Analisis proses dilakukan terhadap struktur eksentrik tidak beraturan pada siku keseimbangan berbentuk Z, serta kesulitan dalam pemesinan karena ukurannya yang besar, presisi tinggi, dan ketidakmampuan untuk dijepit. Skema pemesinan standar telah diusulkan. Perlengkapan bubut khusus dirancang, yang cocok untuk pemesinan beberapa model dan produk dalam jumlah besar, memecahkan masalah kesulitan pemesinan yang tinggi, kualitas yang tidak stabil, dan efisiensi pemesinan yang rendah pada siku keseimbangan berbentuk Z-.
01
Perkenalan
Siku keseimbangan merupakan komponen inti dari sistem suspensi kendaraan khusus yang dilacak. Ia bekerja bersama dengan elemen elastis seperti poros torsi dan peredam kejut untuk memberikan dukungan elastis pada bodi kendaraan dan roda jalan [1]. Siku keseimbangan dapat mentransfer sejumlah besar energi tumbukan yang dihasilkan oleh gerakan naik-dan-bawah roda jalan ke poros puntir, menyangga dan menyerap energi getaran, mengurangi gaya tumbukan pada badan kendaraan, meningkatkan kenyamanan penumpang, mengurangi kerusakan komponen, serta menjamin kestabilan dan kemampuan manuver kendaraan saat melaju di jalan yang kasar [2]. Rakitan siku keseimbangan umum mencakup poros spline, siku keseimbangan, dan poros roda jalan. Siku keseimbangan berbentuk Z-adalah siku keseimbangan terintegrasi yang menggabungkan ketiga komponen. Siku keseimbangan terintegrasi memiliki karakteristik kemampuan manuver yang tinggi, keandalan yang tinggi, dan ringan, serta banyak digunakan pada kendaraan khusus modern [3]. 02
Analisis Tantangan Struktur dan Pemesinan pada Balance Elbow berbentuk Z-
Struktur siku keseimbangan berbentuk Z, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 1, merupakan struktur eksentrik yang bentuknya tidak beraturan. Ukurannya besar dan berat, memerlukan tingkat penghilangan material yang tinggi, akurasi dimensi dan posisi yang tinggi, serta siklus pemesinan yang panjang dengan berbagai proses. Ini melibatkan berbagai peralatan dan perdagangan, termasuk mesin bor horizontal, mesin bubut CNC, pusat permesinan, mesin broaching, dan mesin EDM kawat. Dalam produksi sebelumnya, banyak masalah yang terungkap di setiap langkah proses, seperti dimensi lingkaran luar poros yang tidak-toleransi, ketidaksejajaran antara lubang spline dan lingkaran luar, ketidaksejajaran antara sumbu poros besar (poros spline) dan poros kecil (poros roda beban), kekasaran permukaan di bawah standar, waktu siklus proses yang tidak seimbang, dan efisiensi pemesinan yang rendah, yang sangat memengaruhi kualitas produk dan jadwal pengiriman.
03
Skema Proses
Proses pemesinan siku keseimbangan berbentuk Z: Pengeboran kasar pada permukaan ujung dan lubang dalam → Pembubutan kasar pada poros besar → Pembubutan kasar pada poros kecil → Selesaikan pengeboran pada permukaan ujung dan lubang dalam → Selesaikan pembubutan poros besar → Selesaikan pembubutan poros kecil → Penggilingan bentuk luar dan pengeboran → Broaching (kawat EDM spline). Produk kosong adalah penempaan cetakan. Saat mengerjakan seadanya dan menyelesaikan poros besar dan kecil, diperlukan perlengkapan bubut khusus dengan beban penyeimbang. Perlengkapan ini menyeimbangkan gaya sentrifugal yang dihasilkan selama rotasi benda kerja, sehingga mengurangi getaran dan meningkatkan kecepatan spindel, secara efektif meningkatkan akurasi pemesinan produk dan kecepatan pemotongan.
04
Proses Pemesinan
(1) Pengeboran kasar pada permukaan ujung dan lubang bagian dalam: Mesin bor horizontal CNC digunakan. Kelonggaran 2 mm tersisa di setiap sisi untuk permukaan ujung dan lubang bagian dalam. Fungsi utama dari proses ini adalah dengan cepat menghilangkan material dalam jumlah besar dan membuat lubang pusat proses untuk diameter luar-permesinan kasar dari poros besar dan kecil. Mesin bor horizontal CNC memiliki meja kerja yang berputar 360 derajat, memungkinkan pemesinan universal pada bidang XOY dalam satu pengaturan. Ia dapat mengerjakan empat permukaan ujung dan lubang dalam sekaligus, memastikan bahwa lubang pusat proses di kedua ujung poros besar dan kecil bersifat koaksial dan garis tengah poros besar dan kecil sejajar. Pengeboran kasar pada permukaan ujung dan lubang bagian dalam ditunjukkan pada Gambar 2, di mana garis padat tebal mewakili permukaan mesin.
Gambar 2. Pengeboran kasar pada permukaan ujung dan lubang bagian dalam
(2) Pemutaran kasar poros besar: Pemesinan dilakukan pada mesin bubut CNC, dengan kelonggaran 1,5 mm di setiap sisi diameter luar. Fungsi utama proses ini adalah menghilangkan material dalam jumlah besar dengan cepat dan membuat referensi proses untuk penyelesaian akhir pada permukaan ujung dan lubang bagian dalam. Karena pusat gravitasi siku penyeimbang berbentuk Z-bergeser dari pusat putaran selama putaran, diperlukan perlengkapan bubut khusus dengan beban penyeimbang untuk menyeimbangkan gaya sentrifugal, mengurangi getaran, dan meningkatkan kecepatan spindel. Putaran kasar poros besar ditunjukkan pada Gambar 3.
Gambar 3. Putaran kasar poros besar
(3) Pemutaran kasar poros kecil: Pemesinan dilakukan pada mesin bubut CNC, dengan kelonggaran 1,5 mm pada setiap sisi diameter luar dan permukaan ujung. Fungsi utama proses ini adalah menghilangkan material dalam jumlah besar dengan cepat dan melepaskan tekanan pemesinan. Putaran kasar poros kecil ditunjukkan pada Gambar 4. Setelah putaran kasar, poros besar dan kecil mempunyai diameter luar yang teratur. Penjepit berbentuk AV-digunakan untuk penyelesaian akhir yang lebih stabil selama pengeboran akhir.
Gambar 4. Putaran kasar poros kecil
(4) Pengeboran akhir pada permukaan ujung dan lubang bagian dalam: Hal ini dilakukan dengan menggunakan mesin bor horizontal CNC, dengan putaran kasar diameter luar poros besar sebagai datum proses dan datum penjepit. Fungsi utama dari proses ini adalah untuk mengolah keempat permukaan ujung dan lubang bagian dalam produk sesuai ukuran akhir, memastikan keakuratan dimensi dan kekasaran permukaan, sekaligus membuat talang untuk penyelesaian akhir diameter luar poros besar dan kecil. Pengeboran akhir pada permukaan ujung dan lubang bagian dalam ditunjukkan pada Gambar 5, di mana garis padat tebal mewakili permukaan yang dikerjakan dalam proses ini.
Gambar 5. Selesaikan pengeboran pada permukaan ujung dan lubang bagian dalam
(5) Selesaikan pembubutan poros besar: Hal ini dilakukan dengan menggunakan mesin bubut CNC, mengolah diameter luar hingga ukuran akhir, memastikan keakuratan dimensi, keakuratan geometri, dan kekasaran permukaan. Proses ini menggunakan talang yang dibuat selama pengeboran akhir lubang bagian dalam sebagai datum penjepit, memastikan koaksialitas diameter luar dan lubang bagian dalam dari poros besar. Pembubutan akhir poros besar ditunjukkan pada Gambar 6.
Gambar 6. Pemutaran poros utama secara presisi
(6) Pembubutan poros kecil secara presisi: Menggunakan mesin bubut CNC, diameter luar dikerjakan sesuai ukuran akhir, memastikan keakuratan dimensi, akurasi geometri, dan kekasaran permukaan. Proses ini menggunakan talang yang dibuat selama pengeboran lubang bagian dalam secara presisi sebagai referensi penjepitan dan penentuan posisi, memastikan koaksialitas diameter luar poros kecil dan lubang bagian dalam, serta paralelisme garis tengah poros kecil dan poros utama. Pemutaran presisi poros kecil ditunjukkan pada Gambar 7.
Gambar 7. Pemutaran presisi poros kecil
(7) Penggilingan bentuk luar dan pengeboran: Menggunakan pusat pemesinan vertikal, bentuk luar produk dikerjakan ke posisi yang diinginkan, dan lubang pasak dibor. Penggilingan bentuk luar dan pengeboran ditunjukkan pada Gambar 8, dimana garis padat tebal mewakili permukaan mesin dalam proses ini.
Gambar 8. Penggilingan bentuk luar dan pengeboran
(8) Broaching spline (wire EDM spline): Jika batch produk besar, proses ini umumnya dilakukan menggunakan mesin broaching dengan alat broaching, memastikan efisiensi produksi dan konsistensi dimensi lubang spline. Jika bros tidak tersedia dan ukuran batch kecil, proses ini dapat dilakukan dengan menggunakan mesin wire EDM. Diameter luar poros utama berfungsi sebagai referensi penjepit dan posisi, memastikan koaksialitas lubang spline dengan diameter luar poros utama. Spline yang disingkirkan (spline kawat-EDM) ditunjukkan pada Gambar 9, dengan garis padat tebal mewakili permukaan yang dikerjakan dalam proses ini.
Gambar 9: Spline Terikat (Kawat-Spline EDM)
Pada titik ini, produk siku keseimbangan berbentuk Z telah menyelesaikan semua proses pemesinan. Proses selanjutnya meliputi deteksi cacat dan perawatan permukaan.
05
Perlengkapan Bubut Khusus
Perlengkapan bubut khusus mencakup komponen seperti flensa, sasis, badan penyangga, tengah, beban penyeimbang, dan baut pengikat [4, 5].
Flensa berfungsi sebagai komponen penghubung antara mesin bubut dan perlengkapan. Flensa standar umumnya digunakan. Salah satu ujungnya terhubung ke spindel bubut CNC melalui lubang meruncing, dan ujung lainnya terhubung ke sasis melalui bos lokasi, memastikan bahwa pusat rotasi perlengkapan bubut sejajar dengan spindel bubut.
Sasis, yang berfungsi sebagai dasar perlengkapan bubut, memiliki alur melingkar yang memanjang. Sebuah badan penopang dan dua beban penyeimbang terpasang padanya, dan distribusi massa tiga-titik ini memastikan rotasi benda kerja yang lebih mulus selama pemesinan, mengurangi getaran, dan meningkatkan akurasi silinder eksternal serta kualitas permukaan produk.
Bodi penyangga, yang dilas ke sasis, juga dilengkapi alur melingkar memanjang dengan dimensi yang sesuai dengan alur sasis. Alur ini memiliki dua tujuan: mengurangi berat keseluruhan perlengkapan bubut dan mencegah interferensi antara sumbu non-pemesinan siku keseimbangan berbentuk Z-dan perlengkapan bubut. Beberapa set baut pengikat terletak di kedua ujung alur untuk menahan sumbu non-pemesinan siku keseimbangan berbentuk Z-. Desain alur melingkar yang memanjang memungkinkan pemesinan siku keseimbangan berbentuk Z-dengan berbagai ukuran dan model menggunakan perlengkapan bubut ini, sehingga menghasilkan fungsionalitas multi-tujuan.
Bagian tengah dan penahan posisi badan penopang dipasang bersama dan dilas ke badan penopang. Selama pemesinan, bagian tengah dan bagian tengah tailstock mesin bubut masing-masing menopang kedua ujung sumbu pemesinan siku keseimbangan berbentuk Z-sehingga menghasilkan konfigurasi penjepitan-pusat ganda. Untuk memastikan permukaan kerucut pemosisian bagian tengah bersifat koaksial dengan spindel mesin bubut, permukaan kerucut pemosisian bagian tengah harus dikerjakan secara presisi-pada mesin bubut setelah perlengkapan bubut dilas menjadi satu. Penyeimbang terdiri dari beberapa pelat penyeimbang berbentuk kipas-. Jumlah pelat penyeimbang dapat disesuaikan untuk menyeimbangkan gaya sentrifugal yang dihasilkan selama pemesinan berbagai model siku keseimbangan berbentuk Z-yang berbeda. Kedua beban penyeimbang didistribusikan secara merata pada sudut 120 derajat ke pusat gravitasi penyangga, sehingga lebih menjamin keseimbangan dinamis selama pemesinan produk.
Untuk mengakomodasi pemesinan siku keseimbangan berbentuk Z-dengan berbagai ukuran, beberapa set baut pengikat dipasang di kedua sisi alur oval panjang pada badan penyangga. Posisi penjepitan baut pengencang ditunjukkan pada Gambar 10. Garis tengah setiap set baut pengencang lebih tinggi dari jarak H antara pusat lingkaran luar sumbu non-mesin siku keseimbangan berbentuk Z-. Metode penjepitan ini memastikan bahwa gaya penjepitan baut pengencang pada siku penyeimbang berbentuk Z-berlawanan dengan gaya sentrifugal, sehingga secara efektif mengurangi gaya sentrifugal yang dihasilkan saat benda kerja berputar. Status penjepitan untuk pemesinan poros kecil dan poros besar masing-masing ditunjukkan pada Gambar 11 dan 12.
Gambar 10. Diagram skema posisi penjepitan baut pengikat
Gambar 11. Keadaan penjepitan saat pemesinan poros kecil
Gambar 12. Keadaan penjepitan saat pemesinan poros besar
06
Verifikasi Hasil Pemesinan
Saat ini, proses pemesinan siku keseimbangan berbentuk Z dan perlengkapan bubut khusus telah diterapkan pada lini produksi selama lebih dari setahun. Berbagai model dan produk siku keseimbangan berbentuk Z-dalam jumlah besar dikerjakan menggunakan proses ini, sehingga menghasilkan kualitas produk yang stabil dan andal serta meningkatkan efisiensi pemesinan secara signifikan. Hal ini sepenuhnya memverifikasi kelayakan dan efektivitas proses dan perlengkapan mesin bubut khusus. Foto beberapa langkah pemesinan siku keseimbangan berbentuk Z ditunjukkan pada Gambar 13.
a) Pengeboran kasar pada permukaan ujung dan lubang bagian dalam
b) Putaran poros utama secara kasar
c) Selesaikan pengeboran pada permukaan ujung dan lubang bagian dalam
Gambar 13: Foto sebenarnya dari proses pemesinan siku keseimbangan berbentuk Z-
07
Kesimpulan
Proses pemesinan dan perlengkapan bubut khusus untuk siku keseimbangan berbentuk Z-yang diusulkan dalam makalah ini dapat diterapkan pada pemesinan berbagai model produk siku keseimbangan berbentuk Z-, apa pun bahan produk atau jenis blankonya. Ini memberikan proses yang lengkap dan pendekatan penjepitan untuk jenis produk ini, memecahkan masalah kesulitan pemesinan yang tinggi, ketidakmampuan untuk menjepit, kualitas produk yang tidak stabil, dan efisiensi pemesinan yang rendah yang disebabkan oleh struktur eksentrik yang tidak teratur, ukuran besar, bobot berat, dan persyaratan presisi tinggi dari siku keseimbangan berbentuk Z-. Verifikasi lapangan menunjukkan bahwa proses pemesinan ini dapat memastikan produk siku keseimbangan berbentuk Z memenuhi persyaratan akurasi desain, mengurangi kesulitan pemesinan, dan meningkatkan konsistensi kualitas produk serta efisiensi pemesinan.
