PENGARUH PEMOTONGAN MATA PAHAT CARBIDA DAN HSS PADA MESIN BUBUT TERHADAP KEKASARAN PERMUKAAN
Sumardi Jurusan Teknik Mesin, Politeknik Negeri Lhokseumawe Abstract The machining process currently has became the most important thing in industrial area. In addition, based on experience and market observation has been proven the demand or order to requirements for making various machine components and modification in our society were related to automotive field, agriculture, fishery and breeding/ranch. Hence to overcome this challenge, the writer wishes to conduct a research activity to develop of science in production field which used conventional lathe. In this research, to be done a prosess workmanship which using ASSAB 705 as raw material and using carbide and HSS tool as a chisel to obtain optimum workmanship prosess of surface roughness value or attainment of roughness level (N) certainly. to measure the surface roughness was using surface tester digital measuring instrument, and the result of workmanship of cutting condition from using both types of chisel would compared to attainment of surface roughness level which expected can becoming a standard reference for workmanship level of lathe conventional. The result of research was orient at product value of machine component which has high correctness like : accurate and precision. Thus, this is ordinary happening for couple’s machine component such as shaft and bearing, cylinder and piston. Keyword :conventional lathe, chisel, and surface roughness. 1.
Pendahuluan
Proses permesinan dewasa ini sangat memeran peran penting seiring dengan berkembangnya teknologi industri seperti pada bidang otomotif, produksi, dan kontruksi. Sehingga hal ini merupakan suatu bidang keahlian yang memiliki nilai komersial yang sangat tinggi, sebagai contoh : bidang industri otomoyang dapat memproduksi komponen secara masal. Atas dasar pemikiran ini maka penuli merasa perlu untuk dapat mengembangkan suatu bidang keahlian khusus melaui kegiatan penelitian yang akan dilakukan nantinya yaitu tentang proses pengerjaan pada mesin bubut (turning) yang memerlukan beberapa pemahaman dan skill terhadap hasil pengerjaan suatu produk untuk menca[ai nilai akurasi yang tinggi, presisi, sehingga dapat mewujudakan hasil pengerjaan yang otif yang harus mampu melayani setiap permintaan para konsumennya, dan bidang produksi ptimum (teliti, dan berkualitas). Pada kegiatan penelitian ini p0enulis akan meneliti suatu produk dari hasil pengerjaan potongan dengan menggunakan mata pahat carbida dan HSS pada mesin
bubut konvensional. Dimana dlam pelaksanaannya penulis akan membuat specimen uji dari jenis material yang tergolong baja keras seperti : St.60, ASSAB 705, SS316, SS416 dengan dimensi tertentu. Selanjutnya dilakukan pembubutan specimen dengan memperhatukan beberapa variable selama pengerjaan seperti : pemasangan pahat pada mesin serta kondisi potongan yang direncanakan akan berpengaruh terhadap sudut pahat, kedalaman pemotongan (depth of cut), langkah pemakanan (feeding), kecepatan potong (cutting speed), dan putaran motor, untuk memperoleh hasil kerja yang optimum. Sehingga dari hasil pengerjaan pembubutan tersebut diharapkan untuk mendapatkan nilai angka kekerasan permukaan (Ra) dan tingkat kekerasan permukaan (N), yang optimum pula, dan pengukuran ini dilakukan menggunakan alat ukur surface tester. Dimana hasil dari pengukuran tersebut akan mengacu pada standarisasi ISO. Disamping itu juga nilainilai kekerasan permukaan yang diperoleh dari hasil pembubutan menggunnakan pahat carbide dan HSS, dimana hasilnya akan dibandingkan dan akan dijadikan referensi
standard pada pembubutan untuk jenis material baja yang tegolong keras. Dalam penelitian ini pengerjaan specimen akan dikerjakan dengan menggunakan mesin bubut konvensional. Dimana specimen uji yang akan dikerjakan sebanyak 6 buah, pembubutan dilakukan dengan menggunakan 2 jenis material mata pahat bubut berlainan yaitu : pahat carbide dan pahat HSS. Selama proses pembubutan berlangsung variable-variabel seperti kondisi pemotongan yang berpengaruh terhadap sudut pahat, kedalaman pemotongan, langkah pemakanan, kecepatan potong, dan putaran motor akan diberlakukan sama untuk kedua jenis material pahat tersebut, selanjutnya dilakukan pengukuran pada permukaan (surface) dengan alat ukur surface tester untuk mengetahui nilai kekerasan (Ra) dan pencapaian tingkat kekerasan (N) yang dihasil dari bubutan kedua jenis mata pahat tersebut. Disamping itu juga pada teknik pengerjaan specimen adalah untuk mengetahui tingkat keahlian dalam pengerjaan, sehingga memperoleh produk hasil pengerjaan yang memiliki ketelitian yang tinggi seperti: teliti, akurasi, dan presisi untuk tercapainya kualitas suatu produk dari hasil pembubutan. Hal ini mengacu pada kebutuhan dalam bidang otomotif khususnya untuk pembuatan komponen-komponen mesin yang memerlukan tingkat kepresisian yang tinggi dan memiliki kualitas untuk memperoleh harga jual yang tinggi pula.
4. Mengetahui lebih jauh hubungan antara variable proses pemotongan yang akan menjadi dasar pengenbangan perancangan/desain mesin perkakas maupun untuk menuju keperencanaan proses permesinan yang optimum
2.
Tinjauan Pustaka 2.1 Proses Bubut
Dalam penelitian ini dilakukan dengan proses permesinan khususnya menggunakan mesin bubut adalah untuk :
Benda kerja atau specimen dipegang oleh pencekam yang dipasang diujung poros utama (spindle), lihat gambar (1) dengan mengukur lengan pengatur, yang terdapat pada kepala tetap, putaran poros utama (n) dapat dipilih. Harga putaran poros utama umumnya dibuat bertingkat, dengan aturan yang telah distandarkan, misalnya : 630, 710, 800, 900, 1120, 1250, 1400, 1600, 1800, dan 2000 rpm. Sedangkan pahat dipasangkan pada dudukan pahat dan kedalaman potong (a) diatur dengan menggeserkan peluncur silang melalui roda pemutar (skala pada pemutar menunjukkan selisih harga diameter dengan demikian kedalam gerak translasi bersama-sama dengan eretan dan gerak makanya diatur dengan lengan pengatur pada rumah roda gigi. Gerak makan (f) yang tersedia pada mesin bubut bermacam-macam dan menurut tinggkatan yang telah distandarkan, misalnya : 0, 1,0. 112,0.125,0.14, 0.16 (mm/(r) ).[1].
1. Lebih mengetahui mekanisme proses pemotongan dengan menggunakan plat
Element dasar dari proses bubut dapat dihitung dengan menggunakan rumus sebagai berikut :
2. Mengetahui sifat kemudahan untuk dipotong dari berbagai jenis logam yang relative cepat perkembangannya
Kondisi pemotongan ditentukan oleh :
3. Menemukan material yang dapat menentukan bahan yang sesuai untuk digunakan sebagai pahat yang lebih baik, sehingga menaikkan efesiensi permesinan
Benda kerja (spesimen) do = diameter mula (mm) Dm = diameter akhir (mm) It = panjang permesinan (mm) Pahat : a. = kedalaman potong (mm) a = (do-dm)/2 (mm) f = gerak makan (mm/r)
n = putaran poros utama(rpm) 1. Kecepatan potong :
V π.d. n 1000 (m min) Gambar 1.mesin bubut konvensional Keterangan : 1. head stock 2. poros spindle 3. tail stock 4. dudukan B. kerja (spesiment) 5. tool post 6. eretan dan apron 7. Pahat 8. bed 9. handle pengatur kecepatan 10. batang ulir penggerak 11. gear box
n d x v
γo: Ditentukan sesuai dengan jenis pahat, benda kerja, dan kecepatan potong yang diiginkan. αo, Xf, γs: Disesuaikan dengan kondisi pemotongan (gerak makan) rε: Disesuaikan dengan kedalan potong dan kehalusan permukaan (pada proses akhir / penghalusan) serta gaya radial. 2.3 Penentuan kedalaman potong (A) dan gerak makan (F) supaya proses pembentukan geram berlangsung dengan baik, maka rasio kerampingan garam S ditentukan sebagai berikut :
d
b
a
Xf : Ditentukan bedasarkan kekakuan sistem pemotongan dan dimensi akhir produk (pada ujung atau benda kerja). Ini berkaitan dengan umur pahat dan gaya radial.
f
A = ar – b.h b=a/ sin x
Gambar 2. Proses bubut
Kedalaman potong
δ =b/h = a/ (f sin2 xr )
a≤2
3≤δ≤8
a≥2
5 ≤ δ ≤ 20
Dimana : d = diameter rata-rata (mm) d = (do+dm)/2 = do (mm) 2. kecepatan pemakanan : Vf = f.n (mm/min) 3. waktu pemotongan : tc = It / Vf (min) 2.2 Kondisi Pemotongan Pemilihan jenis pahat dan geometri pahat pahat dipilih sesuai dengan pekerjaan yang akan dilakukan. Material pahat, HSS atau karbida, ditentukan bedasarkan material benda kerja (specimen) dan kondisi pemotongan (pengasaran, adanya beban kejut, dan penghalusan). Untuk HSS dipilih jenis M1, M2, M3, M10, M3, M4, atau T15, atau yang lain seperti yang tesedia dibagian perkakas (tool crib). Sedangkan pahat kerbida dipilih jenis P, M, atau K dengan kode angka 10, 20, atau 30.geometri pahat dipilih sebaik mungkin (optimum) sesuai dengan kondisi pemotongan sebagaimana telah diuraikan sebelunya sebagai berikut :
Radius ujung pahat disesuaikan dengan kedalaman potong, sedangkan kedalaman potong ditentukan bedasarkan dimensi bahan relative terhadap dimensi akhir. Pada langkah pengerasan kedalaman potong diusahakan sebesar mungkin, dalam hal ini sebagai kendala adalah panjang mata potong dan gaya pemotongan. a = (do-dm) amin= tergantung pada rε amax= 0,7 .S . sin xf S= panjang mata potong a rε s.d 3
0,5 – 0,8
3-10
0,8 – 1,5
10-20
1,5 – 2,0
Dimana gerak makan ditentukan bedasarkan jenis proses, yaitu pengaasaran atau
penghalusan. Pada proses pengasaran, gerak maka dipilih sebesar mungkin dan yang menjadi kendala adalah rasio kerampingan geram serta gaya pemotongan. Sedangkan pada proses penghalusan, gerak makan bersama-sama dengan radius ujung pahat untuk menentukan tingkat kehalusan permukaan. 2.4 proses pengesaran rasio kerampingan geram , δ dipilih : 5 s.d 10 gaya potong dan gaya radial: Fy = Fv = ks 1-2 aCxCyCvbCv : N 1.1 . f Fx = (0,3 s.d 0,5) Fy : tergantung pada xf Dimana : gaya potong spesifik referensi Ks 1.1, z dan factor koreksi Cx dan Cy, dan Cbv, dan Cv sesuai dengan material benda kerja, geometri pahat, keausan, dan kecepatan potong. 2.5 proses penghalusan untuk proses penghalusan (proses akhir) harga kedalaman potong telah tertentu (dihitung dari selisih a diameter sebelum dipotong denga diameter akhir), dan gerak makan ditetapkan sesuai dengan kehalusan permukaan produk yang dikehendaki, dari hasil para peneliti sebelumnya dapat situnjukkan korelasi antara kekerasan permukaan, radius ujung pahat, dan gerak makan sesuai dengan rumus empiris berikut :
f 8 Rt r / C r (mm )
F = gerak makan (mm/r) Rt = parameter kekerasan (peak to valley height) rε= radius ujung pahat, (0,4 : 0,8 : 1,2 : 1,6 : 2,4) Cr= konstanta dipengaruhi oleh kekakuan sistem pemotongan (benda kerja, pahat) = 2000 : untuk sistem yang baku = 2300 : untuk sistem yang sedang = 3000 : untuk sistem yang lemah permukaan
Kekasaran permukaan (surface rounghness) perlu diperhatikan untuk komponem mesin yang bergerak dan bergesekan dengan permukaan lain seperti halnya bantalan (bearing). Di samping itu, kekasran permukaan akan menjamin kekuatan terhadap beban yang menekan. Kekasaran permukaan dari bagian – bagian mesin dan juga bekas pengerjaan merupakan faktor yang sangat penting untuk menjamin mutu komponem misalnya: suian atau ketahanan. Penunjukan konfigurasi permukan yang mencakup kekasaran permukaan , arah bekas pengerjaan dan sebagainya. Maksud dari para perancang terhadap konfigurasi permukaan harus di nyatakan dalam gambar kerja dengan cara-cara yang telah di tentukan secara internasional. Pada dasarnya konfigurasi permukaan tidak di perlukan jika proses pembuatan biasa dapat menjamin hasil pengerjaan akhir (fhinising) yang dapat di terima. Dalam pelaksanaan penelitian ini akan menggunakan ketentuan-ketentuan dan cara-cara penunjukkan dari konfigurasi permukaan menurut ISO/R 468 (tentang kekasaran permukaan ) danISO 1302.[6] 2.7 penyimpangan rata-rata aritmatik
Dimana :
2.6 Kekasaran roughness)
mesin, peralatan dengan ketelitian dimensi dan bentuk serta karakteristik permukaan tertentu.
(surface
Benda kerja (spesiment) doproses secara permesinan dengan tujuan untuk menghasilkan produk berupa komponen
dimana penyimpangan rata-rata aritmatik (Ra) adalah harga rata-rata dari ordinatordinat profil efektif garis rata-ratanya. Profil efektif berarti garis bentuk (concour) dari potongan permukaan efektif dari sebuah bidang yang telah di tentukan secara konvensional terhadap permukaan geometris ideal. Ordinatordinat (y1, y2, y3,………………………………, y4) dijumlahkan tandanya:
tanpa
memperhitungkan
R p
+
y
y,
P= profil efektifƖ = panjang
m Ɩ
-
Gambar 3. Penyimpangan rata-rata arismatik Ra daris garis rata-rata Profil. 3.
diolah yaitu data yang telah di ukur kekerasannya terhadap 12 buah benda uji, untuk mendapatkan hasil yang maksimal maka dibuat 3buah sampel di ukur kekasaran permukaan benda uji dan selanjutnya diambil harga rata-rata, maka dibawah ini di tabelkan hasil kekasaran rata-rata. Table 3. hubungan table pemotongan dan kekerasan permukaan benda uji
Hasil dan pembahasan Setelah dilakukan proses pengujian pembubutan dan di lakukan pengukuran kekerasan permukaan dengan menggunakan surface Tester Digital maka di peroleh basil seperti di tunjukkan pada table (1) dan table (2) di b awah ini : Table 1 . Data Hasil Kekerasan pahat HSS
pengujian
per lak ua n
pah at
Tebal pemo tonga n (mm)
Pemetong an
Kekasaran permukaan Ra (µm)
Keka saran perm ukaa n ratarata (µm)
1
2
3
0,25
1, 6 3 4
2, 8 1 7
1, 8 1 6
2,089
4, 4 5
1, 8 2 1
2,699
1
HS S
2
HS S
0,5
1, 8 2 5
3
car bid a
0,25
4, 8 5 8
4, 1 8 9
4, 2 6 1
4,436
4
car bid a
0,5
5, 2 6 6
3, 8 1 5
4, 1 5 6
4,156
Table Perlakua n
Kekasaran permukaan (µm) benda uji
(mm) 1
0,25
1,63 4
2,81 7
1,81 6
2
0,50
1,32 5
4,45 0
1,82 1
Table 2 . Data Hasil Kekerasan pahat Carbida
pengujian
Table Perlak uan
Pemeton gan
Kekasaran permukaan Ra (µm)
(mm) 1
0,25
4,8 58
4,1 89
1,3 61
2
0,50
5,2 66
3,8 15
4,1 56
Dalam percobaan ini yang telah di lakukan di laboratorium Teknologi Mekanik Teknik Mesin Politeknik Negeri Lhokseumawe dan Fakultas Teknik Unima Lhokseumawe dan di peroleh data hasil penelitian yang akan
Dengan putaran mesin constan yaitu 2388 rpm, tebal pamakanan diubah terlihat pada grafik semakin tebal pemotongan menghasilkan permukaan logam lebih kasar sebaliknya semakin tipis pemotongan akan menghasilkan permukaan logam yang lebih halus. Dari hasil pengukuran kekasaran permukaan logam untuk perlakuan 1 s.d 4 terhadap 12 benda uji diperoleh harga kekasaran yang berbeda-beda hal ini disebabkan oleh beberapa factor antara lain : 1.
Struktur logam yang tidak homogen
2.
Pengaruh dari mata pahat, karena mata pahat yang digunakan akan
terjadi keausan yang mengakibatkan tumpulnya pahat.
diadakan penelitian yang mana hasilnya dapat disimpulkan sebagai berikut :
Kecepatan potong sangat mempengaruhi putaran mesin, apabila kecepatan potong tinggi putaran mesin menjadi tinggi, sebaliknya apabila kecepatan potong rendah putaran mesin akan rendah pula
1. Kekerasan permukaan logam sangat dipengaruhi oleh tebalnya pemotongan .
4.
Pengaruh dari bahan yang dibubut dengan mata pahat.
3. Kekasaran permukaan dipengaruhi oleh bahan pahat dan bahan benda kerja
5.
Kekasaran permukaan logam sangat dipengaruhi oleh tebalnya pemotongan
6.
Ketelitian dalam membaca alat ukur kekasaran permukaan (surface tester).
3.
Bedasarkan hasil pengukuran dan analisa data yang telah dilakukan dengan menggunakan bahan pahat HSS dan tebal pemotongan 0,25 mm dengan putaran mesin 2388 rpm maka diperoleh hasil kekasaran permukaan logam yang paling halus yaitu 1,633 µm. 4.
Kesimpulan
Mesin bubut adalah salah satu mesin produksi yang dapat dipergunakan untuk memproduksi komponen-komponen permesinan dengan jalan menyayat /membubut benda kerja dengan posisi tool tetap pada tool turret, benda kerja yang berputar diikat kuat pada ragum. Mutu hasil produksi mesin bubut sangat tergantung pada tingkat kehalusan permukaan logam dan juga akan mempengaruhi kepresisian ukurannya. Untuk mengetahui factor-faktor yang penting dalam rangka pencapaian kehalusan permukaan logam maka perlu
2. Kekasaran permukaan logam sangat dipengaruhi oleh putaran mesin bubut
Ternyata dari hasil penelitian ini ditemukan data empiris mengenai tebalnya pemotongan yaitu menggunakan harga Vc = 150 m/menit atau sama dengan putaran mesin 2388 rpm dengan tebal pemakanan 0,25 mm diperoleh harga kekasaran yang paling halus yaitu 1,634 µm Daftar pustaka E.M Trent, metal cutting, butterworths, London, 1977 F. koenigberger design principle of metal cutting tool, pergamon, Mc-millan Co. New York, 1964 G. tskeshi sato, N. Sugiarto hartanto, menggambar mesin, ISO, jakarta 2003 J.A scohe, introduction to manufacturing prosesses, Mc-Graw Hill international Edition, Singapore, 1987 Taufiq Rochim, teori & teknologi proses permesinan, higher education support project, Jakarta 1993 W.F Ssmith, principle of material science and engineering, Mc-Graw-w hill international edition, Singapore, 1986
