STUDI KARAKTERISTIK PEMBUBUTAN KERAS BAJA PERKAKAS AISI O1 MENGGUNAKAN PAHAT KERAMIK Yuliarman(1), A. Ginting(2) (1)
Staf Pengajar Jurusan Teknik Mesin Politeknik Negeri Padang
(2)
Dosen Pasca Sarjana Program Studi Teknik Mesin Universitas Sumatera Utara
ABSTRACT The better performance of hard machining comparing to grinding operation for machining process of manufacturing product is the background of research reported in this paper. This research is focused on producing the mathematical formulation for tool life (Tc) and volume of material removal (Qc) in which both formulations are derived base on the extended Taylor formula. Moreover both performances are used to determine the optimum cutting condition using Ginting and Nouari (2006) method. The AISI O1 steel which was hardened up to 60 HRC is the work piece in this research where as the ceramic made of Al2O3 + TiC is use as cutting tool. The data collection was done by factorial 23 and the data analyzed by multi linear regression method. The result of research shows that optimum cutting condition at 95 m/min cutting speed, 0.09 m/rev feeding, and 0.25 mm depth of cut. Furthermore from the curved which correlating three parameters V-Tc-MRR plotted base on Ginting and Nouari (2006) method shows that high speed machining can not be recommended on hard machining under dry environment. From all aspect resulted from this research it can be concluded that dry machining can be carried out on hard turning of AISI O1 steel using ceramic cutting tool made Al2O3 + TiC. Keywords: Flank wear; hard turning; Ceramic tool; Tool life 1. PENDAHULUAN Pembubutan keras adalah proses pemesinan yang menggunakan sebuah pahat tunggal (single point cutting tool) untuk memotong material dengan kekerasan 45-62 HRC. Prosesnya sangat serupa dengan proses bubut konvensional hanya membutuhkan sebuah mesin dan alat potong yang harus mampu menahan beban yang lebih besar dan temperatur yang lebih tinggi (I. S. Harrison, 2004). Perbedaan bubut keras dengan proses bubut konvensional terutama pada material, pahat potong yang digunakan serta kondisi pemotongan, dan mekanisme pembuangan geram yang terjadi (J.Y. Zhang, 2005) Proses pembubutan keras sangat potensial sebagai proses yang dapat mengurangi biaya proses produksi, bila dibandingkan dengan proses gerinda, karena kadar pembuangan bahan (material removal rate) proses pembubutan keras lebih besar dari proses gerinda (Tonshoff, et al. 1996). Proses pembubutan keras dapat mereduksi waktu pemesinan hingga 60% (Tonshoff, et al. 1995). Pemesinan kering memiliki kelebihan yaitu tidak digunakannya cairan pemotongan akan berdampak pengurangan ongkos produksi sebesar 16-20% (Sreejith and Ngoi, 2000) dan penyelamatan lingkungan (tidak ada cairan pemotongan bekas dibuang ke lingkungan).
Latar belakang dibuatnya penelitian ini adalah relatif masih rendahnya penggunaan proses pembubutan keras pada industri karena proses pembubutan keras relatif baru (T.G. Dowson, 2002), pada hal proses ini sangat potensial digunakan sebagai pengganti proses gerinda dan lebih fleksibel penggunaannya serta lebih ekonomis dan ramah lingkungan. Tujuan Penelitian ini adalah: 1. Menyusun model matematika untuk umur pahat (Tc) dan Volume benda kerja terbuang (Qc), dan laju pembuangan geram (MRR). 2. Menggunakan ketiga model Tc, Qc, MRR untuk memperoleh kondisi pemotongan optimum sesuai metode Ginting dan Nouari (2006). 3. Menganalisa kemungkinan laju pemotongan tinggi (high speed machining) dapat diimplementasikan pada pembubutan keras berdasarkan metode Ginting dan Nouari (2006). Manfaat Penelitian Penelitian ini adalah: Penelitian ini diharapkan akan dapat memberikan manfaat bagi berbagai pihak seperti industri, pemerintahan pada umumnya dan bagi peneliti sendiri pada khususnya, adapun manfaat tersebut adalah tersedianya informasi data akademis tentang pengaruh kondisi pemotongan optimum menggunakan pahat keramik pada proses pembubutan keras terhadap bahan baku puch, die dan mould, sehingga dapat dijadikan rujukan bagi industri
Studi Karakteristik Pembubutan Keras Baja Perkakas AISI O1 Menggunakan Pahat Keramik (Yuliarman)
yang bergerak pada bidang yang berhubungan dengan penelitian ini serta dapat dijadikan rujukan bagi peneliti selanjutnya sebagai data pendukung.
Menurut Rochim (1993) pada setiap proses pemesinan ada lima elemen dasar yang perlu dipahami, yaitu:
2. DASAR TEORI
a. b. c. d. e.
2.1. Karakteristik Dan Terminologi Proses Bubut Salah satu proses pemesinan yang digunakan pada proses pemotongan logam adalah proses bubut, proses ini bertujuan untuk membuang material dimana benda kerja dicekam menggunakan sebuah chuck atau pencekam dan berputar pada sebuah sumbu, alat potong bergerak arah aksial dan radial terhadap benda kerja sehingga terjadi pemotongan, dan menghasilkan permukaan yang konsentris dengan sumbu putar benda kerja. “Gambar (1)” adalah skematis dari sebuah operasi bubut dan menggambarkan gaya yang diterima oleh alat potong Fc adalah gaya tangensial, Fr adalah gaya radial, dan Ft adalah gaya aksial. Kombinasi dari ketiga gaya menghasilkan gaya resultan F. Penamaan (nomenclature) dari alat potong yang digunakan pada proses bubut dijelaskan pada “Gambar (2)”. Radius pahat potong menghubungkan sisi dan ujung potong (cutting edge) dan berpengaruh terhadap umur pahat, gaya radial, dan permukaan akhir.
Kecepatan potong (V) (m/min) Kecepatan makan (Vf) (mm/min) Kedalaman potong (a) (mm) Waktu pemotongan (tc) (min) Laju pembuangan bahan (MRR) (cm3/min)
Elemen dasar pada proses bubut dapat diketahui dengan menggunakan rumus yang dapat diturunkan berdasarkan “Gambar (3)” berikut ini:
Gambar 3 Proses Bubut, Taufiq Rochim (1993)
Geometri benda kerja: do = diameter awal (mm) dm = diameter akhir (mm) lt = panjang pemesinan (mm) Gambar 1. Skematis Proses Bubut
Geometri pahat: r = sudut potong utama (o) o = sudut geram (o) Kondisi pemesinan a = kedalaman pemakanan do dm a = (mm) 2 f = pemakanan (mm/putaran) N = putaran poros utama (rpm)
Gambar 2. Penamaan pahat kanan
Ada tiga parameter utama yang berpengaruh terhadap gaya potong, peningkatan panas, keausan, dan integritas permukaan benda kerja yang dihasilkan, ketiga parameter itu adalah: kecepatan potong (V), pemakanan (f), dan kedalaman potong (a). Kecepatan potong adalah kecepatan keliling benda kerja dengan satuan m/min. pemakanan adalah perpindahan atau jarak tempuh pahat tiap satu putaran benda kerja dengan satuan mm/rev. kedalaman potong adalah tebal material terbuang pada arah radial dengan satuan mm.
Dengan diketahuinya besaran-besaran di atas sehingga kondisi pemotongan dapat diperoleh sebagai berikut:
Laju pemotongan d N V (m/min) 1000 dimana : d = diameter rata-rata d dm d o d o (mm) 2 Laju pemakanan V f f N (mm/min)
... (1)
... (2) 97
Jurnal Teknik Mesin
Vol. 4, No. 2, Desember 2007
Waktu pemotongan l Tm t (min) Vf
... (3)
Laju pembuangan geram
MRR A V = V f a (cm3/min) ... (4) 2.2. Keausan Pahat Menurut Taufiq Rochim (1993) keausan dapat terjadi pada bidang geram dan pada bidang utama pahat, karena bentuk dan letaknya yang spesifik keausan pada bidang geram disebut dengan keausan kawah (crater wear) dan keausan pada bidang utama dinamakan keausan tepi (flank wear) (Taufiq Rochim, 1993) Keausan tepi dapat dapat diukur dengan menggunakan mikroskop, dimana bidang mata potong diatur sehingga tegak lurus sumbu optik. Dalam hal ini besarnya keausan tepi dapat diketahui dengan mengukur panjang VB (mm) („Gambar (4.c)“) yaitu jarak antara mata potong sebelum terjadi keausan sampai kegaris rata-rata bekas keausan pada bidang utama. Sementara keausan kawah hanya dapat diukur dengan mudah memakai alat ukur kekasaran permukaan,
Gambar 4. Keausan pada Pahat Bubut (a) Aus kawah atau Aus lobang, (b) Aus tepi
(a)
(b)
(c)
ISSN 1829-8958
Keausan yang terjadi dapat menimbulkan peningkatan gaya pemotongan sehingga akan berdampak pada kerusakan pahat yang lebih fatal, kerusakan mesin perkakas, dan kerusakan pada benda kerja, oleh karena itu perlu ditetapkan batas harga keausan yang dianggap sebagai batas kritis dimana pahat tidak boleh digunakan lagi. Pengaruh kondisi pemotongan terhadap umur pahat telah dinyatakan secara empirik oleh Taylor sesuai persamaan 2.12 berikut ini :
V Tc n C f
p
aq
… (5)
dimana : V = Kecepatan potong (m/min) Tc = Umur pahat (min) C = Konstanta f = Pemakanan (mm/rev). a = Kedalaman pemakanan (mm) p = Pangkat untuk tebal pemakanan. q = Pangkat untuk kedalaman pemotongan 2.4. Teori Statistik Pengumpulan data dapat dilakukan dengan menggunakan metode 23 faktorial artinya jumlah factor yang diamati adalah sebanyak 3 faktor dengan level masing-masing dari factor adalah 2 level (level tinggi dan level rendah). Dengan menggunakan metode ini nantinya akan diperoleh 8 varasi data. Setelah data diperoleh selanjutnya dianalisa menggunakan metode multi linear regression. Kondisi optimum dapat ditentukan menggunakan metode Ginting dan Nouari 2007. Bila sebuah variabel terikat (dependent variabel) atau respon y tergantung atau dipengaruhi oleh k variabel bebas (independent variable) misal : x1, x2, x3, …, xk, maka hubungan antara variabel ini disebut multi linear regression, secara matematis dapat dituliskan sebagai :
y 0 1 x1 2 x 2 3 x3 k x k ... (6)
Gambar 5. Dimensi dan Penamaan Keausan pada Pahat Bubut (a) Flank dan crater wear pada alat potong kanan. (b) Nose radius R dan bentuk crater wear pada rake face dari alat potong. (c) flank wear dan garis depth-of-cut (J.C. Keefe, Lehigh Univer sity).
dimana:
2.3. Umur Pahat
Persamaan di atas dalam bentuk persamaan matrik:
Umur pahat sangat tergantung pada keausan yang dialami oleh pahat, semakin besar keausan yang dialami pahat maka kondisi pahat akan semakin kritis. Jika pahat tersebut masih tetap digunakan maka pertumbuhan keausan akan semakin cepat dan pada suatu saat ujung pahat akan rusak sama sekali sehingga tidak layak lagi untuk digunakan, artinya pahat telah sampai pada tahapan umur maksimal penggunaannya
0, 1, 2, 3, ... k adalah koofisien regressi y=X y1 1 x11 y 1 x 21 2 . . . . . . . . . y n 1 x n1
x12 x 22 . . . x n2
. . . x1k 0 1 . . . x 2k 1 2 . . . … (7) . . . . . . . . . x nk k k
98
Studi Karakteristik Pembubutan Keras Baja Perkakas AISI O1 Menggunakan Pahat Keramik (Yuliarman)
Selanjutnya kooffisien regressi dapat dihitung dengan persamaan: b = (X’X)-1X’y
Modulus elastisitas [MPa] Panas spesifik [J/kgoC]
190 000
185 000
170 000
460
--
--
Sumber Assab DF-3
Model persamaan fitted regression adalah: Kesalahan (residual) adalah Perbedaan antara respon y hasil pengukuran dengan fitted regression yˆ :
Pahat potong yang digunakan adalah pahat potong keramik dengan bahan dasar alumina ditambah dengan titanium karbida (Al2O3 + TiC) sesuai standar ISO yaitu CNGA 12 04 08 T01020.
e y yˆ
Tabel 4. Physical Properties Bahan Pahat Keramik
yˆ Xb
Analysis of variance (anova) adalah metode yang digunakan untuk membuktikan kebenaran pengaruh dari setiap faktor terhadap respon apakah masingmasing perlakuan memberikan pengaruh atau tidak terhadap respon, keputusan untuk menolak atau menerima hipotesa H0 diambil dengan jalan memban dingkan nilai rasio F0 yang diperoleh terhadap F,a1,N-a mengguna kan kurva F.
Phisical properties Vickers hardness (VHn) Young’s modulus (GPa) Density (g/cm3) Grain size (m) Thermal Conductivity (W/mK)
CC650 1900 410 4,15 2 28
Sumber: Proceedings of the Institution of Mecha nical Engineers (2005)
Adapun prosedur yang dilakukan untuk mendapatkan rasio F0 secara teoritis adalah sebagaimana dapat dilihat pada “Tabel (1)” di bawah ini: Tabel 1. Anova untuk 23 faktorial (Montgomery, 2001) Faktor A B C AB AC BC ABC Error Total
SS
DF
MS
F0
SSA SSB SSC SSAB SSAC SSBC SSABC SSE SST
(a-1) (b-1) (c-1) (a-1) (b-1) (a-1) (c-1) (b-1) (c-1) (a-1) (b-1) (c-1) abc(n-1) abcn-1
MSA MSB MSC MSAB MSAC MSBC MSABC MSE
MSA/MSE MSB/MSE MSC/MSE MSAB/MSE MSAC/MSE MSBC/MSE MSABC/MSE
3. BAHAN DAN PERALATAN Bahan benda uji yang digunakan pada penelitian ini adalah AISI O1 dengan diameter 55 mm, pajang 175 mm dan kekerasan 60 HRC, dengan spesifikasi sebagai tertera pada “Tabel (2)” dan “Tabel (3)” berikut ini :
Gambar 6. Geometri Pahat
Keterangan: r = 0,4 mm iC = 9,53 mm S = 4 mm l = 16 mm Pemegang pahat (tool holder) yang digunakan seuai standar ISO yaitu PCLNL 2020 K12T
Tabel 2. Komposisi Kimia Bahan AISI O1 Komp. Kimia Std. spesifikasi Kodisi
C Si Mn Cr W 0,9 0.3 1,2 0,5 0,5 AISI O1 Soft annealing dengan kekerasan 190 HB
Sumber Assab DF-3 Tabel 3. Physical Properties AISI O1 Temperatur Berat jenis [kg/m3] Konduktifitas panas [W/moC]
20 oC
200 oC
Gambar 7. Pemegang Pahat (Tool Holder)
Pemesinan dilakukan menggunakan mesin bubut CNC Emcoturn-242 beserta perlengkapannya dengan data teknis sebagaimana dapat dilihat “Tabel (5)” di bawah ini: Tabel 5. Data Teknis Mesin Bubut CNC Emcoturn-242
400 oC
7800
7750
7700
32
33
34
No. 1 2 3 4
Uraian Daya Putaran Diameter penjepitan maksimum Panjang benda kerja maksimum
Nilai 15 Kw 4500 rpm 158 mm 255 mm
99
Jurnal Teknik Mesin
Vol. 4, No. 2, Desember 2007
Untuk mengambil data gambar aus digunakan Mikroskop Olympus PM-10AD yang dilengkapi dengan kamera Olympus C 35AD-2 4. PROSEDUR PERCOBAAN Proses pemesinan dilakukan pada mesin CNC bubut Emcoturn 242 dengan setup seperti terlihat pada “Gambar (8)”.
ISSN 1829-8958
5. HASIL DAN PEMBAHASAN 5.1 Data Hasil Pengukuran Dari hasil pengukuran yang dilakukan terhadap keausan yang dialami pahat potong dengan maktu pemesinan (Tm) selama 7 menit dan kondisi pemotongan sebagaimana telah diuraikan di atas maka di peroleh data pengamatan sebanyak dua kali pengukuran sebagaimana tertera pada “Tabel (7)”. Tabel 7. Data Pengamatan V [m/min] 80 120 80 120 80 120 80 120 80 120 80 120 80 120 80 120
N0
Gambar 8. Setup Mesin
Proses pengumpulan data dilakukan menggunakan metode 23 faktorial dengan dua kali pengukuran sehingga jumlah data yang diperoleh adalah sebanyak 16 data dengan waktu pemesinan selama 7 menit dengan kondisi pemotongan sebagai mana terlihat pada “Tabel (6)” di bawah ini : Tabel 6. Kondisi Pemotongan Proses Pemesinan No 1 2 3 4 5 6 7 8
V [m/min] 80 120 80 120 80 120 80 120
f [mm/rev] 0,05 0,05 0,15 0,15 0,05 0,05 0,15 0,15
a mm 0,15 0,15 0,15 0,15 0,35 0,35 0,35 0,35
Setiap kali selesai melakukan proses pada setiap kondisi pemotongan insert dilepaskan dari holdernya dan diganti dengan insert yang baru. Pengukuran keausan dilakukan terhadap aus tepi (flank wear) menggunakan mikroskop yang dilengkapi dengan kamera, gambar yang diperoleh dari hasil pemotretan menggunakan kamera konvensional kemudian di konversikan kedalam bentuk gambar digital, setelah gambar digital di peroleh barulah dilakukan pengukuran menggunakan perangkat lunak coreldraw.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
f [mm/put] 0.05 0.05 0.15 0.15 0.05 0.05 0.15 0.15 0.05 0.05 0.15 0.15 0.05 0.05 0.15 0.15
a [mm] 0.15 0.15 0.15 0.15 0.35 0.35 0.35 0.35 0.15 0.15 0.15 0.15 0.35 0.35 0.35 0.35
VBc [mm] 0.045 0.059 0.046 0.067 0.038 0.056 0.064 0.060 0.047 0.061 0.050 0.068 0.042 0.060 0.062 0.061
5.2. Pengolahan dan Analisa Data Umur pahat dengan keausan konstan sebesar 0,04 mm untuk setiap kondisi pemotongan didapatkan dengan menggunakan persamaan :
Tc
0,04
… (8)
VB c dimana: 0,04 adalah keausan konstan terkecil yang diperoleh dari percobaan
VB c adalah laju keausan Keausan VB c Waktu Pemesinan VBc VB c , untuk waktu pemesinan selama 7 Tm menit Laju pembuangan geram pada keausan 0,04 mm dapat ditentukan dengan menggunakan persamaan di bawah ini : Qc Tc MRR
... (9)
dimana :
MRR
volume pembuangan geram waktu pemesinan
Gambar 9. Photo Hasil Pengukuran
100
Studi Karakteristik Pembubutan Keras Baja Perkakas AISI O1 Menggunakan Pahat Keramik (Yuliarman)
lt (d o 2 d m 2 ) 4 Tm
MRR
Dengan menggunakan persamaan-persamaan diatas maka umur pahat dan volume pembuangan geram untuk seluruh kondisi pemotongan dapat dilihat pada “Tabel (8)”. Tabel 8. Umur Pahat Dengan Keausan 0,04 mm (Waktu Pemesinan 7 min) VBC
. VB c
Tc
MRR
Qc
[mm]
[cm3/min ]
[min]
[cm3/min ]
[cm3]
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
0.045 0.059 0.046 0.067 0.038 0.056 0.064 0.060 0.047 0.061 0.050
0.006 0.008 0.007 0.010 0.005 0.008 0.009 0.009 0.007 0.009 0.007
6.181 4.734 6.067 4.200 7.280 4.964 4.380 4.680 6.000 4.603 5.600
0.6 0.9 1.8 2.7 1.4 2.1 4.2 6.3 0.6 0.9 1.8
3.709 4.261 10.920 11.340 10.192 10.424 18.395 29.484 3.600 4.142 10.080
12 13 14 15 16
0.068 0.042 0.060 0.062 0.061
0.010 0.006 0.009 0.009 0.009
4.148 6.720 4.634 4.541 4.571
2.7 1.4 2.1 4.2 6.3
11.200 9.408 9.732 19.070 28.800
N0
Dengan menggunakan persamaan Taylor umur pahat dan volume pembuangan geram dapat dinyatakan sebagai berikut : i
Tc C n V i
1n
Qc C n V
f
1n
p
n
f
a p n
q
n
a
... (10)
q n
... (11) Dengan mengkonversikan persamaan non linear di atas kedalam bentuk persamaan transformasi logaritma sehingga didapatkan persamaan linear sebagai berikut.
log Tc
p q 1 1 log C log V log f log a n n n n
p q 1 1 log Qc log C log V log f log a n n n n Persamaan ini dapat ditulis sebagai : y 0 1 x1 2 x 2 3 x3 ... (12) dimana : y adalah nilai logaritma pengukuran keausan pahat dan logaritma volume pembuangan geram (lihat tabel 3.9). 0, 1, 2, dan 3 adalah kooffesien regresi
x1, x2, dan x3 adalah nilai logaritma dari kecepatan potong, laju pemakanan, dan kedalaman pemakanan (lihat tabel 3.9). adalah kesalahan (residual)
Dengan menggunakan perangkat lunak minitab 14 maka diperoleh persamaan matematik, uji parameter koofisien regresi. dan analysis of variance (anova) untuk umur pahat (Tc), dan volume pembuangan geram (Qc) sebagai berikut : Persamaan regresi umur pahat adalah: logTc =1.71-0.580logV-0.146logf +0.0001loga Tabel 9. Uji Parameter Koofisien Regresi Tc Predictor Intercept V f a
Coefficients 1.709552 -0.579920 -0.146107
Std. Error 0.27620 0.13446 0.04962
t Stat 6.19 -4.31 -2.94
P-value 0.000 0.001 0.012
0.000148
0.06434
0.00
0.998
Tabel 10. Tabel Anova Umur Pahat Source
df
SS
MS
F
Reg. Residual
3 12 15
0.061151 0.026908 0.088059
0.020384 0.002242
9.091
Total
Pvalue 0.002
Persamaan regresi volume pembuangan geram log Qc=1.71+0.420logV + 0.854log f+1.00log a Tabel 11. Uji Parameter Koofisien Qc Predictor Intercept V f
Coefficients 1.709552 0.420080 0.853893
Std. Error 0.27620 0.13446 0.04962
t Stat 6.19 3.12 17.21
P-value 0.000 0.009 0.000
1.000148
0.06434
15.54
0.000
a
Tabel 12. Tabel Anova Volume Pembuangan Geram Source
df
SS
MS
F
Reg. Error
3 12
1.227608 0.026908
0.409203 0.002242
182.492
Total
15
1.254516
Pvalue 0.000
Dari uji parameter secara menyeluruh sebagaimana dapat dilihat pada tabel anova dari kedua persamaan yaitu persamaan matematik umur pahat (Tc), dan persamaan matematik volume pembuangan geram (Qc) diperoleh nilai P-value untuk ketiga persamaan lebih kecil dari 0.05. ini berarti bahwa persamaan yang diperoleh dapat diterima untuk mempresetasikan hubungan antara variabel bebas kecepatan potong (V), pemakanan (f). dan kedalaman 101
Jurnal Teknik Mesin
Vol. 4, No. 2, Desember 2007
pemakanan (a) dengan variabel terikat / respon umur pahat (Tc) dan volume pembu-angan geram (Qc). Kedua persamaan dapat dikonversikan kedalam bentuk pengembangan persamaan Taylor sebagai berikut :
Tc 51.233226 V 0,580 f 0,146 a 0,0001 Qc 51.233226 V 0,420 f
0,584
a 1,000
Dengan didapatkannya persamaan matema tik umur pahat (Tc) dan volume pembuangan geram (Qc), maka laju pembuangan geram (MRR) dapat dihitung dengan Qc/Tc. Selanjutnya dengan menggunakan metode Ginting dan Nouari (2006) kondisi pemotongan optimum dapat ditentukan. Sebagaimana dapat dilihat pada “Gambar (10)” model Tcm adalah untuk mensimulasikan umur pahat untuk kecepatan potong yang bervariasi, pemakanan f = 0,11, 0,09, 0,07, dan 0,05 dan kedalaman pemakanan a = 0,25, model Q untuk mensimulasikan laju pembuangan bahan MRRm. Kondisi pemotongan optimum berada pada titik perpotong diagram model laju pembuangan geram (MRRm model) dan model umur pahat (Tcm model) sesuai kondisi pemotongan masing-masing yaitu pada : Tabel 13. Kondisi pemotongan Optimum
V
f
a
Qc
MRR
Tc
[m/ min]
[mm/rev]
[mm]
[cm ]
[min]
[cm3/ min]
83 95 104 114
0.11 0.09 0.08 0.07
0.25 0.25 0.25 0.25
12.446 11.098 10.425 9.667
5.453 5.192 5.012 4.846
2.283 2.138 2.080 1.995
3
Kecepatan Potong vs Tc dan MRR 18 7 16 14
5
12
4
10 8
3
T c (m in)
M R R (c m 3 /m in)
6
MRRm pada f=0,11, ac=0.25 MRRm pada f=0.09, ac=0.25 MRRm pada f=0.08, ac=0.25 MRRm pada f=0.07, ac=0.25 Tcm pada f=0.11, ac=0.25 Tcm pada f=0.09, ac=0.25 Tcm pada f=0.08, ac=0.25 Tcm pada f=0.07, ac=0.25
6 2
ISSN 1829-8958
6. KESIMPULAN Berdasarkan hasil pengolahan dan analisa data yang didapatkan pada proses bubut keras baja AISI O1 dengan kekerasan 60 HRC menggunakan pahat keramik Al2O3 + TiC (CC650) dapat disimpulkan sebagai berikut : 1. Model matematika umur pahat (Tc), dan Volume benda kerja terbuang (Qc) diperoleh melalui pengumpulan data menggunakan metode faktorial 23 selanjutnya dianalisis menggunakan metode multi linear regression. 2. Data yang diperoleh kemudian dianalisis sehingga menghasilkan persamaan matematik umur pahat (Tc) dan volume pembuangan geram (Qc) yang penyusunannya didasarkan pada pengembangan formula Taylor yaitu :
Tc 51.233226 V 0,58 f 0,146 a 0,0001 dan Qc 51.233226 V 0,420 f
0,584
a 1,000
3. Analog dengan Tc dan Qc model matematik laju pembuangan geram (MRR) juga telah berhasil diperoleh dari korelasi Qc/Tc yaitu : MRR = V -0,16.f 0,438.a 0,9999. 4. Ketiga model Tc, Qc, dan MRR, digunakan untuk proses pengayaan data bagi menghasilkan kondisi pemotongan optimum menggunakan metode Ginting dan Nouari (2006), dari metode tersebut diperoleh kondisi pemotongan optimum adalah pada kecepatan potong (V) 95 m/s dan 104 m/s, pemakan (f) 0,09 mm/rev dan 0,08 mm/rev, dan kedalaman pemakanan (a) 0,25 mm. 5. Analisis statistik (F test) menunjukkan bahwa ketiga parameter V, f, dan a adalah signifikan mempengaruhi Tc, dan Qc, dan MRR. 6. Dari kurva hubungan V-Tc-MRR yang digambarkan berdasarkan metode Ginting dan Nouari (2006) dapat disimpulkan bahwa laju pemotongan tinggi tidak dapat dilakukan pada pembubutan keras dan kering baja AISI O1 menggunakan pahat keramik yaitu apabila kriteria laju pemotongan tinggi adalah sebagaimana pembubutan baja pada umumnya dengan kecepatan potong lebih besar atau sama dengan 350 m/min.
4 1
2
0
0 0
50 100 150 200 250 300 350 400
Kecepatan Potong (m/min)
Gambar 10. Plot Kurva 3 Parameter V-Tc-MRR
7. Hasil penelitian menunjukkan bahwa pemesinan keras baja AISI O1 dapat dilakukan dan kondisi pemotongan optimum telah diperoleh. Dari hasil penelitian direkomendasikan agar kriteria laju pemotongan tinggi untuk pembubutan keras dan kering baja perkakas AISI O1 adalah disandarkan pada nilai kekerasan material. 102
Studi Karakteristik Pembubutan Keras Baja Perkakas AISI O1 Menggunakan Pahat Keramik (Yuliarman)
PUSTAKA 1. Alamsyah, Amran. Pemilihan Baja Perkakas dan Perlakuan Panasnya. Medan. 1993. 2. Aslan, Ersan, Camuscu, Necip, Birgoren, Burak. Design Optimation of Cutting Parameter when Turning Hardened AISI 4140 Steel (63 HRC) Al2O3+TiCN Mixed Ceramic Tool. Elsevier. 2006 3. Davim, J.P. Machinability Evaluation in Hard Turning of Cold Work Tool Steel (D2) with Ceramic Tool Using Statistical Techniques. Elsevier. 2006. 4. Dowson. Ty. G, Kurfess.T. R. Machining Hardened Steel with Ceramic-Coated and Uncoated Cbn Cutting Tools. Journal. 2002 5. Ginting, A., and Nouari. M. Optimal cutting conditions when dry end milling the aeroengine material Ti–6242S, 2006. 6. Harrison. I.S. Detecting White Layer In Hard Turned Components Using Non-Destructive Methods. 2004. 7. ISO 3685, Tool Live Testing With Single Point TurningTool. 1993 8. Kalpakjian. S. Manufacturing Pro-cess for Engineering and Technology, third Edition, Addison Wesley Publishing Company.1995 9. Liew WYH, Yuan, Ngoi BKA, Evaluation of Machining of Peformance of Stavax with PCBN Tools. 2004. 10. Lima J.G, Hard Turning AISI 4340 high Strength Low Alloy Steel and AISI D2 Cold Work Tool Steel. 2005. 11. Ozel, Tugul, Karpat, Yigit, Figueira, Luis. Modelling of Surface Finish and Tool Falank Wear in turning AISI D2 Steel with Ceramic Wiper Insert. Elsevier. 2007 12. Rochim T, Teori dan Teknologi Permesinan. 1993 13. Yallese M A, The Effect of Cutting Condition on Mixed Ceramic and Cubic Boron Nitride Tool Wear and on Surface Roughness during Machining of X200Cr12 Steel, 2005.
103
