STUDI PEMOTONGAN OPTIMUM PEMBUBUTAN KERAS DAN KERING BAJA PERKAKAS AISI O1 MENGGUNAKAN PAHAT KERAMIK (Al 2 O 3 + TiC)

STUDI PEMOTONGAN OPTIMUM PEMBUBUTAN KERAS DAN KERING BAJA PERKAKAS AISI O1 MENGGUNAKAN PAHAT KERAMIK (Al2O3 + TiC)

TESIS

Oleh : YULIARMAN 057015005/TM

SEKOLAH PASCASARJANA UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2008

Yuliarman : Studi Pemotongan Optimum Pembubutan Keras dan Kering baja Perkakas AISI O1 Menggunakan Pahat Keramik (Al2O3 + TiC), 2008. USU e-Repository © 2008.

STUDI PEMOTONGAN OPTIMUM PEMBUBUTAN KERAS DAN KERING BAJA PERKAKAS AISI O1 MENGGUNAKAN PAHAT KERAMIK (Al2O3 + TiC)

TESIS Untuk Memperoleh Gelar Magister Teknik Dalam Program Studi Teknik Mesin Pada Sekolah Pascasarjana Universitas Sumatera Utara

Oleh YULIARMAN 057015005/TM

SEKOLAH PASCASARJANA UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2008


Judul Tesis

: STUDI PEMOTONGAN OPTIMUM PEMBUBUTAN KERAS DAN KERING BAJA PERKAKAS AISI O1 MENGGUNAKAN PAHAT KERAMIK (Al2O3 + TiC) Nama Mahasiswa: Yuliarman Nomor Pokok : 057015005 Program Studi : Teknik Mesin

Menyetujui Komisi Pembimbing

( Prof. Dr. Ir. Armansyah Ginting, M.Eng ) Ketua

( Dr. Sutarman, M.Sc ) Anggota

Ketua Program Studi,

( Prof. Dr. Ir. Bustami Syam, MSME )

( Ir. Syahrul Abda, M.Sc ) Anggota

Direktur,

( Prof. Dr. Ir. T. Chairun Nisa B, M.Sc )

Telah Lulus : 1 September 2008


Telah Diuji Pada Tanggal : 1 September 2008

PANITIA PENGUJI TESIS Ketua

: Prof. Dr. Ir. Armansyah Ginting, M.Eng

Anggota : 1. Dr. Sutarman, M.Sc 2. Ir. Syahrul Abda, M.Sc 3. Prof. Dr. Ir. Bustami Syam, MSME 4. Ir. Alfian Hamsi, M.Sc


ABSTRAK Kinerja yang lebih baik dari pemesinan keras berbanding operasi gerinda untuk maksud proses pemesinan suatu produk melatar belakangi penelitian yang dilakukan. Kinerja yang lebih baik tersebut adalah dalam artian laju pembuangan material (material removal rate / MRR) dan ternyata pemesinan keras dapat dilakukan pada operasi pemesinan kering. Ada tiga keuntungan yang diperoleh yaitu (a) Laju pembuangan material yang lebih tinggi meningkatkan produktifitas. (b) Operasi pemesinan kering berarti mereduksi ongkos produksi . (c) Operasi pemesinan kering juga berarti upaya mengurangi pencemaran lingkungan. Penelitian ini difokuskan untuk menghasilkan formula matematika umur pahat (Tc) dan volume pembuangan geram (Qc), kedua formula matematika ini dikembangkan dari formula Taylor. Korelasi antara Qc dan Tc dihasilkan formula matematik laju pembuangan geram yaitu Qc/Tc. Selanjutnya formula matematika yang dihasilkan digunakan untuk menentukan kondisi pemotongan optimum dengan mangacu kepada metode Ginting dan Nouari (2007) serta metode respon permukaan (response surface methodology / RSM). Kondisi pemotongan optimum dari kedua metode dibandingkan dan diverifikasi dengan eksperimental. Material benda kerja adalah baja perkakas AISI O1 yang dikeraskan sampai 60 HRC. Material pahat potong adalah keramik (Al2O3 + TiC). Percobaan dilakukan menggunakan mesin bubut CNC Emcoturn 242. Pengumpulan data dilakukan dengan metode faktorial 23 yang kemudian analisa data dilakukan dengan metode multi linear regression. Hasil penelitian menunjukkan bahwa kesesuaian antara metode Ginting dan Nouari (2007) dengan metode respon permukaan adalah pada kondisi pemotongan optimum laju pemotongan (V) 95 m/min, pemakanan (f) 0,09 mm/rev, dan kedalaman potong (a) 0,25 mm. Hasil eksperimental juga menunjukkan verifikasi yang dihasilkan oleh kedua metode tersebut. Selanjutnya dari kurva 3 parameter V-Tc-MRR yang diplot berdasarkan metode Ginting dan Nouari (2007) menunjukkan bahwa pemesinan laju tinggi tidak dapat direkomendasikan pada pemesinan keras dan kering. Dari seluruh hasil penelitian dapat disimpulkan bahwa pemesinan kering dapat dilaksanakan pada pembubutan keras baja AISI O1 menggunakan pahat keramik (AL2O3 + TiC) Kata kunci: Aus tepi; Bubut keras; Pahat keramik; Umur pahat

i Yuliarman : Studi Pemotongan Optimum Pembubutan Keras dan Kering baja Perkakas AISI O1 Menggunakan Pahat Keramik (Al2O3 + TiC), 2008. USU e-Repository © 2008.

ABSTRACT The better performance of hard turning comparing to grinding operation for machining process of manufacturing product is the background of research reported in this thesis. The better performance is in term of material removal rate (MRR) and the possibility to carry out hard turning under dry environment. In this case, there are three benefit can be gained, they are: (a) High material removal rate (MRR) means high productivity. (b) Dry machining operation means reducing production cost and (c) Dry machining also mean saving the environment. 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 based on the extended Taylor formula. From the correlation between Qc and Tc are produced mathematic formulation for material removal rate (MRR) as Qc/Tc. Furthermore, mathematical formulations are applied to determine the optimum cutting condition using Ginting and Nouari (2007) method and using response surface methodology (RSM). The results of optimum cutting condition from both mothods are compared and verified by the experimental work. The workpiece in this research is the AISI O1 steel which was hardened up to 60 HRC where the ceramic made of Al2O3 + TiC was used as the cutting tool. The experiment was done at lathe of CNC Emcoturn 242. The data collection was done by factorial 23 and the data was analyzed by multi linear regression method. The result of research shows that there is a good agreement between Ginting and Nouari (2007) method and RSM method in determining the optimum cutting condition, and the value is at cutting speed (V) of 95 m/min, feeding (f) of 0.09 m/rev, and depth of cut (a) of 0.25 mm. The result of experiment also shows a good verification to the result produced by both methods. Furthermore from the curve which correlating among three parameters V-Tc-MRR plotted based on Ginting and Nouari (2007) method shows that high speed machining can not be recommended on hard machining under dry environment. From all aspects 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 of Al2O3 + TiC.

Keywords: Flank wear; hard turning; Ceramic tool; Tool life

ii Yuliarman : Studi Pemotongan Optimum Pembubutan Keras dan Kering baja Perkakas AISI O1 Menggunakan Pahat Keramik (Al2O3 + TiC), 2008. USU e-Repository © 2008.

KATA PENGANTAR

Puji syukur kehadirat Allah SWT penulis panjatkan, atas berkat limpahan Rahmat dan NikmatNya akhirnya penelitian tesis dengan judul " Studi Pemotongan Optimum Pembubutan Keras dan Kering Baja Perkakas AISI O1 Menggunakan Pahat Keramik (Al2O3 + TiC)" dapat diselesaikan. Tesis ini merupakan hasil penelitian yang dilakukan pada Bengkel dan Labor Mekanik Politeknik Negeri Medan, serta Labor Mekanik PTKI Medan. Terselesaikannya penelitian tesis ini adalah atas bimbingan, petunjuk dan arahan serta dorongan dari berbagai pihak terutama komisi pembimbing Bapak Prof. Dr. Ir. Armansyah Ginting, M.Eng., Bapak Dr. Sutarman, M.Sc., dan Bapak Ir. Syahrul Abda, M.Sc. Atas bantuan serta dorongan yang telah diberikan pada kesempatan ini penulis mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada Bapak-bapak sebagaimana tersebut di atas, dan juga kepada Bapak Prof. Dr. Ir. Bustami Syam, MSME dan Bapak Dr. Ir. Ikhwansyah Isranuri selaku Ketua Program Studi dan Sekretaris Program Studi Magister Teknik Mesin, serta kepada rekan-rekan terutama kepada rekan saya Mahendra sitepu dan Jimmi yang telah memberikan sumbang saran, serta dorongan bagi teselesaikannya penelitian tesis ini. Pada kesempatan ini Kami juga mengucapan terima kasih kami kepada Rekan-rekan dan Bapak-bapak yang ada di Politeknik Medan terutama kepada Bapak Drs. Infarial, Bapak Ir. Agus, Bapak Drs. Parmin MT, Bapak Ir. Abdul Rahman dan

iii Yuliarman : Studi Pemotongan Optimum Pembubutan Keras dan Kering baja Perkakas AISI O1 Menggunakan Pahat Keramik (Al2O3 + TiC), 2008. USU e-Repository © 2008.

Ir. Abdul Basir. MT atas bantuannya dalam proses pengambilan data, semoga semua yang telah Bapak-bapak dan Rekan-rekan berikan menjadi amal dan mendapat berkah dari Allah SWT.

Medan, 28 Mei 2008 Penulis,

Yuliarman

iv Yuliarman : Studi Pemotongan Optimum Pembubutan Keras dan Kering baja Perkakas AISI O1 Menggunakan Pahat Keramik (Al2O3 + TiC), 2008. USU e-Repository © 2008.

RIWAYAT HIDUP Nama Tempat/Tanggal Lahir Alamat Telp./HP Email

: : : : :

Yuliarman. ST Lahir di Bukitinggi tgl 16 Juli 1966 Komp. Perum. Unand B3/04/10 Ulu Gadut Pdg 0751-778443 [email protected]

Pendidikan 1979 1982 1985 1989 1996

Sekolah Dasar Negeri Nomor 4 Sawahlunto Sekolah menengah Pertama Negeri Sawahlunto Sekolah Menengah Atas Negeri Sawahlunto Diploma 3 Politeknik Institut Teknologi Bandung Strata 1(S1) Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya

Pengalaman Mengikuti Pelatihan / Magang 1989 1990 1991 1999 2001 2003 2004 2004 2005

Metodologi pengajaran di PEDC Bandung Menajemen Bengkel, PEDC Bandung Pelatihan Tool Grinding di PEDC Bandung Magang Bidang Mekanik Dan Produksi, Polman Bandung Peserta pelatihan Learning Improvement Workshop Bath 5, Polman Bandung Program Pelatihan Master CAM, Polman Bandung Pelatihan Manajemen Pendidikan Politeknik di Surabaya Workshop Pengembangan Model Unit Pemeliharaan Perbaikan Program Diploma di Surabaya. Pelatihan penggunaan perangkat lunak CATIA, Politeknik Unand Padang

Pengalaman Bidang pengabdian 1999

Penyuluhan tentang pelaksanaan menajemen produksi tambang rakyat di lokasi tambang KUD Pincuran Batu Sawah Lunto sebagai anggota

v Yuliarman : Studi Pemotongan Optimum Pembubutan Keras dan Kering baja Perkakas AISI O1 Menggunakan Pahat Keramik (Al2O3 + TiC), 2008. USU e-Repository © 2008.

1999 1999 2002 2004

Memberikan pelatihan Auto CAD pada staf pengajar Politeknik Unand Penyuluhan tentang membuka kesempatan kerja bagi siswa SMK Solok sebagai anggota Memberikan pelatihan Auto CAD pada siswa STM di labor Mesin Politeknik Negeri Padang sebagai anggota Memberikan pelatihan Auto CAD pada staf pengajar Politeknik Unand sebagai nara sumber

Pengalaman Bidang Penelitian 2000 2001

2002

2003

Rancang Bangun Alat Bantu Pembuat Lobang pada komponen kompor minyak tanah, dana DIP P5D Dikti sebagai ketua Rancang Bangun Pengering Cabai Merah Menggunakan Bahan Bakar Minyak Sebagai Sumber Kalor, dana DIP P5D 2001/2003 sebagai anggota Pengaruh Pengkarbonan Dengan Media Arang Batok Kelapa Terhadap Kekerasan Stell 42, dana Rutin Politeknik Negeri Padang 2002 sebagai anggota Rancang bangun alat Bantu pembuat batu bata dengan sistim ektrusi, dana DIKTI 2002/2003 sebagai anggota

Medan 28 Mei 2008

Yuliarman

Yuliarman Email: [email protected] Medan, 22 September 2008 03:37

vi Yuliarman : Studi Pemotongan Optimum Pembubutan Keras dan Kering baja Perkakas AISI O1 Menggunakan Pahat Keramik (Al2O3 + TiC), 2008. USU e-Repository © 2008.

DAFTAR ISI

Halaman ABSTRAK .................................................................................................................... i ABSTRACT ................................................................................................................ ii KATA PENGANTAR................................................................................................ iii RIWAYAT HIDUP .................................................................................................... v DAFTAR ISI.............................................................................................................. vii DAFTAR TABEL ...................................................................................................... ix DAFTAR GAMBAR.................................................................................................. xi DAFTAR LAMPIRAN ............................................................................................ xiii DAFTAR ISTILAH ................................................................................................. xiv BAB 1. PENDAHULUAN......................................................................................... 1 1.1. Latar Belakang........................................................................................ 1 1.2. Perumusan Masalah................................................................................ 2 1.3. Tujuan Penelitian.................................................................................... 3 1.4. Manfaat Penelitian.................................................................................. 4 BAB 2. TINJAUAN PUSTAKA ............................................................................... 5 2.1. Karakteristik Dan Terminologi Proses Bubut ........................................ 5 2.2. Formasi Pembentukan Geram ................................................................ 9 2.3. Proses Bubut Keras............................................................................... 11 2.4. Keausan dan Umur Pahat ..................................................................... 12 2.4.1. Keausan Pahat ............................................................................ 12 2.4.2. Umur Pahat ................................................................................ 16 2.5. Bahan Pahat pada Proses Bubut Keras ................................................. 17 2.6. Laju Pemotongan Tinggi (High Speed Machining/HSM).................... 20 2.7. Perlakuan Panas (Heat Treatment) ....................................................... 21 2.7.1. Pre heating ................................................................................. 22 2.7.2. Austenitzing................................................................................ 22 2.7.3. Holding time............................................................................... 23 2.7.4. Quenching .................................................................................. 23 2.7.5. Tempering .................................................................................. 23 vii Yuliarman : Studi Pemotongan Optimum Pembubutan Keras dan Kering baja Perkakas AISI O1 Menggunakan Pahat Keramik (Al2O3 + TiC), 2008. USU e-Repository © 2008.

2.8. Pemilihan Bahan................................................................................... 24 2.9. Teori Statistik ....................................................................................... 25 2.9.1. Metode Faktorial ........................................................................ 25 2.9.2. Response Surface Methodogy (RSM) ........................................ 27 2.9.3. Regresi Berganda ....................................................................... 28 2.9.4. Analisa Varian (Anava).............................................................. 29 BAB 3. METODE PENELITIAN .......................................................................... 32 3.1 Tempat dan Waktu................................................................................ 32 3.2 Bahan dan Peralatan ............................................................................ 32 3.2.1. Material Benda Uji..................................................................... 32 3.2.2. Pahat Potong .............................................................................. 36 3.2.3. Mesin Bubut CNC Emcoturn-242.............................................. 38 3.2.4. Mikroskop .................................................................................. 39 3.2.5. Kaca Skala Ukur ........................................................................ 40 3.3 Rancangan Kegiatan ............................................................................. 40 3.3.1. Proses Pemesinan ....................................................................... 40 3.3.2. Pengukuran Keausan Pahat ........................................................ 41 BAB 4. HASIL DAN PEMBAHASAN .................................................................. 43 4.1 Pengamatan........................................................................................... 43 4.2 Analisa Data ......................................................................................... 44 4.2.1. Menentukan Umur Pahat dan Volume Pembuangan Geram pada Keausan 0,04 mm .............................................................. 45 4.2.2. Menentukan Hubungan Kondisi Pemotongan (V, f, dan a) dengan Umur Pahat (Tc) dan Volume Pembuangan Geram (Qc) dalam bentuk persamaan Matematika Menggunakan Regresi Berganda ....................................................................... 46 4.2.3. Menentukan Kondisi Pemotongan Optimum Menggunakan Metode Ginting Dan Nouari....................................................... 49 4.2.4. Menentukan Kondisi Pemotongan Optimum Menggunakan Metode RSM .............................................................................. 50 4.2.5. Perbandingan Kondisi Pemotongan Optimum Metode Ginting & Nouari (2007) dengan RSM dan Hasil Percobaan ................ 56 BAB 5. KESIMPULAN DAN SARAN .................................................................. 58 5.1. Kesimpulan........................................................................................... 58 5.2. Saran .................................................................................................... 59 DAFTAR PUSTAKA ............................................................................................... 60

viii Yuliarman : Studi Pemotongan Optimum Pembubutan Keras dan Kering baja Perkakas AISI O1 Menggunakan Pahat Keramik (Al2O3 + TiC), 2008. USU e-Repository © 2008.

DAFTAR TABEL No.

Judul

Halaman

2.1. Temperatur Heat Treatment Bahan AISI O1..................................................... 25 2.2. Disain Matrik 23 Faktorial ................................................................................. 26 2.3. Anava untuk 23 faktorial.................................................................................... 29 3.1. Lokasi Kegiatan Penelitian ................................................................................ 32 3.2. Komposisi Kimia Bahan AISI O1 ..................................................................... 33 3.3. Physical Properties AISI O1 ............................................................................. 33 3.4. Temperatur Proses Perlakuan Panas ................................................................. 34 3.5. Mechanical Properties Bahan AISI O1 Setelah Dikeraskan ............................ 36 3.6. Physical Properties Bahan Pahat Keramik........................................................ 37 3.7. Data Teknis Mesin Bubut CNC Emcoturn-242 ................................................ 38 3.8. Kondisi Pemotongan Proses Pemesinan............................................................ 41 4.1. Data Pengamatan Dengan Waktu Pemotongan (tc) Selama 7 Menit ................ 43 4.2. Umur Pahat (Tc) dan Volume Pembuangan Bahan (Qc) ................................. 45 4.3. Nilai Logaritma V, f, a, VBc, Tc, dan Qc .......................................................... 46 4.4. Uji Parameter Koofisien Regresi Umur Pahat................................................... 47 4.5. Tabel Anava Umur Pahat................................................................................... 47 4.6. Uji Parameter Koofisien Volume Pembuangan Geram..................................... 48 4.7. Tabel Anava Volume Pembuangan Geram ....................................................... 48 4.8. Kondisi pemotongan Optimum dengan Metode Ginting dan Nouari (2007) ... 50 4.9. Data Perkiraan Metode RSM ............................................................................ 51 4.10. Uji Parameter Koofisien Regresi Umur Pahat................................................... 52 ix Yuliarman : Studi Pemotongan Optimum Pembubutan Keras dan Kering baja Perkakas AISI O1 Menggunakan Pahat Keramik (Al2O3 + TiC), 2008. USU e-Repository © 2008.

4.11. Tabel Anava Umur Pahat................................................................................... 52 4.12. Uji Parameter Koofisien Regresi Volume Pembuangan Geram........................ 53 4.13. Tabel Anava Volume Pembuangan Bahan ........................................................ 53 4.14. Kondisi pemotongan Optimum dengan Metode RSM ..................................... 56 4.15. Perbandingan Kondisi pemotongan Optimum Metode Ginting & Nouari (2007), Metode RSM dan Hasil Percobaan ...................................................... 56

x Yuliarman : Studi Pemotongan Optimum Pembubutan Keras dan Kering baja Perkakas AISI O1 Menggunakan Pahat Keramik (Al2O3 + TiC), 2008. USU e-Repository © 2008.

DAFTAR GAMBAR No.

Judul

Halaman

2.1. Skematis Proses Bubut ........................................................................................ 6 2.2. Penamaan (nomenclature) pahat kanan ............................................................... 6 2.3. Proses Bubut ........................................................................................................ 7 2.4. Formasi Geram pada Proses Bubut .................................................................. 10 2.5. Gaya antara Pahat Potong dan Geram ............................................................... 11 2.6. Keausan pada Pahat Bubut ................................................................................ 15 2.7. Dimensi dan Penamaan Keausan pada Pahat Bubut.......................................... 16 2.8. Kecepatan Potong pada Proses laju tinggi......................................................... 20 2.9. Geometri 23 Faktorial ........................................................................................ 26 3.1. Bentuk dan Geometri Benda Uji ....................................................................... 33 3.2. Pemeriksaan Data Kekerasan Benda Uji .......................................................... 34 3.3. Bentuk dan Ukuran Benda Uji Tarik ................................................................ 35 3.4. Kurva Tegangan-Regangan Bahan AISI O1 (60 HRC) ................................... 35 3.5. Geometri Pahat .................................................................................................. 36 3.6. Pemegang Pahat................................................................................................. 37 3.7. Geometri Sudut Pahat Terpasang pada Holder ................................................. 37 3.8. Mesin Bubut CNC ............................................................................................. 38 3.9. Mikroskop Olympus PM-10AD ........................................................................ 39 3.10. Kaca Skala Ukur ................................................................................................ 40 3.11. Setup Mesin ....................................................................................................... 40 4.1. Plot Kurva 3 Parameter V-Tc-MRR ................................................................... 49 xi Yuliarman : Studi Pemotongan Optimum Pembubutan Keras dan Kering baja Perkakas AISI O1 Menggunakan Pahat Keramik (Al2O3 + TiC), 2008. USU e-Repository © 2008.

4.2. Plot kontur Tc vs V dan f , dan Plot Permukaan Tc vs Vdan f ........................... 54 4.3. Plot kontur Qc vs V dan f , dan Plot Permukaan Qc vs V dan f ......................... 54 4.4. Kurva D-Optimaly Respon Terhadap V, f, dan a pada kondisi pemotongan V = 92 m/min, f = 0,08 mm/rev, dan a = 0,25 mm. ........................................... 55 4.5. Kurva D-Optimaly Respon Terhadap V, f, dan a pada kondisi pemotongan V = 95 m/min, f = 0,09 mm/rev, dan a = 0,25 mm ............................................ 55

xii Yuliarman : Studi Pemotongan Optimum Pembubutan Keras dan Kering baja Perkakas AISI O1 Menggunakan Pahat Keramik (Al2O3 + TiC), 2008. USU e-Repository © 2008.

DAFTAR LAMPIRAN No.

Judul

Halaman

1. Dokumentasi Hasil Pengukuran Aus Pahat .......................................................... 62 2. Dokumentasi Hasil Pengukuran Aus Pahat pada Kondisi Optimum .................... 65 3. Perbandingan Kondisi Pahat Sebelum dan Sesudah Proses Pemesinan................ 66 4. Dimensi Pahat Keramik......................................................................................... 67 5. Rekomendasi Kecepatan Potong (V) ..................................................................... 68 6. Rekomendasi Pemakanan (f) dan Kedalaman Potong (a) ..................................... 69 7. Standar ASTM untuk uji tarik bahan (ASTM E 8M) ........................................... 70 8. Data Hasil Pengujian Kekerasan Benda Uji ......................................................... 71

xiii Yuliarman : Studi Pemotongan Optimum Pembubutan Keras dan Kering baja Perkakas AISI O1 Menggunakan Pahat Keramik (Al2O3 + TiC), 2008. USU e-Repository © 2008.

DAFTAR ISTILAH Simbol

Judul

Satuan

a

Kedalaman potong

[mm]

b

Lebar pemotongan

[mm]

d

Diameter rata-rata

[mm]

dm

Diameter akhir spesimen

[mm]

do

Diameter awal spesimen

[mm]

f

Gerak makan (feed rate)

[mm/rev]



Sudut geram

h

Tebal geram sebelum terpotong



Sudut potong utama

[ o] [mm] [ o]

l

Panjang sisi insert

[mm]

lt

Panjang pembubutan

[mm]

MRR

[cm3/min]

Laju pembuangan geram

N

Putaran per menit

[rpm]

Qc

Volume pembuangan geram

[cm3]

r

Radius ujung pahat

[mm]

tc

Waktu pemotongan

[min]

Tc

Umur pahat

[min]

V

Kecepatan potong

[m/min]

Vf

Kecepatan makan (feeding speed)

[m/min]

VBc

Keausan pahat tepi (flank wear)

[mm]



VB c

Laju keausan pahat potong

[mm/min]

xiv Yuliarman : Studi Pemotongan Optimum Pembubutan Keras dan Kering baja Perkakas AISI O1 Menggunakan Pahat Keramik (Al2O3 + TiC), 2008. USU e-Repository © 2008.

1

BAB 1 PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang Pembubutan keras adalah proses pemesinan menggunakan sebuah pahat bermata potong tunggal (single point cutting tool) untuk memotong material dengan kekerasan lebih besar dari 45 HRC, prosesnya sangat serupa dengan proses bubut biasa hanya membutuhkan sebuah mesin dan alat potong yang harus mampu menahan gaya potong yang lebih besar dan temperatur yang lebih tinggi (Harrison, 2004). Perbedaan proses pembubutan keras dengan proses pembubutan biasa terutama pada material yang dipotong, pahat potong yang digunakan serta kondisi pemotongan, dan mekanisme pembuangan geram yang terjadi (Zhang, 2005) Sejak akhir tahun 1970 penggunaan proses pembubutan keras (hard turning) menjadi pilihan pada proses pemotongan material karena lebih ekonomis dan ramah lingkungan bila dibandingkan proses gerinda (Stier, 1988). Keuntungan pembubutan keras adalah dapat digunakan untuk proses pemotongan pengasaran (roughing), dan juga dapat digunakan untuk proses penghalusan (finishing). Biaya produksi proses pembubutan keras lebih kecil bila dibandingkan dengan proses gerinda, karena kadar laju pembuangan geram (material removal rate) pada proses pembubutan keras lebih besar dari pada proses gerinda (Tonshoff, et. al, 1996). Proses pembubutan keras dapat mereduksi waktu pemesinan hingga 60% (Tonshoff, et. al, 1995).

1 Yuliarman : Studi Pemotongan Optimum Pembubutan Keras dan Kering baja Perkakas AISI O1 Menggunakan Pahat Keramik (Al2O3 + TiC), 2008. USU e-Repository © 2008.

2

Menurut Klocke (1997) isu pemesinan kering mulai masuk ke industri pemotongan logam. Pemesinan kering memiliki kelebihan yaitu tidak digunakannya cairan pemotongan, oleh harena itu dapat mengurangan ongkos produksi sebesar 1620% (Sreejith, at al, 2000) dan penyelamatan lingkungan karena tidak ada cairan pemotongan bekas dibuang ke lingkungan. Namun demikian suhu yang tinggi disebabkan tidak adanya media cairan pemotongan mengakibatkan gangguan pada pahat dan permukaan akhir (surface finish) benda kerja. Penggunaan proses pembubutan keras dan kering pada dunia industri relatif masih rendah meskipun memiliki banyak kelebihan bila dibandingkan dengan proses pemesinan biasa karena proses pembubutan keras relatif baru (Dowson, 2002). Hal ini melatar belakangi dibuatnya penelitian ini sehingga dapat menjadi salah satu sumber informasi secara akademis. 1.2. Perumusan Masalah Kekerasan benda kerja yang tinggi (lebih besar dari 45 HRC) pada proses bubut keras membutuhkan gaya potong dan temperatur kerja yang tinggi pada saat berlangsungnya pemotongan. Kondisi ini sangat mempengaruhi sifat fisik dan kimia dari pada pahat potong. Kerusakan berupa keausan atau bahkan pecah pada pahat dapat terjadi bila pahat potong yang digunakan tidak mampu bekerja pada kondisi ini. Abrasi, adhesi, difusi dan reaksi kimia adalah mekanisme aus yang dominan pada proses bubut keras dengan pola aus utama adalah aus tepi (flank wear), aus kawah (crater wear), pecah,

nothing wear dan chipping (Chou, 1994 ; Huang, 2002).


3

Disebabkan terjadinya keausan ini akan mengakibatkan pahat makin lemah dan rapuh sehingga akan mengurangi usia pakai pahat (tool life). Agar proses pemesinan dapat dilakukan pada proses bubut keras dan kering, pahat potong yang digunakan harus mampu menahan beban yang tinggi dan komposisi kimianya harus tahan terhadap proses abrasi, adesi, dan difusi ke dalam benda kerja pada temperatur tinggi sehingga dapat meningkatkan usia pakai (tool life). Dari berbagai bahan pahat yang ada hingga kini keramik memiliki potensi besar untuk digunakan, karena sifat harafiah keramik yang tidak tahan terhadap kejutan termal yang disebabkan oleh cairan pemotongan maka keramik cocok digunakan untuk pemesinan keras dan kering. 1.3. Tujuan Penelitian Tujuan umum Mengetahui kondisi pemotongan optimum pembubutan keras baja Perkakas AISI O1 menggunakan pahat keramik. Tujuan khusus 1.

Menyusun model matematika umur pahat (Tc), 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 (2007).


4

3.

Menggunakan response surface methodology (RSM) untuk memperoleh kondisi pemotongan optimum dan membandingkan hasilnya dengan metode Ginting dan Nouari (2007).

4.

Menganalisis kemungkinan laju pemotongan tinggi (high speed machining) dapat diimplementasikan pada pembubutan keras berdasarkan metode Ginting dan Nouari (2007).

1.4. Manfaat Penelitian Penelitian ini diharapkan dapat memberikan manfaat bagi dunia industri pada umumnya dan bagi peneliti sendiri pada khususnya, adapun manfaat tersebut adalah tersedianya informasi data akademis tentang kondisi pemotongan optimum menggunakan pahat keramik pada proses pembubutan keras terhadap benda kerja yang memiliki kekerasan lebih besar dari 45 HRC, seperti industri yang memproduksi alat tekan untuk proses pemotongan dan pembentukan, serta dapat dijadikan rujukan bagi peneliti selanjutnya sebagai data pendukung.


5

BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Karakteristik dan Terminologi Proses Bubut Proses pemotongan logam merupakan kegiatan terbesar yang dilakukan pada industri manufaktur, proses ini mampu menghasilkan komponen yang memiliki bentuk yang komplek dengan akurasi geometri dan dimensi tinggi. Prinsip pemotongan logam dapat defenisikan sebagai sebuah aksi dari sebuah alat potong yang dikontakkan dengan sebuah benda kerja untuk membuang permukaan benda kerja tersebut dalam bentuk geram. Meskipun definisinya sederhana akan tetapi proses pemotongan logam adalah sangat komplek. Salah satu proses pemesinan yang digunakan pada 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 2.1 adalah skematis dari sebuah proses bubut dimana N adalah putaran poros utama, f adalah pemakanan, dan a adalah kedalaman potong. Bahagian-bahagian serta penamaan (nomenclature) dari alat potong yang digunakan pada proses bubut dijelaskan pada Gambar 2.2. Radius pahat potong menghubungkan sisi dengan ujung potong (cutting edge) dan berpengaruh terhadap umur pahat, gaya radial, dan permukaan akhir.


6

Gambar 2.1. Skematis Proses Bubut

(a) (b) Gambar 2.2. Penamaan (nomenclature) 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).


7

Menurut Rochim (1993) pada setiap proses pemesinan ada lima elemen dasar yang perlu dipahami, yaitu : a. Kecepatan potong (cutting speed )

:V

(m/min)

b. Kecepatan makan (feeding speed)

: Vf

(mm/min)

c. Kedalaman potong (depth of cut)

:a

(mm)

d. Waktu pemotongan (cutting time)

: tc

(min)

e. Laju pembuangan geram (material removal rate)

: MRR (cm3/min)

Elemen dasar pada proses bubut dapat diketahui menggunakan rumus yang dapat diturunkan berdasarkan Gambar 2.3 berikut ini :

Gambar 2.3 Proses Bubut Geometri benda kerja :

Geometri pahat :

do

= diameter awal (mm)

dm

= diameter akhir (mm)

lt

= panjang pemesinan (mm)

r

= sudut potong utama (o)


8

Kondisi pemesinan

o

= sudut geram (o)

a

= kedalaman potong

a

=

f

= pemakanan (mm/putaran)

N

= putaran poros utama (rpm)

do  d m (mm) 2

2.1

Dengan diketahuinya besaran-besaran di atas sehingga kondisi pemotongan dapat diperoleh sebagai berikut : 

Laju pemotongan Dimana :

V 

 d  N 1000

do  dm  d o (mm) 2



Laju pemakanan

Vf  f  N



Waktu pemotongan

tc 



Laju pembuangan geram

MRR  A  V

Maka

2.2

d = diameter rata-rata d

Dimana :

(m/min)

lt Vf

2.3

(mm/min)

2.4

(min)

2.5

(cm3/min)

2.6

A = penampang geram sebelum terpotong A = f a

(mm2)

2.7

MRR = V  f  a

(cm3/min)

2.8

Sudut potong utama (principal cutting edge angle/r) adalah sudut antara mata potong utama dengan laju pemakanan (Vf), besarnya sudut tersebut ditentukan oleh


9

geometri pahat dan cara pemasangan pahat pada mesin bubut. Untuk nilai pemakanan (f) dan kedalaman potong (a) yang tetap maka sudut ini akan mempengaruhi lebar pemotongan (b) dan tebal geram sebelum terpotong (h) sebagai berikut : b

a Sin r



Lebar pemotongan



Tebal geram sebelum terpotong h 

f Sin r

(mm)

2.9

(mm)

2.10

Dengan demikian penampang geram sebelum terpotong adalah : A  f a  bh

(mm)

2.11

2.2. Formasi Pembentukan Geram Selama proses pembubutan berlangsung bahan dibuang akibat perputaran benda kerja sebagai suatu geram tunggal, tergantung pada parameter kerja mesin. Geram yang dihasilkan berupa suatu lembar tali berkelanjutan atau berupa potonganpotongan, dalam banyak kasus formasi geram yang terjadi adalah seperti terlihat pada Gambar 2.4. Ini menunjukkan bahwa pemotongan adalah proses diskontinu dan gaya antara geram dan alat potong tidak konstan (Kalpakjian, et.al., 2002) Formasi geram yang dihasilkan juga dapat dilakukan dengan pendekatan model permesinan orthogonal sebagaimana yang dikemukakan oleh Merchant, model ini mengasumsikan formasi geram dengan dua dimensi.


10

Gambar 2.4. Formasi Geram pada Proses Bubut Diagram gaya antara pahat potong dan geram terlihat pada Gambar 2.5. Fs adalah gaya geser yang mendeformasikan material pada bidang geser sehingga melampaui batas plastis, Fsn adalah gaya normal pada bidang geser yang menyebabkan pahat tetap menempel pada benda kerja, Fv adalah gaya potong (searah dengan kecepatan potong), Ff adalah gaya makan (searah kecepatan makan), F adalah gaya gesek pada bidang geram, dan Fn adalah gaya normal pada bidang geram. Sewaktu pemotongan mulai berlangsung gaya potong Fv akan membesar, mata potong akan menderita tegangan geser dengan arah dan nilai yang bervariasi, salah satu bidang akan menderita tegangan geser terbesar dan dengan meningkatnya gaya potong maka tegangan geser pada bidang tersebut (bidang geser) akan melampaui batas elastis (yield) sehingga terjadi deformasi plastis yang menyebabkan terbentuknya geram (Rochim, 1993).


11

Gambar 2.5. Gaya antara Pahat Potong dan Geram 2.3. Proses Bubut Keras Proses bubut keras sama dengan bubut biasa, tetapi pada proses bubut keras pemotongan dilakukan terhadap benda kerja dengan kekerasan lebih besar dari 45 HRC. Prinsip kerja proses bubut biasa pada dasarnya diterapkan pada proses bubut keras. Bagaimanapun terdapat perbedaan karakteristik sebagai akibat tingginya kekerasan material yang akan dipotong. Material yang keras memiliki sifat abrasive, dan nilai kekerasan atau young modulus ratio yang tinggi. Akibat dari semua itu maka pada proses bubut keras dibutuhkan alat potong yang jauh lebih keras dan tahan terhadap abrasive dibanding proses bubut biasa. Proses bubut keras dapat dilakukan terhadap berbagai macam jenis logam seperti baja paduan (steel alloy), baja untuk bantalan (bearing steel), hot and cold work tool steel, high speed steel, die steel, dan baja tuang yang dikeraskan (Baggio, 1996).


12

Proses bubut keras dapat menjadi solusi untuk mengurangi waktu produksi melalui pengurangan jumlah proses (tahapan), setup peralatan dan waktu untuk inspeksi karena proses bubut keras dapat dilakukan pada mesin bubut yang sama dimana proses bubut konvensional dilakukan, peralatan yang sama dapat digunakan dan tanpa membutuhkan tambahan sebuah mesin gerinda. Bagaimanapun mesin untuk bubut keras memiliki kebutuhan spasi ruangan yang lebih kecil dibandingkan mesin gerinda. Dibutuhkan investasi yang lebih kecil untuk sebuah mesin bubut CNC dibandingkan sebuah mesin gerinda presisi. Keuntungan yang sangat signifikan dari pahat potong bermata tunggal (single point cutting tool) sebagaimana yang digunakan pada proses bubut dapat digunakan untuk pekerjaan dengan kontur permukaan yang rumit, tidak demikian halnya dengan proses gerinda. 2.4. Keausan dan Umur Pahat 2.4.1. Keausan Pahat Selama proses pembentukan geram berlangsung, pahat dapat mengalami kegagalan dari fungsinya yang normal karena berbagai sebab antara lain : a.

Keausan yang secara bertahap membesar (tumbuh) pada bidang aktif pahat.

b.

Retak yang menjalar sehingga menimbulkan patahan pada mata potong pahat.

c.

Deformasi plastis yang dapat merubah bentuk/geometri pahat. Jenis kerusakan yang terakhir di atas disebabkan oleh tekanan dan temperatur

yang tinggi pada bidang aktif pahat dimana kekerasan dan kekuatan material pahat


13

akan turun bersamaan dengan naiknya temperatur. 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) (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 (Gambar 2.7 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, dalam hal ini jarum atau sensor alat ukur digeserkan pada bidang geram dengan sumbu penggeseran diatur sehingga sejajar bidang geram (Rochim, 1993) Kebanyakan dari deformasi bahan itu dilokalisir pada daerah geser (shear zone), temperatur tinggi terjadi pada daerah ini. Daerah geser adalah suatu daerah yang terletak pada ujung alat potong sampai kedalaman potong. Ada beberapa model yang dapat menjelaskan gejala ini, tergantung pada laju potong dan kombinasi bahan benda kerja dan pahat potong. Panas yang timbul selama proses pemotongan akan terdistribusi pada benda kerja sebesar 5%, 20% akan diserap oleh alat potong dan sisanya diserap oleh geram (Rochim, 1993). Meskipun ada kemajuan ilmu pengetahuan mengenai bahan untuk alat potong, ketahanan alat potong tetap terbatas, hal ini disebabkan oleh adhesion, abrasion, diffusion.


14

Kerusakan akibat Adhesion terjadi ketika alat potong dan benda kerja kontak pada suhu dan tekanan yang tinggi. Dalam hal ini, kedua bahan membentuk suatu ikatan kimia dan lalu rusak terpisah karena gaya mekanis dan menyobek alat potong. Kerusakan akibat Abrasive terjadi karena adanya partikel yang keras pada benda kerja yang menggesek bersama-sama aliran material benda kerja pada bidang geram dan bidang utama pahat. Kerusakan akibat diffusion adalah kerusakan yang terjadi pada daerah dimana terjadi pelekatan (adhesion) antara material benda kerja dengan alat potong pada temperatur dan tekanan yang tinggi serta adanya aliran metal akan menyebabkan timbulnya diffusi yaitu terjadinya perpindahan atom metal dan karbon dari daerah dengan konsentrasi tinggi ke daerah dengan konsentrasi rendah. Kecepatan keausan karena proses diffusi tergantung pada daya larut dari berbagai fasa dalam struktur pahat terhadap benda kerja., temperatur, dan kecepatan aliran metal yang melarutkan. Pada Gambar 2.6 dapat dilihat bentuk keausan daerah utama pahat potong. Pahat bergerak ke seberang permukaan benda kerja, muka tepi bergesekan melawan arah benda kerja sehingga menimbulkan keausan yang disebut keausan tepi (flank wear). Keausan tepi disebabkan terutama oleh sifat pengeleman (adhesion) dan abrasi (abration), dan keausan tepi akan meningkat dengan meningkatnya suhu. Lebar dari daerah keausan tepi sama dengan kedalaman potong, dan keausan tepi biasanya disebut juga dengan depth-of-cut line. Jumlah dari keausan tepi adalah pada umumnya diGambarkan oleh panjang rata-rata (sejajar dengan lintasan tool).


15

Keausan kawah atau keausan lobang terjadi karena tumbukan geram pada pahat. Selama proses pemesinan berlangsung keausan kawah meningkat dan berkembang sehingga berbentuk seperti mangkuk pada permukaan pahat. Faktor yang utama yang mempengaruhi keausan kawah adalah suhu dan sifat kimia dari pahat dan benda kerja (Tlusty, 2000) Akibat terjadinya keausan ini akan menyebabkan pahat makin lemah dan rapuh. Aus tepi dan aus kawah membentuk suatu sisi tajam yang mudah putus tibatiba dan menimbulkan kerusakan. Pada akhirnya pahat potong menjadi sangat tidak layak lagi untuk digunakan (Dawson, 1999). Aus tepi sangat mempengaruhi hasil akhir, integritas permukaan, gaya dan daya potong. Aus tepi sangat menentukan kriteria usia pakai pahat (tool life) dan merupakan indeks yang sangat penting untuk mengevaluasi peforman dari pahat potong (Takatsu, et. al., 1983)

(a) (b) Gambar 2.6. Keausan pada Pahat Bubut (a) keausan kawah atau keausan lobang (crater wear), (b) keausan tepi (flank wear)


16

(a)

(b)

(c)

Gambar 2.7. 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 University). 2.4.2. Umur Pahat Umur pahat sangat tergantung pada keausan yang dialaminya. 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. 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 berdasarkan pengembangan formula Taylor sesuai persamaan 2.12 berikut ini :


17

V  Tc n  C  f Dimana :

p

 a q

V

=

Kecepatan potong (m/min)

Tc

=

Umur pahat (min)

C

=

Konstanta.

f

=

Pemakanan (mm/rev).

a

=

Kedalaman potong (mm)

p

=

Pangkat untuk tebal pemakanan.

q

=

Pangkat untuk kedalaman potong

2.12

2.5. Bahan Pahat pada Proses Bubut Keras Pertimbangan bagi dunia industri untuk menggunakan proses bubut keras adalah ratio antara biaya peralatan khususnya pahat potong yang digunakan terhadap umur dari pahat tersebut harus rendah (Harrison, 2004). Intan diketahui sebagai material yang paling keras akan tetapi tidak cocok digunakan untuk pemesinan logam ferro karena intan mengandung banyak unsur karbon yang dapat dengan mudah mengalami diffusi kedalam besi dan bagaimanapun intan sangat mahal dan memiliki umur pendek untuk pemesinan tehadap besi. Material yang khusus digunakan untuk proses bubut keras adalah cubic boron nitride (CBN), Keramik, dan cermet (Dawson, 1999). CBN adalah material yang paling keras selain intan, dan sangat cocok digunakan pada proses bubut keras. Insert CBN mulai meningkat popularitasnya


18

setelah General Electric menemukan kombinasi CBN dengan serbuk titanium nitride sehingga dapat meningkatkan umur pahat menjadi lima kali (Baggio, 1996). Keramik dapat digunakan untuk proses bubut keras selain CBN dengan harga yang lebih murah, tetapi keramik lebih mudah rusak (Schneider, 1999). Keramik juga kurang bagus bila mengalami kejutan panas dan kejutan mekanik dan tidak cocok digunakan pada pemesinan basah atau menggunakan cairan pendingin (Schneider, 1999). Pahat potong yang digunakan pada proses bubut keras harus cukup kuat untuk menahan gaya pemotongan yang tinggi dan komposisi kimianya harus tahan terhadap proses diffusi pada temperatur tinggi. Yang sangat penting pahat potong harus lebih keras dari material benda kerja pada temperatur dimana proses pemesinan berlangsung (Tlusty, 2000). Keramik adalah material paduan metalik dan non metalik, sedangkan menurut defenisi yang luas berarti semua material kecuali metal atau material organik. Dari berbagai defenisi keramik yang luas itu mencakup pula berbagai jenis Karbida, Nitrida, Oksida, Borida, dan Silikon, serta karbon. Keramik dapat dibedakan menjadi dua kelompok, yaitu keramik tradisional dan keramik industri, keramik yang digunakan pada proses pemesinan adalah kelompok keramik industri. Keramik industri digunakan untuk berbagai keperluan sebagai komponen dari peralatan, mesin dan perkakas termasuk perkakas potong atau pahat potong. Karena kegunaannya yang amat luas dan penting keramik dari bahan alamiah digantikan dengan keramik hasil industri yang diproses dengan teknologi maju dan terkontrol dengan baik yang


19

dikenal dengan nama advance ceramic, High-Technology Ceramic, Fine Ceramic. Keramik canggih ini dibuat menjadi bahan mentah berupa serbuk untuk diproses lebih lanjut secara powder processing. Melalui proses atomisasi dapat dihasilkan serbuk yang murni dan homogen serta ukuran yang terkontrol (Rochim, 1993). Keramik mempunyai karakteristik yang lain daripada metal atau polimer karena perbedaan ikatan atom-atomnya. Ikatan atomnya dapat berupa ikatan kovalen, ionik, dan gabungan kovalen ionik, ataupun sekunder. Ikatan kovalen merupakan ikatan yang paling kuat karena elektronnya dipakai bersamaan antara dua atom yang berdekatan. Ikatan kovalen menimbulkan sifat-sifat kekerasan, titik lebur, dan tahanan listrik yang tinggi serta koeffisien muai dan keuletan yang rendah (Rochim, 1993). Dengan keragaman jenis atom dan ikatan atom yang ada pada keramik maka sifat-sifat fisik, kimiawi maupun mekanik dari berbagai jenis keramik akan berbeda sehingga masing-masing jenis mempunyai kegunaan yang spesifik (Rochim, 1993). Dalam industri pemesinan yang dikenal dengan nama pahat keramik adalah dari jenis oksida aluminium (Al2O3) murni atau ditambah s/d 30% karbida titanium (TiC) untuk menaikkan kekuatan sifat non adhesif. Penambahan serat halus (whisker) dari SiC dimaksudkan untuk menguragi kegetasan, demikian pula dengan penambahan zirconia (ZrO2) untuk menaikkan jumlah retak mikro yang tidak terorientasi guna menghambat pertumbuhan retak besar akan tetapi menurunkan sifat statiknya . Selain oksida aluminium juga digunakan digunakan nitrida silikon (SiO4)


20

atau paduannnya sehingga disebut dengan oxynitrides (kombinasi Si-Al-O-N, “sialon”) (Rochim, 1993). 2.6. Laju Pemotongan Tinggi (High Speed Machining/HSM) Banyak defenisi tentang proses pemesinan kecepatan tinggi (high speed machining) yang dikemukakan oleh para ahli dan masing masing terdapat perbedaan namun sebagian besar menyatakan bahwa kecepatan potong merupakan variabel penentu terhadap pendefenisian tersebut seperti yang dikemukakan oleh Salomon pada tahun 1931 menyatakan bahwa Proses pemesinan kecepatan tinggi adalah proses pemesinan dengan kecepatan potong sebesar 5 – 10 kali lebih besar daripada proses konvensional (Schulz. 1999), dan Schulz et.al. (1992) mengatakan bahwa Proses pemesinan kecepatan tinggi ditentukan berdasarkan jenis bahan yang digunakan.

Gambar 2.8. Kecepatan Potong pada Proses Laju Tinggi


21

2.7. Perlakuan Panas (Heat Treatment) Sifat mekanik baja dapat dirubah melalui perlakuan panas (heat treatment), yaitu suatu proses pemanasan baja yang dilakukan sampai temperatur pengerasan (temperatur austenit), kemudian ditahan beberapa waktu sehingga temperaturnya merata. Pada temperatur tersebut kemudian dilakukan pendinginan cepat (quenching) pada media pendingin air, oli atau udara. Proses ini menghasilkan struktur mantensit yang keras tetapi getas, untuk menurunkan sifat getasnya dilakukan proses tempering. Perlakuan panas secara umum dapat dibagi dalam empat kelompok yaitu : 

Through Hardening



Surface Hardening



Case Hardening



Annealing

Through hardening adalah proses heat treatment yang bertujuan untuk mendapatkan kekerasan maksimum pada bagian permukaan dan bagian dalam dari benda kerja. Proses through hasdening dilaksanakan dalam beberapa tahapan yaitu : 

Pre heating



Austenizing



Holding time



Quenching



Tempering

Pada proses through hardening sering dilakukan proses stress relieving dan proses soft annealing.


22

Proses stress relieving merupakan proses perlakuan panas yang bertujuan untuk menghilangkan tegangan sisa yang dihasilkan pada proses pemesinan, karena tegangan sisa ini apabila tidak dihilangkan akan mengakibatkan retak atau deformasi pada proses heat treatment. Proses stress relieving dilakukan sebelum tahapan proses through hardening. Prinsipnya baja dipanaskan pada temperatur antara 600 s.d. 700 o

C kemudian ditahan beberapa menit sampai temperaturnya merata kemudian

didinginkan di udara terbuka. Proses soft annealing adalah proses pemanasan baja sampai temperatur austenit, dan ditahan dalam selang waktu tertentu kemudian didinginkan lambat sehingga menghasilkan material yang lunak. 2.7.1. Pre heating Pre heating adalah proses pemanasan baja dengan temperature dibawah temperatur pengerasan. Proses ini bertujuan untuk memberikan kesempatan panas merambat dari permukaan sampai kebagian tengah, sehingga tidak ada pebedaan temperatur antara bagian luar dan bagian dalam baja. Proses pre heating dapat dilakukan satu kali atau dua kali tergantung temperatur pengerasan dan dimensi benda kerja. 2.7.2. Austenitzing Temperatur pemanasan sering disebut juga temperatur austenit. Pada proses ini terjadi perubahan fasa ferit ke fasa austenit. Temperatur pada proses austenitzing ditentukan oleh beberapa faktor, antara lain: kandungan karbon, unsur-unsur paduan dan tujuan dari pemanasan. Temperatur pemanasan sangat menentukan hasil dari


23

proses heat treatment, temperatur pemanasan terlalu rendah fasa austenit belum terbentuk sempurna dan apabila temperatur pemanasan terlalu tinggi akan terjadi pertumbuhan butir-butir austenit yang dapat menyebabkan ketangguhan menurun. 2.7.3. Holding time Setelah temperatur austenit tercapai lalu dilakukan penahanan (holding time) yang berfungsi untuk melarutkan karbida-karbida sehingga karbonnya dapat larut kedalam fasa austenit. Dengan meningkatnya kadar karbon pada matrik austenit maka kekerasan akan meningkat. 2.7.4. Quenching Quenching adalah proses pencelupan benda kerja ke dalam media pendingin. Kecepatan laju pendinginan akan mempengaruhi tingkat kekerasan benda kerja, pendinginan yang cepat dapat menghasilkan material yang keras dengan struktur martensit dan pendinginan yang lambat dapat menghasilkan material yang lunak dengan struktur perlit atau bainit. Kecepatan laju pendinginan ini sangat ditentukan oleh media dan metode yang digunakan. Jenis pendingin yang biasa digunakan pada proses quenching adalah : Air, Oli, Campuran air dan oli, dan udara 2.7.5. Tempering Tempering adalah proses pemanasan kembali pada temperatur antara 100 s.d. 600 oC dilanjutkan dengan pendinginan lambat pada udara terbuka yang bertujuan untuk menaikkan ketangguhan dan sedikit menurunkan kekerasan


24

2.8. Pemilihan Bahan Baja didefenisikan sebagai paduan antara besi (Fe) dan karbon, dengan kandungan karbon tidak lebih dari 1,7 %. Baja karbon yang memiliki satu atau lebih unsur paduan disebut baja paduan (alloy steel) unsur paduan utama adalah : Chromium (Cr), Nikel (Ni), Vanadium (V), Molibdenum (Mo), dan Tungsten (W), unsur-unsur paduan ini berpengaruh terhadap sifat mekanik baja (Alamsyah, 1993). Kekerasan adalah salah satu sifat mekanik baja yang dapat dirubah melalui perlakuan panas (Heat treatment), tapi tidak semua jenis baja dapat dirubah kekerasannya melalui perlakuan panas. Kelompok material baja yang dapat dirubah kekerasannya melalui perlakuan panas adalah kelompok baja perkakas (tool material). Punh, Die dan Mould adalah komponen peralatan produksi yang terbuat dari baja perkakas. Komponen ini banyak digunakan pada industri manufaktur sebagai alat bantu produksi yang berfungsi untuk memotong, membentuk bahan lembaran plat baja, dan sebagai cetakan untuk komponen dari bahan plastik. Salah satu persyaratan dari pada bahan untuk pembuatan Punh, Die dan Mould adalah mampu dikeraskan. Kekerasan dari komponen ini biasanya berkisar antara 54 s.d. 62 HRC. AISI O1 adalah baja perkakas jenis baja pengerjaan dingin (cold work tool steel) yang dapat digunakan untuk pembuatan Punh, Die dan Mould. Bahan ini memiliki kemampuan mesin, stabilitas dimensi saat mengalami perlakuan panas (heat treatment), dengan kekerasan permukaan yang tinggi. Bahan AISI O1 biasanya digunakan untuk tingkat produksi rendah dengan kemampuan produksi maksimal 100.000 buah.


25

Pada proses perlakuan panas temperatur adalah variabel utama yang sangat berpengaruh terhadap perubahan sifat mekanik bahan, dimana masing-masing bahan memiliki level temperatur dan menggunakan media pendingin spesifik saat dilakukan proses perlakuan panas. Untuk bahan AISI O1 memiliki persyaratan temperatur dan media pendingin pada proses perlakuan panas sebagaimana dapat dilihat pada Tabel 2.1 di bawah ini : Tabel 2.1. Temperatur Heat Treatment Bahan AISI O1 Temperatur AISI Soft Annealing O1 780 Sumber : Assab

Temperatur Austenitizing

Media Quenching

800 - 850

oli

Kekerasan setelah di Tempering pada Temperatur 200

300

500

550

600

61

57

44

40

36

2.9. Teori Statistik 2.9.1. Metode Faktorial Metode faktorial adalah salah satu metode yang banyak digunakan dalam penelitian teknik. Dengan metode ini data yang diperoleh adalah hasil investigasi terhadap kombinasi dari berbagai faktor yang terlibat (Montgomery, 2001).Jumlah dan level faktor yang diamati adalah dua hal penting yang sangat menentukan terhadap perencanaan pengumpulan data, kedua hal ini pada metode faktorial biasanya

dituliskan

dalam

bentuk

bilangan

berpangkat

dimana

bilangan

melambangkan jumlah level, dan pangkat melambangkan jumlah faktor. Bila ada 3 faktor yang akan diamati pengaruhnya terhadap suatu respon, misal faktor A, faktor B, dan faktor C, dan dari masing-masing faktor diambil 2 level nilai ,


26

maka metode faktorial yang digunakan dinamakan 23 faktorial, sehingga nantinya akan didapatkan 8 kombinasi faktor yang mempengaruhi respon. Ada tiga metode untuk melambangkan level dari pada faktor pada metode 23 faktorial yaitu : “+” atau “1” untuk melambangkan level tinggi, “-“ atau “0” untuk melambangkan level rendah atau menggunakan huruf kecil dari masing-masing faktor untuk melambangkan kombinasi perlakuan dari masing-masing faktor, (Montgomery, 2001). Untuk lebih jelasnya dapat dilihat pada Tabel 2.2 dan Gambar 2.11 di bawah ini : Tabel 2.2. Disain Matrik 23 Faktorial No 1 2 3 4 5 6 7 8

A + + + +

B + + + +

C + + + +

label (1) a b ab c ac bc abc

A 0 1 0 1 0 1 0 1

B 0 0 1 1 0 0 1 1

C 0 0 0 0 1 1 1 1

Gambar 2.9. Geometri 23 Faktorial


27

2.9.2. Response Surface Methodogy (RSM) Response Surface Methodology (RSM) merupakan kumpulan teknik matematik dan statistik yang digunakan untuk modeling dan analisis permasalahan pada respon yang dipengaruhi oleh beberapa variabel dan bertujuan memperoleh optimasi respon (Montgomery, 2001). Kecocokan model orde dua Central Composite Design (CCD) banyak digunakan. Secara umum, CCD mempunyai faktorial 2k dengan banyak data (nf), sumbu (2k), dan pusat (nc). CCD sangat efisien untuk kecocokan model orde dua. Dua parameter spesifik dalam CCD adalah jarak sumbu  yang dijalankan dari pusat desain dan jumlah titik pusat nc (Montgomery, 2001). Pada penelitian ini rancangan percobaan menggunakan kecocokan model CCD dengan 3 faktor, masing-masing faktor terdiri dari 2 level, dan 6 titik pusat, percobaan dilakukan dengan 1 kali ulangan. Rancangan percobaan penelitian dengan tanpa pengkodean menggunakan kecocokan model CCD Perhitungan optimasi pengaruh kecepatan potong (V), pemakanan (f), dan kedalaman potong (a) terhadap keausan (VBc) menggunakan RSM dengan kecocokan model CCD. Persamaan RSM orde dua yaitu Y = 0 +

k

k

i 1

i 1

  iXi +   ii X i2 +

  ijXiXj + 

2.19

i j

Dimana Y adalah respon keausan pahat (VBc). 0 adalah konstanta. i, ii, ij adalah koefesien dari faktor atau variabel bebas X dengan tanpa kode. X1 adalah kecepatan potong (V) dengan level 80 m/min, dan 120 m/min ; X2 adalah pemakanan


28

(f) dengan level 0,05 mm/rev, dan 0,15 mm/rev, dan X3 adalah kedalaman potong (a) dengan level 0,15 mm, dan 0,35 mm. 2.9.3. Regresi Berganda Bila sebuah variabel terikat (dependent variabel) atau respon y tergantung atau dipengaruhi oleh k variabel bebas misal : x1, x2, x3, …, xk, maka hubungan antara variabel ini disebut regresi berganda (multi linear regression), secara matematis dapat dituliskan sebagai : Y =0 + 1x1 + 2x2 + 3x3 + . . . + kxk + 

2.20

Dimana : 0, 1, 2, 3, ... k adalah koofisien regressi Persamaan di atas dalam bentuk persamaan matrik : y  Xβ  ε

 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  .  .   .   .  .   .      .  .   .  . . . x nk    k   k 

2.21

2.22

Selanjutnya kooffisien regressi dapat dihitung dengan persamaan : b  (X' X) 1 X' y

2.23

Model persamaan fitted regression adalah : yˆ  Xb

2.24


29

Kesalahan (residual) adalah Perbedaan antara respon y hasil pengukuran dengan fitted regression yˆ : e  y  yˆ

2.25

2.9.4. Analisa Varian (Anava) Analisa varian (anava) adalah metode yang digunakan untuk membuktikan kebenaran pengaruh dari setiap variabel terhadap respon apakah masing-masing perlakuan memberikan pengaruh atau tidak terhadap respon, keputusan untuk menolak atau menerima hipotesa H0 diambil dengan jalan membandingkan nilai rasio F0 yang diperoleh terhadap F,a-1,N-a menggunakan kurva F. Prosedur yang dilakukan untuk mendapatkan rasio F0 secara teoritis adalah sebagaimana dapat dilihat pada Tabel 2.3 di bawah ini : Tabel 2.3. Anava untuk 23 faktorial Sum of Square (SS)

Degree of Freedom (DF)

Mean Square (MS)

F0

A treatment B treatment

SSA SSB

(a-1) (b-1)

MSA MSB

MSA/MSE MSB/MSE

C treatment

SSC

(c-1)

MSC

MSC/MSE

AB treatment

SSAB

(a-1) (b-1)

MSAB

MSAB/MSE

AC treatment

SSAC

(a-1) (c-1)

MSAC

MSAC/MSE

BC treatment

SSBC

(b-1) (c-1)

MSBC

MSBC/MSE

ABC treatment

SSABC

(a-1) (b-1) (c-1)

MSABC

MSABC/MSE

Error

SSE

abc(n-1)

MSE

Total

SST

abcn-1

Faktor

Sumber : Montgomery (2001)


30

Dimana :

A, B, dan C adalah

: faktor/variabel

a, b, c, ab, ac, bc, abc adalah : tingkat pengaruh terhadap respon Formulasi pengaruh faktor-faktor terhadap respon adalah : A

1 a  ab  ac  abc  (1)  b  c  bc 4n

2.26

B

1 b  ab  ac  abc  (1)  a  c  bc 4n

2.27

C

1 c  ac  bc  abc  (1)  a  b  ab 4n

2.28

AB 

1 abc  bc  ab  b  ac  c  a  (1) 4n

2.29

AC 

1 (1)  a  b  ab  c  ac  bc  abc 4n

2.30

BC 

1 (1)  a  b  ab  c  ac  bc  abc 4n

2.31

ABC 

1 abc  bc  ac  c  ab  b  a  (1) 4n

2.32

Formulasi jumlah kuadrat (Sum of square) adalah : SS A 

(Contrast A) 2 a  ab  ac  abc  (1)  b  c  bc   8n n23

2.33

SS B 

(Contrast B ) 2 b  ab  ac  abc  (1)  a  c  bc   8n n23

2.34

SSc 

(Contrast C ) 2 c  ac  bc  abc  (1)  a  b  ab  8n n2 3

2.35

2

2

2


31

SS AB 

(Contrast AB ) 2 abc  bc  ab  b  ac  c  a  (1)  8n n2 3

SS AC 

(Contrast AC) 2 (1)  a  b  ab  c  ac  bc  abc   8n n23

2.37

SS BC 

(Contrast BC ) 2 (1)  a  b  ab  c  ac  bc  abc   8n n23

2.38

2

2.36 2

2

(Contrast ABC ) 2 abc  bc  ac  c  ab  b  a  (1)  8n n2 3

2

SS ABC 

2.39

Besarnya jumlah rata-rata (Mean square) adalah :

MS treatment 

SS treatment DFtreatment

2.40

Dimana n adalah jumlah data tingkat pengaruh tiap faktor/variabel.


32

BAB 3 METODE PENELITIAN 3.1. Tempat dan Waktu Tempat dan waktu pengujian dilakukan pada beberapa tempat seperti tertera pada Tabel 3.1 di bawah ini : Tabel 3.1. Lokasi Kegiatan Penelitian No

Kegiatan

Tempat

Waktu

1

Persiapan bahan uji untuk di heat treatment

Polmed

1 bln

2

Heat treatment

Medan.

3 mgg

3

Pengujian (Bubut keras dan kering)

Polmed

2,5 bln

4

Pengukuran aus tepi (flank wear/VBc) pahat

PTKI Medan

3 bln

5

Pembuatan laporan dan analisa

Medan

2 bln

3.2. Bahan dan Peralatan 3.2.1. Material Benda Uji Material benda uji adalah AISI O1, dimana material ini termasuk kelompok baja perkakas pengerjaan dingin (cold work tool steel). Pertimbangan pemilihannya adalah karena material ini mampu dikeraskan hingga mencapai 62 HRC dan termasuk kelompok material dengan kemampuan produksi rendah yaitu kurang dari 100.000 buah produk. Komposisi kimia dan sifat fisika material ini dapat dilihat sebagaimana tertera pada Tabel 3.2 dan Tabel 3.3 berikut ini :

32


33

Tabel 3.2. Komposisi Kimia Bahan AISI O1 Unsur Komposisi Kimia

C Si Mn Cr V Mo 0,9 0.3 1,2 0,5 O,1 0,2 AISI O1 Soft annealing dengan kekerasan 190 HB (10 HRC)

Standar spesifikasi Kodisi

W 0,5

Sumber : Assab DF-3 Tabel 3.3. Physical Properties AISI O1

Temperatur

Berat Jenis [kg/m3]

Konduktifitas Panas [W/moC]

Modulus Elastisitas [MPa]

Panas Spesifik [J/kgoC]

20 oC

7800

32

190 000

460

o

7750

33

185 000

--

o

7700

34

170 000

--

200 C 400 C Sumber : Assab DF-3

Gambar 3.1. Bentuk dan Geometri Benda Uji Karena kekerasan awal material bahan uji adalah sebesar 190 HB (10 HRC) maka benda uji terlebih dahulu diberikan perlakuan panas (heat treatment) yang bertujuan untuk manaikkan kekerasannya sehingga mencapai kekerasan sesuai yang dibutuhkan yaitu sebesar 60 HRC,


34

Proses perlakuan panas dilakukan dengan tahapan sebagaimana dapat dilihat pada Tabel 3.4 berikut ini: Tabel 3.4. Temperatur Proses Perlakuan Panas

No.

Proses

1. 2. 3.

Preheating Austenitizing Quenching (media oli) Tempering

4.

Temperatur [oC]

Waktu Penahanan [min]

650 825 Hingga 80

15 30 5

200

120

Sumber : Assab DF-3 Setelah mengalami proses perlakuan panas kekerasan benda uji diperiksa menggunakan portable hardness tester (Gambar 3.2). Dari hasil pengujian diperoleh data kekerasan benda uji sebagaimana dapat dilihat pada Lampiran 8 dengan nilai rata-rata kekerasan sebesar 60 HRC.

LCD Display

Impact Device

(a) (b) Gambar 3.2. Pemeriksaan Data Kekerasan Benda Uji : (a) Portable Hardness Tester (b) Cara Penggunaan Alat


35

Untuk mengetahui sifat mekanik yang lainnya dari pada bahan uji (AISI O1) setelah dikeraskan dilakukan dengan cara pengujian tarik dengan bentuk dan dimensi bahan uji sebagaimana dapat dilihat pada Gambar 3.3, dan dari hasil pengujian diperoleh sifat mekanik bahan sebagaimana dapat dilihat pada Tabel 3.5.

Gambar 3.3. Bentuk dan Ukuran Benda Uji Tarik

DIAGRAM TEGANGAN TARIK MATERIAL AISI O1 DENGAN KEKERASAN 60 HRC

STRESS [Mpa]

2500 2000 1500 1000 500 0 0.00 0.20 0.40 0.60 0.80 1.00

STRAIN [mm/mm]

Gambar 3.4. Kurva Tegangan-Regangan Bahan AISI O1 (60 HRC)


36

Tabel 3.5. Mechanical Properties Bahan AISI O1 Setelah Dikeraskan (60 HRC) Mechanical Properties

Nilai

Yield Stress (N/mm2)

1544.66 2

Maximum Stress (N/mm )

2054.77 2

Elasticity Modulus (N/mm )

206912.03

Elongation (%)

0.67

Reduction of Area (%)

1.66

Sumber : Hasil percobaan 3.2.2. Pahat Potong Pahat potong yang digunakan terbuat dari keramik dengan bahan dasar alumina ditambah titanium karbida (Al2O3 + TiC), bentuk dan ukuran sesuai standar ISO yaitu CNGA120408T01020, bahan ini direkomendasikan penggunaannya terutama untuk operasi akhir (finishing operation) pada besi cor, baja yang dikeraskan, campuran logam besi cor dan bersifat tahan panas dan tahan aus .

Gambar 3.5. Geometri Pahat Keterangan : r = 0,4 mm ; iC = 9,53 mm ; S = 4 mm ; l = 16 mm


37

Tabel 3.6. Physical Properties Bahan Pahat Keramik Phisical properties

Nilai

Hardness (HRC)

82

Young’s modulus (GPa)

410

3

Density (g/cm )

4,15

Grain size (m)

2

Thermal Conductivity (W/mK)

28

Sumber : Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers (2005) Pemegang pahat (tool holder) yang digunakan sesuai standar ISO yaitu PCLNL 2020 K12T.

Gambar 3.6. Pemegang Pahat

Gambar 3.7. Geometri Sudut Pahat Terpasang pada Holder


38

3.2.3. Mesin Bubut CNC Emcoturn-242 Pemesinan dilakukan menggunakan mesin bubut CNC Emcoturn-242 beserta perlengkapannya dengan data teknis sebagaimana dapat dilihat pada Gambar 3.8 dan Table 3.7 berikut ini :

Gambar 3.8. Mesin Bubut CNC Tabel 3.7. Data Teknis Mesin Bubut CNC Emcoturn-242 No.

Uraian

Nilai Dan Satuan

1

Daya

15 kW

2

Putaran

4500 rpm

3

Diameter penjepitan maksimum

158 mm

4

Panjang benda kerja maksimum

255 mm


39

3.2.4. Mikroskop Untuk mengambil data Gambar keausan yang terjadi pada pahat setelah proses pemesinan digunakan Mikroskop Olympus PM-10AD yang dilengkapi dengan kamera Olympus C 35AD-2 (komponen 2 Gambar 3.9). 2

1

3 4

5

Gambar 3.9. Mikroskop Olympus PM-10AD Keterangan Gambar : 1. Mikroskop 2. Kamera 3. Kontrol kamera 4. Spesimen 5. Alat bantu pemasang specimen


40

3.2.5. Kaca Skala Ukur Kaca skala ukur berfungsi sebagai pembanding untuk mendapatkan ukuran keausan yang terjadi pada pahat. Pada permukaan alat ini terdapat skala ukur dengan kemampuan ukur terkecil sebesar 0.1 mm

Gambar 3.10. Kaca Skala Ukur 3.3. Rancangan Kegiatan 3.3.1. Proses Pemesinan Proses pemesinan dilakukan menggunakana mesin bubut cnc emcoturn 242 dengan setup peralatan seperti terlihat pada Gambar 3.11 berikut ini :

1

3

4 2 Gambar 3.11. Setup Mesin


41

Keterangan Gambar : 1. Chuck.

2. Tailstock.

3. Pahat potong

4. Spesimen

Proses pengumpulan data dilakukan menggunakan metode 23 faktorial dengan dua kali pengukuran sehingga jumlah data yang diperoleh adalah sebanyak 16 data dengan waktu proses selama 7 (Davim, et, al., 2007) menit dengan kondisi pemotongan sebagaimana terlihat pada Tabel 3.8 di bawah ini : Tabel 3.8. 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 pemesinan pada setiap kondisi pemotongan insert dilepaskan dari holdernya untuk pengambilan data keausan dan diganti dengan insert (mata potong) yang baru. 3.3.2. Pengukuran Keausan Pahat Pengukuran keausan dilakukan terhadap keausan tepi (flank wear) menggunakan mikroskop yang dilengkapi dengan kamera seperti terlihat pada Gambar 3.9, Gambar yang diperoleh dari hasil pemotretan menggunakan kamera konvensional kemudian di konversikan kedalam bentuk gambar digital, setelah


42

gambar digital di peroleh barulah dilakukan pengukuran menggunakan perangkat lunak grafis komersial dengan tahapan sebagai berikut :. a.

Sisi potong pahat (cutting edge) terlebih dahulu dibersihkan dengan tujuan untuk menghilangkan serpihan spesimen yang menempel padanya menggunakan larutan alkohol.

b.

Spesimen ditempatkan pada dudukan berupa lempengan plat menggunakan bahan lilin sebagai pemegang dengan bantuan alat penekan.

c.

Spesimen beserta dudukannya ditempatkan pada meja mikroskop yang dapat digerakkan pada 3 arah sumbu koordinat (x, y, dan z).

d.

Melakukan pengambilan gambar keausan yang terjadi pada pahat menggunakan kamera (komponen 5 Gambar 3.4) dengan terlebih dahulu mengatur fokus lensa sehingga dapat menghasilkan kualitas gambar yang baik. Lensa yang digunakan adalah lensa dengan pembesaran 100 x dan 200 x.

e.

Melakukan pengambilan gambar kaca skala ukur dengan pembesaran yang sama dengan pengambilan gambar keausan sebagaimana langkah tersebut di atas.

f.

Melakukan proses negatif dan transper dari gambar analog ke digital

g.

Setelah gambar digital diperoleh dilakukan proses pengukuran menggunakan komputer dengan perangkat lunak corel draw dengan jalan membandingkan gambar ukuran spasi kaca skala ukur dengan gambar ukuran keausan. Jarak spasi kaca skala ukur diukur terlebih dahulu sehingga diperoleh jarak spasi kaca skala ukur dalam satuan pixel, sehingga diperoleh konstata atau bilangan konversi dari pixel ke mm.


43

BAB 4 HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1. Pengamatan Dengan melakukan pengukuran sebanyak dua kali pengulangan terhadap keausan yang dialami oleh masing-masing pahat pada setiap kondisi pemotongan maka di peroleh data sebagaimana tertera pada Tabel 4.1 di bawah ini : Tabel 4.1. Data Pengamatan Dengan Waktu Pemotongan (tc) Selama 7 Menit N0

do dm lt [mm] [mm] [mm]

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

34.60 43.50 38.80 52.00 41.40 47.70 47.20 54.00 34.60 43.50 38.80 52.00 41.40 47.70 47.20 54.00

34.00 42.60 37.30 50.20 40.00 46.30 44.40 49.80 34.00 42.60 37.30 50.20 40.00 46.30 44.40 49.80

128.8 102.4 137.8 128.5 107.6 140.1 141.6 123.8 128.8 102.4 137.8 128.5 107.6 140.1 141.6 123.8

V [m/min]

f [mm/put]

80 120 80 120 80 120 80 120 80 120 80 120 80 120 80 120

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 VBc [mm] [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

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

Gambar digital hasil pengukuran aus pahat (VBc) menggunakan perangkat lunak grafis komersial selengkapnya dapat dilihat pada lampiran 1.


44

4.2. Analisa Data 4.2.1. Menentukan Umur Pahat dan Volume Pembuangan Geram pada Keausan 0,04 mm Laju keausan (wear rate) yang terjadi pada pahat selama proses pemotongan pada setiap kondisi percobaan adalah : 

VBc tc

VB c 

[mm/min]

4.1



dimana :

VB c = Laju keausan [mm/min]

VBc = Keausan tepi [mm] tc

= Waktu pemotongan [min]

Pada Tabel 4.1 dapat dilihat bahwa keausan terkecil yang dialami oleh pahat adalah sebesar 0,04 mm, kondisi ini diambil sebagai kriteria untuk menentukan umur pahat (Tc), dengan asumsi bahwa kondisi ini dialami oleh setiap pahat pada percobaan yang lainnya. Sehingga umur pahat dengan kriteria keausan sebesar 0,04 mm dapat dihitung secara matematika untuk setiap kondisi sebagai berikut : Tc 

0,04 

[min]

4.2

VB c

Dimana : Tc

= Umur pahat [min]

0,04 = Nilai keausan tepi yang digunakan sebagai kriteria untuk menentukan umur pahat [mm] 

VB c = Laju keausan tepi [mm/min]


45

Laju pembuangan geram (MRR) dihitung menggunakan pengembangan Persamaan 2.8 sebagai berikut :

MRR 

  lt 2 2 (d o  d m ) [cm3/min] 4  tc

4.3

Selanjutnya volume pembuangan geram (Qc) dapat dihitung menggunakan persamaan : Qc  Tc  MRR

4.4

Dengan tahapan sebagaimana dijelaskan di atas maka hasil perhitungan umur pahat (Tc) dan volume pembuangan geram (Qc) untuk seluruh kondisi pemotongan dapat dilihat pada Tabel 4.2 berikut ini : Tabel 4.2. Umur Pahat (Tc) dan Volume Pembuangan geram (Qc)

N0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

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

. VB c [mm/min] 0.006 0.008 0.007 0.010 0.005 0.008 0.009 0.009 0.007 0.009 0.007 0.010 0.006 0.009 0.009 0.009

Tc [min] 6.181 4.734 6.067 4.200 7.280 4.964 4.380 4.680 6.000 4.603 5.600 4.148 6.720 4.634 4.541 4.571

MRR [cm3/min] 0.6 0.9 1.8 2.7 1.4 2.1 4.2 6.3 0.6 0.9 1.8 2.7 1.4 2.1 4.2 6.3

Qc [cm3] 3.709 4.261 10.920 11.340 10.192 10.424 18.395 29.484 3.600 4.142 10.080 11.200 9.408 9.732 19.070 28.800


46

4.2.2. Menentukan Hubungan Kondisi Pemotongan (V, f, dan a) dengan Umur Pahat (Tc) dan Volume Pembuangan Geram (Qc) dalam bentuk persamaan Matematika Menggunakan Regresi Berganda Hubungan kondisi pemotongan atau variabel bebas (V, f, dan a) dengan respon umur pahat (Tc) dan volume pembuangan geram (Qc) dalam bentuk persamaan matematis dapat ditentukan menggunakan persamaan 2.12 yang telah dikonversikan kedalam bentuk persamaan transformasi logaritma sebagai berikut : 1 1 p q logTc  logCT  logV  log f  loga n n n n

4.5

1 1 p q logQc  logCT  logV  log f  loga n n n n

4.6

Tabel 4.3. Nilai Logaritma V, f, a, VBc, Tc, dan Qc Log V

Log f

Log a

Log VBC

Log Tc

Log Qc

1.90309 2.07918 1.90309 2.07918 1.90309 2.07918 1.90309 2.07918 1.90309 2.07918 1.90309 2.07918 1.90309 2.07918 1.90309 2.07918

-1.30103 -1.30103 -0.82391 -0.82391 -1.30103 -1.30103 -0.82391 -0.82391 -1.30103 -1.30103 -0.82391 -0.82391 -1.30103 -1.30103 -0.82391 -0.82391

-0.82391 -0.82391 -0.82391 -0.82391 -0.45593 -0.45593 -0.45593 -0.45593 -0.82391 -0.82391 -0.82391 -0.82391 -0.45593 -0.45593 -0.45593 -0.45593

-1.34391 -1.22808 -1.33579 -1.17609 -1.41497 -1.24864 -1.19428 -1.22309 -1.33099 -1.21586 -1.30103 -1.17070 -1.38021 -1.21884 -1.20995 -1.21289

0.79107 0.67524 0.78295 0.62325 0.86213 0.69580 0.64144 0.67025 0.77815 0.66302 0.74819 0.61785 0.82737 0.66600 0.65711 0.66005

0.56922 0.62948 1.03822 1.05461 1.00826 1.01802 1.26469 1.46959 0.55630 0.61726 1.00346 1.04922 0.97350 0.98822 1.28036 1.45939


47

Selanjutnya dari matrik data pada Tabel 4.3 di atas dapat dihitung nilai 1 1 p q koofisien regresi ( log CT , , , dan ) menggunakan metode multi linear n n n n

regression. Dengan bantuan perangkat lunak komersial diperoleh persamaan regresi umur pahat (Tc), dan volume pembuangan geram (Qc) sebagai berikut : A. Umur Pahat log Tc = 1.71 - 0.580 log V - 0.146 log f + 0.0001 log a

4.7

Dengan uji parameter pengaruh faktor dan analisa varian (anava) sebagaimana dapat dilihat pada Tabel 4.4 dan Tabel 4.5 di bawah ini : Tabel 4.4. Uji Parameter Koofisien Regresi Umur Pahat Predictor Constant log V log f log a

Coef

SE Coef

T

P

1.709552 -0.579920 -0.146107 0.000148

0.27620 0.13446 0.04962 0.06434

6.19 -4.31 -2.94 0.00

0.000 0.001 0.012 0.998

Tabel 4.5. Tabel Anava Umur Pahat Source

DF

Regression Residual Total

3 12 15

SS

MS

0.061151 0.020384 0.026908 0.002242 0.088059

F

P

9.091

0.002

B. Volume Pembuangan Bahan log Qc = 1.71 + 0.420 log V + 0.854 log f + 1.00 log a

4.8


48

Dengan uji parameter pengaruh faktor dan analisa varian (anava) sebagaimana dapat dilihat pada Tabel 4.6 dan 4.7. Tabel 4.6. Uji Parameter Koofisien Volume Pembuangan Geram Predictor Constant log V log f log a

Coef 1.709552 0.420080 0.853893 1.000148

SE Coef 0.27620 0.13446 0.04962 0.06434

T 6.19 3.12 17.21 15.54

P 0.000 0.009 0.000 0.000

Tabel 4.7. Tabel Anava Volume Pembuangan Geram Source Regression Residual Total

DF 3 12 15

SS MS F 1.227608 0.409203 182.492 0.026908 0.002242 1.254516

P 0.000

Dari analisa variabel secara menyeluruh sebagaimana dapat dilihat pada Tabel anava dari kedua persamaan (Tabel 4.5 dan 4.7) diperoleh nilai P lebih kecil dari 0.05, ini berarti bahwa persamaan dapat diterima untuk mempresentasikan hubungan antara kondisi pemotongan atau variabel bebas kecepatan potong (V), pemakanan (f). dan kedalaman potong (a) dengan respon atau variabel terikat umur pahat (Tc) dan volume pembuangan geram (Qc). Kedua persamaan dapat dikonversikan kembali kedalam bentuk persamaan Taylor sebagai berikut : Tc  51.233226  V 0,580  f Qc  51.233226  V 0, 420  f

0 ,146

0 , 584

 a 0, 0001

4.9

 a 1, 000

4.10


49

Persamaan laju pembuangan geram dapat ditentukan dengan Qc/Tc, sehingga diperoleh : MRR  V

- 0 ,16

f

0 ,438

a

0 ,9999

4.11

4.2.3. Menentukan Kondisi Pemotongan Optimum Menggunakan Metode Ginting Dan Nouari (2007) Metode Ginting dan Nouari (2007) yaitu metode dengan menggunakan kurva 3 parameter (V-Tc-MRR) untuk memperoleh kurva Tc model (Tcm) dan MRR model (MRRm). Kurva ini digambarkan berdasarkan nilai-nilai dengan menggunakan persamaan Tc, Qc, dan MRR sebagaimana dapat dilihat pada Gambar 4.1 di bawah ini :

Kecepatan Potong vs Tc dan MRR 18 7 16

5

12

4

10 8

3

Tc (min)

14

3

MRR (cm /min)

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 4 1

2

0

0 0

50 100 150 200 250 300 350 400

Kecepatan Potong (m/min)

Gambar 4.1. Plot Kurva 3 Parameter V-Tc-MRR


50

Kurva model Tcm untuk mensimulasikan umur pahat dengan kecepatan potong (V) yang bervariasi (0 s/d 350 m/min), pemakanan (f) adalah 0,11 ; 0,09 ; 0,08, dan 0,07 mm/rev dan kedalaman potong (a) adalah 0,25 mm, kurva MRR model (MRRm) untuk mensimulasikan laju pembuangan geram. Kondisi pemotongan optimum berada pada titik perpotongan kurva MRRm dengan kurva Tcm yaitu pada : Tabel 4.8. Kondisi pemotongan Optimum dengan Metode Ginting dan Nouari (2007) V [m/min]

f [mm/rev]

a [mm]

Qc [cm3]

Tc [min]

MRR [cm3/min]

83 95

0.11 0.09

0.25 0.25

12.446 11.098

5.453 5.192

2.283 2.138

104 114

0.08 0.07

0.25 0.25

10.425 9.667

5.012 4.846

2.080 1.995

4.2.4. Menentukan Kondisi Pemotongan Optimum Menggunakan Metode RSM Data percobaan dibutuhkan sebanyak 23 faktorial (sebanyak 8 data) menggunakan data pada Tabel 4.1 ditambah 6 data pada titik pusat dan 6 data pada titik aksial, sehingga total pengamatan adalah sebanyak 20 data, 6 data pada titik pusat dan 6 data pada titik aksial diprediksi dengan cara interpolasi dari 8 data yang telah ada dan dianalisa secara statistik dengan bantuan perangkat lunak komersial, matrik data selengkapnya dapat dilihat pada Tabel 4.9.


51

Tabel 4.9. Data Perkiraan Metode RSM No

V [m/min]

f [mm/rev]

a [mm]

VBc [mm]

. VB c [mm/min]

Tc [min]

Qc [cm3]

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

80 120 80 120 80 120 80 120 66 134 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100

0.05 0.05 0.15 0.15 0.05 0.05 0.15 0.15 0.1 0.1 0.02 0.18 0.1 0.1 0.10 0.10 0.1 0.1 0.1 0.1

0.15 0.15 0.15 0.15 0.35 0.35 0.35 0.35 0.25 0.25 0.25 0.25 0.08 0.42 0.25 0.25 0.25 0.25 0.25 0.25

0.046 0.060 0.048 0.067 0.040 0.058 0.063 0.061 0.054 0.075 0.052 0.086 0.056 0.059 0.033 0.041 0.034 0.033 0.033 0.037

0.007 0.009 0.007 0.010 0.006 0.008 0.009 0.009 0.008 0.011 0.007 0.012 0.008 0.008 0.005 0.006 0.005 0.005 0.005 0.005

6.089 4.668 5.824 4.174 6.989 4.793 4.459 4.625 5.206 3.752 5.384 3.258 4.963 4.752 8.418 6.764 8.340 8.422 8.379 7.503

3.654 4.201 10.483 11.270 9.784 10.066 18.726 29.138 8.637 12.536 2.141 14.996 4.061 19.871 21.045 16.911 20.850 21.056 20.947 18.757

Selanjutnya data pada Tabel 4.9 di atas diolah dan dihitung untuk mendapatkan persamaan orde dua menggunakan perangkat lunak komersial. Dari hasil perhitungan diperoleh bahwa respon (Tc dan Qc) hanya ditentukan secara signifikan oleh pengaruh linear dan kuadratik dari variabel bebas (V, f, a, V2, f2, dan a2). Persamaan orde dua umur pahat (Tc) dan volume pembuangan geram (Qc) selengkapnya adalah:


52

A. Persamaan Umur Pahat Tc = -11.8822 + 0.300172V + 46.6182f + 25.9105a - 0.001639V 2 - 284.585f 2 52.1781a 2

4.12

Dengan uji parameter pengaruh faktor dan analisa varian (anava) sebagaimana dapat dilihat pada Tabel 4.10 dan 4.11 di bawah ini : Tabel 4.10. Uji Parameter Koofisien Regresi Umur Pahat Predictor Constant V f a V*V f*f a*a

Coef

SE Coef

T

P

-11.882 0.300 46.618 25.910 -0.002 -284.585 -52.178

4.6236 0.0867 14.2540 8.8090 0.0004 69.0300 17.2575

-2.570 3.461 3.271 2.941 -3.799 -4.123 -3.024

0.023 0.004 0.006 0.011 0.002 0.001 0.010

Tabel 4.11. Tabel Anava Umur Pahat Source Regression Linear Square Residual Total

DF

Seq SS

Adj SS

Adj MS

F

P

6 3 3 13 19

22.3985 7.7955 14.6030 5.5796 27.9781

22.3985 11.3022 14.6030 5.5796

3.73309 3.76740 4.86766 0.42920

8.70 8.78 11.34

0.001 0.002 0.001

B. Persamaan Volume Pembuangan Geram Qc = -74.5197 + 0.971578V + 294.683f + 113.339a - 0.00451767V 2 - 1008.22f 2 131.934a2

4.13


53

Dengan uji parameter pengaruh faktor dan analisa varian (anava) sebagaimana dapat dilihat pada Tabel 4.12 dan 4.13 di bawah ini : Tabel 4.12. Uji Parameter Koofisien Regresi Volume Pembuangan Geram Predictor Constant V f a V*V f*f a*a

Coef

SE Coef

T

P

-74.52 0.97 294.68 113.34 -0.00 -1008.22 -131.93

18.783 0.352 57.905 35.786 0.002 280.427 70.107

-3.967 2.757 5.089 3.167 -2.578 -3.595 -1.882

0.002 0.016 0.000 0.007 0.023 0.003 0.082

Tabel 4.13. Tabel Anava Volume Pembuangan Bahan Source Regression Linear Square Residual Total

DF

Seq SS

Adj SS

Adj MS

F

P

6 3 3 13 19

766,794 627,313 139,481 92,080 858,874

766,794 264,828 139,481 92,080

127,7990 88,2759 46,4937 7,0831

18,04 12,46 6,56

0,000 0,000 0,006

Dari analisa varian secara menyeluruh sebagaimana dapat dilihat pada Tabel anava dari kedua persamaan (Tabel 4.11 dan 4.13) diperoleh nilai P lebih kecil dari 0.05, ini berarti bahwa persamaan dapat diterima untuk mempresentasikan hubungan antara kondisi pemotongan atau variabel bebas kecepatan potong (V), pemakanan (f). dan kedalaman potong (a) dengan respon atau variabel terikat umur pahat (Tc) dan volume pembuangan geram (Qc).


54

Kontur dan permukaan respon umur pahat (Tc) dan respon volume pembuangan geram (Qc) terhadap kecepatan potong (V) dan pemakanan (f) adalah sebagaimana dapat dilihat pada Gambar 4.2 dan 4.3 di bawah ini :

Plot Kontur Tc vs V dan f

Plot Permukaan Tc vs V dan f

0.18 4

5

0.16

Hold Values a 0.25

3

Hold Values a 0.25

0.14 4

f

0.12

6

0.10 Tc

0.08

4

0.06

2 0.15 0.10 f 0.05 0.00

0.04 6

0.02 70

80

60

4

90

100 V

110

120

80 V

130

100

120

(a) (b) Gambar 4.2. (a) Plot kontur Tc vs V dan f , (b) Plot Permukaan Tc vs Vdan f Plot Permukaan Qc vs V dan f

Plot Kontur Qc vs V dan f 0.18

Hold Values a 0.25

Hold Values a 0.25

0.16 0.14

20

f

0.12 0.10 10

0.08

Qc

15

10

0

0.06 0.04 0

60

5

0.02

80 V

70

80

90

100 V

(a)

110

120

100

0.15 0.10 f 0.05 0.00

120

130

(b)

Gambar 4.3. (a) Plot kontur Qc vs V dan f , (b) Plot Permukaan Qc vs V dan f Kondisi pemotongan optimum adalah pada puncak maksimum kurva plot permukaan umur pahat atau pada daerah didalam lingkaran dengan diameter paling kecil (Gambar 4.3). Dengan kurva D-Optimally kondisi pemotongan pada kurva tersebut akan dapat dijelaskan sebagaimana dapat dilihat pada Gambar 4.4 dan 4.5.


55

Gambar 4.4. Kurva D-Optimaly Respon Terhadap V, f, dan a pada kondisi pemotongan V = 92 m/min, f = 0,08 mm/rev, dan a = 0,25 mm

Gambar 4.5. Kurva D-Optimaly Respon Terhadap V, f, dan a pada kondisi pemotongan V = 95 m/min, f = 0,09 mm/rev, dan a = 0,25 mm


56

Dari hasil analisa menggunakan kurva D-optimally (Gambar 4.4 dan 4.5) diperoleh kondisi pemotongan optimum adalah sebagai berikut : Tabel 4.14. Kondisi pemotongan Optimum dengan Metode RSM V [m/min]

f [mm/rev]

a [mm]

Qc [cm3]

Tc [min]

MRR [cm3/min]

92 95

0,08 0,09

0,25 0,25

13,839 15,452

6,986 6,949

1,981 2,224

4.2.5. Perbandingan Kondisi Pemotongan Optimum Metode Ginting & Nouari (2007) dengan RSM dan Hasil Percobaan Dengan menggunakan dua kondisi pemotonan optimum yang diperoleh dengan metode Ginting dan Nouari dan dua kondisi pemotongan optimum menggunakan metode RSM dilakukan percobaan dengan hasil sebagaimana dapat dilihat pada Tabel 4.15 di bawah ini : Tabel 4.15. Perbandingan Kondisi pemotongan Optimum Metode Ginting & Nouari (2007), Metode RSM dan Hasil Percobaan Metode

V [m/min]

f [mm/rev]

a [mm]

VBc [mm]

Qc [cm3]

Tc [min]

MRR [cm3/min]

G&N

95 104

0,09 0,08

0,25 0,25

0,040 0,040

11,098 10,425

5,192 5,012

2,138 2,080

RSM

92 95

0,08 0,09

0,25 0,25

0,040 0,040

13,839 15,452

6,986 6,949

1,981 2,224

Percobaan

95 104 92 95

0,09 0,08 0,08 0,09

0,25 0,25 0,25 0,25

0,043 0,044 0,048 0,046

10,284 9,869 12,465 14,318

5 5 7 7

2,057 1,974 1,781 2,045


57

Dari data pada Tabel 4.15 dapat dilihat bahwa kondisi pemotongan dengan kecepatan potong V = 95 m/min, pemakanan f = 0,08 mm/rev, dan kedalaman potong a = 0,25 mm dengan umur pahat 5 min memiliki nilai kesalahan antara aus pahat yang diperoleh secara teori dan percobaan relatif lebih kecil dibandingkan yang lainnya yaitu sebesar (0,043-0,04)/0,04 = 7,5 %. Dengan menggunakan persamaan Tc  51.233226  V 0,58  f 0,146  a 0, 0001 diperoleh kecepatan potong V = 1.625 m/min untuk umur pahat Tc = 1 menit, dari kondisi ini disimpulkan bahwa : a.

Kondisi pemotongan optimum dengan kecepatan potong (V) lebih besar dari kecepatan potong pada saat umur pahat (Tc) = 1 min tidak dapat dilakukan.

b.

Tidak dimungkinkan dilakukan laju pemotongan tinggi (high speed machining) karena kecepatan potong yang disyaratkan untuk laju pemotongan tinggi (V > 350 m/min) sudah berada diluar daerah optimum.

c.

Penggunaan laju pemotongan tinggi ditentukan oleh kekerasan material. Proses pemesinan dengan kecepatan potong (V) = 1.625 m/min dapat

dikategorikan laju pemotongan tinggi (high speed machining) sebab batas laju pemotongan tinggi adalah lebih besar atau sama dengan 350 m/min. Namun demikian berdasarkan metode Ginting & Nouari (2007) laju pemotongan sebesar 1.625 m/min adalah berada diluar daerah dimana kondisi pemotongan optimum berada, ini mengindikasikan bahwa laju pemotongan tinggi tidak dapat dilakukan pada pembubutan keras dan kering baja AISI O1.


58

BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN 5.1. 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 pembuangan bahan (Qc) diperoleh melalui pengumpulan data menggunakan metode faktorial 23 selanjutnya dianalisis menggunakan metode multi linear regression, sehingga menghasilkan persamaan matematik yang penyusunannya didasarkan pada pengembangan formula Taylor dengan hasil sebagai berikut : Tc = 51,233226.V

0,58

.f

0,146

.a

0,0001

dan Qc = 51,233226.V

0,42

.f

0,584

.a

1,0000

,

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. 2.

Ketiga model Tc, Qc, dan MRR, digunakan untuk proses pengayaan data bagi menghasilkan kondisi pemotongan optimum menggunakan metode Ginting dan Nouari (2007), dari metode tersebut diperoleh kondisi pemotongan optimum adalah pada kecepatan potong (V) 95 m/min dan 104 m/min, pemakanan (f) 0,09 mm/rev dan 0,08 mm/rev, dan kedalaman potong (a) 0,25 mm.

3.

Kondisi pemotongan optimum juga diperoleh menggunakan metode RSM dan hasil menunjukkan bahwa kondisi pemotongan optimum adalah pada (V) 95


59

m/min dan 92 m/min, pemakan (f) 0,09 mm/rev dan 0,08 mm/rev, dan kedalaman potong (a) 0,25 mm. 4.

Dari kurva hubungan V-Tc-MRR yang diGambarkan berdasarkan metode Ginting dan Nouari (2007) dapat disimpulkan bahwa laju pemotongan tinggi tidak dapat dilakukan pada pembubutan keras dan kering baja AISI O1 menggunakan pahat keramik apabila kriterianya adalah sebagaimana pembubutan baja pada umumnya dengan kecepatan potong lebih besar atau sama dengan 350 m/min.

5.

Hasil yang diperoleh menggunakan metode Ginting dan Nouari (2007) menunjukkan kesesuaian dengan hasil menggunakan metode RSM pada kondisi pemotongan (V) 95 m/min, pemakan (f) 0,09 mm/rev, dan kedalaman potong (a) 0,25 mm.

6.

Hasil penelitian menunjukkan bahwa pemesinan keras dan kering baja AISI O1 dapat dilakukan dan kondisi pemotongan optimum telah diperoleh yaitu pada kecepatan potong (V) 95 m/min, pemakanan (f) 0.09 mm/rev, dan kedalaman potong (a) 0,25 mm.

5.2. Saran Dari hasil penelitian direkomendasikan agar kriteria laju pemotongan tinggi untuk pembubutan keras dan kering baja perkakas AISI O1 adalah disandarkan pada nilai kekerasan material.


60

DAFTAR PUSTAKA Alamsyah, A. Pemilihan Baja Perkakas dan Perlakuan Panasnya.Medan : Assab 1993. Boggio, U. The Recipe for Good Hard Turning. Manufacturing Engineering 116(3). 1996. 95-102. Chou, Y.K. Wear Mechanism of Cubic Boron Nitride Tools in Precision Turning of Hardened Steels. Ph.D. dissertation. Purdue University. 1994. Davim, J.P., Machinability Evaluation in Hard Turning of Work Tool Steel (D2) with Ceramic Tools using Statistical Techniques, Material & Design 28(2007) 11861191 Dawson, T. G. and T. R. Kurfess. Machining Hardened Steel with Ceramic-Coated and Uncoated CBN Cutting Tools. Manufacturing Engineers. 2002. Dawson, T. G. Effects of Cutting Parameters and Tool Wear in Hard Turning. Atlanta : Georgia Institute of Technology.1999. F. Klocke, G. Eisenbl¨atter. Dry cutting, Ann. CIRP 46 (2) (1997)519–526. Ginting, A., and Nouari. M. Optimal cutting conditions when dry end milling the aeroengine material Ti–6242S.2006. Journal of Materials Processing Technology 184 (2007) 319–324 Stier,H.Mach. Shop. 1988. Harrison. I.S. Detecting White Layer In Hard Turned Components Using NonDestructive Methods. Thesis. Georgia Institute of Technology 2004. Huang, Y. Predictive Modeling of Tool Wear Rate with Application to CBN Hard Turning. Ph.D. Thesis. Georgia Institute of Technology. 2002. ISO 3685, Tool Live Testing With Single Point TurningTool. 1993. Kalpakjian. S. Manufacturing Process for Engineering and Technology, third Edition, Addison Wesley Publishing Company.1995. Montgomery, D.C, Design and Analysis of Experiments, 5th Edition, JohnWiley & Sons. Inc. 2001.


61

Montgomery, D.C, and Runger, G.C, Applied Statistics and Probability for Engineers, Third Edition, John Wiley & Sons. Inc. 2002 Rochim T, Teori dan Teknologi Permesinan, HEDS. 1993. Schneider, J.Ceramics and CBN. Manufacturing Engineering. 1999 Schulz, H.; and, Moriwaki, T. High speed machining. Annals of the CIRP.1992. Schulz, H. The history of high-speed machining, Proceedings of 5th International Scientific Conference on Production Engineering. Croatia. 1999. Sreejith, P.S and Ngoi, B.K.A.. Dry machining, machining of the future. J. Mater.Proc. Technol. 2000. Tlusty, J. Manufacturing Processes and Equipment. Prentice Hall 2000. Takatsu, S. Shimoda, H., Otani. K., Effect of CBN Content on the Cutting Peformance of Polycrystalline CBN Tool, Journal of Refractory Metal and Hard Material. 1983. Tonshoff, H. K. Wobker, H. G., and Brandt, D. Hard Turning Influence on the Workpiece Properties. SME. 1995. Tonshoff, H. K.Wobker, H. G., and Brandt, D.Tool Wear and Surface Integrity in Hard Turning Production Engineering. 1996 Zhang, J.Y. Process Optimization for Machining of Hardened Steels. Ph.D. dissertation. Georgia Institute of Technology. 2005


62 Lampiran 1 Dokumentasi Hasil Pengukuran Aus Pahat

200 x

100 x

(a)

(b)

Gambar L.1.1. Aus Pahat pada Kodisi Pemotongan V = 80 m/s, f = 0.05 mm/rev. a = 0.15 mm. (a) Data 01, (b) Data 09

200 x

100 x

(a)

(b)


200 x

100 x

(a)

(b)



63 Lampiran 1 (lanjutan) Dokumentasi Hasil Pengukuran Aus Pahat

200 x

100 x

(a)

(b)


200 x

100 x

(a)

(b)


200 x

100 x

(a)

(b)



64 Lampiran 1 (lanjutan) Dokumentasi Hasil Pengukuran Aus Pahat

200 x

100 x

(a)

(b)


200 x

100 x

(a)

(b)



Lampiran 2 Dokumentasi Hasil Pengukuran Aus Pahat pada Kondisi Optimum

(a)

(b)

Gambar L.2.1. Aus Pahat pada Kodisi Pemotongan Optimum : (a) V = 95 m/s, f = 0.09 mm/rev. a = 0.25 mm. dan Tc = 5 min. (b) V = 104 m/s, f = 0.08 mm/rev. a = 0.25 mm. dan Tc = 5 min

(a)

(b)

Gambar L.2.2. Aus Pahat pada Kodisi Pemotongan Optimum : (a) V = 92 m/s, f = 0.08 mm/rev. a = 0.25 mm. dan Tc = 7 min, (b) V = 95 m/s, f = 0.09 mm/rev. a = 0.25 mm.

dan Tc = 7 min

65


Lampiran 3 Perbandingan Kondisi Pahat Sebelum dan Sesudah Proses Pemesinan

100 x

100 x

(a)

(b)

Gambar L.3.1. Kondisi Pahat (pembesaran 200 x) (a) Pahat Sebelum Digunakan, (b) Pahat Setelah Digunakan

200 x

Gambar L.3.2. Cutting Edge Tampak Atas Setelah Digunakan

66


Lampiran 4 Tabel L.4. Dimensi Pahat Keramik

Sumber : Sandvik Coromant


Sumber : Sandvik Coromant

Tabel L.5. Rekomendasi Kecepatan Potong (V) Lampiran 5


Lampiran 6 Tabel L.6. Rekomendasi Pemakanan (f) dan Kedalaman Pemakanan (a)

Sumber : Sandvik Coromant 69 Yuliarman : Studi Pemotongan Optimum Pembubutan Keras dan Kering baja Perkakas AISI O1 Menggunakan Pahat Keramik (Al2O3 + TiC), 2008. USU e-Repository © 2008.

Lampiran 7


Lampiran 8

(a)

(b)

Gambar L.8. Distribusi Pengambilan Sampel Data Kekerasan Benda Uji

Tabel L.8. Data Kekerasan Benda Uji

No 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 Rata-rata

Nilai Kekerasan pada Bidang Aksial (Gambar L.8a) (HRC) 59,9 59,1 61,0 59,6 60,6 58,0 60,7 60,4 61,1 58,4 60,8 60,6 61,4 59,3 60,3 58,4

60

Nilai Kekerasan pada Bidang Radial (Gambar L.8b) (HRC)

60,7 61,4 60,4 60,8

Sumber : Hasil Penelitian


STUDI PEMOTONGAN OPTIMUM PEMBUBUTAN KERAS DAN KERING BAJA PERKAKAS AISI O1 MENGGUNAKAN PAHAT KERAMIK (Al 2 O 3 + TiC)

Recommend Documents