Kinerja Pahat CBN Pada Pemesinan Laju Tinggi, Keras Dan Kering Bahan AISI 4140

KINERJA PAHAT CBN PADA PEMESINAN LAJU TINGGI,

KERAS DAN KERING BAHAN AISI 4140

TESIS

OLEH

 

Bobby Umroh

087015002/TM

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN

KINERJA PAHAT CBN PADA PEMESINAN LAJU TINGGI,

KERAS DAN KERING BAHAN AISI 4140

TESIS

Untuk Memperoleh Gelar Magister Teknik

Dalam Program Studi Teknik Mesin

Pada Program Magister Teknik Mesin Universitas SumaterUtara

OLEH

 

Bobby Umroh

087015002/TM

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN

ABSTRAK

Penelitian pemesinan laju tinggi, keras dan kering dengan tujuan untuk mengkaji umur pahat (Tc) dan kondisi pemotongan optimum menggunakan Metode permukaan sambutan (Response Surface Methodology/RSM) telah dilakukan pada pahat CBN yang digunakan untuk membubut bahan AISI 4140 berkekerasan 55 HRC. Pengumpulan data pengujian pemesinan ini dilakukan menggunakan metode CCF (centered cubic on face) data sebanyak 10 kali percobaan dengan 3 variabel utama yaitu laju pemotongan(V), laju pemakanan (f) dan kedalaman potong (a) pada tiga tiga tingkat besaran. Dari seluruh percobaan yang dilakukan pada umumnya performa pahat CBN dibatasi oleh pertumbuhan aus tepi. Selain itu, aus kawah ada sedikit dijumpai pada beberapa kondisi pemotongan namun aus tepi masih mendominasi. Pertumbuhan Aus tepi yang terjadi dikelompokkan kepada 3 fasa yaitu fasa aus inisial, fasa aus gradual dan fasa aus mendadak. Dari data hasil eksperimen disusun Model umur pahat Taylor yang diekspansi dengan mengakomodir variable f dan a. Analisis lanjut menggunakan multi linier regression yang menghasilkan model umur yaitu Tc =10 9.34/ V 4.2 f 1.25 a 0.246. Hasil optimasi menunjukkan pula bahwa kondisi pemotongan optimum yang diperoleh pada pemesinan AISI 4140 menggunakan pahat CBN pada keadaan pemesinan laju tinggi, keras dan kering adalah pada laju pemotongan 200 m/min, laju pemakanan 0.16 mm/rev dan kedalaman potong 1.1 mm dengan volume pembuangan geram 161.02 cm3.

ABSTRACT

Research on high speed and hard machining under dry environment with objectives to studying tool life and optimum cutting condition by utilising Response Surface Methodology has been carried out by turning of AISI 4140 with hardness of 55 HRc using CBN cutting tool. The data collection for machining study was done by the CCF method in which three parameters were choosen as the independent parameter, i.e. cutting speed (v), feeding (f) and depth of cut (a), and the magnitudes were set in three levels.From the study, it was observed that flank wear played an important role for CBN cutting tool performance. In few case, crater wear was also observed but still flank wear was dominant. The flank wear progression in this study can be classified into 3 phases, they are initial phase, gradual phase and abrupt phase.Using the data resulted from experiment, Taylor model for tool life was expanded by taking into account other two parameters feeding and depth of cut. Further analysis using multi-linear regression method the model can be written as Tc= 10 9.34/ V 4.2 f 1.25 a 0.246. The result of optimation shows that the optimum cutting condition for machining AISI 4140 using CBN under high speed, hard and dry machining is at cutting speed of 200 m/min, feed of 0.16 mm/rev and depth of cut of 1.1 mm in which the rate of metal removal is 161.02 cm3/min.

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT. karena berkat rahmat dan karunianya yang telah diberikan kepada penulis sehingga tesis ini

dapat diselesaikan dengan judul ”KINERJA PAHAT CBN PADA

PEMESINAN LAJU TINGGI, KERAS DAN KERING BAHAN AISI 4140”.

Penulisan tesis ini di ajukan untuk melakukan penelitian dalam rangka menyelesaikan pendidikan Pascasarjana pada Program Studi Megister Teknik Mesin pada bidang Manufaktur, di Fakultas Teknik USU. Dalam suka dan duka ketika penyusunan tesis ini banyak bantuan, dorongan saran telah diberikan kepada penulis dan untuk ini penulis menyampaikan terima kasih dan penghargaan kepada:

Bapak Prof. Dr.Ir. Armansyah Ginting, M.Eng, selaku ketua komisi Pembimbing, Bapak Dr.Ir. Sutarman, MSc dan Bapak Ir. Alfian Hamsi, MSc. yang masing-masing sebagai anggota Komisi Pembimbing yang telah memberikan arahan dan petunjuk kepada penulis mulai dari pembuatan hingga menjadi tesis. Dr. Eng Indra, MT selaku Ketua Program Doktor dan Magister Teknik Mesin USU, yang telah memberikan masukan, saran dan dukungan. Seluruh Dosen dan staf administrasi Program Studi Magister Teknik Mesin Fakultas Teknik USU yang telah memberikan ilmu pengetahuan dan membantu terlaksananya proses penyelesaian tesis ini serta rekan & para sahabat mahasiswa Program Studi Megister Teknik Mesin Fakultas Teknik USU.

Secara khusus penulis menyampaikan terima kasih kepada kedua orang tua Ayahanda (alm idrus), Ibunda (marwani Harahap) , adik-adikku (Ade Sofyana dan Ella Hardyanti) serta pendamping hidupku (Maya Sari, S.ST) yang telah memberikan doa, dukungan dan semangat kepada penulis dalam menyelesaikan penelitian ini.

Penulis menyadari masih banyak ketidaksempurnaan dalam penulisan tesis ini maka kritik dan saran demi perbaikan sangat diharapkan sehingga tesis ini dapat bermanfaat bagi perkembangan dan kemajuan ilmu pengetahuan. Semoga Tuhan membalas semua kebaikan yang telah diberikan, amin.

Medan, 30 mei 2011 Penulis

RIWAYAT HIDUP

1. DATA PRIBADI

Nama : Bobby Umroh

TTL : Babussalam, 19-01-1986

Jenis Kelamin : Pria

Agama : Islam

Alamat Domisili :Jln. Jati II No.61 Medan

Kode Pos Domisili : 20217

No Telpon :081361038389

Status perkawinan : Belum Menikah

2. PENDIDIKAN

1. Riwayat Pendidikan Umum

No Pendidikan Nama Sekolah Program Studi TahunLulus

1 SD SDN 027 Siarang-arang - 1997

2 SLTP SMPN 4 Siarang-arang - 2000

3 SLTA SMK perjuangan 2 Mesin Otomotif 2003

4 S1 ITM Medan Teknik Mesin 2008

2. DETAIL PENGALAMAN ORGANISASI DAN PEKERJAAN

No Nama Organisasi/instansi Jabatan/Bidang Tahun Akhir

1 Himpunan Mahasiswa Teknik

Mesin ITM Kepala Bidang 2005

2 POST ARCA 52 ITM Ketua Umum 2007

2

Ikatan Keluarga besar Mahasiswa Magister Teknik Mesin

Sekretaris Umum 2010

4 PT. Industri Karbonik Indonesia Supervisor

Produksi 2008

5 Universitas Dian Nusantara Dosen Auto CAD 2009

6 Universitas Tjut Nyak Dhien Dosen

Manufaktur Sekarang

7 Universitas Tjut Nyak dhien Dekan Fakultas

Teknik Sekarang

8 PT. Globar Makmur Perkasa

Group

Ka. Divisi

Engginering Sekarang

9 PT. ARCA PRODUCTION KOMISARIS Sekarang

3. DETAIL PENGALAMAN MENGIKUTI PELATIHAN/ SEMINAR NASIONAL No Kursus / Pelatihan Peran Serta Tahun

1 Pelatihan Pertolongan Pertama Peserta 2006

2

Pelatihan Aplikasi Visual basic Untuk Manajemen logistic dan Pemeliharaan

Peserta 2009

3

Pelatihan dan Workshop Servopulser sebagai alat uji Fatik, Stataik

4

Proses Bending Menggunakan Bending Plate Machine Untuk Bagian Chasis Mobil

Pserta 2009

5

In-house Training For Biomass gasification and Numerical and Experimental Mechanics

Panitia 2009

6

Seminar Nano Technology in Material, laner development program for foreign student from asia

Peserta 2009

7 Pelatihan Guest lecture Solid

Mechanics Panitia 2009

8 Seminar Gassification

characteristic of rubber wood Panitia 2009

9

Seminar Hybrid Method of Dem and Fem For particle Impact

Panitia 2009

10

Seminar Pengaruh Variasi Putaran Mesin terhadap Noise pada Knalpot Komposit yang dilengkapi saluran dalam ganda pada mobil bensin Kijang 7 K

Peserta 2009

11

Impact Response of solid polymer and EFB polymeric foam trafficonnes with different lower base Structures

Peserta 2009

12

The 5th Regional Seminar On Materials, Energy and Structure (MAESTRUCT 2010)

Panitia 2010

13 Aplikasi Teknologi Informasi

dalam Manjemen

Pemeliharaan dan Mutu Pendidikan/Pelatuhan

14 Pekan Ilmiah XIX UISU Peserta 2011

15 seminar nasional XIX UISU Pemakalah 2011

1. KARYA ILMIAH

No Judul Kegiatan Tahun

1

Analisa Kekuatan Karbiner C Akibat Pembebanan Statik Tarik

Penelitian 2010

2

Kinerja Pahat CBN Ketika Membubut Kering AISI 4140 (60 HRC) Pada Keadaan Laju Tinggi

DAFTAR ISI

Nomor Judul Halaman

ABSTRAK ... I

ABSTRACT... ii

KATA PENGANTAR ... iii

DAFTAR RIWAYAT HIDUP ... v

DAFTAR ISI ... viii

DAFTAR TABEL ... xi

DAFTAR GAMBAR ... xii

BAB 1 PENDAHULUAN ... 1

1.1 Latar Belakang. ... 1

1.2 Perumusan Masalah ... 2

1.3 Tujuan Penelitian ... 3

1.3.1 Tujuan Umum ... 3

1.3.2 Tujuan Khusus ... 3

1.4 Manfaat Penelitian ... 4

BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA ... 5

2.1 Proses Pemotongan dengan Bubut ... 5

2.2 Material Pahat ... 9

2.3 Konsep Pemesinan Terkini ... 12

2.3.1 Pemesinan Laju Tinggi ... 12

2.3.2 Pemesinan Keras ... 13

2.3.3 Pemesinan Kering ... 15

2.4 Bahan Logam dan Bahan Rekayasa ... 17

2.4.1 Bahan Logam Ferro ... 17

2.4.3 Sifat dan Karakteristik Logam ... 18

2.5 Pemilihan Bahan ... 21

2.6 Pemesinan Optimum ... 21

2.7 Response Surface Metodologi (RSM) ... 23

BAB 3 METODE PENELITIAN ... 26

3.1 Tempat dan Waktu ... 26

3.2 Bahan ... 26

3.2.1 Material Benda Uji ... 26

3.2.2 Pahat Potong ... 28

3.2.3 Pemegang Pahat ... 29

3.3 Peralatan ... 30

3.3.1 Portable Hardness Tester ... 30

3.3.2 Mesin Bubut ... 30

3.3.3 Mikroskop ... 32

3.3.4 Scaning Electron Microscopy... 3

3.4 Rancangan Kegiatan ... 33

3.4.1 Proses Pemesinan ... 33

3.4.2 Kerangka Konsep Penelitian... 34

3.4.3 Pengumpulan Data... 35

3.4.5 Prosedur Pengambilan Data... 36

3.4.6 Analisa Data... 37

BAB 4 HASIL DAN PEMBAHASAN... 40

4.1 Hasil Pengujian... 40

4.2 Pertumbuhan Aus Pahat(Flank Wear)…... 43

4.3 Menentukan Umur Pahat Dari Kondisi Pemotongan Dengan Keausan Minimal 0.125 Mm... 44

4.4 Menentukan Hubungan Kondisi Pemotongan (V, F Dan A) Dengan Umur Pahat Menggunakan Regresi Multi

Linier... 47

4.5 Menentukan Kondisi Pemotongan Optimum Dengan Menggunakan Response Surface Metodology (RSM) ... 50

BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN... 59

5.1 Kesimpulan... 59

5.2 Saran... 60

DAFTAR PUSTAKA... 61

DAFTAR TABEL

Nomor Judul Halaman

3.1 Tabel Kegiatan Penelitian... 26

3.2 Komposisi Kimia Bahan AISI 4140... 27

3.3 Mechanical Properties AISI 4140... 27

3.4 Temperatur proses perlakuan Panas... 27

3.5 Mekanical Properties CBN... 29

3.6 Data Teknis Maximat 13... 31

3.7 Kondisi Pemotongan... 35

4.1 Data hasil pengujian... 40

4.2 Data eksperimen Umur Pahat... 46

4.3 Nilai Logaritma V, f, a, VBc, Tc... 48

4.4 Uji parameter Koofisien Regresi umur pahat... 49

4.5 Anava Umur Pahat... 49

4.6 Nilai Model Umur Pahat... 50

4.7 Data Perkiraan Metode RSM... 51

4.8 Uji parameter Koofisien Regresi umur pahat... 52

4.9 Anava Umur Pahat... 54

4.10 Kondisi Pemotogan Optimum... 57

DAFTAR GAMBAR

Nomor Judul Halaman

2.1 Proses Bubut... 6

2.2 Penamaan (nomenclature) pahat kanan... 6

2.3 Proses Bubut... 8

2.4 Laju pemotongan pada Proses Laju Tinggi... 13

3.1 Bentuk dan Geometri benda Uji... 27

3.2 Pahat CBN... 28

3.3 Geometri Pahat CBN... 29

3.4 Pemegang Pahat (Tool Holder) ... 29

3.5 Pemeriksaan data kekerasan benda Uji... 30

3.6 Mesin Bubut Maximat V13... 31

3.7 USB Digital Mikroskop ... 32

3.8 Scaning Electron Microscopy ... 32

3.9 Setup Mesin ... 33

3.10 Kerangka Konsep Penelitian ... 34

4.1 Kerusakan Pahat V : 225 mm/min Tc: 4.36 menit... 41

4.2 Kerusakan Pahat V : 267 mm/min Tc: 1.7 menit ... 42

4.3 Kurva 3 Fasa Pertumbuhan Aus Tepi... 43

4.4 Grafik Laju Keausan CBN Laju pemotongan Vs Umur pahat (Tc) ... 47

4.5 Interaksi Laju Pemotongan (f) Dan Laju Pemakanan Versus Umur Pahat (Tc) ... 53

4.6 Interaksi Laju Pemotongan (f) Dan kedalaman Potong (a) Versus Umur Pahat (Tc) ... 53 4.7 Plot Kontur Tc vs V dan f... 55 4.8 Plot Permukaan Tc vs V dan f ... 55

4.9 Kurva Respons Optimally Terhadap V, f dan a Pada kondisi

pemotongan V=225m/min, f=0.148mm/rev dan

a=1.1mm... 56

4.10 Kurva Respons Optimally Terhadap V, f dan a Pada kondisi

pemotongan V=200m/min, f=0.16mm/rev dan

ABSTRAK

Penelitian pemesinan laju tinggi, keras dan kering dengan tujuan untuk mengkaji umur pahat (Tc) dan kondisi pemotongan optimum menggunakan Metode permukaan sambutan (Response Surface Methodology/RSM) telah dilakukan pada pahat CBN yang digunakan untuk membubut bahan AISI 4140 berkekerasan 55 HRC. Pengumpulan data pengujian pemesinan ini dilakukan menggunakan metode CCF (centered cubic on face) data sebanyak 10 kali percobaan dengan 3 variabel utama yaitu laju pemotongan(V), laju pemakanan (f) dan kedalaman potong (a) pada tiga tiga tingkat besaran. Dari seluruh percobaan yang dilakukan pada umumnya performa pahat CBN dibatasi oleh pertumbuhan aus tepi. Selain itu, aus kawah ada sedikit dijumpai pada beberapa kondisi pemotongan namun aus tepi masih mendominasi. Pertumbuhan Aus tepi yang terjadi dikelompokkan kepada 3 fasa yaitu fasa aus inisial, fasa aus gradual dan fasa aus mendadak. Dari data hasil eksperimen disusun Model umur pahat Taylor yang diekspansi dengan mengakomodir variable f dan a. Analisis lanjut menggunakan multi linier regression yang menghasilkan model umur yaitu Tc =10 9.34/ V 4.2 f 1.25 a 0.246. Hasil optimasi menunjukkan pula bahwa kondisi pemotongan optimum yang diperoleh pada pemesinan AISI 4140 menggunakan pahat CBN pada keadaan pemesinan laju tinggi, keras dan kering adalah pada laju pemotongan 200 m/min, laju pemakanan 0.16 mm/rev dan kedalaman potong 1.1 mm dengan volume pembuangan geram 161.02 cm3.

ABSTRACT

Research on high speed and hard machining under dry environment with objectives to studying tool life and optimum cutting condition by utilising Response Surface Methodology has been carried out by turning of AISI 4140 with hardness of 55 HRc using CBN cutting tool. The data collection for machining study was done by the CCF method in which three parameters were choosen as the independent parameter, i.e. cutting speed (v), feeding (f) and depth of cut (a), and the magnitudes were set in three levels.From the study, it was observed that flank wear played an important role for CBN cutting tool performance. In few case, crater wear was also observed but still flank wear was dominant. The flank wear progression in this study can be classified into 3 phases, they are initial phase, gradual phase and abrupt phase.Using the data resulted from experiment, Taylor model for tool life was expanded by taking into account other two parameters feeding and depth of cut. Further analysis using multi-linear regression method the model can be written as Tc= 10 9.34/ V 4.2 f 1.25 a 0.246. The result of optimation shows that the optimum cutting condition for machining AISI 4140 using CBN under high speed, hard and dry machining is at cutting speed of 200 m/min, feed of 0.16 mm/rev and depth of cut of 1.1 mm in which the rate of metal removal is 161.02 cm3/min.

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar belakang

Isu strategis pada industri manufaktur adalah produktivitas tinggi yang harus dicapai dengan mempertimbangkan keselamatan lingkungan pada saat mengimplementasikan teknologi pemesinan termaju. Produktifitas yang tinggi akan dicapai dengan implementasi teknologi pemesinan termaju yaitu pemesinan laju tinggi dan pemesinan keras. Manakala, untuk keselamatan lingkungan perlu dilakukan konsep pemesinan kering. Pemesinan laju tinggi adalah proses pemotongan logam yang dicirikan oleh laju pemotongan yang tinggi dan berhubungan erat dengan jenis bahan yang dipotong (Schutz & Moriwaki, 1992). Pemesinan keras adalah proses pemotongan logam yang dicirikan oleh operasi pemesinan yang langsung dilakukan pada bahan yang memiliki sifat fisik yaitu kekerasan bahan yang tinggi sebagaimana yang disyaratkan oleh produknya (Grezik & Wanat, 2006). Selanjutnya, pemesinan kering adalah proses pemotongan logam yang dilakukan tanpa adanya cairan pemotongan yang biasanya digunakan sebagai media pendingin dan media pelumas. Lebih lanjut, pemesinan kering memiliki kelebihan yaitu tidak digunakannya cairan pemotongan berarti dapat mengurangi ongkos produksi sebesar (16-20)% serta berpengaruh untuk penyelamatan lingkungan karena tidak adanya cairan pemotongan bekas yang dibuang ke lingkungan (Streejith & Ngoi, 2000).

produktifitas. Namun demikian, pemesinan laju tinggi pada benda kerja berkekerasan tinggi tersebut masih dilakukan pada konsep pemesinan basah. Implementasi Pemesinan laju tinggi yang dilakukan pada bahan berkekerasan tinggi pada konsep pemesinan basah memang berhasil meningkatkan produktifitasnya, namun dari aspek penyelamatan lingkungan, cairan pemotongan yang digunakan masih berpotensi mencemari lingkungan. Hingga saat ini belum ada laporan yang komperensif tentang pemesinan laju tinggi pada bahan berkekerasan tinggi (pemesinan keras) yang dilakukan pada konsep pemesinan kering. Dari beberapa peneliti sebelumnya dilaporkan bahwa pahat yang potensial dapat digunakan pada pemesinan laju tinggi dan pemesinan keras adalah Pahat CBN (E. Aslan, 2005), keramik dan PCBN (C. Bruni et. al., 2007) dan PCBN (Ozel et. al., 2008). Berdasarkan beberapa pertimbangan diantaranya yang utama adalah belum tersedianya laporan yang komperensif tentang Kinerja pahat CBN pada pemesinan laju tinggi, keras dan kering, maka pada penelitian ini dipilih pahat CBN untuk dapat dipelajari Kinerjanya. Kinerja tersebut ditentukan oleh umur pahat dan kondisi pemotongan optimum yang mampu dihasilkan pahat CBN saat memotong AISI 4140 berkekerasan 55 HRC pada pemotongan laju tinggi dan kering.

Berdasarkan hal di atas perlu dilakukan kajian yang dapat menjelaskan Kinerja pahat CBN pada keadaan pemesinan yang dilakukan pada laju tinggi, keras dan kering. Oleh karena itu penelitian ini penting untuk dilakukan.

Objek yang dikaji pada penelitian dengan topik pemesinan laju tinggi, keras dan kering subjek pada penelitian ini difokuskan pada kajian umur pahat dan kondisi pemotongan optimum yang dapat dilakukan oleh pahat tertentu terhadap benda kerja memiliki kekerasan tinggi. Benda kerja berkekerasan tinggi yang dipilih pada penelitian ini adalah baja paduan dengan pengenalan AISI 4140. Pada konstruksi rekayasa bahan tersebut banyak digunakan sebagai bahan konstruksi pendarat pesawat terbang (landing gear), penahan beban pada poros putaran, roda gigi dan komponen persenjataan. Dari sifat fisiknya yaitu kekerasan, benda kerja ini berkekerasan sekurang-kurangnya adalah 55 HRC.

1.3 Tujuan Penelitian

1.3.1 Tujuan Umum

Secara umum tujuan penelitian ini adalah mempelajari Kinerja pahat CBN pada pemesinan laju tinggi, keras dan kering baja paduan AISI 4140.

1.3.2 Tujuan Khusus

1. Mempelajari Kinerja pahat CBN dalam artian umur pahat ketika

digunakan pada pemesinan laju tinggi, keras dan kering paduan baja AISI 4140.

2. Menyusun model umur pahat CBN menggunakan perluasan model

pahat Taylor.

3. Menentukan kondisi pemotongan optimum pahat CBN pada saat

pemotongan laju tinggi, keras dan kering dengan metode Response Surface methodology (RSM).

Hasil penelitian ini memiliki dua manfaat utama yaitu:

1. Bagi dunia akademik, hasil penelitian ini dapat memberi kontribusi kapada penyediaan informasi dan pengembangan ilmu pemotongan logam khususnya konsep pemesinan laju tinggi, keras dan kering. 2. Bagi industri dunia manufaktur, hasil penelitian ini dapat di gunakan

sebagai rujukan implementasi konsep pemesianan laju tinggi, keras dan kering.

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Proses Pemotongan dengan Bubut

Proses pemotongan logam merupakan suatu proses yang digunakan untuk mengubah bentuk suatu produk dari logam (komponen mesin) dengan cara memotong. Selain itu 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 laju pemakanan, dan a

adalah kedalaman potong. Bagian-bagian 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. 

f

a

n

Gambar 2.1 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 laju pemotongan (V), laju pemakanan (f),

dan kedalaman potong (a). Laju pemotongan adalah kecepatan keliling benda kerja dengan satuan (m/min), laju 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). Beberap proses dasar yang dimaksud merupakan elemen penting dalam menghitung setiap proses pemesinan, namun dalam hal ini ada beberapa penambahan persamaan untuk mengetahui beberapa parameter –parameternya yaitu gaya-gaya pemotongan dan temperatur pemotongan.

Menurut Rochim (1993) pada setiap proses pemesinan ada lima elemen dasar yang perlu dipahami, yaitu:

a. Laju pemotongan (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)

Pada proses pembubutan memiliki beberapa elemen dasar yang dapat dihitung secara teori menggunakan beberapa persamaan sehingga dapat diketahui parameter yang berkaitan dengan laju pemotongan, kedalaman potong, waktu pemotongan, kedalaman potong dan laju pembuangan geram.

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 : do = diameter awal (mm)

dm = diameter akhir (mm)

lt = panjang pemesinan (mm) Geometri pahat : kr = sudut potong utama (o)

  o = sudut geram (o)

Kondisi pemesinan a = kedalaman potong

a = (mm)……….……….(2.1)

f = laju pemakanan (mm/putaran)

N = putaran poros utama (rpm)

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

1. Laju pemotongan ………...(2.2)

Dimana d = diameter rata-rata

d =

(

mm)………...(2.3)

2. Laju laju pemakanan vf = f .N (mm/min)……….………(2.4)

3. Waktu pemotongan tc =

(

min)………...……(2.5)

4. Laju pembuangan geram MRR = A.V (cm3/min)………(2.6)

Dimana A = penampang geram sebelum terpotong

A =f.a (mm2)………...(2.7)

Maka MRR = V.f.a (cm3/min)……..…………..…(2.8)

Sudut potong utama (principal cutting edge angle/Kr) adalah sudut antara mata potong utama dengan laju laju pemakanan (Vf), besarnya sudut tersebut ditentukan oleh geometri pahat dan cara pemasangan pada mesin bubut. Untuk nilai laju pemakanan (f) dan kedalaman potong (a) yang tetap maka sudut ini akan

mempengaruhi lebar pemotongan (b) dan tebal geram sebelum terpotong (h)

sebagai berikut:

1. Lebar pemotongan b =

(

mm)………(2.9)

2. Tebal geram sebelum terpotong h =

(

mm)……….(2.10)

Dengan demikian penampang geram sebelum terpotong adalah:

A = f.a =b.h

2.2 Material Pahat

Proses pembentukan geram denagn cara pemesinan berlangsung, denagn cara mempertemukan dua jenis material. Untuk menjamin kelangsungan proses ini maka jelas diperlukan material pahat yang lebih unggul daripada material benda kerja. Keunggulan tersebut dapat dicapai karena pahat dibuat dengan memperhatikan berbagai segi yaitu:

1. Kekerasan: kekerasan yang cukup tinggi melebihi kekerasan benda kerja tidak saja pada temperatur ruang melainkan juga pada temperatur tinggi pada saat proses pembentukan geram berlangsung.

2. Keuletan: Keuletan yang cukup besar untuk menahan beban kejut yang

terjadi sewaktu pemesinan dengan interupsi maupun sewaktu memotong benda kerja yang mengandung partikel/bagian yang keras (hard spot).

3. Ketahanan beban kejut thermal: diperlukan bila terjadi perubahan

temperature yang cukup besar yang cukup besar secara besar secara berkala/periodik.

4. Sifat adhesi yang rendah: Untuk mengurangi afinitas benda kerja terhadap pahat mengurangi laju keausan, serta penurunan gaya pemotongan.

5. Daya larut elemen/komponen material pahat yang rendah: dibutuhkan

demi untuk memperkecil laju keausan akibat mekanisme difusi.

Kekerasan yang rendah dan daya adhesi yang tinggi tidak diinginkan sebab mata potong akan terdeformasi, terjadi keausan tepi dan keausan kawah yang besar. Keuletan yang rendah serta ketahanan beban kejut termal yang kecil mengakibatkan rusaknya mata potong maupun retak mikro yang menimbulkan

kerusakan fatal. Pada umumnya kekerasan dan daya tahan termal yang di pertinggi selalu diikuti oleh penurunan keuletan. Berbagai penelitian dilakukan untuk mempertinggi kekerasan dan menjaga supaya keuletan tidak terlalu rendah sehingga pahat tersebut dapat digunakan pada kecepatan tinggi. Hal ini dapat dimaklumi karena peninggian laju pemotongan berarti menaikkan produktivitas.

Pada mulanya untuk memotong baja digunakan baja karbon tinggi sebagai bahan perkakas potong dimana laju pemotongan pada waktu itu hanya boleh mencapai sekitar 10m/menit. Berkat kemajuan teknologi, laju pemotongan ini dapat dinaikkan sehingga mencapai sekitar 700m/menit yaitu dengan menggunakan CBN (Cubic Boron Nitride) selain itu (taufiq rohim, 1993) pahat karbida dan keramik juga berfungsi dengan baik untuk laju pemotongan dan temperature kerja yang tinggi. Jenis-jenis pahat yang di pakai pada proses pemesinan adalah:

1. Baja Karbon (High Carbon Steels) 2. HSS (High Speed Steels)

3. Paduan Cor Nonferro (Cast Nonferrous Alloys)

4. Karbida (Cemented Carbides)

5. Keramik (Ceramics)

6. CBN (Cubic Boron Nitride)

7. Intan (Sinteran Diamonds and Natural Diamonds)

Dalam hal ini pahat di fokuskan pada CBN (Cubic Boron Nitride) untuk proses pemesinan dengan laju pemotongan yang tinggi. CBN termasuk jenis

keramik. Diperkenalkan oleh GE (Borazon, 1957). Dibuat dengan perlkuan penekanan panas

(HIP, 60 kbar, 1500oC) sehingga serbuk graphit putih Nitride Boron dengan

struktur atom heksagonal berubah menjadi struktur kubik. Pahat sisipan CBN dapat dibuat dengan menyinter serbuk BN tanpa atau dengan material pengikut Al2O3 TiN atau Co. Hard hardness CBN ini sangat tinggi, CBN ini dapat digunakan untuk pemesinan berbagai jenis baja dalam keadaan dikeraskan (Hardeneed Steel), besi tuang, HSS maupun karbida semen. Afinitas terhadap baja sangat kecil dan tahan terhadap perubahan reaksi kimiawi sampai dengan temperature pemotongan 13000C (laju pemotongan yang tinggi).

2.3 Konsep Pemesinan Terkini

2.3.1 Pemesinan Laju Tinggi

Meningkatnya permintaan untuk memperbesar produktivitas dengan biaya produksi rendah, menuntut untuk dilakukannya pemesinan yang cepat maka dilakukan pemesinan dengan cara meningkatkan kecepatan pemesinan. Teknologi pemesinan kecepatan tinggi (high speed machining) merupakan salah satu cara untuk meningkatkan produktivitas. Dengan laju pemotongan yang tinggi, maka volume pelepasan material dari material induk akan meningkat sehingga akan diperoleh penghematan waktu pemesinan yang cukup berarti. Di samping itu pemesinan kecepatan tinggi mampu menghasilkan produk yang halus permukaannya serta ukuran yang lebih presisi.

Defenisi tentang proses pemesinan kecepatan tinggi (high speed machining) yang dikemukakan oleh para ahli dan masing masing terdapat

perbedaan namun sebagian besar menyatakan bahwa laju pemotongan merupakan variable penentu terhadap pendefenisian tersebut seperti yang dikemukakan oleh Salomon pada tahun 1931 menyatakan bahwa Proses pemesinan kecepatan tinggi adalah proses pemesinan dengan laju pemotongan 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 2.4 Laju pemotongan pada Proses Laju Tinggi Sumber : Schultz dan Moriwaki 1992

2.3.2 Pemesinan Keras

Proses Pemesinan keras sama dengan bubut biasa, tetapi pada proses pemesinan keras pemotongan dilakukan terhadap benda kerja dengan kekerasan lebih besar dari 40 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 coldwork tool steel, high speed steel, die steel, dan baja tuang yang dikeraskan (Baggio,1996).

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.

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 setelah General Electric menemukan kombinasi

CBN dengan serbuk titanium nitride sehingga dapat meningkatkan umur pahat

menjadi lima kali (Baggio, 1996). 2.3.3 Pemesinan Kering

Pada umumnya pemesinan untuk memfabrikasi komponen–komponen mesin dilakukan dengan metode pemesinan basah (wet machining) (Sreejith dan Ngoi, 2000). Pada metode ini sejumlah cairan pemotongan dialirkan ke kawasan pemotong selama proses pemesinan dengan tujuan menurunkan suhu pemotongan dan melumasi bagian-bagian pemesinan sehingga diharapkan permukaan pemesinan memiliki suatu integritas permukaan (surface integrity) yang baik. Fenomena kegagalan pahat dan penggunaan cairan pemotongan merupakan salah satu masalah yang telah banyak dikaji dan mendapat perhatian dalam kaitannya yang sangat berpengaruh terhadap kekasaran permukaan hasil pengerjaan, ketelitian geometri produk dan mekanisme keausan pahat serta umur pahat (Ginting A, 2003).

(Sreejith dan Ngoi, 2000) melaporkan bahwa umumnya cairan pemotongan bekas disimpan dalam kontainer dan kemudian ditimbun di tanah. Selain itu, masih banyak praktek yang membuang cairan pemotongan bekas

langsung ke alam bebas. Hal ini jelas akan merusak lingkungan dan undang – undang lingkungan hidup yang berlaku mencegah hal tersebut (Sreejith & Ngoi, 2000). Menurut Seco (2004), badan administrasi keamanan dan kesehatan telah merekomendasikan batas unsur-unsur berbahaya pada cairan pemotongan untuk pemesinan yaitu 0,5  5,0 mg/m3 dan Metalworking fluid Standard Advisory Committee (MWFSAC) merekomendasikan sebesar 0.5 mg/m3 (Canter, 2003). Oleh karena itu pemesinan laju tinggi perlu di perhatikan dengan menggunakan pemesinan kering, pemesinan kering di akui mampu mengatasi masalah pada dampak yang telah di uraikan diatas. Pilihan alternatif dari pemesinan basah adalah pemesinan kering, karena selain tidak ada cairan pemotongan bekas dalam junlah besar yang akan mencemari lingkungan juga tidak ada kabut partikel cairan pemotongan yang akan membahayakan operator dan juga serpihan pemotongan tidak terkontaminasi oleh residu cairan pemotongan. Pemesinan kering mempunyai beberapa masalah yang antara lain, gesekan antara permukaan benda kerja dan pahat potong, kecepatan keluar serpihan, serta temperatur potong yang tinggi dan hal tersebut semuanya terkait dengan parameter pemesinan.

Secara umum industri pemesinan pemotongan logam melakukan pemesinan kering adalah untuk menghindari pengaruh buruk akibat cairan pemotongan yang dihasilkan oleh pemesinan basah. Argumen ini secara khusus didukung oleh penelitian yang telah dilakukan Mukun et. al., (1995) secara kuantitatif menyangkut pengaruh buruk pemesinan basah dengan anggapan pada pemesinan kering tidak akan dihasilkan pencemaran lingkungan kerja dan ini berarti tidak menghasilkan kabut partikel cairan pemotongan. Oleh sebab itu perlu diketahui

pentingnya pemesinan kering dilakukan dalam proses. pertimbangan hal diatas pakar pemesinan mencoba mencari solusi dengan suatu metode pemotongan alternatif dan mereka merumuskan bahwa pemesinan kering (dry cutting) yang dari sudut pandang ekologi disebut dengan pemesinan hijau (green machining) merupakan jalan keluar dari masalah tersebut. Melalui pemesinan kering diharapkan disamping aman bagi lingkungan, juga bisa mereduksi ongkos produksi.

2.4 Bahan Logam dan Bahan Rekayasa

Bahan Logam ini terdiri dari logam ferro dan nonferro: 2.4.1 Bahan logam Ferro

Bahan logam ferro adalah suatu logam yang memiliki dasar paduan besi (ferrous), sedangkan unsur lain hanyalah sebagai unsur tambahan untuk mendapatkan sifat bahan sesuai dengan aplikasi dalam penggunaannya.

Bahan logam ferro diantaranya adalah:

1. Besi Tempa (Wrought Iron)

2. Baja Tarbon (Carbon Steel) 3. Baja Paduan

4. Baja dan Besi Tuang 2.4.2 Bahan logam Non Ferro

Bahan logam Non Ferro adalah bahan yang memiliki unsure logam tetapi tidak ada unsur besi (ferrous).

Bahan logam non ferro diantaranya adalah:

2. Magnesium dan paduannya

3. Tembaga dan paduannya

4. Nilel dan paduannya

5. Seng dan paduannya

6. Titanium dan paduannya

7. Timah hitam dan paduannya (Pb)

8. Timah putih dan paduannya (Tin) 2.4.3 Sifat dan karakteristik logam

Berbagai macam Sifat Logam. Logam mempunyai beberapa sifat antara lain: sifat mekanis, sifat fisika, sifat kimia dan sifat pengerjaan. Sifat mekanis adalah kemampuan suatu logam untuk menahan beban yang diberikan pada logam tersebut. Pembebanan yang diberikan dapat berupa pembebanan statis (besar dan arahnya tetap), ataupun pembebanan dinamis (besar dan arahnya berubah). Yang termasuk sifat mekanis pada logam, antara lain: kekuatan bahan (strength), kekerasan elastisitas, kekakuan, plastisitas, kelelahan bahan, sifat fisika, sifat kimia, dan sifat pengerjaan. Kekuatan (strength) adalah kemampuan material untuk menahan tegangan tanpa kerusakan. Beberapa material seperti baja struktur, besi tempa, alumunium, dan tembaga mempunyai kekuatan tarik dan tekan yang hampir sama. Sementara itu, kekuatan gesermya kira-kira dua pertiga kekuatan tariknya. Ukuran kekuatan bahan adalah tegangan maksimumnya, atau gaya terbesar persatuan luas yang dapat ditahan bahan tanpa patah. Untuk mengetahui kekuatan suatu material dapat dilakukan dengan pengujian tarik, tekan, atau geser. Kekerasan (hardness) adalah ketahanan suatu bahan untuk menahan pembebanan

yang dapat berupa goresan atau penekanan. Kekerasan merupakan kemampuan suatu material untuk menahan takik atau kikisan. Untuk mengetahui kekerasan suatu material digunakan uji Brinell. Kekakuan adalah ukuran kemampuan suatu bahan untuk menahan perubahan bentuk atau deformasi setelah diberi beban. Kelelahan bahan adalah kemampuan suatu bahan untuk menerima beban yang berganti-ganti dengan tegangan maksimum diberikan pada setiap pembebanan. Elastisitas adalah kemampuan suatu bahan untuk kembali ke bentuk semula setelah menerima beban yang mengakibatkan perubahan bentuk. Elastisitas merupakan kemampuan suatu material untuk kembali ke ukuran semula setelah gaya dari luar dilepas. Elastisitas ini penting pada semua struktur yang mengalami beban yang berubah-ubah terlebih pada alat-alat dan mesin-mesin presisi. Plastisitas adalah kemampuan suatu bahan padat untuk mengalami perubahan bentuk tetap tanpa ada kerusakan. Sifat fisika adalah karakteristik suatu bahan ketika mengalami peristiwa fisika seperti adanya pengaruh panas atau listrik. Yang termasuk sifat-sifat fisika adalah sebagai berikut: Titik lebur, Kepadatan, Daya hantar panas, dan daya hantar listrik. Sifat kimia adalah kemampuan suatu logam dalam mengalami peristiwa korosi. Korosi adalah terjadinya reaksi kimia antara suatu bahan dengan lingkungannya. Secara garis besar ada dua macam korosi, yaitu korosi karena efek galvanis dan reaksi kimia langsung. Berbagai

macam Sifat Logam. Logam mempunyai beberapa sifat antara lain: sifat mekanis, sifat fisika, sifat

kimia dan sifat pengerjaan. Sifat mekanis adalah kemampuan suatu logam untuk menahan beban yang diberikan pada logam tersebut. Pembebanan yang diberikan

dapat berupa pembebanan statis (besar dan arahnya tetap), ataupun pembebanan dinamis (besar dan arahnya berubah). Yang termasuk sifat mekanis pada logam, antara lain: kekuatan bahan (strength), kekerasan elastisitas, kekakuan, plastisitas, kelelahan bahan, sifat fisika, sifat kimia, dan sifat pengerjaan. Kekuatan (strength) adalah kemampuan material untuk menahan tegangan tanpa kerusakan. Beberapa material seperti baja struktur, besi tempa, alumunium, dan tembaga mempunyai kekuatan tarik dan tekan yang hampir sama. Sementara itu, kekuatan gesermya kira-kira dua pertiga kekuatan tariknya. Ukuran kekuatan bahan adalah tegangan maksimumnya, atau gaya terbesar persatuan luas yang dapat ditahan bahan tanpa patah. Untuk mengetahui kekuatan suatu material dapat dilakukan dengan pengujian tarik, tekan, atau geser. Kekerasan (hardness) adalah ketahanan suatu bahan untuk menahan pembebanan yang dapat berupa goresan atau penekanan. Kekerasan merupakan kemampuan suatu material untuk menahan takik atau kikisan. Untuk mengetahui kekerasan suatu material digunakan uji Brinell. Kekakuan adalah ukuran kemampuan suatu bahan untuk menahan perubahan bentuk atau deformasi setelah diberi beban. Kelelahan bahan adalah kemampuan suatu bahan untuk menerima beban yang berganti-ganti dengan tegangan maksimum diberikan pada setiap pembebanan. Elastisitas adalah kemampuan suatu bahan untuk kembali ke bentuk semula setelah menerima beban yang mengakibatkan perubahan bentuk. Elastisitas merupakan kemampuan suatu material untuk kembali ke ukuran semula setelah gaya dari luar dilepas. Elastisitas ini penting pada semua struktur yang mengalami beban yang berubah-ubah terlebih pada alat-alat dan mesin-mesin presisi. Plastisitas adalah kemampuan

suatu bahan padat untuk mengalami perubahan bentuk tetap tanpa ada kerusakan. Sifat fisika adalah karakteristik suatu bahan ketika mengalami peristiwa fisika seperti adanya pengaruh panas atau listrik. Yang termasuk sifat-sifat fisika adalah sebagai berikut: Titik lebur, Kepadatan, Daya hantar panas, dan daya hantar listrik. Sifat kimia adalah kemampuan suatu logam dalam mengalami peristiwa korosi. Korosi adalah terjadinya reaksi kimia antara suatu bahan dengan lingkungannya. Secara garis besar ada dua macam korosi, yaitu korosi karena efek galvanis dan reaksi kimia langsung.

2.5 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).

Landing gear pada pesawat terbang adalah komponen peralatan pada pesawat terbang yang terbuat dari baja perkakas. Kekerasan komponen ini basanya berkisar antara 54 s/d 62 HRC. AISI 4140 memiliki kemampuan mesin, stabilitas dimensi saat mengalami perlakuan panas (heat treatment), dengan

kekerasan permukaan yang tinggi. 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.

2.6 Pemesinan Optimum

Pada penelitian ini ada 3 variabel yang perlu ditentukan harganya yaitu Laju pemotongan, laju pemakanan dan kedalaman potong. Sesuai dengan urutan proses yang telah direncanakan Variabel tersebut diatas harus dipilih sehingga kecepatan penghasil geram dapat di capai. Pengoptimalan yang dilakukan dengan memvariasikan ketiga variabel dengan mengkoleksi beberapa data sehingga dihasilkan data laju pemotongan yang berkaitan dengan umur pahat dan besarnya volume geram yang terbuang.

Didasarkan pada metoda klasik optimasi maka setiap rumus matematik

dapat dideprensir terhadap salah satu variable proses dalam hal ini laju

pemotongan karena merupakan variable terakhir yang ditentukan sehingga diperoleh harga variable optimum toritik. Pada pelaksanaannya bahwa kondisi pemotongan optimum yang diperoleh secara matematik belum tentu dapat diterapkan, hal ini disebabkan adanya beberapa kendala dalam proses pemesinan yaitu pada proses bentukan geram dan system pemotongan (Rochim, 1993).

Dalam penelitian kemampuan mesin, rancangan percobaan statistik sangat umum di gunakan dan data yang tepat dapat di analisis dengan metoda statistik hingga menghasilkan kesimpulan yang sah dan objektif. Dewasa ini rancangan factorial, Response surface metodologi (RSM) dan Metode taguchi umum di

gunakan menggantikan percobaan satu faktor yang memakan waktu dan ongkos yang mahal.

Untuk memperoleh pemotongan optimum metode RSM di gunakan karena merupakan bagian dari teknik matematika dan statistik yang berfungsi untuk

pemodelan dan analisis dari masalah dimana response yang diteliti dan

menentukan korelasi antara satu response atau lebih yang diukur adaalah

merupakan faktor yang sangat penting (Noordin et. al. 2004).

Untuk menentukan apakah ada hubungan antara faktor dan variabel

response yang diteliti, data yang dikumpulkan harus dianalisis denagan cara yang tepat secara statistik menggunakan regresi. Regresi dilakukan untuk menjelaskan data dikumpulkan dan dengan cara demikian variabel empiris yang diamati (response) di aproksidasi berdasarkan hubungan fungsional antara taksiran variabel yest dan satu atau lebih variabel regresor atau input X1, X2,……Xk

dapat digunakan untuk menjelaskan hubungan fungsional antara taksiran variabel yest dan variabel input X1, X2, X3, X4 dan X5 (Noordin et.al, 2004). Digunakan

teknik kuadrat untuk mencocokkan persamaan model yang mengandung regresor

atau variabel input yang disebut dengan meminimalkan error residual yang

diukur dengan jumlah deviasi kuadrat antara sambutan actual dan taksiran. Ini melibatkan perhitungan taksiran koefisien regresi yaitu koefisien variabel model termasuk titik potong dan suku konstanta dalam persamaan regresi multiple liniar (Montogomery, 2001).

y=

dimana y = Variabel terikat = Konstanta ε = Galat

x = Variabel yang dikendalikan

2.7 Response Surface Methodology (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 α 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 3 level dan 6 titik pusat, percobaan dilakukan dengan 1 kali ulangan. Rancangan percobaan penelitian dengan tanpa pengkodean menggunakan kecocokan model CCD.

Perhitungan optimasi pengaruh laju pemotongan (V), laju pemakanan (f), dan kedalaman potong (a) terhadap umur Pahat (Tc) menggunakan RSM dengan kecocokan model CCD.

Y = o +





k

i 1

ijxixj

ixi +





k

i1

...

iix2i +

o i ii ij

1

3

Dimana Y adalah respon umur pahat (Tc) adalah konstanta. adalah koefesien dari faktor atau variabel bebas X dengan tanpa kode. X adalah laju pemotongan (V) dengan level 200 m/min, 225 m/min dan 250 m/min; X2

adalah laju pemakanan (f) dengan level 0,1 mm/rev,0,125 mm/rev dan 0.15

METODE PENELITIAN

Tempat dan waktu pengujian dilakukan pada beberapa tempat seperti

pada Tabel 3.1 di baw

uji un k di heat treatment ulan

eat treatment Perb. Merbabu 3

nggu

Pengujian Politekinik 1.5

lan

Pengukuran Aus tepi (flank wear/VBc) Politeknik 2.5

lan

Pembuatan Laporan dan Analisa Medan 2 bulan

BAB III

3.1 Tempat dan Waktu

tertera

ah ini:

Tabel 3.1. Lokasi Kegiatan Penelitian

No Kegiatan Tempat Waktu

1 Persiapan bahan tu Perb. Merbabu 1 b

2 H

mi 3 bu 4 bu 5

3 Material Benda Uji

Material benda uji adalah AISI 4140, Baja paduan ini mampu dikeraskan antara 54-55 HRC, Pertimbangan pemilihannya adalah karena material baik

sifat fisika m .2.1

digunakan pada aplikasi yang memiliki kekerasan 55 HRC. Komposisi kimia dan aterial ini dapat dilihat sebagaimana tertera pada Tabel 3.2 dan 3.3

Unsur C Si Mn S P Ni Cr Mo

Komposisi Kimia 0.42 0.32 0.85 0.004 0.009 0.16 1.08 0.25

tandar Spesifikasi AISI 4140 dengan kekerasan 29 HRC

Mampat (%) 61.6

dibawah ini:

Tabel 3.2 Komposisi Kimia AISI 4140

Cu

0.20 S

Tabel 3.3 Mekanikal Properties AISI 4140

Mechanical Properties Nilai

Elastis (N/mm2) 864

Kekuatan Tarik (N/mm2) 976

Gambar 3.1. Bentuk dan Geometri Benda Uji

sehingga mencapai kekerasan sesuai RC.

pahat yang CBN yang digunakan adalah SANDVIK Coromnt yang di

ometri pada Gambar 3.3. dan m

Karena kekerasan awal material bahan uji adalah sebesar 29 HRC maka benda uji terlebih dahulu diberikan perlakuan panas (heat treatment) yang bertujuan untuk manaikkan kekerasannya

yang dibutuhkan yaitu sebesar 55 H 3.2.2. Pahat Potong

Pahat Potong yang digunakan adalah CBN dimana pahat ini dibuat dengan penekanan panas (HIP, 55 kbar, 1500oC) sehingga serbuk graphit putih Nitride Boron dengan struktur atom heksagonal berubah menjadi struktur kubik. Jenis

rekomendasikan untuk proses bubut Pahat ini direkomendasikan untuk pemotongan baja dengan kekerasan yang tinggi Bentuk dan ukuran sesuai standar ISO yaitu TNGA155408S01030A7015 dengan Ge

Gambar 3.2. Pahat CBN

Gambar 3.3 Geometri Pahat CBN

Keterangan:rε= 0,8 mm ;A = 9,52 mm ;T = 4.7 mm ;ød = 3.81 mm

Tabel 3.5 Mekanikal properties CBN

Mekanikal properties nilai

kekerasan (GPa) 93

Modulus young (GPa) 900

Mulur(GPa) 385

Mampat(MPa) 2,8

Pemegang pahat yang digunakan adalah jenis DTGNR 2020M 16 (91⁰)

yang dikhususkan untuk proses bubut

Gambar 3.4 Pemegang pahat( holder)

3.3 Peralatan

3.3.1 Portable Hardness Tester

Setelah mengalami proses perlakuan panas kekerasan benda uji diperiksa

menggunakan portable hardness tester (Gambar 3.4). Dari hasil pengujian

diperoleh data kekerasan benda uji sebagaimana dapat dilihat pada Lampiran dengan nilai rata-rata kekerasan sebesar 55 HRC.

Impact Device LCD

Display

Gambar 3.5 Pemeriksaan Data Kekerasan Benda Uji

3.3.2 Mesin Bubut

   Pemesinan dilakukan menggunakan mesin bubut konvensional

Emco maximat V13 beserta perlengkapannya dengan data teknis sebagaimana dapat dilihat pada Gambar 3.5. dengan spesifikasi pada Tabel 3.6:

Tabel 3.6 Data Teknis Maximat V13

3.3.3 Mikroskop

Untuk mengambil data Gambar keausan yang terjadi pada pahat setelah proses pemesinan digunakan USB Digital Microscope Cameras DINO-R-LITE yang dilengkapi dengan Lensa dual Axis 27x/WO=8mm dan 100x/WO=2mm

Micro-scope lense seperti Gambar 3.7.

Uraian Nilai Dan Satuan

1

2

3

4

Daya

Putaran max

Diameter penjepitan maksimum

Panjang benda kerja maksimum

15 kW

2500 rpm

158 mm

255 mm

3.3.4 Scaning Electron Microscopy (SEM) 

Alat ini di pakai untuk melihat bentuk dari mikrostruktur dari pahat seperti pada Gambar 3.8.

Gambar 3.8 Scaning Elektron Microscop

3.4 Rancangan Kegiatan

3.4.1 Proses Pemesinan

Proses Pemesinan dilakukan dengan mesin bubut dengan Set-up Peralatan seperti pada Gambar 3.8 berikut:

1

3 2

Keterangan Gambar: 1. Pahat Potong

2. Benda kerja

3. Chuck

3.4.2 Kerangka Konsep Penelitian

isu strategis industri pemotongan logam

Pemesinan Keras >40 HRC

pemesinan kering Cairan pemotongan Pemesinan laju

tinggi >40 HRC Produktivitas Tinggi

mulai

Keselamatan lingkungan

Pemesinan laju tinggi, keras, kering

Variabel terikat VB, Tc, Variabel bebas

Model Umur Pahat T = f {V, f, a, }

Pemotongan Optimum

selesai

Gambar 3.10 Kerangka Konsep Penelitian

3.4.3 Pengumpulan Data

Proses pengumpulan data dilakukan pengambilan data dengan metode CCF

(cubic center of face) dengan 3 variabel monoguard dan 3 tingkatan High, Midel dan

Low data yang diambil dipaparkan pada Tabel 3.7 berikut ini:

Tabel 3.7 Kondisi Pemotongan

v(m/min) f(mm/rev) a(mm) Tc(min) VB

1 200 0.1 0.3

2 250 0.1 0.3

3 200 0.15 0.3

4 250 0.15 0.3

5 200 0.1 1

6 250 0.1 1

7 200 0.15 1

8 250 0.15 1

9 182.955 0.125 0.7

10 267.045 0.125 0.7

11 225 0.1 0.7

12 225 0.16 0.7

14 225 0.125 1.1

15 225 0.125 0.7

16 225 0.125 0.7

17 225 0.125 0.7

18 225 0.125 0.7

19 225 0.125 0.7

20 225 0.125 0.7

   

3.4.5 Prosedur Pengambilan data

Pengambilan data dilakukan dengan beberapa cara antara lain:

a. Menyiapkan persiapan pengambilan data diantaranya adalah:

1. Mesin Bubut konvensional EMCO Maximat V13

2. Pahat potong / insert CBN 3. Pemegang pahat/ tool holder 4. Benda kerja AISI 4140

5. Microscope USB

b. Memeriksa kondisi mesin yang harus benar-benar kaku dan tidak ada speeling sama sekali.

c. Menyesuaikan diameter benda kerja pada putaran mesin (rpm) yang ada pada mesin konvensional Emco Maximat V13

d. Memulai langkah pemesinan dengan menentukan putaran mesin (rpm),

laju pemakanan (f) dan kedalaman potong (a).

e. Menjalankan proses pemesinan sesuai dengan kondisi pemotongan. f. Mengambil data keausan dengan microscope dengan cara sebagai berikut:

1. Setelah pemesinan diambil dengan panjang pemesinan (L) sesuai dengan benda kerja maka pahat diletakkan diatas plestisin 2. Atur focus sampai Gambar keausan pahat terlihat jelas 3. Capture Gambar lalu buka di file desktop

4. Setelah keausan terlihat, lalu ukur tingkat keausan dengan membuat garis. Kemudian ukur ketebalan pahat yang ada diGambar, lalu hasil pengukuran keausan dibagi dengan hasil pengukuran ketebalan Gambar dikalikan dengan tebal yang sebenarnya adalah 4,7 mm. Untuk lebih jelasnya dapat dilihat dengan perhitungan sebagai berikut:

………...(3.1)

Dimana:

VB = Keausan pahat (mm)

tk1g = Tebal kaeausan pada Gambar (mm)

ts = Tebal pahat yang sebenarnya (mm)

5. Keausan pada spesimen dilihat bebrapa kali pada pemesinan sampai tigkat keausan mencapai 0,15 mm

3.4.6. Analisis Data

a. Persamaan Taylor

Data yang diperoleh pada hasil pengujian akan di Analisis untuk mendapatkan Persamaan taylor. Persamaan taylor yang dimaksud adalah:

VTn = C………(3.2)

Dimana harga C ditentukan secara Ekstrapolasi yaitu pada harga T=1 menit sedangkan harga n merupakan kemiringan garis regresi linear. Persamaan Taylor diperoleh dengan cara mentransformasikan garis trend yang menghubungkan plot antara laju pemotongan (V) versus Umur pahat (Tc).

Selanjutnya persamaan taylor yang diperoleh diperluas dengan mengakomodir variable laju pemakanan (f) dan (a) dengan metode Regresi Multi Liniear .Regresi Multi Linier memiliki lebih dari satu variabel prediktor lihat persamaan 2.12

y= o+ 1X1+ 2X2+…. kxk+ε

………...(3.3)

notasi y adalah variabel response, X1, X2, ….Xi adalah variabel prediktor, dan βo, β1, β2…… βi adalah parameter model untuk predictor tertentu. Hubungan

kondisi pemotongan atau variabel bebas (V, f, dan a) dengan respon umur pahat

umur pahat yang telah dikonversikan kedalam bentuk persamaan transformasi logaritma sebagai berikut:

………...( 3.4)

b. Kondis Pemotongan Optimum Menggunakan Response Surface Metodology

(RSM)

Perhitungan kondisi pemotongan optimum pengaruh laju pemotongan (V), pemakanan (f), dan kedalaman potong (a) terhadap umur Pahat (Tc) dilakukan

Dengan menggunakan perangkat lunak Komersil. Sehingga

Y =βo +



βixi +



β



k

i 1 

k

i 1

iix2i +



_ij

Dimana Y adalah respon umur pahat (Tc)

β ε

ev dan 0,15 m/rev,X3 adalah kedalaman potong a=0.3 mm, 0,7 mm dan 1mm.

HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1. Hasil Pengujian

ijxixj+ ...(3.5)

o adalah konstanta. i ii ij

adalah koefesien dari faktor atau variabel bebas X dengan tanpa kode. X1 adalah

laju pemotongan (V) dengan level 200 m/min, 225 m/min dan 250 m/min;X2

adalah pemakananm (f) dengan level 0,1 mm/rev, 0,125 mm/r

m

Dari pengujian yang telah dilakukan sesuai dengan Design Of Experiment

yang telah disajikan pada Bab III maka diperoleh hasil data pengujian sebagaimana disajikan pada Tabel 4.1 dibawah ini:

Tabel 4.1 Data Hasil Pengujian

Run v(m/min) f(mm/rev) a(mm) VB Tc VBc Ra Keterangan

1 200 0.1 0.3 0.31 32.1 0.01 0.92 Aus Tepi

2 200 0.1 1 0.14 5.79 0.02 1.6 > semi finish

3 200 0.15 0.3 0.16 8.16 0.02 1.13 Aus Kawah

4 225 0.1 0.7 0.14 8.39 0.02 1.6 > semi finish

5 225 0.125 0.7 0.3 6.64 0.05 1.1 Aus Tepi

6 225 0.125 1.1 0.2 7.35 0.03 1.73 > semi finish

7 225 0.16 0.7 0.2 6.98 0.03 1.6 > semi finish

8 250 0.1 0.3 0.3 9.6 0.03 1.4 Aus Tepi

9 250 0.1 1 0.21 5.82 0.04 1.5 > Semi Finish

10 250 0.15 0.3 0.1 1.87 0.05 1.6 > Semi Finish

Pada percobaan yang direncanakan adalah sebanyak 20 data, disebabkan oleh karena bahan benda kerja dan terutama pahat CBN yang harganya relatif mahal, maka dari 20 data yang seharusnya disediakan berdasarkan desain pengujian CCF, hanya 10 data valid yang dapat dipaparkan sebagaimana pada Tabel 4.1. Sejumlah 10 data lainnya tidak dilakukan dengan alasan bahwa:

a. Data 15 hingga 20 tidak dilakukan karena data tersebut hanyalah perulangan dari data nomor 13.

b. Data 9 tidak dilakukan disebabkan laju pemotongan 182,9 m/menit belum dapat dikatakan tergolong kepada proses pemesinan laju tinggi (min. 200 m/min menurut Schulz & Moriwaki, 1992) dan Aslan (2005).

Aus Tepi

Gambar 4.1 Kerusakan Pahat keadaan V:225 mm/min Tc:4.36 min

c. Data 7, 8 dan 10 sebenarnya telah dilakukan, namun tidak diperoleh

pencatatan waktu pemotongan maupun nilai aus tepi pahat (VB) yang valid

dikarenakan pahat mengalami premature fracture (pecah sesaat setelah

memasuki daerah pemotongan). Hal ini berarti bahwa kondisi pemotongan 7,8 dan 10 telah melampaui kapasitas pahat.

Gambar 4.2 Kerusakan Pahat V:267 m/min Tc:1.7 min

Data sebagaimana terlihat pada Tabel 4.1 Sebagaimana telah dijelaskan pada Bab 3 bahwa kajian dilakukan dengan tiga tingkat magnitude yaitu rendah, sedang dan tinggi. Tingkat magnitude rendah adalah pada laju pemotongan 200 m/menit, tingkat magnitude sedang adalah pada laju pemotongan 225 m/menit dan tingkat magnitude tinggi adalah pada laju pemotongan 250 m/menit.

Data menunjukkan bahwa kriteria Aus pahat pada laju pemotongan 200 m/min hanya satu pengujian dihentikan karena keausan tepi mencapai 0.31 mm pada kekasaran permukaan 0.93 m dalam waktu 32 menit, sedangkan pada laju pemotongan yang sama pengujian dihentikan pada keausan tepi 0.14 mm hal ini disebabkan kekasaran permukaan sudah melebihi batas yang direkomendasikan untuk semi finishing 1,6 m (kalpakjian, 2003). Selain itu apabila terjadi keausan diluar keausan tepi yaitu keausan kawah (crater wear) dimana kondisi ini menyebabkan terjadinya perubahan geometri pada mata potong mayor yang akan menyebabkan kekasaran permukaan kurang baik maka pengujian juga akan dihentikan. Untuk laju pemotongan 225 mm/min dan 250mm/min selain data 8 seluruh kondisi pemotongan ditentukan oleh kekasaran permukaan 1.6 m. Dari kondisi secara keseluruhan diketahui bahwa keausan tepi memiliki peranan

penting dan signifikan dalam menentukan mode aus pahat CBN pada pemesinan laju tinggi keras dan kering bahan AISI 4140.

4.2. Pertumbuhan Aus Pahat (flank Wear)

Pertumbuhan aus tepi yang dicatat untuk setiap kondisi pemotongan (1-10) menunjukkan suatu trend yang memiliki persamaan. beberapa kurva petumbuhan aus tepi yang disajikan pada Gambar 4.3 dapat mewakili penjelasan dimaksud

Gambar 4.3 Kurva 3 Fasa Pertumbuhan Aus Tepi

Dari Gambar kurva pertumbuhan aus tepi pada Gambar 4.3 dapat dilihat bahwa trend yang dimaksud adalah kurva pertumbuhan aus pahat dapat dibagi kedalam 3 fasa. Para peneliti terdahulu (C. H. Che Haron et al. 2001) sebenarnya telah melaporkan bahwa pertumbuhan aus tepi masih dapat dikelompokkan pada 3 fasa. Namun dari hasil penelitian ini batas antara fasa tidak dapat dilihat terpisah secara signifikan. fasa –fasa dimaksud adalah : aus inisial, aus Gradual dan aus mendadak. Dari Gambar 4.3 pada laju pemotongan 200 m/min aus inisial berada pada VB 0-0.06 dalam waktu 3 menit selanjutnya pada VB 0.06-0.12 dalam

waktu 6 menit adalah aus gradual sedangkan pada VB > 0.12 adalah aus mendadak. Pada laju pemotongan 225m/min aus inisial berada pada VB 0-0.10 dalam waktu 3 menit, sedangkan aus gradual berada pada VB 0.10-0.18 dalam waktu 4.5 menit, VB > 0.18 adalah Aus mendadak. Laju pemotongan 250m/mina aus inisial berada pada VB 0-0.04 dalam waktu 1.2 menit, aus gradual berada pada VB 0.04-0.06 dalam waktu 2.8 menit sedangkan pada VB > 0.06 adalah Aus mendadak .

4.3 Menentukan Umur pahat dari kondisi pemotongan dengan keausan minimal 0.125 mm

Laju keausan (wear rate) yang terjadi pada pahat selama proses pemotongan pada setiap kondisi percobaan adalah:

………(4.1)

Dimana : VBc : Laju keausan (mm/min)

VB : Keausan tepi (mm)

tc : Waktu pemotongan (min)

Dalam hal ini keausan yang diambil adalah 0.125 mm, kondisi ini diambil sebagai kriteria untuk menentukan umur pahat (Tc), dengan asumsi bahwa kondisi ini dialami oleh setiap pahat pada percobaan yang lainnya dan kondisi ini juga memperlihatkan bahwa pada keausan sebesar 0.125 sudah rentan dengan terjadinya kegagalan pada pemotongan. Sehingga umur pahat dengan kriteria

keausan sebesar 0.125 mm dapat dihitung secara matematika untuk setiap kondisi sebagai berikut:

………(4.2)

Dimana : T c : Umur pahat (min)

0,125 : Nilai keausan tepi yang digunakan sebagai kriteria untuk menentukan umur pahat (mm)

V B c : Laju keausan tepi [mm/min] Maka umur pahat Tabel 4.2 Data Experimen dan Umur Pahat

Run v(m/min) f(mm/rev) a(mm) VB Tc1 VBc Vb2 Tc2

1 200 0.1 0.3 0.31 32.10 0.01 0.125 12.94

2 200 0.1 1 0.14 5.79 0.02 0.125 5.17

3 200 0.15 0.3 0.16 8.16 0.02 0.125 6.38

4 225 0.1 0.7 0.14 8.39 0.02 0.125 7.43

5 225 0.125 0.7 0.30 6.64 0.05 0.125 2.78

6 225 0.125 1.1 0.20 7.35 0.03 0.125 4.69

7 225 0.16 0.7 0.20 6.98 0.03 0.125 4.36

8 250 0.1 0.3 0.30 9.55 0.03 0.125 4.00

9 250 0.1 1 0.21 5.82 0.04 0.125 3.46

10 250 0.15 0.3 0.10 1.87 0.05 0.125 2.33

Seluruh data-data umur pahat yang dihitung atau diprediksi menurut hasil eksperimental pada VB 0.125 mm maka dapat diGambarkan kurvanya yang diplot antara umur pahat versus keausan tepi yang disajikan pada Gambar 4.3. Kurva yang disajikan pada Gambar tersebut dilukis plotnya dengan kartesian dobel logaritma.

Gambar 4.4 Grafik laju keausan CBN Laju pemotongan Vs umur pahat (dobel logaritma)

Dari paparan data dan plot pada Gambar diatas dapat dilahirkan satu

model sebagaimana lazimnya disebut dengan model umur pahat taylor VTn=C.

Kurva pada Gambar diatas menunjukkan bahwa garis trend yang menghubungkan data-data tersebut dengan persamaan:

Y=1x1011X-4.51 ………..……….(4.3)

Dengan nilai r2 dari persamaan tersebut adalah = 0.62 persamaan model

matematika yang dilahirkan seperti pada persamaan 4.3 diatas ditransformasikan kedalam bentuk persamaan taylor sehingga persamaan dapat disajikan

V.T 0.226 = 312.12……….(4.4)

Persamaan taylor tersebut artinya adalah bahwa pada laju pemotongan 312.12 maka umur pahat yang dihasilkan adalah 1 menit.

4.4 Menentukan Hubungan Kondisi Pemotongan (V, f, dan a) dengan Umur Pahat (Tc) menggunakan regresi multi linier

Persamaan model matematika taylor yaitu V.T 0.226 = 312.12 merupakan suatu persamaan yang sederhana disebabkan persamaan masih mengakomodir satu variable kondisi pemotongan saja yaitu laju pemotongan V. Model tersebut akan diekspansi sehingga dapat mengakomodir variable yang lain yaitu laju pemakanan f dan kedalaman potong a, untuk maksud tersebut digunakan metode regresi multi linier sebagaimana dipaparkan sebagai berikut.

Tabel 4.3 Nilai Logaritma V,f,a, VBc, dan Tc

No Logv(m/min) Log f(mm/rev) Log a(mm) Log VBc Log Tc

1 2.3010 -0.9788 -0.5229 -2.0151 1.1120

2 2.3010 -0.9788 0 -1.6163 0.7132

3 2.3010 -0.8386 -0.5229 -1.7076 0.8045

4 2.3522 -1.0392 -0.1549 -1.7744 0.8713

5 2.3522 -0.9031 -0.1356 -1.3465 0.4434

6 2.3522 -0.9031 0.02864 -1.5741 0.6710

7 2.3522 -0.7959 -0.1549 -1.5428 0.6397

8 2.3979 -0.9788 -0.5229 -1.5051 0.5521

9 2.3979 -0.9788 0 -1.4425 0.5394

10 2.3979 -0.8386 -0.5229 -1.271 0.3679

Selanjutnya dari matrik data pada Tabel 4.3 diatas dapat dihitung nilai

koofisien regresi ( menggunakan metode multi linier

regression. Dengan bantuan perangkat lunak komersial diperoleh persamaan regresi umur pahat (Tc) sebagai berikut:

Tabel 4.4 Uji Parameter Koofisien Regresi Umur Pahat

Predictor Coef SE Coef T P

Constant 9.339 2.368 3.940 0.019

Log V -4.2038 0.9631 -4.355 1.011

Log f -1.2458 0.5669 -2.200 0.064

Log a -0.2458 0.1854 -1.330 0.227

Tabel 4.5 Tabel Anava Umur Pahat

Souerce DF SS  _{MS F P}

Regression 3  0.47711 0.15904 8.95 0.009 

Residual error 7 0.12439 0.01777    

Total 10 0.5515         

Dari anilisis variabel secara menyeluruh sebagaimana dapat dilihat pada Tabel anava dari kedua persamaan (Tabel 4.4 dan 4.5) diperoleh nilai P lebih kecil dari 0.05, ini berarti bahwa persamaan dapat diterima untuk mempresentasikan hubungan antara kondisi pemotongan atau variabel bebas laju pemotongan (V), laju pemakanan (f). dan kedalaman potong (a) dengan respon atau variabel terikat umur pahat (Tc). Kedua persamaan dapat dikonversikan kembali kedalam bentuk persamaan Taylor sebagai berikut:

……….(4.6)

Dari persamaan diatas maka dapat dilihat hasil umur pahat dari experiment dengan nilai model umur pahat taylor seperti Tabel 4.6 dibawah ini:

Tabel 4.6 Nilai Model Umur pahat

No v(m/min) f(mm/rev) a(mm) VB Tc1 VBc Tc2 Model

1 200 0.1 0.3 0.31 32.1 0.01 12.94 11.3319

2 200 0.1 1 0.14 5.79 0.02 5.17 8.42702

3 200 0.15 0.3 0.16 8.16 0.02 6.38 6.82634

4 225 0.1 0.7 0.14 8.39 0.02 7.43 5.5597

5 225 0.125 0.7 0.3 6.64 0.05 2.78 4.24426

6 225 0.125 1.1 0.2 7.35 0.03 4.69 3.79764

7 225 0.16 0.7 0.2 6.98 0.03 4.36 3.11738

8 250 0.1 0.3 0.3 9.6 0.03 4 4.53895

9 250 0.1 1 0.21 5.82 0.04 3.46 3.30105

10 250 0.15 0.3 0.1 1.87 0.05 2.33 2.67403

4.5 Menentukan Kondisi Pemotongan Optimum dengan menggunakan Response Surface Metodology

Response surface methodology (RSM) adalah sekumpulan metode matematika dan teknik-teknik statistik yang bertujuan untuk membuat model dan melakukan

analisis mengenai respons umur pahat (Tc) yang dipengaruhi oleh beberapa

variable V, f dan a. kondisi pemotongan optimum menggunakan perangkat lunak komersil seperti pada Tabel 4.7 sebagai berikut:

Tabel 4.7 Data perkiraan Metode RSM

v(m/min) f(mm/rev) a(mm) Tc(min)

1 200 0.1 0.3 11.3319

2 250 0.1 0.3 4.53895

3 200 0.15 0.3 6.82634

4 250 0.15 0.3 2.67403

5 200 0.1 1 8.42702

6 250 0.1 1 3.30105

7 200 0.15 1 5.07645

8 250 0.15 1 1.98856

9 182.955 0.125 0.7 10.1186

10 267.045 0.125 0.7 2.06687

11 225 0.1 0.7 5.5597

12 225 0.16 0.7 3.11738

13 225 0.125 0.7 4.24426

14 225 0.125 1.1 3.79764

15 225 0.125 0.7 4.24426

16 225 0.125 0.7 4.24426

17 225 0.125 0.7 4.24426

19 225 0.125 0.7 4.24426

20 225 0.125 0.7 4.24426

Selanjutnya data pada Tabel 4.7 diatas diolah dan dihitung untuk mendapatkan persamaan orde dua menggunakan perangkat lunak komersial. Dari hasil perhitungan diperoleh bahwa respon (Tc) hanya ditentukan secara signifikan oleh pengaruh linear dan kuadratik dari variable bebas (V, f, a, V2, f 2, a 2 ) persamaan orde dua umur pahat (Tc) selengkapnya adalah:

Tc= 129.192 – 0.710 V-392.133 a +0.001 V2 + 435.805 f 2 + 2.058 a2

Dengan uji parameter pengaruh faktor dan anilisis varian (anava) sebagaimana dapat dilihat pada Tabel 4.8 dan 4.9 dibawah ini:

Tabel 4.8 Uji Parameter Koofisien Regeresi Umur Pahat

Predictor Coef SE Coef T P Constant 129.192 3.6255 35.634 0.000

V -0.710 0.0253 -28.091 0.000

f -392.133 27.0773 -14.582 0.000

a -16.976 1.4297 -11.873 0.000

V*V 0.001 0.0001 19.918 0.000

f*f 435.805 86.3944 5.044 0.001

a*a 2.058 0.4717 4.364 0.001

V*f 0.956 0.0694 13.777 0.000

V*a 0.040 0.0049 8.147 0.000

f*a 23.770 4.9435 4.808 0.001

Dari Tabel 4.8 diatas dapat dianilisis bahwa interaksi antara laju pemotongan (V) versus umur pahat (Tc) pada laju pemakanan (f) tertentu diperlihatkan pada gambar 4.5 dan 4.6 berikut ini:

Gambar 4.5 Interaksi laju pemotongan V dan laju pemakanan (f) versus umur pahat(Tc)

Gambar 4.6 Interaksi laju pemotongan V dan kedalaman potong (a) versus umur pahat (Tc)

bahwa semakin besar nilai laju pemakanan maka umur pahat semakin rendah pada kondisi maksimum V=250 dan f = 0.15 dalam waktu 2.3 menit. Selain itu interaksi antara laju pemotongan (V) versus umur pahat (Tc) pada kedalaman potong tertentu diperlihatkan bahwa pada kondisi maksimum V=250 dan a = 0.1 dalam waktu 2.6 menit. Oleh karena itu diperlihatkan bahwa pengaruh laju

pemotongan (V) dan laju pemkanan (f) berpengaruh dalam menentukan umur

pahat.

Tabel 4.9 AnavaUmur Pahat

Source DF Seq SS Adj SS Adj MS F P Regression 9 116.757 116.7570 12.97300 862.56 0.000 Linear 3 104.567 15.2179 5.07262 337.27 0.000 Square 3 7.989 7.9809 2.65530 176.88 0.000

Interaction 3 4.200 4.2005 1.40015 93.09 0.000

Residual Error 10 0.150 0.1504 0.01504 Lack-of-Fit 4 0.150 0.1504 0.03755 Pure Error 6 0.000 0.0000 0.00000

Total 19 116.907

Dari anilisis varian sebagaimana dapat dilihat pada Tabel anava dari persamaan (Tabel 4.9) diperoleh nilai P lebih kecil dari 0.05, ini berarti bahwa persamaan dapat diterima untuk mempersentasikan hubungan antara kondisi pemotongan atau variable bebas laju pemotongan (V), laju pemakanan (f) dan kedalaman potong (a) dengan respon variable terikat umur pahat (Tc).

Kontur dan permukaan respon umur pahat (Tc) terhadap laju pemotongan (V) dan laju pemakanan (f ) dapat dilihat pada Gambar 4.7 dan 4.8 berikut ini

10.5 9.0 7.5 6.0 4.5 3.0 v f 260 250 240 230 220 210 200 190 0.16 0.15 0.14 0.13 0.12 0.11 0.10 a 0.7 Hold Values Contour Plot of Tc vs f, v

 

Gambar 4.7 Plot kontur Tc vs V dan f

0.16 12 0.14 9 6 3 275 0.12 250 225 0.10 200 T c f v a 0.7 Hold Values Surface Plot of Tc vs f, v

Gambar 4.8 Plot permukaan Tc vs V dan f

Kondisi pemotongan optimum adalah pada puncak maksimum kurva plot permukaan umur pahat atau berada pada daerah yang Countur paling kecil

Gambar 4.7. Kemudian dengan kurva Respons Optimally kondisi pemotongan

pada kurva tersebut dapat dijelaskan sebagaimana terlihat pada Gambar 4.9 dan 4.10 berikut ini ;

Cur High Low 1.0000 D Optimal 0.30 1.10 0.10 0.160 .955 .045

[ 225.0] [ 0.1480] [ 1.10]

182 0 267 0

f a

v

d = 1.0000 Targ: 3.0

Tc y = 3.0 1.0000 Desirability Composite

 

Gambar 4.9 Kurva Responsoptimally Terhadap V, f, dan a pada kondisi pemotonganV=225 m/min, f=0.148mm/rev dan a=1.10 mm

Cur High Low 1.0000 D Optimal 0.30 1.10 0.10 0.160 182.9550 267.0450

[ 200.8688] [ 0.160] [ 1.10]

f a

v

d = 1.0000 Targ: 4.50

Tc y = 4.50

1.0000 Desirability Composite

 

Gambar 4.10 Kurva Responsoptimally Terhadap V, f, dan a pada kondisi pemotonganV=200 m/min, f=0.16mm/rev dan a=1.10 mm

Dari hasil anilisis diatas dengan menggunakan kurva Respons

Optimally Gambar 4.7 dan 4.8 dapat diperoleh kondisi pemotongan pada Tabel 4.9 dibawah ini:

Tabel 4.10 Kondisi Pemotongan Optimum

(m/min) (mm/rev) (mm) (min)

225 0.148 1.1 3.07485

200 0.16 1.1 4.57448

Dari Table 4.10 diatas dapat dilihat bahwa kondisi pemotongan optimum yang dilakukan pada pemesinan laju tinggi yang memotong bahan berkekerasan tinggi AISI 4140 (55 HRC) yang dilakukan pada konsep pemesinan kering menggunakan pahat CBN terjadi pada kondisi pemesinan minimum V: 200 m/min, f: 0.16mm dan a:1.1 mm dan kondisi maksimum adalah V:225 m/min, f: 0.148 mm dan a: 1.1 mm. Dari kondisi pemtongan optimum yang direkomendasikan dapat diketahui bahwa umur pahat (Tc) adalah 3 - 4.57 min, kondisi ini berarti merekomendasikan bahwa umur pahat minimal 3 menit pada keausan tepi VB=0.125 mm.

Oleh karena itu perlu dibuktikan dengan melihat laju pembuangan geram,

untuk laju pembuangan geram (MRR) dan volume geram (Qc) yang terbuang

dapat dilihat dari turunan persamaan 2.6, persamaannya adalah:

MRR=V.f.a (cm3/min)……….………..(4.7)

Qc=MRR.Tc (cm3)……….………(4.8)

Tabel 4.11 Laju Pembuangan Geram dan Volume Geram Yang Terbuang

V F A MRR Tc Qc (m/min) (mm/rev) (mm) (cm3/min) (min) (cm3)

Response surface methodology

200 0.16 1.1 35.2 4.57448 161.022

Percobaan

225 0.125 1.1 30.9375 4.69 145.097

200 0.1 1 20 5.17 103.4

Pada Tabel 4.11 laju pembuangan geram dan volume geram yang terbuang kondisi pemotongan optimum dengan menggunakan response surface methodology pada laju pemotongan 225 terlihat laju pembuangan geram lebih kecil dibanding dengan hasil percobaan, sedangkan pada kondisi laju pemotongan 200 laju pembuangan geram lebih besar. Dalam hal ini kondisi pemotongan optimum yang yang paling tepat dengan hasil percobaan adalah pada laju pemotongan 200 m/min laju pemakanan 0.16 mm/rev dan kedalaman potong 1.1 mm.

   

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan

Berdasarkan hasil pengolahan dan analisa datayang dilakukan pada proses bubut keras, kering dan pemesinan laju tinggi baja AISI 4140 dengan kekerasan 55 HRC menggunakan pahat CBN dapat disimpulkan sebagai berikut:

1. Bahwa pada umumnya kinerja pahat CBN diketahui oleh pertumbuhan aus tepi.

2. Aus tepi yang terjadi, pertumbuhannya dapat dikelompokkan kepada 3 fasa yaitu

fasa aus inisial, fasa aus gradual dan fasa aus mendadak.

3. Selain Aus tepi, aus kawah ada sedikit dijumpai pada beberapa kondisi

pemotongan. Namun aus kawah tidak signifikan dalam menentukan umur pahat.

4. Dari penelitian ini direkomendasikan bahwa penggunaan pahat CBN dapat

digunakan hingga nilai aus tepiVB 0.125 mm. Pada kondisi tersebut kerusakan/aus pahat masih dapat terkendali dalam artian pahat tidak akan mengalami kerusakan yang serta merta apabila VB sedikit melebihi batas tersebut.

5. Grafik Log-log laju pemotongan versus umur pahat yang diplot pada

keadaaanVB= 0.125 mm menunjukkan bahwa karakteristik umur pahat dapat

disusun menggunakan model Taylor VTn=C dimana diperoleh nilai n=0.226 dan

C =312.12 dalam waktu T=1 menit. Dari itu model Taylor dapat dituliskan menjadi VT0.226=312.12.

6. Model umur pahat Taylor selanjutnya dapat diekspansi dengan

menghasilkan model umur pahat sehingga pengembangan model Taylor yaitu

:

7. Dari analisis RSM kondisi pemotongan optimum yang diperoleh untuk

kondisi pada penelitian ini adalah pada laju pemotongan V=225 m/min,

laju pemakanan f=0.148mm/rev,kedalaman potong a=1.1 mm dan laju

pemotongan V=200 m/min, laju pemakanan f=0.16 mm, kedalaman

potong a=1.1mm.

8. Volume yang terbuang (Qc) pada kondisi pemotongan optimum yang

diperoleh selanjutnya dibandingkan dengan data pengujian maka kondisi pemotongan optimum yang yang paling tepat adalah pada laju pemotongan 200 m/min laju pemakanan 0.16 mm/rev dan kedalaman

potong 1.1 mm dengan volume pembuangan geram 161.02 cm3.

5.2 Saran

Dari hasil penelitian yang dilakukan kiranya perlu dilakukan penelitian lanjutan yang berkaitan dengan umur pahat (Tc) terhadap permukaan benda kerja

(Ra) dan volume pembuangan geram (Qc). Pada proses pemesianan laju tinggi

yang dilakukan pada bahan berkekerasan tinggi yang dilakukan dalam konsep

pemesinan kering yang selanjutnya mengacu kepada design manufaktur pahat

CBN terhadap ketiga konsep pemesinan termaju. Selain itu proses pemesinan sebaiknya dilakukan dengan menggunakan mesin CNC yang lebih presisi.

DAFTAR PUSTAKA

C. H. Che Haron, A. Ginting and J. H. Goh. Wear of coated and uncoated carbides in turning tool steel. Journal of Materials Processing Technology 2 October 2001, Pages 49-54.

E. Aslan. Experimental investigation of cutting tool performance in high speed cutting of hardened X210 Cr12 cold-work tool steel (62 HRC) .Material and design 26 (2005)21-27

G. Sutter, Chip geometries during high-speed machining for orthogonal cutting conditions. International Journal of Machine Tools & Manufacture 45 (2005) 719–726

J.A. Arsecularatnea, L.C. Zhanga, C. Montross. Wear and tool life of tungsten carbide, PCBN and PCD cutting tools International Journal of Machine Tools & Manufacture 46 (2006) 482–491

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

Rochim T, teori dan teknologi permesinan, HEDS. 1993.

Schultz, H. ;and Moriwaki, T. High speed Machining. Annals of the CIRPP. 1992.

Sreejith, P.S and Ngoi, B.K.A.. Dry machining, machining of the future. J. Mater.Proc. Technologi. 2000.

Tugrul O¨ zel*, Yig_˘it Karpat. Predictive modeling of surface roughness and tool wear in hard turning using regression and neural networks. International Journal of Machine Tools & Manufacture 45 (2005) 467–479

T. Ozel a, Y. Karpat b, A. Srivastava (3)cHard turning with variable micro-geometry PcBN tools CIRP Annals - Manufacturing Technology (2008)

W. Gresik*, T. Wanat. Surface finish generated in hard turning of quenched alloy steel parts using conventional and wiper ceramic insert. Journal of Materials Processing Technology (2006)

Yong Huanga, Ty G. Dawson. Tool crater wear depth modeling in CBN hard turning

LAMPIRAN :

DAFTAR NOTASI DAN ISTILAH

a : _{Kedalaman potong (depth of cut)} mm

To : _{Tebal serpihan sebelum pemotongan} mm

Tc : _{Tebal serpihan setelah pemotongan} mm

t : _{Temperatur potong} oC

C : _{Panas spesifik (specific heat)} J/KgoC

d : _{Diameter rata-rata benda kerja} mm

dm : _{Diameter akhir benda kerja} mm

do : _{Diameter mula benda kerja} mm

E : _{Modulus elastisitas (modulus of elasticity)} MPa

f : _{Laju suapan} mm/rev

G : _{Modulus elastisitas geser (shear modulus)} MPa

Ro : _{Radius Serpihan} mm

Lf : _{Panjang bidang kontak pahat-serpihan} mm

L : _{Panjang bidang gesek serpihan} mm

hc : _{Rasio serpihan}

Wn : _{Lebar kawah pemutus serpihan pada pahat} mm

S : _{Panjang bidang sisi pahat} mm

n : _{Putaran mesin} rpm

Ra : _{Kekasaran Permukaan} _m

h : _{Tinggi kontour kekasaran permukaan} _m

VB : _{Aus sisi pahat} mm

KT : _{Kedalaman aus kawah pahat} mm

rc : _{Radius ujung pahat} mm

Tc : _{Umur Pahat} menit

V : Kecepatan potong (cutting speed) m/min Vc : _{Kecepatan alir serpihan (chip flow velocity)} m/min

Z : _{Kecepatan penghasilan geram (rate of metal removal)} cm3/mnt  : _{Koefisien pemuaian panas (thermal expansion coef.)} oC  :

Berat spesifik (specific weigth) kN/m

3

o : _{Sudut sadak pahat} ( o)

n : _{Sudut pembentuk kawah pemutus serpihan pada pahat} ( o)

λs : _{Sudut miring pahat (oblique inclination angle)} ( o) u : _{Tegangan tarik (ultimate tensile strength)} MPa

y : _{Tegangan geser (tensile yield strength)} MPa

 : _{Poisson's ratio}

 : _Density g/cm3

Ф : _{Sudut patah serpihan} ( o)

Kr : _{Sudut potong utama} ( o)