Pengukuran presisi dan pengerjaan bengkel: jangka sorong, mikrometer, jam ukur, toleransi, suaian, bor, tap, dan gerinda

Sebuah pompa sirkulasi dengan rumah bantalan aluminium dibongkar karena bantalannya berbunyi. Teknisi mengukur lubang rumah dengan jangka sorong saat rumah masih hangat dari pompa yang baru dimatikan, mendapat angka yang sama dengan diameter luar bantalan di katalog, dan menyimpulkan rumah masih baik. Setelah dirakit, bantalan baru berputar bersama cincin luarnya di dalam rumah. Ketika memasang kembali penutup, ia mengebor ulang satu lubang ulir yang rusak dengan mata bor yang kebetulan ada, mengetapnya, dan baut penutup itu terkelupas saat dikencangkan.

Tiga keputusan membuat hasilnya salah. Jangka sorong tidak cukup teliti untuk suaian bantalan. Aluminium yang hangat memuai lebih banyak daripada baja, sehingga lubang terukur lebih besar daripada saat dingin, atau sebaliknya terlihat pas padahal aus. Lubang tap yang terlalu kecil membuat tap macet dan ulir robek, dan yang terlalu besar membuat ulir dangkal. Bab ini menjelaskan cara mengukur dan mengerjakan logam di bengkel dengan ketelitian yang sesuai tugasnya.

Batas pembahasan

Bab ini membahas alat ukur tangan, pengaruh suhu, toleransi, suaian, dan pengerjaan bengkel yang dilakukan teknisi perbaikan: mengebor, mengetap, meluaskan lubang, membuang bram, dan menggerinda. Pemesinan presisi dengan mesin bubut dan frais, serta perbaikan komponen yang menentukan keselamatan, dikerjakan bengkel pemesinan menurut gambar. Handbook teknik manufaktur dalam narasi Teknik Mekanikal dan Mekatronika memuat bab pengeboran, pengetapan, dan penggerindaan, yang dikutip di bab ini bersama pengetahuan teknik umum yang ditandai di peta sumber.

Kalibrasi dan ketidakpastian pengukuran ada di Bab 1 · Data & Pengukuran, ringkasan data di Bab 2 · Data & Pengukuran, pemuaian termal di Fisika 183, ulir baut di bab baut dan sambungan ulir, suaian bantalan di bab bantalan, kelurusan dengan jam ukur di bab poros dan kopling, dan konsentrasi tegangan di bab kekuatan komponen. Toleransi dan suaian untuk komponen tertentu diambil dari gambar dan pabriknya. Angka di bab ini adalah nilai literatur umum atau angka latihan, dan ditandai.

Memilih alat ukur

Aturan praktis yang umum adalah resolusi alat ukur sekitar sepersepuluh toleransi yang diperiksa (nilai literatur umum). Alat yang dipakai teknisi:

1. Mistar baja dan meteran: resolusi sekitar 0,5 sampai 1 mm, untuk ukuran kasar.
2. Jangka sorong: resolusi 0,02 atau 0,05 mm pada skala nonius, 0,01 mm pada tampilan digital, untuk ukuran luar, dalam, dan kedalaman.
3. Mikrometer: resolusi 0,01 mm, atau 0,001 mm dengan nonius, untuk ukuran luar dengan rentang 25 mm per alat; mikrometer dalam dan mikrometer tiga titik untuk lubang.
4. Jam ukur: resolusi 0,01 mm, untuk perbedaan dan gerak, seperti kelurusan poros dan putaran tidak rata.
5. Pengukur lubang dengan jam ukur: membandingkan lubang dengan ukuran acuan yang disetel dari mikrometer atau cincin acuan.
6. Pengukur celah, pengukur ulir, dan pengukur jari-jari: lembaran dengan ukuran tertentu untuk celah, jarak ulir, dan sudut.
7. Blok ukur, cincin acuan, dan batang acuan: acuan untuk memeriksa alat lain.

Jangka sorong cukup untuk memeriksa apakah baut berukuran 10 atau 12 mm, tetapi tidak cukup untuk suaian bantalan yang toleransinya beberapa mikrometer sampai belasan mikrometer, seperti pada kasus pembuka.

Membaca jangka sorong, mikrometer, dan jam ukur

Jangka sorong nonius. Angka bulat dibaca pada skala utama di kiri garis nol nonius, lalu dicari garis nonius yang paling tepat segaris dengan garis skala utama; nomor garis itu dikali resolusi nonius dan ditambahkan (Contoh 1). Rahang ditekan dengan gaya ringan dan rata; rahang yang miring pada lubang memberi ukuran lebih kecil daripada diameter sebenarnya.

Mikrometer. Bacaan selongsong memberi milimeter dan setengah milimeter, bacaan timbel memberi seperseratus milimeter (Contoh 2). Mikrometer diputar dengan gigi rem atau rem gesek sampai berbunyi, agar gaya ukurnya sama setiap kali. Titik nol diperiksa sebelum dipakai, dengan permukaan ukur yang bersih atau batang acuan untuk mikrometer di atas 25 mm.

Jam ukur. Jarum dipasang tegak lurus permukaan, diberi tekanan awal sekitar setengah sampai satu putaran, lalu dinolkan. Batang penahan dan dudukannya harus kaku; dudukan magnet yang tidak menempel rata membuat bacaan berubah saat disentuh. Teknik membaca jam ukur pada penyelarasan poros dibahas di bab poros dan kopling.

Setiap pengukuran penting diulang beberapa kali di beberapa posisi. Lubang diukur di dua arah tegak lurus dan di dua kedalaman untuk melihat lonjong dan tirus, dan hasilnya dicatat sebagai angka, bukan "pas" atau "longgar". Ketidakpastian dan cara melaporkannya dibahas di Bab 1 · Data & Pengukuran.

Suhu dan ukuran

Ukuran gambar teknik berlaku pada suhu acuan 20 °C (nilai literatur umum). Benda yang lebih hangat lebih besar, menurut pemuaian termal di Fisika 183:

$\Delta L = \alpha \, L \, \Delta T$

Koefisien muai aluminium sekitar dua kali baja (nilai literatur umum), sehingga rumah aluminium yang hangat dapat terukur beberapa puluh mikrometer lebih besar daripada saat dingin, lebih besar daripada seluruh toleransi suaian bantalan (Contoh 9). Benda dan alat ukur dibiarkan mencapai suhu ruang yang sama sebelum ukuran penting diambil, dan tangan tidak menggenggam mikrometer terlalu lama.

Toleransi dan tumpukannya

Toleransi adalah selisih ukuran paling besar dan paling kecil yang diizinkan, misalnya 25,000 sampai 25,021 mm. Ukuran di luar batas itu ditolak, betapapun dekatnya. Handbook teknik manufaktur dalam narasi menjelaskan dua hal penting tentang perakitan: bila keadaan terburuk masih di dalam batas toleransi rakitan, tidak ada rakitan yang ditolak; dan walaupun suatu celah adalah selisih dua ukuran, toleransinya dijumlahkan.

Akibatnya, rakitan beberapa komponen mempunyai toleransi yang lebih lebar daripada setiap komponennya (Contoh 4). Bila ruang aksial bantalan, cincin jarak, dan rumah masing-masing berada di ujung toleransinya, celah aksial dapat menjadi terlalu besar atau terlalu kecil walaupun setiap bagian lolos pemeriksaan. Karena itu dokumen perakitan sering meminta celah akhir diukur dan disetel dengan shim, seperti bantalan rol tirus di bab bantalan, dan tidak cukup mengandalkan ukuran setiap komponen.

Suaian: longgar, transisi, dan sesak

Suaian adalah hubungan ukuran lubang dan poros yang dipasang bersama:

1. Suaian longgar: poros selalu lebih kecil daripada lubang, sehingga ada celah, misalnya untuk poros yang berputar di bus.
2. Suaian transisi: tergantung ukuran sebenarnya, dapat sedikit longgar atau sedikit sesak, untuk bagian yang harus terpusat tetapi dapat dibongkar.
3. Suaian sesak: poros selalu lebih besar daripada lubang, sehingga dipasang dengan tekanan atau pemanasan, misalnya cincin dalam bantalan pada poros yang berputar.

Sistem suaian ISO menamai daerah toleransi dengan huruf dan angka, misalnya lubang H7 dengan poros g6 untuk suaian longgar presisi; huruf menunjukkan letak daerah terhadap ukuran nominal dan angka menunjukkan lebarnya. Nilai batas untuk setiap kombinasi diambil dari tabel standar atau gambar. Celah paling kecil dan paling besar dihitung dari batas-batas itu (Contoh 3). Bab bantalan menjelaskan mengapa cincin yang berputar terhadap arah beban memerlukan suaian sesak.

Mengebor

Handbook teknik manufaktur dalam narasi mencatat bahwa pengeboran terjadi di bagian dalam benda kerja sehingga serpih dan panas harus dikeluarkan, bahwa sudut ujung mata bor serupa dengan sudut potong pada pembubutan, dan bahwa bila lubang sudah dibor senter, laju makan saat mulai menembus diturunkan separuh. Hal yang dikerjakan teknisi:

1. Putaran dari kecepatan potong: $n = 1.000 \, v / (\pi \, d)$ dengan $v$ dalam m/min dan $d$ dalam mm (Contoh 5). Kecepatan potong bergantung pada bahan benda kerja dan mata bor; tabel pabrik alat menjadi acuan.
2. Titik awal: penitik atau bor senter agar mata bor tidak berjalan.
3. Lubang bertahap untuk diameter besar: lubang pandu kecil lalu diperbesar.
4. Pendingin untuk baja; banyak besi tuang dibor kering; baja tahan karat dibor dengan putaran lebih rendah dan makan yang tetap agar tidak mengeras.
5. Penjepitan: benda kecil dijepit ragum atau klem, tidak dipegang tangan. Mata bor yang tersangkut memutar benda kerja dengan torsi penuh mesin.
6. Membuang bram di kedua sisi lubang. Handbook yang sama menjelaskan champer pada lubang sebagai pemutusan tepi sudut tempat tegangan dapat menumpuk; bab kekuatan komponen menjelaskan mengapa.

Handbook itu juga bertanya apakah pengerjaan akhir diperlukan agar ukuran lubang masuk toleransi. Mata bor saja jarang memberi lubang dengan toleransi suaian; lubang presisi dibor sedikit kurang lalu diluaskan dengan perimer atau dibubut dalam.

Mengetap ulir

Handbook istilah teknik mesin dalam narasi menggambarkan tap sebagai alat yang berulir dan beralur untuk memberi sisi potong. Handbook teknik manufaktur mencatat bahwa tap harus diputar dan dimajukan tepat satu jarak ulir setiap putaran, bahwa fungsi penting tap adalah membuang serpih dari lubang, bahwa lubang inti untuk tap pembentuk harus lebih besar daripada untuk tap potong, dan bahwa ukuran lubang teoretis ditentukan dari persentase ulir yang diinginkan.

1. Ukuran lubang tap. Untuk ulir metrik kasar dengan tap potong, aturan yang umum adalah diameter nominal dikurangi jarak ulir, misalnya M8 × 1,25 dengan lubang 6,8 mm (nilai literatur umum; Contoh 6). Aturan ini memberi kira-kira tiga perempat tinggi ulir penuh, yang cukup kuat dan jauh lebih mudah ditap daripada ulir penuh.
2. Urutan tap tangan: tap awal yang tirus, lalu tap antara dan tap akhir untuk lubang buntu.
3. Putar setengah, mundur seperempat untuk memutus serpih pada tap tangan, dan pakai pelumas tap.
4. Tegak lurus: tap yang miring mematahkan dirinya atau membuat ulir miring.
5. Lubang buntu dibor lebih dalam daripada panjang ulir agar serpih dan ujung tirus tap punya ruang.
6. Ulir rusak pada logam lunak diperbaiki dengan sisipan ulir menurut pabriknya, bukan dengan ulir yang lebih besar bila baut harus tetap ukuran aslinya. Bab baut dan sambungan ulir membahas torsi pada ulir aluminium.

Mengenali ulir metrik dan inci

Mesin laundry dan dapur dari pabrik yang berbeda memakai ulir metrik atau ulir inci, dan manual washer-extractor yang dikutip di bab baut memakai ukuran inci. Dua ulir yang mirip mudah tertukar: baut 3/8-16 berdiameter 9,525 mm dengan jarak ulir $25{,}4/16 = 1{,}588$ mm, sedangkan M10 × 1,5 berdiameter 10 mm dengan jarak ulir 1,5 mm. Mur M10 dapat masuk satu atau dua putaran pada baut 3/8-16 lalu macet, dan bila dipaksa merusak kedua ulir.

Cara memastikan ulir:

1. Ukur diameter luar baut dengan jangka sorong, atau diameter dalam lubang ulir dengan pengukur ulir dalam.
2. Ukur jarak ulir dengan pengukur ulir: lembar yang giginya masuk rapat tanpa celah di sepanjang beberapa ulir menunjukkan ukurannya, dalam milimeter untuk metrik atau ulir per inci untuk ulir inci.
3. Periksa tanda kepala baut: kelas metrik ditulis angka seperti 8.8, sedangkan kelas inci ditandai garis-garis di kepala, seperti dijelaskan di bab baut.
4. Simpan baut dan mur menurut sistemnya di tempat terpisah dan berlabel, agar baut inci dari mesin satu tidak terpasang di lubang metrik mesin lain.

Ulir pipa adalah keluarga lain lagi, dengan ukuran nominal yang tidak sama dengan diameter luarnya; bab material pipa membahas ulir pipa dan perapatnya.

Menggerinda dengan aman

Gerinda tangan dan gerinda duduk adalah alat bengkel yang paling sering mencederai. Batu gerinda berputar sangat cepat, dan batu yang pecah melemparkan pecahannya dengan energi besar. Handbook teknik manufaktur mencatat contoh batu gerinda yang peka terhadap panas sehingga kecepatan kelilingnya dibatasi 60 m/s. Aturannya:

1. Kecepatan izin batu yang tercetak pada batu harus sama atau lebih besar daripada kecepatan keliling pada putaran gerinda tanpa beban (Contoh 8). Batu besar tidak dipasang pada gerinda berputaran tinggi.
2. Uji ketuk dan periksa retak sebelum dipasang; batu yang jatuh tidak dipakai.
3. Pelindung terpasang dan sandaran benda kerja pada gerinda duduk disetel dekat batu.
4. Berdiri di samping saat menyalakan dan biarkan berputar sebentar.
5. Kacamata dan pelindung muka, pelindung telinga, dan sarung tangan yang sesuai, ditambah masker bila debu berbahaya.
6. Percikan api dijauhkan dari bahan mudah terbakar, debu serat, dan pelarut, keadaan yang biasa ada di ruang laundry.
7. Batu yang benar untuk bahan: batu untuk baja tidak dipakai untuk aluminium karena pori batu tersumbat dan batu memanas.

Mencatat hasil ukur

Catatan pengukuran memuat komponen, titik ukur, alat dan nomor kalibrasinya, suhu benda, angka setiap pengulangan, batas toleransi dari gambar atau manual, dan keputusan. Catatan seperti ini memungkinkan teknisi lain memeriksa kesimpulan dan melihat tren aus dari waktu ke waktu, seperti dibahas di Bab 2 · Data & Pengukuran. Alat ukur disimpan bersih, dilumasi tipis, dan diperiksa terhadap acuan menurut jadwal; mikrometer yang jatuh diperiksa dulu sebelum dipakai lagi.

Contoh kerja

Contoh 1. Membaca jangka sorong. Garis nol nonius berada sedikit melewati 23 mm pada skala utama, dan garis nonius ke-17 paling segaris. Dengan resolusi 0,02 mm: $23 + 17 \times 0{,}02 = 23{,}34$ mm.

Contoh 2. Membaca mikrometer. Selongsong memperlihatkan 12,5 mm, dan garis timbel ke-37 segaris dengan garis acuan: $12{,}5 + 0{,}37 = 12{,}87$ mm.

Contoh 3. Celah suaian. Lubang 25,000 sampai 25,021 mm dan poros 24,980 sampai 24,993 mm (angka latihan). Celah paling kecil $25{,}000 - 24{,}993 = 0{,}007$ mm, celah paling besar $25{,}021 - 24{,}980 = 0{,}041$ mm. Suaian ini selalu longgar.

Contoh 4. Tumpukan toleransi. Tiga bagian bersusun 20 ± 0,05, 30 ± 0,05, dan 15 ± 0,02 mm. Panjang total nominal 65 mm dengan toleransi keadaan terburuk $\pm (0{,}05 + 0{,}05 + 0{,}02) = \pm 0{,}12$ mm, sesuai catatan handbook bahwa toleransi dijumlahkan.

Contoh 5. Putaran bor. Mata bor baja kecepatan tinggi 8 mm pada baja lunak dengan kecepatan potong 25 m/min (angka latihan): $n = 1.000 \times 25/(\pi \times 8) = 995$ rpm, sehingga dipilih tingkat putaran mesin terdekat di bawahnya.

Contoh 6. Lubang tap. M8 × 1,25: $8 - 1{,}25 = 6{,}75$ mm, dibulatkan ke mata bor 6,8 mm. M10 × 1,5: $10 - 1{,}5 = 8{,}5$ mm. Bila yang dipakai mata bor 6,5 mm untuk M8, tap memotong lebih banyak logam dan mudah patah, seperti ulir yang robek pada kasus pembuka.

Contoh 7. Lonjong dan tirus lubang. Lubang diukur 52,018 dan 52,031 mm pada dua arah di mulut, dan 52,012 dan 52,016 mm di dasar (angka latihan). Lonjong di mulut $0{,}013$ mm dan tirus sekitar $0{,}011$ mm: mulut lubang aus lebih banyak, tanda cincin luar pernah berputar.

Contoh 8. Kecepatan batu gerinda. Batu 125 mm pada gerinda 11.000 rpm: $v = \pi \times 0{,}125 \times 11.000/60 = 72$ m/s, sehingga batu harus bertanda sekurang-kurangnya 72 m/s, misalnya 80 m/s. Batu 230 mm pada gerinda 6.600 rpm memberi 79,5 m/s; batu 230 mm tidak boleh dipasang pada gerinda 11.000 rpm.

Contoh 9. Ukuran lubang aluminium yang hangat. Lubang rumah aluminium 100 mm diukur pada 35 °C, sedangkan acuan 20 °C. Dengan $\alpha$ aluminium sekitar $23 \times 10^{-6}$ K⁻¹ (nilai literatur umum): $\Delta L = 23 \times 10^{-6} \times 100 \times 15 = 0{,}035$ mm. Pada baja dengan $12 \times 10^{-6}$ K⁻¹ perbedaannya 0,018 mm. Keduanya lebih besar daripada sebagian toleransi suaian bantalan.

Kondisi berhenti

Hentikan pekerjaan bila:

1. Komponen akan diukur atau dikerjakan di mesin yang belum dimatikan, dikunci, diberi tanda, dan didinginkan; ikuti Bab 1 · Keselamatan.
2. Batu gerinda tidak bertanda kecepatan, retak, pernah jatuh, atau kecepatan izinnya di bawah kecepatan keliling gerinda.
3. Gerinda atau bor akan dipakai tanpa pelindung, kacamata, atau penjepit benda kerja.
4. Percikan api akan diarahkan ke dekat serat, debu, pelarut, atau bahan kimia yang mudah terbakar.
5. Ukuran komponen yang menentukan keselamatan berada di luar toleransi dan perbaikan akan dilakukan dengan mengikis, menggerinda, atau mengganjal tanpa persetujuan pabrik.
6. Alat ukur belum diperiksa terhadap acuan, sedangkan keputusannya bergantung pada selisih beberapa mikrometer.

Salah tafsir yang sering terjadi

"Jangka sorong digital lebih teliti karena ada tiga desimal." Angka di layar bukan ketelitian; gaya ukur, rahang, dan suhu menentukan.

"Pas menurut katalog berarti baik." Ukuran harus dibandingkan dengan batas toleransi pada suhu acuan.

"Toleransi rakitan sama dengan toleransi setiap bagian." Toleransi dijumlahkan, sehingga rakitan lebih lebar.

"Lubang tap kecil membuat ulir lebih kuat." Lubang yang terlalu kecil mematahkan tap dan merobek ulir.

"Semua batu gerinda bisa dipasang asal lubangnya cocok." Kecepatan izin dan jenis batu harus sesuai gerinda dan bahan.

"Mata bor memberi lubang berukuran tepat." Lubang bor biasanya sedikit lebih besar dan kurang bulat daripada mata bornya.

Hubungan dengan bab lain

Bab 1 · Data & Pengukuran memberi kalibrasi dan ketidakpastian, Bab 2 · Data & Pengukuran ringkasan data, Fisika 183 pemuaian, bab baut ulir dan torsi pada logam lunak, bab bantalan suaian dan shim, bab poros dan kopling jam ukur, bab kekuatan komponen konsentrasi tegangan, dan Bab 1 · Keselamatan kondisi berhenti. Bab 1 · Kerja Lapangan & Serah Terima membahas persiapan perbaikan dan dokumentasi.

Latihan dan pembahasan

Untuk setiap soal, tuliskan rumus, hitungan, atau alasannya.

1. Skala utama jangka sorong menunjukkan 41 mm dan garis nonius ke-23 segaris, resolusi 0,02 mm. Berapa ukurannya?
2. Lubang 30,000 sampai 30,021 mm dan poros 30,015 sampai 30,028 mm. Berapa celah atau sesak paling besar dan paling kecil?
3. Berapa putaran mata bor 12 mm pada kecepatan potong 20 m/min?
4. Berapa ukuran lubang tap untuk M6 × 1,0 dan M12 × 1,75?
5. Mengapa resolusi alat ukur dipilih sekitar sepersepuluh toleransi?
6. Mengapa batu gerinda 230 mm tidak dipasang pada gerinda 11.000 rpm?

Kunci jawaban beralasan

1. $41 + 23 \times 0{,}02 = 41{,}46$ mm, dari skala utama ditambah bacaan nonius.
2. Sesak paling besar $30{,}028 - 30{,}000 = 0{,}028$ mm; celah paling besar $30{,}021 - 30{,}015 = 0{,}006$ mm, sehingga ini suaian transisi.
3. $n = 1.000 \times 20/(\pi \times 12) = 531$ rpm, lalu dipilih putaran mesin terdekat di bawahnya.
4. $6 - 1{,}0 = 5{,}0$ mm dan $12 - 1{,}75 = 10{,}25$ mm, dibulatkan ke mata bor 10,2 mm.
5. Alat yang kasar tidak dapat membedakan bagian yang hampir di batas dari yang di luar batas toleransi.
6. Kecepatan kelilingnya sekitar 132 m/s, jauh di atas kecepatan izin batu, sehingga batu dapat pecah.

Referensi