7 Geometri pada operasi milling bidang permukaan
3.3 TAHAP ANALISIS MODEL
Pada tahap ini dilakukan analisis dan interpretasi, yaitu memberikan ulasan atau pandangan terhadap hasil pengolahan. Tahap ini juga menganalisis sensitivitas model optimisasi multiobjektif terhadap perubahan parameter pemotongan dan juga perubahan batasan model.
Analisis sensitivitas dilakukan denga mengubah parameter pemotongan dana batasan-batasan model. Pada penelitian ini, analisis sensitivitas dilakukan dengan mengubah besar diameter pahat dan juga mengubah batasan maksimum gaya pemotongan dan daya mesin.
3.4 TAHAP KESIMPULAN DAN SARAN
Tahap ini berisi tentang kesimpulan dari penelitian yang telah dilakukan dan juga saran-saran untuk penelitian selanjutnya. Kesimpulan dari penelitain ini adalah menjawab permasalahan yang diteliti pada penelelitian ini yaitu berapakah parameter pemotongan yaitu feed per tooth dan cutting speed yang optimal. Saran yang diberikan dapat memberi masukan untuk langkahh penelitian selanjutnya.
BAB IV PENGEMBANGAN MODEL OPTIMISASI
Pada proses optimisasi pemesinan pada milling, terdapat beberapa hal yang berpengaruh terhadap proses pemesinan terdiri dari elemen dasar pemesinan, jenis benda kerja yang dikerjakan, jenis alat potong dan waktu pemesinan. Hal-hal tersebut diperhatikan dengan baik untuk memperoleh hasil yang optimum.
4.1. MODEL OPTIMISASI PADA PROSES MILLING
Proses pemesinan pada milling, model optimisasi diklasifikasikan menjadi dua yaitu model scraping dan mulicotting. Model optimisasi scraping yaitu melakukan pemotongan single-pass mengasumsikan bahwa hanya satu gerakan pemakanan yang diperlukan untuk membuat geometri yang diinginkan. Sedangkan model optimisasi multi-pass mengasumsikan bahwa dibutuhkan beberapa gerakan pemakanan untuk membuat geometri yang diinginkan. Penelitian ini hanya akan dibahas mengenai pengembangan model optimisasi pada milling single-pass.
Salah satu karakteristik kualitas yang penting dalam proses manufaktur adalah kekasaran permukaan produk (Ra). Semakin rendah kekasaran permukaan suatu produk maka diperlukan waktu pemesinan yang semakin lama. Perusahaan menginginkan waktu pemesinan yang seminimal mungkin untuk meningkatkan produktifitas. Dikarenakan terjadi trade-off antara meminimalkan kekasaran permukaan dan meminimalkan waktu pemesinan maka permasalahan ini termasuk permasalahan multiobjektif.
Metode pendekatan telah dikembangkan untuk menyelesaikan permasalahan multiobjektif terdiri dari pareto optimality, necessary and sufficient conditions, efficiency and dominance, compromise solution dan function transformation (Marler dkk., 2004). Penelitian ini mempunyai dua fungsi tujuan yaitu meminimalkan kekasaran permukaan dan meminimalkan waktu pemesinan, dimana dua fungsi tujuan tersebut mempunyai satuan yang berbeda. Salah satu cara untuk menyelesaikan permasalahan ini adalah dengan menggunakan model Metode pendekatan telah dikembangkan untuk menyelesaikan permasalahan multiobjektif terdiri dari pareto optimality, necessary and sufficient conditions, efficiency and dominance, compromise solution dan function transformation (Marler dkk., 2004). Penelitian ini mempunyai dua fungsi tujuan yaitu meminimalkan kekasaran permukaan dan meminimalkan waktu pemesinan, dimana dua fungsi tujuan tersebut mempunyai satuan yang berbeda. Salah satu cara untuk menyelesaikan permasalahan ini adalah dengan menggunakan model
4.1.1 Penentuan fungsi tujuan
Salah satu karakteristik kualitas adalah kekasaran permukaan suatu produk. Semakin rendah kekasaran permukaan yang diingikan, semakin lama pula waktu pemesinan yang diperlukan. Namun disisi lain, perusahaan menginginkan waktu pemesinan yang seminimal mungkin untuk meningkatkan produktivitas. Oleh karena itu, penelitian ini bertujuan untuk meminimumkan kekasaran permukaan dan meminimalkan waktu pemesinan.
Penelitian ini mengembangkan penelitian yang sudah dilakukan oleh Nafis (2005) dengan menambah satu fungsi tujuan yaitu minimasi kekasaran permukaan. Pada penelitian yang dilakukan Nafis (2005) kekasaran permukaan merupakan salah satu batasan yang dipertimbangkan yang kemudian pada penelitian ini dijadikan fungsi tujuan. Pada penelitian ini fungsi tujuan yang digunakan yaitu meminimumkan waktu pemesinan dan kekasaran permukaan yaitu sebegai berikut:
1. Waktu pemesinan
Waktu pemesinan adalah total waktu yang dibutuhkan untuk menyelesaikan suatu benda kerja. Waktu pemesinan dapat dihitung dengan cara membagi panjang benda kerja yang akan diproses dengan kecepatan pemakanan atau feed rate. Sonmez dkk (1997) menyatakan bahwa untuk operasi milling, waktu pemesinan dinyatakan sebagai berikut :
Tm =
dengan; Tm : waktu pemesinan (detik) l : panjang benda kerja (mm)
f :feed rate (mm/menit)
Feed rate merupakan kecepatan pemakanan pada proses milling yang dapat dinyatakan dalam feed per tooth, spindle speed dan jumlah mata pahat seperti pada persamaan (2.2). Spindle speed dapat juga dinyatakan dalam kecepatan pemotongan dan diameter pahat seperti pada persamaan (2.1). Maka persamaan waktu pemesinan dapat disubtitusikan dengan persamaan (2.1) dan (2.2) sehingga menjadi (Ahmad dkk., 2005):
Tm =
䪨úV 㰨yyy
dengan; Tm : waktu pemesinan (detik)
l : panjang benda kerja (mm)
D : Diameter pahat (mm)
f z : feed per tooth (mm/tooth)
V : kecepatan pemotongan (mm/menit) Z n : jumlah mata pahat
π : phi dengan nilai 3,14
2. Kekasaran Permukaan
Kekasaran permukaan dinyatakan sebagai fungsi dari geometri pahat dan feed per tooth . Kekasaran permukaan dapat dinyatakan dengan persamaan sebagai berikut (Ahmad dkk, 2005):
………………………………(4.3) dengan; Ra : kekasaran permukaan (µmm)
D : Diameter pahat (mm)
f z : feed per tooth (mm/tooth)
4.1.2 Penentuan Batasan
Kondisi pemotongan yang optimal memenuhi beberapa batasan teknologi. Mesin, alat potong dan spesifikasi benda kerja merupakan sumber dari batasan
1. Gaya Pemotongan
Gaya pemotongan yang digunakan tidak boleh melebihi batas gaya pemotongan maksimum. Apabila gaya pemotongan melebihi batas yang diijinkan
terjadi chatter. Gaya pemotongan dapat dinyatakan (Sandvik, 2003) sebagai berikut :
1 Kc = Kc .h m mc ≤ Kc max …………………………(4.4)
Ketebalan geram dapat dinyatakan dengan persamaan (sandvik, 2003) sebagai berikut:
suh Ǩc.㰨 y.≤. ú.V.锸opsuh
dengan Kr adalah besar sudut pada alat potong dan a adalah working engagement. Persamaan gaya pemotongan kemudian disubtitusikan (Sandvik, 2003) ke persamaan ketebalan geram menjadi:
1 Kc .
suh Ǩc.㰨 y.≤. ú.V.锸opsuh
-mc ≤ Kc
max …..……………..(4.6)
Kc 1 :gaya pemotongan spesifik pada untuk maksimum ketebalan geram sebesar 1 mm (N/mm²)
Kr : besar sudut alat potong (º)
a : working engagement(mm)
f z : feed per tooth (mm/min)
D : Diameter pahat (mm) Kc max : gaya pemotongan maksimum (N/mm²) mc : peningkatan pada gaya pemotongan spesifik
π : phi dengan nilai 3,14
2. Daya Mesin
Daya mesin atau power yang dibutuhkan tidak boleh melebihi daya mesin maksimum pada mesin. Daya mesin pada mesin milling dapat dinyatakan (Sanvdvik, 2003) sebagai berikut:
P=
흰.≤. .ǨƼ 㕈y.㰨y .
≤P max …..…………….…..……..(4.7)
Kc merupakan gaya potong yang dijabarkan pada persamaan diatas, kemudian persamaan gaya potong tersebut disubtitusikan pada persamaan daya mesin, menjadi :
㕈y.㰨y .
suh Ǩc.㰨 y.≤.
ú.V.锸opsuh
Ƽ ≤P max …..…………..(4.8)
Feed rate merupakan kecepatan pemakanan pada proses milling yang dapat dinyatakan dalam feed per tooth, spindle speed dan jumlah mata pahat seperti pada persamaan (2.2). Spindle speed dinyatakan dalam cutting speed dan diameter pahat seperti pada persamaan (2.1). Maka persamaan diatas dapat disubtitusikan dengan persamaan (2.1) dan (2.2) menjadi :
흰.≤. .㰨yyy. . ǨƼ
㕈y.㰨y . .ú.V
suh Ǩc.㰨 y.≤.
ú.V.锸opsuh
Ƽ ≤P
max …….…..(4.9)
Daya mesin harus dibawah batas maksimal mesin untuk menghindari overload yang berlebihan dari spindel motor. Disisi lain, jika daya mesin sangat kecil dari kekuatan spindel motor maka mesin tidak akan berfungsi secara maksimal (Sandvik, 2003).
3. Spindle Speed
Spindle speed adalah kecepatan putaran alat potong dalam proses milling yang dihasilkan oleh putaran spindel pada mesin. Spindle speed pada milling dinyatakan dalam kecepatan potong atau cutting speed pada benda kerja yang dipengaruhi oleh besarnya diameter pahat. Spindle speed dapat dirumuskan sebagai berikut (Ahmad dkk., 2005) : Spindle speed adalah kecepatan putaran alat potong dalam proses milling yang dihasilkan oleh putaran spindel pada mesin. Spindle speed pada milling dinyatakan dalam kecepatan potong atau cutting speed pada benda kerja yang dipengaruhi oleh besarnya diameter pahat. Spindle speed dapat dirumuskan sebagai berikut (Ahmad dkk., 2005) :
úV
N max …..……………………..(4.10)
Spindle speed yang digunakan tidak boleh melebihi batas maksimum spindle speed yang diijinkan oleh mesin. Besarnya batas maksimum spindel motor pada mesin tergantung dengan jenis mesin yang digunakan.
4. Batasan Variabel
Variabel keputusan dalam permasalahan ini adalah feed per tooth dan cutting speed . Kedua variabel keputusan dapat diubah-ubah nilainya sesuai dengan kebutuhan untuk menentukan kondisi pemotongan yang paling optimal. Variabel keputusan juga mempengaruhi besarnya batasan yang ada dalam pemesinan. Optimum feed per tooth dan cutting speed harus berada dalam range yang ditentukan oleh minimum dan maksimum feed rate dan spindel speed dari mesin.
Permasalahan multiobjektif dengan fungsi tujuan untuk meminimumkan waktu pemesinan dan kekasaran permukaan dengan batasan pemesinan meliputi daya mesin, gaya potong dan spindle speed dan batasan variabel antara rentang maksimum dan minimum dari cutting speed dan feed per tooth.
Meminimumkan;
Tm =
䪨úV 㰨yyy
츸 ≤ 318 4 Batasan;
Kc 1 .
suh Ǩc.㰨 y.≤.
ú.V.锸opsuh
-mc ≤ Kc
max
㕈y.㰨y . .ú.V
ú.V.锸opsuh
Ƽ ≤P max
N min
1000
N max
úV̊ Ė 㰨yyy
≤V≤ úV̊ ≤
㰨yyy
4.1.3 Objek Kajian Optimisasi Pada Pengembangan Model
Data pemesinan yang digunakan sebagai input atau masukan optimisasi proses pemesinan untuk meminimumkan kekasaran permukaan dan waktu pemesinan. Data yang dikumpulkan meliputi material produk, spesifikasi mesin CNC dan spesifikasi alat potong. Benda kerja yang diteliti yaitu benda kerja dengan material aluminium 6061. Benda kerja tersebut berbentuk balok dengan dimesni awal (raw material) 600mmx600mmx100mm. Aluminium 6061 mempunyai kekerasan sebesar 95-97 HB dan dapat tahan pada suhu 100º. Alumunium 6061 digunakan untuk komponen pesawat dan kompenen alat transportasi. Spesifikasi benda kerja penting karena berpengaruh pada pemilihan jenis mesin dan alat potong yang digunakan. Pemilihan jenis mesin dan alat potong yang sesuai dengan kriteria yang diperlukan untuk optimisasi pengerjaan benda kerja tersebut.
Gambar 4.1 Benda kerja dan pahat
Di dalam proses milling, terdapat beberapa parameter pemotongan antara lain diameter alat potong, jumlah mata pahat, kedalaman pemakanan atau depth of cut, spindle speed, cutting speed dan feed per tooth. Parameter pemotongan diitentukan berdasarkan batasan yang terdapat pada mesin, pahat yang digunakan dan benda kerja yang diproses. Mesin dan alat potong mempunyai batasan terdiri dari daya mesin dan gaya potong, batasan ini juga dipertimbangkan dalam perhitungan. Jenis mesin dan alat potong yang digunakan sesuai dengan kriteria yang diperlukan untuk memproses benda kerja yang diteliti sehingga proses pemesinan dapat optimum. Mesin yang digunakan adalah mesin Concept mill 55 dengan spesifikasi daya sebesar 0,75 kW, gaya potong sebesar 1000 N dan spindle speed sebesar 750 rpm - 1500 rpm. Alat potong yang digunakan adalah Coromill 245 dengan diameter pahat sebesar 40 mm dan jumlah mata pahat 4. Depth oh cut (d) atau ketebalan benda kerja yang dikurangi sebesar 5 mm. Selain jenis mesin dan alat potong, diperlukan juga katalog pemesinan sebagai rekomendasi pemesinan. Katalog yang digunakan pada penelitian ini yaitu katalog yang diterbitkan oleh SANDVIK.
4.1.4 Penetapan Parameter Pemotongan pada Mesin CNC Milling
Parameter yang dijadikan input model optimisasi ini meliputi parameter pemesinan, parameter benda kerja dan rekomendasi dari SANDVIK.
Tabel 4.1 Parameter pemesinan
Spe s ifikasi Me sin
Simbol
Keterangan
Merk concept mill 55 Daya Mesin
Pmax
0,75 kW Gaya potong
Fmax
1000 N Spindle Speed
Nmin-Nmax
750-1500rpm Feed Rate
fmin-fmax
152-588mm/min
Spe sifikasi Alat Potong
Nama alat potong coroMill 245 Sandvik Jumlah mata potong
Zn
4 Diameter alat potong
D 40
Parame te r Prose s Pe me sinan
Depth of cut d 5 mm working engagement
a 30 mm panjang benda kerja
600 mm Gaya potong spesifik
kc1
700 N/mm2 Pangkat untuk tebal geram rata-rata
mc
0,25 efisiensi mesin
0,95 sudut potong pahat
Kr
45 Pensubtitusian nilai parameter yang diketahui maka diperoleh fungsi
tujuan dan batasan, sebagai berikut:
1. Fungsi tujuan · Meminimumkan waktu pemesinan
Tm =
㕈yy. ,㰨 . y 㰨yyy. . .
(detik)
· Meminimumkan kekasaran permukaan 츸 ≤ 318 .y (µm)
2. Kendala pemesinan · Gaya pemotongan
suh .㰨 y.㕈yy.
,㰨 . y.锸opsuh
· Daya mesin
㕈y.㰨y .y, . ,㰨 . y
,㰨 . y.锸opsuh
y, ≤ 0,75
· Spindle speed
· Batasan variabel keputusan
≤ fz ≤
≤V≤ ,㰨 . y.㰨 yy
㰨yyy
Metode penyelesaian permasalahan multiobjektif dengan metode function transformation. Metode function transformation merupakan metode penyelesaian permasalahan multiobjektif dengan cara mengubah fungsi tujuan yang berbeda satuan menjadi fungsi tujuan yang tidak berdimensi atau tidak bersatuan.
䬈c≤
Fi o merupakan nilai minimal masing-masing fungsi tujuan dan Fi max merupakan nilai maksimal masing-masing fungsi tujuan.
4.1.5 Maksimum Waktu Pemesinan
Maksimum waktu pemesinan merupakan waktu pemesinan paling lama untuk melakukan proses pemesinan. Untuk memperoleh besarnya waktu pemesinan dilakukan model optimisasi dengan fungsi tujuan maksimasi waktu pemesinan dangan batasan pemesinan yaitu batasan mesin dan batasan alat potong.
1. Fungsi tujuan · Maksimasi waktu pemesinan
Tm =
㕈yy. ,㰨 . y 㰨yyy. . .
2. Kendala pemesinan · Gaya pemotongan
suh .㰨 y.㕈yy.
· Daya mesin
.㕈yy. .㰨yyy. . . yy 㕈y.㰨y .y, . ,㰨 . y
suh .㰨 y.㕈yy.
,㰨 . y.锸opsuh
y, ≤ 0,75
· Spindle speed 750
· Batasan variabel keputusan
≤ fz ≤
≤V≤ ,㰨 . y.㰨 yy
㰨yyy
Menggunakan software LINGO 9.0 sebagai solver diperoleh maksimum waktu pemesinan sebesar 3,947 detik dengan cutting speed sebesar 94,2 m/menit
dan feed per tooth sebesar 0,051 mm/tooth.
4.1.6 Minimasi Waktu Pemesinan
Minimasi waktu pemesinan merupakan waktu pemesinan yang paling minimum untuk melakukan proses pemesinan. Untuk memperoleh besarnya waktu pemesinan dilakukan model optimisasi dengan fungsi tujuan minimasi waktu pemesinan dangan batasan pemesinan yaitu batasan mesin dan batasan alat potong.
1. Fungsi tujuan · Minimasi waktu pemesinan
Tm =
㕈yy. ,㰨 . y 㰨yyy. . .
2. Kendala pemesinan · Gaya pemotongan
suh .㰨 y.㕈yy.
· Daya mesin
.㕈yy. .㰨yyy. . . yy 㕈y.㰨y .y, . ,㰨 . y
suh .㰨 y.㕈yy.
,㰨 . y.锸opsuh
y, ≤ 0,75
· Spindle speed 750
· Batasan variabel keputusan
≤ fz ≤
≤V≤ ,㰨 . y.㰨 yy
㰨yyy
Menggunakan software LINGO 9.0 sebagai solver diperoleh minimum waktu pemesinan sebesar 1,48 detik dengan cutting speed sebesar 94,2 m/menit
dan feed per tooth sebesar 0,135 mm/tooth.
4.1.7 Maksimasi Kekasaran Permukaan
Maksimasi kekasaran permukaan adalah nilai kekasaran paling tinggi yang dapat terjadi pada saat proses pemesinan. Estimasi kekasaran permukaan yang paling maksimal dapat diperoleh dengan melakukan optimisasi dengan fungsi tujuan untuk memaksimumkan kekasaran permukaan dengan batasan-batasan pemesinan yaitu batasan mesin dan batasan alat potong yang digunakan.
1. Fungsi tujuan · Maksimasi Kekasaran Permukaan
2. Kendala pemesinan · Gaya pemotongan
suh .㰨 y.㕈yy.
,㰨 . y.锸opsuh
· Daya mesin
.㕈yy. .㰨yyy. . . yy 㕈y.㰨y .y, . ,㰨 . y
suh .㰨 y.㕈yy.
,㰨 . y.锸opsuh
y, ≤ 0,75
· Spindle speed 750
· Batasan variabel keputusan
≤ fz ≤
≤V≤ ,㰨 . y.㰨 yy
㰨yyy
Dengan menggunakan software LINGO 9.0 sebagai solver diperoleh maksimum kekasaran permukaan sebesar 0,03630 µm dengan cutting speed
sebesar 94,2 m/menit dan feed per tooth sebesar 0,135 mm/tooth.
4.1.8 Minimasi Kekasaran Permukaan
Minimasi kekasaran permukaan merupakan nilai kekasaran paling rendah yang dapat terjadi pada saat proses pemesinan. Estimasi kekasaran permukaan yang paling minimal dapat diperoleh dengan melakukan optimisasi dengan fungsi tujuan untuk meminimasi kekasaran permukaan dengan batasan-batasan pemesinan yaitu batasan mesin dan batasan alat potong yang digunakan.
1. Fungsi tujuan · Minimasi Kekasaran Permukaan
2. Kendala pemesinan · Gaya pemotongan
suh .㰨 y.㕈yy.
,㰨 . y.锸opsuh
· Daya mesin
.㕈yy. .㰨yyy. . . yy 㕈y.㰨y .y, . ,㰨 . y
suh .㰨 y.㕈yy.
,㰨 . y.锸opsuh
y, ≤ 0,75
· Spindle speed 750
· Batasan variabel keputusan
≤ fz ≤
≤V≤ ,㰨 . y.㰨 yy
㰨yyy
Dengan menggunakan software LINGO 9.0 sebagai solver diperoleh minimasi kekasaran permukaan sebesar 0,00510 µm dengan cutting speed sebesar
94,2 m/menit dan feed per tooth sebesar 0,051 mm/tooth. Hasil optimisasi masing-masing fungsi tujuan dapat dilihat pada tabel 4.2.
Tabel 4.2 Nilai maksimum dan minimum setiap fungsi tujuan
Nilai
Feed per
Tooth (mm/tooth)
Cutting Speed (m/menit)
Minimum (detik)
Maksimum (detik)
Minimum (µm)
Maksimum (µm)
Fungsi Tujuan
waktu pemesinan kekasaran permukaan
4.2 MODEL FUNCTION TRANSFORMATION
Setelah diperoleh nilai maksimum dan minimum masing-masing fungsi tujuan. Selanjutnya, mengubah fungsi tujuan utama menjadi fungsi tujuan yang tidak berdimensi. Cara mengubah fungsi tujuan tersebut dengan cara memasukkan nilai maksimum dan minimum masing fungsi tujuan ke dalam fungsi tujuan utama
䬈c≤
Nilai maksimum dan minimum masing-masing fungsi tujuan dimasukkan ke dalam persamaan diatas sehingga fungsi tujuan menjadi sebagai berikut:
1. Fungsi tujuan
yy,yy 㰨y y,y 㕈 yy,yy 㰨y
2. Kendala pemesinan · Gaya pemotongan
suh .㰨 y.㕈yy.
,㰨 . y.锸opsuh
· Daya mesin
.㕈yy. .㰨yyy. . . yy 㕈y.㰨y .y, . ,㰨 . y
suh .㰨 y.㕈yy.
,㰨 . y.锸opsuh
y, ≤ 0,75
· Spindle speed 750
· Batasan variabel keputusan
≤ fz ≤
≤V≤ ,㰨 . y.㰨 yy
㰨yyy
Menggunakan software LINGO 9.0 sebagai solver diperoleh variabel keputusan yang paling optimum yaitu feed per tooth sebesar 0,086 mm/tooth dan kecepatan pemotongan sebesar 94,2 m/menit dengan lama waktu pemesinan yaitu 2,326 detik dan kekasaran permukaan sebesar 0,015 µm.
4.3.6 Pembobotan Fungsi Tujuan
Setiap fungsi tujuan mempunyai tingkat kepentingan yang berbeda. Olek karena itu diperlukan pembobotan untuk masing-masing fungsi tujuan. Bobot waktu pemesinan disimbolkan dengan 㰨 dan bobot fungsi tujuan untuk kekasaran permukaan disimbolkan dengan
dimana total 㰨 dan adalah 1 sehingga diperoleh persamaan sebagai berikut:
䬈c≤
dengan menggunakan parameter pada Tabel 4.1 dan bobot untuk waktu permesinan sebesai 0,1 dan bobot untuk kekasaran permukaan sebesar 0,9 diperoleh persamaan function transformation, sebagai berikut:
1. Fungsi tujuan
yy,yy 㰨y y,y 㕈 yy,yy 㰨y
2. Kendala pemesinan · Gaya pemotongan
suh .㰨 y.㕈yy.
,㰨 . y.锸opsuh
· Daya mesin
.㕈yy. .㰨yyy. . . yy 㕈y.㰨y .y, . ,㰨 . y
suh .㰨 y.㕈yy.
,㰨 . y.锸opsuh
y, ≤ 0,75
· Spindle speed 750
· Batasan variabel keputusan
≤ fz ≤
≤V≤ ,㰨 . y.㰨 yy
㰨yyy
Dengan menggunakan software LINGO 9.0 sebagai solver diperoleh Dengan menggunakan software LINGO 9.0 sebagai solver diperoleh
Tabel 4.3 Hasil optimisasi dengan pembobotan fungsi tujuan
Bobot Waktu Pemesinan
Bobot Kekasaran Permukaan
Feed per
Tooth (mm/tooth)
waktu pemesinan
(detik)
kekasaran permukaan (µm)
Dari Tabel 4.3 dapat dilihat pada saat waktu pemesinan diberi bobot sebesar 0,1 dan kekasaran permukaan diberi bobot sebesar 0,9 diperoleh nilai feed per tooth sebesar 0,050 mm/tooth. Pada saat waktu pemesinan diberi bobot sebesar 0,9 dan kekasarn permukaan diberi bobot sebesar 0,1 diperoleh nilai feed per tooth yang optimal sebesar 0,135 mm/tooth.
BAB V ANALISIS MODEL
Berdasarkan hasil pengolahan data seperti yang telah dikemukakan dalam bab IV, diperoleh nilai waktu pemesinan dan kekasaran permukaan yang minimum dan parameter-parameter proses pemesinan yang optimum. Dari hasil pengolahan data tersebut dilakukan analisis mengenai pengaruh parameter pemotongan terhadap waktu pemesnan, pengaruh parameter pemotongan terhadap kekasaran permukaan, parameter yang optimal dan pembobotan fungsi tujuan.
5.1. ANALISIS WAKTU PEMESINAN
Analisis waktu pemesinan digunakan dalam mengetahui pengaruh parameter pemotongan terhadap waktu pemesinan. Parameter pemotongan yang dioptimalkan pada penelitian ini adalah cutting speed dan feed per tooth. Pada Hasil optimisasi dengan fungsi tujuan minimasi waktu pemesinan diperoleh feed per tooth sebesar 0,135 mm/tooth dan cutting speed sebesar 94,2 m/menit dengan waktu pemesinan sebesar 1,480 detik. Waktu pemesinan maksimum sebesar 3,947 detik dengan feed per tooth sebesar mm/tooth dan cutting speed sebesar 94,2 mm/menit.
Gambar 5.1 Grafik waktu pemesinan
Dari Gambar 5.1, dapat dilihat bahwa semakin besar nilai feed per tooth
Feed per Tooth
Grafik Waktu Pemesinan Grafik Waktu Pemesinan
Pada saat waktu pemesinan bernilai maksimum, cutting speed yang diperoleh yaitu sebesar 94,2 m/menit. Sedangkan pada saat waktu pemesinan minimum, cutting speed yang diperoleh sebesar 94,2 m/menit. Cutting speed tidak mengalami perubahan atau bernilai tetap untuk kondisi pemotongan tersebut maka dapat disimpulkan bahwa cutting speed sebesar 94,2 m/menit merupakan cutting speed yang optimal untuk kondisi pemotongan tersebut.
5.2. ANALISIS KEKASARAN PERMUKAAN
Analisis kekasaran digunakan untuk mengetahui pengaruh parameter pemotongan yaitu feed per tooth dan cutting speed terhadap kekasaran permukaan. Hasil optimisasi untuk meminimumkan kekasaran permukaan diperoleh pada saat feed per tooth sebesar 0,051 mm/tooth dan cutting speed sebesar 94,2 m/menit dengan kekasaran minimum sebesar 0,00510 µm. Kekasaran permukaan maksimum yaitu sebesar 0,03630 µm dengan feed per tooth sebesar 0,135 mm/tooth dan cutting speed sebesar 94,2 m/menit
Gambar 5.2 Grafik kekasaran permukaan
Feed Per Tooth
Grafik Kekasaran Permukaan
Pada Gambar 5.2, dapat dilihat bahwa semakin besar nilai feed per tooth maka kekasaran permukaan juga semakin besar sehingga dapat ditarik kesimpulan bahwa feed per tooth berbanding lurus terhadap kekasaran permukaan. Oleh karena itu untuk memperoleh kekasaran permukaan yang minimum maka dapat dilakukan dengan memperkecil nilai feed per tooth.
Pada saat kekasaran permukaan bernilai maksimum, cutting speed yang diperoleh yaitu sebesar 94,2 m/menit. Sedangkan pada saat kekasaran permukaan minimum, cutting speed yang diperoleh sebesar 94,2 m/menit. Cutting speed tidak mengalami perubahan atau bernilai tetap untuk kondisi pemotongan tersebut maka dapat disimpulkan bahwa cutting speed sebesar 94,2 m/menit merupakan cutting speed yang optimal untuk kondisi pemotongan ini.
5.3. ANALISIS PARAMETER PEMOTONGAN YANG OPTIMAL
Penelitian ini mempunyai dua fungsi tujuan yaitu meminimasi kekasaran permukaan dan waktu pemesinan. Dari Gambar 5.1 dan Gambar 5.2 dapat dilihat pada feed per tooth sebesar 0,050 mm/tooth, waktu pemesinan bernilai maksimum dan kekasaran permukaan bernilai minimum sedangkan pada feed per tooth sebesar 0,135 mm/tooth, waktu pemesinan bernilai minimum dan kekasaran permukaan bernilai maksimum. Dari penjelasan tersebut dapat ditarik kesimpulan bahwa terjadi trade off diantara dua fungsi tujuan tersebut.
Fungsi tujuan pada penelitian ini untuk memperoleh parameter pemotongan yang optimum dengan waktu permesinan dan kekasaran yang minimum. Disisi lain, terjadi trade off antara dua fungsi tujuan tersebut. Waktu permesinan dan kekasaran permukaan mempunyai besaran satuan yang berbeda oleh karena itu permasalahan ini tidak dapat diselesaikan secara langsung. Oleh karena itu digunakan function transformation untuk menyelesaikan model optimisasi multiobjektif tersebut. Penggunaan persamaan function transformation diperoleh parameter pemotongan yang optimal yaitu feed per tooth sebesar 0,086 mm/tooth dan kecepatan pemotongan sebesar 94,2 m/menit dengan lama waktu pemesinan yaitu 2,326 detik dan kekasaran permukaan sebesar 0,015 µm. Feed per tooth yang optimal terdapat pada titik tengah antara feed per tooth pada saat Fungsi tujuan pada penelitian ini untuk memperoleh parameter pemotongan yang optimum dengan waktu permesinan dan kekasaran yang minimum. Disisi lain, terjadi trade off antara dua fungsi tujuan tersebut. Waktu permesinan dan kekasaran permukaan mempunyai besaran satuan yang berbeda oleh karena itu permasalahan ini tidak dapat diselesaikan secara langsung. Oleh karena itu digunakan function transformation untuk menyelesaikan model optimisasi multiobjektif tersebut. Penggunaan persamaan function transformation diperoleh parameter pemotongan yang optimal yaitu feed per tooth sebesar 0,086 mm/tooth dan kecepatan pemotongan sebesar 94,2 m/menit dengan lama waktu pemesinan yaitu 2,326 detik dan kekasaran permukaan sebesar 0,015 µm. Feed per tooth yang optimal terdapat pada titik tengah antara feed per tooth pada saat
5.4. ANALISIS PEMBOBOTAN FUNGSI TUJUAN
Setiap fungsi tujuan kadang mempunyai tingkat kepentingan yang berbeda. Oleh karena itu dibutuhkan pembobotan masing-masing fungsi tujuan agar terlihat seberapa besar tingkat kepentingan fungsi tujuan tersebut. Pembobotan fungsi tujuan dapat mempengaruhi hasil optimisasi dalam menentukan parameter yang optimal.
Grafik Pembobotan Fungsi Tujuan Terhadap Feed per Tooth
bobot kekasaran permukaan bobot waktu pemesinan
Gambar 5.3 Grafik pembobotan fungsi tujuan terhadap feed per tooth
Grafik Pembobotan Fungsi Tujuan Terhadap Waktu Pemesinan
Bobot kekasaran permukaan
Bobot waktu pemesinan
Grafik Pembobotan Fungsi Tujuan Terhadap Kekasaran Permukaan
bobot kekasaran permukaan bobot waktu pemesinan
Gambar 5.5 Grafik pembobotan fungsi tujuan terhadap kekasaran permukaan
Gambar 5.3 dapat dilihat semakin besar bobot yang diberikan pada fungsi tujuan waktu pemesinan, maka nilai feed per tooth semakin besar pula. Hal ini terjadi dikarenakan waktu pemesinan berbanding terbalik dengan feed per tooth. Sedangkan semakin besar bobot yang diberikan pada fungsi tujuan kekasaran permukaan maka feed per tooth semakin kecil. Hal ini terjadi dikarenakan kekasaran permukaan berbanding lurus dengan feed per tooth.
Gambar 5.4 dapat dilihat hubungan antara bobot masing-masing fungsi tujuan dengan waktu pemesinan. Pada saat bobot waktu pemesinan sebesar 0,9 dan bobot kekasaran permukaan sebesar 0,1 menunjukkan waktu pemesinan sebesar 1,148 detik yaitu pada titik minimum. Begitu pula pada Gambar 5.5, pada saat bobot kekasaran permukaan sebesar 0,9 dan waktu pemesinan sebesar 0,1 menunjukkan kekasaran permukaan berada pada titik minimum. Hal ini menunjukkan semakin besar bobot yang diberikan pada fungsi tujuan, maka semakin minimum pula nilai fungsi tujuan tersebut.
5.5. ANALISIS SENSITIVITAS PADA PROSES PEMOTONGAN
DENGAN MESIN CNC
Analisis sensitivitas dilakukan untuk mengetahui berapa besar perubahan yang dapat ditolelir sebelum solusi optimal mulai kehilangan optimalisasinya.
Analisis ini dilakukan dengan cara membuat beberapa skenario penyelesaian masalah utama dengan beberapa pengubahan parameter.
5.5.1 Analisis Parameter Pemotongan
Parameter yang diubah adalah diameter pahat (D). Pada kondisi 1, diameter pahat dikurangi menjadi 20 mm yaitu setengah dari diameter pahat pada kondisi awal. Kondis 2 yaitu diameter pahat diperbesar 50% dari kondisi awal yaitu diameter pahat menjadi 60 mm dan pada kondisi 4, diameter pahat diperbesar 100 % yaitu sebesar 80 mm. Hasil optimisasi dengan beberapa perubahan diameter pahat dapat dilihat pada Tabel 5.2.
Tabel 5.1 Hasil optimisasi perubahan diameter pahat
Kekasaran Permukaan (µm)
Waktu Pemesinan
(detik)
Kekasaran Permukaan (µm)
Diameter (mm)
Feed Per
tooth (mm/tooth)
Cutting
Speed (mm/menit)
Waktu Pemesinan (detik)
Pada Tabel 5.2 dapat dilihat bahwa semakin besar diameter pahat yang digunakan maka besar nilai feed per tooth semakin rendah. Semakin besar diameter menyebabkan waktu pemesinan semakin besar pula. Hal ini dikarenakan feed per tooth yang optimal semakin kecil sehingga waktu pemesinannya semakin besar namun disisi lain hal ini menyebabkan menurunnya kekasaran permukaan. Perubahan diameter pahat juga berpengaruh pada besar cutting speed, semakin besar diameter pahat semakin besar pula cutting speed optimal yang dipilih. Saat diameter pahat dikurangi sebesar 50% dari diameter pahat pada kondisi awal, cutting speed juga turun sebesar 50% dari kondisi awal maka dapat disimpulkan bahwa perubahan diameter sangat berpengaruh pada pemilihan feed per tooth dan cutting speed pada model optimisasi untuk meminimasi kekasaran permukaan dan waktu pemesinan ini.
5.5.2 Analisis Batasan Pemesinan
Selain dari perubahan parameter pemotongan, analisis sensitivitas dapat Selain dari perubahan parameter pemotongan, analisis sensitivitas dapat
· Daya Mesin Pada kondisi awal, daya mesin yang digunakan adalah maksimum daya
mesin pada mesin Conceptmill 55 sebesar 0,75 kW. Pada kondisi 1, batasan daya mesin menggunakan batasan mesin Conceptmill 105 sebesar 1,1 kW. Pada kondisi 2, batasan daya mesin yang digunakan adalah maksimum daya mesin Conceptmill 250 sebesar 7 kW. Pada kondisi 3, maksimum daya mesin yang digunakan adalah maksimum daya mesin pada Conceptmill 450 yaitu sebesar 13 kW. Hasil optimisasi perubahan maksimum daya mesin dapat dilihat pada Tabel
Tabel 5.2 Hasil Optimisasi Perubahan Maksimum Daya Mesin
Power Maksimum (watt)
Waktu Pemesinan
Kekasaran
Feed Per
Waktu Pemesinan
Kekasaran Permukaan
Pada kondisi awal, maksimum daya mesin yang digunakan adalah sebesar 750 watt dan memperoleh feed per tooth yang optimal sebesar 0,0860 mm/tooth. Pada saat batasan daya mesin diganti dengan daya mesin sebesar 10 watt, rentang waktu pemesinan yaitu rentang antara waktu pemesinan maksimum dan minimum semakin lebar. Begitu juga rentang kekasaran permukaan yaitu rentang antara maksimum kekasaran permukaan dan minimum kekasaran permukaan juga semakin lebar. Feed per tooth yang diperoleh meningkat yaitu sebesar 0,1163 mm/tooth. Perubahan batasan daya mesin berpengaruh pada lebar rentang antara maksimum dan minimum baik waktu pemesinan maupun kekasaran permukaan.
Semakin besar daya mesin yang digunakan, semakin lebar pula rentang antara maksimum dan minimum baik waktu pemesinan maupun kekasaran permukaan. Perubahan maksimum daya mesin juga berpengaruh pada besarnya feed per tooth . Semakin besar maksimum daya mesin yang digunakan, semakin Semakin besar daya mesin yang digunakan, semakin lebar pula rentang antara maksimum dan minimum baik waktu pemesinan maupun kekasaran permukaan. Perubahan maksimum daya mesin juga berpengaruh pada besarnya feed per tooth . Semakin besar maksimum daya mesin yang digunakan, semakin
· Gaya Pemotongan Maksimum gaya pemotongan yang digunakan pada kondisi awal yaitu
sebesar 1000 N. Pada kondisi 1, maksimum gaya potong diturunkan menjadi 500 N kemudian pada kondisi 2, maksimum gaya potong dinaikkan menjadi 1500 N dan kondisi 3 dinaikkan menjadi 2000 N. Hasil optimisasi perubahan maksimum gaya pemotongan dapat dilihat pada Tabel 5.4.
Tabel 5.3 Hasil Optimisasi Perubahan Maksimum Gaya Pemotongan
Waktu Pemesinan
Kekasaran Permukaan
Maksimum Gaya Pemotongan (N)
Waktu Pemesinan
Kekasaran
Feed Per
Dari Tabel 5.4, dapat dilihat pada saat batasan gaya potong maksimum sebesar 750 watt, feed per tooth yang optimal sebesar 0,0860 mm/tooth dan cutting speed sebesar 94,2 m/menit. Pada saat maksimum gaya potong 1000 N, 1500 N dan 2000 N, feed per tooth yang optimal juga bernilai sama yaitu sebesar 0,0860 mm/tooth dan cutting speed juga bernilai sama yaitu sebesar 94,2 m/menit. Dari penjelasan tersebut dapat disimpulkan bahwa perubahan maksimum gaya pemotongan tidak mempengaruhi variabel keputusan pada model ini yaitu feed per tooth dan cutting speed.
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
6.1 KESIMPULAN
Serangkaian pengolahan data dan analisis yang dilakukan pada penelitian ini dapat disimpulkan, yaitu:
1. Penelitian ini menghasilkan model optimisasi multiobjektif yang dapat digunakan untuk menentukan parameter pemotongan yang optimal sehingga dapat meminimumkan waktu pemesinan dan kekasaran permukaan. Waktu pemesinan dan kekasaran permukaan merupakan dua fungsi tujuan yang saling trade off. Oleh karena itu pada penelitian ini dikembangkan model untuk menyeimbangkan dua fungsi tujuan tersebut dengan menggunakan function transformation. 2. Parameter pemotongan yang optimal untuk feed per tooth sebesar 0,086 mm/tooth dan cutting speed sebesar 94,2 mm/menit dengan waktu pemesinan sebesar 2,366 detik dan kekasaran permukaan sebesar 0,015 µm. Parameter pemotongan yang optimal tersebut diperoleh dengan mempertimbangkan batasan pemesinan yaitu maksimum daya mesin sebesar 0,75 kW, gaya pemotongan sebesar 1000 N dan kecepatan spindel sebesar 750-1500 rpm. 3. Hasil analisis sensitivitas menunjukkan bahwa perubahan besarnya diameter pahat yang digunakan berpengaruh terhadap besarnya feed per tooth dan cutting speed . Perubahan maksimum daya mesin berpengaruh pada besarnya feed per tooth namun tidak berpengaruh pada besarnya cutting speed. Perubahan maksimum gaya pemotongan tidak berpengaruh pada besarnya feed per tooth maupun cutting speed.
6.2 SARAN
1. Model dapat dikembangkan dengan menambah variabel keputusan seperti depth of cut . 2. Model dapat dikembangkan untuk model optimisasi milling multi-pass. 3. Model dapat dikembangkan dengan mempertimbangkan kekerasan bahan, rotating tool , persyaratan minimal terjadinya chatter, dan tingkat koefisien pemotongan.