BAB I PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang Salah
satu
industri
yang
berpeluang
menguasai
pasaran
dan
perkembangannya makin pesat adalah industri pembuatan komponen mesin (Mike dan Grover, 1996). Dalam kegiatan industri tersebut sangat berhubungan dengan pengerjaan logam, seperti: pemesinan laju tinggi (High Speed Machining/HSM), pemesinan
keras
(Hard
Machining/HM)
dan
pemesinan
kering
(Dry
Machining/DM) dengan menggunakan pahat potong. Pemesinan laju tinggi, pemesinan keras dan kering adalah tiga metode yang dapat digunakan untuk meningkatkan produktivitas industri manufaktur yang menghasilkan produk-produk dari operasi pemotongan logam. Pemesinan laju tinggi adalah konsep pemotongan logam yang dilakukan pada laju pemotongan yang tinggi (Moriwaki dan Schulz, 1992). Pemesinan keras adalah konsep pemotongan logam yang langsung dilakukan terhadap bahan yang berkekerasan tinggi sebagaimana yang disyaratkan suatu produk yaitu sampai dengan kekerasan ≥ 55 Hard Rockwell C (HRC). Selanjutnya pemesinan kering adalah permesinan berwawasan lingkungan dimana proses pemotongan logam tidak lagi dilakukan sebagaimana lazimnya menggunakan cairan pemotongan. Pada pemesinan kering cairan pemotongan hanya digunakan dalam kuantitas yang sangat minimum (50 ml/jam) atau tidak digunakan
1 Universitas Sumatera Utara
2
sama sekali. Oleh sebab itu konsep pemesinan kering dari sudut pandang ekologi disebut pemesinan hijau (Sreejith dan Ngoi, 1999). Pemesinan keras lebih fleksibel, lebih ramah lingkungan dan memiliki kinerja yang lebih baik dibandingkan proses gerinda dalam hal produktivitas (Ozel et.al., 2008). Namun untuk kualitas permukaan khususnya kemasan permukaan masih di bawah proses gerinda. Hingga saat ini pemesinan laju tinggi, pemesinan keras dan kering masih lazim dilakukan pada keadaan pemesinan basah (Sutter, 2005). Mengimplementasikan ketiga konsep diatas untuk memotong suatu jenis logam bagi menghasilkan suatu produk tertentu menghadapi beberapa masalah. Masalah utama adalah tidak digunakannya cairan pemotongan mengakibatkan suhu pemotongan dan gesekan akan lebih tinggi berbanding apabila cairan pemotongan masih digunakan. Suhu dan gesekan yang tinggi selama pemotongan akan membawa akibat buruk terhadap pahat. Pahat akan mengalami laju aus yang tinggi dan sebagai konsekuensinya masa pakai pahat (umur pahat) akan rendah (singkat). Dari beberapa penelitian terdahulu tiga pahat paling lazim digunakan pada ketiga konsep di atas yaitu pahat dari bahan karbida (C.H. Che Haron et. al., 2008), keramik dan CBN (Cubic Boron Nitride) (Ozel et. al., 2008). Dari ketiga jenis bahan tersebut untuk pemesinan laju tinggi pahat karbida dan keramik paling banyak digunakan untuk pemesinan keras adalah CBN (Cubic Boron Nitride). Namun demikian belum ada ditemukan laporan yang konprehensif tentang pahat yang digunakan pada pemesinan laju tinggi. Untuk memotong bahan berkekerasan tinggi (pemesinan keras) yang dilakukan tanpa menggunakan cairan pemotongan
Universitas Sumatera Utara
3
(pemesinan kering) (Streejith dan Ngoi, 2000), singkatnya perlu suatu studi dilakukan untuk mengkaji kemungkinan penggunaan pahat yang lazim digunakan pada industri manufaktur pemotongan logam agar konsep pemesinan laju tinggi, pemesinan keras dan kering dapat sekaligus dilakukan demi terwujudnya produktivitas yang tinggi namun berwawasan lingkungan. Di sisi lain, peningkatan produktivitas harus memperhatikan regulasi-regulasi yang berkaitan dengan isu penyelamatan lingkungan. Untuk maksud tersebut, para pakar pemesinan merekomendasikan konsep pemesinan kering. Pada konsep ini, cairan pemotongan yang berpotensi mendistorsi lingkungan hidup dapat dieliminasi sehingga konsep pemesinan kering memiliki dua manfaat, yaitu penyelamatan lingkungan dan mereduksi ongkos produksi karena kontribusi 20% nilai cairan pemotongan pada ongkos produksi tidak perlu lagi dikeluarkan (Sreejith dan Ngoi., 2000). Dari sudut pandang proses pemotongan logam, distorsi terhadap permukaan benda kerja termesin dikaji melalui topik keutuhan permukaan (surface integrity). Kajian keutuhan permukaan secara garis besar meliputi kajian topografi permukaan dan metalurgi sub-permukaan. Kajian keutuhan permukaan yang diprakarsai oleh Field dan Kahles (1971) melaporkan bahwa kajian ini begitu penting dilakukan, apalagi pada benda kerja yang termasuk kepada produk yang akan digunakan sebagai komponen berkehandalan tinggi. Sebagai contoh Rech dan Moisan (2003) pada pembubutan keras baja paduan melaporkan masalah-masalah yang berkaitan dengan
Universitas Sumatera Utara
4
keutuhan permukaan seperti kekasaran, tegangan sisa, lapisan putih dan kajian keutuhan permukaan. Oleh karena bahan AISI 4140 adalah bahan yang digunakan untuk komponen sistem hidrolik berkehandalan tinggi maka apabila konsep pemesinan laju tinggi, pemesinan keras dan kering diimplementasikan untuk memproses bahan AISI 4140 maka perlu dilakukan kajian keutuhan permukaan untuk memastikan hasil permukaan termesin tersebut dapat dihasilkan dengan baik yaitu memenuhi aspek-aspek yang disyaratkan oleh konsep keutuhan permukaan.
1.2. Perumusan Masalah Objek yang dikaji pada penelitian ini adalah permukaan termesin baja paduan AISI 4140 berkekerasan ≥ 55 HRC yang dihasilkan pada operasi pembubutan dengan penerapan konsep pemesinan laju tinggi, pemesinan keras dan kering menggunakan pahat CBN. Menurut Rochim (1993) pahat yang potensial dapat digunakan pada pemesinan laju tinggi, pemesinan keras dan kering adalah pahat karbida, keramik, dan CBN yang dilihat dari segi tingkat kekerasan dan keuletan pahat. Namun, untuk mencapai ketelitian dimensi dan kehalusan permukaan yang tinggi, diperlukan pahat yang terbuat dari bahan yang handal yaitu dalam hal ini pahat CBN. Masalah utama yang akan dirumuskan dari objek penelitian ini adalah bagaimana bentuk karakteristik metalurgi sub-permukaan termesin AISI 4140 yang akan dikerjakan oleh pahat CBN pada keadaan pemotongan laju tinggi, keras dan kering. Aspek metalurgi sub-permukaan yang dikaji dikhususkan pada perubahan kekerasan mikro
Universitas Sumatera Utara
5
(microhardness alteration), perubahan struktur mikro (microstructure alteration), dan pembentukan lapisan putih (white layer).
1.3. Tujuan Penelitian Melakukan kajian sub-permukaan baja paduan berkekerasan tinggi AISI 4140 hasil pembubutan laju tinggi dan kering meneggunakan pahat CBN merupakan tujuan dari penelitian yang dilakukan. Kajian sub-permukaan yang terjadi difokuskan kepada kajian sub-permukaan yaitu: struktur mikro, pembentukan lapisan putih dan kekerasan mikro.
1.4. Manfaat Penelitian Hasil penelitian ini memiliki beberapa manfaat utama antara lain: 1. Bagi dunia akademik, hasil penelitian ini dapat memberi kontribusi kapada penyediaan data informasi dan pengembangan ilmu pemotongan logam khususnya konsep pemesinan laju tinggi, pemesinan keras dan kering. 2. Bagi dunia industri manufaktur, hasil penelitian ini dapat digunakan sebagai rujukan implementasi konsep pemesinan laju tinggi, pemesinan keras dan kering.
Universitas Sumatera Utara
