PENGARUH KECEPATAN POTONG TINGGI TERHADAP KUALITAS PERMUKAAN BENDA KERJA PADA PROSES BUBUT

PENGARUH KECEPATAN POTONG TINGGI TERHADAP KUALITAS PERMUKAAN BENDA KERJA PADA PROSES BUBUT

Disusun oleh:

ROSEHAN 86.99.03.05.5X

PROGRAM PASCASARJANA BIDANG ILMU TEKNIK PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN UNIVERSITAS INDONESIA JULI, 2001

PENGARUH KECEPATAN POTONG TINGGI TERHADAP KUALITAS PERMUKAAN BENDA KERJA PADA PROSES BUBUT

Disusun oleh:

ROSEHAN 86.99.03.05.5X

TESIS INI DIAJUKAN UNTUK MELENGKAPI SEBAGIAN PERSYARATAN MENJADI MAGISTER TEKNIK

PROGRAM PASCASARJANA BIDANG ILMU TEKNIK PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN UNIVERSITAS INDONESIA JULI, 2001

PERNYATAAN KEASLIAN TESIS

Saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa tesis dengan judul: “Pengaruh kecepatan potong tinggi terhadap kualitas permukaan benda kerja pada proses bubut” yang dibuat untuk melengkapi sebagian persyaratan menjadi Magister Teknik pada Program Studi Teknik Mesin Program Pascasarjana Universitas Indonesia, sejauh yang saya ketahui bukan merupakan tiruan atau duplikasi dari tesis yang sudah dipublikasikan dan atau pernah dipakai untuk mendapatkan gelar Magister di lingkungan Universitas Indonesia maupun di Perguruan Tinggi atau Instansi manapun, kecuali yang sumbernya dicantumkan sebagaimana mestinya.

Jakarta, 04 Juli 2001

(Rosehan) NPM. 86.99.03.05.5X

ii

PERSETUJUAN

Tesis dengan judul: “Pengaruh kecepatan potong tinggi terhadap kualitas permukaan benda kerja pada proses bubut” Dibuat untuk melengkapi persyaratan kurikulum program Magister Bidang Ilmu Teknik Universitas Indonesia guna memperoleh gelar Magister Teknik pada program Pascasarjana studi Teknik Mesin. Tesis ini dapat disetujui untuk diajukan dalam sidang Ujian Tesis.

Jakarta, 30 Juli 2001 Dosen Pembimbing II

Dosen Pembimbing I

Ir. Henky S. Nugroho, MT

Dr. Ir. Danardono A.S.

iii

UCAPAN TERIMA KASIH

Syukur Alhamdulillah penulis ucapkan kehadirat Allah Yang Maha Esa, telah melimpahkan rahmatNya. Sehingga penulis dapat menyelesaikan Tesis ini. Tesis ini disusun untuk memenuhi salah satu syarat menjadi Magister Teknik pada program Studi Teknik Mesin Program Pascasarjana Universitas Indonesia. Tugas ini membahas tentang pengaruh kecepatan potong tinggi pada proses pembubutan. Dengan selesainya Tesis ini, penulis menyampaikan ucapan terima kasih kepada: 1.

Bapak Dr. Ir. Danardono A.S. dan Ir. Henky S. Nugroho, MT, selaku pembimbing penulis dalam menyelesaikan Tesis ini

2.

Bapak Dr. Ir. Yanuar, selaku Ketua Program Studi Teknik Mesin Program Pasca Sarjana Universitas Indonesia.

3.

Bapak Ir. Sofyan D., MT, selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin Universitas Tarumanagara.

4.

Istriku Anna Resha R. serta anak-anakku R.G. Margareka, Rizhsky D., R.A. Ramadhan yang selalu memberikan dukungan moril.

5.

Ayah, Ibu serta adik-adik yang ikut memberikan dorongan moril.

6.

Iwan Santoso, dan semua pihak yang tidak bisa penulis sebutkan satu persatu yang telah memberikan bantuan sehingga terwujudnya Tesis ini.

Akhir kata dengan selesainya penulisan Tesis ini, dapat dimanfaatkan sebagaimana mestinya. Jakarta, 04 Juli 2001 Penulis,

(Rosehan) NPM. 86.99.03.05.5X iv

ABSTRAKSI

Tesis

ini

meneliti

pengaruh

kecepatan

potong

tinggi

dengan

menggunakan mesin perkakas MAZAK QUICK TURN 8N terhadap kualitas permukaan. Data yang diperoleh dari penelitian ini adalah beban pada sumbu–sumbu mesin, kekasaran permukaan dan tebal geram. Proses pemesinan adalah pelepasan material dari permukaan benda kerja menggunakan pahat potong. Untuk memperbesar pelepasan material dilakukan dengan cara meningkatkan kecepatan potong (cutting speed) di atas 600 m/min. Pada proses pemesinan banyak pengaruh yang akan timbul seperti; keausan pahat, gaya pemotongan, temperatur pemotongan, bentuk geram yang akan dihasilkan, hasil akhir dari permukaan benda kerja dan biaya produksi. Kecepatan potong tinggi membentuk geram yang mempengaruhi kualitas permukaan benda kerja. Kualitas permukaan selain dipengaruhi oleh parameter pemesinan dan kondisi pemesinan juga dipengaruhi oleh geometri pahat.

v

ABSTRACTION

This thesis is to investigate the effect of high cutting speed to the surface quality with the help of MAZAK QUIK TURN 8N machine tools. The data get from this research are the load of respective machine axis, surface roughness, and chips formation. Machining process is defined as material removal from the surface of the work pieces using cutting tools. The cutting speed that are higher than 600 m/min could increase the rate of chips removal. Generally, machining process mush influences such as: tool wear, cutting force, cutting temperature, chips formation, surface finish and production cost. High speed cutting will produces chips that affect the surface finish of the work pieces. In addition to influenced by machining parameter, the surface quality is affected by geometry as well.

vi

DAFTAR ISI

Judul

i

Pernyataan Keaslian Tesis

ii

Persetujuan

iii

Ucapan Terima Kasih

iv

Abstraksi

v

Abstraction

vi

Daftar Isi

vii

Daftar Gambar

ix

Daftar Tabel

x

Daftar Simbol

xi

BAB I:

PENDAHULUAAN

1

1.1. Latar Belakang Masalah

1

1.2. Pokok Permasalahan

2

1.3. Pembatasan Masalah

3

1.4. Tujuan Penelitian

3

1.5. Metode Penelitian

3

1.7. Sistematika Penulisan

4

BAB II: LANDASAN TEORI

5

2.1. Pengertian Proses Pemesinan

5

2.2. Elemen Dasar Proses Pemesinan

5

2.3. Mekanisme Pembentukan Geram

6

2.3.1. Komponen gaya pembentukan geram

7

2.3.2. Sistem pemotongan miring (oblique cutting)

9

2.3.3. Daya pemotongan

10

2.4. Rasio Pemotongan

10

2.5. Geometri Pahat

12

2.5.1. Bagian-bagian pahat

12

2.5.2. Luas penampang potong

13

vii

2.6. Kekasaran permukaan

14

2.6.1. Kekasaran Ideal

14

2.6.2. Kekasaran sesungguhnya

15

2.6.3. Parameter permukaan

15

BAB III: METODE PENELITIAN

18

3.1. Alat dan Material Penelitian

19

3.2. Rancangan Penelitian

19

3.2.1. Penentuan material benda kerja dan pahat

19

3.2.2. Program NC

20

3.2.3. Rancangan tabel data percobaan

20

3.2.4. Rancangan proses pemesinan

21

3.2.5. Pengukuran

21

3.3. Prosedur Pengujian

22

3.3. Parameter dan Variabel yang ditentukan

24

3.4. Analisa Korelasi dan Regresi

24

BAB IV: PENGUMPULAN DAN PENGOLAHAN DATA

24

4.1. Data Mesin

24

4.2 Data Material

24

4.3. Data Pemesinan

24

4.4. Data Pahat

26

4.5. Data Hasil Pengamatan

27

4.6. Analisa Model Regresi

27

4.7. Pengolahan Data

30

BAB V: ANALISA DAN PERHITUNGAN

32

5.1. Gaya Pemotongan

32

5.2. Sudut Geser

33

5.3. Kekasaran Permukaan

34

BAB VI: KESIMPULAN

37

DAFTAR PUSTAKA

38

LAMPIRAN A.

40

LAMPIRAN B.

48

viii

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1. Parameter proses bubut

6

Gambar 2.2. Diagram gaya pemotongan (lingkaran Merchant)

7

Gambar 2.3. Pemotongan tegak dan miring

9

Gambar 2.4. Komponen gaya potong dalam ruang

10

Gambar 2.5. Geometri geram terhadap kedalaman potong

11

Gambar 2.6. Kinematika dari proses pelepasan geram

11

Gambar 2.7. Pahat dan sisipan pahat

12

Gambar 2.8. Geometri permukaan kekasaran ideal pada pembubutan

15

Gambar 2.9. Ilustrasi profil permukaan

16

Gambar 3.1. Skema langkah penelitian

18

Gambar 3.2. Ilusrasi Prosedur Percobaan

23

Gambar 4.1. Grafik data beban sumbu-sumbu terhadap kecepatan potong

28

Gambar 4.2. Grafik data kekasaran permukaan terhadap kecepatan potong

28

Gambar 4.3. Grafik data tebal geram, terhadap kecepatan potong

29

Gambar 5.1. Grafik gaya-gaya pemotongan terhadap kecepatan potong

32

Gambar 5.2. Geometri permukaan terhadap radius pahat

34

Gambar 5.3. Grafik kekasaran permukaan terhadap kecepatan potong

35

Gambar 5.4. Geometri pahat sisipan

36

Gambar 5.5. Ilustrasi sudut geser pada benda kerja

36

ix

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1. Beberapa profil teoritis dengan harga parameter

16

Tabel 2.2. Panjang sampel terhadap kekasaran permukaan

17

Tabel 3.1. Rancangan tabel data penelitian

21

Tabel 4.1. Data pemesinan

26

Tabel 4.2. Data pengamatan

27

Tabel 4.3. Data prediksi

30

Tabel 4.4. Hasil perhitungan kecepatan geram dan kecepatan sudut

31

Tabel 4.5. Hasil perhitungan torsi aktual dan gaya-gaya pemotongan.

31

Tabel 5.1. Gaya-gaya pemotongan terhadap kecepatan potong

33

Tabel 5.2. Kecepatan geram, kecepatan geser, sudut geser dan sudut gesek terhadap kecepatan potong

34

x

DAFTAR SIMBOL

α

: sudut geram

[

o

]

β

: sudut gesek

[

o

]

γ

: sudut potong bantu

[

o

]

εr

: sudut potong samping

[

o

]

κ

: sudut.potong utama

[

o

]

φ

: sudut geser

[

o

]

µ

: koefisien gesek

τs

: tegangan geser pada bidang geser

[N/mm2]

Ag

: luas penampang geram

[mm2]

As

: luas bidang geser

[mm2]

ap

: kedalaman potong

[mm]

d

: diameter rata-rata

[mm]

do

: diameter mula

[mm]

dm

: diameter akhir

[ mm ]

F

: gaya gesek

[N]

Fc

: gaya potong

[N]

Ff

: gaya makan

[N]

Fn

: gaya normal pada bidang geser

[N]

fn

: gerak makan (feed)

[mm/r]

Fr

: gaya radial

[N]

Fs

: gaya geser

[N]

hmax

: tinggi maksimum ketidakrataan

[µm]

Lt

: panjang potong

[mm]

n

: putaran poros utama

[min-1]

N

: gaya normal pada bidang geram

[N]

P

: daya motor

[kW]

Pc

: daya potong

[kW]

Pf

: daya gerak makan

[kW] xi

Px

: beban sumbu X

[%]

Ps

: beban poros utama

[%]

Pz

: beban sumbu Z

[%]

R

: gaya total

[N]

Ra

: kekasaran permukaan

[µm]

Rg

: kedalaman perataan

[µm]

Rp

: kekasaran rata-rata kwadratis

[µm]

Rt

: kekasaran total

[µm]

rc

: rasio pemotongan

[mm]

rβ

: radius pahat

[mm]

t

: tebal geram setelah pemotongan

[mm]

to

: tebal geram sebelum dipotong

[mm]

ts

: tebal geram pada daerah geser

[mm]

tc

: waktu pemotongan

[menit]

T

: Torsi

[kgf-m]

Vc

: kecepatan potong

[m/min]

Vf

: kecepatan gerak makan

[mm/min]

Vg

: kecepatan alir geram

[m/min]

Vs

: kecepatan geser

[m/min]

xii

BAB I PENDAHULUAN

1.1.

LATAR BELAKANG MASALAH Proses pemesinan adalah pelepasan material dari permukaan benda

kerja

menggunakan

pahat

potong.

Bertambahnya

permintaan

untuk

memperbesar produktivitas dengan biaya produksi rendah, maka dilakukan dengan cara meningkatkan kecepatan potong (cutting speed) di atas 600 m/min. Teknologi kecepatan potong tinggi (high speed cutting) merupakan salah satu cara untuk meningkatkan produktivitas. Pemesinan komponen dilakukan dengan meningkatkan volume pelepasan material benda kerja, merupakan suatu pengurangan waktu pemesinan yang berarti. Proses pemesinan dengan kecepatan tinggi dapat dilakukan mesin bubut, mesin frais, mesin drilling dan mesin boring. Pada proses pemesinan ini banyak pengaruh yang akan timbul seperti; keausan pahat, gaya pemotongan, temperatur pemotongan, bentuk geram yang akan dihasilkan, hasil akhir dari permukaan benda kerja dan biaya produksi. Pengaruh yang ditimbulkan saling berkaitan satu sama lain. Pada mesin perkakas, bidang utama riset adalah perkembangan dari pengaruh material alat potong, geometri alat potong dan kondisi pemotongan terhadap kualitas benda kerja. Riset dilakukan Dipl.-Ing. Philipp Andrae dengan judul “High Speed Cutting”, yaitu meneliti tentang alat potong end mills menggunakan mata potong spiral terbuat dari polycrystalline cubic boron nitride (PCBN) yang baru dikembangkan dari jenis mata potong end mills PCBN dengan mata potong lurus

14

). Sedangkan Essam El-Magd dan

Christoph Treppmann, mensimulasikan pemeriksaan dari bentuk geram pada proses pemotongan kecepatan tinggi menggunakan Split Hopkinson Bar Test dengan judul riset “Simulation of Chip Root Formation at High Cutting Rates by Means of Split-Hopkinson Bar Test”, Hasil photomicrographts bentuk geram pada kecepatan potong tinggi, merupakan dasar dari penelitian pembentukan geram selama proses kecepatan potong tinggi 1

15

). Penelitian

dilakukan oleh Hans Kurt Tonshoff, Raouf Ben Amor dan Philipp Andrae berjudul “Chip Formation in High Speed Cutting (HSC)”, yaitu menghitung dan mengevaluasi karateristik dasar gaya pemotongan dan bentuk geram pada kecepatan potong tinggi. Perubahan gaya pemotongan, aliran material, dan geseran material berlebihan pada kecepatan potong dianalisis

16

). D.Y. Jang

dan A. Seireg dengan judul, “Machining Parameter Optimization for Specified Surface Conditions” meneliti prosedur umum pemilihan parameter pemesinan pada mesin yang melakukan pelepasan material maksimum untuk beberapa ketentuan kualitas permukaan dan umur pahat 6). Penelitian ini dilakukan pada kecepatan potong (Vc) bervariasi antara 600 m/min sampai 1350 m/min, menyelidiki pengaruh kecepatan potong tinggi terhadap kekasaran permukaan benda kerja. Besar beban pemotongan pada sumbu utama, sumbu X dan sumbu Z didapat dari kontrol mesin, sedangkan tebal geram diperoleh dari pengukuran geram yang dihasilkan. Data-data yang diperoleh akan dianalisa untuk menyelidiki sejauh mana kecepatan potong tinggi mempengaruhi kekasaran permukaan. Diharapkan dari penelitian ini akan diperoleh data pemesinan yang diperlukan untuk perencanaan proses pemesinan maupun kemampuan dari mesin perkakas tersebut. 1.2.

POKOK PERMASALAHAN Proses pembubutan termasuk dalam klasifikasi proses pemotongan

dengan mesin perkakas menggunakan pahat bermata potong tunggal. Komponen mesin banyak diproduksi dari proses pembubutan yang memerlukan ketelitian. Adapun ketelitian ini meliputi karateristik geometri mencakup dimensi bentuk sempurna dan kekasaran permukaan benda kerja. Secara teoritis kekasaran permukaan (Ra) merupakan fungsi dari gerak makan (fn) dan geometri pahat untuk berbagai kecepatan potong (Vc). Berdasarkan pada suatu simulasi dinamik, kekasaran permukaan merupakan fungsi kecepatan potong (Vc), kedalaman potong (ap), gerak makan (fn), radius pahat (rβ) dan frekwensi pribadi pahat 6). Kekasaran permukaan benda kerja juga dipengaruhi oleh kekerasan material, geometri produk, keausan pahat,

cairan

emulsi

dan

kemampuan 2

mesin

perkakas

melakukan

pemotongan. Kecepatan potong tinggi akan mempengaruhi sudut geser (φ), sudut geser merupakan fungsi dari gaya pemotongan yang mempengaruhi kekasaran permukaan. 1.3.

PEMBATASAN MASALAH Batasan masalah yang dilakukan, antara lain:

1. Pengujian dilakukan pada satu jenis benda kerja dengan kekerasan 177 BHN berbentuk silindris. 2. Mesin bubut yang digunakan adalah mesin bubut CNC merk Mazak type Turn 8N menggunakan kontrol Mazatrol type T Plus. 3. Kecepatan potong ditetapkan antara 600 m/min sampai 1350 m/min. 4. Variabel yang berpengaruh terhadap kekasaran permukaan, adalah: kecepatan potong (Vc), 5. Pahat bubut yang digunakan Cemented Carbide CNMG 120408-WF new grade GC4015, 6. Kriteria penggantian pahat ditetapkan dari beban potong dan kekasaran permukaan. 7. Menggunakan cairan emulsi sebagai media pendingin. 1.4.

TUJUAN PENELITIAN Mengkaji secara exprimental pengaruh kecepatan potong (Vc) terhadap

kekasaran permukaan (Ra). 1.5.

METODE PENELITIAN Pada dasarnya penelitian ini dititik beratkan pada proses pembubutan

dengan kecepatan potong tinggi terhadap material benda kerja. Untuk memperoleh dan mengumpulkan data serta informasi yang dibutuhkan digunakan beberapa metode penelitian: 1. Penelusuran yang berkaitan dengan penelitian ini baik berupa jurnal textbook dan sebagainya. 2. Melakukan pengamatan langsung proses pemesinan dan pengukuran kekasaran permukaan benda kerja, tebal geram serta pengecekan keausan pahat.

3

3. Pengumpulan data, pemilihan yang terdiri dari: spesifikasi mesin bubut, geometri dan bahan pahat, material benda kerja 1.6. BAB I

SISTEMATIKA PENULISAN : Pendahuluan Berisi latar belakang masalah, pokok permasalahan, pembatasan masalah, tujuan penelitian, metode penelitian, metode pembahasan dan sistematika penulisan .

BAB II : Landasan teori Pada bab ini membahas mengenai pengertian proses pemesinan, elemen dasar proses pemesinan, mekanisme pembentukan geram, rasio pemotongan, geometri pahat, kekasaran permukaan. BAB III : Metode Penelitian Pada bab ini berisi proses pengujian yang akan dilakukan meliputi bahan, alat utama yang akan digunakan, dan prosedur pengujian. BAB IV : Pengumpulan dan Pengolahan Data Data-data yang diperoleh, Data hasil pengamatan, Analisa model regresi dan pengolahan data. BAB V : Analisa dan perhitungan Bab ini menguraikan hasil pengujian dan analisa data dari hasil yang diperoleh. Dari hasil pengolahan data akan dibandingkan dengan perhitungan teoritis. BAB VI : KESIMPULAN Berisikan

kesimpulan

yang

dihubungkan dengan teori. DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN

4

diperoleh

dari

hasil

pengujian

BAB II LANDASAN TEORI

2.1.

PENGERTIAN PROSES PEMESINAN Mesin bubut merupakan salah satu mesin pekakas industri digunakan

untuk memotong benda kerja berbentuk silinder dengan pahat bermata potong tunggal. Selain memotong, mesin bubut dapat pula digunakan untuk membuat ulir, menghaluskan permukaan, membuat profil, dan untuk membuat lubang dalam. Macam-macam proses dapat dilakukan oleh mesin bubut, yaitu: -

bubut silindrik (turning)

-

bubut muka (facing)

-

bubut alur (grooving)

-

pemotongan (cut off)

-

meluaskan lubang (boring)

-

bubut bentuk (forming)

-

bubut silindrik dengan menumpu (box turning)

-

bubut inti (trepanning) Prinsip kerja mesin bubut, yaitu benda kerja dipegang oleh pencekam

yang terdapat pada poros utama (spindle). Benda kerja ini bergerak berputar pada poros utama, sedangkan pahat ditempatkan pada dudukan pahat bergerak translasi melakukan gerak potong (feed). Pada mesin bubut CNC gerak potong, putaran spindel, kecepatan potong konstan dan kedalaman potong diatur melalui kontrol terprogram, sehingga mesin dapat melakukan proses pemotongan presisi tinggi. 2.2.

ELEMEN DASAR PROSES PEMESINAN Kondisi pemotongan pada mesin bubut dapat ditentukan variabel-

variabelnya sebagai berikut: Benda kerja:

do

: diameter mula; [ mm ]

dm

: diameter akhir ; [ mm ]

Lt

: panjang pemotongan; [ mm ] 5

Pahat:

Mesin bubut :

o

κ

: sudut potong utama; [

γ

: sudut geram; [

ap

: kedalaman potong; [ mm ]

fn

: gerak makan; [ mm/r ]

n

: putaran poros utama; [rpm]

o

]

]

n

do

dm

ap fn

γ

κ

Gambar 2.1. Parameter proses bubut. Rumus-rumus elemen dasar mesin bubut adalah sebagai berikut: Kecepatan potong: Kecepatan potong dikelompokan menjadi tiga tingkatan, yaitu; 600 m/min – 1800 m/min, disebut kecepatan tinggi (high speed); 1800 m/min – 18.000 m/min , kecepatan sangat tinggi (very high speed); lebih besar 18.000 m/min kecepatan teramat sangat tinggi (ultra high speed) 1). Vc =

π ..d .n 1000

di mana;

2.1 d: diameter rata-rata

Kecepatan gerak potong: Vf = f n .n

2.2

Waktu pemotongan: tc =

2.3.

Lt Vf

2.3

MEKANISME PEMBENTUKAN GERAM Pemotongan terjadi karena adanya gerakan relatif antara pahat

dengan benda kerja, di mana sisi potong pahat melakukan penestrasi pada benda kerja disebabkan oleh tekanan yang besar diberikan kepada benda 6

kerja melalui sisi potong pahat. Akibat dari pergerakkan relatif dan penestrasi dilakukan oleh pahat pada benda kerja, maka bagian logam yang terkena penestrasi tadi akan terlepas. 2.3.1. Komponen gaya pembentukan geram Ditinjau dari sistem pemotongan pahat bubut terbagi menjadi: 1. sistem pemotongan miring (oblique cutting system) 2. sistem pemotongan tegak (orthogonal cutting system) Pada sistem pemotongan tegak merupakan penyederhanaan dari sistem pemotongan miring di mana gaya dan komponennya hanya dianalisa pada satu bidang, maka gaya total (R) dapat diuraikan menjadi dua komponen gaya yang saling tegak lurus, antara lain 2): 1. Ditinjau terhadap proses deformasi material, yaitu; gaya geser (Fs) dan gaya normal (Fn) pada bidang geser. 2. Dapat diketahui arah dan besarnya dengan cara membuat dinamometer (alat ukur gaya) yang mengukur dua komponen, yaitu; gaya potong (Fc) yang searah dengan kecepatan potong dan gaya makan (Ff) searah dengan kecepatan gerak potong. 3. Gaya total (R) yang bereaksi pada bidang geram, yaitu gaya gesek (F) dan gaya normal (N) pada bidang geram. α

c φ

pahat

Fs

Fc Fn

Ff

R β

F

benda kerja

N

Gambar 2.2. Diagram gaya pemotongan (lingkaran Merchant). Lihat diagram gaya pada gambar 2.2., dapat dinyatakan persamaan gayagaya yang terjadi 2): Fs = Fc ⋅ cos φ − Ff ⋅ sin φ

2.4

Fn = Fc ⋅ sin φ + Ff ⋅ cos φ

2.5

7

F = Fc ⋅ sin α + Ff ⋅ cos α

2.6

N = Fc ⋅ cos α − Ff ⋅ sin α

2.7

Ff = Fc ⋅ tan( β − α )

2.8

di mana:

Koefisien gesek pada geram-muka pahat dapat diperoleh sebagai berikut: µ=

F Fc ⋅ sin α + Ff ⋅ cos α = tan −1 β = N Fc ⋅ cos α − Ff ⋅ sin α

µ=

Ff + Fc ⋅ tan α Fc − Ff ⋅ tan α

maka: 2.9

Kekuatan geser dari material sepanjang bidang geser selama berlangsung operasi pemotongan. Tegangan geser (dinamik), dengan demikian kekuatan benda kerja merupakan faktor penentu pada proses pemesinan. Persamaan tegangan geser bekerja sepanjang bidang geser dapat dihitung berikut ini: τs =

Fs As

Di mana As adalah luas dari bidang geser; As = Ag / sin φ , Ag adalah luas penampang potong. Dengan mensubsitusikan persamaan 2.4, maka: τs =

[ Fc ⋅ cos φ − Ff ⋅ sin φ ] sin φ Ag

2.10

Dari gambar 2.2, terlihat bahwa, Fs = R ⋅ cos( φ + β − α ) sehingga, R=

Fs cos( φ + β − α ) Fs = τ s ⋅ As = τ

di mana ,

Ag sin φ

maka, R=

τ s ⋅ Ag sin φ

⋅

1 cos( φ + β − α )

2.11

Dari gambar 2.2, terlihat bahwa, Fc = R ⋅ cos( β − α )

2.12 8

maka, Fc =

τ s ⋅ Ag sin φ

⋅

cos( β − α ) cos( φ + β − α )

2.13

2.3.2. Sistem pemotongan miring (oblique cutting) Sistem pemotongan tegak (orthogonal cutting) terjadi bila sudut potong o

utama κ = 90 , seperti pada gambar 2.3.(a). Sistem pemotongan tegak dapat dianalisa komponen gaya yang terjadi dianggap pada suatu bidang. Sedangkan dalam sistem pemotongan miring (oblique cutting) sudut potong κ o

≠ 90 , seperti pada gambar 2.3.(b). komponen gaya terjadi dianggap dalam ruang.

pahat geram benda kerja

(a)

(b)

Gambar 2.3. Pemotongan tegak dan miring. (a) Tegak. (b) Miring Dalam sistem pemotongan miring gaya pemotongan dianggap dalam ruang yang akan diuraikan menjadi tiga komponen seperti pada gambar 2.4. Besarnya komponen gaya dapat diukur dengan menggunakan dynamometer yang diletakkan pada gagang pemegang pahat sisipan atau mesin dilengkapi dengan pengukuran beban pada sumbu-sumbu. Tiga komponen gaya pemotongan yang terjadi di dalam ruang; Fc, Ff, dan Fr, seperti ditunjukkan pada gambar 2.4. Gaya potong (Fc) searah dengan kecepatan potong, gaya potong merupakan komponen yang menghasilkan gaya terbesar dari komponen gaya lainnya, yaitu ± 99% dari energi yang dibutuhkan selama proses. Gaya makan (Ff) searah dengan gerak memanjang, gaya makan (feed force) ini merupakan gerakan pahat melakukan pemotongan yang menentukan hasil akhir permukaan benda kerja. Besarnya gaya makan ini berkisar 40% dari gaya potong. Gaya radial (Fr) terjadi searah sumbu X atau kedalaman potong. 9

Gaya ini secara nyata sangat kecil, yaitu 20% dari gaya potong atau 50% dari gaya makan. 2). benda kerja Vc Fc Vf

Fr

Ff geram pahat

Gambar 2.4. Komponen gaya potong dalam ruang 2.3.3. Daya pemotongan Daya pemotongan dalam proses pembentukan geram ditentukan oleh gaya pemotongan dengan kecepatan pemotongan, atau momen puntir pada pahat dengan putaran sumbu utama. Momen puntir dan gaya potong dapat diukur secara langsung dengan memakai dinamometer. Daya potong untuk proses bubut terlihat pada persamaan berikut 3): Pc =

Fc ⋅Vc 60.000

2.14

Pf =

Ff ⋅ Vf 60.000.000

2.15

dan

2.4.

RASIO PEMOTONGAN Dapat dilihat pada gambar 2.2., selama dilakukan pemotongan,

material benda kerja dibagian ujung pahat menerima pemampatan, dan mengakibatkan tebal geram menjadi lebih besar dari tebal geram sebelum terpotong. Rasio dari to/t disebut rasio pemotongan (rc) dan dapat dijabarkan sebagai berikut 2): rc =

to t s ⋅ sin φ sin φ = = t t s ⋅ cos( φ − α ) cos( φ − α )

Persamaan di atas dapat ditulis berikut ini:

10

2.16

tan φ =

rc ⋅ cos α 1 − rc ⋅ sin α

2.17

Pada persamaan 2.4., sudut geser φ dapat dihitung bila sudut geram α, tebal pemotongan dan tebal geram diketahui. α tc

(φ-α) to

pahat

φ ts

α

benda kerja

Gambar 2.5. Geometri geram terhadap kedalaman potong Hubungan antara kecepatan terhadap tebal geram dengan menganggap lebar geram konstan, maka dapat dilihat persamaannya sebagai berikut 2): Vc ⋅ t o = Vg ⋅ t atau Vg Vc

=

to = rc t

2.18

dapat ditulis juga seperti berikut ini: Vg = Vc ⋅ rc = Vc

sin φ cos( φ − α )

2.19

α

tc to

(90°-φ+α)

(φ- α)

(φ-α)

Vs

Vg

φ

φ (90°-α)

Vc

Gambar 2.6. Kinematika dari proses pelepasan geram Karena adanya pemampatan tebal geram, maka kecepatan aliran geram selalu lebih rendah daripada kecepatan potong. Pada gambar 2.6. 11

menunjukkan kecepatan aliran geram Vg dan kecepatan potong Vc. Berdasarkan penjumlahan vektor kecepatan, maka kecepatan elemen geram ditunjukkan oleh vektor kecepatan geser Vs. Berdasarkan segitiga kecepatan maka dapat dibuat persamaan sebagai berikut 2): Vg Vc Vs = = sin( 90 − φ + α ) sin( 90 − α ) sin φ Persamaan ini dapat juga ditulis dalam bentuk: Vg Vc Vs = = cos( φ − α ) cos α sin φ maka kecepatan geser dapat dihitung dengan persamaan: Vs = Vg

2.5.

cos α sin φ

2.20

GEOMETRI PAHAT Pada mesin perkakas, pahat dibagi menjadi dua jenis, yaitu; pahat

bermata potong tunggal (single point cutting tool) dan bermata potong majemuk (multi point cutting tool). Pahat bermata potong tunggal umumnya digunakan untuk pahat bubut dan pahat sekrap, sedangkan bermata potong majemuk umumnya digunakan pada mesin frais dan mesin drilling. 2.5.1 Bagian-bagian pahat Secara sistematik pahat dibedakan menjadi tiga bagian pokok, yaitu; eleman, bidang aktif, dan mata potong pahat. Beberapa bagian dari pahat dapat didifinisikan sebagai berikut (lihat gambar 2.7) :

Aα Aγ Sγ

a b

Aα

Aκ Sκ A’α

c Gambar 2.7., Pahat dan sisispan pahat 4)

12

Elemen pahat: a

: pemegang/gagang (shank), bagian pahat untuk dipasang pada mesin pekakas sekaligus pemegang pahat sisipan.

b

: pahat sisipan (inserts tool)

c

: dudukan (shim) pahat sisipan

Bidang pahat merupakan permukaan aktif pahat, setiap pahat mempunyai bidang aktif ini sesuai dengan jumlah mata potongnya. Tiga bidang aktif dari pahat: Aκ : bidang utama (mayor flank), bidang yang menghadap permukaan transien dari benda kerja. Aγ : bidang bantu (minor flank), bidang yang menghadap permukaan terpotong dari benda kerja. Aα : bidang geram (face), bidang di atas di mana geram mengalir. Mata potong pahat adalah tepi dari bidang geram yang aktif memotong. Ada dua jenis mata potong yaitu: Sκ : mata potong utama (mayor cutting edge), garis perpotongan antara bidang geram (Aα) dan bidang utama (Aκ). Sγ : mata potong bantu (minor cutting edge), garis perpotongan antara bidang geram (Aα) dan bidang bantu (Aγ). Pertemuan antara mata potong utama dan mata potong bantu pada pojok pahat. Untuk memperkuat pahat maka pojok pahat dibuat melingkar dengan jari-jari tertentu . Radius pahat (rβ) secara bersamaan dengan kondisi pemotongan yang dipilih akan menentukan kehalusan permukaan hasil proses pemesinan. 2.5.2 Luas penampang potong Berdasarkan geometri pahat radius, kedalaman potong dan kecepatan gerak, maka luas penampang geram sebelum terpotong dapat dihitung dengan persamaan berikut 5): 2

Ag = f n ⋅ a p − 0.5 ⋅ f n ⋅ ( rβ − rβ − ( 0.5 ⋅ fn ) 2 )

13

2.21

2.6.

KEKASARAN PERMUKAAN Dalam industri pemesinan, proses pemotongan logam merupakan

suatu proses yang sangat penting, di mana proses tersebut dapat merubah suatu geometri menjadi geometri produk yang diinginkan. Pemesinan konvensional dibandingkan pemesinan dengan kecepatan potong tinggi menunjukan

pengurangan

waktu

produksi

dan mengakibatkan suatu

peningkatan effisiensi proses manufaktur. Oleh karena itu kecepatan potong tinggi sangat berarti secara ekonomis. Kualitas permukaan komponen dapat dicapai teknologi kecepatan potong tinggi yang dipergunakan pada banyak bidang manufaktur. Kecepatan potong tinggi mengurangin waktu kontak antara pahat dengan benda kerja, Dikarnakan kontak yang rendah dapat dicapai, beban panas pada bahan pahat berkurang dan mengakibatkan umur pahat bertambah. Kemampuan mencapai suatu ketentuan kekasaran pada permukaan yang dibubut kerapkali merupakan kebutuhan utama, pada pembubutan memanjang didifinisikan profil puncak ke profil dasar, nilai hmax didapat berdasarkan pada suatu simulasi dinamik yang merupakan fungsi kecepatan potong (Vc), kedalaman potong (ap), gerak makan (fn), radius pahat (rβ) dan frekwensi pribadi (x), sebagaimana ditunjukan pada persamaan berikut ini 6): Untuk x lebih besar 150 Hz: hmax

124.3 ⋅ f n = rβ

2

2.22

2.6.1. Kekasaran Ideal Kekasaran ideal menunjukan hasil akhir yang baik dapat diberikan oleh proses pemesinan, gambar 2.8. berikut ditunjukan geometri permukaan dari pembubutan permukaan menggunakan pahat tanpa radius dan pahat dengan radius. Pada gambar 2.8.a, tinggi maksimum ketidakrataan dapat dihitung dengan. persamaan: Pahat tanpa radius, tinggi maksimum 7): hmax =

fn cot κ + cot γ

2.23

Pahat radius seperti pada gambar 2.8.b, tinggi ketidak rataan dapat dihitung dengan persamaan: 14

Pahat radius, tinggi maksimum 8): 2

hmax

f = n 8 ⋅ rβ

2.24

(a) pahat tanpa radius

(b) pahat radius

Gambar 2.8. Geometri permukaan kekasaran ideal pada pembubutan 2.6.2. Kekasaran sesungguhnya Pada operasi sebenarnya, beberapa variasi faktor yang merugikan mempengaruhi hasil akhir. Diantaranya yang sangat penting; pembentukan dari BUE (built-up edge) dan getaran. Bila kondisi pemotongan dipilih dengan tepat, chatter (getaran) dapat dihindari. Setelah formasi BUE tergantung pada kondisi pemotongan (kering atau basah) dan kecepatan potong itu diperkirakan. Untuk suatu kondisi pemotongan, kekasaran sesungguhnya akan berubah-ubah terhadap kecepatan potong. Kecuali untuk kecepatan potong sangat rendah, intensitas formasi BUE berkurang terhadap kecepatan potong, dan juga tinggi maksimum dari ketidakrataan permukaan juga diakibatkan penurunan kecepatan potong 8). 2.6.3. Parameter permukaan Untuk memperoleh profil suatu permukaan, maka jarum peraba (stylus) dari alat ukur harus digerakkan mengikuti lintasan yang berupa garis lurus dengan jarak yang telah ditentukan terlebih dahulu. Panjang lintasan ini disebut dengan panjang pengukuran (tranversing length). Sesaat setelah jarum bergerak dan sesaat sebelum jarum berhenti maka secara elektronis alat ukur melakukan perhitungan berdasarkan data yang dideteksi oleh jarum peraba. Bagian dari panjang pengukuran dilakukan analisa dari profil permukaan disebut dengan panjang sampel (sampling length). 15

profil referensi profil tengah

Rp Rt

profil terukur profil dasar panjang sampel, L(mm)

Gambar 2.9. ilustrasi profil permukaan 9) Berdasarkan profil-profil seperti pada gambar, maka dapat didefinisikan beberapa parameter permukaan, yaitu yang berhubungan dengan dimensi pada arah tegak, yaitu 9): 1. kedalaman total (peak to valley height/total height), Rt (µm); adalah jarak antara profil referensi dan referensi dasar, 2. kedalaman perataan (depth of surface smoothness/peak to mean line), Rp (µm); adalah jarak rata-rata antara profil referensi dengan profil tengah, 3. kekasaran rata-rata aritmetis (mean roughness index/center line average, CLA), Ra (µm); adalah harga rata-rata aritmetis dari harga absolutnya jarak antara profil terukur dengan profil tengah, 4. kekasaran rata-kwadratis (root mean square height), Rg (µm); adalah akar dari jarak kwadrat rata-rata antara profil terukur dengan profil tengah. Secara teoritis dapat dimisalkan bentuk suatu profil permukaan, kemudian menghitung parameter permukaan berdasarkan rumus matematisnya. Tabel berikut ini adalah contoh beberapa bentuk profil teoritis dengan perbandingan harga-harga parameter. Tabel 2.1. Beberapa profil teoritis dengan harga parameter 9) Rp Rg Ra Bentuk profil teoritis Rt Rt Rt

Rg Ra

profil sinusiodal

0.5

0.318

0.353

1.11

profil segitiga

0.5

0.25

0.289

1.15

profil parabolis

0.33

0.256

0.298

1.16

orde ke 2

0.667

0.256

0.298

1.16

profil parabolis

0.2

0.214

0.266

1.23

orde ke 4

0.8

0.214

0.266

1.23

profil distribusi gauss

0.5

0.25

0.33

1.25

16

Panjang sampel yang harus digunakan sewaktu mengukur kekasaran permukaan adalah 0.8 mm. Harga suatu parameter permukaan dapat berubah jika dipergunakan panjang sampel yang berlainan. Oleh karena itu dianjurkan untuk menggunakan suatu panjang sampel yang tertentu sesuai dengan tingkat harga kekasaran Ra sebagaimana tabel 2.2. berikut ini : Tabel 2.2. Panjang sampel terhadap kekasaran permukaan 9) Harga kekasaran, Ra [mm] 50 25 12.5 6.3 3.2 1.6 0.8 0.4 0.2 0.1 0.05 0.025

Angka kelas kekasaran N 12 N 11 N 10 N9 N8 N7 N6 N5 N4 N3 N2 N1

17

Panjang sampel [mm] 8 2.5 0.8

0.25 0.08

BAB III METODE PENELITIAN

Seperti telah dijelaskan di bab I, penelitian ini bertujuan menyelidiki pengaruh kecepatan potong tinggi pada proses pembubutan menggunakan mesin bubut CNC. Penelitian ini terdiri dari tiga tahap percobaan, yaitu: 1. Percobaan pertama, melakukan proses pembubutan memanjang dengan parameter, kedalam potong (ap) konstan dan gerak makan (fn) sedangkan kecepatan potong (Vc) bervariasi, melakukan pembacaan beban sumbusumbu mesin. 2. Percobaan Kedua, melakukan pengukuran terhadap benda kerja dan melakukan analisis terhadap data yang diperoleh dari hasil pengukuran. 3. Percobaan Ketiga , melakukan pengukuran tebal geram dari hasil pemotongan. Pada bab ini diuraikan langkah-langkah dari penelitian tersebut. Secara skematik langkah-langkah penelitian diberikan pada gambar 3.1. Tujuan Penelitian Untuk mengetahui pengaruh kecepatan potong tinggi

Beban sumbu X, Z dan poros utama (spindel)

Percobaan I Melakukan pembubutan memanjang

Kekasaran permukaan, Ra

Percobaan II Melakukan pengukuran kekasaran permukaan

Tebal geram, ct

Percobaan III Pengukuran tebal geram

ap, fn, Vc, d

Program NC

Analisis

Kesimpulan

Gambar 3.1. Skema langkah penelitian 18

3.1.

ALAT DAN MATERIAL PENELITIAN

Alat digunakan dalam penelitian ini adalah sebagai berikut: 1. mesin bubut CNC Mazak Turn 8N, kontrol type Maztrol Tplus, 2. pahat negative wiper insert, kode CNMG 120408-WF new grade 4015, 3. alat ukur kekasaran permukaan Surftest 211, merk Mitutoyo, 4. alat ukur dimensi, outside micrometers, 5. material benda kerja, baja dengan kekerasan 177 BHN, Proses pemesinan dan pengukuran benda kerja dilakukan di laboratorium CNC Universitas Tarumanagara. 3.2.

RANCANGAN PENELITIAN Untuk

kekasaran

mengetahui permukaan

pengaruh

akhir

benda

kecepatan kerja,

potong

dengan

(Vc)

terhadap

melakukan

percobaan, berdasarkan urut-urutan dari penelitian ini adalah

suatu

sebagai

berikut: 1. menentukan material benda kerja yang akan digunakan, 2. menentukan pahat yang akan digunakan, 3. menentukan geometri percobaan, 4. membuat program NC, 5. membuat rancangan tabel pengambilan data percobaan, 6. melakukan proses pemesinan sesuai rancangan yang telah dibuat dan 7. melakukan pengukuran. 3.2.1. Penentuan material benda kerja dan pahat Material dipilih baja carbon S55C. Setelah benda kerja dilakukan pengerjaan awal dengan perataan

terlebih dahulu, dimensi

benda kerja

menjadi diameter 88 mm panjang 160 mm. Pengerjaan awal ini bertujuan untuk memperoleh stabilitas benda kerja pada saat putaran tinggi. Pemilihan grade pahat berdasarkan material benda kerja, variabel pemesinan dan jenis pengerjaan. Geometri pahat ditentukan oleh bentuk geometri pemotongan dan jenis gagang pahat (shank) yang tersedia untuk pahat sisipan dengan grade tersebut. Sehingga didapat pahat sisipan dengan kode sisipan; CNMG 120408-WF new grade GC4015 menggunakan gagang pahat PCLNR 2020K12. 19

3.2.2. Program NC Program NC yang dibuat berdasarkan bentuk geometri produk dan parameter pemesinan. Bentuk dari geometri produk yang akan dicoba adalah berbentuk silindris dengan panjang 160 mm diameter bervariasi dari 88 mm sampai 58 mm. Parameter pemesinan diantaranya; gerak makan, fn: 0.2 mm/r (konstan); kedalaman potong, ap: 0.5 mm (konstan); kecepatan potong, Vc bervariasi antara 1350 m/min sampai 600 m/min. Putaran poros utama (spindel) secara otomatis diprogram akan mengikuti Vc dan d (diameter). Program NC: G92X110Z90; G50S5000; M06T01; M03M08; G97S1350; nilai S berubah 1350 sampai 600 G00X88Z2; nilai X berubah 88 sampai 58 M00 G01Z-80; G01X88; G00Z2; M09M05MO6T03; G28X0Z0; M02 3.2.3. Rancangan tabel data percobaan Data percobaan ada tiga kelompok terdiri dari pembacaan pada kontrol mesin

saat

proses

pemesinan

berlangsung,

pengukuran

kekasaran

permukaan dilakukan benda kerja terpasang. Sedangkan pengukuran tebal geram dilakukan setelah proses pemesinan selesai. Pada penelitian ini dilakukan delapan kali percobaan untuk setiap tingkat kecepatan potong dengan pengukuran sampel yang dilakukan sebanyak lima kali untuk setiap percobaan. Sedangkan data beban pada sumbu-sumbu setiap kali percobaan hanya dilakukan satu kali pembacaan. Data pemesinan, mesin, material dan pahat sisipan juga disertakan pada tabel, ini bertujuan agar data yang diambil tidak tertukar. Dari data yang dikumpulkan tersebut, maka tabel data penelitian dibuat menjadi tiga kelompok yang disatukan seperti pada tabel 3.1. berikut ini:

20

Tabel 3.1. Rancangan tabel data penelitian kec. pot. put. spindel diameter gerak makan dalam pot. panjang pot. Beban Px % Pz % Ps %

: m/min : min-1 : mm : 0.2 m/r : 0.5 mm : 80 mm 1 2

3

mesin bubut kontrol material kekerasan teg. tarik : pahat sisipan 4 5

: Mazak Turn 8N : Mazatrol TPlus : : : CNMG 120408-WF 6 7 8

Kekasaran Ra µm

1

2

3

4

5

6

7

8

Geram t mm

1

2

3

4

5

6

7

8

3.2.4 Rancangan proses pemesinan Proses pemesinan dilakukan dari diameter 88 mm dengan kecepatan potong 1350 m/min, setiap penurun diameter 2 mm kecepatan potong diturunkan 50 m/min. Sehingga kecepatan potong menjadi 1300 m/min untuk diameter 86 mm. Pada saat proses pemesinan dilakukan penstabilan putaran spindel terlebih dahulu, pendingin diaktipkan, gerak makan, kecepatan potong konstan, pemotongan dan pemosisian pahat dilakukan dengan menggunakan program. Setiap kali berakhir proses pemotongan diperhatikan kondisi fisik dari sisipan pahat yang juga dilihat dari hasil data yang diambil, ini berguna untuk memutuskan penggantian pahat. 3.2.5. Pengukuran Pengukuran terdiri dari dua kelompok, yaitu; pengukuran kekasaran permukaan dan pengukuran tebal geram setelah pemotongan. Pengukuran kekasaran permukaan menggunakan Surftest 211, merk Mitutoyo dengan panjang sampel pengukuran 0.8 mm 9) sesuai dengan kekasaran permukaan pengerjaan pembubutan antara 0.4 µm - 6.3 µm 9). Sebelum pengukuran dilakukan pengujian alat ukur pada sampel kalibrasi 21

terlebih dahulu. Data pengukuran yang terbaca pada batasan yang ektrim diganti dengan pengukuran yang baru. Pengukuran tebal geram dilakukan dengan outside micrometer, pengukuran dilakukan berulang-ulang dengan mengabaikan ukuran yang ektrim. 3.3.

PROSEDUR PENGUJIAN

1. Menyiapkan benda kerja dengan ukuran panjang 160 mm dan diameter 89 mm dengan center drill pada kedua ujung benda kerja sebanyak (4) empat batang. 2. Menyiapkan pahat yang digunakan pada penelitian, yaitu melakukan penyetelan

posisi

pahat

(setting

tool),

untuk

memperoleh

data

penggeseran pahat (offset tools). 3. Meng-input-kan program NC. 4. Mengkalibrasi Surftest pada sampel standar menggunakan panjang sampel 0.8 mm dengan standarisai ISO. 5. Memasang benda kerja pada cekam spindel dan tail stock diposisikan supaya dapat menumpu pada bagian ujung benda kerja. 6. Meratakan diameter benda kerja hingga menjadi 88.5 mm menggunakan kecepatan potong normal Vc 200 m/min. 7. Membersihkan tempat penampungan geram. 8. Menutup pintu pengaman. 9. Menjalankan mesin dengan program yang terlebih dahulu memeriksa program. 10. Membaca beban sumbu utama, sumbu X, dan sumbu Z pada saat melakukan pemotongan. 11. Pengumpulan geram ke dalam kantong-kantong yang sudah disiapkan sebelumnya dengan indentitas kecepatan potong (Vc), material. 12. Pengukuran kekasaran permukaan dengan menggunakan Surftest, terlebih dahulu permukaan dibersihkan menggunakan tissue. Pengukuran dilakukan lima sampel, data ektrim dibuang sehingga pengukuran terkadang lebih dari lima kali. 13. Program dilakukan editing pada pada blok 5 (lima) kecepatan potong dan blok 6 (enam) diameter benda kerja. 22

14. Kembali keurutan no. 7 (tujuh), dan seterusnya hingga kecepatan potong 600 m/min. 15. Membalik benda kerja dengan mencekam pada bagian yang dipotong sebelumnya dan tail stock diposisikan supaya dapat menumpu pada bagian ujung benda kerja.. 16. Kembali keurutan no 6, dan seterusnya hingga pemotongan dapat diselesaikan untuk satu batang. 17. Pengukuran tebal geram dilakukan dengan micrometer, setelah proses pemotongan berakhir Pengukuran dilakukan lima sampel, data ektrim dibuang sehingga pengukuran terkadang lebih dari lima kali.

Geometri & Material Pahat κr , γo , a o, re ,κr', as Kontrol Mesin

Benda kerja: do, L

Data Benda kerja

MESIN BUBUT CNC

Program NC Kondisi pemotongan , ap, fn, Vc

Proses Pemotongan Penghalusan

Putaran ( n ); Beban sumbu Utama, X, Z Produk Percobaan

Geram

Surface tester

Dikumpulkan

Kekasaran (R a) Micrometer Tebal geram ( t )

DATA-DATA

Ps, Px, Pz, Ra, do, Vc, tc Prediksi

YA

TIDAK

SELESAI

Gambar 3.2. Ilustrasi prosedur Percobaan 23

3.4.

PARAMETER DAN VARIABEL YANG DITENTUKAN Parameter dan variabel yang ditentukan dalam penelitian ini antara

lain: 1. gerak makan (fn), 2. kecepatan potong (Vc), 3. kedalaman potong (ap), 4. geometri dan material benda kerja, dan 5. geometri dan material pahat Parameter dan variabel yang diukur dalam penelitian ini antara lain meliputi: 1. beban pada sumbu X (Px), 2. beban pada sumbu Z (Pz), 3. beban pada sumbu poros utama (Ps), 4. kekasaran permukaan (Ra), dan 5. tebal geram (t) 3.5.

ANALISA KORELASI DAN REGRESI Analisa korelasi dan regresi sederhana merupakan salah satu metode

statistik yang digunakan untuk menentukan hubungan (korelasi) antara dua variabel (x dan y) serta menentukan persamaan garis regresi, di mana perubahan nilai variabel yang satu akan mempengaruhi nilai variabel lainnya. Variabel x merupakan variabel independen, sedangkan variabel y merupakan variabel dependen.

24

BAB IV PENGUMPULAN DAN PENGOLAHAN DATA

Mesin perkakas yang digunakan dalam mengerjaan akhir (finishing) pada proses pemesinan pembubutan memanjang (turning), menggunakan mesin CNC Mazak Turn 8N dengan kontrol Mazatrol TPlus dan pahat sisipan CNMG 120408-WF new grade GC4015. Kontrol mesin dilengkapi dengan kontrol beban pada sumbu-sumbunya. 4.1.

DATA MESIN Mesin perkakas digunakan pada penelitian ini mempunyai data

sebagai berikut:4):

4.2.

mesin bubut CNC

: Mazak

tipe

: Turn 8N

kontrol

: Mazatrol T Plus

putaran maximum

: 6000 min-1

daya motor, (P)

: 7.5 kW,

torsi konstan, (T)

: 9.0 kgf-m, pada putaran 60 min-1 sampai 750 min-1

pada putaran 750 min-1 sampai 6000 min-1

DATA MATERIAL Data material S50C diperoleh dari hasil uji kekerasan dan uji tarik pada

laboratorium.

4.3.

Kekerasan

: 177 BHN

Tegangan tarik

: 597 N/mm2

DATA PEMESINAN Kondisi operasi pemesinan untuk pengerjaan akhir pada proses

pembubutan memanjang dengan material S50C adalah sebagai berikut: diameter pemotongan (d) : 88 mm s/d 58 mm panjang pemotongan (Lt) : 80 mm kedalaman potong (ap)

: 0.5 mm 25

kecepatan potong (Vc)

: 1350 m/min s/d 600 m/min

gerak makan (fn)

: 0.2 mm/r

Kriteria penggantian pahat : beban pemotongan Data pemesinan untuk setiap tingkat kecepatan potong dapat dilihat pada tabel 4.1. berikut ini: Tabel 4.1. Data pemesinan mesin tipe mesin kontrol :

: Turning CNC : Turn 8N : Mazatrol Tplus

gerak makan dalam pot. panjang pot.

: 0.2 mm/r : 0.5 mm : 80 mm

No.

Vc [m/min]

d [mm]

n [r/min]

Vf [mm/min

1

1350

88

4883.15

976.63

2

1300

86

4811.65

962.33

3

1250

84

4736.74

947.35

4

1200

82

4658.18

931.64

5

1150

80

4575.69

915.14

6

1100

78

4488.98

897.80

7

1050

76

4397.69

879.54

8

1000

74

4301.47

860.29

9

950

72

4199.91

839.98

10

900

70

4092.55

818.51

11

850

68

3958.29

795.77

12

800

66

3858.29

771.66

13

750

64

3730.19

746.04

14

700

62

3593.61

718.76

15

650

60

3448.35

689.67

16

600

58

3292.85

658.57

4.4.

DATA PAHAT Dari refrensi didapat data pahat sisipan, dengan gagang pemegang

sebagai berikut: pembuat

: Sandvik Coromont

material

: Cemented Carbide

kode sisipan

: CNMG 120408-WF new grade GC4015

kode pemegang pahat

: PCLNR 2020K12

sudut potong bantu (γ)

:3

sudut potong utama (κ)

: 92

radius pahat (rβ)

: 0.8 mm

o

sudut geram (α)

: -4

o o

sudut potong samping (εr) : -3

26

o

4.5.

DATA HASIL PENGAMATAN Data hasil percobaan berikut ini adalah data hasil pembacaan rata-rata

dari lima sampel pengukuran setiap percobaan yang dilakukan. Percobaan dilakukan sebanyak delapan kali untuk setiap tingkat kecepatan potong (lihat lampiran A). Data pengamatan pada tabel 4.2 merupakan hasil rata-rata. Tabel 4.2. Data pengamatan material kekerasan tegangan tarik

: S50C : 177 BHN : 597 N/mm2


: 0.2 mm/r : 0.5 mm : 80 mm

No.

Vc [m/min]

Px [%]

Pz [%]

Ps [%]

Ra [mm]

t [mm]

1

1350

15.90

15.90

120.38

0.32

0.333

2

1300

16.00

14.60

114.63

0.34

0.337

3

1250

16.10

14.00

117.25

0.41

0.341

4

1200

16.40

14.10

115.50

0.57

0.351

5

1150

16.60

14.90

108.00

0.62

0.342

6

1100

17.00

13.30

104.38

0.66

0.349

7

1050

17.60

12.50

98.75

0.77

0.364

8

1000

18.60

12.40

97.38

0.82

0.365

9

950

19.00

12.40

94.50

0.88

0.361

10

900

19.80

12.00

88.63

0.94

0.351

11

850

19.10

12.00

85.00

0.98

0.381

12

800

19.80

11.90

80.75

1.00

0.383

13

750

20.10

12.30

79.38

1.07

0.384

14

700

21.90

11.50

65.50

1.11

0.389

15

650

21.40

11.60

62.38

1.28

0.378

16

600

22.20

11.40

57.40

1.38

0.383

4.6.

ANALISA MODEL REGRESI Untuk melihat hubungan antara variabel satu dengan yang lain

digunakan model regresi. Hubungan linier antara variabel satu dengan yang lainnya dalam bentuk ketergantungan (dependency) satu dengan yang lain. Di mana variabel x disebut variabel independen dan variabel y disebut variabel dependen karena nilai x tergantung pada y, sedangkan nilai x bebas. Garis regresi populasi dalam praktek tidak dapat ditentukan secara tepat, oleh karena itu perlu dicari estimatsi dari garis tersebut dengan menggunakan data yang ada. Sehingga garis estimasi dapat dihitung dengan persamaan power sebagai berikut; y = c ⋅ xb 27

Koefisien determinasi R2 , ini merupakan proporsi variabilitas dependen dari sampel yang diterangkan oleh hubungan linier-nya dengan variabel independen. Dan nilai R2 ini adalah kuadran koefisien korelasi sampel. Koefisien determinasi R 2 = 1 − (SSE SST ) SSE = ∑ (Yi − Yˆi ) 2

di mana:

dan

SST = ( ∑Yi ) − (( ∑YI ) 2 / n ) 2

Sehingga untuk mencari hubungan antara x dan y dapat digunakan model regresi. Untuk itu perlu dicari nilai estimasi-nya dapat diperoleh dengan menggunakan prosedur yang sudah dibahas atau juga digunakan program komputer. Px [%]

Pz [%]

Ps [%]

Beban sumbu; Ps, Px, Pz [%

120.00 100.00 80.00 60.00 40.00 20.00 0.00 550

650

750

850 950 1050 1150 Kecepatan potong; Vc [m/min]

1250

1350

1450

Gambar 4.1. Grafik data beban sumbu-sumbu terhadap kecepatan potong Ra [um]

1.50

Kekasaran, Ra [um]

1.30 1.10 0.90 0.70 0.50 0.30 550

650

750


1250

1350

1450

Gambar 4.2. Grafik data kekasaran permukaan terhadap kecepatan potong

28

t [mm]

Tebal geram, t [mm

0.400 0.385 0.370 0.355 0.340 0.325 550

650

750


1250

1350

1450

Gambar 4.3. Grafik data tebal geram terhadap kecepatan potong Dari pengolahan data didapat koefisien determinasi dan persamaan hubungan antara x dan y, seperti berikut ini. Beban pada sumbu X, Px : y = 389.28 (x)

-0.4447

2

R = 0.9607 Beban pada sumbu Z, Pz : y = 1.0772 (x)

0.3618

2

R = 0.8033 Beban pada sumbu utama, Ps : y = 0.1863 (x)

0.9032

2

R = 0.9732 Kekasaran permukaan, Ra : y = 61601 (x)

-1.6503

2

R = 0.8759 Tebal geram, t : y = 1.3117 (x)

-0.1881

2

R = 0.8234 Dengan menggunakan persamaan di atas., dapat dihitung data prediksi seperti pada tabel 4.3 berikut ini:

29

Tabel 4.3. Data prediksi material kekerasan tegangan tarik

: S50C : 177 BHN : 597 N/mm2


: 0.2 mm/r : 0.5 mm : 80 mm

No.

Vc [m/min]

Px [%]

Pz [%]

Ps [%]

Ra [mm]

t [mm]

1

1350

15.78

14.62

125.18

0.420

0.338

2

1300

16.05

14.62

120.98

0.447

0.340

3

1250

16.33

14.22

116.77

0.477

0.343

4

1200

16.63

14.01

112.55

0.511

0.346

5

1150

16.95

13.79

108.30

0.548

0.348

6

1100

17.29

13.57

104.04

0.589

0.351

7

1050

17.65

13.35

99.76

0.636

0.354

8

1000

18.04

13.11

95.46

0.690

0.358

9

950

18.45

12.87

91.14

0.751

0.361

10

900

18.90

12.62

86.79

0.821

0.365

11

850

19.39

12.36

82.43

0.902

0.369

12

800

19.92

12.10

78.03

0.997

0.373

13

750

20.50

11.82

73.62

1.109

0.378

14

700

21.14

11.53

69.17

1.243

0.383

15

650

21.85

11.22

64.69

1.404

0.388

16

600

22.64

10.90

60.18

1.603

0.394

4.7.

PENGOLAHAN DATA Untuk menganalisa sejauh mana yang mempengaruhi kualitas

kekasaran permukaan benda kerja pada kecepatan potong tinggi, maka kecepatan geram mengalir dan kecepatan geser terjadi harus diketahui. Kecepatan geram dan kecepatan geser dapat dihitung dengan persamaan 2.18 dan 2.19 yang terlebih dahulu diketahui sudut geser dan sudut gesek. Sudut gesek dan sudut geser dihitung menggunakan persamaan 2.17. Hasil perhitungan kecepatan geram dan kecepatan geser dapat dilihat pada tabel 4.4. Selain kecepatan geram dan kecepatan geser juga dianalisis pengaruh dari gaya-gaya berkerja pada pahat potong serta tegangan geser terjadi pada benda kerja, guna perhitungan ini diperlukan daya potong terjadi dihitung menggunakan persamaan: Pc = P ⋅ Ps .

4.1

menggunakan persamaan 2.14, gaya potong dapat dihitung. Hasil perhitungan daya aktual dan gaya-gaya pemotongan pada tabel berikut:

30

Tabel 4.4. Hasil perhitungan kecepatan geram dan kecepatan sudut. material kekerasan tegangan tarik

: S50C : 177 BHN : 597 N/mm2


: 0.2 mm/r : 0.5 mm : 80 mm

No.

Vc [m/min]

φ [deg]

β [deg]

Vg [m/min]

Vs [m/min]

1

1350

31.62

30.76

798.82

1519.92

2

1300

31.46

31.07

764.71

1461.53

3

1250

31.23

31.54

728.86

1402.37

4

1200

31.00

32.00

693.64

1343.51

5

1150

30.85

32.30

660.92

1285.80

6

1100

30.62

32.75

626.78

1227.46

7

1050

30.40

33.20

593.22

1169.41

8

1000

30.11

33.78

558.66

1110.93

9

950

29.89

34.21

526.32

1053.45

10

900

29.61

34.78

493.15

995.63

11

850

29.33

35.33

460.70

938.14

12

800

29.06

35.88

428.95

880.98

13

750

28.72

36.55

396.83

823.68

14

700

28.40

37.21

365.54

766.76

15

650

28.07

37.85

335.05

710.19

16

600

27.70

38.60

304.57

653.66

Tabel 4.5. Hasil perhitungan daya potong aktual dan gaya-gaya pemotongan. material kekerasan tegangan tarik

: S50C : 177 BHN : 597 N/mm2


: 0.2 mm/r : 0.5 mm : 80 mm

No.

Vc [m/min]

Pc [ Nm ]

Fc [N]

Ff [N]

R [N]

Fs [N]

Fn [N]

1

1350

9.39

417.27

210.41

467.32

245.01

397.94

2

1300

9.07

418.78

214.06

470.31

245.48

401.17

3

1250

8.76

420.37

219.21

474.09

245.80

405.40

4

1200

8.44

422.06

224.42

478.02

246.20

409.74

5

1150

8.12

423.78

228.22

481.33

246.81

413.23

6

1100

7.80

425.62

233.54

485.48

247.30

417.77

7

1050

7.48

427.54

238.93

489.77

247.85

422.43

8

1000

7.16

429.57

245.83

494.94

248.29

428.16

9

950

6.84

431.72

251.39

499.57

248.99

433.11

10

900

6.51

433.95

258.46

505.09

249.57

439.12

11

850

6.18

436.39

265.69

510.91

250.29

445.41

12

800

5.85

438.92

273.00

516.89

251.06

451.82

13

750

5.52

441.72

281.96

524.04

251.85

459.55

14

700

5.19

444.66

291.06

531.45

252.74

467.51

15

650

4.85

447.85

300.38

539.26

253.79

475.81

16

600

4.51

451.35

311.41

548.36

254.88

485.52

31

BAB V ANALISIS

5.1.

GAYA PEMOTONGAN Gaya pemotongan bereaksi pada pahat dan benda kerja, selanjutnya

akan mempengaruhi mesin perkakas dan juga mengakibatkan lenturan pada benda kerja itu sendiri. Lenturan diakibatkan gaya pemotongan yang besar akan berakibat kesalahan bentuk produk dan terkadang mengakibatkan getaran (chatter) yang dapat mempercepat keausan pahat. Besar gaya-gaya pemotongan ini sangat dipengaruhi oleh goemetri pahat, kedalaman potong dan material benda kerja. Pahat yang sudah aus akan meningkatkan gaya pemotongan dan kualitas permukaan benda kerja kurang baik. Dari kenaikan gaya-gaya pemotongan dan kualitas kekasaran permukaan dapat di tentukan saat penggantian pahat. Pada gambar 5.1. grafik gaya-gaya pemotongan makin menurun pada kecepatan potong tinggi. Tanda-tanda keausan pahat Fs

Fc

Ff

Fn

Gaya-gaya, Fc, Ft, Fs, Fn

500 450 400 350 300 250 200 550

650

750


1250

1350

1450

Gambar 5.1. Grafik gaya-gaya pemotongan terhadap kecepatan potong dapat dilihat dari perubahan peningkatan tajam gaya gerak makan dan beban spindel akan menurun, selanjutnya berakibat kualitas kekasaran permukaan tidak merata. Penurunan gaya-gaya pemotongan pada kecepatan potong tinggi disebabkan motor spindel bekerja dengan daya konstan pada putaran antara 750 min-1 sampai 6000 min-1. Ini dapat dibuktikan dengan persamaan 2.14 berikut : 32

Pc =

Fc ⋅Vc 60.000

Pengurangan gaya gerak makan pada putaran tinggi berpengaruh positip terhadap kehalusan permukaan pada kasus gerak makan memanjang. Penurunan gaya gerak makan berpengaruh dengan pengurangan beban mekanik pada pahat potong di zona geser pada tepi potong (cutting edge) pahat. Sebagai pembanding dari gaya-gaya potong tersebut dapat dilihat pada tabel berikut ini: Tabel 5.1. Gaya-gaya pemotongan terhadap kecepatan potong. Gaya-gaya pemotongan No.

Vc [m/min]

Fc [N]

Ft [N]

Fs [N]

Fn [N]

1

1350

417.27

210.41

340.02

243.61

2

1100

425.62

233.54

351.10

242.42

3

850

436.39

265.69

365.49

240.39

4

600

451.35

311.41

384.96

237.74

5.2.

SUDUT GESER Sudut geser(φ) dihitung dengan mengukur rasio pemotongan (rc) di

mana sudut geram (α) sudah diketahui. Sudut geser akan mengecil jika tebal geram membesar ini disebabkan pada kecepatan potong tinggi ratio pemotongan meningkat (lihat persamaan 2.16). Besar sudut geser akan mempengaruhi gaya potong, karna gaya potong (Fc) merupakan fungsi dari sudut geser (lihat persamaan 2.13). Perubahan ratio pemotongan sangat dipengaruhi sekali oleh kecepatan potong ini terlihat dari perubahan tebal geram dihasilkan. Pada pembentukan geram pahat bergerak dengan kecepatan potong (Vc) dan geram mengalir dengan kecepatan geram (Vg) pada sisi pahat dengan sudut geram (α). Berdasarkan penjumlahan vektor kecepatan, maka kecepatan elemen geram yang baru terbentuk relatif terhadap benda kerja ditunjukan oleh kecepatan geser (Vs) dengan sudut geser (φ). Peningkatan kecepatan potong, akan diikuti dengan peningkatan kecepatan geram, sehingga kecepatan geser dan sudut geser meningkat (lihat tabel 5.2). Pada tabel 5.2, kecepatan geser lebih besar dibandingkan dengan kecepatan o

o

potong, ini disebabkan sudut geram negatif 4 atau sama dengan 0 . Sudut 33

geser meningkat diakibatkan kecepatan potong tinggi pada material yang Tabel 5.2. Kecepatan geram, kecepatan geser, sudut geser dan sudut gesek terhadap kecepatan potong No.

Vc [m/min]

φ [deg]

β [deg]

Vg [m/min]

Vs [m/min]

1

1350

31.62

30.76

798.82

1519.92

2

1100

30.62

32.75

626.78

1227.46

3

850

29.33

35.33

460.70

938.14

4

600

27.70

38.60

304.57

653.66

dipotong. Sudut geser merupakan tempat terjadi proses geser terus menerus setiap mulai memotong pada bentuk yang baru, yang merupakan proses deformasi plastis. Sebelum terbentuk deformasi plastis pada benda kerja terlebih dahulu terjadi proses yield, yaitu antara elastis dan plastis. Semakin besar sudut geser terbentuk maka lapisan yield akan semakin mendekati titik potong pahat. 5.3.

KEKASARAN PERMUKAAN Seperti telah dibahas kekasaran permukaan sangat dipengaruhi oleh

geometri pahat, pengaruh ini disebut dengan kekasaran permukaan ideal. Mengingat bentuk pahat tidak sama dengan pahat digunakan pada penelitian, maka persamaan 2.23 dan 2.24 tidak dapat digunakan. Untuk pendekatan kedalaman total sesungguhnya, maka dapat digambarkan geometri permukaan terhadap posisi radius pahat seperti pada gambar 5.2.

rβ h

γ fn

Gambar 5.2. Geometri permukaan terhadap radius pahat Sehingga diturunkan rumus sebagai berikut: Kedalaman total: hmak = (r − r ⋅ sin(arcsin( β

r − fn ⋅ tan( γ ) β

β

r

β

34

⋅ sin(90 o + γ )) + γ )) ⋅ 1000

5.1

di mana:

rβ

: radius pahat

[mm]

fn

: gerak makan

[mm/r]

γ

: sudut potong bantu

[

o

]

o

Bila diketahui; r : 0.8 mm, f : 0.2 mm/r, dan γ : 3 , maka: hmak = 5.551 µm Kekasaran permukaan rata-rata dapat dihitung dengan pendekatan sebagai berikut 9): R a( teoritis ) = 0.256 ⋅ R t di mana

5.2

: Rt = hmax

Sehingga: Ra(teoritis)= 1.421 µm Ra 1.750

Kekasaran, Ra [um]

1.550 1.350 1.150

y = 61601x -1.6503

0.950 0.750 0.550 0.350 550

650

750


1250

1350

1450

Gambar 5.3. Grafik kekasaran permukaan terhadap kecepatan potong Pada tabel 4.3 dan gambar 5.3, Ra = 1.421 µm berada pada kecepatan potong kurang dari 650 m/min. Kecepatan potong lebih tinggi 650 m/min sampai dengan 1350 m/min, kekasaran permukaan rata-rata menurun tajam sekali mengikuti peningkatan kecepatan potong. Kestabilan kekasaran ideal sangat dipengaruhi oleh material benda kerja dan rigiditas pemegang pahat sisipan. Geometri pahat sisipan akan mempengaruhi gaya yang bekerja pada o

titik potong. Pahat yang digunakan mempunyai sudut potong utama 92 , o

o

sudut potong bantu 3 dan sudut potong samping negatif 3 .(lihat gambar 5.4) Sudut potong samping (side cutting edge angle) ini mengakibatkan gaya radial relatip kecil atau beban terhadap sumbu X relatif lebih kecil, sehingga 35

bagian pahat lebih rigid, mengakibatkan getaran ditimbulkan relatif kecil 3). Pada kecepatan potong lebih tinggi 650 m/min kekasaran permukaan dipengaruhi kecepatan potong, sehingga kekasaran permukaan tidak tergantung geometri pahat atau disebut dengan kekasaran sesungguhnya.

19 4° °

80 °

° 95

0.1

3°

Gambar 5.4. Geometri pahat insert.6) Peningkatan kecepatan potong akan memperbesar sudut geser terjadi (lihat tabel 5.2), sehingga penampang bidang geser mengecil (lihat gambar 5.5). Pengecilan bidang geser akan mengakibatkan gaya potong akan menurun pada kecepatan potong yang sama. Pada gaya potong yang sama, dengan bidang geser mengecil akan mengakibatkan tegangan geser dinamik terjadi meningkat. Hal ini kekuatan benda kerja seakan-akan menjadi lebih rendah, dibanding saat kecepatan potong rendah.

Lapisan Elastis-Plastis

Geram

φ2

φ1

Pahat

Tegangan Tekan

Tegangan Tarik

Gambar 5.5. Ilustrasi sudut geser pada benda kerja

36

BAB VI KESIMPULAN

1. Sudut geser membesar seiring dengan peningkatan kecepatan potong (tabel 4.4.), ini terlihat dari mengecilnya tebal geram (t) pada kecepatan potong lebih tinggi (tabel 4.3). 2. Kekasaran permukaan (Ra) pada kecepatan potong antara 600 m/min sampai 1350 m/min menurun sangat tajam (gambar 5.3.), tidak tergantung geometri pahat. 3. Korelasi antara Ra vs Vc pada kecepatan potong antara 600 m/min sampai 1350 m/min dengan kekerasan material 177 BHN, sebagai berikut: R a = 61601 ⋅ Vc

−1.6503

37

DAFTAR PUSTAKA

[1]

Kalpakjian. S., “Manufacturing Engineering and Technology”, Addison Wesley Publishing Company, Chicago, (1995)

[2]

Sherif D. EL Wakil, “Processes and Design for Manufacturing”, Prentice-Hall, Inc Englewood Cliffs, New Jerey, (1989)

[3]

Rochim Taufiq, “Teori & Teknologi Proses Pemesinan”. FTI ITB, Bandung, (1993)

[4]

Sandvik Coromant, “Metalworking Products Turning Tools”, Stibo Graphic, Denmark, (2001)

[5]

Nair R., Danai. K. and Malkin S., “Turning Process Indentification Through Force Transients”, Journal Engineering for Industry, Vol. 114, (1992)

[6]

Jang. D.Y. and Seireg. A, “Machining Parameter Optimization for Specified Surface Condition”, Journal Engineering for Industry, Vol. 114, (1992)

[7]

Venkatesh. V.C, Kattan. I.A, Hoy. D, Ye. C.T. and Vankirk. J.S, “An Analysis Cutting Tools with Negative Side Cutting Edge Angles”, Journal Materials Processing Technology, Vol. 58, (1996)

[8]

Ghosh A. and Mallik A.K., “Manufacturing Science”, Ellis Horwood Limited, England, (1986)

[9]

Rochim Taufiq dan Sri Hardjoko W., “Spesifikasi Geometris Metrologi Industri & Kontrol Kualitas”. FTI ITB, Bandung, (1985)

[10]

Mazak, “Operating Manual for Quick Turn 8N”, Yamazaki Mazak Corporation, publication no. H147SG0010E, (1994)

[11]

Adiningsih Sri, Dr., “Statistik”, BPFE-Yogyakarta, Yogyakarta, (1998)

[12]

Black J.T., “Mechanics of Chip Formation”, Metals Handbook Ninth Editon, Vol. 16, Machining, ASM International, USA, (1998)

[13]

Cohen Paul H., “Force, Power, and Stresses in Machining”, Metals Handbook Ninth Editon, Vol. 16, Machining, ASM International, USA, (1998)

38

[14]

Philipp Andrae, Dipl.-ing. “High Speed Cutting (HSC)”, http://ifwpc8.ifw.uni-hannover.de/Bereich3/Forschen/36_le.htm

[15]

Essam El-Magd, Cristoph Treppmann, “Simulation of Chip Formation at High Speed Cutting Rates by Means of Split-Hopkinson Bar Test ”, http://www.ndt.net/abstract/mp/data/1999113.htm.

[16]

Hans Kurt T., Raouf Ben Amor, Philipp Andrae, “Chip Formation in High Speed Cutting (HSC)”, Technical Paper, Society Manufacturing Engineers, Dearborn, (1999)

[17]

Kalpakjian. S., “Manufacturing Processes for Engineering Material”, Addison Wesley Publishing Company, Chicago, (1991)

39

Lampiran A DATA PENGAMATAN

Mesin Tipe mesin

: Turning CNC Mazak : Turning 8N / Mazatrol Tplus

Benda kerja Material

: Silindris : S50C

feed dalam pot.

Insert tool

: CNMG 120408-WF

Kekerasan

: 177 BHN

panjang pot. : 80 mm

Grade

: New GC4015

Tegangan tarik : 597 N/sqmm

Kec. makan : 977.13 mm/min

dia.

Put. Spindel : 4885.6 1/min

Kec. Potong : 1350 m/min

Beban

: 88 mm

1

2

3

4

5

6

7

8

: 0.2 mm/r : 0.5 mm


dia.



Beban

: 86 mm

1

2

3

4

5

6

7

8

Px

%

16

16

15

14

17

18

14

17

Px

%

15

14

17

16

15

16

18

17

Pz

%

16

16

15

17

15

15

17

16

Pz

%

12

15

13

14

16

15

16

16

Ps

%

117

120

118

122

120

123

119

124

Ps

%

118

112

115

110

107

116

120

119

1

2

3

4

5

6

7

8

1

2

3

4

5

6

7

8

0,28

0,21

0,27

0,20

0,31

0,45

0,34

0,46

0,24

0,31

0,32

0,4

0,32

0,36

0,33

0,43

1

2

3

4

5

6

7

8

1

2

3

4

5

6

7

8

Kekasaran Ra

µm

Geram t

mm 0,335 0,335 0,335 0,335 0,335 0,330 0,330 0,330

Kekasaran Ra

µm

Geram t

mm 0,345 0,320 0,345 0,335 0,335 0,325 0,345 0,345

DATA PENGAMATAN

Mesin Tipe mesin



: Silindris : S50C

feed dalam pot.

Insert tool

: CNMG 120408-WF

Kekerasan

: 177 BHN


Grade

: New GC4015



dia.

Put. Spindel : 4739 1/min


Beban

: 84 mm

1

2

3

4

5

6

7

8

: 0.2 mm/r : 0.5 mm


dia.



Beban

: 82 mm

1

2

3

4

5

6

7

8

Px

%

15

15

18

15

18

15

18

15

Px

%

15

17

17

17

17

17

16

15

Pz

%

11

12

14

16

15

13

15

16

Pz

%

11

12

16

14

16

13

15

16

Ps

%

114

114

120

118

120

114

120

118

Ps

%

109

112

116

114

120

115

120

118

1

2

3

4

5

6

7

8

1

2

3

4

5

6

7

8

0,30

0,46

0,29

0,36

0,41

0,49

0,47

0,52

0,34

0,61

0,50

0,64

0,51

0,64

0,62

0,73

1

2

3

4

5

6

7

8

1

2

3

4

5

6

7

8

Kekasaran Ra

µm

Geram t

mm 0,330 0,340 0,335 0,350 0,350 0,330 0,355 0,340

Kekasaran Ra

µm

Geram t

mm 0,360 0,340 0,360 0,340 0,345 0,350 0,350 0,365

DATA PENGAMATAN

Mesin Tipe mesin



: Silindris : S50C

feed dalam pot.

Insert tool

: CNMG 120408-WF

Kekerasan

: 177 BHN


Grade

: New GC4015



dia.



Beban

: 80 mm

1

2

3

4

5

6

7

8

: 0.2 mm/r : 0.5 mm

Kec. makan : 1100 m/min

dia.



Beban

: 78 mm

1

2

3

4

5

6

7

8

Px

%

15

17

17

17

18

16

18

15

Px

%

19

17

15

15

20

17

14

19

Pz

%

16

16

16

14

12

15

14

16

Pz

%

13

13

13

14

12

14

13

14

Ps

%

107

107

107

112

106

108

110

107

Ps

%

103

103

105

107

100

106

104

107

1

2

3

4

5

6

7

8

1

2

3

4

5

6

7

8

0,48

0,67

0,61

0,73

0,50

0,59

0,71

0,65

0,78

0,86

0,59

0,72

0,51

0,60

0,62

0,62

1

2

3

4

5

6

7

8

1

2

3

4

5

6

7

8

Kekasaran Ra

µm

Geram t

mm 0,340 0,360 0,345 0,350 0,335 0,340 0,330 0,335

Kekasaran Ra

µm

Geram t

mm 0,360 0,365 0,350 0,340 0,350 0,340 0,345 0,340

DATA PENGAMATAN

Mesin Tipe mesin



: Silindris : S50C

feed dalam pot.

Insert tool

: CNMG 120408-WF

Kekerasan

: 177 BHN


Grade

: New GC4015



dia.



Beban

: 76 mm

1

2

3

4

5

6

7

8

: 0.2 mm/r : 0.5 mm


dia.



Beban

: 74 mm

1

2

3

4

5

6

7

8

Px

%

15

15

14

16

21

19

23

18

Px

%

18

16

17

16

22

23

18

19

Pz

%

12

13

14

13

12

12

12

12

Pz

%

12

12

12

13

13

13

12

12

Ps

%

97

98

97

98

100

99

103

98

Ps

%

92

93

92

95

100

100

103

104

1

2

3

4

5

6

7

8

1

2

3

4

5

6

7

8

0,64

0,74

0,70

0,72

0,89

0,77

0,90

0,80

0,78

0,90

0,77

0,89

0,73

0,83

0,79

0,89

1

2

3

4

5

6

7

8

1

2

3

4

5

6

7

8

Kekasaran Ra

µm

Geram t

mm 0,365 0,365 0,365 0,345 0,375 0,375 0,370 0,350

Kekasaran Ra

µm

Geram t

mm 0,380 0,365 0,375 0,380 0,375 0,375 0,365 0,375

DATA PENGAMATAN

Mesin Tipe mesin



: Silindris : S50C

feed dalam pot.

: 0.2 mm/r : 0.5 mm

Insert tool

: CNMG 120408-WF

Kekerasan

: 177 BHN


Grade

: New GC4015



dia.

: 72 mm

Kec. makan : 819 mm/min

dia.


feed

: 950 m/min



Beban

1

2

3

4

5

6

7

8

Beban

: 70 mm

1

2

3

4

5

6

7

8

Px

%

18

19

18

16

23

19

19

20

Px

%

23

21

21

22

17

18

20

16

Pz

%

12

12

12

12

12

13

13

13

Pz

%

12

12

12

12

12

12

12

12

Ps

%

96

95

94

95

87

96

96

97

Ps

%

90

90

92

90

83

86

91

87

1

2

3

4

5

6

7

8

1

2

3

4

5

6

7

8

0,76

0,92

0,82

0,92

0,83

0,9

0,92

0,97

1,03

1,03

0,96

1,02

0,82

0,8

0,97

0,92

1

2

3

4

5

6

7

8

1

2

3

4

5

6

7

8

Kekasaran Ra

µm

Geram t

mm 0,350 0,340 0,360 0,375 0,370 0,370 0,360 0,360

Kekasaran Ra

µm

Geram t

mm 0,355 0,340 0,340 0,345 0,340 0,360 0,365 0,365

DATA PENGAMATAN

Mesin Tipe mesin



: Silindris : S50C

feed dalam pot.

Insert tool

: CNMG 120408-WF

Kekerasan

: 177 BHN


Grade

: New GC4015



dia.



Beban

: 68 mm

1

2

3

4

5

6

7

8

: 0.2 mm/r : 0.5 mm


dia.



Beban

: 66 mm

1

2

3

4

5

6

7

8

Px

%

20

20

23

22

16

19

17

16

Px

%

18

20

19

20

18

19

16

20

Pz

%

12

12

12

12

12

12

12

12

Pz

%

12

11

11

11

13

11

14

12

Ps

%

87

87

92

91

73

86

84

80

Ps

%

68

83

85

84

85

82

87

72

1

2

3

4

5

6

7

8

1

2

3

4

5

6

7

8

1,03

1,01

1,09

1,10

0,83

0,99

0,87

0,88

0,98

1,03

0,99

1,13

0,98

0,93

1,01

0,98

1

2

3

4

5

6

7

8

1

2

3

4

5

6

7

8

Kekasaran Ra

µm

Geram t

mm 0,375 0,385 0,385 0,395 0,385 0,365 0,385 0,370

Kekasaran Ra

µm

Geram t

mm 0,385 0,375 0,385 0,385 0,385 0,375 0,385 0,385

DATA PENGAMATAN

Mesin Tipe mesin



: Silindris : S50C

feed dalam pot.

Insert tool

: CNMG 120408-WF

Kekerasan

: 177 BHN


Grade

: New GC4015



dia.



Beban

: 64 mm

1

2

3

4

5

6

7

8

: 0.2 mm/r : 0.5 mm


dia.



Beban

: 62 mm

1

2

3

4

5

6

7

8

Px

%

19

20

18

22

20

19

22

21

Px

%

23

21

21

24

20

23

21

22

Pz

%

11

11

11

12

13

13

14

13

Pz

%

11

11

11

12

12

12

11

12

Ps

%

65

70

78

82

85

83

87

85

Ps

%

66

66

66

67

59

67

66

67

1

2

3

4

5

6

7

8

1

2

3

4

5

6

7

8

0,99

1,05

1,12

1,10

1,07

1,07

1,05

1,13

1,14

1,08

1,07

1,09

1,10

1,12

1,14

1,13

1

2

3

4

5

6

7

8

1

2

3

4

5

6

7

8

Kekasaran Ra

µm

Geram t

mm 0,395 0,385 0,385 0,385 0,380 0,380 0,380 0,385

Kekasaran Ra

µm

Geram t

mm 0,400 0,375 0,390 0,400 0,375 0,385 0,390 0,400

DATA PENGAMATAN

Mesin Tipe mesin



: Silindris : S50C

feed dalam pot.

Insert tool

: CNMG 120408-WF

Kekerasan

: 177 BHN


Grade

: New GC4015


Kec. makan : 690 mm/min

dia.



Beban

: 60 mm

1

2

3

4

5

6

7

8

: 0.2 mm/r : 0.5 mm


dia.



Beban

: 58 mm: 58 mm

1

2

3

4

5

6

7

8

Px

%

20

23

22

22

19

24

20

21

Px

%

20

24

22

23

22

22

21

24

Pz

%

12

12

12

11

12

11

12

11

Pz

%

12

11

11

11

12

11

12

11

Ps

%

61

70

69

63

55

63

58

60

Ps

%

50

60

58

62

57

52

56

64

1

2

3

4

5

6

7

8

1

2

3

4

5

6

7

8

1,23

1,33

1,27

1,32

1,22

1,42

1,20

1,24

1,31

1,45

1,38

1,42

1,27

1,36

1,33

1,53

1

2

3

4

5

6

7

8

1

2

3

4

5

6

7

8

Kekasaran Ra

µm

Geram t

mm 0,380 0,385 0,370 0,355 0,390 0,375 0,385 0,380

Kekasaran Ra

µm

Geram t

mm 0,375 0,375 0,380 0,375 0,375 0,390 0,405 0,390

LAMPIRAN B STANDARD SPECIFICATION OF THE MACHINE B-1. Principle Specification Specification Item

Description

Unit

YMC

S.E. Asia

T-Plus Capacity

Main spindle

Turret

Chuck size

EIA

Inch

6”

Maximum swing

mm (in.)

φ 490 (19.1/4)

Standard machining diameter

mm (in.)

φ 160 (6.30)

Maximum machining diameter

mm (in.)

Bar work capability

mm (in.)

φ 40 (1.57)

Distance between spindle end and turret end face Maximum machining length (Distance from Z-Axis zero point)

mm (in.)

100 - 390 (3,94 - 15,35)

mm (in.)

285 (11.22)

Maximum support weight

Kg (lbs)

25 (55.12) [chuck work] 30 (66,14) [Shaft work] 6000 5000 4000 6000 5000 4000

Rotating speed

Without chuck With chuck

mm (in.)

Motor output (30-min. rating)

kW (HP)

φ 160 (6.30)

*1

rpm

Bore

φ 50 (1.97) 7.5 (10)

Maximum torque

Kgf-m(ft-lbs)

9.8 (70.9)

Number of tools

pcs

8(8D turret) 12(12D turret)

Tool size Indexing time Feed axes

EIA

Rapid feed rate Rapid feed time constant Indexing time Indexing time

OD turning ID turning One potion Full turn

mm (in.) sec

X/Z

m/min (IPM)

X/Z

msec

Z X

9.0 (65.1)

8.0 (57.9)

8 (8D turret)

20 x 20 x 100 (3/4 x 3/4 x 3/4) 25 (1.00) 0.28 0.58 30.5/33 30/30 (1200/1300) (1181/1181) 80/70

90/90

mm (in.)

100 (3.75) 290 (11.40) *1

48

5.5 (7.3)

With 8D turret: With 12D turret:

φ 160 (6.30) φ 110 (4.33)

Specification Item

Description

Unit

YMC T-Plus

Tailstock

Tailstock type

Manual tailstock

Tailstock movement stroke

mm (in.)

325 (12.80)

Tail spindle diameter

mm (in.)

φ 55 (2.17)

Tail spindle hole taper

-

M. T. No. 4

kgf (lbs)

150 (331)

-

Dead center

mm (in.)

95 (3.74)

L (in3)

100 (6102)

Tailstock center type Tail spindle movement stroke Coolant tank capacity Power requirement Overall dimensions

EIA

-

Max. tail spindle thrust power

Other

S.E. Asia

Tool size

kVA

Spindle centre height Overal length

21.812

mm (in.)

16.7

EIA

13.7

1000 (39.37) 2007 (79.02)

Overal width

1870 (73.62) 1330 (52.37)

Overall height Floor space requirement

2 2 m (ft )

Machine weight

kg (lbs)

49

1920 (75.59)

1810 (71.26)

2.67 (28.74)

2.49 (26.80) 2650 (5842)

B-2. Spindle Speed – Motor Output Characteristic Curve

50

PENGARUH KECEPATAN POTONG TINGGI TERHADAP KUALITAS PERMUKAAN BENDA KERJA PADA PROSES BUBUT

Recommend Documents