PENGARUH LOKASI KONTAK AWAL TERHADAP KERUSAKAN PAHAT POTONG PADA PROSES FACE MILLING

ISSN 2302-0245 pp. 1- 8

Jurnal Teknik Mesin Pascasarjana Universitas Syiah Kuala

PENGARUH LOKASI KONTAK AWAL TERHADAP KERUSAKAN PAHAT POTONG PADA PROSES FACE MILLING Mawardi1, Husni2, M. Dirhamsyah2 1)

Politeknik Negeri Lhokseumawe, Jurusan Teknik Mesin, Lhokseumawe 24301, Indonesia 2) Universitas Syiah Kuala, Jurusan Teknik Mesin, Banda Aceh 23111, Indonesia 1) E-mail: [email protected]

Abstract: Cutting tool damage during machining operations can not be avoided, but can be minimized. In the process of face milling cutting tool breakage generally occurs because of wear, chipping or fracture overall breakage. phenomenon of damage from impact in the event of early contact between the cutting tool and the workpiece not much information has been obtained. Therefore, in this study will influence the location studied the initial contact between the cutting tool and workpiece damage due to chipping or cutting tool fracture. To identify the appropriate location of the initial contact has been made of three types of positions entry angle and axial angle. While to study the form of the damage affected the initial contact location. To prevent damage to cutting tool pieces made using tapered shape (Chamfer) on the workpiece angle 30o angle, 45o and 60o. From the results obtained, a good angle 30o Chamfer. Keywords : face milling, chipping, fracture,chamfer Abstrak: Kerusakan pahat potong selama operasi pemesinan tidak dapat dihindarkan, akan tetapi dapat diminimalisir. Pada proses face milling kerusakan pahat potong umumnya terjadi karena aus, chipping ataupun pecah secara keseluruhan (breakage). Fenomena kerusakan akibat impact pada saat pahat potong pertama sekali menyayat benda kerja belum banyak informasi yang telah diperoleh. Karena itu pada penelitian ini akan dipelajari Pengaruh lokasi kontak awal antara pahat potong dan benda kerja terhadap kerusakan pahat potong karena chipping atau fracture. Untuk mengidentifikasi bentuk lokasi kontak awal telah dibuat tiga jenis posisi sudut masuk dan sudu aksial. Sedangkan untuk mempelajari bentuk kerusakan dipengaruhi lokasi kontak awal. Untuk mencegah kerusakan pahat potong menggunakan metode membuat bentu tirus(chamfer) pada sudut benda kerja yaitu sudut 30o, 45o dan 60o. Dari hasil yang diperoleh, sudut chamfer 30o yang paling baik. Kata kunci : face milling, chipping, fracture,chamfer

PENDAHULUAN Milling adalah proses pemesinan terputus (intermittent cutting), pahat potong (cutting tool) setiap satu siklus putaran terjadi dua periode yaitu periode memotong dan priode idle/tidak memotong. Terjadinya dua periode tersebut menyebabkan pahat potong menerima beban saat masuk (entry shock) sehingga timbul tegangan tekan pada lokasi kontak awal antara pahat dan benda kerja, proses tersebut tejadi berulang-ulang hingga proses pemotongan selesai. Fenomena ini menyebabkan sering terjadi kerusakan pahat potong secara tiba-tiba (suddenly/ early fracture) dan tak terduga (unexpec-

tedly/ unpredictable). Banyak penelitian telah dilakukan untuk mengindentifikasi secara pasti penyebab kerusakan pahat potong karena fenomena ini diantaranya: Zorev, (1964: 159) dikutip dari Ghahramani at el. (1999:11) menyatakan bahwa kerusakan pahat potong karena beban impact dan perubahan temperatur saat pahat potong memasuki benda kerja. Asai et al. (1980:19) mendapatkan kerusakan pahat potong tergantung besar pemakanan, Thomas childs et al. (2000:146) menyatakan kerusakan pahat potong disebabakan oleh kerusakan mekanis dan kerusakan karena suhu, Ghahramani at el. Volume 1, Tahun I, No. 1, Agustus 2012

- 1


(1999:12) menyatakan ada dua faktor penyebab chipping dan patah pahat potong yaitu gaya potong dan lokasi kontak awal. Husni (2009:85) menjelaskan metode terbaik untuk mengendalikan kerusakan pahat potong pada lokasi kontak awal dengan cara membuat chamfer sudu lubang alur benda kerja pada bubut terputus (interrupted turning). Untuk mengetahui lebih lanjut perihal kerusakan pahat potong akibat chipping dan fracture pada proses face milling, diperlukan penelitian lanjutan untuk mengindentifikasi bentuk dan lokasi kontak awal serta mendapatkan alternatif dalam pencegahan kerusakan pada saat pahat potong memasuki benda kerja. Tujuan Penelitian adalah : 1) Mengidentifikasi pengaruh sudut masuk dan sudut aksial terhadap lokasi kontak awal. 2) Mengidentifikasi pengaruh lokasi kontak awal terhadap kerusakan pahat potong. 3) Mendapatkan metode baru untuk mencegah kerusakan awal pada lokasi kontak pertama sisi potong pahat dengan benda kerja.

519344 sony camera model AC 58 Ap pembesaran 50 kali. Benda Kerja dari baja perkakas pengerjaan dingin SGT /AISI 01. Prosudur Penelitian Benda kerja dibentuk dengan ukuran 120 x 30 x 40 mm, sudut benda kerja dibentuk tidak tirus dan tirus, sudut tirus dengan variasi 30o, 45o dan 60o. Pahat potong Insert dipasang pada pemegang pahat. Titik pusat sumbu pahat diatur dengan posisi sudut masuk ke benda kerja positif, nol dan negatif seperti ditunjukkan Gambar 2.

Gambar 2. Variasi sudut masuk Pengaturan sisi benda kerja dan sisi sudut aksial pahat sehingga membentuk sudut kontak seperti Gambar 3. Selanjutnya dengan tiga variasi sudut masuk pahat dan tiga variasi sudut aksial pahat, mengidentifikasi lokasi kontak awal yang mungkin terjadi.

METODE PENELITIAN

Percobaan dilakukan dengan mesin Milling Schaublin 13 daya 3 Kw. Pahat potong yang digunakan adalah SPKN 1203 EDR, jenis karbida dilapisi Alumina (Al2O3) dan Titanium carbon nitrit (TiCN). Diameter pemegang pahat 80 mm dengan cornel angle 15o seperti Gambar 1.

Gambar 1. Pemegang Pahat potong Sumber: Greenleaf, (2011) Kerusakan pahat potong diamati dengan mikroskop optik Nikon optiphot 2-

Volume 1, Tahun I, No. 1, Agustus 2012

Gambar 3. Variasi sudut aksial pahat Proses face milling dilakukan pada beberapa lokasi kontak awal yang telah teridentifikasi untuk benda kerja yang tidak tirus dan benda kerja yang tirus. Pengamatan dilakukan dengan mikroskop optik terhadap kerusakan yang terjadi pada pahat potong pada kondisi sudut benda kerja tidak tirus dan tirus dan selanjutnya analisa pengaruh metode sudut tirus benda kerja dalam mencegah kerusakan pahat potong.


Kerangka Konsep Penelitian Pelaksanaan penelitian disusun dalam suatu kerangka konsep penelitian, terlihat pada Gambar 4.

masuk benda kerja dibandingkan dengan keluar. Thomas childs et al., (2000:121), menyatakan penyebab kerusakan secara kwalitatif adalah adhesion, thermal damage dan mechanical damage. Kerusakan mekanis, yang meliputi chipping, early fracture, fracture dan fatigue pada dasarnya tidak tergantung pada suhu sedangkan kerusakan termal, deformasi plastik, difusi termal dan reaksi kimia sebagai bentuk khas, meningkat secara drastis dengan meningkatnya suhu. seperti ditunjukkan pada Gambar 5. dibawah ini.

Gambar 4.Kerangka konsep penelitian KAJIAN PUSTAKA Kerusakan Pahat Potong Pada Proses Milling Kerusakan pahat potong akibat chipping dan fracture telah dipelajari oleh peneliti, diantaranya adalah: Bhatia et al. (1979:148) yang dikutip dari Melo A. C. et al. (2006:269) menjelaskan kecepatan potong tinggi menyebabkan sisi potong retak karena suhu tinggi akibat thermal shock. Pada kecepatan potong rendah menyebabkan sisi potong retak akibat kejut mekanik (mechanical shock). Hal ini terjadi pada lokasi kontak awal antara pahat dan benda kerja. Pekelharing (1978:5-10) yang dikutip dari Melo A. C., (2006:272) menyatakan kerusakan pahat atau chipping terjadi pada saat keluar benda kerja akibat exit shock (tensile stress), Caldeirani (2002:3-9) menunjukkan bahwa pada proses face milling bahan baja dengan pahat karbida, kerusakan atau chipping terjadi pada saat

Gambar 5. Mekanisme kerusakan pahat Sumber : Thomas childs et al. (2000:121) Fracture diklasifikasikan 3 jenis: 1. Tahap awal (early stage) kegagalan terjadi segera setelah mulai dipotong. 2. Tahap tak terduga (unpredictable fracture). 3. Tahap akhir kerusakan karena keausan atau masa pakai pahat potong. Perbedaan antara chipping dan fracture terletak pada volume material pahat potong yang hilang, ketika jumlahnya kecil diban-dingkan dengan volume yang bersentuhan (engaged) kegagalan ini disebut chipping dan ketika jumlahnya sama atau lebih besar dibandingkan dengan kondisi yang disebut fracture. Chipping atau fracture pada sisi potong ada beberapa sebab seperti dikemukakan oleh Trent dan Wright (2000:146) kerusakan disebabkan siklus panas (cyclic thermal) dan beban mekanik (mechanical louding) kerena bervariasi Volume 1, Tahun I, No. 1, Agustus 2012

- 3


ketebalan geram pada bidang kontak dengan sisi muka pahat potong. Phillip, PK (1977:19) menyatakan kegagalan prematur pahat potong akibat patah disebabkan oleh tegangan impact saat proses kontak awal, fluktuasi siklus suhu pada bidang kontak geram dan beban mekanis ( mechanical loading) pada sisi potong. Husni (2009:56) menyatakan kerusakan pahat potong dipengaruhi oleh banyak factor seperti parameter pemotongan, geometri tepi pemotong dan geometri benda kerja padat bubut terputus (interrupted turning), metode terbaik untuk mengendalikan kerusakan pahat potong pada lokasi kontak awal dengan cara membuat chamfer slot di tepi benda kerja pada bubut terputus (interrupted turning). Dari R. CEP, (2009:293), menyatakan lokasi, gaya kontak berpengaruh gaya potong dalam waktu yang singkat seperti yang ditunjukkan pada Gambar 6.

Gambar 6. Pengaruh lokasi dan gaya potong Berdasarkan hasil penelitian dari Kronenberg, (1946:217), Grahramani, (1999:10) menyatakan ada sembilan tipe lokasi kontak awal baik yang berupa titik, garis dan bidang ( S, T, U, V, STUV, ST, TU, UV dan SV. HASIL DAN PEMBAHASAN Mengidentifikasi Pengaruh Sudut Masuk dan Sudut Aksial Terhadap Lokasi Kontak Awal 4-


Lokasi kontak pada awal persegiempat antara sisi potong pahat dan benda kerja yang disimbulkan S, T, U dan V seperti pada Gambar 7.

Gambar 7. Lokasi kontak awal Hasil analisa tiga variasi sudut masuk dan sudut aksial seperti pada tabel 1. Tabel 1. Variasi sudut masuk dan aksial Sudut Aksial Sudut masuk

S

ST

T

SV

STUV

TU

V

UV

U

Dapat diidentifikasi 9 lokasi kontak awal adalah: 1. Lokasi titik S terjadi pada sudut masuk positif dan sudut aksial positif. 2. Lokasi titik ST terjadi pada sudut masuk positif dan sudut aksial nol. 3. Lokasi titik T terjadi pada sudut masuk positif dan sudut aksial negatif. 4. Lokasi titik SV terjadi pada sudut masuk nol dan sudut aksial positif. 5. Lokasi titik STUV terjadi pada sudut masuk nol dan sudut aksial nol. 6. Lokasi titik TU terjadi pada sudut masuk nol dan sudut aksial negatif.


7. Lokasi titik V terjadi pada sudut masuk negatif dan sudut aksial positif. 8. Lokasi titik UV terjadi pada sudut masuk negatif dan sudut aksial nol. 9. Lokasi titik U terjadi pada Sudut masuk negatif dan sudut aksial negatif. Pengaruh Lokasi Kontak Awal Terhadap Kerusakan Pahat Potong Hasil eksperimen yang dilakukan pada benda kerja tidak tirus (non chamfer) seperti pada Gambar 8, pada titik- titik

Gambar 10. Titik V Gambar 10. menunjukkan hasil pengujian yang dilakukan untuk kontak awal pada titik V, pahat potong menyentuh benda kerja pada titik bagian dalam sisi bawah ujung sisi potong, sudut masuk negatif dengan pemotongan up milling, karena itu pahat lebih kuat menahan beban, biarpun terjadi chipping setelah menjalani pemotongan 400 impact

Gambar 8. Benda Kerja Tidak Tirus yang telah teridentifikasi, parameter pemotongan yang digunakan Vc = 200 m/min, a = 1 mm dan feed = 0,1 mm/r, kerusakan pahat potong dapat dilihat :

Gambar 11. Titik T Gambar 11. menunjukkan hasil pengujian yang dilakukan untuk kontak awal pada titik T, dimana posisi titik pusat cutter diluar benda kerja atau sudut masuk positif, karena sudut aksial negatif pahat potong menyentuh benda kerja pada bagian atas ujung sisi potong , sehingga pahat lebih kuat menahan beban kontak.

Gambar 9.Titik S Gambar 9. menunjukkan hasil kerusakan yang terjadi pada lokasi kontak awal titik S, menunjukkan lokasi kontak pada ujung sisi potong dimana daerah yang sangat lemah menerima beban kontak dan menyebabkan ujung sisi potong terjadi gagal. Kegagalan tersebut disebabkan kontak titik yang tidak sanggup menyerap energi kontak karena luas penampang kontak dari pahat sangat kecil.

Gambar 12. Garis ST Gambar 12. menunjukkan hasil pengujian yang dilakukan untuk kontak awal pada garis ST, dimana posisi titik pusat cutter diluar benda kerja atau sudut masuk positif, sisi pahat potong aksial Volume 1, Tahun I, No. 1, Agustus 2012

- 5


berimpit dengan sisi benda keja, pahat potong menyentuh benda kerja pada garis sisi depan dengan pemotongan down Milling, pahat potong setelah menjalani 200 impact terjadi fracture di sepanjang garis kontak ST. Hal ini dapat dilihat pada gambar bahwa kontak garis yang vertikal ujung pahat sangat lemah untuk menahan beban kontak, selain terjadi rusak juga ujung pahat yang dilapisi terjadi memudar akibat gesekan.

Untuk lokasi titik U, TU dan UV tidak ditinjau karena lokasi tersebut dianggap aman. Pengaruh Geometri Chamfer Sudut Benda Kerja Untuk Pencegahan Kerusakan Pahat Potong Gambar 15. menunjukkan benda kerja berbentuk tirus dengan sudut 30o posisi lokasi kontak pada titik V. Benda kerja bentuk tirus dapat memindahkan lokasi kontak dari kontak titik dan bidang menjadi kontak garis, pada pengujian ini sudut benda kerja divariasikan empat jenis sudut ketirusan yaitu 30o, 45o dan 60o.

Gambar 13. SV Gambar 13. menunjukkan hasil pengujian yang dilakukan untuk kontak awal pada garis SV, dimana posisi titik pusat cutter berimpit dengan sisi benda kerja, sudut aksial positif pahat potong menyentuh benda kerja pada garis sisi bawah dengan pemotongan down Milling. Kontak garis ini terjadi kerusakan pahat lebih lama dibandingkan dengan kontak garis ST setelah menjalani pemotongan, kerusakan berbentuk chipping.

Gambar 15. Benda Kerja Tirus Pemotongan pada benda kerja yang di chamfer sudut 30o ( Vc : 300 m/min, Feed : 0,01 mm/r dan a = 1 mm), pada lokasi kontak di titik S.

Gambar 16. Titik S, sudut tirus 30o

Gambar 14. Bidang STUV Gambar 14 menunjukkan hasil pengujian yang dilakukan untuk kontak awal pada bidang STUV, dimana posisi titik pusat cutter dan sudut aksial pahatberimpit dengan sisi benda kerja, pahat potong menyentuh benda kerja pada kontak bidang dengan pemotongan down Milling. Dari gambar tersebut terlihat bentuk kerusakan bereda-beda dan setelah menjalani pemotonga yang tidak sama, tetapi belum dapat mendeteksi. 6-


Pemotongan pada benda kerja yang di chemfer sudut 30o ( Vc : 200 m/min, feed : 0,16 mm/min dan a = 1 mm), Pada lokasi kontak titik S.

Gambar 17. Titik S, sudut tirus 30o


Pada Gambar 16 dan 17 menunjukkan, bahwa benda kerja chamfer 30o bentuk lokasi kontak berbeda dengan benda kerja non chamfer dimana lokasi kontak berubah dari kontak titik menjadi kontak garis. Berubahnya dari kontak titik ke kontak garis dapat mengurangi kerusakan, juga dapat memferifikasi bahwa keausan pahat sudah mulai tampak dimana warna lapisan mulai memudar yang nanti benda kerja mengalami kontak langsung dengan substrat dari pahat. Penggunaaan metoda chamfer sudut benda kerja merupakan suatu metode selain untuk mencegah kerusakan lebih awal sebelum sampai masa aus.

Gambar 20. Sudut negatif terbentuk antara benda kerja dan pahat potong Pada Gambar 4.19 benda kerja dengan sudut di chamfer membuat sudut masuk aksial negatif kurang dari 90o antara sisi potong pahat dan sisi benda kerja, awal kontak terjadi di belakang titik dari pahat potong, sisi potong alat memiliki bagian yang lebih besar, lebih kuat dan lebih baik menahan beban impact karena beban tersebut hanya terjadi beberapa saat ketika pahat potong kontak dengan benda kerja. SIMPULAN DAN SARAN Simpulan

Gambar 18. Titik S, sudut tirus 45

o

Pada Gambar 18. sudut chamfer 45o bentuk kontak berupa garis lebih tebal dibandingkan sudut 30o tentunya luas penampang kontak lebih besar dibandingkan dengan sudut 30o . Dari hasil pengujian sudut chamfer 45 derjat bidang kontak lebih luas dan gaya kontak juga lebih besar.

Gambar 19. Titik S, sudut tirus 60o Pada Gambar 19 sudut chamfer 60o bentuk kontak berupa titik, dilihat dari bentuk kerusakan hampir sama dengan non chamfer.

Berdasarkankan hasil yang diperoleh dalam penelitian ini dapat disimpulkan untuk proses face milling dengan pahat potong karbida dan benda kerja AISI 01 sebagai berikut: 1. Hasil analisis secara gambar dapat diidentifikasikan sebagai berikut: - Sudut masuk dapat mecirikan suatu proses pemotongan up milling atau down milling. - Jika sudut masuk positif atau negatif dan sudut aksial positif atau negatif terjadi kontak titik yaitu S, T, U dan V. - Jika sudut masuk positif atau negatif dan sudut aksial nol, sudut masuk nol dan sudut aksial positif atau negatif terjadi kontak garis yaitu ST, UV, SV dan TU. - Jika sudut masuk nol dan aksial nol terjadi kontak bidang STUV. 2. Lokasi kontak awal dipengaruhi oleh sudut aksial dan sudut masuk : Volume 1, Tahun I, No. 1, Agustus 2012

- 7


- Sudut masuk dan sudut aksial pada posisi nol dan positif terjadi chipping. - Titik terjadi chipping S, ST, SV dan STUV. 3. Meniruskan (chamfer) sudut benda di lokasi kontak adalah salah satu metode untuk mencegah kegagalan pahat potong karbida dilokasi kontak awal. Sudut chamfer 30o yang terbaik diantara sudut 45o dan 60o. Saran Penelitian perlu dikembangkan dengan meninjau pengaruh bentuk sudut tirus di lokasi kontak awal terhadap gaya potong pada proses face milling. DAFTAR PUSTAKA Asai, T., S. Nakatani, and A. Hara, (1980) : Study on the Early Fracture of Carbide Tools. Bulleting of Japanese Society of Precision Engineering, Vol. 14/1, pp. 1924. Bhatia, S. M., Pandey, P. C. and Shan, H. S.,(1979), : Failure of Cemented Carbide Toolsin Intermittent cuting. Precision Engineering, PP.148-152 Caldeirani, F. J., A. E. Diniz, (2002), : Influence of Cutting Condition on Tool Life, Tool Wear and Surface J. Braz. Soc. Mech. Sci.Eng. 24 (1),2-9. Ghahramani.B, Z. Y. Wang,' C. Sahay,' K. P. Rajurka,(1999) : Analysis of Initial Contact and Tool Fracture in The Milling Proces,Vol.3 pp.9-23. Husni, (2009) : A Study Ceramic tool Fracture in Interrupted Turning, Thesis for degree of a doctor Philosophy (PhD), Faculty of Engineering, University Malaya. Melo, A. C. A, et al.,(2004) : Some Observations on Wear and Damages in Cemented carbide tools. J. Braz. Soc. Mech. Sci.Eng. 28 (3),269-277. 8-


Sanvik Coromant Metal Cutting Guide, D 23, (2010), www. sanvik coromant. Com. Phillips, P. K. (1977) : Tool wear and Tool Life in Intermittent Cutting of Hardned Steel Using Conventional Hard Metal Insert, int. J. Mach tool Des Res 18 p. 19-28. R. CEP, (2009), Influence of Thermal and Mechanical Shocks to Cutting Edge Tool Life World Academy of Science, Engineering and Technology 56. Trent, E. M.,Wright, P. K., (2000) : Metal cutting, Butterworth/ Heinemann, Oxf-ord, pp 446. Technical Data- Milling, Greenleaf, (2011), www.greenleafcorporation.com

PENGARUH LOKASI KONTAK AWAL TERHADAP KERUSAKAN PAHAT POTONG PADA PROSES FACE MILLING

Recommend Documents