VOLUME BAHAN TERBUANG SEBAGAI PARAMETER ALTERNATIF UMUR PAHAT

TUGAS SARJANA

PROSES PEMOTONGAN LOGAM

VOLUME BAHAN TERBUANG SEBAGAI PARAMETER ALTERNATIF UMUR PAHAT

OLEH: LILIK SULAIMANSYAH NIM : 020401007

DEPARTEMEN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2007

Universitas Sumatera Utara

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA DEPARTEMEN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK MEDAN 2007

TUGAS SARJANA

PROSES PEMOTONGAN LOGAM

VOLUME BAHAN TERBUANG SEBAGAI PARAMETER ALTERNATIF UMUR PAHAT

OLEH: LILIK SULAIMANSYAH NIM : 020401007

Disetujui oleh: Dosen Pembimbing,

Dr. Ir. Armansyah Ginting, M.Eng NIP. 132 126 843


KATA PENGANTAR

Alhamdullillah, puji dan syukur saya ucapkan kehadirat Allah SWT atas rahmat dan hidayah-Nya, penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini tepat pada waktunya. Tugas Akhir ini adalah salah satu syarat yang harus dipenuhi untuk menyelesaikan program studi S-1 di Departemen Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara. Penulis memilih Tugas Akhir ini dalam bidang Pemotongan Logam dengan judul “VOLUME BAHAN TERBUANG SEBAGAI PARAMETER ALTERNATIF UMUR PAHAT” Pada kesempatan yang baik ini juga, penulis ingin mengucapkan terimakasih kapada : 1. Bapak Dr. Ir. Armansyah Ginting, M.Eng selaku dosen pembimbing tugas sarjana ini, yang telah banyak membantu sumbangan pikiran dan meluangkan waktunya dalam memberikan bimbingan untuk penulisan tugas sarjana ini. 2. Bapak Ir. Alfian Hamsi, M.Sc, selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin Universitas Sumatera Utara. 3. Bapak Tulus Burhanuddin Sitorus, S.T, M.T, selaku Sekretaris Jurusan Teknik Mesin Universitas Sumatera Utara. 4. Seluruh staf pengajar dan pegawai administrasi Jurusan Teknik Mesin di Universitas Sumatera Utara. 5. Orang tua saya, buat bapak dan ibu saya tercinta yang telah banyak memberikan perhatian, doa dan dukungan baik moril maupun materil, juga buat kakak dan adikku.

i


6. Herry, Rahman, Reza selaku teman diskusi dan rekan setim dalam penelitian ini terimakasih atas semua bantuannya. 7. Kepada senior dan teman-teman penulis yang telah banyak membantu penulis dalam kuliah. Semoga Allah SWT membalas perbuatan baik yang telah mereka lakukan. Akhir kata, syukur pada Allah SWT dan semoga tugas sarjana ini bermanfaat dan berguna bagi kita semua.

Medan, Juli 2007 Penulis

(

ii

Lilik Sulaimansyah NIM : 020401007

)


DAFTAR ISI Halaman KATA PENGANTAR.................................................................................... i DAFTAR ISI................................................................................................... iii DAFTAR TABEL........................................................................................... vi DAFTARGAMBAR....................................................................................... viii DAFTAR NOTASI......................................................................................... xi BAB I PENDAHULUAN............................................................................... 1 1.1 Latar Belakang.................................................................................. 1 1.2 Tujuan................................................................................................ 2 1.3 Manfaat.............................................................................................. 3 1.4 Sistematika Penulisan........................................................................ 3 BAB II TINJAUAN PUSTAKA.................................................................... 5 2.1 Elemen Dasar Pemotongan............................................................... ...........................................................................................................

5

2.2 Proses Pembuangan Bahan (Metal Removal Process)...................... 10 2.2.1 Komponen Gaya Pembentuk Geram..................................... 11 2.2.2 Sudut Geser dan Rasio Pemampatan Tebal Geram............... 15 2.3 Pemotongan Orthogonal.................................................................... 19 2.4 Analisis Teoritik Umur Pahat............................................................ 21 2.5 Rumus Empirik Umur Pahat............................................................. 29 2.6 Pembahasan Atas Rumus Empirik Umur Pahat................................ 32 2.7 Hubungan Antara Umur Pahat (T) Dengan Volume Bahan Terbuang (Q).......................................................................... 34

iii


BAB III METODE PENELITIAN................................................................ 35 3.1 Bahan dan Alat.................................................................................. 35 3.1.1 Bahan....................................................................................... 35 3.1.2 Alat.......................................................................................... 36 3.2 Metode............................................................................................... 38 3.3 Pengumpulan Data............................................................................ 44 3.4 Variabel Yang Diamati...................................................................... 45 3.5 Analisa Regresi................................................................................. 45 3.6 Volume Bahan Terbuang (Q) Sebagai Parameter Alternatif Umur Pahat (T).................................................................................. 52 BAB IV HASIL DAN DISKUSI.................................................................... 53 4.1 Model Matematika............................................................................ 53 4.1.1 Model Matematika Y............................................................... 53 4.1.2 Model Matematika Q............................................................... 55 4.2 Pengaruh Kondisi Pemotongan (v, f, a) Terhadap Volume Bahan Terbuang (Q).......................................................................... 56 4.2.1 Pengaruh Laju Pemotongan (v) Terhadap Volume Bahan Terbuang (Q)............................................................................ 57 4.2.2 Pengaruh Pemakanan (f) Terhadap Volume Bahan Terbuang (Q).......................................................................... 60 4.2.3 Pengaruh Kedalaman Potong (a) Terhadap Volume Bahan Terbuang (Q).......................................................................... 63 4.3 Diagram Kendali Volume Bahan Terbuang...................................... 66 4.3 Hubungan Antara Aus Tepi (VB) Dengan Performa Pahat (Q)........ 69

iv


BAB V KESIMPULAN DAN SARAN.......................................................... 75 5.1 Kesimpulan........................................................................................ 75 5.2 Saran.................................................................................................. 76 DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN

v


DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Besaran fisik..................................................................................... 26 Tabel 2.2 Harga m dan n untuk berbagai jenis pahat....................................... 29 Tabel 3.1 Komposisi kimia dari material benda kerja...................................... 33 Tabel 3.2 Sifat mekanik material benda kerja................................................. 33 Tabel 3.3 Komposisi Kimia dan Sifat Mekanik Pahat Karbida Berlapis titanium nitrida................................................................................. 34 Tabel 3.4 Data Teknis Mesin CNC Emcoturn -242......................................... 35 Tabel 3.5 Kondisi pemotongan......................................................................... 35 Tabel 3.6 Faktor dan level dalam eksperimen.................................................. 36 Tabel 3.7 Standar Array L9............................................................................... 37 Tabel 3.8 Parameter yang diukur untuk VB = 0,1mm.......................................41 Tabel . 3.9 Parameter yang diukur untuk VB = 0,3 mm.................................41 Tabel 3.10 Parameter yang diukur untuk VB = 0,6 mm.................................. 42 Tabel 3.11 Hasil eksperimen............................................................................. 44 Tabel 3.12 Volume bahan terbuang (Q) hasil eksperimen................................ 44 Tabel 3.13 Skema perhitungan untuk menyelesaikan persamaan normal.........51 Tabel 4.1 Olahan data volume bahan terbuang pada VB = 0.1 mm................. 54 Tabel 4.2 Nilai b1 , b2 , b3 …………………………………………………........ 45 Tabel 4.3 Kondisi pemotongan (v, f, a) untuk perubahan volume bahan terbuang (Q) secara eksperimen dan pemodelan untuk aus tepi VB = 0.1 mm ……………………………………………… ........ 56

vi


Tabel 4.4 Kondisi pemotongan (v, f, a) untuk perubahan volume bahan terbuang (Q) secara eksperimen dan pemodelan untuk aus tepi VB = 0.3 mm....................................................................... 57 Tabel 4.5 Kondisi pemotongan (v, f, a) untuk perubahan volume bahan terbuang (Q) secara eksperimen dan pemodelan untuk aus tepi VB = 0.6 mm....................................................................... 53 Tabel 4.6 Data untuk diagram kendali Q rata-rata dan standar deviasi (s)....... 67 Tabel 4.7 Ragam aus tepi (VB) dengan volume bahan terbuang (Q) hasil Eksperimen....................................................................................... 71 Tabel 4.8 Ragam aus tepi (VB) dengan volume bahan terbuang (Q) hasil pemodelan.............................................................................................. 71

vii


DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Proses Bubut................................................................................. 7 Gambar 2.2 Teori tradisional (awal) yang menerangkan terjadinya geram..... 10 Gambar 2.3 Teori modern (yang dianut) yang menerangkan terjadinya geram............................................................................................ 11 Gambar 2.4. Lingkaran Merchant’s.................................................................. 13 Gambar 2.5 Sudut geser Ф sebagai fungsi dari rasio pemampatan tebal geram λh .............................................................................. 17 Gambar 2.6 Arah kecepatan geser (vs), kecepatan aliran geram (vc) dan kecepatan potong (v).................................................................... 18 Gambar 2.7 Proses pemotongan orthogonal..................................................... 19 Gambar 2.8 Garis-garis isoterm pada geram dan pahat sewaktu proses pemotongan berlangsung.............................................................. 24 Gambar 3.1 Gambar benda kerja (bahan baja paduan kelas tinggi)................. 36 Gambar 3.2 EMCOTURN –242...................................................................... 36 Gambar 3.3 Benda kerja terpasang pada mesin................................................ 37 Gambar 3.4 Gaya yang bekerja pada proses bubut........................................... 38 Gambar 3.5 Termokopel dan temperature control indicator........................... 38 Gambar 3.6 Bentuk hubungan antara variabel................................................. 46 Gambar 3.8 Pola perubahan nilai variabel........................................................ 47 Gambar 4.1 Grafik laju pemotongan vs volume bahan terbuang pada VB = 0.1mm......................................................................... 58

viii


Gambar 4.2 Grafik laju pemotongan vs volume bahan terbuang pada VB = 0.3 mm........................................................................ 58 Gambar 4.3 Grafik laju pemotongan vs volume bahan terbuang pada VB = 0.6 mm........................................................................ 59 Gambar 4.4 Grafik laju pemotongan vs volume bahan terbuang pada VB = 0.1, 0.3 dan 0.6 mm............................................................. 59 Gambar 4.5 Grafik pemakanan vs volume bahan terbuang pada VB = 0.1 mm................................................................................ 61 Gambar 4.6 Grafik pemakanan vs volume bahan terbuang pada VB = 0.3 mm................................................................................ 61 Gambar 4.7 Grafik pemakanan vs volume bahan terbuang pada VB = 0.6 mm........................................................................ 62 Gambar 4.8 Grafik pemakanan vs volume bahan terbuang pada VB = 0.1, 0.3 dan 0.6 mm............................................................ 62 Gambar 4.9 Grafik kedalaman potong vs volume bahan terbuang pada VB = 0.1 mm........................................................................ 64 Gambar 4.10 Grafik kedalaman potong vs volume bahan terbuang pada VB = 0.3 mm........................................................................ 64 Gambar 4.11 Grafik kedalaman potong vs volume bahan terbuang pada VB = 0.6 mm........................................................................ 65 Gambar 4.12 Grafik kedalaman potong vs volume bahan terbuang pada VB = 0.1, 0.3 dan 0.6 mm........................................................... 65 Gambar 4.13 Diagram kendali standar deviasi (s)............................................ 68 Gambar 4.14 Diagram kendali volume bahan terbuang rata-rata ( Q )............. 68

ix


Gambar 4.15 Aus tepi pada saat VB = 0.1 mm................................................ 69 Gambar 4.15 Aus tepi pada saat VB = 0.3 mm................................................ 70 Gambar 4.15 Aus tepi pada saat VB = 0.6 mm................................................ 70 Gambar 4.16 Variasi kenaikan VB terhadap Q dari hasil eksperimen............. 73 Gambar 4.17 Variasi kenaikan VB terhadap Q dari hasil model yang Dikembangkan............................................................................ 73

x


DAFTAR NOTASI

a

: Kedalaman potong (depth of cut)

mm

ac

: Tebal geram yang tidak terdeformasi (h)

mm

aw

: Lebar pemotongan atau lebarnya geram (b)

mm

A

: Penampang geram sebelum terpotong

mm2

Ashi

: Penampang bidang geser

mm2

Aγ

: Bidang pada pahat dimana geram mengalir (face)

mm2

b

: Lebar pemotongan (width of cut)

b0-b3

: Koefesien

c

: Temperatur

C

: Konstanta

CT

: Konstanta

Ck

: Faktor koreksi terhadap sudut potong Kr

Cv

: Faktor koreksi terhadap kecepatan potong Cv

Cvb

: Faktor koreksi terhadap keausan tepi VB

Cγ

: Faktor koreksi terhadap sudut geram Cγ

d

: Diameter rata-rata

mm

dm

: Diameter akhir

mm

do

: Diameter mula

mm

E

: Modulus elastisitas (modulus of elasticity)

f

: Gerak makan

F

: Gaya total yang bekerja pada pemotongan logam

Ff

:

mm

o

C

Mpa mm/rev

Gaya makan searah dengan kecepatam makan

xi

N N


Fs

: Gaya geser yang bekerja pada pemotongan logam

N

Fsn

: Gaya normal pada bidang geser pada pemotongan logam

N

Fv

: Gaya potong searah dengan kecepatan potong

N

Fγ

: Gaya gesek pada bidang geram

N

Fγ n

: Gaya normal pada bidang geram

N

G

: Modulus elastisitas geser (shear modulus)

h

: Tebal geram sebelum terpotong

mm

hc

: Tebal geram setelah terpotong

mm

Kr

: Sudut potong utama

K

: Konduktifitas panas (thermal conductivity)

W/m.K

Ks

: Gaya potong spesifik

N/mm2

Ks1,1

: Gaya potong spesifik referensi

N/mm2

LCL

: Lower Control Limit

Q

: Volume Bahan Terbuang

Qt

: Panas total yang dihasilkan perdetik

W

Qsh

: Panas yang dihasilkan perdetik pada bidang geser

W

Qγ

: Panas yang dihasilkan perdetik pada bidang geram

W

Qα

: Panas yang dihasilkan perdetik pada bidang utama

W

s

: Standar deviasi

T

: Umur pahat

min

tc

: Waktu pemotongan

min

UCL

: Upper Control Limit

V

: Kecepatan potong (cutting speed)

MPa

( o)

dm3

xii

m/min


Vc

: Kecepatan potong pada daerah deformasi utama

m/s

Vf

: Kecepatan makan

m/min

Vo

: Kecepatan potong x rasio pemotongan

m/min

Vs

: Kecepatan geser pada daerah deformasi utama

m/s

VB

: Panjang keausan tepi

mm

X

: Nilai yang diobservasi

Y

: Nilai yang dicari untuk setiap nilai X

z

: Pangkat tebal geram, rata-rata bermilai 0,2

Z

: Kecepatan penghasilan geram

Z

: Distribusi normal

γo

: Sudut geram

( o)

η

: Besar sudut gesek

( o)

λh

: Rasio pemampatan tebal geram

σu

: Tegangan tarik (Ultimate tensile strength)

Mpa

σy

: Tegangan geser (Tensile yield strength)

Mpa

τshi

: Tegangan geser pada bidang geser

µ

: Poisson’s ratio

ρ

: Densitas

Φ

: Sudut geser

mm3/mnt

N/mm2

gr/cm3

xiii


Abstrak

Proses Pembuangan Material (Metal Removal Process) atau lebih dikenal dengan Pemotongan Logam merupakan proses yang digunakan untuk mengubah bentuk benda kerja menjadi suatu produk dengan cara memotong. Dari pemotongan yang dilakukan, akan terbentuk geram atau serpihan (chip) yang berasal dari bagian benda kerja yang terpotong demi dihasilkannya produk dengan dimensi dan bentuk yang diinginkan sesuai dengan desain. Geram yang terbentuk dari pemotongan dapat dikelompokan kepada beberapa kelas yaitu: 1. Geram kontiniu, 2. Geram terputus, 3. Geram bersegmen 4. Geram built-up edge.

Saat pemotongan berlangsung, pada bidang kontak antara geram dan pahat akan mengalami kenaikan temperatur akibat kalor yang terkonsentrasi pada kawasan pemotongan. Bidang kontak tersebut akan menerima beban temperatur dan tekanan yang sangat tinggi, sehingga pahat akan mengalami keausan yang akibatnya dapat menyebabkan masa pakai pahat (umur pahat) berakhir. Umur pahat yang mengindikasikan rentang waktu masa pakai pahat untuk memotong, lazim dihubungkan dengan rumus Taylor.


VOLUME BAHAN TERBUANG SEBAGAI PARAMETER ALTERNATIF UMUR PAHAT

Recommend Documents