Strategi Utama untuk Mencegah Getaran Chatter dalam Manufaktur

Bayangkan melakukan operasi pengerjaan logam presisi untuk membuat komponen yang sempurna. Di tengah deru mesin, muncul getaran yang mengganggu—alat menari di atas benda kerja, meninggalkan permukaan yang kasar dan merusak material. Skenario yang membuat frustrasi ini mewakili mimpi buruk dari getaran, khususnya getaran, dalam operasi pemotongan. Artikel ini mengkaji fenomena getaran dalam permesinan dan memberikan strategi praktis untuk meminimalkan dampaknya terhadap efisiensi dan kualitas.

Getaran—osilasi mekanis di sekitar posisi kesetimbangan—umumnya tidak diinginkan dalam permesinan karena efek merusaknya:

• Percepatan keausan alat: Getaran dengan cepat merusak mata potong, menyebabkan chipping dan retakan yang membahayakan umur dan keandalan alat.
• Penurunan kualitas permukaan: Pola dan tanda yang tidak beraturan muncul pada benda kerja, melebihi toleransi kekasaran.
• Peningkatan tingkat scrap: Getaran parah menyebabkan ketidaktepatan dimensi dan cacat permukaan, meningkatkan biaya produksi.
• Biaya operasional yang lebih tinggi: Penggantian alat prematur, komponen scrap, dan pengerjaan ulang meningkatkan pengeluaran.
• Inefisiensi energi: Getaran membuang-buang daya, mengurangi efisiensi permesinan.

Getaran terwujud dalam dua bentuk utama:

• Getaran bebas: Terjadi ketika suatu sistem berosilasi pada frekuensi alaminya setelah gangguan awal (misalnya, pelat logam yang dipukul beresonansi hingga energi menghilang).
• Getaran paksa: Hasil dari eksitasi periodik atau acak eksternal (misalnya, getaran mesin cuci selama siklus putaran yang tidak seimbang).

Permesinan terutama melibatkan getaran paksa yang disebabkan oleh gaya potong, gerakan komponen mesin, atau gangguan lingkungan.

Resonansi terjadi ketika frekuensi eksitasi mendekati frekuensi alami suatu sistem, secara dramatis meningkatkan amplitudo. Dalam permesinan, resonansi antara variasi gaya potong dan frekuensi alami alat/benda kerja menyebabkan getaran parah, yang berpotensi menyebabkan:

• Fraktur alat
• Penolakan benda kerja
• Kerusakan alat mesin

Oleh karena itu, penghindaran resonansi proaktif sangat penting.

Getaran—osilasi yang berkelanjutan—timbul dari interaksi dinamis antara gaya potong dan sistem alat-mesin-benda kerja. Dicirikan oleh suara bernada tinggi dan getaran hebat, ia mempercepat keausan alat dan menurunkan hasil akhir permukaan. Generasinya yang kompleks melibatkan:

• Dinamika gaya potong
• Geometri alat
• Sifat material benda kerja
• Karakteristik struktural mesin

Penentu getaran utama dalam permesinan meliputi:

• Kekakuan mesin: Mesin dengan kekakuan rendah bergetar berlebihan, terutama selama operasi kecepatan tinggi atau pemotongan berat.
• Kekakuan alat: Alat yang ramping atau menggantung rentan terhadap getaran.
• Stabilitas benda kerja: Komponen berdinding tipis atau kantilever bergetar dengan mudah.
• Parameter pemotongan: Kecepatan, umpan, dan kedalaman pemotongan memengaruhi besaran/frekuensi gaya.
• Geometri alat: Sudut rake, sudut celah, sudut inklinasi, dan radius hidung memengaruhi stabilitas proses.
• Material benda kerja: Material ulet meningkatkan getaran.
• Aplikasi pendingin: Pelumasan yang tepat mengurangi gesekan dan suhu.

• Pilih mesin dengan kekakuan tinggi untuk operasi yang menuntut
• Optimalkan penempatan mesin pada fondasi yang kokoh
• Pertahankan komponen penting (spindel, rel pemandu, sekrup)

• Gunakan alat pendek dan kokoh jika memungkinkan
• Minimalkan overhang alat
• Gunakan dudukan dengan kekakuan tinggi (tipe hidrolik/termal)
• Pilih material alat dengan modulus tinggi (misalnya, karbida daripada HSS)

• Tambahkan penyangga (perlengkapan, blok pendukung)
• Optimalkan penjepitan (beberapa titik, chuck vakum)
• Isi struktur berongga (resin, pasir)

• Kurangi kecepatan potong/laju umpan/kedalaman potong
• Terapkan pemotongan terputus (alat pemecah chip)

• Pilih sudut rake/celah/inklinasi yang sesuai
• Pilih radius hidung yang optimal

• Gunakan pendingin untuk mengurangi suhu/gesekan
• Oleskan pelumas untuk meminimalkan gesekan alat-benda kerja
• Pilih metode pengiriman yang tepat (misalnya, pendinginan bertekanan tinggi)

• Ubah arah pemotongan
• Pasang peredam
• Lakukan analisis getaran

• Gunakan pemotong pitch kasar untuk mengurangi area kontak
• Minimalkan overhang pemotong
• Pilih sisipan rake positif
• Gunakan kelas karbida berlapis tipis
• Tingkatkan umpan per gigi sambil mengurangi RPM
• Kurangi kedalaman potong aksial/radial
• Gunakan dudukan alat yang kaku (misalnya, dudukan tangkai tirus)
• Pusatkan pemotong menggunakan penggilingan pendakian

• Maksimalkan kekakuan alat dengan overhang minimal
• Pilih radius hidung kecil (di bawah kedalaman potong jika memungkinkan)
• Gunakan mata potong tajam dengan kontrol chip yang tepat
• Pilih kelas karbida yang kuat untuk geometri yang rumit
• Pertahankan laju umpan melebihi 25% dari radius hidung
• Hindari rentang kecepatan spindel yang tidak stabil

• Evaluasi rasio overhang; pertimbangkan alat yang lebih besar/meruncing/modular
• Gunakan dudukan alat premium (misalnya, Seco-Capto)
• Posisikan mata potong pada ketinggian tengah
• Pilih geometri positif dengan radius kecil
• Ikuti rekomendasi pembubutan untuk pemilihan sisipan

Getaran permesinan menghadirkan tantangan yang kompleks, tetapi memahami mekanismenya dan menerapkan solusi yang ditargetkan memungkinkan produsen untuk mencapai hasil yang unggul. Dengan mengatasi faktor mesin, alat, dan proses, operator dapat secara signifikan meningkatkan produktivitas dan kualitas suku cadang.