Rangka Baja Lasan vs Basis Mesin Coran Mineral untuk Peredaman Getaran

PFT, Shenzhen

Abstrak

Desain basis mesin memainkan peran penting dalam menstabilkan akurasi pemesinan dengan mengendalikan getaran. Penelitian ini membandingkan basis baja las dan basis beton mineral dari segi efisiensi peredaman getaran. Model elemen hingga dikembangkan, dan pengujian modal dilakukan untuk mengevaluasi frekuensi alami, rasio redaman, dan respons perpindahan di bawah beban pemotongan yang disimulasikan. Hasil menunjukkan bahwa basis beton mineral memiliki kapasitas peredaman 18–25% lebih tinggi dibandingkan basis baja las, terutama pada kisaran frekuensi 200–500 Hz. Namun, baja las menunjukkan keunggulan dalam kekakuan struktural dan biaya awal yang lebih rendah. Temuan ini memberikan bukti kuantitatif untuk memilih material basis mesin sesuai dengan prioritas kinerja.

1 pengantar

Basis alat mesin merupakan faktor fundamental bagi stabilitas keseluruhan sistem. Getaran yang terjadi selama proses pemesinan kecepatan tinggi secara langsung mempengaruhi ketepatan dimensi, keausan alat potong, dan kualitas permukaan. Pemilihan material untuk struktur basis menentukan tingkat kekakuan dan kemampuan peredaman. Meskipun konstruksi baja lasan telah banyak diadopsi karena kemudahan dalam proses fabrikasi, basis dari coran mineral semakin mendapat perhatian berkat kinerja peredaman yang lebih baik. Artikel ini membahas perbedaan kuantitatif antara kedua material tersebut dalam kondisi eksperimental terkendali.

2 Metode Penelitian

2.1 Pendekatan Desain

Dua prototipe basis dengan geometri identik dibuat: satu dari pelat baja lasan dan satu lagi dari komposit coran mineral. Kedua desain mematuhi dimensi standar basis alat mesin (1,2 m × 0,8 m × 0,6 m).

2.2 Sumber Data

• Sifat material diambil dari lembar data pemasok dan diverifikasi melalui uji kekuatan tarik dan tekan.

• Data uji getaran dikumpulkan dari eksperimen internal yang dilakukan antara Mei hingga Juli 2025.

2.3 Alat dan Model Eksperimental

• Analisis Elemen Hingga (FEA): ANSYS 2024 digunakan untuk memodelkan frekuensi modus dan distribusi tegangan.

• Pengujian Modus: Palu terukur dan akselerometer (PCB Piezotronics, Model 352C) merekam respons dinamis.

• Pemrosesan sinyal: Fungsi respons frekuensi dianalisis dengan MATLAB R2024b untuk mengekstrak rasio redaman.

Semua prosedur diulang sebanyak tiga kali untuk memastikan reproduksibilitas.

3 Hasil dan Analisis

3.1 Frekuensi Alami

Tabel 1 merangkum tiga frekuensi alami pertama. Sambungan las baja menunjukkan nilai yang sedikit lebih tinggi karena kekakuan yang lebih besar.

Tabel 1 Frekuensi alami baja dibandingkan dengan basis mineral cast

3.2 Rasio Peredaman

Gambar 1 memperlihatkan perbandingan rasio peredaman. Mineral cast mencapai hingga 0,042, sedangkan baja tetap di bawah 0,034.

Gambar 1 Rasio peredaman untuk basis baja dan mineral cast (diukur pada rentang 200–500 Hz)

3.3 Respon Perpindahan

Dengan gaya eksitasi yang setara (300 N), basis mineral cast mengurangi amplitudo perpindahan puncak sebesar rata-rata 21%.

3.4 Analisis Perbandingan

Studi yang ada [1–2] melaporkan peningkatan peredaman sebesar 15–20% untuk material mineral cast. Temuan saat ini mengonfirmasi dan memperluas hasil tersebut dengan menggunakan prototipe struktural langsung, menyoroti keunggulan konsisten dalam rentang frekuensi menengah.

4 Diskusi

Kemampuan peredaman yang unggul dari mineral cast terutama disebabkan oleh mikrostruktur kompositnya, di mana agregat yang diikat polimer meredam energi getaran melalui gesekan internal. Steel weldments, meskipun kurang efisien dalam meredam getaran, memberikan kekakuan struktural yang lebih tinggi, yang menguntungkan aplikasi dengan beban berat.

Keterbatasan:

• Efek termal tidak disertakan dalam penelitian ini, meskipun dapat mempengaruhi stabilitas jangka panjang.

• Hanya satu konfigurasi geometris yang diuji, sehingga membatasi penerapan hasil pada desain mesin lainnya.

Implikasi Praktis:

• Mineral cast direkomendasikan untuk pusat permesinan kecepatan tinggi di mana peredaman getaran secara langsung meningkatkan umur alat potong dan kualitas permukaan.

• Steel weldments tetap cocok untuk aplikasi yang sensitif terhadap biaya dengan beban pemotongan berat.

5 Kesimpulan

Pengujian kuantitatif menunjukkan bahwa basis berbahan mineral cast memberikan peredaman getaran 18–25% lebih baik dibandingkan baja las, terutama pada kisaran 200–500 Hz. Baja las masih memiliki keunggulan dalam hal kekakuan dan biaya produksi yang lebih rendah. Penelitian di masa depan sebaiknya mencakup uji siklus termal dan struktur basis hibrida untuk menggabungkan keuntungan dari kedua material tersebut.