PEMESINAN RAMAH LINGKUNGAN BAHAN AERO-ANGKASA PADUAN TITANIUM MENGGUNAKAN PAHAT KARBIDA

PEMESINAN RAMAH LINGKUNGAN BAHAN AERO-ANGKASA PADUAN TITANIUM MENGGUNAKAN PAHAT KARBIDA Pidato Pengukuhan Jabatan Guru Besar Tetap dalam Bidang Ilmu Pemotongan Logam pada Fakultas Teknik, diucapkan di hadapan Rapat Terbuka Universitas Sumatera Utara Gelanggang Mahasiswa, Kampus USU, 12 April 2008

Oleh: ARMANSYAH GINTING

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2008

Armansyah Ginting: Pemesinan Ramah lingkungan Bahan Aero-Angkasa Paduan Titanium Menggunakan Pahat Karbida, 2008. USU e-Repository © 2008


Pemesinan Ramah Lingkungan Bahan Aero-Angkasa Paduan Titanium Menggunakan Pahat Karbida

Assalamualaikum Warahmatullahi Wabarakatuh Yang terhormat, • • • • • • • •

Bapak Ketua dan Anggota Majelis Wali Amanat Universitas Sumatera Utara Bapak Rektor Universitas Sumatera Utara Para Pembantu Rektor Universitas Sumatera Utara Ketua dan Anggota Senat Akademik Universitas Sumatera Utara Ketua dan Anggota Dewan Guru Besar Universitas Sumatera Utara Para Dekan Fakultas/Pembantu Dekan, Direktur Sekolah Pascasarjana, Direktur dan Ketua Lembaga di lingkungan Universitas Sumatera Utara Para Dosen, Mahasiswa, dan Seluruh Keluarga Besar Universitas Sumatera Utara Seluruh Teman Sejawat serta para undangan dan hadirin yang saya muliakan

Puji dan syukur saya panjatkan ke hadirat Allah Azza wa Jalla yang telah melimpahkan rahmat dan karunia-Nya kepada saya dan kita semua sehingga dapat hadir dalam acara pengukuhan saya sebagai Guru Besar Tetap dalam Bidang Ilmu Pemotongan Logam (Metal Cutting) pada Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. Semoga kehormatan yang saya peroleh pada hari ini senantiasa diridhoi Allah Azza wa Jalla dan membawa berkah bagi saya, keluarga, dan almamater saya yaitu Universitas Sumatera Utara. Selanjutnya, izinkanlah saya menyampaikan Pidato Pengukuhan berjudul: PEMESINAN RAMAH LINGKUNGAN BAHAN AERO-ANGKASA PADUAN TITANIUM MENGGUNAKAN PAHAT KARBIDA

Para hadirin yang saya muliakan, 1. PENDAHULUAN 1.1. Ketermesinan Paduan Titanium vs Produksi Industri AeroAngkasa Hampir enam dekade telah berlalu sejak awal paduan titanium (titanium alloys) digunakan sebagai bahan baku struktur produk industri aeroangkasa (aerospace industries), namun usaha untuk meningkatkan ketermesinan yang rendah (low machinability) bahan ini masih berlanjut

1


Pidato Pengukuhan Jabatan Guru Besar Tetap Universitas Sumatera Utara

hingga hari ini. Sifat ketermesinan yang rendah ini menyebabkan paduan titanium disebut difficult-to-machine material. Penelitian untuk meningkatkan ketermesinan paduan titanium ini bertumpu pada kajian prestasi pahat, pemilihan bahan dan geometri pahat, dan kondisi pemotongan optimal yang dicirikan oleh nilai parameter kondisi pemotongan, keadaan aus pahat (tool wear), dan umur pahat (tool life) yang dapat dicapai [1-9]. Seiring dengan itu, keutuhan permukaan (surface integrity) juga mendapat tumpuan pada kajian peningkatan ketermesinan paduan titanium [10-13]. Berbagai bahan pahat, yaitu Baja Berkelajuan Tinggi (High Speed Steel/HSS), Cast Cobalt Iron, Carbide (Karbida), Ceramic, Cobalt Boron Nitride (CBN), dan Diamond, telah digunakan untuk membombardir sifat ketermesinan paduan titanium yang rendah. Dari penelitian-penelitian yang telah dilakukan, dilaporkan bahwa pahat karbida (WC-Co) berpengenal ISO tipe K merupakan bahan pahat yang menunjukkan prestasi dan nilai ekonomi yang dapat diandalkan untuk memotong paduan titanium [14-19]. Pahat karbida (WC-Co) dapat memotong paduan titanium dengan laju pemotongan (cutting speed) 45-60 m/min. Kegagalan pahat karbida untuk dapat digunakan lebih cepat (higher cutting speed) dan lebih lama (longer tool life) pada saat memotong paduan titanium adalah disebabkan oleh aus kawah (crater wear) maupun aus tepi (flank wear) yang dipicu oleh mekanisme aus geseran (attrition), aus lekatan (adhesive), dan aus pelarutan-resapan (diffusion-dissolution) yang terjadi pada suhu o pemotongan tinggi (> 850 C) [1,3,14-18]. Untuk tujuan meningkatkan laju pemotongan (higher cutting speed) dan umur pahat (longer tool life), berbagai usaha telah ditempuh oleh para peneliti ketermesinan paduan titanium. Usaha yang paling berhasil adalah memperpanjang umur pahat dengan menggunakan cairan pemotongan (cutting fluids) pada saat pemotongan paduan titanium berlangsung, manakala peningkatan laju pemotongan belum berhasil ditingkatkan. Berbagai jenis cairan pemotongan telah diuji, mulai cairan pemotongan berbasis air, minyak, maupun kriogenik (cryogenic) [1,8,9,20-30]. Cara mengalirkan cairan pemotongan tersebut juga telah divariasikan, mulai dengan metode banjiran (flooding) hingga berkapasitas 660 L/jam, maupun dengan metode tekanan tinggi (high pressure) hingga 15 MPa [1,3,5,7,24,29]. Informasi yang diperoleh dari salah satu industri aero-angkasa terkemuka yang memproduksi mesin pesawat terbang (aeroengine) yaitu Rolls-Royce,

2



tercatat bahwa hingga tahun 2020 direncanakan untuk memproduksi sejumlah 48,060 mesin pesawat terbang yang baru (Tabel 1.1) [31]. Diantara jenis aeroengine yang diproduksi pada Tabel 1.1, untuk mesin dengan daya dorong > 65,000 lb yaitu Rolls-Royce tipe Trent 900, diperuntukkan sebagai mesin pendorong pesawat angkut komersial terkini yaitu Airbus A380 (Gambar 1.1). Hingga tahun 2009, diharapkan tidak kurang dari 185 pesawat Airbus A380 akan beroperasi dan ini berarti ada 740 aeroengine baru akan telah digunakan.

Gambar 1.1 Mesin Rolls-Royce Tipe Trent 900 pada Airbus A380 [31] Tabel 1.1. Jumlah Produksi Aeroengine Hingga 2020 [31] Jenis/Tahun 2000 – 2009 2010 – 2019 < 22,000 lb thrust 22 – 45,000 lb thrust 45 – 65,000 lb thrust > 65,000 lb thrust Total

2000 – 2019

3,130 9,560 2,690 5,380

3,430 11,560 5,340 6,970

6,560 21,120 8,030 12,350

20,760

27,300

48,060

1.2. Cairan Pemotongan vs Pemesinan Ramah Lingkungan Cairan pemotongan yang digunakan untuk meningkatkan ketermesinan paduan titanium (umur pahat) lazimnya memiliki masa pakai tertentu. Telah dipaparkan di atas bahwa jumlah cairan pemotongan yang digunakan mencapai kapasitas 660 L/jam. Apabila kapasitas tanki cairan pemotongan pada mesin perkakas yang digunakan untuk memproduksi aeroengine adalah rata-rata 500 liter untuk masa pakai 3 bulan dan satu unit aeroengine diproduksi dalam masa 1 tahun [32]; dengan asumsi bahwa 1 mesin perkakas melayani produksi 1 unit aeroengine dan selama 20 tahun

3



mesti terselesaikan 43,060 aeroengine, maka diperlukan 2,403 mesin perkakas yang bekerja untuk mewujudkan hal tersebut. Sebagai konsekuensi dari praktek pemotongan paduan titanium pada industri aeroangkasa, maka akan terdapat sekitar 9.7 juta L/tahun cairan pemotongan bekas yang dihasilkan sebagai limbah cair dari industri aero-angkasa. Cairan pemotongan yang digunakan pada pemotongan logam adalah cairan non-biodegradable. Ini berarti bahwa cairan pemotongan bekas tersebut perlu mendapat perlakuan khusus agar ketika dibuang ke alam dengan mudah dan cepat dapat terurai. Perlakuan khusus ini memerlukan biaya yang tidak sedikit yaitu sebesar 400% dari nilai investasi cairan pemotongan yang digunakan [8-9]. Lazimnya pembuangan cairan pemotongan bekas dilakukan dengan memasukkan limbah cair tersebut ke dalam kontainer dan ditimbun di tanah [33-39]. Hal ini jelas akan mengganggu lingkungan sebab cairan pemotongan bekas akan terus menerus dihasilkan sebagai limbah cair industri pemotongan logam yang tidak hanya berasal dari industri pesawat terbang tetapi juga industri otomotif yang semakin pesat berkembang dan industri pemotongan logam lainnya. Berdasarkan kenyataan tersebut dan pertimbangan ekologi, maka negaranegara Eropa telah memberlakukan regulasi penanganan cairan pemotongan bekas sebagai limbah cair industri pemotongan logam. Dari sisi ekonomi, cairan pemotongan mengkontribusi (16-20)% kepada ongkos produksi, manakala pahat hanya mengkontribusi 4%. Apabila cairan pemotongan tetap digunakan demi peningkatan ketermesinan paduan titanium, maka ongkos produksi akan bertambah (64-80)%, sebab diperlukan biaya tambahan sebesar 400% bagi proses perlakuan khusus cairan pemotongan bekas agar dapat dibuang ke alam. Memandang kenyataan seperti di atas, Machining Technology Association of the Society Manufacturing Engineers dalam laporan tahunan 2001 yang berjudul “Machining tech trends 2001 – The future of machining technology and process” [40] merekomendasikan metode pemesinan kering (dry machining) untuk mengatasi masalah limbah cair dari cairan pemotongan bekas. Pemesinan kering ini merupakan suatu gagasan di mana proses pemotongan logam mesti mengurangi jumlah pemakaian cairan pemotongan hingga kapasitas maksimum 50 mL/jam atau bilamana memungkinkan tidak digunakan sama sekali. Gagasan tersebut demikian sederhana tetapi untuk mewujudkannya perlu suatu kajian yang komprehensif. Menurunkan kapasitas cairan pemotongan

4



dari 660 L/jam hingga 50 mL/jam atau meniadakannya bukan hal yang mudah. Namun demikian, gagasan ini jelas berpihak pada isu “save the environment” dan karena itu dari sudut pandang ekologi, pemesinan kering disebut pemesinan ramah lingkungan, “green machining” atau “ecomachining”. 1.3. Objektif Objektif umum dari kajian yang dilakukan adalah menemukan solusi agar konsep pemesinan kering dapat diimplementasikan pada pemotongan paduan titanium. Solusi yang ditemukan akan dapat diterima jika menghasilkan prestasi setara dengan prestasi ketermesinan paduan titanium hari ini, yaitu pada keadaan pemesinan basah (menggunakan cairan pemotongan) dengan laju pemotongan 60 m/min dan umur pahat tidak kurang dari 5 menit.

2. MERANCANG DAN MENGEMBANGKAN PAHAT PADUAN KARBIDA 2.1. Bahan Paduan Titanium Bahan bendakerja yang dipilih pada kajian untuk mewujudkan pemesinan kering paduan titanium ini adalah paduan titanium Ti-6242S. Paduan titanium ini berasal dari kelas α−β yang memiliki sifat ketangguhan pada suhu tinggi yang lebih baik dari paduan titanium Ti-64. Paduan titanium ini akan digunakan untuk menggantikan penggunaan Ti-64 pada aeroengine, misalnya untuk turbine blade. Sifat fisik dan komposisi kimia paduan titanium Ti-6242S adalah sebagaimana diberikan pada Tabel 2.1 dan 2.2, manakala struktur mikronya pada Gambar 2.1. Tabel 2.1. Sifat Fisik Paduan Titanium Ti-6242S [41] Tensile strength (MPa)

≥ 895

Yield strength (MPa)

830

Creep stress (MPa)

240

Hardness (HRc)

~36

Density (kg/m3)

4540 -6 o

Linear thermal expansion (10 / C) Thermal conductivity (W/mK)

9.9 8 – 12

5



Tabel 2.2. Komposisi Kimia Paduan Titanium Ti-6242S [41] Elements Minimum(%) Maximum(%) Al Zr Mo Sn Fe O2 Si C N2 H2 Y Others Ti

5.50 3.60 1.80 1.80 0.100

6.50 4.40 2.20 2.20 0.25 0.15 0.10 0.05 0.05 0.015 0.005 0.300 to 100%

Gambar 2.1 Struktur Mikro Paduan Titanium Ti-6242S

2.2. Perancangan dan Pengembangan Pahat Gambar 2.2 adalah ilustrasi sistem pemotongan ortogonal pada proses pemotongan paduan titanium. Ilustrasi menunjukkan bahwa ada 3 (tiga) elemen pada sistem tersebut yaitu bendakerja (workpiece), pahat (tool), dan cairan pemotongan (cutting fluids), manakala geram (chip) adalah berasal dari bendakerja yang telah berubah bentuk sebagai konsekuensi dari pemotongan bendakerja. Untuk mewujudkan konsep pemesinan kering, elemen cairan pemotongan akan ditiadakan dari sistem tersebut sehingga elemen yang tinggal hanyalah pahat dan bendakerja.

6



Gambar 2.2 Ilustrasi Sistem Pemotongan Ortogonal

Apabila bendakerja adalah paduan titanium yang bersifat tetap, misalnya paduan titanium Ti-6242S, maka hanya elemen pahat yang memiliki potensi untuk dikaji ulang. Inilah sebenarnya inti kajian yang dilakukan yaitu mengembangkan pahat yang dapat digunakan sebagai solusi untuk memotong paduan titanium pada kondisi pemesinan kering atau pemesinan ramah lingkungan. Memperhatikan sifat paduan titanium yang memiliki konduktivitas termal yang relatif rendah, mudah bereaksi dengan logam lain pada keadaan tekanan dan suhu tinggi, memiliki nilai koefisien gesek yang relatif tinggi, dan sifat kekuatan handal pada suhu tinggi yang didukung oleh densitas rendah membuat paduan titanium menjadi bahan yang sulit dibentuk melalui proses pemotongan. Untuk memotong paduan titanium diperlukan bahan pahat yang memiliki konduktivitas termal dan ketangguhan yang baik seperti Baja Berkelajuan Tinggi (High Speed Steel) namun keras sehingga tidak mudah terdeformasi seperti Karbida (Tungsten Carbide) dan stabil atau tidak mudah bereaksi seperti Keramik (Alumina). Namun sayang sekali, bahan dengan sifat yang kompleks tersebut belum lagi ditemukan dalam satu kesatuan substansi. Oleh karena itu, pengembangan pahat mestilah ditumpukan pada potensi teknologi pelapisan (coating technology) setelah mendapatkan bahan dasar (substrate) pahat yang handal. 2.2.1. Bahan Dasar Pahat Pahat yang dikembangkan diperuntukkan bagi memotong paduan titanium Ti-6242S (atau sekelasnya) yang merupakan bahan baku aeroengine dan pada kajian ini, komponen aeroengine yang diproduksi adalah bilah turbin

7



(turbine blade) (Gambar 2.3). Untuk memproduksi komponen dengan geometri berkontur demikian, maka dirancang geometri pahat berbentuk bebola yang dapat digunakan pada operasi pemesinan frais. Pahat tesebut dinamakan dengan pahat frais ujung bebola atau “ball end milling tool” (Gambar 2.4) [42]. Hanya ada 7 (tujuh) jenis bahan dasar pahat yang tersedia hingga kini yaitu Cast Iron, Cast Cobalt Iron, High Speed Steel, Carbide, Ceramic, Cubic Boron Nitride, dan Diamond. Untuk operasi pemesinan frais, hanya High Speed Steel dan Carbide yang berpotensi dapat digunakan disebabkan oleh beban impak (impact load) yang menjadi sifat operasi pemesinan frais. Beban impak pada operasi frais akan mengakibatkan pahat Cast Iron dan Cast Cobalt Iron akan mengalami ubah bentuk plastik (plastic deformation), manakala Ceramic, Cubic Boron Nitride, dan Diamond akan mengalami patah rapuh (brittle fracture) karena sifat bahan pahat tersebut yang keras getas (brittle materials).

Gambar 2.3 Mesin Pesawat Terbang dan Bilah Turbinnya (kiri: Potongan Rolls-Royce Tipe Trent 900 [31], n Posisi Bilah Turbin dan Bilah Turbin Hasil Pemotongan)

Selanjutnya kandidat bahan dasar pahat yaitu High Speed Steel dan Carbide dihubungkan dengan sifat paduan titanium yang telah dipaparkan di atas, dan sifat pemesinan kering yaitu suhu pemotongan yang tinggi (> 850 oC). Dalam hal ini, perhitungan dengan metode elemen hingga (finite element method) menunjukkan bahwa High Speed Steel berpotensi mengalami ubah bentuk plastik berbanding Carbide apabila melakukan pemotongan akibat beban gandengan termo-mekanik (thermo-mechanical coupled load) saat pemesinan frais kering berlangsung.

8



Keadaan di atas membawa kepada suatu keputusan bahwa pahat Karbida (Carbide) tetap menjadi bahan pahat yang paling berpotensi. Beberapa penelitian terdahulu [14,18] melaporkan bahwa pahat karbida paduan (alloyed uncoated carbide) tidak direkomendasikan untuk memotong paduan titanium disebabkan laju aus yang tinggi. Namun demikian, memperhatikan sifat-sifat bahan paduan yang dapat digunakan untuk menyusun bahan dasar (substrate) pahat, yaitu Titanium Carbide (TiC) yang lebih keras dari Tungsten Carbide (WC) berguna untuk meningkatkan ketahanan aus, Tantalum (Ta) dan Niobium (Nb) Carbide (Ta/Nb-C) berguna untuk meningkatkan ketangguhan menghadapi ubah bentuk plastik pada suhu tinggi. Kelebihan bahan paduan tersebut telah dikemas dalam paduan pahat karbida (W-Ti/Ta/Nb)C-Co dan diperkaya lagi dengan ide menjadikan mereka lebih homogen (padat) dengan teknologi pemadatan serbuk, yaitu menggunakan ukuran butiran 1-2 mikron. Melalui simulasi perhitungan metode elemen hingga, maka dihasilkan pahat paduan karbida dengan geometri sebagaimana ditunjukkan pada Gambar 2.4. Pahat paduan karbida (W-Ti/Ta/Nb)C-Co yang dikembangkan pada penelitian ini selanjutnya diperkaya lagi dengan teknologi pelapisan (coating technology) dengan tujuan untuk meningkatkan prestasi pahat paduan karbida. Dari pertimbangan rancangan dan simulasi perhitungan metode elemen hingga yang dilakukan, maka diputuskan bahwa bahan pelapis yang menyelimuti pahat paduan karbida (W-Ti/Ta/Nb)C-Co adalah TiN, TiC, dan TiCN. Pelapisan dilakukan dengan metode Chemical Vapour Deposition (CVD). Keterangan rinci sifat fisik dan komposisi kimia pahat yang dikembangkan secara umum diberikan pada Tabel 2.3 dan 2.4.

Gambar 2.4 Pahat Ball end Milling Tool yang Dikembangkan (kiri: Geometri Pahat, kanan: Produk Pahat Paduan Karbida)

9



Tabel 2.3. Sifat Fisik dan Komposisi Kimia Pahat Paduan Karbida 69.8%WC Tool substrate 9.50%Co 20.7% (Ti/Ta/Nb) Hardness 25 oC (HV10) Hot hardness 800 oC (kg/mm2) Density (g/cm3) Thermal conductivity (W/mK) Thermal expansion (10-6/K) Modulus of elasticity (GPa) Traverse rupture (GPa)

1485 600 11.4 45 6.1 510 2.2

Tabel 2.4. Sifat Fisik dan Karakteristik Material Pelapis Pahat Paduan Karbida. Coating material characteristics TiN TiC TiCN Method of deposition Coating design (total of 9 layers) Hardness 25 oC (HV10) Thermal cond. 727 oC (W/mK) Thermal exp. (10-6/K) Melting point (oC) Density (g/cm3)

Chemical Vapour Deposition (CVD) 5 layers 3 layers 1 layer 2200 2110 2300 25 28 31 9.35 8.85 8.65 2950 3000 3070 3.44

3.65

4.18

3. PENEMUAN DAN SUMBANGAN UTAMA 3.1. Prestasi Pahat Karbida dan Kondisi Pemotongan Optimum Dari paparan bagian 2.2 Perancangan dan Pengembangan Pahat, bahwa 2 (dua) tipe pahat telah dikembangkan untuk mewujudkan objektif penelitian ini, yaitu sebagaimana yang ditunjukkan pada Tabel 3.1. Tabel 3.1. Tipe Pahat Karbida untuk Pemesinan Kering Paduan Titanium Ti6242S Nama pahat Unsur Pahat paduan karbida (Tool A)

(W-Ti/Ta/Nb)C-Co

Pahat paduan karbida berlapis CVD (Tool B)

(W-Ti/Ta/Nb)C-Co + TiC/TiCN/TiN

Eksperimen dibagi kepada 2 (dua) tahapan, yaitu tahapan kepekaan (sensitivity stage) dan tahapan prestasi (performance stage). Tahapan kepekaan ditujukan untuk memperoleh ambang batas kondisi pemotongan yang mampu dicapai oleh pahat, manakala tahapan prestasi ditujukan untuk menentukan daerah moderat pahat [43,44]. Hasil tahapan prestasi kemudian digunakan untuk menyusun model matematika umur pahat (T),

10



volume bahan terbuang (Q) dan laju pembuangan bahan (MRR) serta akhirnya dikembangkan satu metode yang merelasikan ketiga model matematika tersebut bagi memperoleh kondisi pemotongan optimum [45]. Untuk tahapan kepekaan, kondisi pemotongan pengujian dimulai dari kondisi pemotongan yang lazim digunakan pada industri aero-angkasa untuk memotong paduan titanium yaitu laju pemotongan (cutting speed/v) 60 m/min, pemakanan (feeding/fz) 0.1 mm/tooth, kedalaman potong aksial (axial depth of cut/aa) 2 mm dan kedalaman potong radial (radial depth of cut/ar) 55% dari diameter nominal pahat bebola. Hasil dari pengujian pada tahapan ini menunjukkan bahwa kondisi pemotongan hingga laju pemotongan 150 m/min dan pemakanan 0.15 mm/tooth dapat dilakukan, manakala kedalaman potong aksial dan radial adalah konstan. Laju pemotongan yang lebih tinggi akan menghasilkan umur pahat kurang dari 5 (lima) menit dan berakhir dengan kegagalan pahat katastropik (catastrophic failure), tetapi pada laju pemotongan 60–150 m/min, umumnya kegagalan pahat dicirikan oleh aus tepi lokal (localized flank wear/VB3). Berdasarkan hasil pada tahapan ini, maka kondisi pemotongan yang direkomendasikan untuk tahapan prestasi adalah laju pemotongan 100–125 m/min, pemakanan 0.15–0.2 mm/tooth, kedalaman potong aksial 2–2.5 mm, manakala kedalaman potong radial adalah konstan 8.8 mm (sama dengan 55% dari diameter nominal pahat bebola). Nilai ini merupakan ambang batas bawah (minimal) dan atas (maksimal) kondisi pemotongan pahat yang dirancang dan dikembangkan. Pengujian pada tahapan prestasi diawali dengan mendapatkan data umur pahat dari kondisi pemotongan yang direkomendasikan oleh tahapan kepekaan. Metode pengumpulan data faktorial 23 dengan 4 (empat) titik pusat dan 3 (tiga) replikasi dilakukan pada tahapan prestasi ini. Data hasil pengujian yang diperoleh ditunjukkan pada Gambar 3.1 yaitu plot antara umur pahat (T) dan laju pemotongan (v). Selanjutnya data tersebut diolah menggunakan metode Regressi Multi Linear bagi menghasilkan model matematika umur pahat (T). Persamaan 3.1 dan 3.2 adalah model matematika umur pahat untuk pahat paduan karbida dan pahat paduan karbida berlapis CVD.

11



1000 Experimental data for Tool A

Cutting speed (v ) (m/min).

Model for Tool A Experimental data for Tool B Model for Tool B

100

10 1

10

100

Tool life (T ) (min) Gambar 3.1 Umur Pahat (Tool Life/T) vs Laju Pemotongan (Cutting Speed/v) [43]

T v3.3 fz2.97 aa2.8 = 1.767 x 106

…(3.1)

T v3.58 fz1.25 aa2.04 = 68.312 x 106

…(3.2)

Dari data yang diplot pada Gambar 3.1, tercatat bahwa umur pahat paduan karbida dan paduan karbida berlapis CVD pada rentang laju pemotongan 100–115 m/min adalah antara 5–15 menit. Pada kondisi pemotongan tersebut pula tercatat bahwa kekasaran permukaan termesin (surface roughness) dalam unit Ra adalah 0.39–0.46 mikron dihasilkan oleh pahat paduan karbida dan 0.43–0.50 mikron dihasilkan oleh pahat paduan karbida berlapis CVD. Kondisi pemotongan ini berada pada daerah moderat bagi pahat yang dikembangkan dan kondisi pemotongan ini lebih tinggi dari laju pemotongan karbida yang digunakan untuk memotong paduan titanium pada keadaan basah di hari ini yaitu 60 m/min. Oleh karena itu, dapat disimpulkan bahwa prestasi pahat yang dihasilkan dari penelitian ini mampu digunakan untuk mewujudkan pemesinan kering paduan titanium dengan prestasi yang melampaui prestasi ketermesinan paduan titanium hari ini.

12



Namun demikian, verifikasi hasil eksperimen terhadap hasil simulasi metode elemen hingga untuk perbandingan prestasi pahat paduan karbida berlapis CVD (Tool B) dan yang tidak dilapisi (Tool A), menunjukkan bahwa pelapisan pahat paduan karbida menggunakan bahan pelapis TiC,TiCN,TiN yang bertujuan meningkatkan prestasi pahat belum berhasil diperoleh seperti yang diharapkan. Perbandingan yang didasarkan pada satuan umur pahat (saat umur pahat T = 1 menit), menunjukkan bahwa laju pemotongan yang dihasilkan pahat paduan karbida (v = 155 m/min) lebih tinggi dari laju pemotongan yang mampu dihasilkan oleh pahat paduan karbida berlapis CVD (v = 131 m/min). Hal ini membuktikan bahwa secara eksperimental pahat paduan karbida memiliki prestasi lebih baik dari pahat paduan karbida berlapis CVD dan ini terbalik dengan hasil simulasi metode elemen hingga yang dilakukan pada saat merancang pahat paduan karbida berlapis CVD. Dari hasil ini, maka selanjutnya ditentukan kondisi pemotongan optimum pahat paduan karbida, manakala kegagalan pahat paduan karbida berlapis CVD mengungguli pahat paduan karbida yang tidak berlapis dievaluasi permasalahannya bagi menghasilkan rekomendasi lanjut pengembangan pahat yang lebih handal untuk mewujudkan pemesinan kering paduan titanium. Analog dengan menyusun model matematika umur pahat (T), data volume bahan terbuang (Q) yang dihasilkan dari pengujian pahat paduan karbida (Tool A) diolah dengan Regressi Multi Linear dan diperoleh model matematika Q pada persamaan 3.3. Dari korelasi model umur pahat (T) dan volume bahan terbuang (Q) pada persamaan 3.1 dan 3.3, disusun model matematika laju pembuangan bahan (MRR) dimana MRR = Q/T (cm3/min). Q v2.2 fz1.98 aa1.96 = 3.318 x 103

…(3.3)

Model T, Q selanjutnya digunakan untuk memperkaya data bagi mensimulasikan berbagai kombinasi laju pemotongan, pemakanan dan kedalaman potong aksial bagi menghasilkan suatu gambaran umum karakteristik sebaran data yang mungkin digunakan untuk kondisi pemotongan pada pemesinan kering paduan titanium menggunakan pahat paduan karbida. Akhirnya, dari sebaran data ini, akan diperoleh kondisi pemotongan optimum yang merepresentasikan kompromi terbaik antara 3 (tiga) parameter bebas yaitu laju pemotongan, pemakanan dan kedalaman potong aksial terhadap 2 (dua) parameter terikat yaitu umur pahat dan laju pembuangan bahan.

13



Sebagaimana plot pada Gambar 3.2, model T telah digunakan untuk mensimulasikan hasil umur pahat (TLm) untuk berbagai laju pemotongan pada pemakanan 0.1, 0.15 dan 0.2 mm/tooth. Analog dengan itu, model Q juga telah digunakan untuk mensimulasikan nilai laju pembuangan bahan (MRRm). Dari plot pada Gambar 3.2, diperoleh bahwa kondisi pemotongan optimum dihasilkan oleh perpotongan plot TLm dan MRRm, yaitu pada 3 (tiga) kondisi sebagaimana ditabulasi pada Tabel 3.2.

50

50

25

25

0

0 0

50

100

150

200

TLm (min).

MRRm (cm3/min).

MRRm at fz 0.10 MRRm at 0.15 MRRm at 0.20 TLm at fz 0.10 TLm at 0.15 TLm at 0.20

250

Cutting speed (m/min) Gambar 3.2 Laju Pemotongan (Cutting Speed) vs Umur Pahat (TLm) dan Laju Pembuangan Bahan (MRRm) untuk Menentukan Kondisi Pemotongan Optimum [45] Tabel 3.2 Kondisi Pemotongan Optimum [45] Laju pemotongan (v) (m/min)

Pemakanan (fz) (mm/tooth)

Umur pahat (T) (min)

Laju Pembuangan Bahan (MRR) (cm3/min)

88 113.5

0.10 0.15

9.93 9.97

9.93 9.92

163

0.20

9.92

9.93

14



3.2. Tribo-Energetic Approach dan Coating Delamination Serangkaian eksperimen berupa pengujian pemotongan dilakukan kembali untuk mengevaluasi penyebab kegagalan pahat paduan karbida berlapis CVD dalam mengungguli prestasi pahat paduan karbida (tidak berlapis). Analisis terhadap hasil pengujian ini menunjukkan bahwa aus inisial yang dialami pahat paduan karbida berlapis CVD adalah berupa pengelupasan lapisan (coating delamination) yang menyelimuti mata potong mayor (primary cutting edge) pada saat pemotongan antara panjang pemotongan inisial hingga 250 mm (Gambar 3.3) [43,46-48].

Gambar 3.3 Pengelupasan Lapisan (Coating Delamination) Pahat Karbida Berlapis CVD (a. penampang pahat baru; b. lapisan mata potong mayor terkelupas; c. pembesaran bagian lapisan yang terkelupas c)

Mekanisme terjadinya coating delamination yang digali berdasarkan hasil analisis mikro menggunakan scanning electron microscopy (SEM) dan energy dispersive analysis by X-Ray spectroscopy (EDAX) dapat disimpulkan seperti skema pada Gambar 3.4.

15



Gambar 3.4 Skema Mekanisme Pengelupasan Lapisan (Coating Delamination) [47]

Pada saat merancang pahat paduan karbida berlapis CVD, keadaan c dan d dari skema telah dapat disimulasikan sebelumnya menggunakan perhitungan metode elemen hingga [46]. Hasil simulasi menunjukkan bahwa lapisan yang dirancang mampu menahan suhu pemotongan yang lebih tinggi dari suhu pemotongan yang mampu dibebankan kepada pahat paduan karbida (tidak berlapis) sehingga laju pemotongan dapat lebih ditingkatkan. Simulasi dan hasil perhitungan dimaksud ditunjukkan pada Gambar 3.5. Keadaan e dan f dari skema yang tidak tersimulasikan pada saat merancang pahat disebabkan oleh fokus perhatian yang hanya bersandar pada suhu pemotongan maksimal yang terjadi (Gambar 3.5) tanpa memperhitungkan kemungkinan berubahnya sifat intrinsik bahan pelapis yang seiring dengan perubahan suhu dan perubahan waktu sepanjang pemesinan. Memang persoalannya menjadi demikian kompleks. Jika pada perhitungan suhu pemotongan pada saat rancangan awal pahat, fokus perhitungan hanya pada peristiwa perpindahan panas dengan sifat bahan yang konstan, tetapi dengan terjadinya coating delamination ternyata perlu suatu perhitungan yang lebih kompleks. Perhitungan perubahan sifat intrinsik bahan, yaitu konduktivitas termal, mesti dilakukan setiap langkah

16



kenaikan suhu dan hal ini dilakukan terus menerus sebagai input bagi perhitungan langkah-langkah berikutnya (iteration and continuous calculation). Metode yang disusun untuk perhitungan tersebut dinamakan dengan Tribo-Energetic Approach [47,48].

Gambar 3.5 Simulasi Suhu Pemotongan dengan Metode Elemen Hingga

Target akhir dari Tribo-Energetic Approach ini adalah penyusunan lapisanlapisan bahan pelapis yang menyelimuti bahan dasar pahat (substrate) berdasarkan kepada perubahan konduktivitas termal yang tepat sehingga energi yang timbul sebagai konsekuensi dari peristiwa tribologi pemotongan kering paduan titanium dapat terdisipasi dengan optimal (tribo-energetic approach). Selain itu, metode pendekatan tribo-energetic juga dilakukan untuk mengantisipasi energi yang mempengaruhi aktivitas difusi dan afinitas kimiawi antara permukaan dan bahan pelapis pada lapisan pertama setelah bahan dasar pahat (substrate). Gambar 3.6 menunjukkan bagaimana contoh perhitungan tribo-energetic approach dilakukan untuk merancang ulang pahat paduan karbida berlapis CVD.

17



Gambar 3.6 Tribo-Energetic Approach sebagai Metode Merancang Pahat Paduan Karbida Berlapis CVD dan PVD

4. KESIMPULAN DAN KAJIAN LANJUT 4.1. Kesimpulan Pahat paduan karbida (alloyed carbide tool) (W-Ti/Ta/Nb)C-Co dan pahat paduan karbida berlapis CVD (W-Ti/Ta/Nb)C-Co + TiC/TiCN/TiN yang merupakan derivat dari pahat karbida berhasil dikembangkan untuk mewujudkan pemesinan kering paduan titanium dengan prestasi melampaui prestasi ketermesinan paduan titanium pada konsep pemesinan basah (laju pemotongan 60 m/min). Pahat paduan karbida yang dikembangkan pada penelitian ini menunjukkan prestasi terbaik pada kondisi pemotongan yaitu laju pemotongan 100-115 m/min, pemakanan ≤ 0.2 mm/tooth, kedalaman pemotongan ≤ 2.5 mm. Pada kondisi pemotongan tersebut tercatat bahwa umur pahat adalah

18



antara 5–15 menit, manakala kekasaran permukaan termesin (surface roughness) dalam unit Ra adalah 0.39–0.50 mikron. Pahat geometri bebola memiliki 6 (enam) indeks, maka total umur pahat per pahat mampu mencapai 30–90 menit. Ongkos produksi pahat yang dikembangkan relatif sama dengan pahat karbida komersial pada umumnya, sehingga kontribusi 4% kepada ongkos produksi masih tercapai. Keutuhan permukaan termesin yang dihasilkan tidak mengalami gangguan permukaan yang signifikan walaupun suhu pemotongan pada konsep pemesinan kering lebih tinggi. Hal ini dimungkinkan karena sifat intrinsik paduan titanium yang tangguh pada suhu tinggi (data hal ini tidak dipaparkan pada manuskrip ini). Kondisi pemotongan optimal pahat paduan karbida dapat diperoleh dari relasi model matematika umur pahat (T), volume bahan terbuang (Q) dan laju pembuangan bahan (MRR) yang diperoleh dari hubungan MRR = Q/T (cm3/min). Pahat paduan karbida (tidak berlapis) mengungguli prestasi ketermesinan kering pahat paduan karbida berlapis CVD disebabkan mekanisme aus pengelupasan lapisan (coating delamination) sehingga gagalnya tercapai tujuan penggunaan bahan lapisan dalam meningkatkan prestasi pahat paduan karbida. Rancang ulang pahat paduan karbida berlapis akan dilakukan dengan merujuk kepada konsep tribo-energetic approach bagi mengatasi masalah mekanisme aus pengelupasan lapisan (coating delamination). 4.2. Kajian Lanjut Konsep tribo-energetic approach digunakan untuk mengembangkan pahat paduan karbida berlapis CVD maupun PVD (physical vapour deposition). Pahat paduan karbida berlapis PVD menunjukkan prestasi yang lebih baik dari CVD karena coating delamination berhasil diatasi pada pahat paduan karbida berlapis PVD. Pada kajian lanjut ditemukan fenomena baru yang disebut tribo-layer chip formation yang terjadi pada bidang antarmuka pahat-geram (tool-chip interface).

19



5. UCAPAN TERIMA KASIH Para hadirin yang saya muliakan, Mengakhiri pidato pengukuhan ini, sebagai insan yang senantiasa mengenang budi baik sesama seiring bersyukur kepada Illahi, izinkanlah saya menyampaikan sejumlah ucapan terima kasih. Terima kasih saya sampaikan kepada yang saya hormati Rektor Universitas Sumatera Utara, Prof. Chairuddin P. Lubis, DTM&H., Sp.A(K). Beliau tidak saja menjadi atasan saya, tetapi juga sebagai pemimpin yang arif tempat saya bertanya dan memperoleh bimbingan dalam mengatasi berbagai masalah. Terima kasih selanjutnya saya sampaikan kepada Para Pembantu Rektor, Sekretaris Eksekutif, dan Para Staf Ahli Rektor Universitas Sumatera Utara atas dorongan, bantuan, dan perhatian yang sedemikian besar dalam proses pengusulan saya menjadi Guru Besar. Terima kasih yang tulus serta penghormatan, saya sampaikan kepada Ir. Joseph Sinuhaji, Prof. Dr. Tetsutaro HOSHI, Prof. Dr. Che Hassan Che Haron yang telah membimbing saya dalam menyelesaikan pendidikan Sarjana, Magister, dan Doktoral serta seluruh guru-guru saya yang telah memberikan bekal pengetahuan sehingga saya dapat seperti pada hari ini. Dari hati yang tulus saya sampaikan terima kasih kepada seluruh sahabat saya yang telah memberikan wawasan, inspirasi serta dukungan yang sangat bermanfaat dalam menempuh kehidupan dan perjalanan karier saya. Maafkan saya tidak dapat menyebutkannya satu persatu, sekalipun saya diperkenankan untuk itu, sesungguhnya itu semua tidak cukup mewakili perasaan dan terima kasih saya kepada mereka semua. Kepada orang tua saya, Allahuyarhamhuma Ayahanda Haji Tenteng Ginting dan Ibunda Hajjah Masmulia Sembiring, terima kasih di atas kasih sayang, doa, dan pengorbanan yang tiada terbalaskan, hanya inilah yang mampu ananda perbuat dalam menjunjung marwah Ayahanda dan Ibunda, semoga Allah Azza wa Jalla mencucuri Ayah dan Ibu dengan rahmatNya yang tiada tara. Terima kasih pula kepada kakanda-kakanda beserta keluarga yang telah banyak memberikan bantuan dan semoga kebersamaan kita selama ini berkekalan.

20



Kepada yang saya cintai, istri saya, Hajjah Zuhrina Masyithah dan cahaya hati Muhammad Fadhil Ginting serta Nurul Izzati Ginting; pengertian, kesabaran, ketabahan, dorongan, dan doa mereka disepanjang perjalanan kehidupan berkeluarga ini adalah sesuatu yang amat berarti. Kepada Ayah dan Ibu Mertua saya, Almarhum Haji Muhammad Aziz Ibrahim dan Hajjah Norbalqis, saya dapati bahwa anak Ayah dan Ibu adalah insan yang baik dan amanah, yang mampu mendampingi dan mendorong saya serta membesarkan anak-anak sehingga terciptanya suasana rumah tangga yang sakinah, mawaddah wa rahmah dan karena itu saya dapat mencapai keberhasilan seperti pada hari ini. Untuk itu saya sampaikan penghormatan dan terima kasih. Akhirnya kepada seluruh pihak yang telah membantu dan panitia yang telah bekerja keras untuk mensukseskan penyelenggaraan acara pengukuhan ini saya ucapkan terima kasih. Kepada para hadirin dan undangan sekalian yang telah berkenan meluangkan waktu dan perhatian pada acara ini saya ucapkan terima kasih seraya mohon maaf atas segala kekurangan. Semoga Allah Azza wa Jalla senantiasa melimpahi kita dengan taufiq dan hidayahNya. Wassalamualaikum Warahmatullahi Wabarakatuh.

21



DAFTAR PUSTAKA [1]

Siekmann, H.J. 1955. How to Machine Titanium. The Tool Engineer 34: 78-82

[2]

Field, M. 1965. Machining Aerospace Alloys. Proc. Conf. Machinability. United Kingdom: 151-160

[3]

König, W. & Schröder, K.H. 1975. Face Milling and Drilling of Titanium Alloys. Proc. of Conf. on the Infl. of Metal. on Machin. ASM-TECH. USA: 308-323

[4]

Komanduri, R., Flom, D.G. & Lee, M. 1985. Highlights of the DARPA Advanced Machining Research Program. J. Engg. for Ind. 107: 325-335

[5]

Machado A.R. & Wallbank, J. 1994. The Effects of a High-Pressure Coolant Jet on Machining. Proc. Instn. Mech. Engrs. 208: 29-38

[6]

Jawaid, A., Sharif, S. & Koksal, S. 2000. Evaluation of Wear Mechanisms of Coated Carbide Tools When Face Milling Titanum Alloys. J. Mater. Proc. Technol. 99: 266-274

[7]

López de Lacalle, L.N., Perez-Bilbatua, J., Sanchez, J.A., Llorente, J.I., Gutierrez, A. & Alboniga, J. 2000. Using High Pressure Coolant in the Drilling and Turning of Low Machinability Alloys. Int. J. Adv. Manuf. Technol. 16: 85-91

[8]

Hong, S.Y., Ding, Y. & Jeong, W.C. 2001. Friction and Cutting Force in Cryogenic Machining of Ti-6Al-4V. Int. J. Mach. Tools Manuf. 41: 2271-2285

[9]

Hong, S.Y., Markus, I. & Jeong, W.C. 2001. New Cooling Approach and Tool Life Improvement in Cryogenic Machining of Titanium Alloy Ti-6Al-4V. Int. J. of Mach. Tools Manuf. 41: 2245-2260

[10] Field, M. & Kahles, J.F. 1971. Review of Surface Integrity of Machined Components. Annals of the CIRP 20(2): 153-163 [11] Kahles, J.F., Field, M., Eylon, D. & Froes, F.H. 1985. Machining of Titanium Alloys. J. of Metals 37: 27-35 [12] Che Hassan, C.H. 1998. Machining of Titanium Alloys With Coated and Uncoated Carbide Tools. PhD Thesis. Univ. of Coventry. United Kingdom

22



[13] Sharif, S. 1999. Face Milling of Titanium Alloys Using Coated and Uncoated Carbide Tools. PhD Thesis. Univ. of Coventry. UK [14] Freeman, R.M. 1974. The Machining of Titanium and Some of its Alloys. PhD Thesis. Univ. of Birmingham, United Kingdom [15] König, W. 1979. Applied Research on the Machinability of Titanium and its Alloys. Proc. of 47th Meeting of AGARD. London: 1.1-1.10 [16] Hartung, P.D. 1991. Tool Wear in Titanium Machining. M.S. Thesis. Massachusetts Institute of Technology, USA [17] Komanduri, R. & Reed, W.R. 1983. Evaluation of Carbide Grades and a New Cutting Geometry for Machining Titanium Alloys. Wear 92: 113-123 [18] Dearnley, P.A. & Grearson, A.N. 1986. Evaluation of Principal Wear Mechanism of Cemented Carbides and Ceramics Used for Machining Titanium Alloys IMI 318. Mat. Sci. and Technol. 2: 47-58 [19] Jawaid, A. Che Haron, C.H. & Abdullah, A. 1999. Tool Wear Characteristics in Turning of Titanium Alloy Ti-6246. J. of Mat. Proc. Technol. 92-93: 329-334 [20] Loo, K. 1957. North America Research on Machining Titanium Alloys. Machinery 157-161 [21] Field, M., Zlatin, N. & Jameson, R.T. 1965. Titanium Alloys. Metal Progress 85-89 [22] Grumman Aircraft Co. 1965. Cryogenic Coolants Speed Titanium Machining. Machinery American 101-106 [23] Uehara, K. & Kumagai, S. 1969. Characteristics of Tool Wear in Cryogenic Machining. J. Jpn. Soc. Precis. Eng. 35(9): 73-77 [24] König, W. 1979. Applied Research on the Machinability of Titanium and its Alloys. Proc. of 47th Meeting of AGARD. London: 1.1-1.10 [25] Ezugwu, E.O. & Machado, A.R. 1988. Face Milling of Aerospace Materials. Proc. 1st Int. Conf. on Behav. of Mat. in Mach. London. United Kingdom: 3.1-3.11

23



[26] Ezugwu, E.O. & Pashby, I.R. 1991. The Milling of Titanium and Nickel Base Superalloys with TiN/Steel Composite end Mills. Proc. of the 2nd Int. Conf. of the Behav. of Mat. in Mach. York. United Kingdom: 96-102 [27] Wang, Z.Y. & Rajurkar, K.P. 2000. Cryogenic Machining of Hard-toCut Materials. Wear 239: 168-175 [28] Hong, S.Y. & Ding, Y. 2001. Cooling Approach and Cutting Temperatures in Cryogenic Machining of Ti-6Al-4V. Int. J. of Mach. Tools Manuf. 41: 1417-1437 [29] López de Lacalle, Perez, J., Llorente, J.I. & Sanchez, J.A. 2000b. Advanced Cutting Conditions for the Milling of Aeronautical Alloys. J. Mat. Proc. Technol. 100: 1-11 [30] Kim, S.W., Lee, D.W., Kang, M.C. & Kim, J.S. 2001. Evaluation of Machinability by Cutting Environments in High-Speed Milling of Difficult-to-Cut Materials. J. Mat. Proc. Tech. 111: 256-260. [31] Rolls-Royce. 2000. Engine markets towards 2020. http://www.rollsroyce.com. [32] Dent, C.A. & Klein, J.A. 1995. Technology Management: The Aeroengine Supply Chain. Case Studies in Manufacturing with Advanced Materials. New York. USA: Elsevier Science: 301-332 [33] Klocke, F & Eisenblätter. 1997. Dry Cutting. Annals of the CIRP 46(2): 519-526 [34] Kress, D. 1998. Dry Cutting Manufacturing Engineering. 58-69

with

Finish

Machining

Tools.

[35] Derflinger, V., Brandle, H. & Zimmermann, H. 1999. New Hard/Lubricant Coating for Dry Machining. Surface and Coatings Technol. 113: 286-292 [36] Graham, D. 2000. Going Dry. SME Manufacturing Engineering 72-78 [37] Harris, S.G., Vlasveld, A.C., Doyle, E.D. & Dolder, P.J. 2000. Dry Machining–Commercial Viability Through Filtered Arc Vapour Deposited Coatings. Surface and Coatings Technol. 133-134: 383-388

24



[38] Renevier, N.M., Lobiondo, N., Fox, V.C., Teer, D.G. & Hampshire, J. 2000. PERFORMANCE of MoS2/Metal Composite Coatings Used for Dry Machining and Other Industrial Applications. Surface and Coatings Technol. 123: 84-91 [39] Sreejith, P.S. & Ngoi, B.K.A. 2000. Dry Machining: Machining of the Future. J. Mat. Proc. Technol. 101: 287-291 [40] MTA-SME. 2001. Machining Tech Trends 2001–The Future of Machining Technology and Process. Mach. Technol. Assoc. of the Soc. Manuf. Enggrs. 1-33 [41] Timet. 1997. Titanium Catalogue. http://www.timet.com [42] Ginting, A. 1999. Toolpath Generation for Tapered Machining Features. M.Eng Thesis. Toyohashi University of Technology (TUT). Japan [43] Che Haron, C.H., Ginting, A. & Arshad, H. 2007. Performance of Alloyed Uncoated and CVD-Coated Carbide Tools in Dry Milling of Titanium Alloy Ti-6242S. J. Mat. Proc. Technol. 185: 77-82 [44] Nouari, M. & Ginting, A. 2006. Wear Characteristics and Performance of Multu-Layer CVD-Coated Alloyed Carbide Tool in Dry end Milling of Titanium Alloy. Surface & Coatings Technol. 200: 5663-5676 [45] Ginting, A. & Nouari, M. 2007. Optimal Cutting Conditions when Dry end Milling the Aeroengine Material Ti-6242S. J. Mat. Proc. Technol. 184: 319-324 [46] Ginting, A. & Nouari, M. 2006. Experimental and Numerical Studies on the Performance of Alloyed Carbide Tool in Dry Milling of Aerospace Material. Int. J. Mach. Tools & Manuf. 46: 758-768 [47] Abdel Aal, H., Nouari, M., El Mansori, M. & Ginting, A. 2006. Conceptual Tribo-Energetic Analysis of Cutting Tool Protective Coating Delamination in Dry Cutting of Hard-to-Cut Aeroengine Alloys. Int. J. Adv. Manuf. Technol. DOI 10.1007/s00170-006-0837-3 [48] Mohammed Nouari, Hisham Abdeel-Aal, Mohamed El Mansori and Armansyah Ginting, 2007. Analyse Tribo-Energetique de Delaminage des Couches de Revetements des Outils Coupants Lors d’un Usinage a Sec des Alliages Aeronautiques. Mecanique & Industries 8: 325 – 335. DOI: 10.1051/meca:2007055

25



DAFTAR RIWAYAT HIDUP A. DATA PRIBADI Nama Lengkap NIP No. Karpeg Pangkat/Golongan Tempat/Tgl. Lahir Agama Nama Orang Tua

: : : : : : :

Nama Istri Nama Anak

: :

Alamat Rumah

:

Telepon Rumah Mobile Telepon E-mail

: : :

Dr. Ir. Armansyah Ginting, M.Eng. 132 126 843 G 447588 Pembina/IVA Medan/07 Agustus 1968 Islam Ayah – Kol.(Purn). H. Tenteng Ginting (Alm) Ibu – Hj. Masmulia Sembiring (Alm) Zuhrina Masyithah, ST., M.Sc Muhammad Fadhil Ginting Nurul Izzati Ginting Jalan Karya Wisata, Villa Prima Indah No. C-11, Medan 20144 061.788.02.88 +62.81.26.09.04.85 [email protected]. [email protected]

B. RIWAYAT PENDIDIKAN 1980 1983 1986 1993 1999 2002

Lulus SD Yayasan Pendidikan Harapan I, Medan Lulus SMP Yayasan Pendidikan Harapan I, Medan Lulus SMA RK. St. Thomas I, Medan Lulus Sarjana (S1), Teknik Mesin, Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara (USU), Medan Lulus Magister (S2), Production Systems Engineering, Toyohashi University of Technology (TUT), Jepang Lulus Doktoral (S3), Manufacturing Engineering, Universiti Kebangsaan Malaysia (UKM), Malaysia

C. RIWAYAT PENDIDIKAN TAMBAHAN 1987 1994 1995

26

Kursus Private Pilot License (PPL), USA Proses Pemesinan, HEDS-JICA Project, Indonesia. Proses Pemesinan dan Metrologi Industri Institut Teknologi Bandung (ITB), Indonesia.



1996 – 1999 1996 2000 2004

2006

2007

Metal Cutting and CNC-CAD/CAM Toyohashi Science Core, Jepang. Metal Cutting and CNC-CAD/CAM Nishijima Tekko, Jepang Metallurgy Specimen Preparation Universiti Teknologi Malaysia, Malaysia. Post Graduate/Visiting Professor Laboratoire Materiaux Endommagement Fiabilite Ingenierie des Procedes (LAMEFIP), Ecole Nationale Superieure d’Arts et Metiers (ENSAM) CER Bordeaux, Perancis. Post Graduate/Visiting Professor, LAMEFIP ENSAM CER Bordeaux, Perancis. Laboratoire de Mecanique et Procedes de Fabrication (LMPF), ENSAM CER Chalons-en-Champagne, Perancis. Post Graduate/Visiting Professor, Institut Superieure d’Ingenierie de la Conception, GIP.InSIC, Saint-Die-des-Vosges, Perancis

D. RIWAYAT PEKERJAAN 1995 – sekarang 1996 – 1999 1996 – 1999 1999 2000 – 2002

2001 – 2002 2001 – sekarang 2003 2003 – 2004 2003 – 2007

Staf Akademik Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik USU. Asisten Peneliti Laboratorium CAD/CAM, Toyohashi Science Core, Toyohashi, Jepang. Asisten Peneliti Projek NEDO dan JSBC, Toyohashi University of Technology (TUT), Jepang. Asisten Peneliti Projek Fakulti Kejuruteraan (FK 010/99), Universiti Kebangsaan Malaysia, Malaysia. Asisten Peneliti Projek Penelitian Intensif Bidang Prioritas (IRPA-09.02.02.0063), Universiti Kebangsaan Malaysia, Malaysia. Staf Peneliti Projek Pemetaan Teknologi Nasional Malaysia, Malaysia. Staf Akademik Magister Teknik Mesin, Sekolah Pascasarjana USU. Staf Ahli Dekan Fakultas Teknik USU. Sekretaris Task Force dan TPSDP Departemen Teknik Mesin, Fakultas Teknik USU. Kepala Laboratorium CNC-CAD/CAM, Departemen Teknik Mesin, Fakultas Teknik USU.

27



2004

2004 – sekarang 2005 2005 2006 – 2007 2006 – 2007 2006 – sekarang 2006

2006 2007 2007

2007 – sekarang

Profesor Tamu di ENSAM CER Bordeaux, Perancis. Kerjasama penelitian dengan CCR EADS, Airbus France, Snecma. Staf Akademik Magister Teknik Kimia, Sekolah Pascasarjana USU. Asisten Direktur 1 SPMU TPSDP USU (ADB Loan). Asisten Direktur 2 SPMU TPSDP USU (ADB Loan). Direktur SPMU TPSDP USU (ADB Loan). Staf Ahli Rektor USU Bidang Akademik. Staf Akademik Magister Teknik Industri, Sekolah Pascasarjana USU. Profesor Tamu di ENSAM CER Bordeaux dan ENSAM CER Chalons-en-Champagne, Perancis. Kerjasama penelitian dengan CCR EADS, Airbus France, Dassault-Aviation, University of Wisconsin USA. Reviewer USU.INHERENT (K-1). Sekretaris Program USU.I-MHERE (World Bank Loan). Profesor Tamu di GIP.InSIC, Saint-Die-des-Vosges, Perancis. Kerjasama penelitian dengan CCR EADS, Airbus France. Dekan Fakultas Teknik USU.

E. RIWAYAT KEPANGKATAN/GOLONGAN/JABATAN 1995 1996 1999 2002 2004 2006 2007

CPNS, Golongan III/A, Unit Kerja Fakultas Teknik USU Penata Muda, Golongan III/A, Asisten Ahli Madya Penata Muda Tingkat I, Golongan III/B, Asisten Ahli Penata, Golongan III/C, Lektor Muda Penata Tingkat I, Golongan III/D, Lektor Madya Pembina, Golongan IV/A, Lektor Kepala Pembina, Golongan IV/A, Guru Besar

F. KEANGGOTAAN ORGANISASI PROFESI/SOSIAL 1. 2. 3. 4. 5.

28

PII, Persatuan Insinyur Indonesia, Anggota. IKA-USU, Ikatan Alumni USU, Anggota. IKA-TM, Ikatan Alumni Teknik Mesin USU, Anggota. TUT Alumni Association, Toyohashi University of Technology – Japan, Anggota. PERSADA, Perhimpunan Alumni Jepang, Anggota.



6. 7. 8. 9. 10. 11.

IKA-UKM, Ikatan Alumni Universiti Kebangsaan Malaysia, Ketua. LAMEFIP ENSAM CER Bordeaux, Perancis, Anggota. LMPF ENSAM CER Chalons-en-Champagne, Perancis, Anggota. GIP.InSIC, Saint-Die-des-Vosges, Perancis, Anggota. FASIDASU, Cabang Olah Raga Udara Aeromodelling, Ketua PPIJ, Perhimpunan Persahabatan Indonesia Jepang, Wakil Ketua.

G. PUBLIKASI Jurnal Internasional A. Ginting and M. Nouari. 2007. Optimal Cutting Conditions when Dry end Milling the Aeroengine Material Ti-6242S. Journal of Materials Processing Technology 184: 319 – 324. A. Ginting and M. Nouari. 2007. A Study on Tool Performance to Determine the Optimal Cutting Conditions for Dry end Milling of an Aeroengine Material: Ti-6242S. International Journal of Materials and Product Technology (in printing). A. Ginting and M. Nouari. 2006. Experimental and Numerical Studies on the Performance of Alloyed Carbide Tool in Dry Milling of Aerospace Material. International Journal of Machine Tools & Manufacture 46 (7-8): 758 – 768. A. Ginting, and Che Hassan Che Haron. 2005. A Computer Integrated Manufacturing System for Low Repetitive and High Product-Mix Components. Journal of Engineering Malaysia 17: 101 – 112. A. Ginting and C.H. Che Haron. 2001. Tool Life and Surface Roughness Evaluations in High Speed Machining of Tool Steel with Multi-Layer Ceramic CVD-Coated Carbide Tool. Journal of the Institute of Materials Malaysia 1: 21 – 32. Mohammed Nouari, Hisham Abdeel-Aal, Mohamed El Mansori and Armansyah Ginting, 2007. Analyse Tribo-Energetique de Delaminage des Couches de Revetements des Outils Coupants Lors d’un Usinage a Sec des Alliages Aeronautiques. Mecanique & Industries 8: 325 – 335. DOI: 10.1051/meca:2007055. C.H. Che Haron, A. Ginting and H. Arshad. 2007. Performance of Alloyed Uncoated and CVD Coated Carbide Tools in Dry Milling Titanium Alloy Ti-6242S. Journal of Materials Processing Technology 185: 77 – 82. M. Nouari and A. Ginting. 2006. Wear Characteristics and Performance of Multi-Layer CVD-Coated Alloyed Carbide Tool in Dry end Milling of Titanium Alloy. Surface & Coatings Technology 200 (18-19): 5663 – 5676.

29



M. Nouari, H.A. Abdeel-Aal, M. El Mansori and A. Ginting, 2006. Conceptual Tribo-Energetic Analysis of Cutting Tool Protective Coating Delamination in Dry Cutting of Hard-to-Cut Engine Alloys. International Journal Advance Manufacturing Technology DOI 10.1007/s00170-006-0837-3. C.H. Che Haron, A. Ginting, and J.H. Goh. 2001. Wear of Coated and Uncoated Carbides in Turning Tool Steel. Journal of Materials Processing Technology 116: 49 – 54. C.H. Che Haron, B.M Deros, A. Ginting, and Fauziah Mat. 2001. Investigation on the Influence of Machining Parameters when Machining Tool Steels Using EDM. Journal of Materials Processing Technology 116: 84 – 87. C.H. Che Haron, A. Ginting and J.H. Goh. 2000. Wear and Life of Coated Carbide in High Speed Machining of Tool Steel. Bulletin Institute Engineers of Malaysia 41 – 49. A. Ginting and M. Nouari. 2007. Study on Surface Integrity when Dry End Milling of Ti-6242S. Submitted to Journal of Surface and Coatings Technology. A. Ginting and M. Nouari. 2007. Study on Machining Characteristic of Aeronautical Material Under Orthogonal Dry Cutting. Submitted to International Journal of Machine Tools & Manufacture. M. Nouari and A. Ginting. 2007. Orthogonal Dry Machining of Aeronautical Material: Study on Chip Formation and Brittle Failure of Carbide Tool. Submitted to International Journal of Materials and Product Technology. H.A. Abdeel-Aal, M. Nouari, A. Ginting. 2007. On the Tribo-Energetic Perspective to Study the Effect of Tool-Chip Adhesion in the Failure Mode of Carbide Tool when Orthogonally Dry Cutting of Aeronautical Material. Submitted to Journal of Tribology International. H.A. Abdeel-Aal, M. Nouari, M. El Mansori, A. Ginting. 2007. Thermal Aspects of Coated Tool Failure in Dry Machining of Aeronautical Alloys. Submitted to Journal Engineering of Failure Analysis. Jurnal Terakreditasi Armansyah Ginting. 2008. Study on Carbide Tool Performance in Green Machining of Aeronautical Material: Q-T Models and Finite Element Analysis. Majalah IPTEK LPPM ITS (in printing). Armansyah Ginting. 2007. Finite Element Method Applied on Metal Cutting: From Chip Formation to Coating Delamination by TiboEnergetic Approach. Jurnal Teknologi Proses 6(1): 59 – 69. Armansyah Ginting. 2006. Hard Milling of Hardened Tool Steel: Tool Wear and Tool Life. Jurnal Sistem Teknik Industri 7(4): 96 – 99.

30



Armansyah Ginting. 2006. Green Machining of Titanium Alloy Using Uncoated and Multilayer PVD-Coated Carbide Tools: Wear Mode, Wear Mechanism, and Performance. Jurnal Teknologi Proses 5(2): 84 – 91. Armansyah Ginting dan Che Hasan Che Haron. 2006. Failure Modes of PVD-Coated Carbide Tools in Machining of Aerospace Alloy Ti-6Al-4V. Jurnal Ilmiah Teknik Mesin POROS 9(4): 255 – 263. Armansyah Ginting. 2006. Performance Evaluation of Carbide Tool Coated with TICN/Al2O3/TiN in Turning Alloy Steel Under Eco-Machining Technique. Jurnal Teknologi Proses 5(1): 1 – 13. Armansyah Ginting. 2006. The Determination of Optimum Cutting Condition Through the Relationship Between Material Removal Rate and Tool Life Models. Jurnal Sistem Teknik Industri 7(3): 1-7. Armansyah Ginting. 2006. Karakterstik Pemotongan Ortogonal Kering Paduan Titanium Ti6Al4V Menggunakan Pahat Karbida. Jurnal Teknik Mesin UK Petra 8(2): 37 – 43. Armansyah Ginting. 2002. Surface Topography of Tool Steel Machined Surface. Buletin Utama Teknik 6(3): 115-119. Jurnal Tidak Terakreditasi Armansyah Ginting. 2006. Prestasi Pahat Karbida Berlapis pada Operasi Frais Bebas Cemar Bahan Paduan Titanium. Jurnal Komunikasi Penelitian LP-USU 18(3): 1-5. Armansyah Ginting. 2003. Performance of Carbide Tools in Milling of Ti6242S Under Green Environment. Jurnal Simetrika USU 2(1): 33-40. Armansyah Ginting. 2001. The Development of CIM for Extremely Low Repetitive and High Product-Mix Component. Jurnal Teknik Mesin USU 4(2): 55-61. Armansyah Ginting and Che Hassan CHe Haron. 2001. High SPEED Machining of AISI01 Steel with Multilayer Ceramic CVD-Coated Carbide: Tool Life and Surface Integrity. Jurnal Teknik Mesin USU 4(2): 55-61. Che Haron, C.H., Ginting, A. and Goh, J.H. 2000. Wear Behaviour of Uncoated Carbide in Turning Tool Steel. Jurnal Teknik Mesin USU 2(3): 101-106. A. Ginting dan Che Haron, C.H. 2000. A Few Results of Electro-Discharge Machining of tOol Steel with Copper Electrode. Jurnal Teknik Mesin USU 2(3): 60-64. Che Haron, C.H., A. Ginting and Nik Faizu. 2000. Subsurface Alteration when Machining Tool Steel with Uncoated and Multilayer Coated Carbides. Jurnal Teknologi Industri UII 1(5): 107-111.

31



Che Haron, C.H. and A. Ginting. 2000. Finite Element Methods Applied on Metal Cutting: A Review. Jurnal Teknologi Industri UII 1(5): 97106. Prosiding Internasional A. Ginting, M. Nouari and H.A. Abdeel-Aal. 2007. Study on Surface Integrity when Dry end Milling of Ti-6242S. Proceeding of the 6th High Speed Machining Conference, San Sebastian, Spain, 21-22 March 2007. A. Ginting, M. Nouari and H.A. Abdeel-Aal. 2007. A Tribo-Layer Formation when Dry Machining of Aeronautic Material. Proceeding of the 16th Conference on Wear of Materials, Montreal, Canada, 15-19 April 2007. M. Calamaz, M. Nouari, and A. Ginting. 2006. Feasibility of the Dry Machining Process on the Aeronautic Titanium Alloys. Proceeding of the 5th Int. Conference of High Speed Machining, Metz, France, 14-16 March 2006. M. Calamaz, M. Nouari, and A. Ginting. 2005. Mecanisme D’usure des Outils de Coupe en Usinage a Sec de L’alliage Aeronautique TA6V. Proceeding of the 17eme Congres Francais de Mecanique, Troyes, France, Septembre 2005 A. Ginting. 2004. The Return of Uncoated Carbide Tool for Machining Aerospace Titanium Alloy. Proceeding of OPTIMUS, ENSAM de Cluny, France. M. Nouari, A. Ginting, M. Calamaz,. 2005. Catastrophic Failure of Straight Tungsten Carbide when Orthogonally Dry Machining Titanium Alloy Ti64. Proceeding of the 15th International Conference on Wear of Materials, San Diego, USA. A. Ginting and Che Haron, C.H. 2003. Performance of Alloyed Carbide Tools in Green Machining of Titanium Alloy Ti-6242S. Proc. Int. Conf. of Advances Materials Processing Technology (AMPT 2003). Dublin. Che Haron, C.H. and A. Ginting. 2003. Surface Integrity of Titanium Alloy Ti-6242S when end Milled Under Green Environment. Proc. Int. Conf. of Advances Materials Processing Technology (AMPT 2003). Dublin. A. Ginting and Che Haron, C.H. 2003. T and Q Models to Determine Performance of Alloyed Carbide Tools in Green Machining of Aerospace Material Ti-6242S. Proc. Int. Conf. on Adv. In Stra. Tech. (ICAST 2003). Malaysia.

32



Che Haron, C.H. and A. Ginting. 2003. Green Milling of Aviation Material Ti6242S Using Uncoated and Multilayer PVD-Coated Carbide Tools. Proc. Int. Conf. on Adv. In Stra. Tech. (ICAST 2003). Malaysia. A. Ginting. and Che Haron, C.H. 2002. Performance of Carbide Tools in Green Milling of Ti-6242S. Proc. of World Engineering Congres. Serawak (WEC 2002). A. Ginting, Che Haron, C.H., Goh, J.H. and Nik Faizu. 2001. Tool Life and Surface Roughness Evaluations in High Speed Machining of Tool Steel with Multilayer Ceramic CVD-Coated Carbide Tool. Proc. the 4th SEA Regional Conf. on Higher Engg. Edu. Network (RECHEEN 2000). Kuala Lumpur 13-14 Mac 2001. Che Haron, C.H. and A. Ginting. 2001. Wear Progression and Failure Mode of Uncoated and Multilayer PVD-Coated Carbide Tools in Green Milling of Aviation Material Ti-6242S. Proc. Int. Conf. of Advances Materials Processing Technology (AMPT 2001). Spain. Che Haron, C.H., Goh, J.H. and A. Ginting. 2001. Performance of CVDCoated Carbide Tools in Slot Milling Hardened Tool Steel. Proc. Int. Conf. of Advances Materials Processing Technology (AMPT 2001). Spain. Che Haron, C.H., A. Ginting, Goh, J.H. and Nik Faizu. 2000. The Influences of Tool Wear and Tool Life on Surface Integrity During Turning Tool Steel Using Uncoated Carbide. Proc. of Int. Conf. on Adv. In Stra. Tech. (ICAST 2000). Putrajaya. Malaysia: 43-52. Che Haron, C.H., A. Ginting and Nik Faizu. 2000. Surface Topography in Turning Tool Steel Using Coated and Uncoated Carbides. Proc. of Int. Conf. on Adv. In Stra. Tech. (ICAST 2000). Putrajaya. Malaysia: 151-156. Che Haron, C.H., Md. Deros B., A. Ginting and Fauziah Mat. 2000. Correlation Between Machining Parameters on Machinability of Tool Steel in EDM. Proc. of Int. Conf. on Adv. In Stra. Tech. (ICAST 2000). Putrajaya. Malaysia: 23-32. Che Haron, C.H. and A. Ginting. 2000. Tool Wear and Tool Life of PVDCoated Carbide Tools when Machining Titanium Alloy Ti-6Al-4V. Proc. of Int. Conf. on Adv. In Stra. Tech. (ICAST 2000). Putrajaya. Malaysia: 137-142. Che Haron, C.H., A. Ginting and Goh, J.H. 2000. Wear of Coated and Uncoated Carbides in Turning Tool Steel. Proc. of Int. Conf. Adv. Manuf. Technol (2nd ICAMT 2000). Johor Bahru. Malaysia: 409414.

33



Che Haron, C.H., Md. Deros, B., A. Ginting and Fauziah Mat. 2000. Investigation on the Influence of Machining Parameters when Machining Tool Steels Using EDM. Proc. of Int. Conf. Adv. Manuf. Technol. (2nd ICAMT 2000). Johor Bahru. Malaysia: 275-280. Prosiding Regional Armansyah Ginting and Che Hassan Che Haron. 2002. Pengisaran Hijau Ti-6242S: Model Hayat Perkakas Pemotong Aloi Karbida. Prosidang Kolokium Ketiga Jab. Kej. Mekanik & Bahan UKM: 123 – 127. Che Hassan Che Haron, Armansyah Ginting, Azmi Hassan, Andanastuti Muchtar, Baba Md. Deros and Jaafar Sahari. 2001. Model Hayat Perkakas Pemotong Karbida Semasa Pengisaran Hujung Aloi Titanium Termaju Ti-6242S pada Keadaan Hijau. Pascasidang Seminar IRPA UKM. Armansyah Ginting and Che Hassan Che Haron. 2001. Pengubahan Subpermukaan pada Pemesinan Keluli Perkakas Menggunakan Karbida Tak-Bersalut dan Berbilang Salut. Prosidang Kolokium Kedua Jab. Kej. Mekanik & Bahan UKM. Malaysia:99 – 103. Che Haron, C.H., Goh, J.H. and Ginting, A. 2001. Pengisaran Kering Keluli Perkakas 62HRC dengan Perkakas Pemotong Karbida Bersalutan CVD. Prosidang Kolokium Kedua Jab. Kej. Mekanik & Bahan UKM. Malaysia: 87 – 92. Che Haron, C.H., Goh, J.H. and Ginting, A. 2001. Kelakuan Perkakas Pemotong Karbida Apabila Memesin Keluli Perkakas Terkeras AISI D2. Prosidang Kolokium Kedua Jab. Kej. Mekanik & Bahan UKM. Malaysia: 51 – 56. Armansyah Ginting and Che Hassan Che Haron. 2001. Kelakuan dan Mekanisme Haus Perkakas Pemotong Karbida pada Pemesinan Hijau Aloi Titanium. Pascasidang Kolokium Kedua Jab. Kej. Mekanik & Bahan UKM. Malaysia: 39 – 44. Che Hassan Che Haron and Armansyah Ginting. 2001. Hayat Karbida Pengisar Hujung Bebola Tak-Terpusat pada Pemesinan Bebas Cemar Bahan Aeroangkasa Ti-6242S. Prosidang Kolokium Kedua Jab. Kej. Mekanik & Bahan UKM. Malaysia: 7 – 11. Che Hassan Che Haron, Armansyah Ginting, Azmi Hassan, Andanastuti Muchtar, Baba Md. Deros & Jaafar Sahari. 2000. Kajian Haus Perkakas Pemotong pada Pemesinan Aloi Titanium Ti-6242S. Pascasidang Seminar IRPA UKM 2000. Melaka, 20-22 Oktober 2000. Armansyah Ginting and Che Hassan Che Haron. 1999. Pemesinan Bahan Angkasa Lepas Aloi Titanium: Satu Ulasan. Pascasidang Kolokium Pertama Jab. Kej. Mekanik & Bahan UKM. Malaysia: 182 – 187.

34



Armansyah Ginting and Che Hassan Che Haron. 1999. Kaedah Pengkomputeran pada Proses Pemesinan: Satu Ulasan. Pascasidang Kolokium Pertama Jab. Kej. Mekanik & Bahan UKM. Malaysia: 131 – 136.

H. PENGHARGAAN 2003 2003 2003 2004 2006

2006

Bronze Medal. Expo Science and Technology. Ministry of Science, Technology and the Environment of Malaysia. Malaysia. Silver Medal. Expo Science and Technology. National University of Malaysia. Malaysia. The Best Paper. International Conference ICAST. Kuala Lumpur. Malaysia. Nominated for the Best Researcher: National University of Malaysia Research Grand Award. Malaysia. New Invention on Wear Mechanism of Coated-Carbide Tool: Coating delamination. Journal of Surface Coatings and Technology. Satya Lencana Karya Satya 10 Tahun. Indonesia.

35


PEMESINAN RAMAH LINGKUNGAN BAHAN AERO-ANGKASA PADUAN TITANIUM MENGGUNAKAN PAHAT KARBIDA

Recommend Documents