MENGENAL CAIRAN PENDINGIN

________________Mengenal Cairan Pendingin untuk Proses Pemesinan
Teknik Pemesinan 315
airan pendingin mempunyai kegunaan yang khusus dalam proses
pemesinan. Selain untuk memperpanjang umur pahat, cairan
pendingin dalam beberapa kasus, mampu menurunkan gaya dan
memperhalus permukaan produk hasil pemesinan. Selain itu, cairan
pendingin juga berfungsi sebagai pembersih/pembawa beram (terutama
dalam proses gerinda) dan melumasi elemen pembimbing (ways) mesin
perkakas serta melindungi benda kerja dan komponen mesin dari korosi.
Bagaimana cairan pendingin itu bekerja pada daerah kontak antara
beram dengan pahat, sebenarnya belumlah diketahui secara pasti
mekanismenya. Secara umum dapat dikatakan bahwa peran utama
cairan pendingin adalah untuk mendinginkan dan melumasi.
Pada mekanisme pembentukan beram, beberapa jenis cairan
pendingin mampu menurunkan Rasio Penempatan Tebal Beram (􀈜h)
yang mengakibatkan penurunan gaya potong. Pada daerah kontak antara
beram dan bidang pahat terjadi gesekan yang cukup besar, sehingga
adanya cairan pendingin dengan gaya lumas tertentu akan mampu
menurunkan gaya potong. Pada proses penyayatan, kecepatan potong
yang rendah memerlukan cairan pendingin dengan daya lumas tinggi
sementara pada kecepatan potong tinggi memerlukan cairan pendingin
dengan daya pendingin yang besar (high heat absorptivity). Pada
beberapa kasus, penambahan unsur tertentu dalam cairan pendingin
akan menurunkan gaya potong, karena bisa menyebabkan terjadinya
reaksi kimiawi yang berpengaruh dalam bidang geser (share plane)
sewaktu beram terbentuk. Beberapa peneliti menganggap bahwa sulfur
(S) atau karbon tetraklorida (CCI4) pada daerah kontak (di daerah kontak
mikro) dengan temperatur dan tekanan tinggi akan bereaksi dengan besi
(benda kerja) membentuk FeS atau FeCI3 pada batas butir sehingga
mempermudah proses penggeseran metal menjadi beram.
Pada proses gerinda, cairan pendingin mampu membantu
pembersihan beram yang menempel di rongga antara serbuk abrasif,
sehingga mempermudah kelangsungan proses pembentukan beram.
Dengan cairan pendingin temperatur tinggi yang terjadi di lapisan luar
benda kerja bisa dikurangi, sehingga tidak merusak struktur metalografi
benda kerja. Proses kimiawi diperkirakan juga terjadi dalam proses
gerinda, oleh karena itulah cairan pendinginnya ditambahi beberapa
unsur.
Dari ulasan singkat di atas dapat disimpulkan bahwa Cairan
Pendingin jelas perlu dipilih dengan seksama sesuai dengan jenis
pekerjaan. Beberapa jenis cairan pendingin akan diulas pada sub bab
pertama berkaitan dengan klasifikasi cairan pendingin dan garis besar
kegunaannya. Pemakaian cairan pendingin dapat dilakukan dengan
berbagai cara (disemprotkan, disiramkan, dikucurkan, atau dikabutkan)
akan dibahas kemudian dan dilanjutkan dengan pengaruh cairan
pendingin pada proses pemesinan. Efektivitas cairan pendingin hanya
C
________________Mengenal Cairan Pendingin untuk Proses Pemesinan
Teknik Pemesinan 316
dapat diketahui dengan melakukan percobaan pemesinan, karena
mekanisme proses pembentukan beram begitu kompleks, sehingga tidak
cukup hanya dengan menelitinya melalui pengukuran berbagi sifat
fisik/kimiawinya. Salah satu cara pemesinan yang relatif sederhana
(cepat dan murah) untuk meneliti efektivitas cairan pendingin adalah
dengan melakukan pembubutan muka (facing-test).
A. Jenis Cairan Pendingin
Cairan pendingin yang biasa dipakai dalam proses pemesinan
dapat dikategorikan dalam empat jenis utama yaitu :
1. Straight oils (minyak murni)
2. Soluble oils
3. Semisynthetic fluids (cairan semi sintetis)
4. Synthetic fluids (cairan sintetis).
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 ini
berasal salah satu atau kombinasi dari minyak bumi (naphthenic,
paraffinic), minyak binatang, minyak ikan atau minyak nabati.
Viskositasnya dapat bermacam-macam dari yang encer sampai yang
kental tergantung dari pemakaian. Pencampuran antara minyak bumi
dengan minyak hewani atau nabati menaikkan daya pembasahan
(wetting action) sehingga memperbaiki daya lumas. Penambahan unsur
lain seperti sulfur, klor atau fosfor (EP additives) menaikkan daya lumas
pada temperatur dan tekanan tinggi. Minyak murni menghasilkan
pelumasan terbaik , akan tetapi sifat pendinginannya paling jelek di
antara cairan pendingin yang lain.
Minyak sintetik (synthetic fluids) tidak mengandung minyak bumi
atau minyak mineral dan sebagai gantinya dibuat dari campuran organik
dan anorganik 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 di antara semua
cairan pendingin. Cairan ini merupakan larutan murni (true solutions) atau
larutan permukaan aktif (surface active). Pada larutan murni, unsur yang
dilarutkan terbesar di antara molekul air dan tegangan permukaan
(surface tension) hampir tidak berubah. Larutan murni ini tidak bersifat
melumasi dan biasanya dipakai untuk sifat penyerapan panas yang tinggi
dan melindungi terhadap korosi. Sementara itu dengan penambahan
unsur lain yang mampu membentuk kumpulan molekul akan mengurangi
________________Mengenal Cairan Pendingin untuk Proses Pemesinan
Teknik Pemesinan 317
tegangan permukaan menjadi jenis cairan permukaan aktif sehingga
mudah membasahi dan daya lumasnya baik.
Soluble Oil 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 industri pemesinan dan harganya lebih murah di antara cairan
pendingin yang lain.
Cairan semi sintetik (semi-synthetic fluids) adalah kombinasi
antara minyak sintetik (A) dan soluble oil (B) dan memiliki karakteristik ke
dua minyak pembentuknya. Harga dan unjuk kerja penghantaran
panasnya terletak antara dua buah cairan pembentuknya tersebut. Jenis
cairan ini mempunyai karakteristik sebagai berikut :
1. Kandungan minyaknya lebih sedikit (10% s.d 45% dari tipe B)
2. Kandungan pengemulsinya (molekul penurun tegangan permukaan)
lebih banyak dari tipe A
3. Partikel minyaknya lebih kecil dan lebih tersebar. Dapat berupa jenis
dengan minyak yang sangat jenuh (“super-fatted”) atau jenis EP
(Extreme Pressure).
B. Cara Pemberian Cairan Pendingin pada Proses Pemesinan
Cairan pendingin jelas hanya akan berfungsi dengan baik jikalau
cairan ini diarahkan dan dijaga alirannya pada daerah pembentukan
beram. Dalam praktek sering ditemui bahwa cairan tersebut tidak
sepenuhnya diarahkan langsung pada bidang beram pahat di mana
beram terbentuk karena keteledoran operator. Mungkin pula, karena
daerah kerja mesin tidak diberi tutup, operator sengaja mengarahkan
semprotan cairan tersebut ke lokasi lain sebab takut cairan terpancar ke
semua arah akibat perputaran pahat. Pemakaian cairan pendingin yang
tidak berkesinambungan akan mengakibatkan bidang aktif pahat akan
mengalami beban yang berfluktuasi. Bila pahatnya jenis karbida atau
keramik (yang relatif getas) maka pengerutan dan pemuaian yang
berulang kali akan menimbulkan retak mikro yang justru menjadikan
penyebab kerusakan fatal. Dalam proses gerinda rata bila cairan
pendingin dikucurkan di atas permukaan benda kerja maka akan
dihembus oleh batu gerinda yang berputar kencang sehingga menjauhi
daerah penggerindaan.
Dari ulasan singkat di atas dapat disimpulkan bahwa selain dipilih
cairan pendingin harus juga dipakai dengan cara yang benar. Banyak
cara yang dipraktekkan untuk mengefektifkan pemakaian cairan
pendingin, yakni sebagai berikut :
________________Mengenal Cairan Pendingin untuk Proses Pemesinan
Teknik Pemesinan 318
1. Secara manual. Apabila mesin perkakas tidak dilengkapi dengan
sistem cairan pendingin, misalnya Mesin Gurdi atau Frais jenis
“bangku” (bench drilling/milling machine) maka cairan pendingin
hanya dipakai secara terbatas. Pada umumnya operator memakai
kuas untuk memerciki pahat gurdi, tap atau frais dengan minyak
pendingin. Selama hal ini dilakukan secara teratur dan kecepatan
potong tak begitu tinggi maka umur pahat bisa sedikit diperlama.
Penggunaan alat sederhana penetes oli yang berupa botol dengan
selang berdiameter kecil akan lebih baik karena akan menjamin
keteraturan penetesan minyak. Penggunaan pelumas padat
(gemuk/vaselin, atau molybdenum-disulfide) yang dioleskan pada
lubang-lubang yang akan ditap sehingga dapat menaikkan umur
pahat pengulir.
2. Disiramkan ke benda kerja (flood application of fluid). Cara ini
memerlukan sistem pendingin, yang terdiri atas pompa, saluran,
nozel, dan tangki, dan itu semua telah dimiliki oleh hampir semua
mesin perkakas yang standar. Satu atau beberapa nozel dengan
selang fleksibel diatur sehingga cairan pendingin disemprotkan pada
bidang aktif pemotongan. Keseragaman pendinginan harus
diusahakan dan bila perlu dapat dibuat nozel khusus. Pada
pemberian cairan pendingin ini seluruh benda kerja di sekitar proses
pemotongan disirami dengan cairan pendingin melalui saluran cairan
pendingin yang jumlahnya lebih dari satu (Gambar 11.1).
Gambar 11.1. Pemberian cairan pendingin dengan
cara menyiramkan pada benda kerja.
3. Disemprotkan (jet application of fluid). Dilakukan dengan cara
mengalirkan cairan pendingin dengan tekanan tinggi melewati saluran
pada pahat. Untuk penggurdian lubang yang dalam (deep hole
drilling; gun-drilling) atau pengefraisan dengan posisi yang sulit
dicapai dengan semprotan biasa. Spindel mesin perkakas dirancang
khusus karena harus menyalurkan cairan pendingin ke lubang pada
________________Mengenal Cairan Pendingin untuk Proses Pemesinan
Teknik Pemesinan 319
pahat. 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 dibuat 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 11.2).
Cairan pendingin yang sudah digunakan disaring dengan filter pada
meja mesin kemudian dialirkan ke tangki penampung.
Gambar 11.2. Cara pendinginan dengan cairan pendingin
disemprotkan langsung ke daerah pemotongan pada
proses pembuatan lubang.
4. 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 11.3). Partikel cairan sintetik, semi sintetik,
atau emulsi disemprotkan melalui saluran yang bekerja dengan
prinsip seperti semprotan nyamuk. Cairan dalam tabung akan naik
melalui pipa berdiameter kecil, karena daya vakum akibat aliran udara
di ujung atas pipa, dan menjadi kabut yang menyemprot keluar.
Pemakaian cairan pendingin dengan cara dikabutkan dimaksudkan
untuk memanfaatkan daya pendinginan karena penguapan.
________________Mengenal Cairan Pendingin untuk Proses Pemesinan
Teknik Pemesinan