MENGANALISIS PERHITUNGAN WAKTU TEKNIK PEMESINAN FRAIS

TUJUAN PEMBELAJARAN

BAHAN AJAR

A. KONSEP WAKTU PEMESINAN

Pada mesin frais, konsep waktu pemesinan (machining time) adalah total waktu yang dibutuhkan untuk menyelesaikan sebuah proses pengerjaan benda kerja. Waktu ini sangat krusial dalam dunia manufaktur karena memengaruhi produktivitas, biaya produksi, dan efisiensi. Secara garis besar, waktu pemesinan ini terdiri dari tiga komponen utama: waktu potong, waktu non-potong, dan waktu idle.

1. Waktu Potong (Cutting Time)

Waktu potong adalah durasi saat pahat frais secara aktif menyayat atau memotong material benda kerja. Ini adalah waktu di mana mesin benar-benar melakukan pekerjaan yang produktif. Waktu ini dihitung berdasarkan parameter pemotongan yang telah diatur, seperti:

Panjang jalur pemotongan (L): Total jarak yang harus ditempuh pahat untuk menyelesaikan pemotongan. Ini termasuk panjang benda kerja ditambah jarak pendekatan awal dan jarak akhir (overtravel) untuk memastikan permukaan terpotong sempurna.
Kecepatan pemakanan (F): Kecepatan pergerakan meja mesin atau pahat dalam satuan milimeter per menit (mm/menit).

Secara matematis, waktu potong dapat dihitung dengan rumus: Tc=FxL

T_{c} = Waktu potong (menit) L = Panjang jalur pemotongan (mm) F = Kecepatan pemakanan (mm/menit) 2. Waktu Non Potong (Non Cutting Time)

Waktu non-potong adalah waktu yang dihabiskan untuk semua aktivitas yang terjadi selama proses pemesinan tetapi tidak melibatkan pemotongan material. Meskipun tidak produktif dalam hal penyayatan, waktu ini tetap penting dan merupakan bagian dari siklus kerja. Contohnya adalah:

Gerakan cepat pahat (rapid traverse): Waktu saat pahat bergerak cepat mendekati atau menjauhi benda kerja tanpa menyentuhnya.
Pergantian pahat otomatis: Waktu yang dibutuhkan mesin untuk mengganti pahat dari satu proses ke proses berikutnya.
Pengambilan dan pemasangan benda kerja: Waktu yang diperlukan operator untuk memasang dan melepaskan benda kerja dari mesin.

3. Waktu Idle

Waktu idle adalah waktu di mana mesin tidak melakukan aktivitas apa pun, baik pemotongan maupun non-pemotongan, meskipun mesin dalam kondisi siap beroperasi. Waktu ini sering kali tidak direncanakan dan menjadi indikator ketidaksempurnaan dalam manajemen proses produksi. Beberapa penyebab waktu idle antara lain:

Menunggu bahan baku: Mesin berhenti karena pasokan material terlambat.
Pergantian shift: Waktu jeda antara pergantian operator.
Perawatan atau perbaikan mendadak: Mesin berhenti karena adanya kerusakan teknis yang tidak terduga.
Menunggu instruksi: Operator menunggu blueprint atau program baru sebelum memulai pekerjaan.

Dengan memahami dan mengidentifikasi ketiga komponen waktu ini, sebuah industri dapat melakukan optimasi untuk meningkatkan efisiensi dan mengurangi pemborosan. Mengurangi waktu non-potong dan meminimalkan waktu idle menjadi kunci untuk mempercepat siklus produksi dan menekan biaya operasional.

B. RUMUS WAKTU PEMESINAN

Pada mesin frais, rumus perhitungan waktu pemesinan ( $T_{m}$ ) didasarkan pada total panjang lintasan pemotongan ( $L$ ) dibagi dengan kecepatan pemakanan ( $F$ ). Rumus dasar ini kemudian disesuaikan untuk berbagai jenis operasi frais, seperti face milling, slotting, dan contouring, karena setiap operasi memiliki cara perhitungan panjang lintasan yang berbeda.

1. Rumus Dasar Waktu Pemesinan (Tm)

Rumus umum untuk menghitung waktu potong atau waktu pemesinan ( $T_{m}$ ) adalah:

Tm=F x L

T_{m} = Waktu pemesinan (menit) L = Panjang total lintasan pemotongan (mm) F = Kecepatan pemakanan (mm/menit)

2. Rumus Kecepatan pemakanan ( $F$ )

Rumus Kecepatan Pemakanan sendiri dihitung dari: F = fz x Z x n

f_{z} = Pemakanan per mata potong (mm/mata) Z = Jumlah mata potong pada pahat n = Putaran spindel (RPM) 3. Perhitungan untuk Berbagai Operasi Frais

Soal 1 Facing

Sebuah mesin frais digunakan untuk proses facing dengan data sebagai berikut:

Diameter cutter (Dc) = 100 mm
Panjang bidang yang difrais (L) = 120 mm
Overtravel (sambungan maju + mundur) = 10 mm
Putaran spindel (n) = 300 rpm
Feeding per gigi (fz) = 0,1 mm/gigi
Jumlah gigi cutter (z) = 8

Pertanyaan:
a. Hitung kecepatan pemakanan (vf).
b. Hitung waktu pemakanan (t).

Soal 2 Slotting

Sebuah proses frais slotting menggunakan data:

Diameter cutter (Dc) = 20 mm
Panjang slot (L) = 60 mm
Overtravel = 5 mm
Putaran spindel (n) = 600 rpm
Feeding per gigi (fz) = 0,05 mm/gigi
Jumlah gigi cutter (z) = 4

Pertanyaan:
a. Tentukan kecepatan pemakanan (vf).
b. Tentukan waktu pemakanan (t).

Soal 3 Contour Milling

Sebuah proses contour milling dilakukan pada jalur kontur sepanjang 200 mm dengan data:

Putaran spindel (n) = 400 rpm
Feeding per gigi (fz) = 0,08 mm/gigi
Jumlah gigi cutter (z) = 6
Overtravel = 15 mm

Pertanyaan:
a. Hitung kecepatan pemakanan (vf).
b. Hitung waktu pemakanan (t).

4. Faktor-faktor lainnya

Selain rumus di atas, total waktu pemesinan juga dipengaruhi oleh beberapa faktor lain, seperti:

Jumlah pemotongan (passes): Jika benda kerja terlalu tebal, pemotongan harus dilakukan dalam beberapa tahap, yang akan memperlama waktu total.
Waktu penggantian pahat: Pada operasi yang membutuhkan lebih dari satu jenis pahat, waktu untuk mengganti pahat juga harus diperhitungkan.
Waktu non-produktif: Termasuk waktu untuk clamping (menjepit) dan unclamping (melepas) benda kerja, serta pergerakan cepat (rapid traverse) pahat.

C. FAKTOR-FAKTOR YANG MEMPENGARUHI WAKTU PEMESINAN

Faktor-faktor yang Mempengaruhi Waktu Pemesinan pada Mesin Bubut

Waktu pemesinan (machining time) pada mesin bubut adalah total waktu yang dibutuhkan untuk menyelesaikan satu benda kerja. Waktu ini dipengaruhi oleh tiga faktor utama yang saling berkaitan: material benda kerja, alat potong, dan kondisi mesin. Memahami faktor-faktor ini sangat penting untuk mengoptimalkan proses produksi, meningkatkan efisiensi, dan mengurangi biaya.

1. Material Benda Kerja

Karakteristik material benda kerja secara langsung menentukan seberapa cepat proses pemotongan dapat dilakukan.

Kekerasan dan Kekuatan Tarik: Material yang lebih keras dan memiliki kekuatan tarik tinggi (seperti baja paduan) memerlukan kecepatan potong yang lebih rendah dan pemakanan yang lebih lambat. Sebaliknya, material yang lebih lunak (seperti aluminium atau kuningan) memungkinkan kecepatan potong yang lebih tinggi, sehingga mempersingkat waktu pemesinan.
Sifat Kemampuan Mesin (Machinability): Beberapa material dirancang untuk memiliki kemampuan mesin yang baik. Material ini menghasilkan serpihan yang mudah putus, mengurangi gesekan, dan memperpanjang umur pahat. Material dengan machinability yang buruk dapat menyebabkan waktu pemesinan lebih lama karena memerlukan parameter pemotongan yang lebih konservatif dan seringnya penggantian pahat.

2. Alat Potong (Cutting Tool)

Pemilihan dan kondisi alat potong memiliki dampak signifikan pada waktu pemesinan.

Geometri Pahat: Geometri pahat (sudut tatal, sudut bebas, dan radius ujung) mempengaruhi bagaimana pahat menyayat material. Geometri yang optimal dapat meningkatkan efisiensi pemotongan, memungkinkan kecepatan yang lebih tinggi dan pemakanan yang lebih besar. Pahat dengan radius ujung yang besar, misalnya, memungkinkan pemakanan yang lebih cepat pada finishing.
Bahan Pahat: Pahat terbuat dari berbagai bahan, seperti HSS (High-Speed Steel), karbida, keramik, hingga PCD (Polycrystalline Diamond). Setiap bahan memiliki kemampuan menahan panas dan kekerasan yang berbeda. Pahat karbida, misalnya, dapat beroperasi pada kecepatan potong yang jauh lebih tinggi daripada HSS, sehingga mempercepat waktu pemesinan secara drastis.
Kondisi Pahat: Pahat yang tumpul atau rusak akan meningkatkan gaya potong dan gesekan, menyebabkan panas berlebih, dan mempercepat keausan. Kondisi ini memaksa operator untuk mengurangi kecepatan dan pemakanan, yang pada akhirnya memperlama waktu pemesinan.

3. Kondisi Mesin

Kondisi mesin bubut itu sendiri memainkan peran vital dalam menentukan waktu pemesinan.

Daya dan Kekakuan Mesin: Mesin yang kuat dan kaku (rigid) dapat menahan gaya potong yang besar tanpa vibrasi berlebihan. Hal ini memungkinkan penggunaan kecepatan potong dan pemakanan yang lebih tinggi, yang tidak mungkin dilakukan pada mesin yang lebih kecil atau kurang kaku.
Kondisi Spindel dan Chuck: Spindel yang tidak seimbang atau chuck yang tidak mengunci benda kerja dengan kuat dapat menyebabkan getaran (chatter) yang merusak permukaan dan pahat. Getaran ini memaksa operator untuk mengurangi parameter pemotongan, sehingga memperpanjang waktu proses.
Sistem Pendingin (Coolant System): Sistem pendingin yang efektif berfungsi untuk mendinginkan pahat dan benda kerja, melumasi area pemotongan, dan membersihkan serpihan. Kondisi ini memungkinkan penggunaan kecepatan potong yang lebih tinggi tanpa risiko panas berlebih yang dapat merusak pahat.

Memahami dan mengelola ketiga faktor ini secara bersama-sama adalah kunci untuk mengoptimalkan proses pembubutan. Dengan memilih material, pahat, dan parameter yang tepat, serta menjaga kondisi mesin, industri dapat mencapai efisiensi maksimal dan mengurangi waktu siklus produksi.

D. OPTIMASI WAKTU PEMESINAN

Optimasi waktu pemesinan adalah kunci untuk meningkatkan efisiensi dan mengurangi biaya produksi pada mesin frais. Tujuannya adalah meminimalkan waktu yang dihabiskan untuk setiap siklus pengerjaan tanpa mengorbankan kualitas produk atau merusak alat potong. Ini melibatkan penyesuaian parameter pemotongan dan penyempurnaan alur kerja.

1. Optimalisasi Parameter Pemotongan

Parameter pemotongan adalah faktor utama yang memengaruhi waktu pemotongan (cutting time).

Peningkatan Kecepatan Pemakanan ( $F$ ): Kecepatan pemakanan yang lebih tinggi akan mempersingkat waktu pemesinan secara langsung. Namun, peningkatannya harus seimbang dengan kekakuan mesin, jenis material, dan umur pahat. Menggunakan pahat dengan jumlah mata potong ( $Z$ ) yang lebih banyak atau pemakanan per mata ( $f_{z}$ ) yang lebih besar dapat meningkatkan kecepatan pemakanan secara signifikan.
Peningkatan Kecepatan Putaran Spindel ( $n$ ): Semakin cepat spindel berputar, semakin cepat pula proses pemotongan berlangsung. Kecepatan putaran harus disesuaikan dengan material pahat dan benda kerja. Pahat karbida, misalnya, mampu bekerja pada RPM yang jauh lebih tinggi dibandingkan HSS, sehingga cocok untuk material yang lebih keras dan mempersingkat waktu pengerjaan.

2. Reduksi Waktu Non Potong (Non Cutting Time)

Waktu non-potong sering kali diabaikan, padahal dampaknya besar terhadap total waktu pemesinan.

Pemanfaatan Gerakan Cepat (Rapid Traverse): Atur program mesin agar pahat bergerak dengan kecepatan maksimum saat tidak menyayat material (misalnya, saat berpindah dari satu area ke area lain). Pergerakan ini harus aman dan tidak menyebabkan tabrakan.
Penggunaan Perlengkapan Penjepit (Fixture) Cepat: Gunakan fixture dan ragum hidrolik atau pneumatik yang memungkinkan pemasangan dan pelepasan benda kerja secara lebih cepat dibandingkan ragum manual. Hal ini mengurangi waktu loading dan unloading.
Otomatisasi: Mesin dengan Automatic Tool Changer (ATC) atau sistem otomatisasi lainnya dapat mengganti pahat dengan sangat cepat, menghilangkan jeda yang disebabkan oleh penggantian pahat manual oleh operator.

3. Perencanaan Strategi Pemesinan

Strategi pemesinan yang cerdas dapat mengurangi total panjang lintasan dan jumlah pass pemotongan.

High-Efficiency Machining (HEM): Strategi ini menggunakan kedalaman potong radial yang kecil ( $A_{e}$ ) tetapi kedalaman potong aksial yang besar ( $A_{p}$ ). Pendekatan ini menjaga beban pahat tetap konstan, memperpanjang umurnya, dan memungkinkan kecepatan pemakanan yang sangat tinggi.
Climb Milling: Gunakan metode climb milling (pemakanan searah putaran pahat) alih-alih conventional milling. Climb milling dapat menghasilkan kualitas permukaan yang lebih baik dan memperpanjang umur pahat, memungkinkan parameter potong yang lebih agresif.
Rute Pemotongan yang Efisien: Rancang lintasan pahat yang paling pendek dan efisien. Gunakan perangkat lunak CAD/CAM untuk mengoptimalkan jalur pahat, mengurangi gerakan yang tidak perlu, dan meminimalkan waktu pemesinan.

Dengan menerapkan strategi-strategi di atas, sebuah industri dapat secara signifikan meningkatkan produktivitas, mengurangi biaya per unit produk, dan memanfaatkan kapasitas mesin frais secara maksimal.

PENILAIAN

A. RANAH PENGETAHUAN

B. RANAH KETERAMPILAN

TERIMA KASIH