PENGARUH TEBAL PEMAKANAN DAN KECEPATAN POTONG PADA PEMBUBUTAN KERING MENGGUNAKAN PAHAT KARBIDA TERHADAP KEKASARAN PERMUKAAN MATERIAL ST-60 Hasrin Jurusan Teknik Mesin Politeknik Negeri Lhokseumawe Jl.Banda Aceh-Medan Km.280 Buketrata Email :
[email protected] ABSTRAK Proses pemesinan kering (dry machining) menggunakan mesin bubut EMCO Maximat V13 merupakan salah satu alternatif yang digunakan dalam penelitian ini untuk pengerjaan bubut yang berorientasi pada proses produksi. Tujuan dari penelitian ini untuk meningkatkan kualitas dan efisiensi dari hasil pembubutan tersebut. Pencapaian nilai kualitas suatu produk pada proses bubut yaitu dengan melihat tingkat kekasaran permukaan yang diperoleh pada kondisi pemotongan. Pada penelitian ini mengukur dampak dari variasi kedalaman pemotongan (depth of cut) dan kecepatan pemotongan (cutting speed) terhadap tingkat kekasaran permukaan (N) baja ST-60 pada proses pembubutan kering (dry turning) secara eksperimental menggunakan mata pahat karbida (carbide). Metode pengukuran kekasaran permukaan dengan alat stylus Surface Tester menghasilkan nilai kekasaran permukaan rata-rata terbesar (kasar) diperoleh Ra = 2.163 µm yang terjadi pada tebal pemakanan 1.5 mm, dan kecepatan potong 90 m/min. Nilai kekasaran rata-rata terkecil (halus) : Ra = 0.883 µm terjadi pada tebal pemakanan 0.5 mm dengan kecepatan potong 150 m/min. Dari hasil analisa data menggunakan metode regresi linier berganda dengan tingkat keyakinan 95% dapat diambil kesimpulan bahwa tebal pemakanan dan kecepatan potong berpengaruh signifikan secara bersamaan terhadap kekasaran permukaan, dimana F start = 17,39 > F tabel = 5,14. Secara parsial kedalaman potong berpengaruh dominan terhadap kekasaran permukaan, dimana nilai t start = 4.871 > t tabel = 2.306, sedangkan nilai Sig = 0,003 < Alpha = 0,05. Berdasarkan persamaan regresi dan grafik alur yang menghubungkan antara variabel bebas dengan variabel terikat, maka dapat pula diambil kesimpulan bahwa semakin besar kedalaman potong/tebal pemakanan, maka harga kekasaran permukaan semakin besar (kasar) pula. Kata kunci: Kekasaran Permukaan, Ketebalan Pemotongan, Kecepatan Potong. PENDAHULUAN Proses pemesinan atau proses pembentukan logam dewasa ini sangat memegang peranan penting seiring dengan kemajuan teknologi. Pada dunia industri otomotif, konstruksi mesin dan komponen khususnya, seorang ahli teknik mesin
produksi mendapat tantangan untuk dapat meningkatkan kualitas dan efisiensi dari hasil proses pemesinan tersebut serta mampu menciptakan teknologi yang ramah lingkungan (green technologies). Salah satunya yaitu proses pembubutan kering (dry turning) menjadi semakin populer untuk
masa mendatang karena kekhawatiran terhadap keamanan lingkungan. Pada proses pemesinan tanpa menggunakan cairan pendingin ini tidak hanya ramah terhadap lingkungan, akan tetapi dapat mengurangi 16 – 20 % dari biaya produksi. Namun, harus dicatat juga bahwa beberapa manfaat dari cairan pendingin seperti mengurangi koefisien gesekan dan panas tidak akan terjadi untuk pemesinan kering dan juga pemesinan kering akan dapat diterima hanya apabila kualitas pengerjaan yang dicapai dalam pemesinan basah setara atau bahkan lebih baik. Pada penelitian ini, dilakukan untuk memperoleh data hasil dari proses pemesinan kering yaitu suatu proses pemotongan logam menggunakan mesin bubut konvensional dengan mata pahat potong karbida (carbide) dan tanpa menggunakan cairan pendingin. Dimana dalam pelaksanaannya penulis akan membuat spesimen uji kekasaran permukaan (surface roughness test) dari jenis material yang tergolong baja karbon menengah (medium carbon steel) seperti baja ST60 yang pada umumnya digunakan pada industri otomotif. Baja karbon menengah (medium carbon steel) mengandung karbon antara 0,25% - 0,55% C dan setiap satu ton baja karbon mengandung karbon antara 30 60 kg. Pada proses pembubutan spesimen divariasikan dengan beberapa parameter pemotongan seperti: kedalaman pemotongan (depth of cut) dan kecepatan pemotongan (cutting speed). Hasil pembubutan spesimen tersebut akan diukur menggunakan alat ukur kekasaran permukaan yang biasa disebut Roughness Surface Tester untuk mengetahui nilai harga kekasaran permukaan (Ra) dan
tingkat kekasaran permukaan (N) yang dapat dicapai. Dimana hasil dari pengukuran tersebut akan mengacu pada standarisasi ISO (International Standard Organization). Tujuan dari penelitian ini untuk Mengetahui tekstur kekasaran permukaan (Ra) hasil pengerjaan pada proses bubut kering baja karbon sedang ST 60 menggunakan pahat karbida adalah untuk mengetahui harga dan tingkat kekasaran permukaan (N) yang dapat dicapai. Untuk menganalisa pengaruh dari 2 (dua) parameter pemotongan yang divariasikan antara kedalaman potong dan kecepatan potong terhadap kekasaran permukaan yaitu menggunakan metode ANOVA. Manfaat dari penelitian ini untuk memperoleh harga rata-rata kekasaran (Ra), dan tingkat kekasaran (N) untuk memperoleh kualitas hasil pengerjaan bubut. Sehingga dapat menghasilkan proses pembubutan sesuai standarisasi ISO. TINJAUAN PUSTAKA 1. Proses Pemesinan Kering Proses Pembubutan biasanya disebut juga proses pemotongan logam (metal cutting process) menggunakan mesin bubut, yang dilakukan dengan cara membuang bagian benda kerja yang tidak digunakan menjadi beram (chips), sehingga terbentuk benda kerja (Widarto dkk, 2008:36)(8).
Gambar 1. Mesin bubut Emco Maximat V13 2. Pahat Potong
Pahat potong yang digunakan pada penelitian ini adalah pahat insert karbida YG6 dengan sudut potong utama 60o, radius pojok 0,8 mm.
Gambar 2. Pahat Potong Karbida YG6 3. Alat Ukur Kekasaran Permukaan Untuk mengukur kekasaran permukaan pada spesimen/benda kerja, digunakan peralatan yang dilengkapi dengan jarum peraba (Taufiq Rochim, 2001:55)(5). Peralatan yang digunakan pada penelitian ini bekerja berdasarkan prinsip elektrik Surface Roughness Tester.
Gambar 4. Spesimen Uji Harga putaran poros utama (n) dan gerak makan (f) dapat dipilih dan umumnya dibuat bertingkat, dengan aturan yang telah distandarkan. Untuk mesin bubut dengan putaran motor variabel, ataupun dengan sistem transmisi variabel, kecepatan putaran poros utama tidak lagi bertingkat melainkan berkesinambungan (Taufiq Rochim, (4) 1993:13) . Elemen dasar dari proses bubut dapat diketahui atau dihitung dengan persamaanpersamaan berikut seperti terlihat pada Gambar 5.
Gambar 5. Proses bubut Gambar 3. Surface Roughness Tester METODE PENGERJAAN Dalam proses bubut terdapat tiga parameter yang sangat menentukan kualitas dari hasil proses bubut yaitu : kecepatan putar spindel (n), gerak makan (f) dan kedalaman potong (a). Faktor yang lain seperti spesimen uji dan jenis pahat sebenarnya juga memiliki pengaruh yang cukup besar, tetapi tiga parameter di atas adalah bagian yang bisa diatur oleh operator langsung pada mesin bubut.
11
22
Kecepatan potong, v (cutting speed), ditentukan berdasarkan jenis material benda kerja dan material pahat, kedalaman potong dan gerak makan, tingkat kehalusan permukaan yang diinginkan.Kecepatan pemotongan dirumuskan sebagai berikut: .d .n v (m/min)…………(1) 1000 do dm Dimana: d (mm) 2 Kecepatan makan, Vf (feed), untuk menghitung kecepatan gerak pemakanan didasarkan pada gerak pemotongan (f). Gerak pemotongan ini biasanya disediakan dalam daftar spesifikasi yang dicantumkan
pada mesin bubut bersangkutan. Kecepatan makan dirumuskan sebagai berikut: Vf = f.n (mm/min)………….....(2) Kedalaman pemotongan, a (Depth of Cut) adalah rata – rata selisih dari diameter benda kerja sebelum dibubut dengan diameter benda kerja setelah di bubut. Kedalaman pemakan dapat diatur dengan menggeserkan peluncur silang melalui roda pemutar (skala pada pemutar menunjukan selisih harga diameter). Kedalaman pemotongan dirumuskan sebagai berikut: Waktu pemotongan, tc adalah panjang pemotongan pada benda kerja ditambah langkah awal ditambah dengan langkah akhir. Maka waktu pemotongan dirumuskan sebagai berikut: tc = lt / vf (min)……………......(3) Kecepatan penghasilan geram dirumuskan sebagai berikut: Dimana:
dapat
Z = A . v (cm)……………......(4) penampang geram sebelum terpotong:
putaran spindle. Sebelum kondisi pemotongan ditentukan, terlebih dahulu harus ditentukan jenis mesin perkakas yang digunakan dan pahatnya (material pahat harus disesuaikan dengan material benda kerja, geometri pahat disesuaikan dengan kondisi pemesinan yang direncanakan). Pahat potong yang digunakan pada penelitian ini adalah pahat insert karbida YG6 dengan sudut potong utama 60o, radius pojok 0,8 mm. Pahat karbida insert YG6 termasuk dalam pahat karbida paduan jenis tungsten carbide insert yang merupakan jenis pahat karbida untuk pemotongan baja (steel cutting grade). Spesifikasi dan komposisi kimia dari pahat potong karbida YG6 dapat dilihat pada tabel 1. Tabel 1. Sifat Fisik dan(2.3) Komposisi Kimia Pahat Karbida YG6 (2.4)
A = f . a (mm2)…………….....(5) maka, Z = f . a .v (cm3/min)............(6) Menentukan kecepatan potong (cutting speed) dan kecepatan makan (feeding Speed) serta kedalam potong (depth of cut) adalah menentukan kondisi pemotongan (Syamsir A. Muin, 1983:31)(3). Untuk mesin-mesin perkakas produksi, kecepatan potong dinyatakan dalam (m/min) sedangkan pada mesin asah yang selalu mempunyai kecepatan tinggi dinyatakan dalam (m/s). Kecepatan potong ini tergantung pada kemampuan mesin dan kekerasan benda kerja, selain itu tergantung pula pada kesanggupan pahat potong dan
Sumber: Tungsten Carbide Products(7). Metode pengukuran profil permukaan dilakukan dengan Surface Roughness Tester.
nilai rata-rata kondisional variabel terikat yang merupakan fungsi linier dari variabel (variabel) bebas. Sedang yang kedua, linier dalam parameter merupakan fungsi parameter linier dan dapat tidak linier dalam variabel.
Gambar 6. Posisi Dari Beberapa Profil Untuk Satu Panjang Sampel Beberapa parameter permukaan yang menggambarkan sampai sejauh mana kekasaran permukaan hasil pembubutan yang dapat diukur, yaitu: Profil geometri ideal (geometrically ideal profile), Profil terukur (measured profile), Profil referensi (reference profile), Profil alas (root profile), Profil tengah (center profile). Menurut standar ISO telah ditetapkan nilai tingkat kekasaran (N1 ∼ N12) permukaan. Seperti ditunjukkan pada tabel 2. Tabel 2. Angka Tingkat Kekasaran (ISO 1302 Roughness Number)
Sumber : PEDC Bandung(2) Ada dua macam linieritas dalam analisis regresi, yaitu linieritas dalam variabel dan linieritas dalam parameter. Pertama, linier dalam variabel merupakan
Jadi dalam hal ini pengaruh variasi kedalaman dan kecepatan potong terhadap tingkat kekasaran permukaan dilakukan dengan cara mengukur kekasaran permukaan untuk setiap variasi kedalaman potong dan variasi kecepatan potong. Hasil pengukuran dapat ditampilkan berupa grafik hasil uji dan data kasus. Grafik yang dihasilkan merupakan hubungan antara variabel bebas (kedalaman dan kecepatan potong dan variabel tetap (kekasaran permukaan). Sementara data kasus yang dianalisa menggunakan metode ANOVA dapat membuktikan hipotesis berpengaruh atau tidak berpengaruhnya variabel tersebut dengan tingkat kepercayaan 95%. Alat yang digunakan untuk mengukur kekasaran permukaan yaitu peralatan yang dilengkapi dengan jarum peraba (stylus), yang bekerja berdasarkan prinsip elektrik yang disebut Surface roughness Tester (TIME TR220). Pengukuran kekasaran permukaan dilakukan dengan cara meletakkan jarum peraba (stylus) pada permukaan benda kerja yang telah dikencangkan pada V blok yang terdapat dimeja ukur dengan posisi searah dengan sumbu simetri. Setelah alat ukur dijalankan dan berhenti sejauh 0,8 mm, maka grafik dan data hasil pengukuran dapat dilihat pada layar monitor sehingga dapat dicetak sebagai acuan data untuk dianalisa (Jobsheet Surface Roughness Test)(1).
Berdasarkan data hasil pengukuran kekasaran permukaan menggunakan alat ukur Surface Roughness Tester TIME TR220 pada spesimen baja ST-60 dari hasil pengerjaan proses bubut kering menggunakan pahat potong karbida yang divariasikan dengan kedalaman dan kecepatan potongnya maka diperoleh data hasil pengukuran sebagai berikut: Tabel 3. Hasil pengukuran kekasaran permukaan rata-rata Kecepatan Potong (v) m/min
90
120
150
Kedalaman Potong (a) mm
Kekasaran Permukaan ratarata (Ra) µm
0.5
0.985
1
1.433
1.5
2.163
0.5
0.958
1
1.178
1.5
1.616
0.5
0.883
1
0.966
1.5
1.237
Pengukuran Spesimen Tabel 4 Parameter pengukuran
Hasil pengukuran kekasaran permukaan pada 9 buah spesimen hasil dari proses pembubutan kering dengan kecepatan potong (v) = 90, 120, 150 m/min dan kedalaman potong (a) = 0.5, 1, 1.5 mm. Angka kekasaran permukaan terkecil yang dicapai adalah (Ra) = 0.883 µm yaitu pada parameter pemotongan (v) = 150 m/min dan (a) = 0.5 mm. Sedangkan angka kekasaran pemukaan terbesar yang dicapai adalah (Ra) = 2.163 µm yaitu pada parameter pemotongan (v) = 90 m/min dan (a) = 1.5 mm. Nilai tingkat kekasaran permukaan yang dicapai adalah antara N6 - N8 (ISO roughness number). Berdasarkan tabel hasil pengukuran kekasaran permukaan rata-rata maka dapat pula dibuat suatu grafik hubungan kedalaman potong dan kecepatan potong terhadap kekasaran permukaan seperti pada gambar 7 dibawah ini. Kekasaran Permukaan (µm)
HASIL DAN PEMBAHASAN
2,4 2,2 2 1,8 1,6 1,4 1,2 1 0,8 0,6 0,4 0,2 0
v= 90 m/min v= 120 m/min v= 150 m/min
0,5
1,0
1,5
Kedalaman Potong (mm)
Gambar 7. Grafik Hubungan Kedalaman dan Kecepatan Potong Terhadap Kekasaran Permukaan Rata-rata Seperti diketahui, analisis regresi linear berganda digunakan untuk mengukur pengaruh antara lebih dari satu variabel bebas (kedalaman dan kecepatan potong / X) terhadap variabel terikat (kekasaran
permukaan / Y). Maka disini terdapat dua variabel bebas dan satu variabel terikat yaitu kedalaman potong (X1), kecepatan potong (X2) dan kekasaran permukaan (Y). Berdasarkan data kekasaran permukaan rata-rata (lihat tabel 3) maka dapat diperoleh hasil analisa regresi linier berganda menggunakan perangkat lunak SPSS dan ditemukan beberapa tabel seperti model summary, anova, regression coefficients, residuals statistics dan grafik analisa regresi linier berganda seperti pada tabel 5. berikut: Tabel 5. Hasil Analisa Regresi Linier Berganda Menggunakan SPSS
Pada Tabel 5 diatas hasil analisa regresi linier berganda ditemukan nilai korelasi (R) = 0.924, hal ini menunjukkan bahwa terdapat hubungan yang kuat antara kedalaman potong (X1) dan kecepatan potong (X2) secara bersama-sama terhadap kekasaran permukaan (Y). Artinya jika X1 dan X2 meningkat maka Y juga akan meningkat yang artinya korelasi positif. Nilai F statistik (biasa disebut Uji F) dan nilai Sig. (lihat tabel 5.), dapat digunakan untuk mengetahui tingkat signifikansi kontribusi variabel bebas (secara bersamasama) dalam menjelaskan variabel terikat. Artinya, apakah pengaruhnya nyata atau bermakna. Dengan membandingkan nilai F statistik dengan nilai F table (Tabel Distribusi Statistik)(6) dapat diketahui tingkat signifikansinya. Dari tabel ANOVA (lihat tabel 5.) nilai F start adalah 17.39, sedangkan nilai F tabel yaitu 5,14. Bandingkan antara F start dengan F tabel maka 17,39 > 5,14 yang artinya H0 ditolak dan H1 diterima. Jadi kesimpulannya adalah menerima hipotesis yang menyatakan bahwa terdapat pengaruh yang signifikan antara kedalaman potong (X1) dan kecepatan potong (X2) secara bersama-sama terhadap kekasaran permukaan (Y) pada proses bubut kering material ST-60. Rekapitulasi hasil analisis regresi berganda dapat dilihat seperti berikut:
Kedalaman Potong (X1) B = 0.730 t = 4.871
Kecepatan Potong (X2) B = -0.008 t = -3,325
R = 0.924 R2 = 0.804
tingkat keyakinan 95%, dapat diambil kesimpulan bahwa kedalaman dan kecepatan potong berpengaruh signifikan secara bersama-sama terhadap kekasaran permukaan, dimana nilai F stat = 17,39 > F tabel = 5,14.
Kekasaran Permukaan (Y)
DAFTAR PUSTAKA F = 17.39 Sig = 0.003 Semua hipotesis pada: F tabel = 5.14 / t tabel = 2.306
1. diterima
2.
KESIMPULAN 1. Nilai kekasaran rata-rata terbesar (kasar) yaitu Ra = 2.163 µm yang terjadi pada kedalaman potong 1.5 mm dan kecepatan potong 90 m/min. Nilai kekasaran ratarata terkecil (halus) yaitu Ra = 0.883 µm yang terjadi pada kedalaman potong 0.5 mm dan kecepatan potong 150 m/min. Maka dapat diambil kesimpulan bahwa dengan menggunakan kecepatan pemotongan yang besar dan kedalaman pemotongan yang kecil menghasilkan nilai kekasaran permukaan yang kecil. Sebaliknya dengan menggunakan kecepatan pemotongan yang kecil dan kedalaman pemotongan yang besar menghasilkan nilai kekasaran permukaan yang besar. 2. Pencapaian tingkat kekasaran permukaan pada proses pembubutan kering material ST60 menggunakan pahat karbida dengan variasi kedalaman potong (a) = 0.5, 1, 1.5 mm dan kecepatan potong (V) = 90, 120, 150 m/min adalah berkisar diantara N6 sampai N8, yang artinya tingkat kekasaran permukaan yang dicapai halus. 3. Berdasarkan hasil analisa menggunakan metode regresi linier berganda dengan
3.
4.
5.
6.
7.
8.
Jobsheet Surface Roughness Test, Laboratorium Teknik Mesin, PNL, Lhokseumawe. PEDC, 1985, Menggambar Teknik Jilid 2, FTM-ITB, Bandung. Syamsir A. Muin, 1983, Dasar-dasar Perancangan Perkakas dan Mesin-mesin Perkakas, Rajawali Pers, Jakarta. Taufiq Rochim, 1993, Teori dan Teknologi Proses Pemesinan, Laboratorium Teknik Produksi, Jurusan Mesin, FTI–ITB, Bandung. Taufiq Rochim, 2001, Spesifikasi Metrologi dan Kontrol Kualitas Geometrik, ITB, Bandung. Tabel Distribusi Statistik, http://junaidichaniago.wordpress.com/20 10/ 04/21/download-tabel-t-untuk-d-f-1200/. Tungsten Carbide Products, http://www.tungstenchina.com/product/ Tungsten-Carbide-Products.html Widarto, dkk., 2008, Teknik Permesinan untuk SMK, Departemen Pendidikan Nasional, Jakarta.
