Kekerasan Permukaan dan Pengukuran; Gesekan, Keausan, dan Pelumasan

Artikel ini dimulai dengan deskripsi sifat permukaan, yang memiliki wujud berbeda dan memiliki sifat yang berbeda secara signifikan dari sifat massal; ini terutama berlaku untuk logam, karena berbagai lapisan permukaan-oksida. Beberapa cacat bisa ada di permukaan, tergantung pada cara di mana permukaan itu dihasilkan. Cacat ini (serta berbagai tekstur permukaan) dapat memiliki pengaruh besar pada integritas permukaan benda kerja, perkakas, dan cetakan.

Artikel ini juga menjelaskan aspek gesekan, keausan, dan pelumasan— secara kolektif dikenal sebagai tribologi—yang relevan dengan proses manufaktur dan operasi dan masa pakai produk. Bab ini menjelaskan gesekan dan keausan untuk bahan logam dan bukan logam dan bagaimana mereka dipengaruhi oleh berbagai bahan dan variabel proses. Pemahaman tentang hubungan ini diperlukan pemilihan alat dan bahan cetakan dan cairan pengerjaan logam yang sesuai untuk operasi. Keausan memiliki dampak ekonomi yang besar, seperti yang diperkirakan di Amerika Serikat saja, total biaya penggantian suku cadang yang aus lebih dari $100 miliar per tahun.

Struktur Permukaan

1. Logam curah (juga dikenal sebagai substrat logam) memiliki struktur yang bergantung pada komposisi dan sejarah pengolahan logam.
2. Kedalaman dan sifat-sifat lapisan yang diperkeras kerja (work hardened layer) tergantung pada faktor-faktor seperti metode pemrosesan yang digunakan dan seberapa banyak gesekan menggeser permukaan yang ditemui. Misalnya, jika permukaan diproduksi dengan pemesinan dengan alat yang tumpul dan aus atau permukaannya digiling dengan boring roda gerinda, lapisan yang dikeraskan dengan kerja akan relatif tebal dan biasanya juga akan memiliki tegangan sisa.
3. Oxide layer terbentuk di atas work hardened layer. Oksida pada permukaan logam umumnya jauh lebih keras daripada logam dasar; karenanya, ini lebih abrasif. Akibatnya, memiliki efek penting pada gesekan, keausan, dan pelumasan.
4. Dalam kondisi lingkungan normal, permukaan oxide layer umumnya ditutupi dengan lapisan teradsorpsi gas dan embun.
5. Permukaan terluar dari logam dapat ditutupi dengan kontaminan seperti kotoran, debu, gemuk, residu pelumas, residu senyawa pembersih, dan pencemar dari lingkungan.

Tekstur dan Kekasaran Permukaan

Terlepas dari metode produksinya, semua permukaan memiliki karakteristiknya sendiri, yang secara kolektif disebut sebagai tekstur permukaan. Meskipun deskripsi permukaan tekstur sebagai sifat geometri adalah kompleks, pedoman berikut telah ditetapkan untuk mengidentifikasi tekstur permukaan dalam hal yang terdefinisi dengan baik dan terukur.

• flaw atau defect adalah ketidakteraturan acak, seperti goresan, retak, lubang, depresi, jahitan, robekan, atau inklusi.
• Lay (directionality) adalah arah dari pola permukaan yang dominan, biasanya terlihat dengan mata telanjang.
• Kekasaran didefinisikan sebagai deviasi yang berdekatan dan tidak beraturan dalam skala kecil; itu dinyatakan dalam tinggi, lebar, dan jarak sepanjang permukaan.
• Waviness adalah penyimpangan berulang dari permukaan datar; ini diukur dan dijelaskan dalam hal ruang antara puncak gelombang yang berdekatan (lebar gelombang) dan tinggi antara puncak dan lembah ombak (waviness) tinggi).

Gesekan

Gesekan memainkan peran penting dalam proses manufaktur karena relatif gerak dan gaya yang selalu ada pada perkakas, die, dan benda kerja. Gesekan (a) menghilangkan energi, sehingga menghasilkan panas, yang dapat memiliki efek merugikan pada operasi, dan (b) menghambat gerakan bebas pada antarmuka, sehingga secara signifikan mempengaruhi aliran dan deformasi material dalam proses pengerjaan logam. Namun, gesekan tidak selalu tidak diinginkan; misalnya, tanpa gesekan, tidak mungkin untuk menggulung logam, menjepit benda kerja pada mesin, atau menahan mata bor di chuck.

Hampir semua energi yang hilang dalam mengatasi gesekan diubah menjadi panas, yang meningkatkan suhu permukaan. Sebagian kecil dari energi tersimpan energi di permukaan yang terdeformasi secara plastis. Suhu meningkat dengan meningkatnya gesekan dan kecepatan geser, penurunan konduktivitas termal, dan penurunan kalor spesifik bahan geser. Suhu permukaan dapat cukup tinggi untuk melunakkan dan bahkan melelehkan permukaan dan, kadang-kadang, menyebabkan perubahan mikrostruktur pada bahan yang terlibat. Perhatikan bahwa suhu juga mempengaruhi viskositas dan sifat-sifat pelumas lainnya, dengan suhu tinggi yang menyebabkan kerusakan.

Keausan

Keausan memiliki signifikansi teknologi dan ekonomi yang penting karena dapat merubah bentuk pahat dan cetakan dan, akibatnya, mempengaruhi masa pakai pahat, pahat, dan dimensi cetakan dan dengan demikian komponen berkualitas tercipta. Pentingnya ilmu keausan terbukti pada bagian dan komponen yang terus-menerus harus diganti atau diperbaiki. Contoh keausan dalam proses manufaktur adalah mata bor kusam yang harus digiling ulang, alat pemotong yang aus yang berubah, alat dan cetakan yang harus diperbaiki atau diganti, dan sebagainya. Pelat aus, ditempatkan dalam mekanisme cetakan dan geser di mana beban tinggi, merupakan komponen penting dalam beberapa mesin pengerjaan logam. Pelat ini, juga dikenal sebagai bagian aus, diperkirakan akan aus, tetapi dapat dengan mudah diganti.

Pelumasan

Dalam proses manufaktur, seperti disebutkan dalam berbagai bab, permukaan alat, cetakan, dan benda kerja dikenai (a) gaya dan tekanan kontak, yang berkisar dari nilai yang sangat rendah hingga kelipatan tegangan leleh material benda kerja; (b) kecepatan relatif, dari sangat rendah hingga sangat tinggi; dan (c) suhu, yang berkisar dari lingkungan ke suhu leleh. Selain memilih bahan dan pengendalian parameter proses yang tepat untuk mengurangi gesekan dan keausan, pelumas, atau, lebih umum, cairan pengerjaan logam diterapkan secara luas.

Metalworking Fluids

Fungsi fluida pengerjaan logam adalah untuk:

• Mengurangi gesekan, sehingga mengurangi kebutuhan gaya dan energi serta setiap kenaikan suhu
• Mengurangi keausan, sehingga mengurangi kejang dan lecet
• Meningkatkan aliran material dalam alat, cetakan, dan cetakan
• Bertindak sebagai penghalang termal antara benda kerja dan pahatnya serta permukaan cetakan, sehingga mencegah pendinginan benda kerja dalam proses pengerjaan panas
• Bertindak sebagai zat pelepas atau perpisahan zat yang membantu dalam menghilangkan atau pengusiran bagian dari die dan molding.

Beberapa jenis cairan pengerjaan logam sekarang tersedia dengan sifat kimia yang beragam dan karakteristik yang memenuhi persyaratan tersebut.

• Minyak
• Emulsi
• Larutan sintesis
• Sabun, lemak, dan wax
• Aditif
• Pelumas padat

Pemilihan metalworking fluid

1. Proses manufaktur tertentu.
2. Bahan benda kerja.
3. Alat atau bahan cetakan.
4. Parameter pemrosesan.
5. Kompatibilitas fluida dengan pahat dan bahan die dan benda kerja.
6. Diperlukan persiapan permukaan.
7. Metode pemberian cairan.
8. Penghapusan cairan dan pembersihan benda kerja setelah pemrosesan.
9. Kontaminasi cairan oleh pelumas lain, seperti yang digunakan untuk melumasi mesin.
10. Penyimpanan dan pemeliharaan cairan.
11. Pengolahan limbah pelumas.
12. Pertimbangan biologis dan lingkungan.
13. Biaya yang terlibat dalam semua faktor yang tercantum.

>> KLIK DI SINI UNTUK MEMBACA ARTIKEL SEPUTAR TEKNOLOGI MANUFAKTUR LAINNYA!

Kontributor: Daris Arsyada

By Caesar Wiratama

Sumber:

Kalpakjian, Serope dan Schmid, Steven R. (2009). Manufacturing Engineering and Technology (6^th ed). New Jersey: Prentice Hall.

Author: admin