Mesin Freis

Proses freis adalah proses menghilangkan sebagian bahan/material untuk membentuk permukaan eksternal yang dilakukan oleh pahat bermata potong jamak yang melakukan gerak potong berupa putaran dan benda kerja bergerak secara translasi sebagai gerak makan. Dimana hal ini untuk menghilangkan sebagian dari material yang tidak diinginkan sehingga benda kerja mencapai dimensi, toleransi dan tingkat penyelesaian yang telah direncanakan sebelumnya. Secara umum, jenis pahat freis (milling cutter) dapat digolongkan menjadi dua yaitu
pahat freis selubung (slub milling cutter) dan pahat freis muka (face milling cutter), yang dapat dilihat pada gambar 1. Pahat freis termasuk pahat bermata potong jamak dengan jumlah mata potong sama dengan jumlah gigi freis (z). Berdasarkan jenis pahat yang digunakan, ada dua cara dalam proses freis yaitu mengefreis datar (slab milling) dengan sumbu putaran pahat freis selubung sejajar permukaan benda kerja, dan mengefreis tegak (face milling) dengan sumbu putaran pahat freis muka tegak lurus permukaan benda kerja. Kemudian mengefreis datar dibedakan menjadi dua macam cara, yaitu : mengefreis naik (up milling) dan mengefreis turun (down milling).

Pada proses turun, akan menyebabkan benda kerja lebih tertekan ke meja dan meja terdorong oleh pahat yang mungkin suatu saat (secara periodik) gaya dorongnya akan melebihi gaya dorong ulir/roda gigi penggerak meja. Apabila sistem kompensasi “keterlambatan gerak balik” (back lash compensator) tidak baik, maka dapat menimbulkan adanya getaran bahkan kerusakan pada mesin. Proses freis naik lebih banyak digunakan karena alasan tersebut, akan tetapi keausan pahat lebih cepat karena mata potong lebih banyak menggesek benda kerja yaitu pada saat pahat mulai memotong (dimulai dengan ketebalan geram nol) dan selain itu permukaan benda yang dihasilkan akan lebih kasar. Dengan semakin baiknya konstruksi mesin, maka mengefreis turun cenderung dipilih karena lebih produktif dan benda kerja yang dihasilkan lebih halus. Karena pemotongan dimulai dengan ketebalan geram yang besar maka mengefreis turun tidak dianjurkan pada permukaan benda kerja yang terlalu keras [Rochim, 1993].

Mesin Freis

 
Mesin freis adalah mesin perkakas yang digunakan untuk menyelesaikan suatu benda kerja dengan mempergunakan pisau freis (cutter) sebagai pahat pemotong yang berputar pada sumbu mesin [Indaryanto, 1996].
Mesin freis datar dan tegak ditunjukkan berturut-turut secara skematis dalam gambar 2(a) dan 2(b). Pahat freis dengan diameter tertentu dipasangkan pada poros utama (spindle) mesin freis dengan perantara poros pemegang/arbor (untuk pahat freis selubung) atau langsung melalui hubungan poros dan lubang konis/rotary  head (untuk pahat freis muka yang mempunyai poros konis). Seperti halnya mesin bubut, putaran poros utama dapat dipilih sesuai dengan tingkatan putaran yang tersedia pada mesin freis. Posisi sumbu poros utama mesin freis dapat horizontal maupun vertikal, tergantung pada jenis mesinnya, dapat dilihat pada gambar 2 [Rochim, 1993]. Benda kerja yang dipasangkan pada meja dapat diatur kecepatan makannya tergantung pada harga gerak makan pergigi yang diinginkan. Besarnya kecepatan makan antara lain dipengaruhi oleh besarnya jumlah gigi pahat freis (z). Untuk kecepatan makan yang sama maka gerak makan pergigi (fz) menjadi berlainan bila jumlah gigi berbeda. Kedalaman potong (a) diatur dengan cara menaikkan meja melalui roda pemutar untuk menggeserkan lutut pada tiang mesin freis.

Pada proses freis benda kerja dicekam dengan aman pada bagian atas meja mesin. Kemudian benda kerja tersebut ikut bergerak seiring dengan bergeraknya meja, dan terjadi pemotongan saat bersentuhan dengan putaran pahat.

Mesin freis merupakan suatu mesin serbaguna yang mampu menangani berbagai operasi secara normal yang dilakukan oleh mesin lain. Mesin freis digunakan tidak hanya untuk pemotongan permukaan pelat dan poros tidak beraturan tetapi juga untuk pembuatan roda gigi dan ulir, dan operasi lainnya seperti drilling dan boring.

Pahat Freis 

 
Proses pembentukan geram dengan cara pemesinan berlangsung dengan cara mempertemukan dua jenis material. Untuk menjamin kelangsungan proses ini, maka jelas diperlukan material pahat yang lebih baik/unggul dari material benda kerja. Keunggulan tersebut dapat dicapai karena pahat dibuat dengan memperhatikan segi tertentu, yaitu [Rochim, 1993] :

1.    Kekerasan, yang cukup tinggi melebihi kekerasan benda kerja tidak saja pada temperatur ruangan di sekitar peralatan, tetapi juga pada temperatur tinggi pada saat proses pembentukkan geram berlangsung.
2.    Keuletan, yang cukup besar untuk menahan beban kejut yang terjadi pada saat proses pemesinan berlangsung, dimana benda kerja mengandung partikel/bagian logam yang keras (hard spot).
3.    Ketahanan beban kejut termal, diperlukan bila terjadi perubahan temperatur yang cukup besar secara berkala atau periodik.
4.    Sifat adhesi yang rendah, untuk mengurangi afinitas benda kerja terhadap pahat, mengurangi laju keausan, serta penurunan gaya pemotongan.
5.    Daya larut elemen/komponen material pahat yang rendah, dibutuhkan untuk memperkecil laju keausan akibat mekanisme difusi.
Kekerasan yang rendah dan daya adhesi yang tinggi tidak diinginkan, sebab dapat terjadi deformasi pada mata potong dan keausan pada pahat. Keuletan yang rendah serta ketahanan beban kejut termal yang kecil juga mengakibatkan rusaknya mata potong maupun retak mikro yang dapat menimbulkan kerusakan yang fatal. Akan tetapi tidak semua sifat-sifat tersebut dapat dipenuhi secara berimbang. Pada umumnya kekerasan dan daya tahan termal yang dipertinggi selalu diikuti oleh penurunan keuletan. Berbagai penelitian telah dilakukan untuk mempertinggi kekerasan dan menjaga agar keuletan tidak terlalu rendah sehingga pahat tersebut dapat digunakan pada kecepatan potong yang tinggi yang dapat menaikkan produktifitas yang tinggi.