CUTTING TOOL DAN CUTTING FLUID

TEORI PEMESINAN

CUTTING TOOL DAN CUTTING FLUID 

BAB I

CUTTING TOOL

A.    Pendahuluan

Bahan-bahan yang digunakan untuk cutting tool pada proses pemesinan merupakan faktor utama yang bisa mempengaruhi proses pemesinan itu sendiri. Pada saat proses pemesinan, cutting tool mengalami kenaikan temperatur dan tegangan akibat gesekan dengan benda kerja.

Beberapa karakteristik dalam menentukan bahan cutting tool antara lain :

1.      Kekerasan (hardness)

Kekerasan merupakan karakteristik di mana bahan cutting tool harus lebih keras daripada bahan benda kerja yang dikerjakan. Kekerasan bahan cutting tool akan mempengaruhi kekuatan cutting tool pada saat proses pemesinan, khususnya pada tem­peratur tinggi tinggi (>600° C) yang pada suhu tersebutmaterial logam akan mencapai suhu “ austenit “. Bahan yang digunakan cutting tool hendaknya dipilih sesuai dengan temperatur saat proses pemesinan.

2.      Ketangguhan (toughness)

Ketangguhan merupakan suatu karakteristik di mana ketahan­an suatu cutting tool dalam mengatasi gaya impak pada saat proses pemesinan, khususnya pada proses yang berlangsung secara terputus-putus, misalnya pada proses pembuatan poros spline dan roda gigi.

3.      Ketahanan aus

Ketahanan aus merupakan karakteristik yang mempengaruhi umur cutting tool pada proses pemesinan sebelum cutting tool tersebut diasah ataupun diganti.

4.      Kestabilan kimiawi

Kestabilan kimiawi merupakan karakteristik yang harus di­penuhi oleh bahan benda kerja yang bisa menyebabkan keausan.

B.     Gaya Potong dan Kecepatan Potong

Gaya geser dan sudut bidang geser merupakan fungsi dari gaya gesek serpihan dengan permukaan pahat, sedangkan gaya gesek tergantung kepada beberapa faktor, antara lain kehalusan dan ketajaman pahat, ada tidaknya zat pendingin (coolant), material pahat, material benda kerja, kecepatan potong dan bentuk pahat nya.

Secara umum dapat dikatakan, bila gaya gesek besar, geramnya tebal, sudut geser kecil. Untuk mengukur besarnya gaya-gaya tersebut, digunakan dinamometer elektronik, misalnya gaya potong tidak di ukur pada tempat pemotongan, tetapi reaksi pemotongan nya yang di ukur. Kombinasi transduser dan platform, digunakan untuk mengukur 3- buah gaya dan momen puntir/torsi (pada proses penggurdian).

Gaya-gaya yang bekerja pada ujung mata pahat mesin bubut, dapat di lihat pada gambar: 

Keterangan:

 =  Gaya Longitudinal

 =  Gaya Tangensial

 =  Gaya Radial

Dalam operasi permesinan, gaya terpenting adalah Gaya Tangensial sebab secara persentase, gaya ini yang paling besar. Ada beberapa hal yang perlu dipertimbangkan:

ü  Gaya perkakas tidak berubah secara signifikan dengan berubahnya kecepatan potong.

ü  Makin besar hantaran (feed) perkakas, makin besar gaya yang diperlukan.

ü  Makin dalam pemotongan, makin besar gaya yang diperlukan.

ü  Gaya tangensial meningkat dengan membesarnya serpihan.

ü  Gaya longitudinal menurun, bila jari-jari ujung pahat dibuat lebih besar, atau kalau sudut tepi pemotongan sisi diperbesar.

ü  Menggunakan media pendingin (coolant)

Dibawah ini dapat dilihat gambar ilustrasi dari approksimasi persentase dari distribusi gaya-gaya potong yang terjadi pada pahat mata tunggal.

                Keterangan:    =  27 %

                                     =  67 %

                                     =   6 %     

Terlihat bahwa Gaya Tangensial; , mempunyai kontribusi gaya yang paling besar, oleh karena itu gesekan dan panas akan lebih banyak timbul akibat gaya ini, sehingga atensi dalam hal pendinginan (coolant), harus lebih di fokuskan di daerah tersebut.

Catatan: Terlihat bahwa ke-3 gaya tersebut seolah-olah mempunyai satuan persen (%), pada hal, ini ingin mengatakan bahwa persentase itu merupakan perbandingan gaya-gaya yang terjadi pada titik pusat pemotongan suatu benda kerja logam pada suatu proses pembubutan.   

Gaya pada  cutting tool  tergantung pada :

1.      Gaya tangensial (F_T) meningkat seiring dengan semakin besamya serpihan yang dihasilkan.

2.      Gaya longitudinal (F_L) semakin menurun jika jari-jari ujung pahat dibuat lebih besar atau jika sudut tepi pemotongan sisi diperbesar.

3.      Semakin dalam pemotongan (feed), semakin besar gayanya.

4.      Semakin besar hantaran cutting tool, semakin besar gayanya.

Kecepatan potong adalah suatu harga yang diperlukan dalam menentukan kecepatan pada proses penyayatan atau pemotongan benda kerja. Harga kecepatan potong tersebut ditenyukan oleh jenis alat potong dan jenis benda kerja yang dipotong. Rumus dasar untuk menentukan kecepatan potong adalah :

Keterangan :

Vs        =  kecepatan potong dalam m/menit

D         =  diameter pisau dalam mm

S          =  kecepatan putaran dalam rpm

Faktor yang mempengaruhi harga kecepatan potong :

ü  Bahan benda kerja/material

Semakin tinggi kekuatan bahan yang dipotong, maka harga kecepatan potong semakin kecil.

ü  Jenis alat potong

Semakin tinggi kekuatan alat potong maka harga kecepatan potong semakion besar

ü  Besarnya kecepatan penyayatan

Semakin besar jarak penyayatan maka kecepatan potong semakin kecil

ü  Kedalaman penyayatan

Berikut ini kecepatan potong standart untuk berbagai jenis logam :

C.    Bentuk dan Sudut Pahat

Pahat mata tunggal dibuat dengan cara digerinda sehingga berbentuk baji, di mana sudut yang tercakup dalam proses penggerindaan disebut sudut potong. Untuk mencegah terjadinya penggesekan pahat perlu dibuat sudut pengaman samping antara sisi pahat dengan benda kerja yang biasanya hanya sekitar 6 sampai 8 derajat. Sudut potong pada pahat harus tajam agar menghasilkan pemotongan yang baik dan tepinya harus kuat menahan gaya perkakas itu sendiri serta untuk mengarahkan agar panas yang timbul bisa keluar.

Terdapat 6 sudut utama yang memegang peranan penting dalam pemesinan menggunakan pahat bubut. Sudut-sudut tersebut adalah:

1) Sudut Rake Sisi (Side Rake Angle)

Istilah Rake Sisi menunjukkan permukaan bagian atas yang digerinda miring dengan membentuk sudut terhadap permukaan potong sisi. Sudut rake menentukan sudut ketika tatal meninggalkan benda kerja dalam arah menjauhi permukaan potong sisi.

2) Sudut Rake Belakang (Back Rake Angle)

Istilah Rake Belakang menunjukkan permukaan atas yang digerinda miring dengan membentuk sudut terhadap permukaan ujung. Sudut Rake Belakang secara total juga ditentukan oleh pemegang pahat bubut. Besar sudut ini mempengaruhi sudut dimana tatal meninggalkan benda kerja dalam arah menjauhi permukaan ujung. Fungsi utama dari Sudut Rake adalah mengarahkan aliran tatal meninggalkan permukaan benda kerja dan mengatur gaya potong. Gaya potong ini harus didistribusikan secara merata pada masingmasing permukaan sisi dan permukaan depan.

3) Sudut Bebas Sisi (Side Clearance Angle)

Istilah Bebas Sisi (side relief) menunjukkan permukaan samping yang digerinda miring dengan membentuk sudut terhadap permukaan sisi potong. Bebas sisi ini mengkonsentrasikan gaya tusuk yang timbul pada suatu daerah kecil di dekat permukaan sisi potong.

4) Sudut Bebas Muka (Front Clearance Angle)

Istilah Bebas Muka (end relief) berarti permukaan depan dari pahat yang digerinda miring dengan membentuk sudut terhadap permukaan ujung. Bebas muka mengkonsentrasikan gaya tusuk yang timbul di daerah ujung (nose) pada permukaan depan.

5) Sudut Sisi Potong Samping (Side Cutting Edge Angle)

Istilah Sisi Potong Samping menunjukkan permukaan samping yang digerinda miring dengan membentuk sudut terhadap permukaan sisi dari pahat. Sudut Sisi Potong Samping membentuk sisi potong (cutting edge) dalam hubungannya dengan tangkai (shank) pahat.

6) Sudut Sisi Potong Depan (End Cutting Edge Angle)

Istilah Sisi Potong Depan menunjukkan permukaan depan yang digerinda miring dari ujung membentuk sudut terhadap sisi tangkai bagian bawah. Sudut ini

membentuk sudut sisi potong dalam hubungannya dengan benda kerja. Sudut Sisi Potong ini mempunyai fungsi penting yaitu memungkinkan pahat bubut menusuk benda kerja dengan beban mula yang dijauhkan dari ujung pahat, yang merupakan bagian paling lemah pada pahat. Sudut ini secara bertahap melepaskan beban pada pahat ketika dilakukan proses pemakanan.

Material	Back Rake	Side Rake	End Relief	End Cutting Edge	Back Rake
Aluminium And Magnesium Alloys	20	15	12	10	5
Copper Alloys	5	10	8	8	5
Steels	10	12	5	5	15
Stainless Steels	5	8-10	5	5	15
High Temperature Alloys	0	10	5	5	15
Refractory Alloys	0	20	5	5	15
Titanium Alloys	0	5	5	5	15
Cast Irons	5	10	5	5	15
Thermoplastics	0	0	20-30	15-20	10
Thermosets	0	0	20-30	15-20	10

4. Bahan Cutting Tool

Pada proses produksi, bahan cutting tool sangat menentukan proses maupun hasil proses, sehingga dalam perkembangannya muncul berbagai upaya untuk meningkatkan kemampuan cutting tool agar hasil yang diperoleh dari proses pemesinan semakin baik.

Bahan-bahan yang biasanya digunakan sebagai cutting tool pada proses pemesinan antara lain :

1.      Baja karbon (Plain Carbon Steel)

Baja karbon mengandung 0,5 % - 1,5 % karbon. Baja karbon jarang digunakan untuk cutting tool, karena kemampuannya yang terbatas. Kekerasan baja karbon akan berkurang pada suhu 250 ⁰C (523 ⁰K), sehingga dapat digunakan pada kece­patan pemotongan yang rendah. Baja ini biasanya digunakan untuk memotong bahan-bahan yang lunak seperti light metal. Baja karbon merupakan bahan yang paling tua yang di­gunakan sebagai cutting tool sejak abad ke-18.

2.      Baja perkakas paduan (Alloyed Tool Steels)

Baja paduan merupakan baja karbon yang ditambah dengan unsur-unsur paduan seperti : Tungsten (T), Molybdenum (M), Vanadium (Va), Cobalt (Co), dan Chromium (Cr). Baja paduan memiliki kecepatan potong sedang. Baja paduan mengandung 0,7% karbon. Baja paduan ini digunakan sejak awal abad ke­19. Ada dua macam baja perkakas paduan, yaitu :

a.      baja perkakas paduan rendah (low alloyed tool steels/ SS) yang memiliki kekerasan yang berkurang pada suhu 400 ⁰C (673 ⁰K).

b.      baja perkakas paduan tinggi (high alloyed tool steels/ HSS) yang kekerasannya akan berkurang pada 600 °C (873 ⁰K).

3.      Paduan tuang paduan bukan besi (Cast Nonferrous Alloy Tool Bits)

Paduan ini terutama mengandung chrom, cobalt dan wolfram yang dibentuk dengan cara pengecoran. Paduan ini memiliki kecepatan potong 30% - 100% lebih tinggi daripada HSS, keke­rasannya tinggi, ketahanan terhadap keausan tinggi, sehingga mampu digunakan sampai suhu 800 ⁰C (1073 ⁰K), tetapi sifat­nya rapuh dan tidak seulet HSS. Baja paduan ini mengandung 2% C. Nama yang biasanya digunakan antara lain : Stellite, Tantung Rex Alloy, J Metal.

4.      Karbida (Cemented Carbides/Sintered Tool)

Karbida dihasilkan dengan teknik metalurgi serbuk (powder metallurgy), di mana serbuk logam wolfram karbida dan cobalt dikempa untuk membentuk, kemudian melalui proses sintering dalam tungku atmosfer hidrogen pada temperatur 1550 ⁰C, dan diselesaikan dengan operasi penggerindaan. Perkakas karbida yang mengandung 94% wolfram karbide dan 6% cobalt sesuai digunakan untuk memotong besi cor dan semua bahan kecuali baja. Khusus untuk memotong baja, karbida yang di­gunakan mengandung 82 % tungsten carbide, 10 % titanium, 8 % cobalt dengan kekerasan 75 - 90 HR. Kecepatan potongnya tiga kali lebih cepat daripada HSS. Kekerasannya akan berkurang pada suhu 900 ⁰C (11/3 ⁰K). Tungsten carbide biasanya diguna­kan untuk besi tuang, logam nonferrous, plastik, karet. Sedang­kan tungsten-titanium dan tantalum-titanium carbide biasanya digunakan untuk baja. Karbida mulai digunakan sejak tahun 1930 pada proses produksi dengan kapasitas tinggi.

5.      Keramik (Cutting Ceramics/Alumina Base Ceramic atau Cermet)

Keramik dihasilkan melalui teknik metalurgi serbuk (powder metallurgy) aluminium oksida (Al₂,O₃) aengan titanium, kromium oksida atau magnesium oksida yang dicampurkan dengan bahan perekat kaca. Kecepatan potongnya dua kali lebih cepat daripada karbida. Sifatnya sangat keras, rapuh, dan tahan aus. Kekerasannya akan berkurang pada suhu 1300 ⁰C (1573 ⁰K). Keramik biasanya digunakan pada proses pemesin­an semi finishing dan finishing pada benda kerja besi tuang (besi cor) atau logam keras Iainnya. Keramik mulai digunakan sebagai bahan cutting tool sejak tahun 1950.

6.      Cubic Boron Nitride

Cubic boron nitride merupakan bahan cutting tool yang memiliki sifat ketahanan aus dan kekuatan potong yang sangat tinggi, mendekati kekerasan  intan. Bahan ini biasanya digunakan sebagai bahan pengasah pada batu gerinda.

7.      Intan (Diamona)

 Intan digunakan pada pahat mata tunggal untuk pemotongan ringan dan untuk mengerjakan benda-benda yang membutuh­kan kecepatan tinggi (10 kali lebih cepat daripada pahat lain atau kecepatannya lebih dari 1000 m/menit) dan permukaan­nya yang sangat baik (kedalaman potong 0,02 - 0,06 mm). Sifatnya sangat keras, rapuh, tahan aus tetapi harganya sangat mahal. Kekerasannya akan berkurang pada suhu 900 ⁰C (1173 ⁰K). Intan digunakan untuk memotong benda kerja yang sulit dipotong dengan bahan cutting tool yang lain, ataupun untuk pemotongan ringan dengan kecepatan tinggi pada bahan yang lebih lunak dengan ketelitian dan mengutamakan penyelesaian permukaan (surface finishing) yang baik. Umum­nya, intan digunakan untuk memproses plastik, karet keras, karbon tekan, dan alumunium dengan kecepatan potong 300 - 1500 m/men. Intan juga digunakan untuk melapisi roda gerinda, untuk cetakan penarikan kawat kecil, dan dalam operasi penggerindaan dan pemolesan.

Tabel 4. Karakteristik material cutting tool

Karakteristik	Material cutting tool
	Baja karbon rendah	HSS	Sintered Carbide	HSS Coating	Carbide Coating	Ceramic	Cubic Boron Nitride	Intan
katangguhan	Semakin berkurang
Kekerasan Panas	Semakin tinggi
Kekuatan Impak	Semakin berkurang
Katahanan Aus	Semakin tinggi
Kecepatan Pemotongan	Semakin tinggi
Harga Material	Semakin tinggi
Nilai Kekerasan	60 HRC	65 HRC	65 HRC	90 HRC	93 HRC/1800 HK	2100 HK	5000 HK	8000 HK

dimana : HRC = Nilai kekerasan Rockwell

                HK   = Nilai kekerasan Knoop

5. Umur Pahat

Umur pahat merupakan salah satu faktor penting dalam pro­ses produksi, karena waktu yang diperlukan untuk penggantian pahat dan penyetelan kembali menyebabkan berkurangnya kemampuan pahat. Umur pahat adalah ukuran lamanya suatu pahat yang mampu memotong dengan baik. Umur pahat dapat diukur dengan beberapa cara, antara lain :

1.      Pada sisi pahat, yaitu suatu tepi yang kecil yang menonjol dari ujungnya terampelas hilang. Kerusakan pahat terjadi jika tepi ini telah aus 1,58 mm dan pada pahat HSS dan 0,76 mm pada pahat karbida.

2.      Pada muka pahat dalam bentuk kawah kecil (depresi) di belakang ujungnya. Depresi disebabkan adanya aksi pengam­pelasan dari serpihan sewaktu melewati permukaan pahat.

Untuk pahat didefinisikan sebagai umur pahat dalam menit terhadap kecepatan memotong dalam meter tiap menit atau dalam cm³ dari logam yang dipotong, karena umur pahat akan ber­kurang seiring dengan meningkatnya kecepatan memotong pahat.

Beberapa hal yang perlu diperhatikan sehubungan dengan umur pahat antara lain :

1.      Penggerindaan tepi sudut pahat yang tidak tepat

Penggerindaan hendaknya disesuaikan dengan sudut potong pahat, di mana sudut potong pahat tergantung pada bahan yang dipotong, dan nilainya sudah tercantum pada buku acuan, literatur perusahaan, dan sumber-sumber lain.

2.      Kekerasan pahat hilang

Hilangnya kekerasan pahat disebabkan timbulnya panas yang berlebihan pada tepi pemotongan. Keadaan ini bisa dicegah dengan penggunaan media pendinginan secara efektif atau pengurangan kecepatan potong.

3.      Pematahan atau penyerpihan tepi pahat

Pematahan ini disebabkan oleh pemotongan yang terlalu berat atau karena sudut potong yang terlalu kecil.

4.      Aus alamiah dan pengampelasan

Semua pahat secara bertahap akan tumpul karena proses pengampelasan. Dalam beberapa kasus, kejadian ini diper­cepat dengan adanya pembentukan depresi di belakang tepi potong. Dengan meningkatnya ukuran depresi yang terjadi akan mengakibatkan tepi potong semakin lemah dan akhirnya pahat akan patah.

5.      Pahat retak karena beban berat

Kejadian ini bisa diatasi dengan penggunaan pahat sesuai dengan kapasitasnya dan pemasangan pahat secara tepat

F.     Kemampumesinan (Machinability)

Kemampumesinan (machinability) merupakan kemudahan suatu benda kerja untuk dipotong oleh cutting tool dalam proses pemesinan. Kemampumesinan meliputi hal-hal yang biasanya merupakan daya cutting tool yang diperlukan untuk memotong suatu benda kerja, umur cutting tool, biaya pekerjaan pemotongan, dan permukaan benda kerja yang dihasilkan dari proses pemo­tongan tersebut. Kemampumesinan sangat dipengaruhi oleh bentuk dan bahan cutting tool yang digunakan untuk memotong benda kerja. Sehingga cutting tool yang digunakan harus sesuai dengan benda kerja yang akan dipotong, agar hasil pekerjaan yang diperoleh, bisa maksimal sesuai dengan yang direncanakan baik benda kerja yang dihasilkan maupun umur cutting tool itu sendiri.

BAB II

CUTTING FLUID

A.   Pendahuluan

Pada proses-proses pengerjaan logam, khususnya pekerjaan pemotongan akan terjadi panas yang tinggi sebagai akibat adanya gesekan antara cutting cool dan benda kerja yang dipotong. Jika temperatur kerja dan tekanan cutting tool pada benda kerja tidak diatur, maka permukaan keduanya cenderung akan menyatu. Untuk mengatur temperatur kerja dan tekanan cutting tool pada benda kerja, maka perlu digunakan media pendingin.

2. Fungsi Cutting Fluid

Dalam proses pemotongan logam, media pendingin memiliki fungsi sebagai berikut sebagai berikut :

1.    Mengurangi gesekan yang terjadi antara cutting tool, benda kerja, dan geram yang timbul sehingga menghasilkan umur cutting tool yang tinggi dan surface finish yang baik khususnya pada kecepatan potong rendah.

2.    Mengurangi temperatur pada ujung cutting tool dan benda kerja sehingga menghindarkan terjadinya thermal deformation.

3.    Membersihkan geram yang timbul akibat proses pemotongan atau sebagai media flush untuk membawa chip hasil dari proses machining keluar dari cutting zone.

4.    Memperbaiki penyelesaian permukaan benda kerja yang dihasilkan.

5.    Memperpanjang umur cutting tool.

6.    Mengurangi terjadinya korosi pada mesin perkakas (khusus­nya cutting tool) dan benda kerja.

7.    Mencegah terjadinya penyatuan geram dengan cutting tool.

8.    Mendinginkan benda kerja khususnya pada kecepatan potong tinggi.

9.    Memudahkan pengambilan benda kerja, karena bagian yang panas telah didinginkan.

10.    Memperpanjang umur pahat

C.    Karakteristik Cutting Fluid

Pemakaian cairan pendingin biasanya mengefektifkan proses pemesinan. Untuk itu ada beberapa kriteria untuk pemilihan cairan pendingin tersebut, walaupun dari beberapa produsen mesin perkakas masih mengijinkan adanya pemotongan tanpa cairan pendingin. Kriteria utama dalam pemilihan cairan pendingin pada proses pemesinan adalah :

1.        Unjuk kerja proses

Ø  Kemampuan penghantaran panas (Heat transfer performance)

Ø  Kemampuan pelumasan (Lubrication performance )

Ø  Pembuangan beram (Chip flushing)

Ø  Pembentukan kabut fluida (Fluid mist generation)

Ø  Kemampuan cairan membawa beram (Fluid carry-off in chips)

Ø  Pencegahan korosi (Corrosion inhibition)

Ø  Stabilitas cairan/Fluid stability (untuk emulsi)

Ø  Tidak merusakkan mesin (khususnya cutting tool) dan benda kerja

Ø  temperatur didih dan titik uap.

Ø  Tidak berbuih, dan

2.      Harga

3.      Keamanan terhadap lingkungan

Ø  Tidak menimbulkan polusi

4.      Keamanan terhadap kesehatan (Health Hazard Performance)

Ø  Tidak menimbulkan kendala secara fisiologis terhadap operator

4. Jenis Media Pendingin

Cutting fluid merupakan bagian dari metalworking fluid (MWF). Umumnya media pendingin yang digunakan pada proses pemesinan berbentuk cairan, karena dapat diarahkan pada cutting tool pada posisi yang sesuai dengan yang diharapkan dan mudah disirkulasikan kembali namun pada aplikasinya cutting fluid ada berbagai jenis dan bentuk.

Berdasarkan cara pengaplikasiannya,  MWF ini sebenarnya dibagi menjadi dua bagian besar, yaitu:

1. Neat oil, penggunaannya tidak perlu dicampur dengan air.

Penggunaannya langsung, tanpa dicampur air. Oli jenis ini biasanya digunakan pada peralatan potong yang membutuhkan fungsi pelumasan dari oli yang lebih tinggi dibandingkan dengan fungsi pendinginan.Umumnya penggunaannya untuk proses pengerjaan metal yang lebih ekstrim (dalam hal kekerasan metal yang dikerjakan).

2. Water mixable cutting fluid, penggunaannya dicampur dengan air.

Penggunaannya dengan dicampur air. Perbandingan pencampuran berbeda-beda tergantung proses pengerjaannya.Masalah yang umum dihadapi dengan menggunakan oli jenis ini adalah timbulnya bau yang tidak sedap akibat dari bakteri yang bisa hidup pada media oli mineral jenis ini. Jenis bakteri ini adalah “anaerob” yang mampu hidup tanpa oksigen, sehingga mudah berkembang bila kondisi ruangan kurang terbuka (ventilasi/sirkulasi udara kurang baik)

Untuk mengantisipasi masalah bau yang tidak sedap, ada beberapa cara yang bisa dilakukan antara lain :

ü  Buat sirkulasi udara yang baik di sekitar lokasi peralatan potong

ü  Jika bau telah terjadi bisa dilakukan proses penghilangan bakteri dengan menggunakan “desinfektan khusus”.

ü  Untuk mengantisipasi jangan sampai terjadi masalah bau tak sedap maka gunakan oli dari seri sintetik.

Meskipun umumnya berbentuk cairan, tetapi ada beberapa bahan media pendi­ngin yang juga dapat digunakan pada proses pemesinan, antara lain :

1.    Bahan padat,

Bahan padat merupakan unsur tertentu dalam benda kerja yang memperbaiki kemampuan memotong cutting tool terha­dap benda kerja, misalnya grafit dalam besi cor kelabu.

2.    Bahan cair

Bahan cair terutama dalam bentuk larutan air atau larutan minyak dengan bahan tambahan tertentu untuk meningkatkan efektivitas media pendingin itu.

Bahan cair yang biasanya digunakan antara lain :

1. Minyak murni (Straight Oils) adalah minyak yang tidak dapat diemulsikan dan digunakan pada proses pemesinan dalam bentuk sudah diencerkan. Minyak ini terdiri dari bahan minyak mineral dasar atau minyak bumi, dan kadang mengandung pelumas yang lain seperti lemak, minyak tumbuhan, dan ester. Selain itu bisa juga ditambahkan aditif tekanan tinggi seperti Chlorine, Sulphur dan Phosporus. Minyak murni menghasilkan pelumasan terbaik , akan tetapi sifat pendinginannya paling jelek diantara cairan pendingin yang lain.

b.      Minyak mineral : merupakan bahan yang memiliki lapisan film tipis di antara cutting tool dan permukaan benda kerja yang dipotong. Lapisan ini mengurangi gesekan dan keausan permukaan cutting tool dan benda kerja. Minyak ini berasal dari minyak tumbuhan, minyak hewan dengan ditambah zat aditif.

3. Minyak sintetik (Synthetic Fluids) : merupakan minyak yang tidak mengandung minyak bumi atau minyak mineral dan sebagai gantinya dibuat dari campuran organik dan inorganik alkaline bersama-sama dengan bahan penambah (additive) untuk penangkal korosi. Minyak ini biasanya digunakan dalam bentuk sudah diencerkan (biasanya dengan rasio 3 sampai 10%). Minyak sintetik menghasilkan unjuk kerja pendinginan terbaik diantara semua cairan pendingin.

d.     Emulsi (water soluble fluid atau minyak larut air) : merupa­kan media pendingin yang tersusun dari dua bahan cair yang bersifat imisible (tidak terlarut satu sama lain) seperti minyak dan air. Media ini sangat efektif digunakan untuk pemotongan benda kerja dengan kecepatan tinggi.

e.      Sintesis : merupakan larutan kimia yang tersusun dari senyawa anorganik yang terlarut dalam air.

f.       Grease : merupakan senyawa semisolid dengan viskositas tinggi.

g.      Waxes : merupakan senyawa yang tersusun dari minyak hewan tumbuhan yang biasanya digunakan untuk proses pemotongan stainless steel dan bahan paduan temperatur tinggi.

8. Soluble Oil : pendingin ini akan membentuk emulsi ketika dicampur dengan air. Konsentrat mengandung minyak mineral dasar dan pengemulsi untuk menstabilkan emulsi. Minyak ini digunakan dalam bentuk sudah diencerkan ( biasanya konsentrasinya = 3 sampai 10%) dan unjuk kerja pelumasan dan penghantaran panasnya bagus. Minyak ini digunakan luas oleh industry pemesinan dan harganya lebih murah diantara cairan pendingin yang lain.
9. Cairan semi sintetik (Semi-synthetic fluids) adalah kombinasi antara minyak sintetik dan soluble Oil dan memiliki karakteristik kedua minyak pembentuknya. Harga dan unjuk kerja penghantaran panasnya terletak antara dua buah cairan pembentuknya tersebut.

3.    Bahan gas, termasuk uap air, karbon dioksida, dan udara tekan

Selain bahan-bahan tersebut di atas, juga digunakan media pendingin kimia. Media pendingin kimia merupakan paduan antara zat kimia yang dilarutkan dalam air. Media pendingin ini berfungsi sebagai pendingin dan pelumas (coolant-cutting fluid). Zat kimia yang biasa digunakan antara lain :

1.      amina dan nitrit untuk mencegah karat

2.      bahan sabun sebagai pelumas

3.      chlorin sebagai pelumas

4.      glikol sebagai bahan pengaduk dan pembasah, dan

5.      germisida sebagai pengendali pertumbuhan bakteri.

Dalam aplikasinya, media pendingin yang digunakan tergantung pada bahan yang akan dipotong dan jenis operasi pemotong­an yang akan dilakukan. Hal ini perlu dilakukan karena semakin cepat pemotongan yang dilakukan dan meningkatnya daya mesin perkakas akan mengakibatkan semakin tingginya temperatur yang dihasilkan, sehingga akan mempengaruhi keadaan cutting tool, benda kerja, dan lingkungan di sekitar proses pemotongan itu sendiri. Pemilihan media pendingin secara efektif bisa dilakukan sebagai berikut :

1.      Besi cor

Media pendingin yang digunakan adalah udara tekan, minyak larutan, atau dipotong dalam kondisi kering.

2.      Aluminium

Media pendingin yang digunakan adalah kerosin, minyak larutan, atau air soda (air dengan persentase kecil dengan beberapa alkali yang berfungsi sebagai pencegah karat).

3.      Besi mampu tempa

Media pendingin yang digunakan adalah dalam kondisi kering atau minyak larut air.

4.      Kuningan

Media pendingin yang digunakan adalah dalam kondisi kering, minyak parafin atau campuran minyak hewan.

5.      Baja

Media pendingin yang digunakan adalah minyak larutan, minyak tersulfurisasi, atau minyak mineral.

6.      Besi tempa

Media pendingin yang digunakan adalah lemak hewan atau minyak larut air.

5. Cara Pemberian Cairan Pendingin Pada Proses Pemesinan

Cara pemberian cairan pendingin pada proses pemesinan adalah sebagai beikur :

1. Dibanjirkan ke benda kerja (Flood Application of Fluid), pada pemberian cairan pendingin ini seluruh benda kerja di sekitar proses pemotongan dibanjiri dengan cairan pendingin melalui saluran cairan pendingin yang jumlahnya lebih dari satu ( Gambar 6.1).

Gambar 2.1. Pemberian cairan pendingin dengan cara

dibanjirkan pada benda kerja

2. Disemprotkan (Jet Application of Fluid), pada proses pendinginan dengan cara ini cairan pendingin disemprotkan langsung ke daerah pemotongan (pertemuan antara pahat dan benda kerja yang terpotong). Sistem pendinginan benda kerja adalah dengan cara menampung cairan pendingin dalam suatu tangki yang dilengkapi dengan pompa yang dilengkapi filter pada pipa penyedotnya. Pipa keluar pompa disalurkan melalui pipa/selang yang berakhir di beberapa selang keluaran yang fleksibel ( Gambar 6.2). Cairan pendingin yang sudah digunakan disaring dengan filter pada meja mesin kemudian dialirkan ke tangki penampung.

Gambar 2.2. Cara pendinginan dengan cara disemprotkan langsung

ke daerah pemotongan pada proses pembuatan lubang

3. Dikabutkan (Mist Application of Fluid), pemberian cairan pendingin dengan cara ini cairan pendingin dikabutkan dengan menggunakan semprotan udara dan kabutnya langsung diarahkan ke daerah pemotongan ( Gambar 6.3).

Gambar 2.3. Pemberian cairan pendingin dengan cara

mengabutkan cairan pendingin

6. Perawatan Dan Pembuangan Cairan Pendingin

Perawatan cairan pendingin meliputi pemeriksaan :

ü  Konsentrasi dari emulsi soluble oil (menggunakan refractometer)

ü  pH ( dengan ph meter)

ü  Kuantitas dari minyak yang tercampur (kebocoran minyak hidrolik ke dalam sistem cairan pendingin)

ü  Kuantitas dari partikel (kotoran) pada cairan pendingin.

Hal yang dilakukan pertama kali untuk merawat cairan pendingin adalah menambah konsentrat atau air, membersihkan kebocoran minyak, menambah biocides untuk mencegah pertumbuhan bakteri dan menyaring partikel-partikel kotoran dengan cara Centrifuging ( Gambar 6.5).

Gambar 2.4. Peralatan centrifuing untuk cairan pendingin

Cairan pendingin akan menurun kualitasnya sesuai dengan lamanya waktu pemakaian yang diakibatkan oleh pertumbuhan bakteri, kontaminasi dengan minyak pelumas yang lain, dan partikel kecil logam hasil proses pemesinan. Apabila perawatan rutin sudah tidak ekonomis lagi maka sebaiknya dibuang. Apabila bekas cairan pendingin tersebut dibuang di sistem saluran pembuangan, maka sebaiknya diolah dulu agar supaya komposisi cairan tidak melebihi batas ambang limbah yang diijinkan.

DAFTAR PUSTAKA

Kalpakjian, S. 1995. Manufacturing Engineering and technology. New York : Addison – Wesley Publishing Company

Suhardi. 1997. BPK Teknologi Mekanik II. Surakarta : Universitas Sebelas Maret

Wijayanto, D.S., dan Estriyanto, Y. 2005. Teknologi Mekanik : Mesin Perkakas. Surakarta : UNS Press

Widarto. 2008. Teknik Pemesinan Jilid 2 Untuk SMK. Jakarta : Departemen Pendidikan Nasional

Sunyoto, 2008. Teknik Mesin Industri Jilid 2Untuk SMK. Jakarta: Departemen Pendidikan Nasional

Sumbodo, W. 2008. Teknik Produksi Mesin Industri Untuk Smk Jilid 1. Jakarta :   Departemen Pendidikan Nasional

Rahdiyanta, D. 2010. Buku 6 : Cairan Pendingin Untuk Proses Pemesinan. Jogjakarta : Universitas Negeri Yogyakarta