk tiga kecepatan yang berbeda, menggunakn kriteria umur pahat 0.50 mm flank wear.

Efek kecepatan potong

Plot Natural log‑log kecepatan potong vs umur pahat

Umur Pahat vs. kecepatan potong

Persamaan Umur Pahat TaylorHubungan diberikan oleh F.

W. Taylor CvT n Dengan v = kecepatan potong; T = umur pahat; n dan C adalah parameter yang bergantung pada pemakanan, kedalaman potong bahan BK, bahan pahat dan kriteria umur pahat yang digunakan n adalah slope/kemiringan dari plot C adalah intersep pada sumbu kecepatan pada umur pahat satu menit

Kriteria umur pahat pada produksi

1. Kegagalan komplit pada ujung pahat2. Inspeksi visual dari flank wear (atau

crater wear) oleh operator3. Fingernail test (uji kuku jari) melintang

ujung pahat4. Perubahan suara yang dipancarkan oleh

operasi5. Tatal berubah seperti pita, memanjang

dan sulit dibuang6. Degradasi permukaan akhir7. Naiknya daya8. Jumlah benda kerja9. Waktu pemotongan kumulatif

Bahan PahatMode kegagalan pahat

mengindifikasi sifat penting yang harus dimiliki bahan pahat:◦ Toughness /ketangguhan ‑ untuk

menghindari kegalan patah◦ Hot hardness ‑ kemampuan untuk tetap

keras pada sudu tinggi◦ Wear resistance ‑ kekerasan adalah sifat

terpenting untuk menhan abrasi (pengikisan)

Hot HardnessTipikal hubungan hot

hardness untuk bahan pahat terpilih. Plain carbon steel menunjukkan kehilangan keras dengan cepat seiring kenaikan suhu. High speed steel menunjukkan performa yang lebih baik, sementara cemented carbides dan ceramics secara nyata lebih keras pada suhu tinggi.

Tipikal nilai n dan C Tool material n C (m/min) C (ft/min)

High speed steel:Non-steel work 0.125 120 350Steel work 0.125 70 200

Cemented carbideNon-steel work 0.25 900 2700Steel work 0.25 500 1500

CeramicSteel work 0.6 3000 10,000

High Speed Steel (HSS) Baja paduan tinggi mamapu

mempertahankan kekerasan pada suhu tinggi lebih baik dari baja karbon tinggi dan baja paduan rendah steels

Salah satu bahan pahat yang terpenting Sangat sesuia diterapkan untuk geometri

pahat yang rumit, seperti drills, taps, milling cutters, dan broaches

Dua tipe dasar (AISI)1. Tungsten‑type, designated T‑ grades (jenjang T)2. Molybdenum‑type, designated M‑grades (jenjang

M)

Komposisi High Speed SteelTipikal isi paduan:

◦ Tungsten dan/atau Molybdenum◦ Chromium d anVanadium◦ Carbon, tentunya◦ Cobalt pada jenjang tertentu

Komposisi tipikal (Grade T1):◦ 18% W, 4% Cr, 1% V, and 0.9% C

Cemented Carbides Kelas bahan pahat keras berbasis

pada tungsten carbide (WC) menggunakan teknik metalurgi serbuk dengan cobalt (Co) sebagai binder

Dua tipe dasar:1. Non‑steel cutting grades - hanya WC‑Co2. Steel cutting grades - TiC dan TaC

ditambahkan ke WC‑Co

Cemented Carbides – sifat umumcompressive strength tinggi, namun

tensile strength rendah sd. menengah

Kekerasan tinggi (90 - 95 HRc)hot hardness baguswear resistance bagusKonduktivitas thermal tinggiModulus elastisitas tinggi 600 x 103 MPaKetangguhan lebih rendah daripada

high speed steel

Non‑steel Cutting Carbide Grades Dipakai untuk logam nonfero besi

tuang kelabuSifat ditentukan oleh ukuran butir

kandungan cobalt◦ Jika ukuran butir meningkat, kekerasan dan

hot hardness turun, tetapi ketangguhan naik

◦ Jikan kandungan cobalt meningkat, ketangguhan meningkat seiring kekerasan dan ketahanan aus.

Steel Cutting Carbide Grades

Digunakan untuk baja karbon rendah, baja tahan karat dan baja paduan lainnya

TiC dan/atau TaC disubstitusikan untuk bbrp WC

Kompoisisi meningkatkan ketahanan crater wear untuk memeotong baja◦ Namun sebailknya memengaruhi ketahanan

flank wear untuk memotong non baja

Cermets Kombinasi dari TiC, TiN, dan titanium

carbonitride (TiCN), dengan nickel dan/atau molybdenum sebagi binders.

Bebapa kimia lebih rumitAplikasi: penghalusan cepat dan

semifinishing untuk baja, stainless steels, dan besi tuang ◦ speeds lebih tinggi dan feed lebih rendah dari pada

steel‑cutting carbide grades ◦ Permukaan akhir lebih bagus bisa dicapai,

seringkali menghilangkan kebutugan untuk penggerindaan

Coated Carbides Cemented carbide insert coated dengan

satu atau lebih lapisan tipis bahan tahan aus, seperti TiC, TiN, dan/atau Al2O3

Pelapisan diterapkan dengan chemical vapor deposition atau physical vapor deposition

Tebal pelapisan = 2.5 ‑ 13 m (0.0001 to 0.0005 in)

Aplikasi: besi tuang dan baja untuk pembubutan dan pemfrisan

Paling baik diterpakan pada kecepatan tinggi ketika gaya dinamis dan gaya kejut thermal rendah

Coated Carbide ToolPhoto micro penampang lintang pelapisan jamak pada cemented carbide tool

Ceramics Pada dasarnya Al2O3 butir halus ditekan

dan disinter pada suhu tinggi ke bentuk sisipan “insert” tanpa binder

Aplikasi: pembubutan kecepatan tinggi untuk besi tuang dan baja

Tidak direkomendaikan untuk pemotongan dengan interupsi tinggi (mis. Pemfrisan kasar) karena ktengguhannya rendah

Al2O3 juga dipaki secara luas pada penggerindaan abrasif

Synthetic Diamonds (Intan Sintetis)

Sintered polycrystalline diamond (SPD) – difabrikasi dengan penyinteran kristal intan dengan butiran sangat bagus dibawah suhu dan tekanan tinggi ke bentuk yang diinginkan dengan sedikit atau tanpa binder

Biasanya digunakan sebagai pelapisan (tebal 0.5 mm) pada pahat sisipan WC-Co

Aplikasi: permesinan kecepatan tinggi pada fiberglass, graphite, dan kayu◦ Tidak untuk memotong baja

Cubic Boron Nitridecubic boron nitride (cBN) adalah

bahan terkeras setelah intanFabrikasi menjadi pahat sisipan

sama seperti SPD: pelapisan atas pahat sisipan WC‑Co

Aplikasi: baja permesinan dan paduan berbasis nickel

Pahat SPD dan cBN keduanya mahal

Geometri PahatDua kategori: Single point tools (pahat

matatunggal)◦ Untuk pembubutan, peluasan luabnag,

penyekrapan dan pengetamanMultiple cutting edge tools

(pahat mata potong jamak)◦ Digunakan untuk penggurdian,

reaming, tapping, pemfrisan, broaching, dan penggergajian

Twist Drill

Ujung twist drill mempunyai dua pemotong

Sudut ujung pada twist drill konvensional adalah 118°

Margins adalah ujung luar dari alur (flutes) dan selalu digerinda menyesuaikan diameter drill

Twist DrillsFitur penting pada penggurdian adalah

veriasi kecepatan potong sepanjang ujung pemotong. Kecepatan maksimum pada selubung luar, yang membangkitakan permukaan silindris, dan mendekati nol pada pusat puataran drill ketika ujung pemotong diputar ke bentuk pahat

Drills are slender, highly stressed tools, the flutes of which have to be carefully designed to permit chip flow while maintaining adequate strength.

Twist Drill Operation - ProblemsChip removal

◦ Flutes must provide sufficient clearance to allow chips to be extracted from bottom of hole during the cutting operation

Friction makes matters worse◦ Rubbing between outside diameter of drill

bit and newly formed hole ◦ Delivery of cutting fluid to drill point to

reduce friction and heat is difficult because chips are flowing in opposite direction

Cutting FluidsAny liquid or gas applied directly to machining operation to

improve cutting performance Two main problems addressed by cutting fluids:

1. Heat generation at shear and friction zones 2. Friction at tool‑chip and tool‑work interfaces

Other functions and benefits:◦ Wash away chips (e.g., grinding and milling)◦ Reduce temperature of workpart for easier handling◦ Improve dimensional stability of workpart

Cutting Fluid FunctionsCutting fluids can be classified

according to function:Coolants - designed to reduce

effects of heat in machiningLubricants - designed to reduce

tool‑chip and tool‑work friction

CoolantsWater used as base in

coolant‑type cutting fluidsMost effective at high cutting

speeds where heat generation and high temperatures are problems

Most effective on tool materials that are most susceptible to temperature failures (e.g., HSS)

Lubricants Usually oil‑based fluidsMost effective at lower cutting

speedsAlso reduce temperature in the

operation

Dry MachiningNo cutting fluid is usedAvoids problems of cutting fluid

contamination, disposal, and filtration

Problems with dry machining:◦ Overheating of tool◦ Operating at lower cutting speeds and

production rates to prolong tool life◦ Absence of chip removal benefits of cutting

fluids in grinding and milling

Gear Cutting Gear cutting is the process of creating a gear. The

most common processes include hobbing, broaching, and machining; other processes include shaping, forging, extruding, casting, and powder metallurgy.

Hobbing is a machining process for making gears, on a hobbing machine,

The teeth or splines are progressively cut into the workpiece by a series of cuts made by a cutting tool called a hob.

Compared to other gear forming processes it is relatively inexpensive but still quite accurate, thus it is used for a broad range of parts and quantities

Hobbing

Hobbing ProcessThe two shafts are rotated at a

proportional ratio, which determines the number of teeth on the blank; for example, if the gear ratio is 40:1 the hob rotates 40 times to each turn of the blank

The hob is then fed up into workpiece until the correct tooth depth is obtained.

Finally the hob is fed into the workpiece parallel to the blank's axis of rotation

Hobbing Process Hobbing uses a hobbing machine

with two non-parallel spindles, one mounted with a blank workpiece and the other with the hob.

The angle between the hob's spindle and the workpiece's spindle varies, depending on the type of product being produced.

If a spur gear is being produced, then the hob is angled equal to the helix angle of the hob; if a helical gear is being produced then the angle must be increased by the same amount as the helix angle of the helical gear

Video – Gear Hobbing

HobThe hob is the cutter used to cut the

teeth into the workpiece. It is cylindrical in shape with helical

cutting teeth. These teeth have grooves that run the length of the hob, which aid in cutting and chip removal.

The cross-sectional shape of the hob teeth are almost the same shape as teeth of a rack gear that would be used with the finished product