Pemesinan Kering 101: Penjelasan Prinsip dan Karakteristik

I. Pemahaman tentang pemrosesan pemotongan kering

Dalam proses pemotongan, penambahan cairan pemotongan memainkan peran yang baik dalam mengurangi suhu pemotongan, pemecahan chip, dan penghilangan chip, tetapi juga memiliki banyak kekurangan. Misalnya, mempertahankan sistem sirkulasi cairan pemotongan yang besar membutuhkan banyak dana; pada saat yang sama, perlu menambahkan pengawet secara berkala dan mengganti cairan pemotongan, yang juga meningkatkan banyak biaya.

Selain itu, karena zat berbahaya dalam cairan pemotongan, yang mengancam kesehatan pekerja, penggunaan cairan pemotongan juga dibatasi. Sebagai hasilnya, teknologi pemotongan kering telah muncul. Sebagai teknologi baru, dry cutting memiliki beberapa masalah baru dan banyak pemahaman yang samar-samar yang perlu diklarifikasi.

Untuk itu, Michigan Technological University (MTU) di Amerika Serikat melakukan survei ekstensif dan eksperimen pemotongan komparatif, menganalisis secara mendalam dan mempelajari efek penggunaan cairan pemotongan terhadap kesehatan pekerja, umur alat, gaya dan torsi pemotongan, serta kualitas pemrosesan, untuk meningkatkan pemahaman orang tentang pemotongan kering sebagai teknologi baru.

1. Kesehatan pekerja

Penelitian survei ekstensif yang dilakukan oleh MTU meyakini bahwa penggunaan cairan pemotongan akan memperburuk lingkungan produksi, dan paparan jangka panjang dapat menyebabkan penyakit kulit dan bronkitis, sehingga mengancam kesehatan dan keselamatan pekerja.

Oleh karena itu, banyak negara telah menetapkan standar kesehatan lingkungan yang ketat. Sebagai contoh, Badan Perlindungan Lingkungan A.S. (EPA) telah menetapkan bahwa kandungan zat berbahaya yang diperbolehkan di udara harus dikurangi dari semula 5,0 mg/m³ menjadi 0,5 mg/m³.

Selain itu, diameter partikel (PM) yang diperbolehkan dari zat berbahaya di udara sudah berkurang dari semula 10μm menjadi 2,5μm. Untuk memenuhi standar ini, presisi tinggi cairan pemotongan perangkat filtrasi dan peralatan pemurnian udara diperlukan, yang akan sangat meningkatkan biaya produksi. Dari sudut pandang ini, ini jauh melebihi keuntungan yang diperoleh dari penggunaan cairan pemotongan.

2. Masa pakai alat

Secara umum diyakini bahwa menambahkan cairan pemotongan dapat meningkatkan usia pakai pahat. Namun, eksperimen pemotongan yang dilakukan oleh MTU di bawah kecepatan potong kondisi v = 130m/min telah menunjukkan bahwa: ketika memotong dengan cutting fluid, karena diskontinuitas proses penambahan dan ketidakseimbangan pendinginan, pahat mengalami perubahan dingin dan panas secara bergantian yang tidak teratur, yang dengan mudah menyebabkan keretakan pada ujung pahat, yang menyebabkan kerusakan pahat dan sangat mengurangi umur pahat.

3. Kekasaran permukaan

MTU melakukan lebih dari 100 pengujian pengeboran, dengan paduan aluminium (Al304 dan Al390) sebagai bahan pemrosesan, menggunakan bor karbida yang tidak dilapisi, dan memilih parameter pemotongan yang biasanya digunakan dalam pengeboran. Hasil penelitian menunjukkan bahwa dibandingkan dengan pemotongan basah dengan cairan pemotongan, pemotongan kering tanpa cairan pemotongan meningkatkan nilai kekasaran permukaan lubang bagian dalam sebanyak dua kali lipat.

Oleh karena itu, untuk komponen dengan persyaratan kekasaran permukaan lubang dalam yang tinggi, pemotongan kering harus dihindari sebisa mungkin. Namun demikian, dalam uji pemotongan komparatif paduan aluminium bor, ditemukan bahwa di bawah kondisi pemrosesan yang sama, kekasaran permukaan lubang bagian dalam nyaris tidak ada hubungannya dengan apakah cairan pemotongan ditambahkan atau tidak.

4. Gaya dan torsi pemotongan

Pengujian pengeboran yang dilakukan oleh MTU (dalam kondisi yang sama seperti di atas) menunjukkan bahwa penambahan cairan pemotongan dapat secara signifikan mengurangi gaya pemotongan dan torsi yang bekerja pada bor, terutama untuk proses pemotongan tipe tertutup. Pengujian pemotongan untuk penyadapan ulir, pembuatan lubang dalam, penggergajian, dll., juga sepenuhnya menegaskan hal ini.

Demikian pula, hasil uji pemotongan komparatif untuk paduan aluminium bor membuktikan bahwa dalam kondisi pemrosesan yang sama, baik cairan pemotongan ditambahkan atau tidak, gaya potong dan torsi yang bekerja pada pahat bor pada dasarnya tidak berubah.

5. Memotong panas dan akurasi dimensi lubang bagian dalam

MTU melakukan pengukuran suhu pemotongan pada periode waktu yang berbeda dan pada posisi aksial dan radial yang berbeda selama pengujian pengeboran lubang dalam, dan melakukan analisis elemen hingga yang sesuai terhadap suhu pemotongan.

Hasil penelitian menunjukkan bahwa tidak menambahkan cairan pemotongan akan meningkatkan suhu pemotongan pada posisi lubang dalam yang berbeda, sehingga memperbesar dimensi lubang dalam. Oleh karena itu, untuk memproses komponen dengan persyaratan tinggi untuk akurasi dimensi lubang bagian dalam, memang ada pertanyaan, apakah perlu menambahkan cairan pemotongan.

Penelitian ekstensif yang dilakukan oleh MTU dilakukan dalam kondisi penambahan cairan pemotongan dan pemotongan yang benar-benar kering. Jika jumlah cairan pemotongan yang tepat digunakan dengan metode teknis yang sesuai untuk proses pemotongan tipe tertutup, maka akurasi dimensi, kekasaran permukaan, gaya dan torsi pemotongan, serta indikator lain dari benda kerja yang diproses akan jauh lebih baik dibandingkan dengan kondisi yang ditambahkan cairan pemotongan.

Sebagai contoh, dalam pengeboran, percobaan saat ini yang menggunakan metode pendinginan udara atau pendinginan nyaris kering melalui batang bor berongga ke area pengeboran benda kerja menunjukkan hasil yang lebih baik daripada kondisi dengan cairan pemotongan yang ditambahkan.

Berdasarkan aspek-aspek di atas, diyakini bahwa untuk proses pemotongan non-tertutup dengan persyaratan rendah untuk akurasi dimensi bagian dan kekasaran permukaan, pemotongan kering dapat diadopsi sepenuhnya.

Untuk proses pemotongan non-tertutup dan tertutup dengan persyaratan akurasi dimensi dan kekasaran permukaan yang tinggi, serangkaian tindakan teknis perlu dilakukan, seperti meningkatkan kecepatan spindel dan mengurangi laju pemakanan, yang pasti akan meningkatkan biaya produksi.

Namun demikian, setelah dilakukan perhitungan dan analisis, biaya ini hampir setara dengan biaya yang dihemat dengan meniadakan cairan pemotongan. Dikombinasikan dengan penerapan teknologi manufaktur terkini, seperti menggunakan material perkakas baru dan mengadopsi teknologi pemotongan berkecepatan tinggi, semua ini dapat sepenuhnya menggantikan teknologi pemrosesan konvensional. Oleh karena itu, pemrosesan pemotongan kering memiliki prospek pengembangan yang sangat bagus.

II. Konotasi pemrosesan pemotongan kering

Saat ini, sebagian besar pemrosesan komponen mesin, khususnya pemrosesan pada mesin CNC yang sangat otomatis, pusat permesinan, dan jalur otomatis, sebagian besar menggunakan cairan pemotongan. Fungsi utama cairan pemotongan adalah menghilangkan chip, mengurangi suhu pemotongan, dan pelumasan.

Namun demikian, dengan meningkatnya penekanan pada perlindungan lingkungan dan kesadaran akan pembangunan berkelanjutan, metode pemrosesan yang menggunakan cairan pemotongan dalam jumlah besar dalam operasi pemotongan telah dikenai berbagai pembatasan.

Polusi dari cairan pemotongan dapat menyebabkan kerusakan pada lingkungan sekitar dan operator. Membersihkan adhesi yang terbentuk akibat cairan pemotongan pada komponen dan permukaan pemotongan tidak hanya menyebabkan "polusi sekunder" tetapi juga meningkatkan biaya produksi.

Studi yang dilakukan oleh VDMA Jerman dan Japan Society for Precision Engineering menunjukkan bahwa biaya cairan pemotongan dalam proses pemotongan menyumbang sekitar 13% hingga 17% dari total biaya proses produksi, sedangkan biaya alat biasanya hanya menyumbang 2% hingga 4% dari total biaya, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 1.

Pemrosesan pemotongan kering, sederhananya, adalah metode pemrosesan yang tidak menggunakan cairan pemotongan apa pun selama proses pemotongan. Sejak teknologi pemotongan logam lahir, telah ada metode pemotongan kering dan pemotongan basah. Oleh karena itu, metode pemotongan kering pada prinsipnya bukanlah hal yang baru dan telah diterapkan dalam produksi untuk waktu yang relatif lama (seperti penggilingan kering besi tuang).

Namun, konotasinya sangat berbeda dari sebelumnya, karena pemrosesan pemotongan kering di sini tidak lagi terbatas pada pemrosesan bahan besi tuang dan metode alami tradisional, tetapi melalui pembentukan teori baru dan proses baru, ini bertujuan untuk mengadopsi pemrosesan pemotongan kering untuk semua pemrosesan bahan dan semua metode pemrosesan.

Pemotongan kering bukan sekadar menghentikan penggunaan cairan pemotongan, tetapi untuk memastikan efisiensi tinggi, kualitas produk yang tinggi, usia pakai alat yang tinggi, dan keandalan proses pemotongan sekaligus menghentikan atau meminimalkan penggunaan cairan pemotongan. Hal ini memerlukan penggantian peran cairan pemotongan dalam pemotongan tradisional dengan alat potong kering berkinerja tinggi, peralatan mesin, dan fasilitas tambahan untuk mencapai proses pemotongan kering yang sesungguhnya.

Pemrosesan pemotongan kering melibatkan berbagai aspek seperti material pahat, pelapis pahat, struktur geometris pahat, mesin pemroses, parameter pemotongan, metode pemrosesan, dll. Proses ini merupakan perpaduan dan integrasi antara teknologi manufaktur dengan teknologi material dan disiplin ilmu seperti informasi, elektronik, dan manajemen.

Pemotongan kering berarti menghilangkan efek buruk dari cairan pemotongan dalam proses pemotongan seperti pembubutan, penggilingan, pengeboran, dan pengeboran, sehingga sangat menghemat biaya pemrosesan dan melindungi lingkungan ekologis.

Saat ini, negara-negara industri maju seperti Eropa dan Jepang sangat mementingkan pengembangan dan penerapan teknologi pemotongan kering. Menurut statistik, di industri Eropa, sekitar 10% hingga 15% pemrosesan telah mengadopsi proses pemotongan kering.

Industri manufaktur di abad ke-21 memiliki persyaratan yang semakin tinggi untuk perlindungan lingkungan hijau. Sebagai proses manufaktur ramah lingkungan, teknologi pemotongan kering memiliki arti penting untuk menghemat sumber daya, perlindungan lingkungan, dan pengurangan biaya. Dengan pendalaman penelitian tentang teknologi peralatan mesin, teknologi perkakas, dan proses terkait, teknologi pemotongan kering pasti akan menjadi sarana teknis utama pemotongan logam dan diterapkan secara luas.

Saat ini, ruang lingkup pemrosesan pemotongan kering masih relatif terbatas, tetapi penelitian mendalam dan aplikasinya yang meluas telah menjadi topik hangat di bidang pemrosesan.

Para ahli Israel percaya bahwa pemotongan kering "masih merupakan bidang yang sangat kompleks saat ini, tidak sesederhana mematikan cairan pendingin dan kemudian memesan alat lain." Dalam beberapa tahun terakhir, sembari mengembangkan proses pemotongan berkecepatan tinggi, industri manufaktur mekanis di negara-negara industri maju sedang mengeksplorasi proses baru untuk pemotongan kering dengan menggunakan bahan perkakas yang ada.

Pemrosesan pemotongan kering yang bermakna dan layak secara ekonomi harus didasarkan pada analisis yang cermat terhadap kondisi batas tertentu dan penguasaan faktor-faktor kompleks yang memengaruhi pemrosesan pemotongan kering, yang menyediakan data dan informasi yang diperlukan untuk desain sistem proses pemotongan kering.

III. Karakteristik pemrosesan pemotongan kering

Karena tidak adanya cairan pemotongan, ini sepenuhnya menghilangkan serangkaian efek negatif yang disebabkan oleh penggunaan cairan pemotongan dalam proses pemotongan. Dibandingkan dengan pemotongan basah, pemotongan kering memiliki karakteristik sebagai berikut:

• Chip yang terbentuk bersih, tidak tercemar, dan mudah didaur ulang dan diproses.
• Ini menghilangkan peralatan dan biaya yang terkait dengan transmisi, penyaringan, dan daur ulang cairan pemotongan yang digunakan dalam pemesinan, menyederhanakan sistem produksi, dan mengurangi biaya produksi.
• Ini menghemat biaya yang terkait dengan penggunaan cairan pemotongan dan penanganan chip.
• Tidak menyebabkan pencemaran lingkungan atau insiden keselamatan dan kualitas yang terkait dengan penggunaan cairan pemotongan.

Karena karakteristik ini, pemotongan kering telah menjadi salah satu topik hangat dalam penelitian proses manufaktur bersih dan telah berhasil diterapkan dalam operasi pembubutan, penggilingan, pengeboran, dan pengeboran.

Dibandingkan dengan pemotongan basah dalam kondisi yang sama, pemotongan kering juga memiliki sejumlah kelemahan berikut ini:

• Konsumsi energi pemesinan langsung (energi deformasi dan energi gesekan) meningkat, dan suhu pemotongan meningkat.
• Kondisi gesekan dan mekanisme keausan pada area kontak pahat/cip berubah, sehingga mempercepat keausan pahat.
• Chip sulit untuk dipecahkan dan dikendalikan karena termoplastisitas yang lebih tinggi, sehingga membuat pengumpulan dan pemindahan chip menjadi lebih menantang.
• Kualitas permukaan mesin rentan terhadap kerusakan.