NOTA PENGAJIAN KEJURUTERAAN MEKANIKAL TINGKATAN 5 BAB 1

Ringkasan Mudah Difahami (Nota Pengajian Kejuruteraan Mekanikal Tingkatan 5 Bab 1:

Panduan ini merangkumi empat proses utama dalam pembuatan kejuruteraan mekanikal: pengukuran dan penandaan, pemotongan, penyambungan, dan pembentukan. Setiap proses melibatkan penggunaan alatan, mesin, dan prosedur khusus untuk menghasilkan produk yang berkualiti dan menepati spesifikasi.

Unit 5.1: Pengukuran dan Penandaan

Proses ini adalah asas dalam bidang kejuruteraan untuk mendapatkan nilai yang tepat dan membuat tanda panduan pada bahan kerja sebelum dimesin.

• Pengukuran: Proses mengukur atau menyukat sesuatu menggunakan alat yang tepat.

    ◦ Pembaris Keluli: Mengukur jarak lurus, membina garisan lurus, dan menguji kerataan permukaan.

    ◦ Jangka Sudut Vernier: Alat jitu untuk mengukur, menanda, dan menguji sudut dengan ketepatan sehingga 5 minit (5′) atau 1/20 darjah.

    ◦ Angkup Vernier: Alat pengukuran kejituan tinggi (sehingga 0.02 mm) untuk mengukur panjang, diameter luar, diameter dalam, dan kedalaman.

    ◦ Mikrometer: Alat pengukuran dengan kejituan sangat tinggi (0.01 mm) untuk mengukur saiz yang sangat kecil seperti ketebalan dan diameter. Terdapat jenis mikrometer luar, dalam, dan tolok dalam.

    ◦ Sesiku L: Menguji ketepatan sudut 90°, membuat garisan lurus, melaras bahan kerja, dan menguji kerataan.

• Penandaan: Proses membuat tanda seperti garisan, bulatan, dan pusat pada permukaan logam sebagai panduan untuk pemotongan atau pemesinan.

    ◦ Penggarit: Alat bermata tajam untuk membuat garisan pada permukaan bahan kerja.

    ◦ Tolok Pembahagi: Digunakan untuk menanda garisan lengkuk atau bulatan, memindahkan ukuran, dan menguji jarak.

    ◦ Penanda Pusat: Digunakan untuk membuat tanda titik pada logam sebelum kerja menggerudi dimulakan.

Unit 5.2: Pemotongan

Proses ini melibatkan penggunaan alatan tangan atau mesin untuk memotong bahan kerja mengikut saiz yang dikehendaki.

• Alatan Tangan:

    ◦ Gergaji Tangan: Memotong bahan logam secara manual dalam kuantiti kecil.

    ◦ Kikir: Digunakan untuk mengurangkan ketebalan, melicinkan permukaan, dan membentuk bahan. Jenis-jenisnya termasuk kikir rata, bulat, separuh bulat, segi tiga, segi empat, dan jarum.

    ◦ Pahat: Digunakan bersama tukul untuk memotong dan menatal logam.

    ◦ Gunting Logam: Memotong kepingan logam nipis (terhad kepada 1 mm).

• Mesin Pemotongan:

    ◦ Mesin Gerudi: Membuat lubang tembus atau buntu. Jenisnya termasuk gerudi tangan, meja, tiang, dan jejarian.

    ◦ Mesin Larik: Melakukan kerja seperti melarik selari, menggerudi, membenang, dan menggerek pada bahan kerja yang berpusing.

    ◦ Mesin Kisar: Memotong logam secara menyerpih menggunakan mata pemotong berbilang hujung.

    ◦ Mesin Canai: Proses pembuangan logam menggunakan roda pencanai, biasanya untuk menajamkan alatan atau menghasilkan kemasan permukaan yang jitu.

• Mesin Lanjutan:

    ◦ CNC (Computer Numerical Control): Mesin automatik yang dikawal oleh komputer untuk menghasilkan produk yang rumit dan berkejituan tinggi secara seragam.

    ◦ EDM (Electrical Discharge Machine): Memotong bentuk rongga logam yang kompleks menggunakan nyahcas elektrik.

    ◦ Mesin Pemotong Plasma & Laser: Menggunakan haba lampau untuk memotong kepingan logam dengan pantas dan tepat.

Unit 5.3: Penyambungan

Proses ini melibatkan pencantuman dua atau lebih komponen untuk menghasilkan satu produk.

• Sambungan Tidak Kekal: Sambungan yang boleh dibuka, dipasang semula, dan diselenggara.

    ◦ Bolt & Nat: Pengikat berulir yang paling lazim digunakan.

    ◦ Sesendal: Digunakan bersama bolt dan nat untuk mengagihkan beban dan mengelakkan kelonggaran akibat getaran.

    ◦ Stad: Rod berulir tanpa kepala, digunakan bersama nat.

    ◦ Skru: Pengikat berulir yang digunakan secara meluas untuk pelbagai bahan.

• Sambungan Kekal: Sambungan yang menghasilkan ikatan yang kuat, kukuh, dan tidak boleh diubah.

    ◦ Rivet: Pengikat kekal yang digunakan dalam pembinaan kapal, bas, dan jambatan.

    ◦ Kimpalan: Proses mencantum logam dengan cara meleburkan permukaan logam. Tiga jenis utama ialah:

        ▪ SMAW (Kimpalan Arka Logam Berperisai): Menggunakan elektrod bersalut.

        ▪ GMAW/MIG (Kimpalan Arka Logam Gas): Menggunakan dawai elektrod berterusan dan dilindungi gas lengai.

        ▪ GTAW/TIG (Kimpalan Arka Gas Tungsten): Menggunakan elektrod tungsten yang tidak lebur dan dilindungi gas lengai.

    ◦ Perekat: Menggunakan bahan seperti gam (cyanoacrylates), epoksi, atau pita pelekat untuk mengikat komponen.

Unit 5.4: Pembentukan

Proses ini membentuk bahan mentah menjadi produk akhir yang berfungsi melalui pelbagai kaedah.

• Tempa (Forging): Pembentukan logam dengan mengenakan daya tekanan dan mampatan, sama ada dalam keadaan panas atau sejuk.

• Tuangan (Casting): Proses di mana logam dipanaskan sehingga lebur dan dituangkan ke dalam acuan untuk dibiarkan memejal.

    ◦ Tuangan Pasir: Menggunakan acuan yang diperbuat daripada pasir; kos murah dan sesuai untuk pelbagai saiz produk.

    ◦ Tuangan Die: Logam lebur disuntik ke dalam acuan keluli (die) pada tekanan tinggi; sesuai untuk pengeluaran besar-besaran komponen kecil.

    ◦ Tuangan Lilin (Investment Casting): Menggunakan corak acuan daripada lilin yang disalut seramik untuk menghasilkan produk yang rumit dan jitu.

• Acuan (Moulding): Membentuk bahan mentah cair (seperti plastik, kaca) menggunakan blok berongga (acuan).

• Lipatan (Folding) & Bengkokan (Bending): Teknik kerja tekan untuk membentuk lembaran logam menjadi produk tiga dimensi atau bentuk tertentu (L, U, V, dll.).

• Pembuatan Bahan Tambah (Additive Manufacturing): Teknologi Revolusi Industri 4.0 seperti Pencetakan 3D, yang membina objek secara lapisan demi lapisan daripada data model 3D.

Soalan Kemahiran Berfikir Aras Tinggi (KBAT)

1. Soalan: Berdasarkan prinsip membaca angkup vernier dengan kejituan 0.02 mm dan 0.05 mm, jelaskan mengapa perbezaan bilangan senggatan pada skala vernier dan hubungannya dengan skala utama mempengaruhi tahap kejituan alat tersebut. Jawapan: Tahap kejituan angkup vernier ditentukan oleh perbezaan terkecil yang boleh dibacanya, yang dikira daripada hubungan antara skala utama dan skala vernier.

• Untuk Kejituan 0.02 mm: 50 senggatan skala vernier adalah bersamaan dengan 49 mm (49 senggatan) pada skala utama. Ini bermakna setiap senggatan vernier ialah 49/50 = 0.98 mm. Perbezaan antara satu senggatan skala utama (1 mm) dan satu senggatan skala vernier (0.98 mm) ialah 1 – 0.98 = 0.02 mm. Bilangan senggatan yang lebih banyak pada skala vernier dalam ruang yang lebih kecil membolehkan pembahagian bacaan yang lebih halus dan jitu.

• Untuk Kejituan 0.05 mm: 20 senggatan skala vernier adalah bersamaan dengan 19 mm (19 senggatan) pada skala utama. Setiap senggatan vernier ialah 19/20 = 0.95 mm. Perbezaannya ialah 1 – 0.95 = 0.05 mm. Kesimpulannya, semakin kecil perbezaan nilai antara satu senggatan skala utama dengan satu senggatan skala vernier, semakin tinggi kejituan alat tersebut. Ini dicapai dengan memadankan bilangan senggatan yang berbeza (cth: 50 vs 49 atau 20 vs 19) di antara kedua-dua skala.

2. Soalan: Proses tempa (Forging) dikelaskan kepada kerja panas dan kerja sejuk. Bandingkan kedua-dua proses ini dan justifikasikan mengapa seorang jurutera mungkin memilih kerja tempa panas berbanding kerja tempa sejuk untuk menghasilkan komponen kritikal seperti rod penyambung enjin. Jawapan:

• Perbandingan:

    ◦ Kerja Tempa Panas: Dilakukan pada suhu tinggi. Ia mempunyai kemuluran, kekuatan, kelasakan, dan kebolehbentukan yang tinggi.

    ◦ Kerja Tempa Sejuk: Dilakukan pada suhu bilik. Ia mempunyai kemuluran, kelasakan, dan kebolehbentukan yang rendah, dengan kekuatan pada tahap sederhana.

• Justifikasi Pemilihan: Seorang jurutera akan memilih kerja tempa panas untuk komponen kritikal seperti rod penyambung enjin kerana proses ini memberikan sifat mekanikal yang unggul. Suhu tinggi membolehkan struktur butiran logam dihalusi dan disusun semula, menghasilkan komponen dengan kekuatan dan kelasakan yang sangat tinggi, yang penting untuk menahan tekanan dan daya yang ekstrem di dalam enjin. Walaupun kerja tempa sejuk boleh meningkatkan kekerasan permukaan, ia tidak memberikan peningkatan kekuatan dalaman dan rintangan lesu yang sama seperti kerja tempa panas. Kebolehbentukan yang tinggi semasa tempa panas juga membolehkan pembentukan bentuk yang kompleks dengan lebih mudah tanpa menimbulkan keretakan atau tegasan dalaman yang berlebihan.

3. Soalan: Revolusi Industri 4.0 memperkenalkan konsep seperti Pembuatan Bahan Tambah (Pencetakan 3D). Bagaimanakah teknologi ini boleh mengubah cara projek pemotongan (Plat A dan Plat B) yang digariskan dalam teks dilaksanakan, terutamanya dari segi reka bentuk prototaip dan pengeluaran? Jawapan: Teknologi Pembuatan Bahan Tambah (Pencetakan 3D) boleh merevolusikan pelaksanaan projek pemotongan tersebut dalam beberapa cara:

1. Prototaip Pantas (Rapid Prototyping): Sebelum memotong logam sebenar, murid boleh mereka bentuk Plat A dan Plat B menggunakan perisian CAD dan mencetak prototaip menggunakan pencetak 3D. Ini membolehkan mereka menguji padanan dan fungsi kedua-dua plat secara fizikal dengan kos yang jauh lebih rendah dan masa yang lebih singkat. Sebarang kesilapan reka bentuk dapat dikesan dan diperbetulkan pada fasa digital sebelum bahan sebenar digunakan.

2. Pengoptimuman Reka Bentuk: Pencetakan 3D membolehkan penciptaan reka bentuk yang lebih rumit dan dioptimumkan yang mungkin sukar atau mustahil dicapai dengan kaedah pemotongan dan penggerudian konvensional. Sebagai contoh, struktur dalaman boleh dibuat berongga dengan corak tertentu untuk mengurangkan berat tanpa menjejaskan kekuatan.

3. Pengeluaran Tersuai: Jika setiap kumpulan memerlukan sedikit variasi pada reka bentuk, pencetakan 3D membolehkan pengeluaran tersuai dilakukan dengan mudah tanpa perlu menukar alatan mesin. Fail CAD hanya perlu diubah suai dan dicetak semula. Ini berbeza dengan kaedah tradisional yang memerlukan pelarasan jig, alatan, dan mesin yang rumit untuk setiap perubahan.

4. Soalan: Huraikan bagaimana prinsip fizikal yang berbeza digunakan oleh mesin pemotong plasma dan mesin pemotong laser untuk memotong kepingan logam. Apakah faktor yang akan mempengaruhi pilihan antara kedua-dua mesin ini untuk sesuatu tugasan? Jawapan:

• Prinsip Fizikal:

    ◦ Mesin Pemotong Plasma: Menggunakan gas (seperti nitrogen atau argon) yang diionkan dengan tenaga elektrik untuk menghasilkan jet plasma yang sangat panas (antara 11,000°C hingga 27,000°C). Jet plasma berkelajuan tinggi ini mencairkan logam dan meniup bahan lebur tersebut keluar, menghasilkan potongan.

    ◦ Mesin Pemotong Laser: Menggunakan pancaran cahaya berkeamatan tinggi yang difokuskan melalui sistem kanta. Haba lampau yang terhasil daripada pancaran laser ini akan membakar, mencairkan, atau mengewapkan bahan pada titik fokus, dan gas bantuan (seperti oksigen) digunakan untuk menyingkirkan bahan lebur bagi menghasilkan potongan yang bersih.

• Faktor Pemilihan:

    ◦ Ketebalan Bahan: Pemotong plasma secara amnya lebih berkesan untuk memotong logam yang sangat tebal berbanding laser.

    ◦ Kejituan dan Kualiti Kemasan: Pemotong laser biasanya menghasilkan potongan yang lebih jitu, halus, dan dengan zon terjejas haba (heat-affected zone) yang lebih kecil, menjadikannya sesuai untuk kerja-kerja yang memerlukan ketepatan tinggi.

    ◦ Jenis Bahan: Laser boleh memotong bahan logam dan bukan logam, manakala plasma terhad kepada bahan konduktif elektrik (logam).

5. Soalan: Disiplin dan kemahiran adalah dua aspek yang saling berkaitan dalam kerja bengkel. Sekiranya seorang pekerja mempunyai kemahiran yang tinggi tetapi mengabaikan aspek disiplin seperti tidak mematuhi SOP, apakah potensi akibat negatif terhadap produk, peralatan, dan keselamatan diri? Berikan contoh. Jawapan: Pengabaian aspek disiplin oleh pekerja yang mahir boleh membawa kepada akibat yang sangat buruk:

1. Terhadap Produk: Walaupun mahir, sikap tidak berdisiplin seperti tergesa-gesa atau tidak membuat semakan ukuran secara berkala boleh menyebabkan kesilapan. Contoh: Seorang operator mesin larik yang mahir mungkin mengabaikan langkah menyemak ukuran diameter bahan kerja dengan angkup vernier secara berkala. Akibatnya, beliau mungkin memotong bahan kerja melebihi had toleransi, menyebabkan produk tersebut ditolak (reject) dan membazirkan bahan serta masa.

2. Terhadap Peralatan: Disiplin merangkumi penjagaan mesin. Tanpa disiplin, pekerja mungkin tidak membersihkan mesin selepas digunakan atau menggunakannya melebihi kapasiti yang ditetapkan. Contoh: Seorang pekerja yang tidak membersihkan mesin gerudi daripada serpihan logam selepas digunakan boleh menyebabkan serpihan tersebut masuk ke dalam komponen bergerak mesin, mengakibatkan kehausan pramatang atau kerosakan serius pada spindal atau motor.

3. Terhadap Keselamatan Diri: Ini adalah akibat yang paling berbahaya. Kemahiran tinggi boleh membawa kepada keyakinan berlebihan (overconfidence), menyebabkan pengabaian peraturan keselamatan asas. Contoh: Seorang pekerja mahir yang tidak memakai gogal keselamatan semasa menggunakan mesin canai meja kerana merasakan beliau boleh mengawal kerja dengan baik. Satu serpihan kecil logam yang panas boleh terpercik ke matanya, menyebabkan kecederaan serius atau buta, satu akibat yang tidak dapat dipulihkan walaupun dengan kemahiran yang tinggi.

Soalan Lazim (FAQ)

1. Apakah perbezaan utama antara Angkup Vernier dan Mikrometer? Walaupun kedua-duanya adalah alat pengukuran kejituan, fungsi dan tahap ketepatannya berbeza. Angkup vernier digunakan untuk mengukur panjang, diameter luar, diameter dalam, dan kedalaman lurah dengan ketepatan sehingga 0.02 mm. Mikrometer pula menawarkan kejituan yang lebih tinggi, mampu mengukur ukuran terkecil dengan tepat sehingga 0.01 mm, dan ia datang dalam jenis yang spesifik seperti mikrometer luar, dalam, dan tolok dalam untuk aplikasi yang berbeza.

2. Mengapakah pematuhan kepada Prosedur Operasi Standard (SOP) sangat penting semasa menggunakan mesin di bengkel? Pematuhan SOP adalah wajib untuk memastikan keselamatan pengguna, mesin, dan benda kerja. SOP menyediakan panduan langkah demi langkah yang perlu diikuti sebelum, semasa, dan selepas menggunakan mesin seperti mesin canai atau mesin gerudi. Ini termasuk memakai peralatan perlindungan diri, memeriksa keadaan mesin, memastikan benda kerja diikat kemas, dan membersihkan kawasan kerja selepas digunakan, sekali gus mengelakkan kemalangan dan kerosakan.

3. Apakah yang dimaksudkan dengan proses tuangan dan berikan tiga jenisnya? Tuangan adalah satu proses pembentukan di mana logam dipanaskan sehingga lebur dan kemudian dituangkan ke dalam acuan. Logam tersebut dibiarkan memejal melalui penyejukan sebelum dikeluarkan sebagai produk akhir. Tiga jenis proses tuangan yang diterangkan ialah:

• Tuangan Pasir: Menggunakan acuan yang diperbuat daripada campuran pasir silika dan tanah liat.

• Tuangan Die: Menggunakan acuan kekal (die) yang boleh diguna berulang kali, sesuai untuk pengeluaran besar-besaran komponen kecil.

• Tuangan Lilin (Lost Wax): Menggunakan corak acuan daripada lilin yang disalut bahan tahan panas seperti seramik untuk menghasilkan produk yang rumit dan jitu.

4. Apakah itu Pembuatan Bahan Tambah (Additive Manufacturing) dan bagaimana ia berbeza daripada kaedah pembuatan tradisional? Pembuatan Bahan Tambah, salah satu tonggak Revolusi Industri 4.0, adalah proses menyatukan bahan-bahan untuk membuat objek daripada data model 3D secara lapisan demi lapisan. Ini berbeza secara fundamental daripada kaedah pembuatan subtraktif tradisional (seperti menggegas atau memesin) yang membuang bahan kerja berlebihan untuk mendapatkan bentuk yang dikehendaki. Kelebihannya termasuk penggunaan sumber yang optimum, lebih fleksibel, dan mempercepat masa penghasilan produk.

5. Apakah kegunaan utama Sesiku L dalam kerja bengkel? Sesiku L adalah alat pengukuran dan pengujian yang diperbuat daripada keluli tahan karat. Empat kegunaan utamanya ialah:

1. Menguji ketepatan sudut tepat 90° (sudut dalam dan sudut luar).

2. Membuat garisan lurus pada bahan kerja.

3. Melaras bahan kerja supaya berada dalam kedudukan tegak.

4. Menguji kerataan sesuatu permukaan.