ANALISIS PENGARUH KONDISI PEMOTONGAN BENDA KERJA (PANJANG PENJULURAN) TERHADAP KEKASARAN PERMUKAAN PADA MESIN BUBUT GALLIC 16N Hernadewita(1), Hendra(2), Herman(3) (1)
Staf Pengajar Program Studi Teknik Manajemen Industri Jakarta. (2) Staf Pengajar Program Studi Teknik Universitas Bengkulu (3) Staf Pengajar SMUN 101 Jakarta. ABSTRAK
Kondisi pemotongan pada proses pemesinan sangat besar pengaruhnya pada proses pemotongan benda kerja. Kondisi pemotongan yang tidak tepat dan pemilihan elemen dasar pemesinan yang tidak sesuai mengakibatkan kegagalan dalam menghasilkan suatu produk. Untuk mengetahui pengaruh kondisi pemotongan dilakukan pengujian dengan mengkondisikan benda kerja pada posisi menjulur (kantilever). Hasil pemotongan yang didapatkan diukur kekasaran permukaannya dengan menggunakan alat pengukur kekasaran permukaan. Dalam pengujian ini dilakukan dua tahap kondisi yaitu memilih feeding tetap ke dalaman potong bervariasi dan kedalaman potong tetap feeding bervariasi. Hasil pengujian menunjukkan bahwa kekasaran permukaan dipengaruhi oleh kondisi pemotongan seperti panjang penjuluran, besar feeding dan kedalaman potong yang diberikan. ABSTRACT Influence the cutting condition of machining process is the high of cutting process work piece. Effect inaccurate of cutting condition and selection of basic element machining of product reject. With using experimental testing can be the known cutting condition effect of work piece (surface roughness). Measuring of surface roughness used tail surf (measurement of surface roughness). Result the cutting process is surface roughness influenced by cutting condition example over hang (cantilever), feeding and dept of cut. Keywords: machining, feeding, dept of cut. 1.
PENDAHULUAN
Kondisi pemotongan pada proses pemesinan dapat dijadikan acuan dalam evaluasi kualitas produk dan kestabilan mesin perkakas. Ketidakstabilan proses pemesinan dapat terjadi karena timbulnya getaran akibat kondisi pemotongan seperti panjang penjuluran. Efek panjang penjuluran pada mesin perkakas menimbulkan kerugian seperti kualitas permukaan benda kerja menjadi rendah serta menurunkan ketelitian geometri produk. Untuk mengetahui pengaruh kondisi pemotongan dilakukan pengujian pemotongan benda kerja dengan memvariasikan gerak makan dan kedalaman potong. Pengujian dilakukan dengan menggunakan mesin bubut Gallic 16N dan alat ukur kekasaran permukaan Tail Surf (Taylor). Tujuan penelitian ini dilakukan, untuk melihat pengaruh kondisi pemotongan, yang mana secara teoritis diketahui bila kondisi pemotongan (panjang penjuluran benda kerja) besar dapat meningkatkan kekasaran permukaan benda kerja [1]. Besarnya kekasaran permukaan benda kerja yang terjadi diukur
dengan menggunakan alat ukur kekasaran permukaan taly surf. Dengan mengetahui kekasaran permukaan dapat diketahui kualitas proses pemesinan atau pemotongan yang dilakukan. Kekasaran permukaan merupakan faktor utama yang untuk evaluasi produk dapat diterima atau tidak. Kalau kekasaran permukaan yang tinggi akan mengakibatkan kinerja komponen pasangan produk yang dihasilkan akan terganggu. Misalnya dapat dilihat pada komponen poros yang memiliki kekasaran akibat proses pemotongan dan pemilihan elemen dasar proses pemesinan yang tidak tepat mengakibatkan pada saat pemanfaatannya bisa menimbulkan keausan pada komponen pasangannya. Untuk melihat pengaruh kondisi pemotongan .dilakukan pengujian pemotongan dengan menggunakan mesin bubut Gallic 16N 2.
TINJAUAN PUSTAKA
Elemen Proses Pemesinan Pengoperasian mesin perkakas diperlukan pengetahuan tentang elemen dasar proses pemesinan. Elemen dasar proses pemesinan terdiri atas kecepatan
Jurnal Teknik Mesin
Vol. 3, No.1, Juni 2006
putar, kecepatan potong, kedalaman potong, gerak makan, kecepatan menghasilkan geram dan waktu pemotongan. Besar kecepatan putar, gerak makan dan kedalaman potong mesin perkakas dapat dipilih sesuai dengan yang tertera pada mesin perkakas. Pengaturan besar kecepatan putar dan kedalaman potong tergantung dari pengetahuan dan pengalaman dalam mengoperasikan mesin perkakas. Kalau kecepatan putar, gerak makan (feeding) dan kedalaman potong besar akan menimbulkan getaran pada mesin perkakas. Getaran akan mempengaruhi kualitas produk yang dihasilkan (kekasaran permukaan), memperpendek umur mesin dan dapat merusak pahat. Beberapa elemen dasar proses pemesinan yang mendukung kinerja dari mesin perkakas yaitu : 1. Kecepatan potong. (V) (m/min) Besar kecepatan potong dapat dihitung dengan rumus : d n ... (1) V 1000
dimana : d = diameter rata-rata yaitu : d d o d i / 2
do = diameter dalam benda kerja yang akan dipotong. di = diameter luar benda kerja. n = kecepatan putar. 2.
Kecepatan makan (Vf) (mm/min) Besar kecepatan makan adalah : vf f n
...(2)
Dimana : f = gerak makan (mm/r) 3.
Waktu pemotongan tc (min) l tc t vf Dimana : lt=panjang pemesinan (mm). 4. Kecepatan penghasilan geram ( Z). A f av
Z A V
...(3)
...(4)
dimana: A= luas penampang geram sebelum terpotong (f.a) mm2. Geometri pahat termasuk faktor penting dalam menentukan kualitas geometrik produk. Kualitas geometri produk merupakan ukuran tingkat keberhasilan proses pemesinan. Optimasi proses pemesinan dapat dicapai dengan memilih atau menentukan sudut-sudut pahat yang sesuai dengan proses pemotongan yang dilakukan. Sudut-sudut pahat terdiri atas sudut bebas orthogonal,
ISSN 1829-8958
sudut geram orthogonal, sudut miring, sudut potong utama, sudut potong bantu dan radius pojok pahat.[5] Sudut Bebas Orthogonal
o [1]
Sudut bebas berfungsi untuk mengurangi gesekan antara bidang utama dengan bidang transien dari benda kerja agar tidak menimbulkan kenaikan temperatur dan keausan tepi pahat. Misalnya untuk harga sudut bebas sesuai dengan gerak makan yaitu : Bila f 0,2 mm / putaran , maka o =120 atau f 0, 2 mm / putaran , maka o =80. Sudut Geram Orthogonal
o [1]
Proses pembentukan geram dipengaruhi oleh sudut geram. Sudut geram tidak boleh terlalu besar guna menjaga kekuatan pahat dan memperlancar proses perambatan panas. Pemilihan sudut geram dipengaruhi oleh jenis material benda kerja. Material benda kerja yang lunak membutuhkan sudut geram besar untuk mempermudah proses pembentukan geram dan material yang keras memerlukan sudut geram kecil agar pahat kuat. Sudut Miring
s [1]
Arah aliran geram dipengaruhi oleh sudut miring. Jika sudut miring berharga sama dengan nol maka arah aliran geram tegak lurus mata potong. Dengan adanya sudut miring maka panjang kontak antara pahat dengan benda kerja menjadi lebih diperpanjang dan energi pemotongan spesifik tidak berubah sampai sudut miring mencapai 200. Temperatur bidang kontak mencapai harga minimum bila sudut miring berharga +50 untuk proses penghalusan dan 50 untuk proses pengkasaran.. Untuk memperkuat pahat serta menurunkan efek gaya kejut ini maka sudut miring –200 dapat digunakan. Sudut Potong Utama r [1] Peranan sudut potong utama yaitu untuk menentukan lebar dan tebal geram sebelum terpotong, menentukan panjang mata potong yang aktif atau panjang kontak antara geram dengan bidang pahat dan menentukan besarnya gaya radial Fx. Sudut Potong Bantu[1] Sudut potong bantu dapat dipilih untuk memperkuat ujung pahat dan kehalusan produk. Sudut potong bantu yang kecil akan memperkuat ujung pahat dan kehalusan produk dapat dipertinggi. Sudut potong bantu kecil akan mempertinggi gaya radial Fx yang tergantung kepada kekakuan sistem pemotongan seperti benda kerja, pahat dan metode pencekamannya. 56
Analisis Pengaruh Kondisi Pemotongan Benda Kerja (Panjang Penjuluran) Terhadap Kekasaran Permukaan pada Mesin Bubut Gallic 16N (Hernadewita)
Untuk sistem pemotongan yang kaku
1r = 5o sampai
dengan 10o. dan yang lemah r = 10o sampai dengan 20o. Untuk radius pojok yang kecil parameter 1
kehalusan permukaan Rt ditentukan oleh Rumusnya yaitu : Rt
f c ; m cot r cot 1r
1r , r . ...(5)
Peningkatan luas penampang geram mengakibatkan gaya pemotongan juga naik. Rumusnya adalah :
Fc A k s
Kenaikan gaya pemotongan akan meningkatkan daya potong pada mesin perkakas. Peningkatan daya pemotongan dapat dilihat pada rumus berikut : N c Fc Vc
dimana :
1r
: sudut potong bantu.
r
: sudut potong utama.
f
: gerak makan, mm/r.
c
: faktor konversi > 1000 tergantung sifat ketermesinan.
Nc : Daya potong. Fc : Gaya potong (N).
Radius pojok berfungsi untuk menentukan kehalusan permukaan hasil pemotongan. Semakin besar penampang geram maka radius pojok pahat harus dipilih lebih kuat. Karena kedalaman pojok besar akan meningkatkan gaya radial Fx, sehingga untuk sistem pemotongan yang tidak kaku akan terjadi lenturan atau getaran yang menyebabkan kualitas geometrik produk rendah. Kehalusan permukaan hasil pemesinan dapat ditentukan dengan rumus : f2 8 re
: m
... (6)
dimana :
Vc : Kecepatan potong (m/min). 3.
re : radius pojok (mm). cr : faktor konversi = 2000.
- sedang = 2300 - lemah = 3000. Selama proses pembentukan geram berlangsung, pahat dapat mengalami kegagalan dari fungsinya disebabkan oleh keausan yang secara bertahap membesar pada bidang pahat. Perambatan kerusakan menimbulkan patahan pada satu pitch pahat dan deformasi plastis yang terjadi mengubah bentuk atau geometri pahat. Secara sistematis pengaruh gerak makan (feeding) akan meningkatkan luas penampang geram dimana rumusnya adalah : A bt h f
METODE PENELITIAN
Pengujian dilakukan dengan dua tahap. Tahap pertama dilakukan pengujian dengan menggunakan feeding sebagai parameter awal dan kedalaman potong tetap, dan tahap dua dengan kedalaman potong bervariasi tetapi feeding tetap. Peralatan pengujian dapat dilihat pada ”gambar (1)” Peralatan yang digunakan: 1. Mesin bubut Gallic 16N. 2. Benda kerja berbentuk silinder bertingkat 3. Alat ukur kekasaran permukaan (Taly surf). 4. Pahat yang digunakan adalah jenis karbida P25. 5.
Rt : kekasaran total yang merupakan parameter kekasaran permukaan m .
- kaku
...(8)
dimana :
Radius Pojok[5]
Rt cr
...(7)
HASIL PENGUJIAN DAN PEMBAHASAN
Hubungan Kondisi Pemotongan dengan Level Getaran Dari hasil pemotongan terlihat bahwa kekasaran permukaan benda kerja dipengaruhi oleh feeding, kedalaman potong dan panjang penjuluran benda kerja. Kedalaman Potong (a) Hubungan antara feeding, panjang penjuluran dan kedalaman potong dengan level getaran dapat dilihat pada gambar 6.2 sampai gambar 6.4. Terlihat untuk feeding 0,1 mm/r, kedalaman potong 1,5 mm berbeda dan panjang penjuluran, level getaran mengalami peningkatan dalam arah vertikal. Hal ini disebabkan karena titik sensitif pahat potong bekerja dalam arah horizontal dan kekakuan mesin perkakas dalam arah horizontal lebih tinggi dibanding dalam arah vertikal. Data hasil pengujian dapat dilihat pada “tabel (1)” dan “tabel (2)”.
57
Jurnal Teknik Mesin
Vol. 3, No.1, Juni 2006
ISSN 1829-8958
P e n g u k u ra n A r a h H o riz o n ta l
E x c ite r A la t B a n tu
C huck C h. 3 C h. 3 T a il s to c k
A c c e le ro m e te r
S p in d le
Ch. 1 C h. 2 A m p lifie r C o n d tio n in g A m p lifie r
A m p lifie r
PC
M SA
Gambar 1. Skema Alat Uji FRF Tabel 1 Data hasil pengujian proses pemotongan teoritik dan eksperimen proses A Rt (m)
Ra (m)
F (N)
f (mm/r)
a (mm)
1
970
0.25
1
26.04
8.82
2
902
0.2
1
16.67
8.5
3
709
0.18
1
13.5
6.95
4
624
0.1
1
4.17
5.07
5
596
0.071
1
2.04
8.54
Grafik Gaya Pemotongan Vs Kekasaran Permukaan Kekasaran Permukaan (um)
10 8 6 4 2 0 0
200
400
600
800
1000
1200
Gaya Pemotongan (N) Graf ik Gaya Pemotongan Vs Kekasaran Permukaan Grafik 1 Hubungan Gaya Pemotongan dan Kekasaran Permukaan
58
Analisis Pengaruh Kondisi Pemotongan Benda Kerja (Panjang Penjuluran) Terhadap Kekasaran Permukaan pada Mesin Bubut Gallic 16N (Hernadewita) Grafik Panjang Penjuluran Vs Kekasaran permukaan (um)
Panjang penjuluran (mm)
Kekasaran permukaan (um)
119
4,3
132
5,9
148
5,76
153
7,08
Kekasaran Permukaan (um)
Tabel 2 Data hasil pengujian panjang penjuluran dengan level getaran (feeding 0,1 mm/r, a=1,5 mm)
100
Kekasaran permukaan (um)
119
3,78
132
3,7
148
3,9
153
3,6
Kekasaran permukaan (um)
Grafik 2 Hubungan Panjang Penjuluran dan Kekasaran Permukaan Pada feeding=0,18 mm/r dan a=1 mm Tabel 7 Data hasil pengujian panjang penjuluran dengan level getaran (feeding 0,25 mm/r, a=1 mm) Panjang penjuluran (mm) 119
Kekasaran permukaan (um) 7.47
132
7.69
148
7.07
153
8.82
Tabel 4 Data hasil pengujian panjang penjuluran dengan level getaran (feeding 0,1 mm/r, a=1 mm) Kekasaran permukaan (um)
119
3,7
132
3,68
148
4,7
153
3,5
Panjang Penjuluran Vs Kekasaran permukaan (um) Kekasaran Permukaan (um)
Panjang penjuluran (mm)
200 Panjang Penjuluran (cm)
Tabel 3 Data hasil pengujian panjang penjuluran dengan level getaran (feeding 0,1 mm/r, a=1,25 mm) Panjang penjuluran (mm)
7 6.9 6.8 6.7 6.6 6.5 6.4 6.3 6.2
Langkah Pemakanan (feeding)
10 8 6 4 2 0 100
110
120
130
140
150
160
Panjang Penjuluran (cm) Kekasaran permukaan (um)
Tabel 5 Data hasil pengujian panjang penjuluran dengan level getaran (feeding 0,1 mm/r, a=1 mm) Panjang penjuluran (mm) 119
Kekasaran permukaan (um) 3.5
132
2.7
148
4.48
153
5.07
Tabel 6 Data hasil pengujian panjang penjuluran dengan level getaran (feeding 0,18 mm/r, a=1 mm) Panjang penjuluran (mm) 119
Kekasaran permukaan (um) 6.3
132
6.71
148
6.73
153
6.95
Grafik 3 Hubungan Panjang Penjuluran dan Kekasaran Permukaan Pada feeding=0,25 mm/r dan a=1 mm
“Tabel (5)” sampai dengan “tabel (8)” menunjukkan bahwa untuk variasi feeding dengan kedalaman potong konstan, kekasaran permukaan akibat panjang penjuluran jauh berbeda dengan kedalaman potong yang berubah dan feeding konstan. Dari kedua variasi pengujian yang dilakukan menunjukkan bahwa untuk variasi feeding harga kekasaran permukaan benda kerja lebih rendah dibanding dengan kekasaran permukaan untuk kedalaman potong bervariasi.
4.
KESIMPULAN
Dari hasil pengujian menunjukkan bahwa: 1.
Mesin bubut Gallic memiliki berkisar antara 3,5 um sampai dengan 4,7 um untuk feeding konstan dan kedalaman potong bervariasi.
59
Jurnal Teknik Mesin
Vol. 3, No.1, Juni 2006
2.
Pada pengujian pemotongan variasi feeding dan kedalaman potong tetap menunjukkan harga kekasaran permukaan benda kerja lebih tinggi disbanding dengan kedalaman potong bervariasi dan feeding tetap.
3.
Hasil pengukuran kekasaran permukaan menunjukkan penurunan disebabkan oleh kondisi panjang penjuluran.
ISSN 1829-8958
PUSTAKA 1.
Rochim, Taufiq, “ Teori dan Teknologi Proses Pemesinan, Lab. Teknik Produksi dan Metrologi Industri”, Institut Teknologi Bandung.
2.
Koenigsberger, F,J. Tlusty,” Machine Tools Structure”, Vol.1, Pergamon Press Ltd, New York, 1970.
60
Analisis Pengaruh Kondisi Pemotongan Benda Kerja (Panjang Penjuluran) Terhadap Kekasaran Permukaan pada Mesin Bubut Gallic 16N (Hernadewita)
Biografi Peneliti: 1. Hernadewita, S.T., M.Si Staf Pengajar Program Studi Teknik Manajemen Industri Jakarta. Pendidikan: - Sarjana Teknik Universitas Sultan Ageng Tirtayasa Banten. - Magister Lingkungan Universitas Indonesia Jakarta. 2. Hendra S.T., M.T. N.I.P: 132 306 384 Staf Pengajar Program Studi Teknik Universitas Bengkulu. Pendidikan: - Sarjana Teknik Universitas Andalas Padang. - Magister Teknik Mesin Bidang Teknik Produksi Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknologi Industri Institut Teknologi Bandung. 3. Herman, S.Pd, M.T. NIP.131119375 Staf Pengajar SMUN 101 Jakarta. Pendidikan: - Sarjana Pendidikan UPI Bandung. - Magister Teknik Industri Fakultas Tekologi Industri Institut Teknologi Bandung
61
