DEPARTEMEN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2008

TUGAS SARJANA

PROSES PEMOTONGAN LOGAM

ANALISA GAYA, DAYA, DAN ENERGI PEMOTONGAN SPESIFIK SERTA KONDISI PEMOTONGAN MODERAT PADA PEMESINAN KERING (BAJA KARBON AISI 1045 - PAHAT KARBIDA TAK BERLAPIS, WC + 6 % Co, TIPE K)

Oleh : SUPRIADI NIM : 03 0401 020

DEPARTEMEN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2008

Supriadi : Analisa Gaya, Daya, Dan Energi Pemotongan Spesifik Serta Kondisi Pemotongan Moderat Pada Pemesinan Kering (Baja Karbon Aisi 1045 - Pahat Karbida Tak Berlapis, Wc + 6 % Co, Tipe K), 2008. USU Repository © 2009

KATA PENGANTAR Puji dan syukur saya ucapkan kehadirat Allah SWT atas rahmat dan hidayahnya-Nya, penulis dapat menyelesaikan tugas akhir ini tepat pada waktunya. Penelitian yang berjudul “Analisa Gaya, Daya, Dan Energi Pemotongan Spesifik Serta Kondisi Pemotongan Moderat Pada Pemesinan Kering (Baja Karbon AISI 1045 - Pahat Karbida Tak Berlapis, WC + 6 %Co, Tipe K)” ini dimaksudkan sebagai salah satu syarat untuk menyelesaikan pendidikan sarjana Teknik Mesin Program Regular Departemen Teknik Mesin-Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara. Selama penulisan laporan ini, penulis banyak mendapat bimbingan dan bantuan dari banyak pihak. Oleh karena itu dalam kesempatan ini penulis ingin menyampaikan ucapan terima kasih kepada : 1. Orang tuaku yang telah banyak memberikan perhatian, doa, nasehat dan dukungan baik moril maupun materil, juga buat adik, dan kakakku 2. Bapak Dr. Ir. Armansyah Ginting, M.Eng selaku dosen pembimbing tugas sarjana ini yang telah banyak membantu menyumbang pikiran dan meluangkan

waktunya

dalam

memberikan

bimbingan

dalam

menyelesaikan tugas sarjana ini. 3. Bapak Dr.Ing-Ir.Ikhwansyah Isranuri selaku Ketua Departemen Teknik Mesin Universitas Sumatera Utara. 4. Bapak Tulus Burhanuddin S, ST.MT selaku Sekretaris Departemen Teknik Mesin Universitas Sumatera Utara. Supriadi : Analisa Gaya, Daya, Dan Energi Pemotongan 2 Spesifik Serta Kondisi Pemotongan Moderat Pada Pemesinan Kering (Baja Karbon Aisi 1045 - Pahat Karbida Tak Berlapis, Wc + 6 % Co, Tipe K), 2008. USU Repository © 2009

5. Seluruh anggota tim dalam penelitian ini (Zaldi, Yudhi, bang Nouval, H. Irfandi, Yuki, Juanda, Yetno, Hanafi dan Salman) yang telah banyak membantu dalam penyelesaian Tugas akhir ini. 6. Seluruh staf pengajar dan pegawai administrasi Jurusan Teknik Mesin di Universitas Sumatera Utara, Kak Ismawati, Kak Sonta, Bang Syawal, Bang Nyono, Bang Fauzi, Bang Atin, Bang Rustam dan Bang Marlon yang telah banyak membantu dan memberikan ilmu selama perkuliahan. 7. Pak Sutiman selaku kepala bidang pemesinan BBLKI (Balai Besar Latihan Kerja Indonesia) tempat melakukan pengujian, yang telah memberi banyak masukkan dan bimbingan yang sangat bermanfaat bagi kesempurnaan penelitian yang kami lakukan. Penulis menyadari sepenuhnya bahwa tugas sarjana ini masih jauh dari sempurna, karena banyak keterbatasan pengetahuan, pengalaman dan referensi. Untuk itu diperlukan saran dan kritik yang sifatnya membangun untuk kesempurnaan tugas sarjana ini. Semoga tugas sarjana ini bermanfaat dan berguna bagi semua pihak.

Medan, 18 Januari 2008 Penulis

SUPRIADI NIM : 030401020

Supriadi : Analisa Gaya, Daya, Dan Energi Pemotongan 3 Spesifik Serta Kondisi Pemotongan Moderat Pada Pemesinan Kering (Baja Karbon Aisi 1045 - Pahat Karbida Tak Berlapis, Wc + 6 % Co, Tipe K), 2008. USU Repository © 2009

DAFTAR ISI

KATA PENGANTAR ......................................................................................... i DAFTAR ISI .................................................................................................... iii DAFTAR TABEL ................................................................................................vi DAFTAR GAMBAR ..........................................................................................viii DAFTAR NOTASI ............................................................................................ x

BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang .................................................................................. 1 1.2 Tujuan Penelitian ............................................................................... 3 1.3 Manfaat Penelitian ............................................................................. 3 1.4 Batasan Masalah …………………………………………………….4 1.5 Sistematika Penulisan ........................................................................ 4

BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Operasi Pembubutan .......................................................................... 4 2.1.1 Lima Elemen Dasar Pemesinan ................................................ 6 2.1.2 Aplikasi Pada Operasi Pembubutan .......................................... 7 2.1.3 Mekanisme Pembentukkan Geram ......................................... 10 2.1.4 Komponen Gaya dan Kecepatan Pemotongan Orthogonal ..... 11 2.1.5 Daya dan Efisiensi Pemotongan ............................................. 16


2.1.6 Kondisi Pemotongan Moderat ................................................ 18 2.2 Bahan Pahat ..................................................................................... 19 2.2.1 Bahan Pahat Komersial ........................................................ 19 2.2.2 Bahan Pahat Karbida ............................................................. 20 2.2.3 Pahat Karbida Pada Operasi Pembubutan .............................. 22 2.3 Bahan material ................................................................................ 25 2.3.1 Bahan Logam (Ferrous Metal) .............................................. 25 2.3.2 Bahan Bukan Logam (Non Ferrous Metal) ........................... 26 2.4 Pemesinan Kering ............................................................................ 27 2.4.1 Defenisi ................................................................................ 27 2.4.2 Perkembangan Pemesinan Kering ......................................... 29

BAB III METODOLOGI PENELITIAN 3.1 Bahan Dan Alat...................................................................................32 3.1.1 Bahan .........................................................................................32 1. Baja Karbon AISI 1045..........................................................32 2. Pahat Karbida Tak Berlapis...................................................33 3.1.2 alat ....................................................................................................35 3.2 Metode Penelitian................................................................................38

BAB IV DATA DAN ANALISA 4.1 Data Hasil Pengujian ...................................................................... 41 4.2 Komponen Gaya Dan Kecepatan Pembentukan Geram ................... 46 4.3 Daya, Efisiensi Dan Energi Pemotongan Spesifik ............................ 52


4.4 Daerah Pemesinan Moderat ............................................................. 59 BAB V PROPOSAL HUBUNGAN ANTARA BEBAN GERAM DENGAN GAYA , DAYA DAN ENERGI PEMOTONGAN SPESIFIK 5.1 Pendahuluan .................................................................................... 64 5.2 Metode Pengolahan Data ................................................................ 66 5.3 Beban Geram ................................................................................... 68 5.3.1 Hubungan Beban Geram Dengan Gaya Pemotongan .............. 70 5.3.2 Hubungan Beban Geram Dengan Daya Pemesinan................. 80 5.3.3 Hubungan Beban Geram Dengan Energi P. Spesifik .............. 84 5.4 Hubungan Beban Geram Dengan Komponen Gaya Pemotongan ..... 90 5.4.1 Hubungan Beban Geram Dengan Gaya Potong ...................... 91 5.4.2 Hubungan Beban Geram Dengan Gaya Makan....................... 92 5.4.3 Hubungan Beban Geram Dengan Gaya Pemotongan .............. 93 5.5 Hubungan Beban Geram Dengan Komponen Daya Pemesinan ........ 96 5.5.1 Hubungan Beban Geram Dengan Daya Potong ...................... 96 5.5.2 Hubungan Beban Geram Dengan Daya Makan....................... 97 5.5.3 Hubungan Beban Geram Dengan Daya Hilang ..................... 98 5.5.4 Hubungan Beban Geram Dengan Daya Pemesinan................ 99

BAB VI KESIMPULAN DAN SARAN 6.1 Kesimpulan ................................................................................... 102 6.2 Saran ............................................................................................. 105 DAFTAR PUSTAKA ..................................................................................... 107 LAMPIRAN


DAFTAR TABEL

Tabel 3.1 Komposisi kimia dari Baja karbon AISI 1045

32

Tabel 3.2. Sifat-sifat mekanis dari Baja karbon AISI 1045

32

Tabel 3.3 Geometri pahat karbida

34

Tabel 3.4 Data Teknis Mesin bubut Jhung Metal Machinery Co

36

Tabel 3.5 Bentuk tabel data yang dihasilkan dari pengujian.

40

Tabel 4.1 Data-data hasil pengujian

41

Tabel 4.2 Data pemesinan kondisi 1

41


43


45

Tabel 4.5 Hasil perhitungan komponen gaya p. geram , f = 0.24 mm/rev

50

Tabel 4.5 Hasil perhitungan komponen gaya p. geram , f = 0.17 mm/rev

51

Tabel 4.7 Perhitungan daya dan efisiensi permesinan untuk karbida tak berlapis

(WC + 6% Co)

54

Tabel 5.1 Hubungan antara beban geram (chip load) , dengan gaya (F), daya (N) dan energi pemotongan spesifik

68

Tabel 5.2 Analisa hubungan antara beban geram dengan gaya pemotongan untuk f = 0,24 mm/rev

70

Tabel 5.3 Jumlah kuadrat sisa tebakan awal a 0 = 2293,07643 dan a1 = −0,162993252

72

Tabel 5.4 Jumlah kuadrat sisa tebakan baru a 0 = 2317.48803 dan

a1 = −0.165761152

74

Tabel 5.5 Data hasil pengujian komponen gaya untuk gerak makan Supriadi : Analisa Gaya, Daya, Dan Energi Pemotongan 7 Spesifik Serta Kondisi Pemotongan Moderat Pada Pemesinan Kering (Baja Karbon Aisi 1045 - Pahat Karbida Tak Berlapis, Wc + 6 % Co, Tipe K), 2008. USU Repository © 2009

f = 0,24 mm/rev

91

Tabel 5.6 Data hasil pengujian hubungan beban geram dengan komponen daya pemesinan untuk gerak makan f = 0,24 mm/rev

96


DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1

Proses bubut

8

Gambar 2.2

Teori modern yang menerangkan terjadinya geram

11

Gambar 2.3

Lingkaran Merchant’s

12

Gambar 2.4

Kecepatan geser vs yang ditentukan oleh kecepatan geram vc dan kecepatan potong v

14

Gambar 3.1

Gambar geometri benda kerja

34

Gambar 3.2

Gambar benda kerja

34

Gambar 3.3

Mata pahat karbida dan lapisannya

35

Gambar 3.4

Mesin bubut Jhung Metal Machinery Co

36

Gambar 3.5

Benda kerja terpasang pada mesin

37

Gambar 3.6

Mikroskop VB

38

Gambar 3.7

Centering

38

Gambar 3.8

Jangka sorong

39

Gambar 3.9

Pemegang mata pahat (Tool holder)

39

Gambar 3.10 Diagram alir penelitian Gambar 4.1.

41

Daerah pemotongan moderat pada pemesinan baja karbon dengan menggunakan pahat karbida tak berlapis (WC + 6% Co, tipe K 62

Gambar 4.2.

Daerah pemotongan moderat pada pemesinan baja karbon dengan menggunakan pahat karbida berlapis (WC-TiC-TaC-Co, tipe P) 65

Gambar 5.1

Pengaruh kecepatan potong v dan gerak makan f terhadap rasio pemampatan geram λh

66

Gambar 5.2

Grafik hubungan Beban Geram dengan Gaya Pemotongan

79

Gambar 5.3

Grafik hubungan Beban Geram dengan Gaya potong untuk


beberapa nilai gerak makan f

80

Gambar 5.4

Grafik hubungan Beban Geram dengan Daya Pemesinan

84

Gambar 5.5

Grafik hubungan Beban Geram dengan Daya Pemesinan untuk beberapa nilai gerak makan f

Gambar 5.6

Grafik hubungan Beban Geram dengan Energi pemotongan spesifik

Gambar 5.7

91

Hubungan antara Beban geram dengan komponen Gaya pemesinan untuk gerak makan f = 0,24 mm/rev.

Gambar 5.9

89

Grafik hubungan Beban Geram dengan Energi pemotongan spesifik untuk beberapa nilai gerak makan f.

Gambar 5.8

85

97

Hubungan antara Beban geram dengan komponen Daya pemesinan untuk gerak makan f = 0,24 mm/rev.

103


DAFTAR NOTASI

Lambang

Besaran

Satuan

a

: Kedalaman potong (depth of cut)

mm

A

: Penampang geram sebelum terpotong

mm2

Ashi

: Penampang bidang geser

mm2

Aγ

: Bidang pada pahat dimana geram mengalir (face)

mm2

b

: Lebar pemotongan (width of cut)

mm

Ck

: Faktor koreksi terhadap sudut potong Kr

Cv

: Faktor koreksi terhadap kecepatan potong Cv

Cvb

: Faktor koreksi terhadap keausan tepi VB

Cγ

: Faktor koreksi terhadap sudut geram γ0

d

: Diameter rata-rata

mm

dm

: Diameter akhir

mm

do

: Diameter mula

mm

E

: Modulus elastisitas (modulus of elasticity)

Gpa

Esp

: Energi pemotongan spesifik

J/cm3

f

: Gerak makan

F

: Gaya total yang bekerja pada pemotongan logam

Ff

:

Fs

: Gaya geser yang bekerja pada pemotongan logam

N

Fsn

: Gaya normal pada bidang geser pada pemotongan logam

N

Fv

: Gaya potong searah dengan kecepatan potong

N

Gaya makan searah dengan kecepatan makan

mm/rev N N


Fγ

: Gaya gesek pada bidang geram

N

Fγn

: Gaya normal pada bidang geram

N

Fp

: Gaya radial

N

G

: Modulus elastisitas geser (shear modulus)

GPa

h

: Tebal geram sebelum terpotong

mm

hc

: Tebal geram setelah terpotong

mm

Kr

:

Ks

: Gaya potong spesifik

N/mm2

Ks1,1

: Gaya potong spesifik referensi

N/mm2

Lt

: Panjang pemesinan

mm

n

: Putaran poros utama

rpm

Nc

: Daya potong

kW

Nct

: Daya pemotongan total

kW

Nf

: Daya makan

kW

Nmc

: Daya pemesinan

kW

NmL

: Daya yang hilang

kW

Nmn

: Daya nominal

kW

Nmo

: Daya idle

kW

Nmr

: Daya tersedia

kW

rc

: Radius ujung pahat

mm

Sr

: Jumlah kuadrat sisa

tc

: Waktu pemotongan

v

: Kecepatan potong (cutting speed)

m/min

vc

: Kecepatan potong pada daerah deformasi utama

m/s

Sudut potong utama

( o)

min


vf

: Kecepatan makan

m/min

vs

: Kecepatan geser pada daerah deformasi utama

m/s

v.f

: Beban geram (chip load)

VB

: Panjang keausan tepi

z

: Pangkat tebal geram, rata-rata bernilai 0,2

Z

: Kecepatan penghasilan geram

γo

: Sudut geram

( o)

η

: Besar sudut gesek

( o)

ηl

: Prosentase beban

(%)

ηm

: Efisiensi mekanis

ηct

: Efisiensi pemesinan

λh

: Rasio pemampatan tebal geram

λs

: Sudut miring

σ

: Standar deviasi

σu

: Tegangan tarik (Ultimate tensile strength)

Mpa

σy

: Tegangan geser (Tensile yield strength)

Mpa

τshi

: Tegangan geser pada bidang geser

N/mm2

Φ

: Sudut geser

m2/rpm mm

mm3/min

( o)

( o)


BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang Sejak awal proses pemesinan, operasi pemesinan yang berlangsung menggunakan cairan pemotongan adalah lazim dilakukan, hal ini disebut dengan operasi pemesinan basah. Untuk operasi pembubutan, tak kurang dari 20 l/menit cairan pemotongan harus dialirkan pada kawasan pemotongan, yaitu kawasan atau zona dimana terjadi proses pembentukan geram (Chip formation), Kalpajian (1995). Klocke dan Eisen blatter (1997), melaporkan bahwa tak kurang dari 750.000 galon cairan pemotongan bekas (cairan pemotongan yang sudah habis masa pakai) tercatat sebagai limbah dari industri pemotongan logam di Jerman. Jika hal ini dihubungkan dengan sejumlah negara-negara industri logam di dunia seperti Amerika, Jepang, Inggris, dan lainnya, maka jutaan galon cairan pemotongan bekas akan menjadi limbah. Limbah-limbah ini biasanya akan disimpan di dalam kontainer sebelum ditanam. Jika hal ini berkelanjutan, maka lingkungan akan terganggu dan ini bukan merupakan jalan keluar terbaik. Dalam publikasinya, Strejith dan Ngoi (2000) ada mengutip dari hasil para pakar pemesinan, yang merekomendasikan harus dilakukan dengan pemesinan kering. Pemesinan kering didefenisikan sebagai operasi pemesinan yang masih boleh menggunakan cairan pemotongan untuk voume yang sangat terbatas, yaitu 50 ml/jam. Namun solusi yang paling baik adalah jika operasi pemesinan dilakukan tanpa cairan pemotongan sama sekali. Supriadi : Analisa Gaya, Daya, Dan Energi Pemotongan 14 Spesifik Serta Kondisi Pemotongan Moderat Pada Pemesinan Kering (Baja Karbon Aisi 1045 - Pahat Karbida Tak Berlapis, Wc + 6 % Co, Tipe K), 2008. USU Repository © 2009

Sebagaimana paparan di atas, bahwa lazimnya operasi pemesinan dilakukan dengan pemesinan basah sehinggga karakteristik pemesinan basah sudah dikenal baik selama ini. Berbeda dengan pemesinan basah, dimana informasi mengenai karakteristik pemesinan kering belum banyak dilaporkan bahkan masih banyak yang meragukan, apakah pemesinan kering dapat dilakukan. Diantara

banyak

parameter-parameter

yang

digunakan,

untuk

mengkarakterisasikan proses pemesinan, maka ada beberapa parameter yang paling signifikan, diantaranya

gaya pembentuk geram F, daya N dan efisiensi

pemotongan η serta energi pemotongan spesifik Esp. Disamping itu, perlu mengetahui pula kondisi pemotongan moderat sehingga diketahui efisiensi kesesuaian antara material benda kerja dan pahat yang digunakan. Baja karbon dan karbida adalah material benda kerja dan bahan pahat standar pada operasi pemotongan logam. Hal ini disebabkan oleh banyaknya produk-produk industri logam yang dibuat dari baja karbon dan dimesin dengan pahat karbida. Sebagai contoh, Harahap (2007) melaporkan bahwa industri pemotongan logam di Sumatera Utara atau Usaha Kecil Menengah (UKM) paling banyak menggunakan baja karbon sebagai bahan benda kerja, manakala pahat HSS yang masih banyak digunakan

pada industri logam di Sumatera Utara

disarankan beliau menggunakan pahat karbida sebagaimana hasil penelitian beliau. Beliau juga sudah melakukan pemesinan kering baja karbon dengan menggunakan pahat Karbida dan melaporkan kondisi optimum yang dapat dilakukan pada proses pembubutan. Namun demikian, laporan beliau lebih kepada


kondisi pemotongan optimum jika karakteristik pemesinan kering sebagaimana paparan di atas belum dilaporkan. Dari paparan di atas, maka dirasa perlu untuk mempelajari karakteristik pemesinan kering baja karbon menggunakan pahat karbida, agar didapat informasi mengenai pemesinan kering secara luas dan informatif sehingga pemesinan kering dapat dilakukan dan lingkungan dapat diselamatkan.

1.2 Tujuan Tujuan dari penelitian ini adalah mengetahui karakteristik pemesinan baja karbon AISI 1045 yang meliputi hubungan beban geram terhadap gaya, dan daya pemesinan serta komponennya dan energi pemotongan spesifik pada pemesinan kering orthogonal menggunakan pahat karbida tak berlapis. Selain itu, juga menyelidiki daerah pemotongan moderat dari kondisi pemesinan di atas bagi mengetahui efisiensi kesesuaian benda kerja dengan jenis pahat yang digunakan.

1.3 Manfaat Manfaat yang diharapkan dari penelitian ini adalah 1. Untuk Akademis, dapat memberikan informasi mengenai karakteristik pemesinan baja karbon AISI 1045 pada pemesinan kering orthogonal dengan menggunakan pahat

karbida

tak

berlapis

untuk

meningkatkan

kemampumesinan bahan baja karbon AISI 1045. 2. Untuk bidang industri,


dapat dijadikan pertimbangan untuk merencanakan kondisi pemesinan yang optimum sehingga diharapkan dapat meningkatkan produktivitas. 3. Untuk lingkungan, diharapkan pemesinan kering dapat menjadi solusi pilihan dalam merencanakan pemesinan optimum tanpa mengabaikan kelestarian lingkungan.

1.4 Batasan masalah 1. Bahan benda kerja yang digunakan adalah baja karbon rendah AISI 1045. Dengan kondisi awal tanpa pengerjaan pendahuluan, yaitu bahan yang biasa digunakan dalam industri manufaktur (bukan dalam keadaan ideal). 2. Pahat yang digunakan adalah pahat karbida tak berlapis (WC + 6% Co, Cast iron cutting grade, tipe K).

1.5 Sistematika penulisan Tugas sarjana ini disajikan dalam beberapa bab dengan tujuan untuk memudahkan pemaparan masalah dan membentuk alur pembahasan analisa yang mudah dipahami. BAB I merupakan uraian singkat mengenai latar belakang, tujuan, manfaat, batasan masalah, dan sistematika penulisan. BAB II menjelaskan tinjauan pustaka yang akan memberikan informasi mengenai

lima elemen dasar permesinan, pemotongan orthogonal, sifat dan


ketermesinan dari bahan logam dan non logam, jenis material pahat, serta pemesinan kering dan perkembangannya. BAB III menjelaskan pengumpulan data, metodologi penelitian, peralatan dan bahan yang digunakan, proses pengerjaan yang dilakukan, serta faktor-faktor penting lainnya yang menunjang penelitian ini. BAB IV menjelaskan analisa data mengenai karakteristik pemesinan material yang meliputi komponen gaya pembentuk geram, daya dan efisiensi pemotongan, energi pemotongan spesifik, dan kondisi pemesinan moderat. BAB V menampilkan proposal hubungan antara beban geram (Chipload) dengan gaya dan daya pemesinan serta energi pemotongan spesifik. Pada bab ini akan ditunjukkan hubungan dari parameter-parameter di atas dalam bentuk grafik tiga dimensi dengan beban geram sebagai sumbu x dan variable pemesinan lainnya seperti gaya, dan daya pemesinan serta energi pemotongan spesifik sebagai sumbu y. BAB VI merupakan kesimpulan dan saran dari semua uraian pembahasan dalam tugas sarjana ini.


BAB II TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Operasi Pembubutan 2.1.1 Lima Elemen Dasar Pemesinan Berdasarkan gambar teknik, dimana dinyatakan spesifikasi geometrik suatu produk komponen mesin, salah satu atau beberapa jenis pemesinan seperti proses bubut, proses gurdi dan lain-lain harus dipilih sebagai suatu proses atau urutan proses yang digunakan untuk membuatnya. Bagi suatu tingkatan proses, ukuran objektif ditentukan dan pahat harus membuang sebagian material benda kerja sampai ukuran objektif itu dicapai. Hal ini dapat dilaksanakan dengan cara menentukan penampang geram (sebelum terpotong). Selain itu, setelah berbagai aspek teknologi ditinjau, kecepatan pembuangan geram dapat dipilih supaya waktu pemotongan sesuai dengan yang dikehendaki. Pekerjaan ini akan ditemui dalam setiap perencanaan proses pemesinan. Untuk itu perlu dipahami lima elemen dasar proses pemesinan yaitu : (lit. 4, hal : 13) 1.

Kecepatan potong (cutting speed)

: v (m/min)

2.

Kecepatan makan (feeding speed)

: v f (mm/min)

3.

Kedalaman potong (depth of cut)

: a (mm)

4.

Waktu pemotongan (cutting time)

: t c (min)

5.

Kadar pembuangan material (rate of metal removal)

: Z (cm 3 /min)


Elemen proses pemesinan tersebut (v, v f , a, t c , Z) dihitung berdasarkan dimensi benda kerja dan pahat serta besaran dari mesin perkakas. Oleh sebab itu, rumus yang dipakai dalam setiap proses pemesinan bisa berlainan. Karena dalam penelitian ini penulis menggunakan mesin bubut (turning) maka yang akan dibahas dalam bab ini hanya mengenai elemen dasar proses pemesinan dari mesin bubut (turning).

2.1.2 Aplikasi Pada Operasi Pembubutan Elemen dasar dari proses bubut (turning) dapat diketahui atau dihitung dengan menggunakan rumus yang dapat diturunkan dengan memperhatikan Gambar 2.1. Kondisi pemotongan ditentukan sebagai berikut : Benda Kerja :

Pahat

:

Mesin Bubut :

d0

: diameter awal ; mm

dm

: diameter luar ; mm

lt

: panjang pemesinan ; mm

κr

: sudut potong utama ; o

γ0

: sudut geram ; o

a

: kedalaman potong ; mm = (d 0 - d m )/2 ; mm

............…………...... 2.1

f

: gerak makan ; mm/rev

n

: putaran poros utama (benda kerja) ; rpm


Gambar 2.1 Proses Bubut

(Sumber : Rochim 1993)

Dari Gambar 2.1 terlihat bahwa proses bubut tersebut menggunakan suatu proses pemotongan miring (oblique cutting) yaitu suatu sistem pemotongan dengan gerakan relatif antara pahat dan benda kerja membentuk sudut potong utama κr kurang dari 90º. Kecepatan makan vf dihasilkan oleh pergerakan dari pahat ke benda kerja. Elemen dasar dapat dihitung dengan rumus-rumus berikut : 1. Kecepatan Potong v=

π.d.n 1000

; m/min

.....…………............ 2.2

dimana, v : kecepatan potong ; m/min d : diameter rata-rata d = (d 0 + d m ) /2 ≈ d 0

; mm,

……………........... 2.3

n : putaran poros utama ; rpm


Kecepatan potong maksimal yang diizinkan tergantung pada : 1. Bahan benda kerja : makin tinggi kekuatan bahan, makin rendah kecepatan potong. 2. Bahan pahat

: pahat karbida memungkinkan kecepatan yang lebih tinggi dari pada pahat HSS.

3. Besar asutan

: makin besar gerak makan, makin rendah kecepatan potong.

4. Kedalaman potong

: makin besar kedalaman potong, makin rendah kecepatan potong.

2. Kecepatan Pemakanan v f = f . n ; mm/min

......…………......... 2.4

dimana, v f : kecepatan makan ; mm/min f

: gerak makan

; mm/rev

n : putaran poros utama (benda kerja) ; rpm 3. Waktu Pemotongan t c = l t / v f ; min

………………......... 2.5

dimana, t c : waktu pemotongan ; min l t : panjang pemesinan

; mm

v f : kecepatan makan

; mm/min

4. Kecepatan Penghasilan Geram Kecepatan penghasil geram dapat dihitung dengan formula : Z = A.v

……………….......... 2.6


dimana, penampang geram sebelum terpotong A = f . a ; mm 2 maka Z =f.a.v

.............................….………......... 2.7

dimana, Z : kecepatan penghasilan geram ; cm 3 / min f : gerak makan ; mm/rev a : kedalaman potong ; mm Pada Gambar 2.1 diperlihatkan sudut potong utama (κr, principal cutting edge angle) yaitu merupakan sudut antara mata potong mayor dengan kecepatan makan vf. Untuk harga a dan f yang tetap maka sudut ini menentukan besarnya lebar pemotongan. (b, widh of cut) dan tebal geram sebelum terpotong (h, underformed chip thicknes) sebagai berikut: a. Lebar pemotongan

:

b = a / sin κr ; mm b. Tebal geram sebelum terpotong h = f sin Kr

......……………...… 2.8 :

; mm

......……………....... 2.9

Dengan demikian penampang geram sebelum terpotong dapat dituliskan sebagai berikut : A=f.a =b.h

; mm 2

.....………...... 2.10

Perlu dicatat bahwa tebal geram sebelum terpotong (h) belum tentu sama dengan tebal geram (hc, chip thicknes) dan hal ini antara lain dipengaruhi oleh sudut geram, kecepatan potong dan material benda kerja.


2.1.3 Mekanisme Pembentukan Geram Logam yang pada umumnya bersifat ulet (ductile) apabila mendapat tekanan akan timbul tegangan (stress) di daerah sekitar konsentrasi gaya penekanan mata potong pahat. Tegangan pada logam (benda kerja) tersebut mempunyai orientasi yang kompleks dan pada salah satu arah akan terjadi tegangan geser (shearing stress) yang maksimum. Apabila tegangan geser ini melebihi kekuatan logam akan terjadi deformasi plastik (perubahan bentuk) yang menggeser dan memutuskan benda kerja diujung pahat pada suatu bidang geser (shear plane). Ilustrasi mengenai mekanisme pembentukan geram ditunjukkan pada gambar 2.2.

Gambar 2.2 Teori modern (yang dianut) yang menerangkan terjadinya geram

2.1.4 Komponen Gaya Dan Kecepatan Pemotongan Orthogonal Suatu analisa mekanisme pemotongan orthogonal yang dikemukakan oleh Merchant mendasarkan teorinya sebagai suatu sistem yang dipandang sebagai sebuah bidang dan diuraikan menjadi dua buah gaya yang saling tegak lurus. 2.1.4.1

Komponen Gaya Pembentuk Geram Komponen gaya pembentuk geram dapat diuraikan sebagai berikut :

I. Gaya pada proses deformasi material.


1. Gaya geser (Fs) adalah gaya yang mendeformasi material pada bidang geser. Fs = F cos (Φ + η – γo)

;N

..........………….. 2.11

2. Gaya normal pada bidang geser (Fsn) adalah gaya yang menyebabkan pahat tetap melekat pada benda kerja. Fsn2 + Fs2 = F2

;N

........................... 2.12

II. Gaya dari pengukuran dinamometer. 1. Gaya potong (Fv) adalah gaya yang bekerja searah dengan kecepatan potong.

Fv =

τ shi .b.h. cos(η − γ o ) ;N sin Φ cos(Φ + η − γ o )

……….…………. 2.13

2. Gaya makan (Ff) adalah gaya yang searah dengan kecepatan makan. Fv2 + Ff2 = F2 ; N

…….……............... 2.14

III. Gaya yang bereaksi pada bidang geram. 1. Gaya gesek (Fγ) adalah gaya yang timbul karena aliran geram pada bidang geram. Fγ = Ff cos γo + Fv sin γo ; N

............................... 2.15

2. Gaya normal pada bidang geram (Fγn ) adalah gaya yang menyebabkan geram tetap mengalir pada bidang geram. Fγ2 + Fγn2 =F2 ; N

….............................. 2.16

Komponen gaya di atas dapat dianalisa dengan lingkaran Merchant’s seperti diperlihatkan pada Gambar 2.3.


Gambar 2.3 Lingkaran Merchant’s (Sumber : Rochim 1993 1. sudut geser (Φ) Φ = 45 +

tan Φ =

γo 2

−

η

……………........ 2.17

2

cos γ o λh − sin γ o

………………....... 2.18

2. Sudut gesek (η) η = 90 + γo - 2Φ

…………………... 2.19

dimana, τshi : tegangan geser pada bidang geser ; N/mm2 Ashi : penampang bidang geser = A/sin Φ ; mm2 A : penampang geram sebelum terpotong = b.h ; mm2 λh : rasio pemampatan geram Rumus teoritik di atas diturunkan dalam analisa proses pemotongan orthogonal yang berarti Кr = 90o dan λs = 0o. Pada kondisi di atas, hanya faktor Supriadi : Analisa Gaya, Daya, Dan Energi Pemotongan 26 Spesifik Serta Kondisi Pemotongan Moderat Pada Pemesinan Kering (Baja Karbon Aisi 1045 - Pahat Karbida Tak Berlapis, Wc + 6 % Co, Tipe K), 2008. USU Repository © 2009

sudut potong utama Кr dan kondisi bahan yang diperhatikan sedangkan faktorfaktor koreksi untuk kondisi pemotongan, seperti kecepatan potong, kecepatan makan, dan lain-lain belum dipertimbangkan. Dari paparan di atas, maka kita dapat menggunakan rumus empiris yang lebih kompleks, diantaranya : Fv = ks. A

;N

……………........... 2.20

dimana, ks : gaya potong spesifik ; N/mm2 A : penampang geram sebelum terpotong ; mm2 : b. h = a.f Gaya potong spesifik ks akan dipengaruhi oleh pahat (jenis dan geometri), benda kerja (jenis dan kondisi pengerjaan), dan kondisi pemotongan serta jenis proses pemesinan yang dapat berciri spesifik. ks = ks 1.1.f-z .CK.Cγ.CVB.Cv

;N

………............ 2.21

dimana, ks 1.1 : gaya potong spesifik referensi ; N/mm2 Z : pangkat tebal geram = 0,2 CK : faktor koreksi sudut potong utama Кr Cγ : faktor koreksi sudut geram γo CVB : faktor koreksi keausan VB Cv : faktor koreksi kecepatan potong v Untuk menentukan harga ks 1.1 dapat diperoleh dari table 8.1 (lit.4, hal : 187) atau dengan korelasi persamaan gaya potong spesifik referensi dengan kekuatan tarik. ks 1.1 = 144. σu 0.37 ; N/mm2

……………........... 2.22


dimana, σu : kekuatan tarik ; N/mm2

2.1.4.2

Komponen Kecepatan Pemesinan Oleh karena adanya pemampatan tebal geram, maka kecepatan aliran

geram selalu lebih rendah dari pada kecepatan potong, seperti terlihat pada gambar 2.4.

Gambar 2.4 Kecepatan geser vs yang ditentukan oleh kecepatan geram vc dan kecepatan potong v. Berdasarkan polygon kecepatan di atas, maka 1. Kecepatan geram vc. vc =

v sin φ v sin φ = cos(γ 0 − φ ) cos(φ − γ 0 )

……………….......... 2.23

dari persamaan

λh =

cos(φ − γ 0 ) sin φ

maka diperoleh : vc =

v

λh

……………..........… 2.24

dimana, v : kecepatan potong ; m/min vc : kecepatan geram ; m/min Supriadi : Analisa Gaya, Daya, Dan Energi Pemotongan 28 Spesifik Serta Kondisi Pemotongan Moderat Pada Pemesinan Kering (Baja Karbon Aisi 1045 - Pahat Karbida Tak Berlapis, Wc + 6 % Co, Tipe K), 2008. USU Repository © 2009

vs : kecepatan geser

2.

; m/min

Kecepatan geser (vs)

vs =

vc cos γ 0 sin φ

vs =

v cos γ 0 cos(φ − γ 0 )

; m/min

............................... 2.25

2.1.5 Daya dan Efisiensi Pemesinan Daya pemotongan ditentukan oleh gaya dan kecepatan pemotongannya, daya pemotongan dapat dinyatakan : Nct = Nc + Nf

…………………..….2.26

dimana, Nct : daya pemotongan total ; kW Nc : daya potong ; kW Nf : daya makan ; kW 1. Daya potong (Nc) adalah daya yang dibutuhkan saat pemotongsn berlangsung, jadi daya potong terjadi atau dibutuhkan pada pahat. Nc = 2.

Fv v 60000

; kW

……………………… 2.27

Daya makan (Nf) adalah daya yang dibutuhkan agar pahat tetap bergerak melakukan gerak makan searah kecepatan makan. Nf =

Ff v f 60.000.000

; Kw

……………................. 2.28


Daya pemotongan Nct adalah daya yang terpakai dalam proses pembentukan geram, selain daya pemotongan, motor mesin perkakas juga harus menanggung daya yang hilang karena terpakai untuk menggerakkan komponen mesin dan gesekan pada sistem transmisi daya pada mesin tersebut. Maka daya dalam proses pemesinan Nmc adalah : Nmc = Nct + Nml ; kW dimana,

….…………….......... 2.29

Nmc : daya pemesinan ; kW Nml : daya yang hilang ; kW

Oleh karena itu, efisiensi pemesinan dapat didefinisikan sebagai berikut : ηct =

N ct ×100 % N mc

.................................... 2.30

Setiap mesin memiliki karakteristik tertentu yang berhubungan dengan daya. Karakteristik daya tersebut dapat diselidiki dengan mengukur daya idel (idle power) yaitu daya yang dipakai motor listrik sewaktu mesin dijalankan dengan benda kerja dalam keadaan terpasang pada berbagai kecepatan potong dan kecepatan makan dalam keadaan tanpa melakukan pemotongan. Berdasarkan daya nominal yang tertulis pada motor listrik, maka daya yang tersedia untuk pemesinan adalah Nmr = Nmn - Nmo ; kW

…………….............. 2.31

dimana, Nmr : daya tersedia ; kW

NmL > Nmo

Nmn : daya nominal ; kW Nmo : daya idle

; kW

Dengan demikian, daya mesin perkakas dapat dinilai dari efisiensi mekanis (ηm)


ηm =

N mv ×100 % N mn

................................... 2.32

Umumnya pemilihan motor penggerak disesuaikan dengan kekuatan dan kekakuan dari komponen utama mesin, sehingga diharapkan daya yang tersedia dapat dimanfaatkan sepenuhnya. Tapi dalam prakteknya, daya yang tersedia tidak selalu mungkin sepenuhnya dimanfaatkan karena beberapa kendala teknologi seperti kehalusan produk. Untuk mengukur sampai seberapa jauh pemanfaatan daya yang tersedia tersebut, dapat dinyatakan dengan persentase beban, yaitu ηl =

N ct ×100 % N mr

......................................... 2.33

Selain dengan efisiensi pemesinan ηc dan persentase beban ηl, maka kondisi pemesinan juga dapat pula dinilai berdasarkan energi pemotongan specifik Esp. Esp =

N ct 60000 Z

; J/cm3

…………….................. 2.34

dimana, Nct : daya pemotongan total ; kW Z : kecepatan penghasil geram ; cm3/min

2.1.6 Kondisi Pemotongan Moderat Kecepatan potong moderat adalah kecepatan potong yang memberikan kondisi dimana keausan tepi mulai terus membesar (pada suatu harga kecepatan potong) dan keausan kawah juga mulai membesar dimana sebelumnya hampir tidak ada terjadi keausan kawah.


Harga kecepatan potong moderat akan turun jika kecepatan makan dipertinggi, jadi kondisi pemotongan moderat merupakan fungsi dari kecepatan potong dan kecepatan makan. Lebar daerah pemotongan moderat dibatasi oleh garis bawah Rmin, yang menyatakan saat hilangnya BUE dan garis atas yang menunjukan saat terjadinya deformasi dan laju keausan kawah yang semakin cepat. Pada daerah yang moderat tersebut, hendaknya kondisi pemesinan direncanakan. Hal ini bergantung pada kombinasi pahat dan material benda kerja. Jika daerah pemotongan moderat menjadi lebih sempit, maka dianggap pasangan pahat dan material benda kerja tak sesuai. Dan jika kondisi pemesinan yang direncanakan ternyata jatuh diluar daerah pemesinan moderat, maka harus dilakukan pengubahan, yaitu jika memungkinkan dilakukan pengubahan kecepatan potong v dan gerak makan f secara serentak sedemikian rupa sehingga kecepatan penghasil geram Z tidak berubah. v = R . f –α

atau

v.f -α = R

...……….............. 4.12

dimana, R : konstanta dari kecepatan potong untuk f sebesar 1 satuan α : pangkat gerak makan = 0,77 kondisi pemesinan yang diharapkan Rmin < v.f –α < Rmax

2.2 Bahan Pahat 2.2.1 Bahan Pahat Komersial Dalam suatu

pemesinan jenis pekerjaan pemesinan yang tertentu

diperlukan pahat dari jenis material yang cocok. Keterbatasan kemampuan suatu


jenis material pahat

perlu diperhitungkan. Berikut adalah pahat yang sering

digunakan menurut urutannya mulai dari material yang relatif lunak sampai dengan yang paling keras sebagai berikut : 1. Baja Karbon Tinggi (High Carbon Steel, Carbon Tool Steels, CTS) 2. HSS (High Speed Steels, Tool Steels) 3. Paduan Cor Nonlogam (Cast Nonferous Alloys, Cast Carbides) 4. Karbida (Cermeted Carbides, Hardmetals) 5. Keramik (Ceramic) 6. CBN (Cubic Boron Nitride) 7. Intan (Sintered Diamons & Natural Diamonds) 2.2.2 Bahan Pahat Karbida Jenis karbida yang disemen (Cemeted Carbides) merupakan bahan pahat yang dibuat dengan cara menyinter serbuk karbida (nitrida dan oksida) dengan bahan pengikat yang umumnya dari cobalt (Co), dengan cara carburizing masingmasing bahan dasar serbuk Tungsten (wolfram), Titanium, Tantalum dibuat menjadi karbida yang kemudian digiling dan disaring. Campuran serbuk karbida tersebut kemudian dicampur dengan bahan pengikat (Co) dan dicetak tekan dengan memakai bahan pelumas kemudian dipanaskan sampai 1600 0C. Ada tiga jenis bahan utama pahat karbida yaitu : 1. Karbida Tungsten ( WC + Co ) yang merupakan jenis pahat karbida untuk memotong besi tuang. 2. Karbida Tungsten Paduan (WC .TiC +Co; WC-TaC-TiC + Co ; WC –TaC+ Co ; WC-TiC-TiN+Co; TiC + Ni,Mo) merupakan jenis pahat karbida yang digunakan untuk pemotongan baja.


3. Karbida lapis (Coated Cemeted Carbides) merupakan jenis karbida Tungsten yang dilapis. (Rochim 1993). a. Karbida tungsten (WC + Co) Karbida tungsten murni merupakan jenis yang paling sederhana terdiri dari karbida tungsten (WC ) dan pengikat cobalt ( Co). Jenis yang cocok untuk pemesinan dimana mekanisme keausan pahat terutama disebabkan oleh proses abrasi seperti terjadi pada berbagai besi tuang, apabila digunakan untuk baja akan terjadi keausan kawah yang berlebihan. Untuk pemesinan baja dipakai jenis karbida tungsten paduan ( Destefani 2002). b. Karbida

WC-TiC + Co

Pengaruh utama dari TiC adalah mengurangi tendensi dari geram untuk melekat pada muka pahat (BUE : Buit Up Edge) serta menaikkan daya tahan keausan kawah ( Destefani 2002). c. Karbida WC- TaC- TiC +Co Penambahan TaC memperbaiki efek samping TiC yang menurunkan transverse rupture strength. Hot Hardness dan compressive strength dipertinggi, sehingga ujung pahat tahan terhadap deformasi plastik (Rochim 1993). d. Karbida WC –TaC + Co Pengaruh TaC adalah hampir serupa dengan pengaruh TiC, akan tetapi TaC lebih lunak dibandingkan dengan TiC. Jenis ini lebih tahan terhadap thermal shock cocok untuk pembuatan alur ( Destefani 2002). e. Karbida Lapis (Coated Cemented Carbide)


Jenis karbida lapis ini sedang berkembang dan banyak digunakan dalam berbagai jenis permesinan, pemakainya sekitar 40 % dari seluruh jenis pahat karbida yang digunakan. Material dasarnya adalah karbida tungsten (WC + Co) yang dilapis dengan bahan keramik (karbida, nitrida dan oksida) yang keras tahan terhadap temperatur tinggi ( Destefani 2002 ).

2.2.3 Pahat Karbida Pada Operasi Pembubutan I. Geometri Pahat Proses pemesinan menggunakan pahat sebagai perkakas potongnya dan geometri pahat tersebut merupakan salah satu faktor terpenting yang menentukan keberhasilan suatu proses pemesinan. Geometri pahat harus dipilih dengan benar disesuaikan dengan jenis material benda kerja, material pahat, dan kondisi pemotongan sehingga salah satu atau beberapa objektif seperti tingginya umur pahat, rendahnya gaya atau daya pemotongan, halusnya permukaan, dan ketelitian geometri produk dapat tercapai. Untuk itu, disini akan dibahas optimisasi geometri pahat bubut yaitu sudut-sudut pahat ditinjau dalam sistem referensi orthogonal karena dalam sistem referensi yang lain efeknya akan sama. 1. Sudut Bebas (α) fungsinya adalah mengurangi gesekan antara bidang utama Aα dengan bidang transien dari benda kerja sehingga temperatur tinggi akibat gesekan dapat dihindari sehingga aus tepi tidak cepat terjadi. Gerak makan f akan menentukan harga sudut bebas, semakin besar gerak makan maka gaya pemotongan akan semakin besar sehingga untuk memperkuat


pahat dibutuhkan sudut penampang βo yang besar yaitu dengan memperkecil sudut bebas α bila sudut geram γ tetap. Sebagai petunjuk umum dalam pemesinan baja, harga sudut bebas dipilih sesuai dengan gerak makan, yaitu : f ≤ 0,2 mm/rev, maka αo = 12o f > 0,2 mm/rev, maka αo = 8o 2. Sudut Geram (γ) Sudut geram adalah sudut dari bidang geram terhadap bidang normal. Sama seperti sudut bebas, sudut geram juga memiliki harga optimum. Untuk kecepatan potong tertentu, sudut geram yang besar akan menurunkan rasio pemampatan tebal geram λh yang mengakibatkan kenaikan sudut geser Ф yang besar akan menurunkan penampang bidang geser Ashi sehingga gaya potong menurun, tapi sudut geram γ yang terlalu besar akan menghambat proses perambatan panas sehingga temperatur naik, hal ini mengakibatkan menurunnya umur pahat T. 3. Sudut Miring (λ) Sudut miring mempengaruhi arah aliran geram, bila berharga nol maka arah aliran geram tegak lurus mata potong. Dengan adanya sudut miring, maka panjang kontak antara pahat dan benda kerja menjadi lebih diperpanjang. Temperatur bidang kontak akan mencapai harga minimum bila λs = + 5o untuk proses penghalusan (finishing) dan -5o untuk proses pengasaran (roughing). 4. Sudut Potong Utama (kr) Sudut potong utama mempunyai peran antara lain : 1. Menentukan lebar dan tebal geram sebelum terpotong (b dan h). Supriadi : Analisa Gaya, Daya, Dan Energi Pemotongan 36 Spesifik Serta Kondisi Pemotongan Moderat Pada Pemesinan Kering (Baja Karbon Aisi 1045 - Pahat Karbida Tak Berlapis, Wc + 6 % Co, Tipe K), 2008. USU Repository © 2009

2. Menentukan panjang mata potong yang aktif atau panjang kontak antara geram dengan bidang pahat, dan 3. Menentukan besarnya gaya radial Fx Gaya radial akan membesar dengan pengecilan kr, hal ini akan menyebabkan lenturan yang besar ataupun getaran sehingga menurunkan ketelitian geometri produk dan hasil pemotongan terlalu kasar. 5. Sudut Potong Bantu (k’r) Pada prinsipnya, sudut potong bantu dapat dipilih sekecil mungkin karena selain memperkuat ujung pahat, maka kehalusan produk dapat dipertinggi. Yang menjadi kendala adalah kekakuan sistem pemotongan karena k’r yang kecil akan mempertinggi gaya radial Fx, sebagai petunjuk : 1. sistem pemotongan yang kaku, k’r = 5o s.d 10o 2. sistem pemotongan yang lemah, k’r = 10o s.d 20o 6. Radius Pojok (rє) Radius pojok berfungsi untuk memperkuat ujung pertemuan antara mata potong utama S dengan mata potong minor S’ dan selain itu menentukan kehalusan permukaan hasil pemotongan Untuk rє yang relatif besar, maka bersama-sama dengan gerak makan yang dipilih sehingga mempengaruhi kehalusan permukaan produk. II. Kondisi Pemotongan Pada dasarnya dalam setiap proses pemesinan ada tiga variabel proses yang perlu ditetapkan harganya yaitu kedalaman potong a, gerak makan f, dan kecepatan potong v, untuk menghasilkan produk sesuai dengan geometri dan toleransi yang diminta. Sesuai dengan urutan proses yang direncanakan, jelas


perlu ditentukan terlebih dahulu jenis mesin perkakas dan pahatnya (material pahat disesuaikan dengan material benda kerja, geometri pahat disesuaikan dengan kondisi proses yang direncanakan). Kemudian tiga variabel proses di atas harus dipilih supaya kecepatan penghasilan geram setinggi mungkin. Kecepatan penghasilan geram yang tinggi dapat dicapai dengan menaikkan ketiga variabel proses tersebut dengan urutan yaitu kedalaman potong (sebesar mungkin) ditentukan terlebih dahulu dengan memperhatikan dimensi bahan dan dimensi produk (dimensi akhir), kekakuan sistem, dan dimensi mata potong pahat, sehingga langkah pemotongan sependek mungkin (satu atau beberapa langkah pengasaran dan mungkin diperlukan langkah akhir yang berupa penghalusan). Gerak makan ditentukan sebesar mungkin, tergantung pada gaya pemotongan maksimum yang diizinkan (defleksi) serta tingkat kehalusan permukaan yang diminta (tidak selalu harus halus), kecepatan potong harus ditentukan supaya daya pemotongan (Nc) tidak melebihi daya tersedia (Nmr) serta umur pahat diharapkan sesuai dengan batasan yang akan ditentukan kemudian. Prosedur penentuan harga ketiga variabel proses ini pada umumnya dapat dilaksanakan dengan mudah pada proses pemesinan dimana tidak terjadi fluktuasi gaya.

2.3 Bahan Material Secara garis besar material bahan dapat dikelompokkan kedalam dua jenis, yaitu bahan logam (Ferrous Metal) dan bahan bukan logam (Non Ferrous Metal). 2.3.1. Bahan Logam (Ferrous Metal) Pada umumnya dapat dibagi kedalam : besi tuang yang terdiri dari kandungan karbon yang relatif tinggi dan baja yang biasanya dengan 1 % C atau


kurang. yang kemudian dapat dibagi atas baja karbon dengan kandungan karbon rendah, menengah dan tinggi, paduan baja rendah dan tinggi, dan baja perkakas. 1. Baja (Steel) Beberapa sifat baja, diantaranya : 1. Modulus elastisitasnya : 28.106 – 30.106 lb/inch2 2. Kekerasan dipengaruhi kandungan karbon bukan paduan. 3. Ketangguhan baja untuk kekerasan yang seragam dalam volumenya bergantung pada jumlah dan jenis paduan. Baja adalah logam yang memiliki batas pertahanan. Kegagalan material biasanya disebabkan pembebanan yang berulang, tegangan untuk material dapat tahan di bawah pembebanan konstan jauh di bawah pembebanan statik. 2. Baja Karbon (Carbon Steel) Faktor utama yang mempengaruhi sifat dari baja karbon adalah kandungan karbon dan mikrostruktur yang ditentukan oleh komposisi baja, seperti : C, Mn, Si, P, S, dan elemen sisanya seperti O2H2 dan N. Dan dengan pengerjaan akhir, pengerolan, penempaan dan perlakuan panas. Baja karbon biasa dalam fase perilitic, dalam kondisi penuangan, pengerolan, dan penempaan. Dalam kondisi hypo eutectoid adalah ferrite dan pearlite. Dan hypo eutectoid adalah cementite dan pearlite. 3. Baja Paduan (Steel Alloy) adalah paduan dari besi dan karbon yang berisi elemen paduan satu atau lebih, yaitu 1.65% Mn; 0.6 % Si; 0.6 % Cu; atau paduan spesifik yang mencapai 3.99 % Al, B, dan lain-lain.


Baja paduan dapat menghasilkan kekuatan, kegetasan, dan keuletan yang lebih baik dari baja karbon. Baja paduan sesuai untuk tegangan tinggi dan beban kejut. Pengaruh paduan elemen dan baja paduan adalah sebagai berikut : 1. Ni

: menghasilkan keuletan, tahan korosi, dan kekerasan yang lain.

2. Cr

: tahan korosi, keuletan, dan kemampuan pengerasan.

3. SiO2 : menghasilkan ketahanan, oksida temperatur tinggi, menaikkan temperatur

kristis.

Pada

perlakuan

panas,

meningkatkan

kecenderungan dekaburisasi dan gravitasi. 4. Baja Perkakas (Tool Steel) Baja perkakas sama seperti baja paduan karbon tinggi, dengan sifat tahan aus dan kejut, keras, tangguh dan ulet yang didapat dari perlakuan panas, dan pabrifikasi. Baja perkakas biasanya dikombinasikan dengan besi dari satu atau lebih elemen berikut : 0.8-1.3% C; 0.2-1.6% Mn; 0.5-2.0% Si; 0.25-1.4% Cr; 1.5-2.0% T; 0.15-3.0% Vn; 0.8-5.0% Mo; dan 0.75-1.2% Co. Kekerasan dipengaruhi oleh kecepatan pendinginan, dari di atas temperatur kritis ke temperatur transformasi kebutuhan (sekitar 1160 0F). 5. Baja Tahan Karat (Stainless Steel) Sifat terpenting adalah ketahan korosi, yang berhubungan dengan lapisan tipis CrO2 yang terbentuk di atas permukaan. Lapisan tersebut hanya tahan terhadap oksidasi seperti asam nitrit, tapi tidak pada penyerongan bahan, seperti asam hidrochloris, dan banyak garam halogen. 6. Besi Tuang (Cast Iiron)


Ada 5 jenis besi tuang, diantaranya besi tuang kelabu besi tuang ulet, lunak, paduan tinggi dan putih. Dan yang paling terkenal besi tuang kelabu dan ulet. Variasi jenis di atas ditentukan kandungan karbon. Sifat mekanik besi tuang, yaitu : 1. Kekuatan tarik, yang dipengaruhi oleh kecepatan pendinginan dalam cetakan. 2. Kekuatan tekan, kekuatan tekan besi tuang kelabu biasanya 3-5 kali kekuatan tariknya dan tegangan gesernya sama dengan tegangan tariknya. 3. Modulus Elastisitas, dalam menentukan modulus elastisitas dari besi tuang kelabu biasanya digunakan slope dari kurva defleksi pembebanan pada 25 % tegangan tarik sehingga dianjurkan memilih besi tuang dengan modulus elastisitas yang rendah pada aplikasi yang membutuhkan ketahanan kenaikan temperatur yang tiba-tiba. 4. Kekerasan, kekerasan besi tuang kelabu bervariasi dengan tegangan tariknya.

2.4 Pemesinan Kering (Dry Machining) 2.4.1 Definisi Pemesinan kering atau dalam dunia manufakturing dikenal dengan pemesinan hijau (Green Machining) merupakan suatu cara proses pemesinan atau pemotongan

logam

tanpa

menggunakan

cairan

pendingin

melainkan

menggunakan partikel udara sebagai media pendingin selama proses pemesinan berlangsung untuk menghasilkan suatu produk yang diinginkan dengan maksud


untuk mengurangi biaya produksi, meningkatkan produktivitas serta ramah lingkungan. Mengingat persaingan dalam dunia manufakturing begitu ketatnya maka penelitian terhadap teknologi pemesinan hijau (green machining) terus dilakukan, karena walaupun teknologi pemesinan hijau (green machining) terus berkembang akan tetapi teknologi yang ada sekarang ini hanya mampu digunakan untuk proses dengan pemakanan yang kecil sehingga biasanya hanya dipakai untuk proses penghalusan (finishing). 2.4.2 Perkembangan Pemesinan Kering Saat ini pengembangan

pemesinan kering (Green machining) hangat

dibicarakan di kalangan orang teknologi pemesinan. Pemesinan kering pada industri manufaktur sekarang ini masih sedikit sekali atau boleh dikatakan masih dalam tahap uji coba, ini disebabkan karena belum tegaknya undangundang lingkungan hidup dan masih minimnya pahat yang direkomendasi untuk pemesinan kering, sehingga industri manufaktur masih tetap bertahan pada sistem yang lama yaitu pemesinan basah ( Molinary & Nouari 2003, Grzesik & Nieslony 2003 ). Ada tiga faktor yang menyebabkan pemesinan kering menjadi menarik dibicarakan yaitu : 1. Pemesinan kering hanya dipilih untuk mengatasi masalah pemutusan atau penguraian rantai ikatan kimia yang panjang dengan waktu paruh yang sangat lama (non biodegradable) yang potensial untuk merusak lingkungan. 2. Teknik pemesinan kering sangat potensial untuk mengurangi biaya produksi. Hasil riset menunjukkan bahwa pada industri otomotif Jerman, biaya cairan


pemotongan (7-20) % dari biaya pahat total. Jumlah ini adalah dua sampai empat kali lebih besar dari biaya pahat potong. 3. Salah satu cara pemesinan yang tidak menimbulkan limbah dan pengabutan udara serta tidak menimbulkan sisa pada serpihan adalah pemesinan kering (Sreejith & Ngoi 2000, Sokovic & Mijanovic 2001). Keuntungan utama dari cairan pemotongan adalah untuk mengurangi panas dan gesekan yang ditimbulkan sepanjang daerah pemotongan serta juga bermanfaat untuk membersihkan serpihan dari daerah pemotongan. Jika cairan pemotongan tidak digunakan pada proses pemesinan maka kedua keuntungan di atas tidak diperoleh mengakibatkan koefisien gesekan serta suhu pemotongan meningkat sehingga akan menimbulkan keausan pada pahat yang disebabkan difusi pahat. Mekanisme keausan pahat ditunjukkan dalam pemotongan kering beban kerja tinggi (beban termal) Sebaliknya dalam perspektif pahat sebagai material yang rapuh, pemotongan kering memberikan manfaat untuk menghindari tegangan termal yang umumnya diindikasikan oleh keretakan sisir (comb crack) pada permukaan pahat potong (Che Haron 2001). Pahat potong dioptimalkan dengan pemilihan material pahat bersalut dan geometri pahat yang sesuai. Material yang tahan terhadap suhu yang tinggi dan keausan tinggi adalah karbida, sermet, keramik, CBN dan PCD. Tujuan penggunaan pemesinan kering ini, untuk mencapai peningkatan kemampuan mesin dengan mengurangi koefisien gesekan dan panas selama proses pemotongan. Sekarang ini material yang berlapis telah ditemukan menjamin suksesnya pemesinan kering. Studi literatur menyatakan bahwa pengaruh cairan pemotongan yang digunakan terhadap dampak lingkungan pertama sekali


dianalisa dan dipublikasikan (Klocke and Eisenblatter 1997). Mereka melaporkan bahwa pemesinan kering dapat dilakukan dengan hasil yang diharapkan pada besi tuang, karbon dan baja tuangan. Graham (2000) juga melaporkan bahwa perubahan dari pemesinan yang menggunakan cairan pemotongan ke pemesinan kering dapat dilakukan untuk beberapa logam seperti baja, besi tuang dan aluminium. Sreejith and Ngoi (2000) di dalam papernya berjudul pemesinan kering untuk masa yang akan datang sangat diharapkan. Graham (2000), Sreejth and Ngoi (2000) melaporkan bahwa pemesinan yang sukses untuk masa yang akan datang adalah pemesinan kering dengan menggunakan pahat potong karbida berlapis, CBN, Sialon dan PCD. CBN dan PCD telah banyak digunakan untuk pemesinan kering kecepatan tinggi 1000 m/menit. Dalam kasus baja paduan, beberapa peneliti melaporkan bahwa karbida berlapis keramik, CBN dan PCD sangat potensial digunakan (Che Haron et al 2001, Grzesik & Nieslony 2003). Pemesinan kering meniadakan kebutuhan untuk pembuangan dan pembelian cairan pendingin, menghapus ditutupnya produksi pembersih pemesinan dan meningkatkan keselamatan dan kesehatan pekerja. Pemesinan kering juga akan memberikan lebih bersih lingkungan benda kerja seperti tak adanya minyak yang melekat pada benda kerja. Selain itu, geram akan menjadi tak terkontaminasi. Keuntungan biaya dari pemesinan kering meliputi tanpa pendingin, tanpa pompa pendingin, tak ada pembelian filter dan tak ada penjualan pembersih geram (Bulloch 2004).


BAB III METODE PENELITIAN

3.1. Bahan dan Alat 3.1.1 Bahan Material yang digunakan pada penelitian ini yaitu : 1. Baja karbon (AISI 1045) Komposisi kimia dan sifat mekanik dari Baja karbon AISI 1045 dapat dilihat pada tabel 3.1 dan table 3.2. Tabel 3.1 Komposisi kimia dari Baja karbon AISI 1045 C (%)

Mn (%)

P (%)

S (%)

0,43-0,50

0.60-0.90

<=0.040

<=0.050

Sumber : Tools and inserts for turning ( Ceratizit): Tabel 3.2. Sifat-sifat mekanik dari Baja karbon AISI 1045 Sifat Mekanis Tegangan luluh (σy) Tegangan batas (σu) Kekuatan tarik Kekerasan Modulus elastisitas (E) Kerapatan massa (ρ) Berat spesifik (γ) Panas spesifik Konduktifitas panas (K)

Baja Karbon AISI 1045 (T25oC) 505 Mpa 250.103 psi, 1725 Mpa 585 Mpa 179 HB 210 Gpa 0.33 lb/in3, 9.13 g/cm3 8.03 (x1000 kg/m3) 0.12 BTU/lboF, 502 J/kgoC 30 BTU/hr.ftoF, 52 W/moC

Sumber : eFunda Properties of Carbon Steel AISI 1045 Baja karbon sering digunakan sebagai bahan paduan dlam pembuatanbatang penghubung, die block, kabel dan lain-lain.


Material bahan yang digunakan berbentuk selinder pejal dengan diameter 80 mm dan panjang 500 mm, sebagaimana ditunjukkan pada gambar 3.1 dan 3.2.

500 mm

80 mm

Gambar 3.1 Gambar geometri benda kerja

Gambar 3.2 Gambar benda kerja

2. Pahat karbida tak berlapis Pahat potong yang digunakan adalah pahat karbida tak berlapis (WC + 6% Co) yang diproduksi oleh PLANSEE dengan pengenal CNMG 120412 EN-TM. Geometri dan sifat mekanik dari pahat karbida tak berlapis ditunjukkan pada tabel 3.3 dan 3.4.


Tabel 3.3 Geometri Pahat Karbida Geometri Pahat

Satuan

Sudut Potong Utama

80o

Sudut Geram

6o

Toleransi

d = 0.05-0.10 mm; m = 0.08-0.20 mm;

Bentuk Permukaan Atas

IK ≥ ¼ inc

Panjang Sisi Potong Tebal MataPahat Radius Pojok

L = 12 mm; d = 12.7 mm s = 4.76 mm r = 1,2 mm

Sumber : Tools and inserts for turning ( Ceratizit)

Gambar 3.3 Mata Pahat Karbida dan Lapisannya Tabel 3.4 sifat-sifat mekanis pahat karbida tak berlapis Kekerasan

90 HRA, 1800HK

Kekuatan tekan

150.103 psi, 1050 Mpa

Kekuatan kejut

3 in.lb, 0.34 J

Modulus elastisitas

75.106 psi, 520 Gpa

Densitas

10 g/cm3, 0.36 lb/in3

Titik leleh Konduktifitas thermal

2250 oF, 1400 oC 42 W/m. oC

Sumber : www.Plansee.com


Batas kondisi pemesinan yang dianjurkan dalam pemesinan baja karbon menggunakan pahat karbida tak berlapis adalah sebagai berikut : Kecepatan potong (v) = 180-250 m/min Gerak makan (f) = 0.15-0.35 mm/rev Kedalaman potong (a) = 1.0-4.0 mm Sumber : www.Plansee.com 3. 1 .2 Alat Peralatan yang digunakan dalam eksperimen ini adalah : 1. Mesin Bubut Konvensional

Gambar 3.4 Mesin bubut Jhung Metal Machinery Co Data teknik dari mesin bubut Jhung Metal Machinery Co ditunjukkan pada tabel 3.4.


Tabel 3.5 Data Teknis Mesin bubut Jhung Metal Machinery Co Daya (N)

8.7 kW

Torsi Diameter penjepit maksimum (mm) Ukuran (mm) Putaran (rpm) Voltase (v) Ampere (A) Frekuensi (Hz) Motor listrik

6600 N 158 530 x 1100 1440 1730 220/330 220/330 14.0/8.11 13.5/7.82 50 60 High effisiensi, 3 phase. Induction motor.

Sumber : Data mesin BBLKI 2. Benda kerja terpasang Penampang dari benda kerja terpasang ditunjukkan pada gambar 3.5. 5

1

7 2 3

4

6

Gambar 3.5 Benda kerja terpasang pada mesin Keterangan 1. Putaran poros utama (spindle)

4. Pemegang pahat (tool holder)

2. Pencekam benda kerja (chuck)

5. Kepala lepas (tailstock)

3. Pahat (tool)

6. Benda kerja (work piece)

7. Tempat dudukan pahat (tool post) dan tool holder 3. Mikroskop VB Mikroskop ini digunakan untuk melihat keausan yang dialami oleh mata pahat dengan perbesaran 20 kali mikroskop VB dapat dilihat pada gambar 3.6. Supriadi : Analisa Gaya, Daya, Dan Energi Pemotongan 49 Spesifik Serta Kondisi Pemotongan Moderat Pada Pemesinan Kering (Baja Karbon Aisi 1045 - Pahat Karbida Tak Berlapis, Wc + 6 % Co, Tipe K), 2008. USU Repository © 2009

Gambar 3.6 Mikroskop VB 4. Pemusatan (Centering) benda kerja adalah membuat lubang dudukan kepala lepas (tail stock) yang digunakan sebagai sumbu putar ketika benda kerja berputar untuk melakukan pemesinan sebagaiman ditunjukkan pada gambar 3.7.

Gambar 3.7 Centering benda kerja 5. Jangka Sorong Jangka sorong digunakan untuk mengukur diameter benda kerja sebelum dan setelah pemesinan pada tiap fase. Jangka sorong dapat dilihat pada gambar 3.8.

Gambar 3.8 Jangka Sorong


6. Pemegang Pahat (Tool Holder) digunakan untuk memegang mata pahat (insert). Adapun jenis pemegang pahat yang digunakan adalah pemegang pahat

PCLNR 2525 M13 seperti

ditunjukkan pada gambar 3.9.

Gambar 3.9 Pemegang mata pahat (Tool holder) 3. 2 Metode Penelitian

ini

dilakukan

dengan

metode

eksperimental

dengan

menggunakan mesin perkakas bubut (turning). Variabel kondisi pemesinan seperti kecepatan potong, kedalaman potong, dan gerak makan disesuaikan dengan batas kondisi pemesinan baja karbon AISI 1045 menggunakan pahat karbida tak berlapis dan kemampuan mesin bubut yang digunakan sebagaimana ditunjukkan pada tabel 3.6. Tabel 3.6 Kondisi pemesinan No

putaran(n)

Gerak makan (f)

Kedalaman(a) Diameter(d)

1

950 rpm

0,24 mm/rev

2,0 mm

80 mm

2

950 rpm

0,17 mm/rev

1,2 mm

65 mm

3

650 rpm

0,24 mm/rev

2,0 mm

80 mm

4

650 rpm

0,17 mm/rev

1,2 mm

65 mm

Urutan langkah kerja pada penelitian ini dapat disajikan dalam bagan alir pada gambar 3.10.


Pengajuan tema penelitian dan penelusuran literatur

Mulai penelitian

Survey ketersediaan alat : • Mesin bubut • Mikroskop • jangka sorong, dll

Penyediaan bahan : • Baja karbon AISI 1045 • Pahat karbida tak berlapis (WC + 6% Co)

Penyelidikan unjuk kerja maksimum mesin n = 950 rpm, f = 0.24 mm/rev, a = 2 mm

Penyelidikan ketermesinan baja karbon AISI 1045 dengan pahat karbida tak berlapis : v = 180-250 m/min, f = 0.150.35 mm/rev, a = 1.0-4.0 mm

Penentuan kondisi pemotongan n = (650-950) rpm, f = (0.17-0.24) mm/rev, dan a = (1.2-2.0) mm

Pemesinan kering orthogonal

Pengumpulan data hasil eksperimen : • Tebal geram (λh) • Waktu pemesinan (tc)


Menganalisa data hasil eksperimen bagi menghasilkan gaya (F), daya (N), beserta komponennya dan energi p. spesifik (Esp)

Penyelidikan kondisi pemotongan moderat pada pemesinan baja karbon AISI 1045 dengan pahat karbida tak berlapis

Membandingkan kondisi pemotongan moderat pada pemesinan baja karbon AISI 1045 menggunakan pahat karbida berlapis.

Menyusun proposal pembentukan beban geram dan hubungannya dengan F, N, beserta komponennya dan Esp

Menghasilkan grafik hubungan beban geram dengan F, N, beserta komponennya dan Esp untuk beberapa nilai f

Kesimpulan : • Gaya F ~ 1/(v.f), Daya N ~ (v.f) • Esp~ (v.f) untuk f ≤ 0.294 mm/rev dan Esp~ 1/(v.f) untuk f ≥ 0.352 mm/rev • Pahat karbida tak berlapis menunjukan perfoma yang lebih rendah dari karbida berlapis pada pemesinan baja karbon AISI 1045.

Selesai penelitian Gambar 3.10 Diagram alir pengujian pemesinan Untuk menghindari beban kejut yang terlalu besar maka dibuat jalan masuk pahat (entry path) sepanjang 5 mm untuk setiap langkah pemotongan baru. Dari hasil pengujian yang dilakukan, maka akan diperoleh data-data hasil pengujian yang dapat disajikan pada tabel hasil seperti pada tabel 3.7.


Tabel 3.7 Bentuk tabel data yang dihasilkan dari pengujian. Kondisi

Variabel

1

v (m/min)

1

2

3

4

5

6

7

8

hc (mm)

2

v (m/min) hc (mm)

4

v (m/min) hc (mm)

Data hasil pengujian pada tabel 3.7 tidak dapat langsung digunakan untuk menjabarkan karakteristik pemesinan yang dibutuhkan sehingga harus dianalisa terlebih dahulu. Analisa data hasil pengujian pada tabel 3.7 akan disajikan pada bab iv, data dan analisa.


BAB IV DATA DAN ANALISA

4.1 Data Hasil Pengujian Dari hasil pengujian pemesinan baja karbon AISI 1045 dengan menggunakan pahat karbida tak berlapis sesuai dengan kondisi pemotongan yang telah dipaparkan pada tabel 3.6, maka diperoleh data hasil pemesinan sebagaimana tersaji pada table 4.1. Tabel 4.1 Data-data hasil pengujian Kondisi Variabel 1 v (m/min) hc (mm) 2 v (m/min) hc (mm) 4 v (m/min) hc (mm)

1 238,6 0,443 193,9 0,299 132,6 0,353

2 226,7 0,445 186,7 0,3 127,7 0,359

3 214,8 0,45 179,6 0,311 122,8 0,365

4 202,8 0,456 172,4 0,315 117,9 0,37

5 190,9 0,463 165,3 0,321 113,1 0,378

6 179 0,473 158,1 0,329 108,2 0,385

7 8 167 155,2 0,485 0,5 150,9 143,8 0,333 0,34 103,3 98,4 0,391 0,4

Data hasil pengujian pada tabel 4.1 tidak dapat langsung digunakan untuk mencapai tujuan penelitian ini sebagaimana yang telah dipaparkan pada Bab I sebelumnya, oleh karena itu berikut akan disajikan analisa dari data hasil pengujian di atas. Analisa data hasil pemesinan pada kondisi I ditunjukkan pada tabel 4.2. Tabel 4.2 Data pemesinan kondisi 1 Dia (mm)

80

76

72

68

64

60

56

52

v (m/min)

238,6

226,7

214,8

202,8

190,9

179

167

155,2

hc (mm)

0,443

0,445

0,45

0,456

0,463

0,473

0,485

0,5

λh

1,845

1,857

1,875

1,903

1,93

1,97

2,023

2,083


Nilai hc (tebal geram) didapat dari pengukuran langsung dengan menggunakan mikroskop VB. Kemudian dengan menggunakan persamaan rasio pemampatan geram, maka didapat harga λh seperti di atas.

λh =

hc h

....……………………. 4.1

dimana, λh : rasio pemampatan geram hc : tebal geram ; mm h : tebal geram sebelum terpotong ; mm 1. Tebal geram sebelum terpotong (h) h = f sin Kr = 0,24 sin 90o h = 0,24 mm 2. Panjang pemesinan tiap fase (Lt) = 458 mm 3. Kecepatan pemakanan (vf) v f = f .n ; m/min,

............…………………..... 4.2

= 0,24 . 950 vf = 228 mm/min dimana, vf : kecepatan pemakanan ; mm/min f : pemakanan ; mm/rev n : putaran ; rpm 4. Waktu pemesinan (tc)


1. waktu pemesinan teori (tc,teori) t c ,teori =

Lt 458 = vf 228

t c ,teori = 2,01 min

2. waktu pemesinan praktek (tc,praktek) tc,praktek = 2,567 min 5. Lebar pemotongan (b) b = a/sin Kr = 2/ sin 90o b = 2 mm 6. Rasio kerampingan pemotongan (δ) δ = b/h = 2/0,24 = 8,33 Analisa data hasil pemesinan pada kondisi II ditunjukkan pada tabel 4.3. Tabel 4.3 Data pemesinan kondisi 2 Dia (mm)

65,0

62,6

60,2

57,8

55,4,

53,0

50,6

48,2

v (m/min)

193,9

186,7

179,6

172,4

165,3

158,1

150,9

143,8

hc (mm)

0,299

0,30

0,311

0,315

0,321

0,329

0,333

0,34

λh

1,76

1,79

1,83

1,855

1,89

1,935

1,96

2,0

1. Tebal geram sebelum terpotong (h) h = f sin Kr =0,17 sin 90o h = 0,17 mm 2. Panjang pemesinan tiap fase (Lt) = 467 mm 3. Kecepatan pemakanan (vf) v f = f .n

= 0,17 . 950 vf = 161,5 mm/min Supriadi : Analisa Gaya, Daya, Dan Energi Pemotongan 57 Spesifik Serta Kondisi Pemotongan Moderat Pada Pemesinan Kering (Baja Karbon Aisi 1045 - Pahat Karbida Tak Berlapis, Wc + 6 % Co, Tipe K), 2008. USU Repository © 2009

4. Waktu pemesinan (tc) 1. waktu pemesinan teori (tc,teori) t c ,teori =

Lt 467 = v f 161,5


2. waktu pemesinan praktek (tc,praktek) tc,praktek = 3,517 min 5. Lebar pemotongan (b) b = a/sin Kr = 1,2/ sin 90o b = 1,2 mm 6. Rasio kerampingan pemotongan (δ) δ = b/h = 1,2 / 0,17 δ = 7,06 kondisi 3 Untuk kondisi pemotongan 3, yaitu : n = 650 rpm

a = 2 mm

f = 0,24 mm/rev

Dinyatakan tidak dapat dijalankan, setelah dua kali percobaan pemesinan. Hal ini karena kondisi pemesinan dianggap terlalu berat, dimana putaran mesin terlalu kecil untuk melayani gerak makan f dan kedalaman potong a sedemikian besar. Selain itu, hal ini disebabkan juga oleh cacat produk dari material benda kerja yang digunakan, dimana material yang digunakan memiliki kekerasan yang tidak merata baik antara kulit luar dengan bagian dalam bahan maupun sepanjang kulit luar bahan.


Kedua hal di atas menyebabkan pemesinan untuk kondisi ketiga tidak dapat berjalan dengan ideal, yang ditandai dengan getaran yang sangat besar sehingga diputuskan diberhentikan untuk kebaikan proses pemesinan. Fenomena pemesinan ini akan dibahas secara lebih terperinci oleh rekan saya yang juga ikut melaksanakan pengujian pemesinan ini. Analisa data hasil pemesinan pada kondisi III ditunjukkan pada tabel 4.4. Tabel 4.4 Data pemesinan kondisi 4 Dia (mm)

65,0

62,6

60,2

57,8

55,4

53,0

50,6

48,2

v (m/min)

132,6

127,7

122,8

117,9

113,1

108,2

103,3

98,4

hc (mm)

0,353

0,359

0,365

0,370

0,378

0,385

0,391

0,40

λh

2,075

2,115

2,145

2,18

2,225

2,265

2,30

2,35

1. Tebal geram sebelum terpotong (h) h = f sin Kr = 0,17 sin 90o h = 0,17 mm 2. Panjang pemesinan tiap fase (Lt) = 467 mm 3. Kecepatan pemakanan (vf) v f = f .n

= 0,17 . 650 vf = 110,5 mm/min 4. Waktu pemesinan (tc) 1. waktu pemesinan teori (tc,teori) t c ,teori =

Lt 467 = v f 110,5


2. waktu pemesinan praktek (tc,praktek) tc,praktek = 5,133 min Supriadi : Analisa Gaya, Daya, Dan Energi Pemotongan 59 Spesifik Serta Kondisi Pemotongan Moderat Pada Pemesinan Kering (Baja Karbon Aisi 1045 - Pahat Karbida Tak Berlapis, Wc + 6 % Co, Tipe K), 2008. USU Repository © 2009

5. Lebar pemotongan (b) b = a/sin Kr = 1,2/ sin 90o b = 1,2 mm 6. Rasio kerampingan pemotongan (δ) δ = b/h =1,2 / 0,17 δ = 7,06

4.2 Komponen Kecepatan dan Gaya Pembentukan Geram Dari proses pemesinan yang telah dijalankan sesuai kondisi pemotongan yang ditentukan sebelumnya, maka diperoleh data-data hasil pengujian pada tabel 4.1. Data-data hasil pengujian ini selanjutnya akan dianalisa lebih lanjut bagi menghasilkan analisa untuk menjabarkan komponen kecepatan dan gaya pembentukan geram pada penelitian ini. Untuk perhitungan awal, maka ditentukan kondisi pemesinan sebagai berikut : f = 0,24 mm/rev

a = 2,0 mm

v = 238,6 m/min

λh= 1,845

γo = 6o

kr = 90o

α = 5o

Dari kondisi di atas, analisa komponen gaya dan kecepatan akan diberikan sebagai berikut : 1. sudut geser (Φ) tan φ =

cos γ 0 λh − sin γ 0

tan φ =

cos 6 0 1,845 − sin 6 0

φ = 29,73224 0 Supriadi : Analisa Gaya, Daya, Dan Energi Pemotongan 60 Spesifik Serta Kondisi Pemotongan Moderat Pada Pemesinan Kering (Baja Karbon Aisi 1045 - Pahat Karbida Tak Berlapis, Wc + 6 % Co, Tipe K), 2008. USU Repository © 2009

Dari persamaan :

φ = 45 +

γ0 2

−

η 2

Maka diperoleh : 2. sudut gesek (η) η = 90o + γ0 - 2Φ η = 90o + 6o – 2 (29,73224o) η = 36,5355o Untuk perhitungan komponen gaya, digunakan rumus empiris sebagai berikut : Fv = ks . A dimana, ks = ks1.1 . f -z . Ck Cγo CVB Cv Untuk menentukan gaya potong spesifik referensi (ks1.1), maka dapat digunakan rumus pendekatan berikut : ks1.1 = 144 σu 0,37 Baja karbon (AISI 1045) memiliki kekerasan : 179 BHN, maka diperkirakan memiliki kekuatan tarik (σu) sebesar : σu = 2,93 HB1,03 σu = 2,93 (179)1,03 σu = 612,78 N/mm2 sehingga diperoleh gaya potong spesifik referensi (ks1.1), yaitu : ks1.1 = 144 σu 0,37 = 144 (612,78)0,37 ks1.1 = 1547,625 N/mm2 3. Gaya potong spesifik (ks) ks = ks1.1 . f -z . Ck Cγo CVB Cv Supriadi : Analisa Gaya, Daya, Dan Energi Pemotongan 61 Spesifik Serta Kondisi Pemotongan Moderat Pada Pemesinan Kering (Baja Karbon Aisi 1045 - Pahat Karbida Tak Berlapis, Wc + 6 % Co, Tipe K), 2008. USU Repository © 2009

dimana, untuk kr = 90o

Ck = 1

CVB = 1,04 untuk VB = 0,1 mm

Cγo = 1,0 untuk γ0 = 6o Cv = 1,0 untuk v > 200 m/min,

Maka diperoleh : ks = (1547,625) (0,24)-0,2 (1) (1,04) (1,0) (1,0) ks = 2141,195 N/mm2 sehingga didapat gaya potong (Fv) Fv = ks A

dimana, A = a.f = b.h

Fv = (2141,195) (0,24) (2,0) Fv = 1027,774 N Dari persamaan : Fv = F cos (η-γo), maka didapat 4. Gaya pemotongan (F) F=

Fv cos(η − γ 0 )

F=

1027,774 1027,774 = cos(36,5355 − 6) 0,8596

F = 1193,262 N 5. Gaya makan (Ff) Dari persamaan : F2 = Fv2 + Ff 2, diperoleh : Ff =

F − Fv = (1193,262) 2 − (1027,774) 2 2

2

Ff = 606,2633 N 6. Gaya geser (Fs) Fs = F cos (Φ + η - γ0) Fs = 1193,262 cos (29,73224 + 36,5355 – 6)o Fs = 591,7951 N Supriadi : Analisa Gaya, Daya, Dan Energi Pemotongan 62 Spesifik Serta Kondisi Pemotongan Moderat Pada Pemesinan Kering (Baja Karbon Aisi 1045 - Pahat Karbida Tak Berlapis, Wc + 6 % Co, Tipe K), 2008. USU Repository © 2009

7. Gaya geser normal pada bidang geser (Fsn) F2 = Fs2 + Fsn2 F 2 − Fs = (1193,262) 2 − (591,7951) 2 2

Fsn =

Fsn = 1036,172 N 8. Gaya gesek pada bidang geram (Fγ) Fγ = Ff cos γ0 + Fv sin γ0 Fγ = 606,2633 cos 6o + 1027,774 sin 6o Fγ = 710,3738 N 9. Gaya normal pada bidang geram (FγN) F2 = Fγ2 + FγN2 FγN =

F 2 − Fγ = (1193,262) 2 − (710,3738) 2 2

FγN = 958,7716 N 10. Kecepatan geram (vc) vc =

v sin φ cos(φ − γ 0 )

vc =

(238,6) sin 29,73224 cos(29,73224 − 6)

vc = 129,2641 m/min 11. Kecepatan geser pada bidang geram (vs) vs =

vc cos γ 0 (128,8) cos 6 = sin φ sin 29,73224

vs = 259,2129 m/min Dari model perhitungan di atas, maka didapat tabel hasil yang dapat dilihat pada table 4.5 dan tabel 4.6


Tabel 4.5 Hasil perhitungan komponen gaya pembentuk geram, f = 0,24 mm/rev v

F

a

vc

vs

Fv

Ff

Fγ

FγN

Fs

Fsn

F

ks

(m/min) 238.6 226.7 214.8 202.8 190.9 179 167 155.2

(mm/rev) 0.24 0.24 0.24 0.24 0.24 0.24 0.24 0.24

(mm) 2 2 2 2 2 2 2 2

(m/min) 129.2641 122.2652 114.56 106.7368 98.95464 90.82452 82.63918 74.496

(m/min) 259.2129 246.0633 232.6342 219.0783 205.6348 192.0712 178.4183 164.9837

(N) 1027.774 1027.774 1027.774 1027.774 1027.774 1027.774 1027.774 1027.774

(N) 606.2633 611.9672 626.1693 643.1066 662.7276 690.5108 723.4917 764.2101

(N) 710.3738 716.0464 730.1707 747.0152 766.5287 794.1597 826.9599 867.4552

(N) 958.7716 958.1754 956.6908 954.9204 952.8695 949.9653 946.5179 942.2616

(N) 591.7951 591.1031 589.4121 587.4541 585.263 582.2961 578.9703 575.1387

(N) 1036.172 1039.913 1049.285 1060.567 1073.775 1092.728 1115.595 1144.356

(N) 1193.262 1196.17 1203.498 1212.396 1222.917 1238.194 1256.885 1280.756

(N) 2141.195 2141.195 2141.195 2141.195 2141.195 2141.195 2141.195 2141.195

γo

Cos γo

Sin γo

hC

λh

Tan Φ

phi(Φ)

η

tan(η-γo)

Cos(η-γO)

Cos(Φ+η-γO)

sin Ф

cos(Ф-γO)

6 6 6 6 6 6 6 6

0.994522 0.994522 0.994522 0.994522 0.994522 0.994522 0.994522 0.994522

0.104528 0.104528 0.104528 0.104528 0.104528 0.104528 0.104528 0.104528

0.443 0.445 0.45 0.456 0.463 0.473 0.485 0.5

1.845833 1.854167 1.875 1.9 1.929167 1.970833 2.020833 2.083333

0.571136 0.568416 0.561727 0.553906 0.545052 0.532883 0.518979 0.502587

29.73224 29.61458 29.3241 28.98232 28.59266 28.05239 27.42836 26.68351

36.53551 36.77084 37.35179 38.03536 38.81468 39.89522 41.14327 42.63297

0.58988 0.59543 0.609248 0.625728 0.644819 0.671851 0.703941 0.743559

0.861314 0.85922 0.853989 0.847721 0.840428 0.830059 0.817715 0.802474

0.495947 0.494163 0.489749 0.48454 0.478579 0.470279 0.460639 0.449062

0.495947 0.494163 0.489749 0.48454 0.478579 0.470279 0.460639 0.449062

0.915436 0.916261 0.91828 0.920625 0.923259 0.926841 0.930875 0.935546

Supriadi : Analisa Gaya, Daya, Dan Energi Pemotongan Spesifik Serta Kondisi Pemotongan Moderat 64Pada Pemesinan Kering (Baja Karbon Aisi 1045 - Pahat Karbida Tak Berlapis, Wc + 6 % Co, Tipe K), 2008. USU Repository © 2009

Tabel 4.6 Hasil perhitungan komponen gaya pembentuk geram, f = 0,17 mm/rev vc vs Fv v F a (m/min) (mm/rev) (mm) (m/min) (m/min) (N) 193.9 0.17 1.2 110.2441 212.7959 467.9923 186.7 0.17 1.2 105.7967 204.7449 467.9923 179.6 0.17 1.2 98.17363 195.469 467.9923 172.4 0.17 1.2 93.04127 187.1499 467.9923 165.3 0.17 1.2 87.54206 178.7806 467.9923 158.1 0.17 1.2 81.69301 170.2036 467.9923 150.9 0.17 1.2 77.03604 162.096 467.9923 143.8 0.17 1.2 71.9 153.9044 467.9923 132.6 0.17 1.2 63.85836 141.0335 467.9923 127.7 0.17 1.2 60.47075 135.4608 467.9923 122.8 0.17 1.2 57.19452 129.9336 467.9923 117.9 0.17 1.2 54.17027 124.4976 467.9923 113.1 0.17 1.2 50.86508 119.0638 467.9923 108.2 0.17 1.2 47.77662 113.6184 467.9923 103.3 0.17 1.2 44.91304 108.2504 467.9923 98.4 0.17 1.2 41.82 102.8163 467.9923

Ff (N) 248.5581 250.4406 270.9233 278.2751 289.2129 303.6387 310.7878 323.2023 345.9558 356.3351 366.6426 375.1801 388.7466 400.5283 410.5643 425.5164

Fγ (N) 296.115 297.9872 318.3577 325.6692 336.5471 350.8939 358.0038 370.3503 392.9791 403.3015 413.5526 422.0433 435.5356 447.2526 457.2337 472.1039

FγN (N) 439.4472 439.2504 437.1094 436.3409 435.1976 433.6897 432.9424 431.6448 429.2664 428.1815 427.104 426.2116 424.7935 423.562 422.513 420.95

Fs (N) 273.0257 272.7692 270.1047 269.2023 267.91 266.293 265.5268 264.2492 262.071 261.1432 260.2599 259.556 258.4864 257.604 256.8845 255.8648

Fsn (N) 103127.5 103667.1 109729.9 111992 115442.6 120150.7 122550.7 126824.5 135010.5 138897.9 142854.2 146203.8 151662.8 156539.9 160795.1 167307.1

F (N) 529.9037 530.7893 540.7553 544.4757 550.1463 557.8649 561.7881 568.75 581.9813 588.2104 594.5112 599.8141 608.392 615.9868 622.5591 632.5196

ks (N) 2294.08 2294.08 2294.08 2294.08 2294.08 2294.08 2294.08 2294.08 2294.08 2294.08 2294.08 2294.08 2294.08 2294.08 2294.08 2294.08


γo 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6

Cos γo 0.994522 0.994522 0.994522 0.994522 0.994522 0.994522 0.994522 0.994522 0.994522 0.994522 0.994522 0.994522 0.994522 0.994522 0.994522 0.994522

Sin γo 0.104528 0.104528 0.104528 0.104528 0.104528 0.104528 0.104528 0.104528 0.104528 0.104528 0.104528 0.104528 0.104528 0.104528 0.104528 0.104528

hC 0.299 0.3 0.311 0.315 0.321 0.329 0.333 0.34 0.353 0.359 0.365 0.37 0.378 0.385 0.391 0.4

λh 1.758824 1.764706 1.829412 1.852941 1.888235 1.935294 1.958824 2 2.076471 2.111765 2.147059 2.176471 2.223529 2.264706 2.3 2.352941

Tan Φ 0.601176 0.599046 0.576573 0.568814 0.557559 0.543227 0.536334 0.524683 0.504336 0.495468 0.486907 0.479995 0.469335 0.460389 0.452988 0.442322

phi(Φ) 31.01326 30.92353 29.96661 29.63183 29.14225 28.51202 28.20618 27.68524 26.76347 26.35696 25.96177 25.64077 25.14232 24.72082 24.36995 23.86085

η 33.97348 34.15294 36.06679 36.73634 37.7155 38.97597 39.58764 40.62953 42.47307 43.28609 44.07647 44.71845 45.71536 46.55836 47.2601 48.2783

tan(η-γo) 0.531116 0.535138 0.578906 0.594615 0.617986 0.648811 0.664087 0.690615 0.739234 0.761412 0.783437 0.80168 0.830669 0.855844 0.877288 0.909238

Cos(η-γO) 0.883165 0.881691 0.865442 0.859528 0.850669 0.838899 0.833041 0.822844 0.804136 0.795621 0.787188 0.780229 0.769228 0.759744 0.751724 0.739886

Cos(Φ+η-γO) 0.515236 0.513894 0.499495 0.494425 0.48698 0.477343 0.472646 0.464614 0.450308 0.443962 0.437771 0.432727 0.424868 0.418197 0.412627 0.404517

sin Ф 0.515236 0.513894 0.499495 0.494425 0.48698 0.477343 0.472646 0.464614 0.450308 0.443962 0.437771 0.432727 0.424868 0.418197 0.412627 0.404517

cos(Ф-γO) 0.90621 0.906871 0.913782 0.91614 0.919532 0.923799 0.92583 0.929228 0.935052 0.937544 0.939921 0.941818 0.944707 0.947094 0.949041 0.951804


4.3 Daya, Efisiensi dan Energi Pemotongan Spesifik Unjuk kerja mesin perkakas biasanya dapat diketahui dengan pengukuran langsung daya menggunakan dinamometer ataupun putaran dengan tachometer, tetapi berhubung keterbatasan dalam penyediaan peralatan di atas, maka karakteristik unjuk kerja mesin dihitung dengan membandingkan waktu pemesinan dan geram yang dihasilkan untuk berbagai kondisi pemesinan. Data waktu pemesinan sebagai berikut : 1. Waktu Pemesinan teori (tmc)teori Dalam perhitungan teoritik, tidak ada daya yang hilang akibat gesekan sistem transmisi jadi daya pemesinan adalah daya pemotongan, Nmc = Nct sama halnya dengan daya, waktu pemesinan yaitu tmc = tct = 2,01 min 2. Waktu Pemesinan praktek (tmc)praktek Selain daya pemotongan, mesin juga harus menanggung daya yang hilang akibat gesekan sistem transmisi daya pada mesin perkakas. tmc = tct + tml dimana, tml : pertambahan waktu karena adanya daya yang hilang (tmc)praktek = 2,567 min Dari data waktu pemesinan dengan berbagai kondisi pemotongan di atas, maka perhitungan daya dan effisiensi pemotongan sebagai berikut : Untuk perhitungan awal digunakan data teoritik sebagai berikut : v = 238,6 m/min f = 0,24 mm/rev Lt = 458 mm

vf = 228 mm/min a = 2 mm

n = 950 rpm

(tmc)teori = 2,01 min


Fv = 1027,774 N

Ff = 606,2633 N

1. Daya potong (Nc) Nc =

Fv v (1027,774)(238,6) = 60.000 60.000

Nc = 4,0871146 kW 2. Daya makan (Nf) Nf =

Ff v f 60.000.000

=

(606,2633)(228) 60.000.000

Nf = 0,0023038 kW Maka daya pemotongan total (Nct) Nct = Nc + Nf = 4,0871146 + 0,0023038 Nct = 4,089426 kW

Kondisi pemesinan yang sebenarnya (praktek) Didapat tc = 2,567 min ; Lt = 458 mm 3. Efisiensi pemotongan (ηct)

η ct =

η ct =

t c ,teori t mc , praketk

× 100%

2,01 × 100% 2,567

ηct = 78,3 % 4. Efisiensi daya hilang (ηml)

η mt =

t mc , praketk − t c ,teori t mc , praketk

× 100%


η ml =

2,567 − 2,01 × 100% 2,567

ηml = 21,7 % dari efisiensi di atas, maka dapat diketahui komponen daya pemesinan yang bekerja. Dari persamaan Nmc = Nct + NmL Maka diperoleh 3. Daya pemotongan (Nct ) = 78,3 % x daya pemesinan (Nmc) 4,089426 = 78,3 % x Nmc Nmc = 5,211608 kW 4. Daya yang hilang (Nml) = 21,7 % x Daya pemesinan (Nmc) Nml = 21,7 % x 5,211608 kW Nml = 1,122181 kW 5. Energi pemotongan spesifik (Esp)

E sp =

NC 4,0871146 .60.000 = .60.000 Z 114,528

E sp = 2142,407 J/cm3

Dari model perhitungan di atas, maka didapat tabel daya, efisiensi pemesinan dan energi pemotongan spesifik pada table 4.7


Tabel 4.7 Perhitungan daya dan efisiensi pemesinan untuk karbida tak berlapis (WC + 6% Co)

kondisi 1 γo 6 6 6 6 6 6 6 6

n = 950 rpm sin γo 0.104528 0.104528 0.104528 0.104528 0.104528 0.104528 0.104528 0.104528

f = 0.24 mm/rev Cosγo λh 0.994522 1.845833 0.994522 1.858333 0.994522 1.875 0.994522 1.9 0.994522 1.929167 0.994522 1.970833 0.994522 2.020833 0.994522 2.083333

a = 2.0 mm tan Ф Ф 0.571136 29.73224 0.567065 29.55607 0.561727 29.3241 0.553906 28.98232 0.545052 28.59266 0.532883 28.05239 0.518979 27.42836 0.502587 26.68351

γo = 6 η 36.53551 36.88786 37.35179 38.03536 38.81468 39.89522 41.14327 42.63297

cos(η-γo) 0.861314 0.858174 0.853989 0.847721 0.840428 0.830059 0.817715 0.802474

К = 90 hc 0.443 0.446 0.45 0.456 0.463 0.473 0.485 0.5

f 0.24 0.24 0.24 0.24 0.24 0.24 0.24 0.24

F 1193.265 1197.632 1203.5 1212.399 1222.92 1238.197 1256.888 1280.759

Ff 606.2647 614.8156 626.1708 643.1081 662.7291 690.5124 723.4934 764.2119

Nc 4.087123 3.88328 3.679438 3.473883 3.270041 3.066198 2.860643 2.658514

Nf 0.002304 0.002336 0.002379 0.002444 0.002518 0.002624 0.002749 0.002904

Pemesinan teoritik v 238.6 226.7 214.8 202.8 190.9 179 167 155.2

v.f 228 228 228 228 228 228 228 228

Lt 458 456 455 453.5 452.5 451.6 450.9 450.2

tc 2.008772 2 1.995614 1.989035 1.984649 1.980702 1.977632 1.974561

Ks 2141.2 2141.2 2141.2 2141.2 2141.2 2141.2 2141.2 2141.2

Fv 1027.776 1027.776 1027.776 1027.776 1027.776 1027.776 1027.776 1027.776

Nct = Nmc 4.089426 3.885617 3.681818 3.476327 3.272559 3.068822 2.863392 2.661418

Supriadi : Analisa Gaya, Daya, Dan Energi Pemotongan Spesifik Serta Kondisi Pemotongan Moderat 70 Pada Pemesinan Kering (Baja Karbon Aisi 1045 - Pahat Karbida Tak Berlapis, Wc + 6 % Co, Tipe K), 2008. USU Repository © 2009

tc,praktek 2.56 2.52 2.517 2.5 2.483 2.483 2.467 2.46

Pemesinan praktek Lt 458 456 455 453.5 452.5 451.6 450.9 450.2

ηct 0.784677 0.793651 0.792854 0.795614 0.799295 0.797705 0.801634 0.802667

ηml 0.215323 0.206349 0.207146 0.204386 0.200705 0.202295 0.198366 0.197333

Nct 4.089426 3.885617 3.681818 3.476327 3.272559 3.068822 2.863392 2.661418

Nml 1.122181 1.01026 0.961933 0.893037 0.821749 0.778241 0.708552 0.6543

Nmc 5.211608 4.895877 4.643751 4.369363 4.094308 3.847064 3.571944 3.315718

Z 114.528 108.816 103.104 97.344 91.632 85.92 80.16 74.496

Esp 2142.407 2142.488 2142.585 2142.706 2142.849 2143.032 2143.258 2143.539

kondisi 2 n = 950 rpm γo 6 6 6 6 6 6 6 6

sin γo 0.104528 0.104528 0.104528 0.104528 0.104528 0.104528 0.104528 0.104528

f = 0.17 mm/rev Cosγo 0.994522 0.994522 0.994522 0.994522 0.994522 0.994522 0.994522 0.994522

λh 1.758824 1.764706 1.829412 1.852941 1.888235 1.935294 1.958824 2

a =1.2 mm tan Ф 0.601176 0.599046 0.576573 0.568814 0.557559 0.543227 0.536334 0.524683

Ф 31.01326 30.92353 29.96661 29.63183 29.14225 28.51202 28.20618 27.68524

γo = 6 η 33.97348 34.15294 36.06679 36.73634 37.7155 38.97597 39.58764 40.62953

cos(η-γo) 0.883165 0.881691 0.865442 0.859528 0.850669 0.838899 0.833041 0.822844

К = 90 hc 0.299 0.3 0.311 0.315 0.321 0.329 0.333 0.34

f 0.17 0.17 0.17 0.17 0.17 0.17 0.17 0.17


v 193.9 186.7 179.6 172.4 165.3 158.1 150.9 143.8

Pemesinan teoritik v.f 161.5 161.5 161.5 161.5 161.5 161.5 161.5 161.5

Lt 467 466.5 466.5 466.5 466 465.5 465 464.5

tc 2.891641 2.888545 2.888545 2.888545 2.885449 2.882353 2.879257 2.876161

Ks 2294.08 2294.08 2294.08 2294.08 2294.08 2294.08 2294.08 2294.08

Fv 467.9923 467.9923 467.9923 467.9923 467.9923 467.9923 467.9923 467.9923

F 529.9037 530.7893 540.7553 544.4757 550.1463 557.8649 561.7881 568.75

Ff 248.5581 250.4406 270.9233 278.2751 289.2129 303.6387 310.7878 323.2023

Nc 1.512395 1.456236 1.400857 1.344698 1.289319 1.23316 1.177001 1.121622

tc,praktek 3.517 3.517 3.51 3.5 3.5 3.48 3.48 3.47

Pemesinan praktek Lt 467 466.5 466.5 466.5 466 465.5 465 464.5

ηct 0.82219 0.821309 0.822947 0.825299 0.824414 0.828262 0.827373 0.828865

ηml 0.17781 0.178691 0.177053 0.174701 0.175586 0.171738 0.172627 0.171135

Nct 1.513064 1.45691 1.401586 1.345447 1.290097 1.233977 1.177837 1.122492

Nml 0.327222 0.316977 0.301544 0.284808 0.274769 0.255861 0.24575 0.23176

Nmc 1.840286 1.773887 1.70313 1.630255 1.564866 1.489838 1.423587 1.354252

Z 39.5556 38.0868 36.6384 35.1696 33.7212 32.2524 30.7836 29.3352

Esp 2295.095 2295.142 2295.274 2295.358 2295.465 2295.6 2295.71 2295.859

Nf 0.000669 0.000674 0.000729 0.000749 0.000778 0.000817 0.000837 0.00087

Nct = Nmc 1.513064 1.45691 1.401586 1.345447 1.290097 1.233977 1.177837 1.122492


kondisi 4 γo 6 6 6 6 6 6 6 6 v 132.6 127.7 122.8 117.9 113.1 108.2 103.3 98.4 tc,praktek 5.133 5.13 5.123 5.116 5.11

n = 650 rpm sin γo 0.104528 0.104528 0.104528 0.104528 0.104528 0.104528 0.104528 0.104528 Pemesinan teoritik v.f 110.5 110.5 110.5 110.5 110.5 110.5 110.5 110.5 Pemesinan praktek Lt 467 467 467 467 467

f = 0.17 mm/rev Cosγo λh 0.994522 2.076471 0.994522 2.111765 0.994522 2.147059 0.994522 2.176471 0.994522 2.223529 0.994522 2.264706 0.994522 2.3 0.994522 2.352941

a =1.2 mm tan Ф Ф 0.504336 26.76347 0.495468 26.35696 0.486907 25.96177 0.479995 25.64077 0.469335 25.14232 0.460389 24.72082 0.452988 24.36995 0.442322 23.86085

γo = 6 η 42.47307 43.28609 44.07647 44.71845 45.71536 46.55836 47.2601 48.2783

cos(η-γo) 0.804136 0.795621 0.787188 0.780229 0.769228 0.759744 0.751724 0.739886

К = 90 hc 0.353 0.359 0.365 0.37 0.378 0.385 0.391 0.4

f 0.17 0.17 0.17 0.17 0.17 0.17 0.17 0.17 Nf 0.000637 0.000656 0.000675 0.000691 0.000716 0.000738 0.000756 0.000784

Lt 467 467 467 467 467 467 467 467

tc 4.226244 4.226244 4.226244 4.226244 4.226244 4.226244 4.226244 4.226244

Ks 2294.08 2294.08 2294.08 2294.08 2294.08 2294.08 2294.08 2294.08

Fv 467.9923 467.9923 467.9923 467.9923 467.9923 467.9923 467.9923 467.9923

F 581.9813 588.2104 594.5112 599.8141 608.392 615.9868 622.5591 632.5196

Ff 345.9558 356.3351 366.6426 375.1801 388.7466 400.5283 410.5643 425.5164

Nc 1.034263 0.996044 0.957824 0.919605 0.882166 0.843946 0.805727 0.767507

ηct 0.823348 0.823829 0.824955 0.826084 0.827054

ηml 0.176652 0.176171 0.175045 0.173916 0.172946

Nct 1.0349 0.9967 0.9585 0.920296 0.882881

Nml 0.222041 0.213138 0.203381 0.193751 0.184621

Nmc 1.256942 1.209838 1.161881 1.114047 1.067502

Z 27.0504 26.0508 25.0512 24.0516 23.0724

Esp 2295.493 2295.591 2295.697 2295.804 2295.942

Nct = Nmc 1.0349 0.9967 0.9585 0.920296 0.882881 0.844684 0.806483 0.768291


5.11 5.09 5.083

467 467 467

0.827054 0.830303 0.831447

0.172946 0.169697 0.168553

0.844684 0.806483 0.768291

0.176633 0.164828 0.15575

1.021317 0.971311 0.924041

22.0728 21.0732 20.0736

2296.085 2296.233 2296.422


4.4 Daerah Pemesinan Moderat Harga konstanta R ditentukan oleh kombinasi pahat dan material benda kerja dari table 6.2 (Taufik rochim, 1993), maka didapat: Untuk pasangan pahat dan material, karbida tak berlapis (WC + 6% Co, tipe K) dengan baja karbon (0,43 %,180 HB), didapat : Rmin = 15 m/min Rmax = 30 m/min Dari data konstanta di atas, maka batas daerah moderat dapat disusun sebagai berikut : untuk f = 0,24 mm/rev vmin = Rmin.. f –α =15.(0,24)-0,77 = 45 m/min vmax = Rmax.. f –α =30.(0,24)-0,77 = 90 m/min untuk f = 0,17 mm/rev vmin = Rmin.. f –α =15.(0,17)-0,77 = 58,7 m/min vmax = Rmax.. f –α =30.(0,17)-0,77 = 117,4 m/m Dari perhitungan batas kecepatan moderat di atas, diperoleh grafik pemesinan moderat sebagaimana tersaji pada gambar 4.1.


Gambar 4.1. Daerah pemotongan moderat pada pemesinan baja karbon dengan menggunakan pahat karbida tak berlapis (WC + 6% Co, tipe K)

Dari gambar 4.1 diketahui bahwa daerah pemesinan moderat baja karbon dengan menggunakan pahat karbida tak berlapis dibatasi oleh kecepatan potong moderat sebagai berikut : Untuk f = 0,24 mm/rev dibatasi oleh vmin = 45 m/min dan vmax = 90 m/min Untuk f = 0,17 mm/rev dibatasi oleh vmin = 58,7 m/min dan vmax = 117,4 m/min Hal ini berarti bahwa diantara batas kedua kecepatan potong moderat di atas, keausan akan timbul dengan laju pertumbuhan moderat. Pada daerah di bawah daerah pemotongan moderat akan memberikan keadaan dengan laju pertumbuhan keausan tepi yang relatif besar kemudian mengecil dan selanjutnya terus membesar dengan bertambahnya kecepatan potong, dimana mekanisme abrasi dan Supriadi : Analisa Gaya, Daya, Dan Energi Pemotongan 76 Spesifik Serta Kondisi Pemotongan Moderat Pada Pemesinan Kering (Baja Karbon Aisi 1045 - Pahat Karbida Tak Berlapis, Wc + 6 % Co, Tipe K), 2008. USU Repository © 2009

kerusakan karena BUE menjadi dominan.

Sedangkan daerah di bagian atas

daerah pemotongan moderat akan timbul mekanisme difusi yang akan menyebabkan timbulnya keausan kawah dan keausan tepi yang akan terus membesar dengan laju pertumbuhan yang sangat cepat dengan bertambahnya kecepatan potong. Dari paparan di atas maka dapat diketahui bahwa 1. Untuk f = 0,24 mm/rev, yaitu pada kondisi 1. Semua harga kecepatan potong pemesinan berada di atas kecepatan potong moderat maksimum, yaitu 90 m/min.Hal ini berarti bahwa tidak ada sama sekali kondisi pemotongan yang moderat dan menyebabkan timbulnya keausan kawah dan tepi dengan laju pertumbuhan yang terus meningkat cepat dengan bertambahnya kecepatan potong. 2. Untuk f = 0,17 mm/rev, yaitu pada kondisi 2 dan 4 Sebagian besar kecepatan potong pemesinan berada di atas kecepatan potong moderat maksimum, hanya 5 fase dari 8 fase pemotongan terakhir pada kondisi 4 yang berada pada daerah pemotogan moderat, yaitu 98.4 m/min, 103,3 m/min, 108,2 m/min, 113,1 m/min dan 117,9 m/min. Sedangkan untuk 3 sisa fase awal dan seluruh fase pemotongan pada kondisi 2 berada di atas

daerah

pemotogan moderat. Hal ini berarti sebagian besar kondisi pemotongan pada kondisi 2 dan 4 menyebabkan keausan tepi dengan keausan kawah dengan laju pertumbuhan yang terus meningkat drastis dengan bertambahnya kecepatan potong. Sebagai bahan perbandingan untuk mengetahui efisiensi kesesuaian benda kerja dengan pahat yang digunakan, maka berikut akan diberikan kondisi pemotongan moderat pada pemesinan baja karbon dengan kondisi pemotongan


yang sama dengan menggunakan pahat karbida berlapis (WC-TiC-TaC-Co, tipe P). Untuk pasangan pahat karbida berlapis (WC-TiC-TaC-Co, tipe P) dengan Baja Karbon . Dari table 6.2 (Taufik rachim), didapat Rmin = 12,0 m/min Rmax = 130 m/min Dari data konstanta di atas, maka batas daerah moderat dapat disusun sebagai berikut : Untuk f = 0,24 mm/rev vmin = Rmin.. f –α =12.(0,24)-0,77 = 36 m/min vmax = Rmax.. f –α =130.(0,24)-0,77 = 390,01 m/min Untuk f = 0,17 mm/rev vmin = Rmin.. f –α =12.(0,17)-0,77 = 46,96 m/min vmax = Rmax.. f –α =130.(0,17)-0,77= 508,742 m/min Dari perhitungan di atas, maka diperoleh grafik pemesinan moderat baja karbon dengan menggunakan pahat karbida berlapis sebagaimana ditunjukkkan pada gambar 4.2.


Gambar 4.2. Daerah pemotongan moderat pada pemesinan baja karbon dengan menggunakan pahat karbida berlapis (WC-TiC-TaC-Co, tipe P)

Dengan membandingkan grafik pemesinan moderat pada gambar 4.1 dan gambar 4.2, maka dapat diketahui bahwa pemesinan baja karbon dengan menggunakan pahat karbida tak berlapis (WC + 6% Co, tipe K) memiliki daerah pemotongan moderat yang lebih sempit dibanding dengan menggunakan pahat karbida berlapis (WC-TiC-TaC-Co, tipe P). Jadi jelas bahwa pemesinan baja karbon lebih sesuai menggunakan karbida berlapis (WC-TiC-TaC-Co, tipe P). Perbandingan antara pahat karbida tak berlapis dengan pahat karbida berlapis sebagaimana ditunjukkan oleh grafik daerah pemotongan moderat pada gambar 4.1 dan 4.2 adalah juga sesuai dengan laporan dari Schintelmeister et.al (1975) bahwa kemampuan pahat karbida berlapis adalah 7-10 kali lebih tinggi dari pahat karbida tak berlapis. Supriadi : Analisa Gaya, Daya, Dan Energi Pemotongan 79 Spesifik Serta Kondisi Pemotongan Moderat Pada Pemesinan Kering (Baja Karbon Aisi 1045 - Pahat Karbida Tak Berlapis, Wc + 6 % Co, Tipe K), 2008. USU Repository © 2009

BAB V PENEMUAN HUBUNGAN ANTARA BEBAN GERAM DENGAN GAYA, DAYA PEMESINAN BESERTA KOMPONENNYA DAN ENERGI PEMOTONGAN SPESIFIK

5.1 Pendahuluan Dari sekian banyak karakteristik pemesinan yang ada, maka ada beberapa diantaranya yang memiliki pengaruh paling dominan dalam proses pemesinan, yaitu kecepatan potong v, gerak makan f, kedalaman potong a, rasio pemampatan geram λh, gaya F dan daya N pemesinan serta energi pemotongan spesifik Esp. Hubungan antara variabel-variabel pemesinan di atas, sebagaimana lazimnya banyak disajikan dalam bentuk grafik dua dimensi. Sebagai contoh, Rochim (1993) melaporkan hubungan antara kecepatan potong dan gerak makan terhadap rasio pemampatan geram seperti terlihat pada gambar 5.1.

Gambar 5.1 Pengaruh kecepatan potong v dan gerak makan f terhadap rasio pemampatan Geram λh


Dari dua grafik pada gambar 5.1, maka dapat diketahui bahwa kecepatan potong v dan gerak makan f memiliki pengaruh berbanding terbalik terhadap rasio pemampatan geram λh. Akan tetapi pengaruh v dan f disajikan dalam dua bentuk grafik yang berbeda, hal ini berarti hubungan dari ketiga variabel pemesinan di atas tidak dapat diketahui secara bersamaan. Oleh karena itu, untuk memberikan hubungan keterkaitan antara variabel-variabel pemesinan yang lebih informatif, maka variabel kecepatan potong v digabungkan dengan gerak makan f bagi menghasilkan beban geram (Chipload v.f). Ide dari penggabungan variabel v dan f yang nantinya akan menghasilkan beban geram (chipload) ini, telah dilaporkan sebelumnya oleh J.Q. Xie, A.E. Bayoumi, H.M. Zbib dalam Int.Journal of Machine Tools and Manufacture yang berjudul A study on shear bending in chip formation of orthogonal cutting (1996). Dalam laporannya tersebut, variabel baru beban geram (chipload) digunakan untuk mendapatkan persamaan matematis untuk menentukan bentuk geram yang dihasilkan, kapan akan dihasilkan bentuk geram kontinu dan diskontinu. Ide ini dirasa juga bisa digunakan untuk memberikan gambaran keterkaitan antara variabel-variabel pemesinan yang lebih baik, sehingga disusunlah hubungan ini.

5.2 Metode pengolahan data Masalah utama dalam mengolah data adalah bagaimana menentukan kriteria untuk menentukan kecocokan terbaik (best fit) sehingga dapat menjelaskan suatu kondisi tertentu menggunakan data–data yang tersedia. Salah satu strategi yang paling sering digunakan adalah meminimumkan jumlah kuadrat sisa atau yang sering disebut dengan metode kuadrat sisa.


n

n

i =1

i =1

S r = ∑ ei2 = ∑ ( yi − a 0 .x a1 ) 2

………………........… 5.1

Metode di atas sangat cocok untuk pengolahan data dalam regresi linier, dimana sebaran titik di sekeliling garis mempunyai besaran serupa sepanjang keseluruhan rentang data dan distribusi titik ini disekitar garis adalah normal. Namun untuk kasus tak linier, penyelesaiannya harus berjalan dengan iterasi seperti dengan pendekatan tak linier lainnya. Metode Gauss-Newton merupakan suatu algoritma untuk meminimumkan jumlah kuadrat sisa antara data dan persamaan tak linier. Konsep yang mendasari teknik tersebut adalah uraian deret Tailor yang digunakan untuk menyatakan persamaan tak linier semula dalam suatu bentuk hampiran yang linier. Dengan demikian, teori kuadrat terkecil dapat digunakan untuk memperoleh taksirantaksiran baru dari parameter-parameter yang bergerak dalam arah meminimumkan kuadrat sisa tersebut. Model tak linier dapat diuraikan menurut deret Tailor di sekitar nilai-nilai parameter dan dihentikan setelah turunan-turunan pertama, misalnya untuk kasus dua parameter : f ( xi ) j +1 = f ( xi ) j +

dimana,

∂f ( xi ) j ∂a 0

∆a 0 +

j adalah taksiran awal,

∂f ( xi ) j

j+1

∂a1

∆a1

prediksi,

……..………….. 5.2 ∆a 0 = a 0 , j +1 −a 0, j ,

dan

∆ai = ai , j +1 −ai , j .

Jadi kita telah melinierkan model semula terhadap parameter-parameternya. Persamaan (5.2) dapat disubstitusikan kedalam persamaan y = f ( xi ) + ei , untuk memberikan persamaan sebagai berikut :


y i − f ( xi ) j =

∂f ( xi ) j ∂a 0

∆a 0 +

∂f ( xi ) j ∂a1

∆a1 + ei

atau dalam bentuk matriks : {D} = {Z j }{∆A} + {E}

..……..…….. 5.3

dimana {Z j } adalah matrik turunan-turunan parsial dari fungsi yang dihitung pada tebakan awal j,

[Z ] j

 ∂f1 a  0  ∂f 2  a0 = .   .  .  ∂f  n  a 0

∂f1  a1   ∂f 2  a1  .   .  .  ∂f n  a1 

dimana, n adalah banyak titik data dan ∂f i / ∂a k adalah turunan parsial fungsi terhadap parameter ke- k yang dihitung pada titik data ke- i . Vektor {D} berisi beda-beda antara pengukuran dan nilai fungsi  y1 − f ( x1 )   y − f ( x ) 2   2  .  {D} =   .     .    y n − f ( x n ) ∆a  dan vektor {∆A} =  0  , ∆a1 

Penerapan teori kuadrat terkecil pada persamaan (5.3) akan menghasilkan persamaan normal berikut :

[[Z ] [Z ]].{∆A} = [Z ] {D} T

j

T

j

j

………………………. 5.4


Jadi pendekatannya terdiri dari pemecahan persamaan (5.4) untuk {∆A} yang dapat dipakai untuk menghitung nilai-nilai yang diperbaiki untuk parameterparameter seperti dalam a 0 , j +1 = a 0, j + ∆a 0

dan

a1 , j +1 = a1, j + ∆a1

Prosedur ini diulang sampai penyelesaiannya konvergen, yakni sampai

∈a

k

=

a k , j +1 − a k , j a k , j +1

100%

berada di bawah kriteria penghentian yang dapat diterima. Metode Gauss-Newton mempunyai beberapa kekurangan, diantaranya : 1. Kesulitan dalam mendapatkan turunan-turunan parsial fungsi. 2. Kekonvergenen yang lambat. 3. Kemungkinan berisolasi secara lebar, yaitu berubah secara terus-menerus. 4. Kemungkinan tidak mendapatkan konvergen sama sekali.

5.3 Beban Geram (Chipload) Dari analisa yang telah dilakukan pada data–data hasil pengujian di atas, maka dapat diketahui hubungan antara beban geram (chipload) dengan gaya (F), daya pemesinan (N), dan energi pemotongan spesifik (Esp). Hubungan antara parameter-parameter di atas disajikan dalam tabel 5.1.


Tabel 5.1 Hubungan antara Beban geram (Chipload) dengan gaya (F), daya (N) dan E.pemotongan spesifik(Esp) v m/min 238.6 226.7 214.8 202.8 190.9 179 167 155.2 193.9 186.7 179.6 172.4 165.3 158.1 150.9 143.8 132.6 127.7 122.8 117.9 113.1 108.2 103.3 98.4

f mm/rev 0.24 0.24 0.24 0.24 0.24 0.24 0.24 0.24 0.17 0.17 0.17 0.17 0.17 0.17 0.17 0.17 0.17 0.17 0.17 0.17 0.17 0.17 0.17 0.17

v.f m /rpm 57.264 54.408 51.552 48.672 45.816 42.96 40.08 37.248 32.963 31.739 30.532 29.308 28.101 26.877 25.653 24.446 22.542 21.709 20.876 20.043 19.227 18.394 17.561 16.728 2

Nct kW 4.089426 3.885617 3.681818 3.476327 3.272559 3.068822 2.863392 2.661418 1.513064 1.45691 1.401586 1.345447 1.290097 1.233977 1.177837 1.122492 1.0349 0.9967 0.9585 0.920296 0.882881 0.844684 0.806483 0.768291

Nml kW 1.122181 1.01026 0.961933 0.893037 0.821749 0.778241 0.708552 0.6543 0.327222 0.316977 0.301544 0.284808 0.274769 0.255861 0.24575 0.23176 0.222041 0.213138 0.203381 0.193751 0.184621 0.176633 0.164828 0.15575

Nmc kW 5.211608 4.895877 4.643751 4.369363 4.094308 3.847064 3.571944 3.315718 1.840286 1.773887 1.70313 1.630255 1.564866 1.489838 1.423587 1.354252 1.256942 1.209838 1.161881 1.114047 1.067502 1.021317 0.971311 0.924041

F N 1193.262 1196.17 1203.498 1212.396 1222.917 1238.194 1256.885 1280.756 529.9037 530.7893 540.7553 544.4757 550.1463 557.8649 561.7881 568.75 581.9813 588.2104 594.5112 599.8141 608.392 615.9868 622.5591 632.5196

Fv N 1027.774 1027.774 1027.774 1027.774 1027.774 1027.774 1027.774 1027.774 467.9923 467.9923 467.9923 467.9923 467.9923 467.9923 467.9923 467.9923 467.9923 467.9923 467.9923 467.9923 467.9923 467.9923 467.9923 467.9923

Ff N 606.2633 611.9672 626.1693 643.1066 662.7276 690.5108 723.4917 764.2101 248.5581 250.4406 270.9233 278.2751 289.2129 303.6387 310.7878 323.2023 345.9558 356.3351 366.6426 375.1801 388.7466 400.5283 410.5643 425.5164

Z 114.528 108.816 103.104 97.344 91.632 85.92 80.16 74.496 39.5556 38.0868 36.6384 35.1696 33.7212 32.2524 30.7836 29.3352 27.0504 26.0508 25.0512 24.0516 23.0724 22.0728 21.0732 20.0736

Esp j/mm3 2142.407 2142.488 2142.585 2142.706 2142.849 2143.032 2143.258 2143.539 2295.095 2295.142 2295.274 2295.358 2295.465 2295.6 2295.71 2295.859 2295.493 2295.591 2295.697 2295.804 2295.942 2296.085 2296.233 2296.422

λh 1.845833 1.854167 1.875 1.9 1.929167 1.970833 2.020833 2.083333 1.758824 1.764706 1.829412 1.852941 1.888235 1.935294 1.958824 2 2.076471 2.111765 2.147059 2.176471 2.223529 2.264706 2.3 2.352941


5.3.1 Hubungan Beban Geram dengan Gaya Pemotongan Dari data hasil pengujian beban geram terhadap gaya pemotongan, sebagaimana yang disajikan dalam tabel 5.1, maka diperoleh analisa sebagai berikut: 1. Hubungan Beban geram dengan Gaya pemotongan untuk f = 0,24mm/rev Analisa hubungan beban geram dengan gaya pemotongan untuk gerak makan f = 0,24 mm/rev diberikan pada tabel 5.2. Tabel 5.2 X

Analisa hubungan antara beban geram dengan gaya pemotongan untuk f = 0,24 mm/rev Y

Log X

Log Y

Log X.Log Y

(Log X)2

(Yi-Y)^2

57.26

1193.26 1.75788168 3.07673575

5.408537411

3.09014801 1039.94436

54.41

1196.17 1.73566276 3.07779287

5.342010476

3.01252522 860.841132

51.55

1203.49 1.71224552 3.08044525

5.274478578

2.93178472 484.542955

48.67

1212.39 1.68727919 3.08364459

5.202969352

2.84691107 171.970096

45.82

1222.92

3.08739704

5.128219498

2.75897804 6.72277776

42.96

1238.19 1.63306427 3.09278860

5.050722568

2.66689892 160.877080

40.08

1256.88 1.60292771 3.09929539

4.967946476

2.56937725 984.363341

37.25

1280.76 1.57110296 3.10746636

4.882149585

2.46836451 3052.10639

Jumlah

9804.07 13.3611813 24.7055658

41.25703394

22.3449877 6761.36814

rata-rata 1225.51 1.67014766 3.08819573

5.157129243

2.79312347

1.6610172

Keterangan : X : Beban Geram(Chip Load ; v.f ) Y : Gaya Pemotongan (F)

Penyebaran data di atas dapat diukur dengan menggunakan standar deviasi (σ) terhadap nilai rerata yang diberikan dalam bentuk berikut : _

σ=

Σ(Yi − Y ) 2 n −1

σ=

6761.368144 8 −1


σ = 31,07 Persamaan regresi non linier Geometri : y = a 0 x a1

Persamaan regresi di atas dapat diselesaikan dengan teknik penyelesaian sama dengan penyelesaian persamaan regresi linier sederhana, karena dengan transformasi yang cocok, bentuk persamaan di atas dapat dibuat menjadi fungsi linier. Transformasi yang digunakan adalah logaritma, sebagai berikut : log y = log a 0 + a1 log x

a1 =

n(Σ log xi log y i ) − (Σ log xi )(Σ log y i ) n(Σ(log xi ) 2 ) − (Σ log xi ) 2

a1 =

8(41,2579664) − (13,36118)(24,7061) 8(22,3449877) − (13,36118) 2

a1 = −0,162993252 log a 0 = (log y ) − a1 (log x)

log a 0 = 3,088195732 − (−0,162993252)(1,670147659) a 0 = 2293,07643 Persamaan regresi : Y =

2293,07643 dengan tebakan awal a 0 = 2293,07643 dan X 0.162993252

a1 = −0.162993252 , maka didapat jumlah kuadrat sisa sebagaimana ditumjukkan pada tabel 5.3.


Tabel 5.3 Jumlah kuadrat sisa tebakan awal a 0 = 2293,07643 dan

a1 = −0,162993252 X

Y

Yfungsi sisa kuadrat

Log X

Log Y

logYfungsi

sisa kuadrat

57.26 1193.26 1185.48

60.4954434

1.75788 3.07674

3.073896

8.066E-06

54.41 1196.17 1195.41

0.57608589

1.73566 3.07779

3.077517

7.5988E-08

51.55 1203.49 1205.96

6.07900027

1.71225 3.08045

3.081334

7.8999E-07

48.67 1212.39 1217.32

24.2059481

1.68728 3.08365

3.085403

3.0934E-06

45.82 1222.92 1229.37

41.6876146

1.66102 3.08739

3.089684

5.2299E-06

42.96 1238.19 1242.34

17.1821681

1.63306 3.09279

3.094240

2.1068E-06

40.08 1256.88 1256.47

0.1718498

1.60293 3.09929

3.099152

2.0525E-08

37.25 1280.76 1271.57

84.4299163

1.57110 3.10747

3.104339

9.7782E-06

234.828026

2.9161E-05

Maka untuk tebakan parameter awal menghasilkan sisa kuadrat

Sr = 2,91608 E − 0.5 Turunan-turunan parsial fungsi terhadap parameter-parameternya :

∂f = x −0.162993252 ∂a 0 0,516984 0,521313  0,525915  0,530866 [Z 0 ] =  0,536124  0,541778 0,547941  0,554525

∂f = 2293,07643.x −0.162993252 . ln x ∂a1

4798,45  4777,473  4754,62   4729,4  4701,904  4671,529  4637,477   4600,02 

Matriks ini jika dikalikan dengan transposenya akan menghasilkan

[Z 0 ]T [Z 0 ] = 

2,28613 20126,1  8  20126,1 1.7742,10 

yang kemudian dapat dibalikkan untuk menghasilkan invers dari matriks di atas

[[Z ] [Z ]]

−1

T

0

0

− 0,036807   324,47 = −6  − 0,036807 4,18093.10 


Vektor {D} didapat dari perbedaan antara pengukuran dan prediksi model 7,7778817  0,7590032    - 2,465563   - 4,919954  {D} =  - 6456595    - 4,145138 0,4145477    9,1885753  Dan jika vektor {D} dikalikan dengan [Z0]T akan menghasilkan 0,123368   424,311 

[Z 0 ]T .{D} = 

Vektor {∆A} kemudian dapat dihitung dengan memecahkan persamaan (5.4)

[[Z ] [Z ]].{∆A} = [Z ] {D} T

j

T

j

j

sehingga dihasilkan 24,4116   − 0,00276679

{∆A} = 

yang dapat ditambahkan pada parameter-parameter awal untuk menghasilkan a 0   2293,07643   24,4116   =  +  a1  − 0,162993252 − 0,00276679 a 0   2317,48803    =  a1  − 0,165761152

Sehingga didapat persamaan regresi baru sebagai berikut : Y=

2317,48803 X 0.165761152

Dari persamaan regresi di atas, maka akan menghasilkan jumlah kuadrat sisa sebagaimana ditunjukkan pada tabel 5.4.


Tabel 5.4 Jumlah kuadrat sisa tebakan baru a 0 = 2317.48803 dan

a1 = −0.165761152 X

Y

Yfungsi sisa kuadrat

Log X

Log Y

logYfungsi sisa kuadrat

57.26 1193.26 1184.76

72.34498

1.75788 3.07674

3.073629

9.6518E-06

54.41 1196.17 1194.85

1.7519488

1.73566 3.07779

3.077312

2.3119E-07

51.55 1203.49 1205.57

4.3092915

1.71225 3.08045

3.081194

5.6019E-07

48.67 1212.39 1217.12

22.280821

1.68728 3.08365

3.085332

2.8479E-06

45.82 1222.92 1229.38

41.74026

1.66102 3.08739

3.089685

5.2365E-06

42.96 1238.19 1242.56

19.10217

1.63306

3.0928

3.094319

2.3417E-06

40.08 1256.88 1256.94

0.003012

1.60293 3.09929

3.099314

3.5958E-10

37.25 1280.76

72.34498

1.57110 3.10747

3.104589

8.2754E-06

1272.3

161.53249

2.9145E-05

Jadi, taksiran yang diperbaiki oleh parameter-parameternya adalah a 0 = 2317,48803

dan

a1 = 0,165761152 .

Parameter-parameter

baru

ini

menghasilkan jumlah kuadrat sisa Sr = 2,91451E − 05 Nilai kekonvergenan dari perbaikan taksiran parameter di atas adalah

∈a0

=

=

a 0, j +1 − a 0, j a 0, j +1

x100%

24,4116 x100% 2317,48803

∈a0 = 1,0534 % ∈a1

=

=

a1, j +1 − a1, j a1, j +1

x100%

0,00276679 x100% 0,165761152

∈a1 = 1,6975 %


Nilai kekonvergenen di atas dianggap telah dapat memenuhi kriteria penghentian iterasi Untuk mengetahui derajat kesesuaian dari persamaan yang didapat dihitung nilai koefisien korelasi yang berbentuk n

r=

_

n

^

∑ ( yi − y) 2 − ∑ ( yi − y) 2 i =1

i =1

n

_

∑ ( yi − y) 2 i =1

r=

6761,368144 − 161,532492 = 0,9879 6761,368144

dan koefisien determinan adalah r 2 = 0,9761 Hasil-hasil ini menunjukan bahwa 97,61 % dari ketidakpastian yang semula telah dijelaskan oleh model. Korelasi yang sangat akurat dari perbedaanperbedaan karakteristik adalah apabila koefisien reabilitas di atas 0.9 atau 90 % (lit.8, hal 123). Hasil ini mendukung kesimpulan bahwa persamaan geometri di atas memperlihatkan kecocokkan yang ulung, seperti juga jelas dalam gambar grafik 5.2. 2. Hubungan Beban geram dengan Gaya pemotongan untuk f = 0.17 mm/rev Dengan model analisa di atas, maka dihasilkan hubungan beban geram dengan gaya pemotongan untuk gerak makan f = 0,17 mm/rev sebagai berikut : Y = 1467,653839. X −0.2974703974 Dari persamaan regresi di atas, maka akan menghasilkan jumlah kuadrat sisa , sebagai berikut: Sr = 0,000591143 Untuk mengetahui derajat kesesuaian dari persamaan yang didapat, dihitung nilai koefisien korelasi yang berbentuk Supriadi : Analisa Gaya, Daya, Dan Energi Pemotongan 91 Spesifik Serta Kondisi Pemotongan Moderat Pada Pemesinan Kering (Baja Karbon Aisi 1045 - Pahat Karbida Tak Berlapis, Wc + 6 % Co, Tipe K), 2008. USU Repository © 2009

n

r=

^

n

_

∑ ( yi − y) 2 − ∑ ( yi − y) 2 i =1

i =1

n

_

∑ ( yi − y) 2 i =1

r=

22333,22569 − 1267,007657 = 0,9712 22333,22569

Dan koefisien determinan adalah r 2 = 0,9433 Hasil-hasil ini menunjukan bahwa 94,33 % dari ketidakpastian yang semula telah dijelaskan oleh model. Dari analisa hubungan antara beban geram dengan gaya pemotongan untuk gerak makan f = 0,24 mm/rev dan f = 0,17 mm/rev, maka dihasilkan grafik hubungan antara beban geram dengan gaya pemotongan sebagaimana tersaji pada gambar 5.2.

Beban Geram VS Gaya pemotongan

Gaya pemotongan (N)

1400 1200

1000 800

600 400 10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

Beban Geram (.103 mm2/min) f = 0.24 m m /rev

regresi f = 0.24 m m /rev

f = 0.17 m m /rev

regresi f = 0.17 m m /rev

Gambar 5.2 Grafik hubungan Beban Geram dengan Gaya Pemotongan Supriadi : Analisa Gaya, Daya, Dan Energi Pemotongan 92 Spesifik Serta Kondisi Pemotongan Moderat Pada Pemesinan Kering (Baja Karbon Aisi 1045 - Pahat Karbida Tak Berlapis, Wc + 6 % Co, Tipe K), 2008. USU Repository © 2009

Dari grafik pada gambar 5.2 dapat dijelaskan hal-hal sebagai berikut : 1. Trend grafik hubungan beban geram (v.f) terhadap gaya pemotongan F adalah berbanding terbalik. Hal ini berarti bahwa gerak makan f sebagai komponen pembentuk beban geram yang semestinya berbanding lurus terhadap gaya pemotongan juga dapat dianggarkan sama dengan kecepatan potong v, yaitu berbanding terbalik terhadap gaya pemotongan. 2. Untuk harga beban geram yang sama, maka gerak makan berbanding lurus terhadap gaya pemotongan. Namun grafik pada gambar 5.2 hanya menunjukkan hubungan terbalik yang sempit yaitu pada rentang beban geram (v.f) = (16.73-32.96).103 mm2/min untuk gerak makan f = 0.17 mm/rev dan beban geram (v.f) = (37.3-57.3) .103 mm2/min untuk gerak makan f = 0.24 mm/rev. Grafik ini masih belum memadai untuk dapat memberikan informasi yang menjabarkan hubungan keterkaitan antara beban geram dengan gaya pemotongan. Oleh karena itu dibutuhkan analisa lebih lanjut yaitu dengan mentransformasikan grafik di atas menjadi grafik log-log bagi memperoleh grafik hubungan linier. Selanjutnya dengan metode interpolasi dan ekstrapolasi untuk grafik linier, maka diperoleh hubungan beban geram dengan gaya pemotongan untuk beberapa nilai gerak makan dengan kenaikan 20 % sebagaimana tersaji pada grafik 5.3.


Beban Geram VS Gaya Pemotongan 10000 Gaya (N)

0.423 0.352 0.294 0.245

1000

0.204 0.17 0.142 0.118

100 10

0.098

0.082 3

2

100

Beban Geram (.10 mm /min)

Gambar 5.3 Grafik hubungan Beban geram dengan Gaya pemotongan untuk beberapa nilai gerak makan f.

Apabila dibandingkan paparan data pada gambar 5.2 dengan gambar 5.3, jelas terlihat bahwa pada gambar 5.3, karakteristik hubungan beban geram dengan gaya pemotongan lebih mudah dibaca berbanding grafik yang awalnya tersaji pada gambar 5.2. Hal ini dapat dijelaskan sebagai berikut : 1. Gerak makan f berbanding lurus terhadap gaya pemotongan F. Peningkatan gerak makan akan mengakibatkan peningkatan gaya pemotongan yang bervariasi bergantung pada

beban geram sebagai sumbu absis. Pada saat

beban geram (v.f) = 10 .103 mm2/min, maka peningkatan gerak makan 20 % akan meningkatkan gaya pemotongan sebesar 47.8 % dan terus meningkat hingga 74 % pada saat beban geram (v.f) = 100.103 mm2/min. Trend


peningkatan ini akan relatif konstan untuk peningkatan 20 % gerak makan berikutnya. 2. Dari hubungan karakteristik beban geram dan gerak makan terhadap gaya pemotongan

di atas, maka trend grafik awal (gambar 5.2) yang didapat

dengan menganggarkan bahwa gerak makan f juga memiliki pengaruh yang sama terhadap kecepatan potong v sebagai komponen pembentuk beban geram, yaitu berbanding terbalik terhadap gaya pemotongan dapat dikoreksi kembali. Trend grafik ini hanya berlaku sampai gerak makan f = 0.352 mm/rev sedangkan untuk gerak makan yang lebih tinggi f = 0423 mm/rev trend grafiknya berubah menjadi berbanding lurus. Hal ini berarti bahwa kecepatan potong v juga dapat dianggarkan sama seperti gerak makan f, yaitu berbanding lurus terhadap gaya pemotongan F. Hanya saja sebagaimana kondisi pemesinan yang diizinkan untuk pemesinan baja karbon menggunakan pahat karbida tak berlapis yaitu v = 250 m/min, f = 0.35 mm/rev dan a = 4.0 mm, maka jelas kondisi dimana beban geram berbanding lurus terhadap gaya pemotongan akan sangat sulit tercapai, sehingga hubungan berbanding terbalik sebelumnya sudah dapat menjabarkan hubungan karakteristik beban geram terhadap gaya pemotongan.

5.3.2 Hubungan Beban Geram dengan Daya Pemesinan Dari

data hasil pengujian hubungan antara beban geram dan daya

pemesinan pada tabel 4.4 maka diperoleh analisa data berikut bagi menghasilkan persamaan regresi dari data hasil pengujian tersebut.


1. Hubungan Beban Geram dengan Daya Pemesinan untuk f = 0,24 mm/rev Dengan model analisa yang telah dilakukan untuk mendapatkan hubungan antara beban geram dengan gaya pemotongan, maka diperoleh persamaan regresi yang dapat mewakili data pengujian hubungan beban geram dengan daya pemesinan. Persamaan regresi yang dihasilkan adalah sebagai berikut : Y = 0,076037131. X 1.04307211 Dari persamaan regresi di atas, maka akan menghasilkan jumlah kuadrat sisa sebagai berikut : Sr = 1,15483E - 05 . Untuk mengetahui derajat kesesuaian dari persamaan yang didapat, dihitung nilai koefisien korelasi yang berbentuk n

r=

n

_

i =1

i =1

n

∑(y i =1

r=

^

∑ ( yi − y) 2 − ∑ ( yi − y) 2 ,

_

i

− y) 2

3,030058161 − 0,001408455 = 0.999535 3,030058161

dan koefisien determinan adalah r 2 = 0,99907 Hasil-hasil ini menunjukan bahwa 99,907 % dari ketidakpastian yang semula telah dijelaskan oleh model. Hasil ini mendukung kesimpulan bahwa persamaan geometri di atas memperlihatkan kecocokkan yang ulung, seperti juga jelas dalam gambar grafik 5.4.


2. Hubungan Beban Geram dengan Daya Pemesinan untuk f = 0,17 mm/rev Dari model analisa di atas, maka diperoleh persamaan regresi hubungan beban geram dengan daya pemesinan untuk gerak makan f = 0,17 mm/rev sebagai berikut : Y = 0,053821068. X 1.010231359 Persamaan regresi di atas akan menghasilkan jumlah kuadrat sisa

Sr = 1,7898E - 05 Untuk mengetahui derajat kesesuaian dari persamaan yang didapat, dihitung nilai koefisien korelasi yang berbentuk n

r=

_

n

^

∑ ( yi − y) 2 − ∑ ( yi − y) 2 i =1

i =1

n

_

∑ ( yi − y) 2 i =1

r=

1,325971255 − 0,00016839 1,325971255

r = 0,9999365 dan koefisien determinan adalah r 2 = 0,999873 Hasil-hasil ini menunjukan bahwa 99,9873 % dari ketidakpastian yang semula telah dijelaskan oleh model. Hasil ini mendukung kesimpulan bahwa persamaan geometri di atas memperlihatkan kecocokkan yang ulung, seperti juga jelas dalam gambar grafik 5.4.


Beban Geram VS Daya pemesinan

Daya pemesinan (kW)

6

5

4

3

2

1

0

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

70

3 2 Beban Geram (.10 mm /min)

f=0.24 mm/rev

regresi f= 0.24 mm/rev

f=0.17 mm/rev

regresi f=0.17 mm/rev

Gambar 5.4 Grafik hubungan Beban Geram dengan Daya Pemesinan Dari grafik pada gambar 5.4 dapat dijelaskan hal-hal sebagai berikut : Beban geram berbanding lurus terhadap daya pemesinan N. Hal ini didukung oleh fakta bahwa baik gerak makan f maupun kecepatan potong v sebagai komponen pembentuk beban geram, masing-masing berbanding lurus terhadap daya pemesinan. Namun gambar 5.4 hanya menunjukkan hubungan berbanding lurus yang sempit yaitu pada rentang beban geram (v.f) = (16.73-32.96).103 mm2/min untuk gerak makan f = 0.17 mm/rev dan beban geram (v.f) = (37.3-57.3).103 mm2/min untuk gerak makan f = 0.24 mm/rev. Grafik ini masih belum memadai untuk dapat memberikan informasi yang menjabarkan hubungan keterkaitan antara beban geram dengan daya pemesinan. Oleh karena itu dibutuhkan analisa lebih lanjut yaitu dengan mentransformasikan grafik di atas menjadi grafik log-log bagi memperoleh grafik hubungan linier. Selanjutnya dengan metode interpolasi dan Supriadi : Analisa Gaya, Daya, Dan Energi Pemotongan 98 Spesifik Serta Kondisi Pemotongan Moderat Pada Pemesinan Kering (Baja Karbon Aisi 1045 - Pahat Karbida Tak Berlapis, Wc + 6 % Co, Tipe K), 2008. USU Repository © 2009

ekstrapolasi untuk grafik linier, maka diperoleh hubungan beban geram dengan daya pemesinan untuk beberapa nilai gerak makan dengan kenaikan 20 % sebagaimana tersaji pada grafik 5.5.

Beban Geram VS Daya Pemesinan 10

0.352

0.294

0.245 0.204

Daya (kW)

0.17 0.142 0.118 0.098 0.082

1

0.1 10

Beban Geram (.103 mm2/min)

100

Gambar 5.5 Hubungan Beban geram dengan Daya pemesinan untuk beberapa nilai gerak makan f.

Apabila dibandingkan paparan data pada gambar 5.4 dengan gambar 5.3, jelas terlihat bahwa pada gambar 5.3, karakteristik hubungan beban geram dengan daya pemesinan lebih mudah dibaca berbanding grafik yang awalnya tersaji pada gambar 5.2. Hal ini dapat dijelaskan sebagai berikut : 1. Beban geram (v.f) berbanding lurus terhadap daya pemesinan N. Hal ini didukung oleh fakta bahwa baik gerak makan maupun kecepatan potong juga berbanding lurus terhadap daya pemesinan.


2. Peningkatan gerak makan f akan meningkatkan daya pemesinan yang hampir merata pada selang beban geram sebagai sumbu absis. Peningkatan 20 % gerak makan akan menaikkan daya pemesinan sebesar 24.6 % pada saat beban geram (v.f) = 10.103 mm2/min dan terus meningkat menjadi 28.4 % pada beban geram (v.f) = 100.103 mm2/min. Persentase kenaikan ini akan relatif konstan pada peningkatan 20 % gerak makan berikutnya.

5.3.3 Hubungan Beban Geram dengan Energi Pemetongan Spesifik Dari

data hasil pengujian hubungan antara beban geram dan energi

pemotongan spesifik pada tabel 5.1 maka diperoleh analisa data berikut bagi menghasilkan persamaan regresi dari data hasil pengujian tersebut. 1. Hubungan Beban Geram dengan Energi Pemotongan Spesifik untuk f = 0.24 mm/rev Dengan model analisa yang telah dilakukan untuk mendapatkan hubungan antara beban geram dengan gaya pemotongan, maka diperoleh persamaan regresi yang dapat mewakili data pengujian hubungan beban geram dengan energi pemotongan spesifik sebagai berikut : Y = 2152,877422. X −0.001213012 Persamaan regresi di atas, akan menghasilkan jumlah kuadrat sisa sebagai berikut :

Sr = 9,41229E - 10

Untuk mengetahui derajat kesesuaian dari persamaan yang didapat, dihitung nilai koefisien korelasi yang berbentuk


n

r=

^

n

_

∑ ( yi − y) 2 − ∑ ( yi − y) 2 i =1

i =1

n

_

∑ ( yi − y) 2 i =1

r=

1,091924117 − 0,022916703 = 0,98945 1,091924117

dan koefisien determinan adalah r 2 = 0,979 Hasil-hasil

ini menunjukan bahwa 97,9 % dari ketidakpastian

yang

semula telah dijelaskan oleh model. Hasil ini mendukung kesimpulan bahwa persamaan geometri di atas memperlihatkan kecocokkan yang ulung, seperti juga jelas dalam gambar grafik 5.6. 2. Hubungan Beban geram dengan Energi Pemotongan Spesifik untuk f = 0,17 mm/rev

Dari model analisa di atas, maka diperoleh persamaan regresi hubungan beban geram dengan energi pemotongan spesifik untuk gerak makan f = 0,17 Y = 2300,658857. X −0.000685996

mm/rev, yaitu :

Dari persamaan regresi di atas, maka akan menghasilkan jumlah kuadrat sisa

Sr = 1,16334E - 08 Untuk mengetahui derajat kesesuaian dari persamaan yang didapat, dihitung nilai koefisien korelasi yang berbentuk n

r=

∑(y i =1

n

_

i

^

− y) 2 − ∑ ( yi − y) 2 i =1

n

∑(y i =1

_

i

− y) 2


2,13295012 − 0,12648085 = 0,973 2,13295012

r=

dan koefisien determinan adalah r 2 = 0,94.6 Hasil-hasil

ini menunjukan bahwa 94.6 % dari ketidakpastian

yang

semula telah dijelaskan oleh model. Hasil ini mendukung kesimpulan bahwa persamaan geometri di atas memperlihatkan kecocokkan yang ulung, seperti juga jelas dalam gambar grafik 5.6.

Beban Geram VS Energi pemot.spesifik

3

Energi pemot.spesifik (j/cm)

2310 2280 2250 2220 2190 2160 2130 0

10

20

30

40 3

50

60

70

2

Beban Geram (.10 mm /min) f=0.24 mm/rev


f= 0.17 m/rev


Gambar 5.6 Grafik hubungan Beban Geram dengan Energi Pemotongan Spesifik

Dari grafik pada gambar 5.6 dapat dijelaskan hal-hal sebagai berikut : 1. Beban geram (v.f) berbanding terbalik terhadap energi pemotongan spesifik Esp dengan gradien kemiringan garis grafik yang relatif kecil sehingga menyebabkan garis grafik nyaris konstan.


Jika ditinjau dari komponen penyusun beban geram, yaitu gerak makan f dan kecepatan potong v. Energi potong spesifik tidak langsung dipengaruhi oleh kecepatan potong melainkan gaya pemotongan yang nantinya dipengaruhi oleh faktor koreksi kecepatan. Faktor koreksi ini hanya berkisar 1.0 untuk v = (50-100) m/min dan 1.06 untuk v ≥100 m/min sehingga dapat dikatakan bahwa energi potong spesifik tidak begitu dipengaruhi oleh kecepatan potong. Dan energi potong spesifik Esp berbanding terbalik terhadap gerak makan f. Paparan di atas dapat dilihat melalui penjabaran persamaan matematik sebagai berikut :

F .v [( K s ,1.1 . f E sp = v = Z

−z

.C v .CVB .C K .Cγ O ).( A)][V ] A.V

Variabel yang tidak berhubungan dihilangkan, sehingga dihasilkan persamaan berikut :

E sp = f

−z

.C v

Jadi jelas bahwa kecepatan potong v dianggarkan sama seperti gerak makan f yaitu berbanding terbalik terhadap energi potong spesifik Esp. 2. Untuk harga beban geram yang sama, makan gerak makan f berbanding lurus terhadap energi potong spesifik Esp. Namun paparan data di atas tidak dapat dibuktikan hanya dengan menggunakan grafik pada gambar 5.6, yang hanya menunjukkan hubungan terbalik yang sempit yaitu pada rentang beban geram (v.f) = (16.73-32.96).103 mm2/min untuk gerak makan f = 0.17 mm/rev dan beban geram (v.f) = (37.357.3).103 mm2/min untuk gerak makan f = 0.24 mm/rev. Grafik ini masih belum memadai untuk dapat memberikan informasi yang menjabarkan hubungan keterkaitan antara beban geram dengan energi potong spesifik. Oleh karena itu Supriadi : Analisa Gaya, Daya, Dan Energi Pemotongan 103 Spesifik Serta Kondisi Pemotongan Moderat Pada Pemesinan Kering (Baja Karbon Aisi 1045 - Pahat Karbida Tak Berlapis, Wc + 6 % Co, Tipe K), 2008. USU Repository © 2009

dibutuhkan analisa lebih lanjut yaitu dengan mentransformasikan grafik diatas menjadi grafik log-log bagi memperoleh grafik hubungan linier. Selanjutnya dengan metode interpolasi dan ekstrapolasi untuk grafik linier, maka diperoleh hubungan beban geram dengan energi potong spesifik untuk beberapa nilai gerak makan dengan kenaikan 20 % sebagaimana tersaji pada grafik 5.7.

Beban Geram VS Energi P. Spesifik 10000 0.082

0.098

0.118

0.142

0.204

0.245

0.294

0.352

0.423

Energi P.Spesifik (J/cm3)

0.17

1000 10

Beban Geram (.103 mm2/min)

100

Gambar 5.7 Grafik hubungan Beban geram dengan Energi pemotongan spesifik untuk beberapa nilai gerak makan f

Apabila dibandingkan paparan data pada gambar 5.6 dengan gambar 5.7, jelas terlihat bahwa pada gambar 5.7, karakteristik hubungan beban geram dengan Energi pemotongan spesifik Esp lebih mudah dibaca berbanding grafik yang awalnya tersaji pada gambar 5.6. Hal ini dapat dijelaskan sebagai berikut : 1. Energi pemotongan spesifik Esp memiliki hubungan terbalik terhadap gerak makan f dan pengaruhnya sangat kecil jika dibandingkan dengan Supriadi : Analisa Gaya, Daya, Dan Energi Pemotongan 104 Spesifik Serta Kondisi Pemotongan Moderat Pada Pemesinan Kering (Baja Karbon Aisi 1045 - Pahat Karbida Tak Berlapis, Wc + 6 % Co, Tipe K), 2008. USU Repository © 2009

pengaruh daya pemesinan N terlebih lagi gaya pemotongan F yang dapat mencapai 76 %. Peningkatan gerak makan

akan menurunkan energi

potong spesifik dengan penurunan yang relatif konstan sepanjang beban geram sebagai sumbu absis. Peningkatan gerak makan

20 % akan

menurunkan energi potong spesifik sebesar 3.1 % pada saaat beban geram (v.f) = 10.103 mm2/min dan terus meningkat hingga 3.8 % pada saaat beban geram (v.f) = 100.103 mm2/min. Persentase penurunan ini akan relatif konstan pada peningkatan 20 % gerak makan berikutnya. 2. Trend grafik pada gambar 5.6 yang menyatakan bahwa hubungan karakteristik beban geram (v.f) terhadap energi pemotongan spesifik Esp adalah berbanding terbalik ternyata perlu dikoreksi ulang. Sebagaimana tampak pada grafik gambar 5.7, jika gerak makan dinaikan sampai f = 0.294 mm/rev maka akan dihasilkan hubungan berbanding lurus. Hal ini berarti untuk gerak makan yang tinggi, (f ≥ 0.294 mm/rev) gerak makan f sebagai komponen penyusun beban geram juga dapat dianggarkan memiliki pengaruh yang sama seperti kecepatan potong v yaitu berbanding lurus terhadap energi potong spesifik. Dengan mempertimbangkan kondisi pemesinan yang diizinkan untuk pemesinan baja karbon menggunakan pahat karbida tak berlapis yaitu v = 250 m/min, f = 0.35 mm/rev dan a = 4.0 mm, maka jelas kondisi dimana beban geram berbanding lurus terhadap energi potong spesifik juga dapat tercapai, sehingga kedua hubungan di atas dapat menjabarkan hubungan karakteristik beban geram terhadap energi potong spesifik.


Dari keseluruhan paparan di atas, dapat diketahui bahwa energi potong spesifik tidak begitu dipengaruhi oleh kondisi pemesinan tapi lebih dipengaruhi oleh sifat spesifik material benda kerja dan pahat yang digunakan. Hubungan antara Beban geram dengan gaya dan daya pemesinan untuk beberapa nilai gerak makan f telah disajikan dalam beberapa bentuk grafik di atas. Variabel gaya dan daya pemesinan pada beberapa bentuk grafik tersebut merupakan gaya dan daya pemesinan total. Untuk mengetahui hubungan antar komponen gaya dan daya pemesinan total tersebut, maka data pengujian dari komponen gaya dan daya juga harus dianalisa seperti analisa gaya dan daya pemesinan total di atas.

5.4 Hubungan antara Beban Geram (chipload) dengan Komponen Gaya Pemesinan.

Komponen gaya pemesinan yang akan dibahas adalah 1. Gaya potong (Fv) adalah gaya yang bekerja searah dengan kecepatan potong.

Fv =

τ shi .b.h. cos(η − γ o ) ;N sin Φ cos(Φ + η − γ o )

2. Gaya makan (Ff) adalah gaya yang bekerja searah dengan kecepatan makan. Fv2 + Ff2 = F2

;N

Kedua komponen gaya di atas, dianalisa untuk gerak makan f = 0,24 mm/rev. Data hasil pengujian komponen gaya pada gerak makan f = 0,24 mm/rev disajikan pada tabel 55.


Tabel 5.5 Data hasil pengujian komponen gaya mm/rev V F v.f Fv 238.6 0.24 57.264 1027.7736 226.7 0.24 54.408 1027.7736 214.8 0.24 51.552 1027.7736 202.8 0.24 48.672 1027.7736 190.9 0.24 45.816 1027.7736 179 0.24 42.96 1027.7736 167 0.24 40.08 1027.7736 155.2 0.24 37.248 1027.7736

untuk gerak makan f = 0,24 Ff 606.263331 611.967214 626.169349 643.106621 662.727566 690.510787 723.491698 764.21007

F 1193.26183 1196.16991 1203.49766 1212.39626 1222.91717 1238.19373 1256.88457 1280.75587

Data hasil pengujian pada table 5.5 masih terlalu sedikit untuk menjabarkan hubungan antara beban geram dengan komponen gaya pemesinan. Oleh karena itu, berikut akan disajikan analisa dari data pengujian di atas. 5.4.1 Hubungan antara Beban Geram dengan Gaya Potong (Fv) Dari tabel 5.5, diketahui bahwa gaya potong yang terjadi relatif konstan. Hal ini sesuai dengan persamaan matematis yang digunakan untuk menghasilkan besar gaya potong tersebut. Persamaan matematis yang digunakan adalah Fv = ks . A dimana,

ks = ks1.1 . f -z . Ck Cγo CVB Cv

Untuk menentukan gaya potong specifik referensi (ks1.1), maka dapat digunakan rumus pendekatan berikut : ks1.1 = 144 σu 0,37 Dari beberapa variabel besaran yang terlibat dalam persamaan matematis di atas, maka faktor koreksi kecepatan potonglah Cv yang mempengaruhi kekonstanan gaya potong yang terjadi, yaitu Untuk v = 50 s.d 100 m/min, Cv = 1,06 Untuk v ≥100 m/min, Cv = 1,0


Kecepatan potong yang sangat rendah akan menaikkan ks1.1 , sedang kecepatan potong yang sangat tinggi akan menurunkan ks1.1. Harga gaya potong yang terjadi yaitu Untuk kecepatan potong (v) = 50 m/min – 100 m/min Gaya potong (Fv) yang terjadi adalah 1089,4512 N Untuk kecepatan potong (v) = 100 m/min – 200 m/min Gaya potong (Fv) yang terjadi adalah 1027,774 N Hubungan antara beban geram dengan gaya potong dapat dilihat pada grafik 5.8. 5.4.2 Hubungan antara Beban Geram dengan Gaya Makan (Ff) Dari model analisa sebelumnya, maka diperoleh persamaan regresi hubungan beban geram dengan gaya makan Ff, yaitu : Persamaan regresi : Y =

5406,167467 X 0.545281121

Persamaan regresi di atas menghasilkan sisa kuadrat : Sr = 0,00019055 Untuk mengetahui derajat kesesuaian dari persamaan yang didapat, dihitung nilai koefisien korelasi yang berbentuk n

r=

n

_

i =1

i =1

n

∑(y i =1

r=

^

∑ ( yi − y) 2 − ∑ ( yi − y) 2 ,

_

i

− y) 2

22160,5751 − 317,821481 = 0.9928 22160,5751

dan koefisien determinan adalah r 2 = 0,9856


Hasil-hasil ini menunjukan bahwa 98,566 % dari ketidakpastian yang semula telah dijelaskan oleh model. Hasil ini mendukung kesimpulan bahwa persamaan geometri di atas memperlihatkan kecocokkan yang ulung, seperti juga jelas dalam gambar grafik 5.8. 5.4.3 Hubungan antara Beban Geram dengan Gaya Pemesinan total (F) Dari model analisa di atas, maka diperoleh hubungan antara beban geram dan gaya pemesinan total diberikan oleh persamaan regresi berikut : Y=

2317,48803 X 0.165761152

Persamaan regresi di atas akan menghasilkan sisa kuadrat

Sr = 2,91608 E − 0.5 Efisiensi kesesuaian model di atas dapat diketahui melalui koefesien korelasi dan determinan berikut : n

r=

_

n

^

∑ ( yi − y) 2 − ∑ ( yi − y) 2 i =1

i =1

n

_

∑ ( yi − y) 2 i =1

r=

6761,368144 − 161,532492 = 0.98798 6761,368144

dan koefisien determinan adalah r 2 = 0,9761 Hasil-hasil ini menunjukan bahwa 97,61 % dari ketidakpastian yang semula telah dijelaskan oleh model. Hasil ini mendukung kesimpulan bahwa persamaan geometri di atas memperlihatkan kecocokkan yang ulung, seperti juga jelas dalam gambar grafik 5.8. Supriadi : Analisa Gaya, Daya, Dan Energi Pemotongan 109 Spesifik Serta Kondisi Pemotongan Moderat Pada Pemesinan Kering (Baja Karbon Aisi 1045 - Pahat Karbida Tak Berlapis, Wc + 6 % Co, Tipe K), 2008. USU Repository © 2009

Dari persamaan regresi di atas, maka akan diperoleh grafik hubungan antara beban geram dan komponen gaya pemesinan untuk gerak makan f = 0,24 mm/rev sebagaimana tersaji pada gambar 5.8.

Beban Geram VS Komponen gaya 1600

Gaya (N)

1400 1200 1000 800 600 400 0

10

20

30

40

50

60 3

70

80

90

100

2

Beban geram (.10 mm /min) Gaya total

Gambar 5.8

Gaya potong

Gaya makan

Gaya potong

Hubungan antara Beban geram dengan komponen Gaya pemesinan

untuk gerak makan f = 0,24 mm/rev.

Dari grafik pada gambar 5.8 dapat dijelaskan hal-hal sebagai berikut : 1. Sebagaimana gaya pemotongan F, baik gaya potong Fv maupun gaya makan Ff adalah berbanding terbalik terhadap beban geram. 2. Garis grafik gaya potong terlihat relatif konstan. Kekonstanan garis grafik ini terjadi karena gaya potong tidak langsung dipengaruhi oleh kecepatan potong (sebagaimana gaya makan yang langsung dipengaruhi oleh kecepatan makan). Akan tetapi kecepatan potong akan menentukan faktor koreksi yang hanya memberi kisaran harga sebagai berikut : Untuk v = 50- 100 m/min, Cv = 1.06 sehingga diperoleh Fv = 1089.45 N Untuk v ≥100 m/min, Cv = 1.0 sehingga diperoleh Fv = 1027,74 N Supriadi : Analisa Gaya, Daya, Dan Energi Pemotongan 110 Spesifik Serta Kondisi Pemotongan Moderat Pada Pemesinan Kering (Baja Karbon Aisi 1045 - Pahat Karbida Tak Berlapis, Wc + 6 % Co, Tipe K), 2008. USU Repository © 2009

3. Besar gaya makan Ff hanya berfungsi sebagai penyeimbang (magnitude) gaya potong sehingga dihasilkan gaya pemesinan F.

5.5 Hubungan antara Beban Geram dengan komponen Daya Pemesinan Komponen dari daya pemesinan yang akan dibahas adalah Daya potong (Nc) Nc =

Fv v 60000

; kW

Daya makan (Nf) Nf =

Ff v f 60.000.000

; Kw

Daya pemotongan di atas (Nct) adalah daya yang terpakai dalam proses pembentukan geram. Selain daya pemotongan, motor mesin perkakas juga harus menanggung daya yang hilang karena terpakai untuk menggerakkan komponen mesin dan gesekan pada sistem transmisi daya pada mesin tersebut. Maka daya dalam proses pemesinan (Nmc) adalah : Nmc = Nct + NmL ; kW dimana, Nmc : daya pemesinan ; kW NmL : daya yang hilang ; kW Nct : daya pemotongan ; kW Nct = Nc + Nf Dari pengujian yang telah dilakukan maka didapat data komponen daya pemesinan yang dihubungkan dengan parameter beban geram untuk gerak makan f = 0,24 mm/rev sebagaimana ditunjukkan pada tabel 5.6. Supriadi : Analisa Gaya, Daya, Dan Energi Pemotongan 111 Spesifik Serta Kondisi Pemotongan Moderat Pada Pemesinan Kering (Baja Karbon Aisi 1045 - Pahat Karbida Tak Berlapis, Wc + 6 % Co, Tipe K), 2008. USU Repository © 2009

Tabel 5.6 Data hasil pengujian hubungan beban geram dengan komponen daya pemesinan untuk gerak makan f = 0,24 mm/rev v.f Nc Nf Nct Nml Nmc 57.26 4.087123 0.002304 4.089426 1.122181 5.211608 54.41 3.88328 0.002336 3.885617 1.01026 4.895877 51.55 3.679438 0.002379 3.681818 0.961933 4.643751 48.67 3.473883 0.002444 3.476327 0.893037 4.369363 45.82 3.270041 0.002518 3.272559 0.821749 4.094308 42.96 3.066198 0.002624 3.068822 0.778241 3.847064 40.08 2.860643 0.002749 2.863392 0.708552 3.571944 37.25 2.658514 0.002904 2.661418 0.6543 3.315718 Data hasil pengujian pada tabel 5.6 masih terlalu sedikit untuk menjabarkan hubungan antara beban geram dengan komponen daya pemesinan. Oleh karena itu, berikut akan disajikan analisa dari data pengujian pada tabel 5.6. 5.5.1 Hubungan antara Beban Geram dengan Daya Potong (Nc) Dengan menerapkan model analisa seperti sebelumnya pada data hasil pengujian hubungan antara beban geram dengan komponen daya pemesinan di atas, maka diperoleh persamaan regresi hubungan antara beban geram dengan daya potong sebagai berikut : Y = 0,071373249. X 1.000000305 Persamaan regresi di atas menghasilkan sisa kuadrat Sr = 2,87955E - 15 Untuk mengetahui derajat kesesuaian dari persamaan yang didapat, dihitung nilai koefisien korelasi yang berbentuk n

r=

_

n

^

∑ ( yi − y) 2 − ∑ ( yi − y) 2 i =1

i =1

n

_

∑ ( yi − y) 2 i =1

r=

1,752163412 − (1,5647E - 13) = 0.9999989 1,752163412


dan koefisien determinan adalah

r 2 = 0.9999 Hasil-hasil ini menunjukan bahwa 99,998 % dari ketidakpastian yang semula telah dijelaskan oleh model. Hasil ini mendukung kesimpulan bahwa persamaan geometri di atas memperlihatkan kecocokkan yang sangat

ulung,

seperti juga jelas dalam gambar grafik 5.9. 5.5.2 Hubungan antara Beban Geram dengan Daya Makan (Nf) Dari model analisa di atas, maka diperoleh hubungan beban geram dan daya makan yang dapat disajikan dalam persamaan regresi sebagai berikut : Y=

0,02020853 , X 0.540855559

Persamaan regresi di atas menghasilkan sisa kuadrat Sr = 0,00019458 .

Untuk mengetahui derajat kesesuaian dari persamaan yang didapat,

dihitung nilai koefisien korelasi yang berbentuk n

r=

∑(y i =1

_

i

n

− y) − ∑ ( yi − y) 2 i =1

n

∑(y i =1

r=

^

2

_

i

− y) 2

3,15657E - 07 − (6,6999E - 09) = 0.98933 3,15657E - 07

Dan koefisien determinan adalah r 2 = 0,9787 Hasil-hasil ini menunjukan bahwa 97,87 % dari ketidakpastian yang semula telah dijelaskan oleh model. Hasil ini mendukung kesimpulan bahwa


persamaan geometri di atas memperlihatkan kecocokkan yang sangat

ulung,

seperti juga jelas dalam gambar grafik 5.9. 5.5.3 Hubungan antara Beban Geram dengan Daya Hilang (Nml) Hubungan beban geram dan daya yang hilang dapat diberikan dalam persamaan regresi sebagai berikut : Y = 0,008010741. X 1.214797552 , Persamaan regresi di atas menghasilkan sisa kuadrat Sr = 0,000256464 .Untuk mengetahui derajat kesesuaian dari persamaan yang didapat, dihitung nilai koefisien korelasi yang berbentuk n

r=

n

_

i =1

i =1

n

∑(y i =1

r=

^

∑ ( yi − y) 2 − ∑ ( yi − y) 2 ,

_

i

− y) 2

0,175579078 - 0,00136779 = 0.996 0,175579078

Dan koefisien determinan adalah r 2 = 0,9922 Hasil-hasil ini menunjukan bahwa 99,22 % dari ketidakpastian yang semula telah dijelaskan oleh model. Hasil ini mendukung kesimpulan bahwa persamaan geometri di atas memperlihatkan kecocokkan yang sangat ulung, seperti juga jelas dalam gambar grafik 5.9. 5.5.4 Hubungan antara Beban Geram dengan Daya Pemesinan (Nmc) Hubungan antara beban geram dengan daya pemesinan telah diketahui dari analisa sebelumnya, yang diwakili oleh persamaan regresi berikut :


: Y = 0,076037131. X 1,.04307211 Untuk mengetahui derajat kesesuaian dari persamaan yang didapat, dihitung nilai koefisien korelasi yang berbentuk n

r=

_

n

^

∑ ( yi − y) 2 − ∑ ( yi − y) 2 i =1

i =1

n

_

∑ ( yi − y) 2 i =1

r=

3,030058161 − 0,001408455 3,030058161

r = 0,999535172 Dan koefisien determinan adalah r 2 = 0,99907 Hasil-hasil ini menunjukan bahwa 99,907 % dari ketidakpastian yang semula telah dijelaskan oleh model. Hasil ini mendukung kesimpulan bahwa persamaan geometri di atas memperlihatkan kecocokkan yang ulung, seperti juga jelas dalam gambar grafik 5.9 Dari analisa yang telah dilakukan pada komponen daya, maka diperoleh grafik hubungan antara beban geram dan komponen daya pemesinan untuk gerak makan f = 0,24 mm/rev sebagaimana ditunjukkan pada gambar 5.9.


Daya (kW)

Beban Geram VS Komponen Daya 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 -1 10

20

30

40

50

60 3

70

80

90

100

2

Beban Geram (.10 mm /min) Daya Potong (Nc)

Daya Makan (Nf)

Daya Hilang (Nml)

Daya Pemesinan (Nmc)

Gambar 5.9 Hubungan antara Beban geram dengan komponen Daya pemesinan

untuk gerak makan f = 0,24 mm/rev.

Dari grafik pada gambar 5.9 dapat dijelaskan hal-hal sebagai berikut : 1. Sebagaimana

daya

pemesinan,

komponen

daya

pemesinan

juga

berbanding lurus dengan beban geram terkecuali daya makan Nf yang berbanding tebalik terhadap beban geram. Hal ini disebabkan karena gaya makan Ff sebagai satu-satunya variabel yang mempengaruhi daya makan juga berbanding terbalik terhadap beban geram (vf konstan) sebagaimana tersaji pada gambar 5.8. 2. Sebagian besar daya pemesinan Nmc digunakan sebagai daya potong Nc, selanjutnya daya yang hilang Nml dan terakhir daya makan Nf dengan persentase yang jauh lebih kecil dibanding komponen daya lainnya. sebagaimana terlihat pada gambar 5.9, pada saat beban geram (v.f) = 100 Supriadi : Analisa Gaya, Daya, Dan Energi Pemotongan 116 Spesifik Serta Kondisi Pemotongan Moderat Pada Pemesinan Kering (Baja Karbon Aisi 1045 - Pahat Karbida Tak Berlapis, Wc + 6 % Co, Tipe K), 2008. USU Repository © 2009

.103 mm2/min, akan menghasilkan Nmc = 9.29 kW, dimana 76,64 % sebagai Nc, 23.34 % sebagai Nml, dan 0.02 % sebagai Nf. Hal ini adalah sesuai dengan yang dilaporkan oleh Rochim (1993) bahwa daya makan Nf adalah komponen daya pemesinan terkecil sebagaimana tersaji dalam diagram panah pada gambar 5.10.

Nmc

Nct Nml Nf

Nc

Gambar 5.10 Komponen daya pemesinan


BAB VI KESIMPULAN

6.1 Kesimpulan Dari hasil penelitian yang telah dilakukan yaitu kajian pemesinan kering baja karbon AISI 1045 menggunakan pahat karbida tak berlapis di atas, maka dapat disusun kesimpulan sebagai berikut : 1. Beban geram pada penelitian ini diperoleh dari hasil perkalian kecepatan potong v dan gerak makan f dan telah diperoleh untuk beberapa hasil pemesinan, diantaranya pada kondisi pemesinan seperti pada tabel 6.1. Tabel 6.1 Kondisi pemesinan yang berhasil dijalankan No Putaran(n) Gerak makan (f) Kedalaman(a) Diameter(d) 1

950 rpm

0,24 mm/rev

2,0 mm

80 mm

2

950 rpm

0,17 mm/rev

1,2 mm

65 mm

4

650 rpm

0,17 mm/rev

1,2 mm

65 mm

2. Data eksperimental di atas kemudian berhasil diperkaya dengan metode GaussNewton bagi memperoleh data-data anggaran secara interpolasi dan ekstrapolasi setelah terlebih dahulu memastikan bahwa trend data dapat diwakili oleh trend linier dan meminimumkan jumlah kuadrat sisa sehingga dihasilkan persamaan trend linier yang konvergen. 3.

Dari data–data yang diperoleh secara eksperimental maupun yang diperoleh secara matematik (metode Gauss-Newton), hasil penelitian menunjukkan bahwa :


1. Hubungan antara beban geram (v.f) dan gaya pemotongan F adalah berbanding terbalik. Hubungan ini berlaku sampai pada gerak makan f = 0.352 mm/rev sedangkan untuk gerak makan yang lebih tinggi yaitu f = 0.423 mm/rev hubungannya berubah menjadi berbanding lurus. Akan tetapi dengan menimbang kondisi pemesinan yang diizinkan pada pemesinan baja karbon dengan pahat karbida tak berlapis ini yaitu v = 250 m/min, f = 0.35 mm/rev dan a = 4.0 mm, maka hubungan berbanding lurus di atas akan sangat sulit tercapai sehingga hubungan berbanding terbalik sebelumnya sudah dapat mewakili hubungan antara beban geram dengan

gaya

pemotongan. Peningkatan gerak makan

20 % akan mengakibatkan penigkatan gaya

pemotongan sebesar 47.8 % pada beban geram (v.f) = 10.103 mm2/min dan terus meningkat hingga 74 % pada beban geram (v.f) = 100.103 mm2/min. Persentase peningkatan gaya pemotongan ini akan relatif konstan pada penigkatan 20 % gerak makan berikutnya. 2. Hubungan beban geram (v.f) dengan terhadap daya pemesinan N adalah berbanding lurus. Peningkatan gerak makan 20 % akan memperbesar daya pemesinan sebesar 24.6 % pada beban geram (v.f) = 10.103 mm2/min dan terus meningkat hingga 28.4 % pada beban geram (v.f) = 100.103 mm2/min. Persentase peningkatan gaya pemotongan ini akan relatif konstan pada penigkatan 20 % gerak makan berikutnya. 3. Hubungan antara beban geram (v.f) dengan energi pemotongan spesifik Esp adalah berbanding terbalik. Sama

halnya dengan gaya pemotongan.

Hubungan ini berlaku sampai pada gerak makan f = 0294 mm/rev manakala


untuk gerak makan yang lebih tinggi yaitu f = 0,352 mm/rev hubungannya berubah menjadi berbanding lurus. Dengan menimbang kondisi pemesinan yang diizinkan pada pemesinan baja karbon dengan pahat karbida tak berlapis ini yaitu v = 250 m/min, f = 0.35 mm/rev dan a = 4.0 mm, maka hubungan berbanding lurus di atas juga dapat tercapai sehingga kedua hubungan baik berbanding terbalik maupun berbanding lurus dapat mewakili hubungan antara beban geram dengan

energi pemotongan

spesifik. 4. Sebagaimana gaya pemotongan, komponen gaya pemotongan yaitu gaya potong dan gaya makan juga berbanding terbalik terhadap beban geram. Besar gaya potong Fv relatif konstan sedangkan gaya makan Ff berfungsi sebagai magnitude (penyeimbang) gaya potong sehingga dihasilkan gaya pemotongan. 5. Daya potong (Nc) dan daya hilang Nml sebagai komponen daya pemesinan Nmc adalah berbanding terbalik terhadap beban geram. Sedangkan daya makan Nf berbanding lurus tehadap beban geram. Hal ini disebabkan karena daya makan hanya dipengaruhi oleh gaya makan v yang juga berbanding terbalik terhadap beban geram (vf konstan). Sebagian besar daya pemesinan digunakan sebagai daya potong, selanjutnya daya hilang dan kemudian daya makan dengan persentase jauh lebih kecil dibanding komponen daya lainnya. 4. Daerah pemotongan moderat pemesinan baja karbon AISI 1045 menggunakan pahat karbida tak berlapis (WC + 6 % Co) berada pada kecepatan potong v = (45-58.7) m/min untuk gerak makan f = 0.17 mm/rev dan v = (90-117.4)


m/min untuk gerak makan f = 0.24 mm/rev. Jika dibandingkan dengan daerah pemotongan moderat dengan menggunakan pahat karbida berlapis, maka hasil menunjukkan bahwa daerah pemotongan moderat

menggunakan pahat

karbida tak berlapis relatif lebih sempit. Hal ini berarti, pahat karbida tak berlapis (WC + 6% Co, tipe K) menunjukkan performa yang lebih rendah dari pahat karbida berlapis jika digunakan untuk pemesinan Baja karbon AISI 1045. 6. Sebagian besar kondisi pemesinan yang dijalankan pada pengujian ini berada di atas batas daerah pemotongan moderat sehingga menimbulkan keausan kawah dan keausan tepi dengan laju pertumbuhan yang sangat tinggi dengan bertambahnya kecepatan potong. 6.2 Saran 1. Analisa data hasil pengujian pada penelitian ini telah dilakukan dengan metode Gauss-Newton tetapi dipandang perlu melakukan dengan metode yang lain bagi memastikan galat minimum. 2. Menambah dan memperkaya data pengujian dengan menambah variasi benda kerja, mata pahat dan kondisi pemesinan agar didapat hasil yang lebih akurat, komprehensif dan informatif terutama bagi mendapatkan informasi mengenai energi pemotongan spesifik. 3. Sumber perhitungan data adalah berasal dari tebal geram dan waktu pemesinan. Pengukuran tebal geram yang dilakukan pada penelitian ini hanya menggunakan mikrosop dengan perbesaran 20 kali, dan dirasa perlu untuk menggunakan mikroskop dengan akurasi yang lebih tinggi sehingga diperoleh hasil pengukuran yang lebih akurat.


4. Penggunaan alat ukur lain, misalnya tachometer (putaran), dinamometer (gaya) adalah sangat disarankan.


DAFTAR PUSTAKA

1. Chapra, steven.C , Metode Numerik, jilid I, edisi kedua, Jakarta, 1996. 2. Kalpakjian S, Manufacturing Processes For Engineering Material, AddisonWesley Publishing Company, New York, USA, 1985. 3. Montgomery Douglas C, Design and Analysis of Experiments, 2001. 4. Rochim, Taufiq, Teori dan Teknologi Proses Pemesinan, HEDS, Jakarta, 1993. 5. Sudjana, Teknik Analisis Regresi dan Korelasi, ed III, Penerbit Tarsito, Bandung, 1996. 6. Surdia dan Saito, Pengetahuan Bahan Teknik, Penerbit PT.Pradnya Paramita, Jakarta, 2000. 7. Timoshenko, S, Strength of Material, Robert E.Kreiger Publishing Company Huntington, New York, USA, 1958. 8. Ritonga, Abdulrahman, Statistika Terapan Untuk Penelitian, Lembaga Penerbit Fakultas Ekonomi, Universitas Indonesia, Jakarta, 1987.


DEPARTEMEN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2008

Recommend Documents