PENGUKURAN TEMPERATUR MATA PISAU (CUTTING EDGE) PAHAT PADA PROSES DRILLING BAJA KARBON AISI 1045 DENGAN METODE EMBEDDED THERMOCOUPLE
ABSTRAK
PENGUKURAN TEMPERATUR MATA PISAU (CUTTING EDGE) PAHAT
PADA PROSES DRILLING BAJA KARBON AISI 1045 DENGAN
METODE EMBEDDED THERMOCOUPLE
Oleh
Hengki Inata, Dr. Eng Suryadiwansa Harun, Dr. Yanuar Burhanuddin
Salah satu proses permesinan yang sering digunakan dalam industri manufaktur
adalah proses gurdi (drilling) dimana hampir 40-60% dari proses permesinan
merupakan proses gurdi. Dalam proses ini kualitas yang dibutuhkan adalah kehalusan
permukaan dan akurasi dimensi. Salah satu faktor yang mempengaruhi kualitas
proses gurdi adalah temperatur pemotongan. Temperatur pemotongan yang tinggi
menyebabkan kerusakan permukaan benda kerja dan mempercepat keausan mata
pahat sehingga berpengaruh terhadap ketelitian geometri dan biaya produksi. Hal
tersebut yang mendorong penulis untuk melakukan penelitian tentang pengaruh
variabel pemotongan terhadap temperatur proses gurdi pada material AISI 1045.
Tujuannya jelas dengan menguasai pengetahuan tersebut maka proses permesinan
gurdi dapat direncanakan dengan baik.
Untuk mengukur temperatur mata pisau pada proses gurdi digunakan termokopel
ditanam pada benda kerja. Penelitian ini menggunakan variasi pada kecepatan putaran
spindel (443, 635 dan 970rpm), gerak makan (0,10mm/r, 0,18mm/r, 0,24mm/r) dan
tanpa cairan pendingin.
Dari hasil penelitian temperatur pemotongan yang paling tinggi diperoleh sebesar
218,557oC pada kondisi pemotongan (V : 970rpm, f : 0,24mm/r), sedangkan
temperatur yang terendah sebesar 131,071oC pada kondisi pemotongan (V : 443rpm,
f : 0,10mm/r). Kecepatan putaran spindel dan kecepatan makan mempengaruhi
temperatur pemotongan khususnya pada mata pisau seiring peningkatan kecepatan
puataran spindel dan kecepatan makan. Berdasarkan warna geram peningkatan
kecepatan mengakibatkan perubahan warna material benda kerja dari warna asli
menjadi coklat atau biru. Hal ini mengindikasikan adanya kenaikan temperatur.
Kata kunci : proses gurdi, AISI 1045, termokopel, mata pisau.
I. PENDAHULUAN
A. Latar Belakang
Perkembangan teknologi telah merubah industri manufaktur menjadi sebuah
industri yang harus dapat berkembang dan bersaing secara global. Pada dasarnya
seluruh elemen dalam sebuah industri akan ikut berkembang seiring dengan
tingginya tuntutan dalam sebuah industri manufaktur yang mengharapkan produk
hasil yang mengutamakan kualitas, kuantitas serta pencapaian target produksi dan
biaya produksi yang ekonomis.
Sebuah industri manufaktur tidak lepas dari adanya proses pemesinan yang
menjadi inti dari sebuah proses produksi. Keutamaan proses permesinan adalah
hasil prosesnya (produk) mempunyai dimensi dan kehalusan permukaan yang
lebih akurat/presisi dibandingkan dengan proses produksi yang lain seperti proses
produksi pembentukan dan lain-lain. Disamping itu, sekitar 70 % dari total proses
produksi industri menggunakan proses permesinan.
Proses gurdi (lihat gambar 1) merupakan salah satu proses pemesinan yang paling
banyak dijumpai, dari bengkel kecil sampai ke industri manufaktur, dimana
diperkirakan 40 – 60% dari proses permesinan secara keseluruan [Yang, 2009].
2
pahat
komponen
(benda kerja)
Gambar 1. Proses Gurdi
Dalam dunia industri khususnya dibidang manufaktur ketelitian dalam pembuatan
lubang oleh proses permesinan gurdi pada sebuah material sangat dibutuhkan.
Pada proses ini terdapat beberapa faktor yang mempengaruhi kualitas hasil akhir
dari proses pemotongan benda kerja. Temperatur pemotongan merupakan salah
satu faktor yang harus diperhatikan selama proses permesinan karena temperatur
penggurdian berpengaruh terhadap tingkat ketelitian geometri benda kerja dan
selanjutnya keekonomian proses permesinan. Temperatur pemotongan yang tinggi
yang dihasilkan selama proses permesinan dapat menyebabkan kerusakan
permukaan benda kerja [Kalpakjian, 2001] dan mempercepat keausan pahat
karena proses difusi [Trent, 2000 ; Kalpakjian 2001 ; Ren, 2000] yang memicu
penurunan umur pahat secara drastis. Ketika keausan pahat meningkat, gaya
pemotongan, getaran dan temperatur pemotongan akan meningkat, oleh karena
itu, keausan pahat itu menyebabkan kerusakan integritas permukaan benda kerja
dan rendahnya akurasi dimensi benda kerja.
Hal tersebut yang mendorong penulis untuk melakukan penelitian tentang
pengaruh variabel pemotongan terhadap temperatur pemotongan khususnya
selama proses gurdi pada material AISI 1045. Tujuannya jelas bahwa karena
3
dengan menguasai pengetahuan tersebut proses permesinan gurdi dapat
direncanakan dengan baik.
Beberapa peneliti tentang temperatur pemotongan gurdi selama proses permesinan
telah dilakukan baik secara eksperimen maupun teoritis [Ueda et al. 2007]
melakukan penelitian tentang pengukuran temperatur pada mata pisau (cutting
edge) pahat dengan metode two-color pyrometer. Dalam penelitiannya, Ueda
menginvestigasikan pengaruh variabel pemotongan yaitu kecepatan potong dan
feeding dalam kondisi pemotongan oil-mist. Ozcelik et al. (2005) juga melakukan
penelitian temperatur pemotongan pada daerah geram pahat. Pada penelitiannya,
Ozcelik mengukur temperatur pemotongan dengan menggunakan metode
termokopel yang ditanam kedalam lubang pendingin pahat drill. Pada penelitian
yang lain, pengukuran temperatur pemotongan gurdi bisa juga dengan metode
scanning electron microscope [Mills, 1981] dan termokopel sensitive paint [Koch,
1971]. Secara teoritis, temperatur pemotongan gurdi bisa dihitung dengan metode
elemen hingga [Bone, 2002].
Dalam studi ini temperatur pemotongan pada daerah kontak antara mata pisau
(cutting edge) pahat gurdi dan benda kerja diukur menggunakan termokopel yang
ditanam pada benda kerja.
B. Tujuan Penelitian
Adapun tujuan yang ingin dicapai dalam penelitian ini adalah:
1. Mengukur temperatur pada pahat saat proses drilling dengan metode embedded
thermocouple.
4
2. Menganalisa pengaruh parameter pemotongan yaitu kecepatan potong dan
gerak makan terhadap temperatur pemotongan tanpa cairan pendingin
utamanya pada daerah deformasi geser selama proses permesinan gurdi.
C. Batasan Masalah
Batasan masalah dalam penelitian ini adalah :
1. Benda kerja menggunakan baja karbon AISI 1045.
2. Termokopel yang digunakan pada penelitian adalah termokopel tipe K.
3. Mata bor yang digunakan menggunakan material jenis HSS.
4. Temperatur yang diukur adalah pada daerah kontak antara cutting edge dengan
permukaan benda kerja yang dipotong.
5. Proses pemotongan dilakukan tanpa cairan pendingin.
D. Manfaat Penelitian
Secara umum penelitian ini bermanfaat untuk memperkaya ilmu tentang pengaruh
parameter pemotongan pada permesinan gurdi (drilling) terhadap temperatur yang
terjadi selama proses pemotongan (deformasi plastis) sehingga proses permesinan
gurdi bisa direncanakan dengan baik. Disamping itu, data yang dihasilkan
(temperatur) dapat digunakan untuk memverifikasi data temperatur pemotongan
hasil permodelan atau simulasi secara numeric misalnya finite element method (
FEM).
5
E. Sistematika Penulisan
Sistematika penulisan tugas akhir adalah sebagai berikut:
I. PENDAHULUAN
Pada bab ini menguraikan latar belakang, tujuan, batasan masalah dan sistematika
penulisan.
II. TINJAUAN PUSTAKA
Pada bab ini menguraikan tinjauan pustaka yang dijadikan sebagai landasan teori
untuk mendukung penelitian ini.
III. METODE PENELITIAN
Pada bab ini menjelaskan metode tentang langkah-langkah, alat dan bahan yang
dilakukan untuk mencapai hasil yang diharapkan dalam penelitian ini.
IV. HASIL DAN ANALISA
Pada bab ini menguraikan hasil dan membahas yang diperoleh dari penelitian ini.
V. SIMPULAN DAN SARAN
Pada bab ini memberikan kesimpulan dari hasil dan pembahasan sekaligus
memberikan saran yang dapat menyempurnakan penelitian ini.
V. SIMPULAN DAN SARAN
A. Simpulan
Berdasarkan hasil penelitian pengaruh parameter pemotongan gurdi terhadap
temperatur mata pisau (cutting edge) pahat maka dapat diambil beberapa
kesimpulan yaitu:
1.
Temperatur pemotongan yang paling tinggi yaitu sebesar 218,557°C pada
kondisi pemotongan 970 rpm dan kecepatan makan 0,24 mm/rev,
sedangkan temperatur yang paling rendah didapatkan yaitu sebesar
131,071oC pada kondisi pemotongan 443 rpm dan kecepatan makan 0,10
mm/rev.
2.
Kecepatan potong (kecepatan putaran spindel) mempengaruhi temperatur
pemotongan khususnya pada mata pisau (cutting edge) pahat dimana
temperatur pemotongan meningkat seiring peningkatan kecepatan potong.
Hal ini diakibatkan oleh peningkatan daya geser sehingga energi panas
yang dihasilkan selama proses pemotongan gurdi meningkat.
3.
Kecepatan makan juga mempengaruhi temperatur pemotongan khususnya
pada mata pisau (cutting edge) pahat dimana temperatur pemotongan
meningkat seiring peningkatan kecepatan makan. Hal ini disebabkan
65
semakin cepatnya kecepatan makan maka luas geser yang dihasilkan
semakin besar sehingga temperatur yang dihasilkan meningkat.
4.
Berdasarkan Investigasi warna geram, peningkatan kecepatan putaran
spindel menghasilkan perubahan warna asli material menjadi coklat dan
biru. Ini mengindikasikan terjadi peningkatan temperatur terhadap
kenaikan kecepatan potong.
B. Saran
Berdasarkan penelitian yang telah dilakukan ada beberapa saran yang dapat
diberikan, yaitu:
1. Perlu dilakukan penelitian lebih lanjut tentang pengaruh kedalaman potong
terhadap temperatur pemotongan.
2. Perlu investigasi lebih lanjut pengaruh perubahan diameter terhadap
temperatur.
PENGUKURAN TEMPERATUR MATA PISAU (CUTTING EDGE) PAHAT
PADA PROSES DRILLING BAJA KARBON AISI 1045 DENGAN
METODE EMBEDDED THERMOCOUPLE
Oleh
Hengki Inata, Dr. Eng Suryadiwansa Harun, Dr. Yanuar Burhanuddin
Salah satu proses permesinan yang sering digunakan dalam industri manufaktur
adalah proses gurdi (drilling) dimana hampir 40-60% dari proses permesinan
merupakan proses gurdi. Dalam proses ini kualitas yang dibutuhkan adalah kehalusan
permukaan dan akurasi dimensi. Salah satu faktor yang mempengaruhi kualitas
proses gurdi adalah temperatur pemotongan. Temperatur pemotongan yang tinggi
menyebabkan kerusakan permukaan benda kerja dan mempercepat keausan mata
pahat sehingga berpengaruh terhadap ketelitian geometri dan biaya produksi. Hal
tersebut yang mendorong penulis untuk melakukan penelitian tentang pengaruh
variabel pemotongan terhadap temperatur proses gurdi pada material AISI 1045.
Tujuannya jelas dengan menguasai pengetahuan tersebut maka proses permesinan
gurdi dapat direncanakan dengan baik.
Untuk mengukur temperatur mata pisau pada proses gurdi digunakan termokopel
ditanam pada benda kerja. Penelitian ini menggunakan variasi pada kecepatan putaran
spindel (443, 635 dan 970rpm), gerak makan (0,10mm/r, 0,18mm/r, 0,24mm/r) dan
tanpa cairan pendingin.
Dari hasil penelitian temperatur pemotongan yang paling tinggi diperoleh sebesar
218,557oC pada kondisi pemotongan (V : 970rpm, f : 0,24mm/r), sedangkan
temperatur yang terendah sebesar 131,071oC pada kondisi pemotongan (V : 443rpm,
f : 0,10mm/r). Kecepatan putaran spindel dan kecepatan makan mempengaruhi
temperatur pemotongan khususnya pada mata pisau seiring peningkatan kecepatan
puataran spindel dan kecepatan makan. Berdasarkan warna geram peningkatan
kecepatan mengakibatkan perubahan warna material benda kerja dari warna asli
menjadi coklat atau biru. Hal ini mengindikasikan adanya kenaikan temperatur.
Kata kunci : proses gurdi, AISI 1045, termokopel, mata pisau.
I. PENDAHULUAN
A. Latar Belakang
Perkembangan teknologi telah merubah industri manufaktur menjadi sebuah
industri yang harus dapat berkembang dan bersaing secara global. Pada dasarnya
seluruh elemen dalam sebuah industri akan ikut berkembang seiring dengan
tingginya tuntutan dalam sebuah industri manufaktur yang mengharapkan produk
hasil yang mengutamakan kualitas, kuantitas serta pencapaian target produksi dan
biaya produksi yang ekonomis.
Sebuah industri manufaktur tidak lepas dari adanya proses pemesinan yang
menjadi inti dari sebuah proses produksi. Keutamaan proses permesinan adalah
hasil prosesnya (produk) mempunyai dimensi dan kehalusan permukaan yang
lebih akurat/presisi dibandingkan dengan proses produksi yang lain seperti proses
produksi pembentukan dan lain-lain. Disamping itu, sekitar 70 % dari total proses
produksi industri menggunakan proses permesinan.
Proses gurdi (lihat gambar 1) merupakan salah satu proses pemesinan yang paling
banyak dijumpai, dari bengkel kecil sampai ke industri manufaktur, dimana
diperkirakan 40 – 60% dari proses permesinan secara keseluruan [Yang, 2009].
2
pahat
komponen
(benda kerja)
Gambar 1. Proses Gurdi
Dalam dunia industri khususnya dibidang manufaktur ketelitian dalam pembuatan
lubang oleh proses permesinan gurdi pada sebuah material sangat dibutuhkan.
Pada proses ini terdapat beberapa faktor yang mempengaruhi kualitas hasil akhir
dari proses pemotongan benda kerja. Temperatur pemotongan merupakan salah
satu faktor yang harus diperhatikan selama proses permesinan karena temperatur
penggurdian berpengaruh terhadap tingkat ketelitian geometri benda kerja dan
selanjutnya keekonomian proses permesinan. Temperatur pemotongan yang tinggi
yang dihasilkan selama proses permesinan dapat menyebabkan kerusakan
permukaan benda kerja [Kalpakjian, 2001] dan mempercepat keausan pahat
karena proses difusi [Trent, 2000 ; Kalpakjian 2001 ; Ren, 2000] yang memicu
penurunan umur pahat secara drastis. Ketika keausan pahat meningkat, gaya
pemotongan, getaran dan temperatur pemotongan akan meningkat, oleh karena
itu, keausan pahat itu menyebabkan kerusakan integritas permukaan benda kerja
dan rendahnya akurasi dimensi benda kerja.
Hal tersebut yang mendorong penulis untuk melakukan penelitian tentang
pengaruh variabel pemotongan terhadap temperatur pemotongan khususnya
selama proses gurdi pada material AISI 1045. Tujuannya jelas bahwa karena
3
dengan menguasai pengetahuan tersebut proses permesinan gurdi dapat
direncanakan dengan baik.
Beberapa peneliti tentang temperatur pemotongan gurdi selama proses permesinan
telah dilakukan baik secara eksperimen maupun teoritis [Ueda et al. 2007]
melakukan penelitian tentang pengukuran temperatur pada mata pisau (cutting
edge) pahat dengan metode two-color pyrometer. Dalam penelitiannya, Ueda
menginvestigasikan pengaruh variabel pemotongan yaitu kecepatan potong dan
feeding dalam kondisi pemotongan oil-mist. Ozcelik et al. (2005) juga melakukan
penelitian temperatur pemotongan pada daerah geram pahat. Pada penelitiannya,
Ozcelik mengukur temperatur pemotongan dengan menggunakan metode
termokopel yang ditanam kedalam lubang pendingin pahat drill. Pada penelitian
yang lain, pengukuran temperatur pemotongan gurdi bisa juga dengan metode
scanning electron microscope [Mills, 1981] dan termokopel sensitive paint [Koch,
1971]. Secara teoritis, temperatur pemotongan gurdi bisa dihitung dengan metode
elemen hingga [Bone, 2002].
Dalam studi ini temperatur pemotongan pada daerah kontak antara mata pisau
(cutting edge) pahat gurdi dan benda kerja diukur menggunakan termokopel yang
ditanam pada benda kerja.
B. Tujuan Penelitian
Adapun tujuan yang ingin dicapai dalam penelitian ini adalah:
1. Mengukur temperatur pada pahat saat proses drilling dengan metode embedded
thermocouple.
4
2. Menganalisa pengaruh parameter pemotongan yaitu kecepatan potong dan
gerak makan terhadap temperatur pemotongan tanpa cairan pendingin
utamanya pada daerah deformasi geser selama proses permesinan gurdi.
C. Batasan Masalah
Batasan masalah dalam penelitian ini adalah :
1. Benda kerja menggunakan baja karbon AISI 1045.
2. Termokopel yang digunakan pada penelitian adalah termokopel tipe K.
3. Mata bor yang digunakan menggunakan material jenis HSS.
4. Temperatur yang diukur adalah pada daerah kontak antara cutting edge dengan
permukaan benda kerja yang dipotong.
5. Proses pemotongan dilakukan tanpa cairan pendingin.
D. Manfaat Penelitian
Secara umum penelitian ini bermanfaat untuk memperkaya ilmu tentang pengaruh
parameter pemotongan pada permesinan gurdi (drilling) terhadap temperatur yang
terjadi selama proses pemotongan (deformasi plastis) sehingga proses permesinan
gurdi bisa direncanakan dengan baik. Disamping itu, data yang dihasilkan
(temperatur) dapat digunakan untuk memverifikasi data temperatur pemotongan
hasil permodelan atau simulasi secara numeric misalnya finite element method (
FEM).
5
E. Sistematika Penulisan
Sistematika penulisan tugas akhir adalah sebagai berikut:
I. PENDAHULUAN
Pada bab ini menguraikan latar belakang, tujuan, batasan masalah dan sistematika
penulisan.
II. TINJAUAN PUSTAKA
Pada bab ini menguraikan tinjauan pustaka yang dijadikan sebagai landasan teori
untuk mendukung penelitian ini.
III. METODE PENELITIAN
Pada bab ini menjelaskan metode tentang langkah-langkah, alat dan bahan yang
dilakukan untuk mencapai hasil yang diharapkan dalam penelitian ini.
IV. HASIL DAN ANALISA
Pada bab ini menguraikan hasil dan membahas yang diperoleh dari penelitian ini.
V. SIMPULAN DAN SARAN
Pada bab ini memberikan kesimpulan dari hasil dan pembahasan sekaligus
memberikan saran yang dapat menyempurnakan penelitian ini.
V. SIMPULAN DAN SARAN
A. Simpulan
Berdasarkan hasil penelitian pengaruh parameter pemotongan gurdi terhadap
temperatur mata pisau (cutting edge) pahat maka dapat diambil beberapa
kesimpulan yaitu:
1.
Temperatur pemotongan yang paling tinggi yaitu sebesar 218,557°C pada
kondisi pemotongan 970 rpm dan kecepatan makan 0,24 mm/rev,
sedangkan temperatur yang paling rendah didapatkan yaitu sebesar
131,071oC pada kondisi pemotongan 443 rpm dan kecepatan makan 0,10
mm/rev.
2.
Kecepatan potong (kecepatan putaran spindel) mempengaruhi temperatur
pemotongan khususnya pada mata pisau (cutting edge) pahat dimana
temperatur pemotongan meningkat seiring peningkatan kecepatan potong.
Hal ini diakibatkan oleh peningkatan daya geser sehingga energi panas
yang dihasilkan selama proses pemotongan gurdi meningkat.
3.
Kecepatan makan juga mempengaruhi temperatur pemotongan khususnya
pada mata pisau (cutting edge) pahat dimana temperatur pemotongan
meningkat seiring peningkatan kecepatan makan. Hal ini disebabkan
65
semakin cepatnya kecepatan makan maka luas geser yang dihasilkan
semakin besar sehingga temperatur yang dihasilkan meningkat.
4.
Berdasarkan Investigasi warna geram, peningkatan kecepatan putaran
spindel menghasilkan perubahan warna asli material menjadi coklat dan
biru. Ini mengindikasikan terjadi peningkatan temperatur terhadap
kenaikan kecepatan potong.
B. Saran
Berdasarkan penelitian yang telah dilakukan ada beberapa saran yang dapat
diberikan, yaitu:
1. Perlu dilakukan penelitian lebih lanjut tentang pengaruh kedalaman potong
terhadap temperatur pemotongan.
2. Perlu investigasi lebih lanjut pengaruh perubahan diameter terhadap
temperatur.