1. Pendahuluan Desain untuk Permesinan

Dalam desain untuk permesinan, terdapat beberapa faktor penting yang harus diperhatikan. Pertama, desainer harus memahami dengan baik proses-proses permesinan yang akan digunakan. Proses-proses tersebut melibatkan penggunaan alat pemotong atau roda abrasif untuk menghilangkan material dari benda kerja. Dalam konteks ini, desainer perlu memilih alat pemotong yang tepat, strategi pemotongan yang efisien, dan mengatur parameter-proses secara optimal untuk mencapai hasil yang diinginkan.

Selain itu, desainer juga perlu mempertimbangkan aspek biaya dalam desain untuk permesinan. Estimasi biaya permesinan adalah informasi penting yang harus diperoleh pada tahap awal pengembangan produk. Hal ini melibatkan penilaian terhadap waktu pemrosesan yang dibutuhkan, jumlah bahan yang akan digunakan, biaya peralatan yang diperlukan, dan biaya tenaga kerja yang terlibat dalam proses permesinan.

Dalam praktiknya, desainer harus memperhatikan beberapa prinsip desain yang relevan. Pertama, pemilihan sistem pemegang alat pemotong atau benda kerja yang tepat sangat penting. Sistem pemegang alat harus mampu menjaga stabilitas dan akurasi pemotongan, sedangkan sistem pemegang benda kerja harus dapat menjepit benda kerja dengan kuat dan stabil untuk memastikan proses permesinan yang baik.

Selain itu, desainer juga harus mempertimbangkan gerakan relatif antara alat pemotong dan benda kerja. Gerakan relatif yang tepat diperlukan untuk menghasilkan permukaan yang diinginkan. Ini melibatkan gerakan putar, gerak translasi, atau kombinasi keduanya, tergantung pada jenis mesin dan proses permesinan yang digunakan.

Pada bab-bab selanjutnya, kita akan menjelajahi lebih lanjut tentang proses permesinan spesifik seperti frais, bubut, penggilingan, dan lainnya. Kita juga akan membahas prinsip-prinsip desain yang relevan dan pertimbangan lain yang perlu diperhatikan dalam mengembangkan komponen yang dapat dimesin dengan efisien dan akurat. Dengan memahami prinsip-prinsip ini, desainer dapat mengoptimalkan desain komponen untuk memaksimalkan efisiensi permesinan dan mencapai hasil yang diinginkan.

Dalam desain untuk permesinan, ada tiga aspek penting yang perlu dipertimbangkan terkait peralatan mesin:

1. Pemegang Alat Pemotong atau Roda Abrasif

Pemilihan sistem pemegang alat yang tepat sangat penting untuk menjaga stabilitas dan akurasi pemotongan. Alat pemotong atau roda abrasif harus dipasang dengan aman pada mesin sehingga dapat melakukan pemotongan atau pengasahan yang diperlukan. Pemegang alat yang tepat akan memberikan stabilitas dan presisi yang diperlukan untuk mencapai hasil permesinan yang diinginkan.

2. Pemegang Benda Kerja

Benda kerja harus dijepit dengan kuat dan stabil pada mesin agar dapat diproses dengan baik. Berbagai sistem pemegang benda kerja tersedia untuk menyesuaikan dengan berbagai bentuk dan ukuran benda kerja yang akan dimesin. Pemegang benda kerja yang efektif akan memberikan penjepitan yang kokoh sehingga benda kerja tetap stabil selama proses permesinan.

3. Gerakan Relatif antara Alat Pemotong dan Benda Kerja

Gerakan relatif yang tepat antara alat pemotong dan benda kerja diperlukan untuk menghasilkan permukaan yang diinginkan. Gerakan ini dapat berupa gerakan putar, gerakan translasi, atau kombinasi keduanya, tergantung pada jenis mesin dan proses permesinan yang digunakan. Gerakan yang tepat akan memastikan bahwa pemotongan dilakukan dengan akurasi yang tinggi dan menghasilkan hasil permesinan yang sesuai dengan desain yang diinginkan.

2. Permesinan Menggunakan Alat Potong Satu Point (Pembubutan)

Permesinan menggunakan alat potong satu titik atau pembubutan adalah salah satu proses permesinan yang umum digunakan dalam industri manufaktur. Proses ini melibatkan penggunaan mesin bubut untuk memutar benda kerja dan menggerakkan alat pemotong sehingga menghasilkan permukaan mesin yang diinginkan. Benda kerja dapat dicengkeram menggunakan chuck, collet, atau dipasang pada pelat muka di mesin bubut.

Dalam perkembangan teknologi, mesin bubut modern dilengkapi dengan kontrol komputer atau mesin bubut CNC. CNC memungkinkan pengendalian presisi dalam menggerakkan benda kerja dan alat pemotong melalui program komputer. Alat pemotong dapat diumpankan ke segala arah di bidang horizontal, memberikan fleksibilitas dan akurasi tinggi dalam pembubutan.

Pembubutan dapat menghasilkan permukaan silinder dengan ketelitian tinggi. Proses ini melibatkan rotasi benda kerja sambil alat pemotong diumpankan secara sejajar terhadap sumbu rotasi. Dengan mengatur gerakan alat pemotong dan pemakanan yang tepat, permukaan silinder dapat dihasilkan dengan akurasi yang tinggi.

Keunggulan pembubutan meliputi kemampuan pembentukan berbagai bentuk geometri pada benda kerja, hasil yang presisi dan akurat, serta kemampuan mencapai kompleksitas geometri yang rumit dengan konsistensi tinggi menggunakan mesin bubut CNC.

Namun, terdapat pertimbangan penting dalam pembubutan, seperti kecepatan pemotongan, pemakanan, pemilihan alat pemotong yang tepat, serta penggunaan cairan pendingin atau pelumas untuk mendinginkan alat pemotong dan menghilangkan serpihan.

Dalam desain untuk permesinan, perencanaan yang cermat harus dilakukan dengan mempertimbangkan pemilihan alat pemotong yang tepat, pengaturan kecepatan pemotongan, pemilihan gerakan umpan yang tepat, dan pemilihan strategi permesinan yang efisien. Dengan memperhatikan semua aspek ini, desainer dapat memastikan bahwa komponen yang dihasilkan memenuhi spesifikasi yang diinginkan dengan akurasi dan kualitas yang baik.

Selanjutnya, benda kerja memiliki tiga jenis permukaan penting yang perlu diperhatikan dalam desain untuk permesinan:

1. Permukaan kerja

Ini adalah permukaan pada benda kerja yang akan dihilangkan dengan proses permesinan. Permukaan kerja harus sesuai dengan spesifikasi dan dimensi yang diinginkan, dan perlu dipertimbangkan selama pemilihan alat pemotong dan pengaturan gerakan umpan.

2. Permukaan mesin

Ini adalah permukaan yang dihasilkan oleh aksi alat pemotong selama proses permesinan. Permukaan mesin harus sesuai dengan toleransi dan kualitas permukaan yang ditentukan dalam desain. Pengaturan yang tepat dari alat pemotong, pemilihan kecepatan pemotongan, dan gerakan umpan yang tepat sangat penting untuk menghasilkan permukaan mesin yang diinginkan.

3. Permukaan sementara

Permukaan sementara adalah bagian permukaan yang terbentuk pada benda kerja oleh ujung alat pemotong dan akan dihilangkan selama langkah pemotongan berikutnya, revolusi alat atau benda kerja berikutnya, atau operasi lainnya. Dalam beberapa kasus, seperti saat melakukan operasi pembubutan benang, permukaan sementara mungkin terbentuk selama lintasan alat berikutnya. Permukaan sementara harus diperhatikan agar tidak mempengaruhi kualitas dan dimensi permukaan mesin yang dihasilkan. 

3. Permesinan Menggunakan Alat Multipoin (Milling)

Permesinan menggunakan alat multipoin, seperti proses milling, merupakan metode permesinan yang penting dalam industri manufaktur. Proses ini melibatkan penggunaan mesin frais (milling machine) yang dapat melakukan berbagai operasi permesinan dengan menggunakan alat pemotong multipoin.

Berbeda dengan mesin bor, di mana benda kerja diam dan alat diputar dan diumpankan sepanjang sumbu rotasinya, pada mesin frais benda kerja dan alat pemotong keduanya dapat bergerak. Mesin frais dapat dilengkapi dengan meja kerja yang dapat bergerak dalam berbagai arah, sehingga memungkinkan permesinan dengan berbagai kontur dan bentuk yang kompleks.

Pada operasi milling, alat pemotong multipoin, seperti end mill atau face mill, digunakan untuk menghasilkan permukaan mesin yang diinginkan pada benda kerja. Alat pemotong ini memiliki multiple titik pemotong yang terletak pada kepala alat. Ketika alat diputar dan diumpankan ke benda kerja, titik-titik pemotong tersebut akan memotong dan menghilangkan material, membentuk permukaan sesuai dengan desain yang diinginkan.

Mesin frais dapat digunakan untuk berbagai operasi permesinan, termasuk:

1. Menghadap (Facing)

Pada operasi ini, permukaan benda kerja yang rata dan tegak lurus terhadap sumbu mesin diasah hingga permukaan yang halus dan rata terbentuk. Operasi menghadap sering digunakan untuk memperbaiki permukaan yang tidak rata atau untuk menyiapkan permukaan yang datar sebelum operasi permesinan lainnya.

2. Pengeboran (Drilling)

Mesin frais juga dapat digunakan untuk melakukan pengeboran dengan menggunakan bor twist (twist drill) untuk membuat lubang pada benda kerja. Pengeboran dapat dilakukan untuk menghasilkan lubang dengan diameter yang diinginkan dan kedalaman yang tepat.

3. Permesinan permukaan silinder internal (Internal cylindrical surface machining)

Dengan menggunakan alat pemotong yang tepat, mesin frais dapat digunakan untuk menghasilkan permukaan silinder internal pada benda kerja. Alat pemotong akan berputar dan diumpankan ke dalam benda kerja, menghasilkan permukaan silinder yang halus dan akurat.

Permesinan menggunakan alat multipoin, seperti proses milling, menawarkan berbagai keunggulan. Pertama, proses ini memungkinkan pembentukan permukaan yang kompleks dan detail dengan presisi yang tinggi. Karena alat pemotong multipoin memiliki multiple titik pemotong, material dapat dihilangkan dengan lebih efisien dan cepat dibandingkan dengan proses permesinan lainnya. Selain itu, mesin frais yang dilengkapi dengan sistem kontrol numerik komputer (CNC) memberikan fleksibilitas dan akurasi yang tinggi dalam menghasilkan komponen dengan dimensi yang tepat.

Dalam desain untuk permesinan menggunakan alat multipoin, perlu mempertimbangkan pemilihan alat pemotong yang sesuai, pengaturan gerakan umpan yang tepat, serta pemilihan kecepatan pemotongan yang sesuai dengan bahan benda kerja. Hal ini akan memastikan bahwa permukaan mesin yang dihasilkan memenuhi spesifikasi dan kualitas yang diinginkan dalam desain. 

Menghadap ke mesin bor horizontal.

Pengeboran pada mesin bor.

Pada mesin ini dilakukan pengeboran dengan bor twist untuk menghasilkan permukaan silinder internal.

4. Permesinan Menggunakan Roda Abrasif (Surface Grinding)

Permesinan menggunakan roda abrasif atau roda gerinda merupakan proses yang penting dalam industri manufaktur. Mesin gerinda atau grinders, digunakan untuk menghasilkan permukaan akhir yang halus pada benda kerja dengan memanfaatkan gerakan rotasi roda abrasif yang berputar dengan kecepatan tinggi.

Roda abrasif memiliki bentuk yang bervariasi, seperti silinder, cakram, atau cangkir, tergantung pada aplikasi dan kebutuhan permesinan. Roda ini terbuat dari butiran individu bahan yang sangat keras, seperti silikon karbida atau aluminium oksida, yang terikat dalam bentuk yang diperlukan. Roda abrasif digunakan untuk operasi permesinan kasar maupun operasi finishing, tergantung pada tujuan permesinan.

Mesin gerinda memiliki spindel yang dapat diputar dengan kecepatan tinggi dan roda gerinda dipasang pada spindel tersebut. Spindel didukung oleh bantalan dan dipasang pada rumahannya, yang disebut kepala roda. Daya putar untuk spindel berasal dari penggerak sabuk pada motor listrik.

Dalam mesin gerinda, gerakan utama selalu berupa rotasi roda abrasif. Namun, gerakan umpan juga diterapkan pada benda kerja untuk menghasilkan bentuk permukaan yang diinginkan. Gerakan umpan dapat dilakukan melalui dua atau lebih gerakan, seperti gerakan lintasan (table feed) dan gerakan silang (cross-feed).

Pada penggilingan permukaan dengan spindel horizontal, gerakan umpan utama dilakukan melalui gerakan lintasan, yaitu pergerakan timbal balik meja kerja tempat benda kerja dipasang. Gerakan umpan tambahan dapat diterapkan pada kepala roda dengan memindahkannya ke bawah (infeed) atau pada meja dengan memindahkannya sejajar dengan spindel mesin (cross-feed). Dalam operasi penggilingan traverse, gerakan umpan silang yang terputus-putus diterapkan setelah setiap pukulan atau operasi meja. Jumlah gerakan umpan silang f dapat didefinisikan sebagai jarak maju alat pemotong melintasi benda kerja antara setiap langkah pemotongan.

Permesinan menggunakan roda abrasif memberikan hasil permesinan yang halus dan akurat. Dengan penggunaan yang tepat, mesin gerinda dapat menghasilkan permukaan mesin dengan tingkat kehalusan dan ketepatan dimensi yang tinggi. Desainer perlu mempertimbangkan pemilihan jenis roda abrasif yang sesuai untuk bahan benda kerja, serta mengatur parameter gerakan umpan yang tepat untuk mencapai hasil permesinan yang diinginkan.

(a). Silindris (b). Cakram (c). Cup

5. Standarisasi

Standarisasi dalam desain permesinan sangat penting untuk meningkatkan efisiensi produksi dan mengurangi biaya. Berikut ini adalah beberapa poin yang dapat dikembangkan untuk materi desain permesinan terkait standarisasi:

1. Penggunaan Komponen Standar

1. Memilih dan menggunakan komponen standar yang tersedia secara luas di industri dapat mengurangi biaya produksi dan waktu pengembangan.

2. Komponen seperti mur, ring, baut, sekrup, segel, bantalan, roda gigi, dan sproket biasanya diproduksi dalam jumlah besar dan memiliki toleransi yang terstandarisasi.

3. Dengan menggunakan komponen standar, proses desain menjadi lebih mudah dan cepat karena tidak perlu merancang komponen khusus dari awal.

2. Reduksi Permesinan

1. Prinsip ini bertujuan untuk meminimalkan jumlah operasi permesinan yang diperlukan dalam proses manufaktur.

2. Salah satu pendekatan yang dapat digunakan adalah dengan membentuk benda kerja sebelumnya menggunakan metode seperti coran atau rakitan yang dilas.

3. Proses deformasi logam seperti ekstrusi, gambar dalam, pengosongan, atau penempaan juga dapat digunakan untuk membentuk benda kerja sebelumnya.

4. Dengan mengurangi operasi permesinan, waktu dan biaya produksi dapat dikurangi secara signifikan.

3. Standarisasi Fitur Mesin

1. Fitur mesin standar mencakup elemen seperti lubang bor, ulir sekrup, keyways, tempat duduk bantalan, splines, dan lain-lain.

2. Menggunakan fitur mesin standar memudahkan penggunaan alat, jig, dan fixture yang sesuai, sehingga mengurangi biaya produksi.

3. Standarisasi fitur mesin juga memungkinkan penggunaan peralatan dan alat yang tersedia secara umum di industri, sehingga mempermudah perawatan dan penggantian.

4. Penggunaan Standar Industri

1. Mengacu pada standar industri yang ada, seperti standar ukuran, toleransi, dan spesifikasi material, dapat memudahkan komunikasi antara desainer, produsen, dan konsumen.

2. Standar industri juga memastikan interoperabilitas antara berbagai komponen dan sistem yang diproduksi oleh pabrikan yang berbeda.

3. Memahami dan menerapkan standar industri membantu menjaga kualitas dan keandalan produk, serta memfasilitasi perbaikan dan pengembangan di masa depan.

5. Dokumentasi dan Informasi

1. Penting untuk mendokumentasikan informasi standar terkait dengan desain permesinan, seperti spesifikasi komponen, toleransi, penggunaan fitur mesin standar, dan standar industri yang diikuti.

2. Menyimpan dan membagikan informasi ini secara efektif memudahkan kolaborasi antara anggota tim desain, produsen, dan pihak terkait lainnya.

3. Penggunaan sistem manajemen data produk (Product Data Management) atau sistem serupa membantu dalam pengaturan, pencarian, dan penggunaan informasi standar dengan efisien.

Penerapan standarisasi dalam desain permesinan dapat menghasilkan manfaat yang signifikan dalam hal efisiensi produksi, pengurangan biaya, peningkatan kualitas, dan keseragaman produk.