PREDIKSI TEMPERATUR PAHAT PADA PROSES PENGGURDIAN (DRILLING) BAJA AISI 1045 DENGAN MENGGUNAKAN METODE SIMULASI BERBASIS METODE ELEMEN HINGGA

(1)

ABSTRAK

PREDIKSI TEMPERATUR PAHAT PADA PROSES PENGGURDIAN (DRILLING) BAJA AISI 1045 DENGAN MENGGUNAKAN METODE

SIMULASI BERBASIS METODE ELEMEN HINGGA

Oleh

RENDY CHANDHIKA

Industri manufaktur tidak lepas dari adanya proses pemesinan yang menjadi inti dari sebuah proses produksi. Salah satu jenis dari proses pemesinan yang digunakan dalam pembuatan benda kerja adalah proses penggurdian (drilling) atau kita biasa mengenalnya sebagai proses bor. Setiap proses pemesinan pasti akan mengalami kegagalan dalam memproduksi sebuah objek. Untuk menghindari kesalahan yang terjadi dilakukan percobaan awal. Percobaan awal dapat dilakukan secara eksperimental dan simulasi. Pada eksperimental memerlukan waktu dan biaya yang cukup besar bila dibandingkan dengan simulasi. Maka, untuk mengurangi biaya dan waktu sebaiknya percobaan awal dilakukan secara simulasi. Proses pemesinan secara simulasi ini menggunakan perangkat lunak (software) DEFORM 3DTM. Pengukuran temperatur pada proses gurdi adalah sangat penting karena geram yang menyerap bagian terbesar energi panas, dihasilkan dalam suatu ruang yang sempit dan tetap bersentuhan dengan pahat untuk waktu yang relatif lama. Dengan demikian temperatur pahat mempunyai kecenderungan untuk lebih tinggi pada proses penggurdian dibandingkan dengan proses pemotongan yang lain pada kondisi yang sama. Untuk simulasi pemotongan logam dengan metode elemen hingga, rumus Lagrangian lebih disukai karena pemodelan lebih mudah. Data yang digunakan adalah data eksperimental yang dilakukan (Inata, 2010). Kecepatan putar yang digunakan 443, 635, dan 970 rpm. Gerak makan yang digunakan 0.1, 0.18, dan 0.24 mm/rev. Pahat yang digunakan HSS (High Speed Steel) dan material yang digunakan adalah baja AISI 1045. Hasil keluaran dari program dapat dijalankan untuk dapat melihat berapa temperatur pahat dan benda kerja yang dihasilkan Temperatur pahat yang didapatkan pada kecepatan putar 443, 635 dan 970 rpm secara eksperimental tidak berbeda jauh dengan hasil prediktif yang didapatkan secara simulasi, tetapi hasil temperatur secara simulasi mempunyai hasil yang tinggi bila dibandingkan dengan hasil yang dilakukan secara simulasi. Hal ini disebabkan karena ukuran elemen yang relatif besar pada benda kerja di ujung mata pahat dibandingkan ujung pahat pemotongan, sehingga kesalahan

(2)

didapatkan.

Kata kunci : gurdi, AISI 1045, metode elemen hingga, lagrangian, temperatur pahat

(3)

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. Peranan mesin sebagai pembantu manusia tidak dapat dihindarkan lagi. Ketelitian geometri serta variasi produk menuntut sumber daya manusia untuk lebih berkembang. Dalam bidang perbengkelan misalnya, sudah banyak ditemukan alat-alat yang dapat meringankan pekerjaan manusia seperti mesin bubut, mesin bor (drilling), freis, skrap, gerinda dan sebagainya.

Salah satu jenis dari proses pemesinan yang digunakan dalam pembuatan benda kerja adalah proses penggurdian (drilling) atau kita biasa mengenalnya sebagai proses bor. Inti dari proses pemesinan ini adalah proses pembuatan sebuah lubang

(4)

dalam sebuah objek dengan menekankan sebuah mata pahat yang berputar pada objek tersebut. Proses pembuatan lubang pada benda kerja dapat dilakukan dengan dua jenis mesin, yaitu mesin bor dan mesin bubut. Dengan memperhatikan berbagai macam parameter proses pemesinan yang digunakan, penggunaan dari dua jenis mesin tersebut akan menghasikan variasi karakteristik lubang yang berbeda-beda.

Setiap proses pemesinan pada dua jenis mesin tersebut pasti akan mengalami kegagalan dalam memproduksi sebuah objek. Untuk menghindari kesalahan yang dapat terjadi pada proses pemesinan, maka sebaiknya dilakukan suatu percobaan awal agar diperoleh hasil yang lebih baik. Percobaan awal proses pemesinan dapat dilakukan secara eksperimental atau secara simulasi. Dalam hal ini percobaan secara eksperimental memerlukan waktu dan biaya yang cukup besar jika dibandingkan dengan secara simulasi. Maka, untuk mengurangi biaya tambahan pada proses pemesinan sebaiknya percobaan awal dilakukan secara simulasi. Simulasi proses pemesinan ini dijalankan dengan menggunakan perangkat lunak (software) DEFORM 3DTM.

Özel dan Zeren (2005) melakukan penelitian simulasi pemesinan berbasis Finite Element Method AISI 1045 dengan pahat potong pinggir bulat pada kecepatan 300 m/min dan round edge 75 µm menggunakan proses bubut. Özel dan Zeren mendapatkan hasil suhu pada ujung pahat adalah 1120 oC.

Penelitian Burhanuddin dan Harun (2009) yang dilakukan secara eksperimental dan simulasi menggunakan DEFORM 2DTM pada proses bubut didapatkan prosentase perbedaan hasil temperatur pada jarak 1,3 mm sebesar 200%. Pada

(5)

simulasi hal ini terjadi karena terbatasnya asumsi pada proses pemotongan yang dapat dimasukkan.

Berdasarkan uraian tersebut diatas, penulis tertarik untuk melakukan penelitian yang berjudul “Prediksi Temperatur Pahat Pada Proses Penggurdian (Drilling) Baja AISI 1045 Dengan Menggunakan Metode Simulasi Berbasis Metode Elemen Hingga”. Dengan adanya penelitian ini diharapkan akan dapat menjawab pertanyaan tentang perbandingan temperatur pahat yang didapat pada proses gurdi (drilling) yang di uji secara eksperimental dan secara simulasi.

B. Tujuan Penelitian

Tujuan penelitian ini adalah untuk memprediksi distribusi temperatur pada pahat gurdi menggunakan perangkat lunak simulasi metode elemen hingga DEFORM 3D.

C. Batasan Masalah

Untuk mendapatkan hasil yang lebih terarah, maka pada penelitian ini diberikan batasan masalah, yaitu:

1. Penelitian dilakukan dengan menggunakan software DEFORM 3DTM yang berbasis metode elemen hingga (finite element method).

(6)

3. Data untuk sifat-sifat model material diambil berdasarkan SI (System International) dimana data yang digunakan adalah data sifat-sifat baja (steel) AISI 1045.

4. Pemodelan dilakukan pada kondisi simetri.

D. Sistematika Penulisan

Bab I Pendahuluan, terdiri dari latar belakang, tujuan, batasan masalah, dan sistematika penulisan. Bab II Tinjauan Pustaka, berisikan tentang teori dan parameter-parameter yang berhubungan dengan penelitian. Bab III Metode Penelitian, berisikan tentang pemodelan dan tata kerja analisis elemen hingga. Bab IV Hasil dan Pembahasan, berisikan data-data yang didapat dari hasil penelitian dan pembahasannya. Bab V Simpulan dan Saran, berisikan tentang simpulan yang dapat ditarik serta saran-saran yang ingin disampaikan dari penelitian.

(7)

II. TINJAUAN PUSTAKA

A. Proses Drilling

Proses drilling adalah proses permesinan untuk membuat lubang bulat pada benda kerja. Drilling biasanya dilakukan memakai pahat silindris yang memiliki dua ujung potong yang disebut drill. Pahat diputar pada porosnya dan diumpankan pada benda kerja yang diam sehingga menghasilkan lubang berdiameter sama dengan diameter pahat. Mesin yang digunakan disebut drill press, tetapi mesin lain dapat juga digunakan untuk proses ini. Lubang yang dihasilkan dapat berupa lubang tembus (through holes) dan tak tembus (blind holes). (Al Huda, 2008)

B. Kondisi Pemotongan Pada Drilling

Kecepatan potong (cutting speed) pada drilling didefinisikan sebagai kecepatan permukaan terluar dari pahat drill relatif terhadap permukaan benda kerja. Kecepatan potong dapat dihitung dengan menggunakan rumus:

D N v 

dimana, v : Kecepatan potong (m/min), N : Kecepatan putaran (rpm: rev/min). D : Diameter pahat.

(8)

Gambar 1. Kondisi pemotongan pada Drilling (Groover, 2002)

Waktu riil permesinan (time of actual machining), Tm (min) :

1. Pada pembuatan lubang tembus (through hole):







N f



A t T_m

  

2. Pada pembuatan lubang tembus (through hole):



N f



d T_m

  dimana, f : Gerak makan (mm/rev).

Tm : Waktu riil permesinan (min).

t : Ketebalan benda kerja (mm).

A : Jarak antara sisi terluar pahat drill dengan permukaan benda kerja ketika ujung drill mulai menyentuh permukaan.

d : Kedalaman lubang,  : Drill point angle.

(9)

Kecepatan pemindahan material (material removal rate), MRR:





4 2

N f D MRR   

dimana, MRR: material removal rate (mm3/min)

C. Berbagai proses yang berhubungan dengan Drilling.

Terdapat beberapa jenis proses yang terkait dengan drilling. Proses ini memerlukan lubang awal yang dibentuk dengan drilling, kemudian lubang dimodifikasi. Beberapa proses tersebut diantaranya adalah:

a. Reaming. Digunakan untuk sedikit menambah lebar lubang, menghasilkan toleransi yang lebih baik pada diameternya. Pahatnya disebut reamer, biasanya berbentuk galur lurus..

b. Tapping. Proses ini dilakukan dengan pahat tap, untuk membuat internal ulir pada permukaan dalam sebuah lubang.

c. Counter-boring. Menghasilkan lubang bertingkat, lubang diameter besar diikuti dengan lobang diameter lebih kecil. Digunakan untuk "menyimpan" kepala baut agar tidak menonjol.

d. Counter-sinking. Serupa dengan counter-boring, tetapi lubang lebar berbentuk kerucut untuk "menyimpan" kepala sekrup bebentuk kerucut.

e. Centering. Disebut juga center-drilling, digunakan untuk membuat lubang awal sehingga drilling dapat dilakukan pada posisi yang lebih akurat. Pahatnya disebut center-drill.

(10)

f. Spot-facing. Mirip dengan proses milling. Digunakan untuk meratakan permukaan tertentu benda kerja yang menonjol, terutama setelah proses drilling.

D. Variasi Pahat Pada Drilling

Mata bor adalah suatu alat pembuat lubang atau alur yang efisien, macam-macam ukuran daripada mata bor terbagi dalam beberapa jenis, diantaranya ialah: didalam

satuan inchi, di dalam pecahan dari 1/64” sampai 3/8” dan seterusnya. Di dalam

satuan millimeter dengan setiap kenaikan bertambah 0,5 mm, dengan nomor dari 80 – 1 dengan ukuran 0,0135 – 0,228”, dengan tanda huruf A sampai Z dengan ukuran 0,234 –0, 413”.

Terdapat beberapa hal yang harus kita perhatikan untuk memilih mata bor yaitu : 1. Ukuran lubang

2. Benda kerja yang akan dibor 3. Sudut bibirnya

Ukuran lubang menentukan ukuran garis tengah dari mata bor, setiap mata bor akan menghasilkan lubang yang lebih besar daripada garis tengahnya, sudut spiral dan sudut bibir tergantung dari benda kerja yang akan dibor.

Alat penyudut dipakai untuk memeriksa sudut bibir, sisi potong yang tumpul akan menyebabkan permukaan lubang menjadi kasar, hal ini terjadi bila jarak sudut pahat dengan sisi potong 550, untuk mengurangi akibat yang tidak baik terhadap sisi potong, jarak perlu diperpendek dengan menggerinda mata bor yang lebih besar. (Daryanto, 1996)

(11)

1. Mata bor pilin dengan spiral kecil

Mata bor pilin dengan spiral kecil, sudut penyayatnya 130° digunakan untuk mengebor aluminium, tembaga, timah, seng, dan timbel.

Gambar 2. Bor Pilin Spiral Kecil 2. Mata bor pilin spiral besar sudut penyayat 130°

Bor pilin dengan spiral besar, sudut penyayat 130° digunakan untuk mengebor kuningan dan perunggu.

Gambar 3. Bor Pilin Kisar Besar

3. Mata bor pilin spiral besar sudut penyayat 80°

Mata bor pilin dengan spiral besar, sudut penyayat 80° digunakan untuk mengebor batu pualam/ marmer, batu tulis, fiber, ebonit, dan sebagainya.

(12)

4. Mata bor pilin spiral besar sudut penyayat 30°

Mata bor pilin dengan spiral besar, sudut penyayat 30° digunakan untuk mengebor jenis bahan karet yang keras (karet-karet bantalan).

Gambar 5. Bor Pilin Kisar Besar Sudut Lancip

E. Tool Geometry

Twist drill (drill dengan bermata dua) digunakan luas di industri untuk membuat lubang secara cepat dan ekonomis, diameter berkisar 0.15 mm (0.006 in.) - 75 mm (3.0 in.). Badan drill memiliki dua daun spiral (flutes). Sudut kemiringan spral daun disebut helix angle, biasanya sekitar 30°. Saat proses drillinIg, daun ini_ berfungsi untuk jalur pengeluaran geram dari lubang. Tebal (jarak) antara daun disebut web. Ujung twist drill berbentuk kerucut, sudutnya disebut point angle, nilai sekitar 118°. Desain umum dari ujung drill adalah chisel edge. Chisel edge menyambung dengan dua ujung (mata potong) disebut lips dan menyambung ke daun (flutes). Permukaan flutes yang berhubungan dengan ujung potong berperan sebagai rake face. Twist drill biasanya terbuat dari high-speed steel (HSS). Pembentukan pahat dibuat dengan proses casting, kemudan dikeraskan permukaannya dengan proses heat treatment sementara bagian dalamnya tetap kuat/ulet. Setelah itu dilakukan proses Grinding untuk mempertajam ujung potongnya. (Daryanto, 1996)

(13)

Gambar 6. Geometri Pahat

F. Mesin Drilling (The Drill Press)

Mesin standar untuk drilling disebut drill press. Beberapa jenis drill press:

a. Upright drill. Mesin ini ditegakkan diatas lantai, terdiri dari meja untuk meletakkan dan memegang benda kerja, drilling head yang digerakkan oleh spindle untuk memasang pahat drill, serta landasan dan tiang penopang.

(14)

b. Bench drill. Lebih kecil dari upright drill, diletakkan diatas meja atau bangku.

c. Radial drill. Drill press besar yang dirancang untuk melobangi benda kerja besar. Memiliki lengan radial sehingga drilling head dapat digerakkan sepanjang lengan ini untuk menjangkau lokasi yang relatif jauh dari tiang mesin.

Gambar 8. Radial drill

d. Gang drill. Mesin ini terdiri dari 2 - 6 mesin upright drill diatur saling berhubungan dan segaris. Tiap spindle beroperasi sendiri-sendiri, tapi memiliki satu meja kerja. Sehingga satu rangkaian proses drilling (centering, drilling, reaming, tapping) dapat dilakukan secara berurutan dengan hanya menggeser benda kerja tanpa mengganti pahatnya.

(15)

Gambar 9. Gang drill.

e. Multiple-spindle drill. Mirip dengan mesin gang drill, beberapa spindle dihubungkan bersama untuk membuat berbagai lubang pada satu benda kerja secara bersamaan.

f. Numerical control drill presses. Mesin ini mampu mengontrol pemosisian lubang pada benda kerja. Sering dilengkapi dengan turrets untuk memegang beberapa pahat drill sekaligus dan dapat dikontrol dengan NC program, sering disebut mesin CNC turret drill.

(16)

G. Pemegang Benda Kerja Pada Drill Press

Peralatan yang biasa digunakan untuk memegang benda kerja pada mesin drill press antara lain:

a. Ragum (Vise). Adalah alat yang umum digunakan, menjepit benda kerja pada dua sisi berdampingan.

b. Perkakas Cekam (Fixture). Peralatan yang dirancang secara khusus untuk komponen tertentu. Fixtures dirancang untuk mencapai tingkat akurasi pemosisian yang lebih tinggi, tingkat produksi yang lebih cepat, dan kemudahan operasi yang lebih besar.

c. Perkakas tuntun (Jig). Mirip seperti fixtures, tapi dilengkapi dengan alat pengarah pahat drill terhadap benda kerja, sehingga akurasi penempatan pahat lebih tinggi.

H. Sifat-sifat material

Dalam sebuah pemilihan material yang cocok maka diperlukan pengetahuan akan sifat dari material tersebut. Walaupun memang sudah ada standar baku yang mengatur akan kandungan bahan-bahan pembentuk yang akan membangun sifat material, namun keahlian untuk menentukan berdasarkan metode-metode pengujian material sangatlah penting bagi seorang material engineer.

(17)

Sifat-sifat (Properties) material yang dimaksud adalah : 1. Sifat Mekanis

2. Sifat Elektris 3. Sifat Elektrokimia 4. Sifat Magnetik 5. Sifat Termal

Kekuatan adalah kemampuan suatu material dalam menerima beban, semakin besar beban yang mampu diterima oleh material maka benda tersebut dapat dikatakan memiliki kekuatan yang tinggi. Dalam kurva stress-strain kekuatan (strength) dapat dilihat dari sumbu-y (stress), semakin tinggi nilai stress-nya maka material tersebut lebih kuat. Untuk memperjelas, lihat gambar 15 :

Gambar 10. kurva stress vs strain (tegangan vs regangan)

Kurva yang diberi label strongest (terkuat) digambarkan sebagai kurva yang memiliki nilai sb-y tertinggi. Kemudian kurva yang diberi label Toughest adalah kurva yang memiliki nilai ketangguhan tertinggi. Ketangguhan suatu material

(18)

dapat dilihat dari luas daerah sibawah kurva stress-strain nya. Semakin besar luas daerah di bawah kurva, maka material tersebut dikatakan semakin tangguh. Lalu untuk keuletan material digambarkan dari kurva yang diberi label most ductile. Keuletan menggambarkan bahwa material tersebut sulit untuk mengalami patah (fracture) yang dalam kurva dapat dilihat sebagai kurva yang memiliki nilai sumbu-x (strain / regangan) tertinggi.

Ada beberapa lagi sifat mekanik material diantaranya kekerasan dan getas. Kekerasan dapat diartikan ketahan suatu material terhadap deformasi lokal, misalkan ketahanan terhadap goresan. Bila suatu material digores maka yang akan menerima beban adalah bagian permukaannya saja bukan keseluruhannya, itulah mengapa goresan dikatakan hanya menghasilkan deformasi lokal. Selanjutnya sifat getas dari suatu material dapat diartikan ketidakmampuan suatu material untuk berdeformasi plastis. Material yang getas berarti bila diberi suatu beban dia hanya akan berdeformasi elastis, dan selanjutnya akan mengalami patah.

Mengetahui tentang sifat mekanik suatu material sangatlah penting terutama dalam pemilihan material yang akan dipakai dalam kehidupan sehari-hari. Misalkan kita disuruh memilih jenis baja yang akan digunakan untuk membuat jembatan, maka hal terpenting yang harus kita perhatikan adalah bahan yang kita pilih haruslah kuat, dalam arti dia tidak akan mudah mengalami deformasi plastis. (http://geowana.wordpress.com/pentingnya sebuah ilmu material)

(19)

I. Baja (Material Benda Kerja)

Baja karbon dapat diklasifikasikan berdasarkan jumlah kadar karbonnya. Baja karbon dibagi menjadi tiga kelompok. Adapun pembagian jenis – jenis baja karbon adalah:

a). Baja karbon rendah

Baja karbon rendah yang biasanya disebut mild steel mengandung karbon antara 0,1% sampai dengan 0,3% dan dalam perdagangan karbon rendah berbentuk batang), pelat – pelat baja dan baja strip. Baja karbon rendah memiliki kekuatan sedang dengan keuletan yang baik dan sesuai dengan tujuan fabrikasi digunakan dalam kondisi anil atau normalisasi untuk tujuan konstruksi dan struktural, seperti jembatan, bangunan gedung, kendaraan bermotor, dan kapal laut.

b). Baja karbon sedang

Baja karbon sedang mempunyai kandungan karbon antara 0,3 % sampai dengan 0,6 %. Penemperan di daerah temperatur lebih tinggi (yaitu 350-550°C) menghasilkan karbida sferoidisasi yang meningkatkan keuletan baja, dan dalam perdagangan baja karbon sedang digunakan untuk bahan baut, mur, piston, poros engkol, material as roda, poros, roda gigi, dan rel. Proses ausforming dapat diterapkan pada baja dengan kadar karbon sedang tersebut sehingga dicapai kekuatan lebih tinggi tanpa mengurangi keuletan.

c). Baja karbon tinggi

Baja karbon tinggi mempunyai kandungan karbon antara 0,7 % sampai dengan 1,3 % dan setelah mengalami proses heat treatment, baja tersebut digunakan

(20)

untuk pegas (per), alat – alat perkakas, gergaji, pisau, kikir dan pahat potong. Baja karbon tinggi umumnya dikeraskan dengan ditemper ring pada temperatur 250°C untuk menghasilkan kekuatan dan keuletan yang memadai untuk per, die, dan perkakas potong. Keterbatasan penggunaan terjadi karena kemampukerasan yang kurang baik dan pelunakan cepat yang terjadi pada penemperan temperatur sedang.

Klasifikasi dari jenis baja karbon tersebut diatas dapat dilihat lebih rinci pada tabel 1.

Tabel 1. Klasifikasi Baja Karbon [Wiryosumarto, 1996]

Jenis _{Karbon (%)}Kadar

Kekuatan Luluh (kg/mm2₎

Kekuatan Tarik (kg/mm2₎

Kekerasan (Brinell)

Perpanjangan (%)

Baja Karbon Rendah : a. Baja Lunak Khusus b. Baja Sangat Lunak c. Baja Lunak d. Baja Setengah

Lunak

Baja Karbon Sedang : a. Baja Setengah

Keras b. Baja Keras Baja Karbon Tinggi : a. Baja Sangat Keras

0,08 0,08-0,12 0,12-0,20 0,20-0,30 0,30-0,40 0,40-0,50 0,50-0,80 18-28 20-29 22-30 24-36 30-40 34-46 36-47 32-36 36-42 38-48 44-55 50-60 58-70 65-100 95-100 80-120 100-130 112-145 140-170 160-200 180-235 40-30 40-30 36-24 32-22 30-17 26-14 20-11

(21)

J. Baja Karbon AISI 1045

Baja karbon AISI 1045 merupakan salah satu jenis baja karbon sedang (0,43 – 0,50 %C berat) yang banyak digunakan dipasaran karena memiliki banyak keunggulan. Baja ini memiliki karakteristik sifat mampu mesin yang baik, wear resistance-nya baik, dan sifat mekaniknya menengah. Dengan bantuan diagram fasa yang merupakan landasan untuk perlakuan panas bagi logam, dan diagram fasa besi-karbon diberlakukan untuk baja. Memahami diagram fasa menjadi sebuah tuntutan karena terdapatnya hubungan antara struktur mikro dengan sifat-sifat mekanis suatu material, yang semuanya berhubungan dengan karakteristik diagram fasanya. Diagram fasa juga memberikan informasi penting tentang titik leleh, titik kristalisasi, dan fenomena lainnya.

K. High Speed Steel (HSS)

Baja kecepatan tinggi (sering di singkat HSS/HS) adalah suatu material yang biasanya digunakan di dalam manufaktur dari alat-alat pemesinan dan alat pemotong yang lain. Sering digunakan juga dalam mesin pemotong dan bor. Bahan ini lebih kuat daripada perkakas baja karbon tinggi yang mulai di gunakan pada tahun 1940-an. Kandungan karbon : 0,70 % - 1,50 %. Sifat-sifat HSS untuk memotong lebih cepat dari pada baja karbon tinggi, karena itu dinamakan baja kecepatan tinggi (high speed steel/HSS). Pada suhu-kamar HSS dan baja karbon tinggi mempunyai kekerasan yang tidak jauh berbeda, hanya pada suhu yang sudah diatur HSS menjadi lebih menguntungkan. HSS menurut beratnya mulai mencair pada 1130 ° C (2066 ° F), dan sudah benar-benar cair setelah mencapai 1315 ° C (2400 ° F).

(22)

Adapun aplikasi dari penggunaan utama dari baja kecepatan tinggi digunakan pada manufaktur untuk berbagai pahat potong: drills, taps, milling cutters, tool bits, gear cutters, saw blades, dll. Baja karbon tinggi menjadi suatu pilihan yang baik untuk aplikasi kecepatan rendah di mana suatu ketajaman tepi sangat diperlukan, seperti alat pemotong, pahat dan mata pisau.

Baja kecepatan tinggi menjadi Fe-C-X multicomponen bercampur menjadi sistem logam di mana X mewakili; menunjukkan unsur logam pelapis chromium, tungsten, molibdenum, vanadium, atau unsur kimia kobalt. Secara umum, komponen X hadir lebih dari 7%, dengan karbon lebih dari 0,60%. Tingkatan T-1 dengan tungsten 18% tidak berubah komposisinya sejak tahun 1910 dan penggunaan tipe utama pada 1940, ketika diganti oleh molibdenum. Sekarang ini, hanya 5-10% dari HSS di Eropa dan hanya 2% di Amerika Serikat yang berasal dari jenis ini. (Krar, 1997)

Penambahan 10% dari tungsten dan molibdenum secara keseluruhan memaksimalkan secara efisien kekerasan dan ketahanan dari baja kecepatan tinggi dan memelihara sifat-sifat pada temperatur tinggi yang dihasilkan ketika pemotongan logam. (Taufiq Rochim, 1993)

L. Panas yang dihasilkan dan perpindahan panas

Mekanisme pemotongan logam melibatkan sejumlah interaksi kuat mekanis dan proses thermal. Dalam perhitungan, kita memperhitungkan termo-mekanis coupling dan interaksi antara gesekan, suhu dan plastisitas. Hukum keseimbangan

(23)

yang relevan yang perlu dipertimbangkan dalam hal ini adalah persamaan panas. Panas yang dihasilkan oleh gesekan dan kerja plastik bertindak sebagai sumber masalah termal. Pelunakan termal yang sesuai pada gilirannya mempengaruhi masalah mekanis. Rincian dari pendekatan numerik yang digunakan untuk memperhitungkan kopel termo-mekanis dapat ditemukan di tempat.

Laju panas per satuan volume akibat deformasi plastis dapat ditulis dalam bentuk:

W

s





Dimana p W 

adalah kekuatan plastik per satuan volume deformasi, dan  adalah fraksi dari kerja plastik dikonversi menjadi panas. Untuk beberapa material, koefisien  diketahui untuk menjadi fungsi kekuatan pada deformasi. di sini, bagaimanapun,  diperlakukan sebagai konstan untuk kesederhanaan, di samping itu, laju pemanasan per satuan luas karena gesekan :

v

t

h





.

dimana t adalah vektor dan kontak traksi dan v menunjukkan lompatan kecepatan di permukaan bidang kontak. Jika, di samping itu, kita asumsikan gesekan Coulomb, menjadi:

pv

h





dimana µ adalah koefisien gesek (tanpa satuan), tekanan kontak p (N/m2), dan v (m/s) besarnya kecepatan geser. H panas dapat dibagi ke tubuh dalam kontak sesuai dengan hubungan :

pv

h

₁





(24)

pv

h

₂



(

1 



)



Dimana persamaan di atas merujuk pada tubuh dalam kontak:

1 1 1 2 2 2

/

1 



c

k

c

k





Kerja/energi mekanik dalam proses pemotongan yang bebas getaran seluruhnya diubah menjadi panas/kalor. yang diubah menjadi energi panas per satuan waktu tersebut dapat dituliskan sebagai berikut :

Q = Q_shQ_ Q_s ; W Dimana, Q = Panas total yang dihasilkan perdetik

Fv _{; J/s atau W}

Qsh = Panas yang dihasilkan perdetik pada bidang geser

s s v

F 

; J/s atau W

Q_ = Panas yang dihasilkan perdetik pada bidang geram

60 s v F_ 

; J/s atau W

Qc = Panas yang dihasilkan perdetik pada bidang utama

M. Temperatur Pemotongan

Hampir seluruh energi pemotongan diubah menjadi panas melalui proses gesekan, antara geram dengan pahat dan antara pahat dengan benda kerja. Panas yang ditimbulkan cukup besar karena tekanan yang besar akibat gaya pemotongan dan luas bidang kontak relatif kecil maka temperature pahat dan bidang utamanya akan

(25)

Primary

deformation zone

Secondary deformation zone Primary

deformation zone

Secondary deformation zone

sangat tinggi temperaturnya. Meskipun prosentase panas yang terbawah geram sangat tinggi tidaklah berarti bahwa temperatur geram menjadi lebih tinggi dari pada temperatur pahat.

Panas mengalir bersama sama geram yang selalu terbentuk dengan kecepatan tertentu, sedangkan panas yang merambat melalui pahat terjadi sebagai proses konduksi panas yang dipengaruhi olek konduktivitas panas material pahat serta penampang pahat yang relatif kecil.

Panas dalam proses permesinan ketika logam dipotong, sejumlah energi dibutuhkan dalam mendeformasi geram (chip) dan mengatasi gesekan antara pahat dan benda. Hampir semua energi yang dibutuhkan itu diubah menjadi panas (sekitar 98%) (M.C Shaw, 1984), menghasilkan suhu yang tinggi dalam area zone deformasi (primary and secondary deformation zone) (lihat Gambar 14). Ini dapat menyebabkan suhu panas yang sangat tinggi pada benda kerja dan pahat, energi yang tersisa sekitar 2% adalah tetap dipertahankan sebagai energi elastis dalam chip.

(26)

Suhu pemotongan (cutting temperature) adalah perlu diperhatikan karena dapat mempengaruhi unjuk kerja proses pemesinan. Temperatur pada daerah zone deformasi utama (primary deformation zone), dimana terjadi deformasi benda kerja menjadi geram akibar tegangan geser, mempengaruhi sifat mekanik benda kerja dan selanjutnya gaya pemotongan (D.A Stephenson, 2006) serta keausan tepi pahat.

Sedangkan temperatur pada zone deformasi kedua (secondary deformation zone) sangat mempengaruhi umur pahat utamanya akibat keausan kawah. Peningkatan temperatur pada zone ini menyebabkan pahat penjadi lunak dan keausannya menjadi cepat melalui proses abrasi dan deformasi plastik.

Selama proses gurdi atau pengeboran kondisi panas pada daerah kontak antara pahat dengan benda kerja dalam pengeboran memiliki perbedaan yang signifikan dibandingkan dengan pemotongan ortogonal turning dan borring. Geram yang terbentuk pada dasar lubang akan tetap mengalami kontak dengan mata bor dan mengalami penumpukan karena titik pengeboran bergerak lambat kearah porsi material kerja sehingga daerah kontak pahat – benda kerja mengalami pemanasan karena terbentuknya geram.

Temperatur pada proses gurdi atau pengeboran sering kali tidak mencapai kondisi steady, tapi meningkat seiring dengan kedalaman lubang. Pada proses pemotongan yang lain temperatur pengeboran sangat dipengaruhi oleh kecepata spindel dan laju gerak makan.

Diantara parameter geometri pahat point angel memiliki pengaruh yang paling besar. Karena point angel meningkat, panjang ujung potongan pengeboran

(27)

menurun, dan temperatur meningkat seiring difusi panas yang konstan ke bagian yang lebih kecil. Peningkatan sudut heliks, yang mengurangi torsi gurdi atau pengeboran, tanpanya tidak mempengaruhi temperatur pengeboran seperti yang diperkirakan karena panas yang dihasilkan dari pengeboran lebih berasal dari gesekan dari pada pergeseran material kerja. (D.A Stephenson, 2006)

N. Metode elemen hingga

Metode elemen hingga adalah metode numerik yang digunakan untuk menyelesaikan permasalahan teknik dan masalah matematik dari suatu gejala phisis. Tipe masalah teknik dan matematik fisik yang dapat diselesaikan dengan metode elemen hingga terbagi dalam dua kelompok, yaitu kelompok analisa struktur dan kelompok masalah-masalah non struktur.

Tipe-tipe permasalahan struktur meliputi:

1. Analisa tegangan/stress, meliputi analisa truss dan frame serta masalah-masalah yang berhubungan dengan tegangan-tegangan yang terkonsentrasi. 2. Buckling.

3. Analisa getaran.

Problem non struktur yang dapat diselesaikan dengan menggunakan metode ini meliputi:

1. Perpindahan panas dan massa.

2. Mekanika fluida, termasuk aliran fluida lewat media porus. 3. Distribusi dari potensial listrik dan potensial magnet.

(28)

Dalam persoalan-persoalan yang menyangkut geometri yang rumit, seperti persoalan pembebanan terhadap struktur yang kompleks, pada umumnya sulit dipecahkan melalui matematika analisis. Hal ini disebabkan karena matematika analisis memerlukan besaran atau harga yang harus diketahui pada setiap titik pada struktur yang dikaji.

Penyelesaian analisis dari suatu persamaan differensial suatu geometri yang kompleks, pembebanan yang rumit, tidak mudah diperoleh. Formulasi dari metode elemen hingga dapat digunakan untuk mengatasi pemasalahan ini.

Metode ini akan mengadakan pendekatan terhadap harga-harga yang tidak diketahui pada setiap titik secara diskrit. Dimulai dengan pemodelan dari suatu benda dengan membagi-bagi dalam bagian yang kecil yang secara keseluruhan masih mempunyai sifat yang sama dengan benda yang utuh sebelum terbagi dalam bagian yang kecil (meshing/diskritisasi). (Susatio, 2004)

O. Tahapan metode elemen hingga

Secara umum langkah-langkah yang dilakukan dalam menggunakan metode elemen hingga dirumuskan sebagai berikut:

1. Pemilihan tipe elemen dan diskritisasi

Amatilah benda atau struktur yang akan dianalisa, apakah satu dimensi, dua dimensi, atau tiga dimensi. Macam dan tipe elemen dasar yang digunakan:

(29)

Gambar 12. Bentuk-bentuk elemen dasar (a). Elemen garis (1 dimensi)

(b). Elemen segitiga dan segi empat (2 dimensi) (c). Elemen tetrahedra dan balok (3 dimensi) (d). elemen segitiga axisimetri

Bagilah/potong benda dalam bagian-bagian kecil (disebut elemen). Langkah ini disebut sebagai langkah diskritisasi. Banyaknya potongan yang dibentuk bergantung pada geometri dari benda yang akan dianalisa, sedangkan bentuk elemen yang diambil bergantung pada dimensinya (lihat Gambar 10).

2. Pemilihan fungsi pemindah/fungsi interpolasi

Jenis-jenis fungsi yang sering digunakan adalah fungsi linier, fungsi kuadratik, kubik atau polinomial derajat tinggi.

(30)

3. Mencari hubungan strain/Displacement dan stress/strain sebagai contoh, hubungan ini untuk kasus satu dimensi berlaku :

dx du

x

 atau _x E_x dimana : _x = Strain

 = Stress

E = Modulus elastis u = Displacement

4. Dapatkan matrik kekakuan dari elemen yang dibuat

Untuk benda yang terdiri dari beberapa buah elemen , lakukan penggabungan (assemblage) dari matrik kekakuan elemen menjadi matrik kekakuan global yang berlaku untuk seluruh benda atau struktur.

5. Gunakan persamaan kesetimbangan {F} = [k] {d}

6. Selesaikan persamaan pada langkah 5, dengan menghitung harga yang belum diketahui. Jika perhitungan melibatkan matrik dengan ukuran yang kecil, biasanya ditempuh dengan cara partitioning matrik, tetapi jika perhitungan melibatkan matrik dengan ukuran yang besar, komputer adalah jalan terbaik dalam mendapatkan solusinya.

7. Hitung Strain dan Stress dari tiap elemen.

(31)

P. Contoh-contoh Meshing

Berikut ini adalah beberapa contoh Meshing dari suatu struktur yang kompleks. Meshing bergantung pada struktur yang akan dianalisa.

Gambar 13. Meshing dari suatu tower kontrol dengan 48 buah elemen beam dan 28 buah node

Gambar 14. Meshing dua dimensi, dengan 120 buah node dengan 297 elemen segitiga

(32)

Gambar 15. Elemen masif tiga dimensi

Q. Kelebihan dan kekurangan dalam penggunaan elemen hingga

Beberapa kelebihan dalam penggunaan metode ini adalah :

1. Benda dengan bentuk yang tidak teratur dapat dengan mudah dianalisa. 2. Tidak terdapat kesulitan dalam menganalisa beban pada suatu struktur.

3. Pemodelan dari suatu benda kerja dengan komposisi materi yang berlainan dapat dilakukan karena tinjauan yang dilakukan secara individu untuk setiap elemen.

4. Dapat menangani berbagai macam syarat batas dalam jumlah yang tak terbatas. 5. Variasi dalam ukuran elemen memungkinkan untuk memperoleh detail analisa

yang diinginkan.

6. Dapat memecahkan masalah-masalah dinamik (time dependent).

Kekurangan yang terdapat dalam penggunaan metode ini adalah diperlukannya komputer sebagai sarana hitung yang lebih cepat dan akurat. (Susatio, 2004)

(33)

R. Lagrangian

Finite element mesh melekat pada bahan benda kerja dan unsur-unsur deformasi bersama dengan bahan selama pemotongan. Hal ini sangat cocok untuk solid mechanics analysis dan sesuai untuk masalah aliran material yang tanpa terlibat. Untuk simulasi pemotongan logam, rumus Lagrangian lebih disukai karena pemodelan lebih mudah. Geometri kondisi batas (atau bentuk chip) tidak harus ditentukan, tapi berkembang selama percobaan dari analisis sepenuhnya sebagai fungsi dari proses deformasi fisik, parameter mesin, dan material bahan kerja. Kerugian utama dari Lagrangian dalam simulasi adalah bahwa sebagai unsur umumnya mengalami distorsi parah, geometris juga sebagai bahan non-linearities diperkenalkan di persamaan FE yang sangat meningkatkan beban komputasi. Hal ini menimbulkan substansial numerik.

kesulitan yang kadang-kadang memerlukan mesh untuk diregenerasi agar

mencegah simulasi dari “breaking down” prematur, selain itu berdampak negatif pada efisiensi dan akurasi analisis. Dalam model-model berbasis Lagrangian, perpisahan dari chip ke benda kerja secara tradisional dicapai melalui pemisahan dari simpul di depan ujung alat sepanjang garis yang sudah ditetapkan mewakili kedalaman potong. Prosedur pemisahan node diatur oleh kondisi kegagalan material, yang merupakan fungsi dari salah satu dari beberapa kriteria dan meskipun sederhana, metodologi tidak memiliki drawbacks.

Dengan deformasi besar yang ditemui selama pemotongan logam, ada kecenderungan untuk simpul dalam depan alat sepanjang garis perpisahan akan

(34)

mendorong keluar dari posisi, sehingga menyebabkan keterikatan dari unsur-unsur dengan pemotongan alat. Pemisahan prematur node yang mengakibatkan celah di depan tool tip adalah masalah umum lain, yang biasanya disebabkan oleh spesifikasi yang tidak benar kriteria besarnya pemisahan.

Hal itu dapat berkontribusi untuk mengurangi akurasi dan validitas hasil. Bagaimanapun, beberapa peneliti telah meneliti metode alternatif untuk mencapai aksi pemotongan seperti penghapusan elemen dan adaptif remeshing. (SL Soo and D K Aspinwall, 2007)

S. Arbitrary Lagrangian Eulerian (ALE)

Prosedur yang ALE dapat digambarkan sebagai rumus umum adalah amalgamates dengan dua klasik Eulerian Lagrangian dan teknik menjadi satu deskripsi untuk memanfaatkan jasa masing-masing. FE mesh dalam sebuah simulasi ALE spasial maupun tidak tetap melekat pada materi, tetapi boleh sewenang-wenang bergerak relatif terhadap materi. Perumusan itu sedemikian rupa sehingga dapat dikurangi untuk Eulerian atau deskripsi Lagrangian jika diperlukan.

   

, _ 0  0 



 



_dxdf

x d df dt d dt t x t x f 

Untuk simulasi pemotongan logam, ide umumnya menerapkan fitur dari jenis Eulerian pendekatan untuk pemodelan sekitar daerah tool tip, sementara bentuk Lagrangian dapat dimanfaatkan untuk pemodelan pada aliran yang tanpa bahan pada batas bebas. Dengan cara ini, masalah berat distorsi dan keterlibatan unsur di

(35)

zona pemotongan bisa dikurangi tanpa perlu remeshing. Evolusi dari bentuk dan ukuran dari chip dapat terjadi dengan bebas dan secara otomatis sebagai fungsi dari material deformasi. Sejumlah peneliti telah mempelajari masalah ortogonal berbalik dengan chip yang terus-menerus dengan menggunakan prosedur ALE. (SL Soo and D K Aspinwall, 2007)

T. Komputasi Distribusi Temperatur Menggunakan FEM

Dengan asumsi pemesinan ortogonal steady dan kontinur persamaan pengatur perpindahan panas adalah persamaan energi steady .

0 ._ _ _2 _._

q T k T V c_p 

dimana TS suhu tertentu sepanjang batas ST, fluks panas yang ditentukan, q pada

batas Sq, dan koefisien perpindahan panas yang ditetapkan, h pada batas Sh

dimana p adalah kepadatan, cP panas spesifik, V kecepatan, T suhu, k konduktivitas termal, dan q.laju penghasilan panas internal per satuan volume. Untuk pemesinan ortogonal dimana ketebalan geram belum terdeformasi, t1, jauh

lebih kecil daripada lebar geram, perpindahan panas dapat diasumsikan dua-dimensi.

Dengan menggunakan persamaan Galerkin, dapat ditunjukkan bahwa unsur persamaan matriks.

 

H e

   

T e  p

di mana {T}e adalah vektor nodal temperatur dari elemen,

 

H N c V Nd N k Nd NThNdS

s T p T e e q e



   

(36)

 

p N N d N hT dS NTqdS s T s e T e q e b

q



         _  _

mana Ω2 adalah domain dari elemen dan N elemen bentuk fungsi matriks.

U. DEFORM™ 3D

Deform™ 3D adalah sebuah proses simulasi yang dirancang untuk menganalisis tiga-dimensi (3D) aliran proses pembentukan logam kompleks.

Deform™ 3D adalah alat praktis dan efisien untuk memprediksi aliran material dalam industri membentuk operasi tanpa biaya. Aplikasi yang ada pada DeformTM 3D meliputi:

- Penempaan - machining - rolling

- Ekstrusi - heading - gambar

- Cogging - pemadatan - boring

Didasarkan pada metode elemen hingga, Deform™ telah terbukti akurat dan kuat dalam aplikasi industri selama lebih dari dua dekade. Software ini mampu memprediksi deformasi besar aliran bahan dan perilaku termal dengan hasil yang presisi.

The Automatic Mesh Generator (AMG) menghasilkan sistem mesh yang optimal dengan pengendalian ukuran elemen lokal yang didasarkan pada proses yang ingin dianalisa. Fasilitas ini merupakan resolusi yang disempurnakan fitur bagian tetap menjaga kontrol yang baik masalah keseluruhan ukuran dan kebutuhan komputasi. Sebuah ditetapkan pengguna mesh lokal kepadatan pengguna tingkat

(37)

lanjut memberikan kontrol yang fleksibel untuk memenuhi kebutuhan mereka. Sementara Deform™ 3D menyediakan kemampuan analisis canggih, pengguna berbasis grafik Antarmuka yang intuitif dan mudah dipelajari. Selain itu, menyediakan utilitas untuk memanipulasi 3D geometri, termasuk kemampuan untuk memangkas boolean flash. Geser dan pemangkasan operasi juga dapat dianalisis menggunakan mesin FEM. Bahkan mesin kompleks operasi dapat dimodelkan. Deform™ 3D adalah dasar yang komprehensif sistem pemodelan yang mengintegrasikan produksi bahan baku, pembentukan, perlakuan panas dan pemesinan. (http://www.deform.com)

(38)

III. METODE PENELITIAN

A. Pemodelan

1. Pahat

Data sifat-sifat bahan pahat yang digunakan adalah data High Speed Steel (HSS). Data sifat-sifat bahan pahat HSS dapat dilihat pada tabel 1 dibawah ini.

Tabel 2. Data sifat-sifat bahan pahat HSS High Speed Steel (HSS)

Kandungan karbon 0,70 % - 1,50 %

Unsur paduan Chrome (Cr) dan Tungsten (W)

Dimensi pahat yang digunakan pada simulasi ini adalah variabel tetap. Dimensi pahat selengkapnya dapat dilihat pada Gambar 16 dan Tabel 3.

(39)

Gambar 16. Dimensi pahat

Tabel 3. Dimensi model pahat Ket.

R = 5 mm M = 0.4 mm θ = 30o

W = 1.8 mm C = 0.2 mm d shift = 5.5 mm

h = 30o p = 118o s shift = 1 mm

2. Benda Kerja

Data sifat-sifat benda kerja yang digunakan adalah baja karbon sedang tipe AISI-1045, dengan sifat-sifat sebagai berikut :

Tabel 4. Sifat-sifat baja karbon AISI 1045

Flow stress

Regangan: 0.05 - 5 Laju Regangan: 1 - 500000

Temperatur: 20 – 1200 oC Modulus Young Temperatur: -100 – 1500 oC

(40)

Ekspansi Termal Temperatur: -100 – 1500 C Konduktivitas Termal Temperatur: 20 – 1500 oC

Heat Capacity Temperatur: -100 – 1500 oC

Emisivitas Konstan

Fracture Normalized Cockroft & Latham Yield Strength, BP 0.2 305 N/mm (30 kg/mm2)

Tensile Strength, Rm 580 N/mm (58 kg/mm2) Elongation, A5 min 16%

Reduction of Area, Z min 40% Hardness 200 Brinell

Dimensi benda kerja mempunyai diameter sebesar 100 mm dan tingginya sebesar 40 mm. Selengkapnya dapat dilihat pada Gambar 17 sebagai berikut.

(41)

Mendefinisikan ukuran maksimum dan minimum elemen, dan kriteria untuk mesh. Untuk drilling, ukuran minimum elemen harus setara dengan ½ dari gerak makan per potongan sehingga ¼ feed/rev pada 2 flute drill, 1/6 feed/rev pada 3

flute drill, dll.

Kita akan mendefinisikan sebuah mesh awal dengan menggunakan windows untuk memberikan takaran pada wilayah mesh. Kemudian diatur parameter remeshing yang akan digunakan utnuk regenerasi mesh otomatis selagi simulasi berjalan.

Tipe elemen yang digunakan pada DEFORM 3D adalah tipe elemen tetrahedral. Pada penelitian ini jumlah elemen yang digunakan untuk pahat adalah 15000 elemen sedangkan untuk benda kerja adalah 20000 elemen. Pembagian elemen pada model pahat dan benda kerja ditunjukkan pada Gambar 18.

(a)

(42)

(b)

Gambar 18. Meshing : (a) benda kerja ; (b) pahat

C. Penentuan Kondisi Simulasi

Agar permasalahan lebih spesifik, maka perlu dibuat beberapa kondisi simulasi. Kondisi simulasi yang dibuat pada analisis ini berupa:

1. Pemodelan dibuat secara simetri terhadap bidang xyz. Pemodelan simetri ini dapat mempermudah pengerjaan analisis yang dilakukan secara komputasi. 2. Pada process setup kecepatan putaran yang digunakan adalah 635, 970, dan

(43)

Gambar 19. Process Setup

3. Pada process condition, convection coefficient adalah 0.05 N/sec/mm/°C dan shear friction factor yang digunakan adalah 0.5 (m = 0.5 N/sec/mm/°C).

(44)

4. Pada tool setup, desain pahat dan metode posisi ditentukan dan pemilihan material pahat HSS, kemudian pembagian elemen pahat sebesar 12000 elemen.

(a) (b)

Gambar 21. (a) Tool mesh generation ; (b) Material tool library

5. Pada workpiece setup, benda kerja diasumsikan bersifat plastic dengan temperatur 25 oC. Benda kerja berbentuk silinder yang mempunyai diameter 100 mm dan ketebalannya 40 mm, kemudian pembagian elemen benda kerja sebesar 15000 elemen. Pemilihan material steel AISI 1045.

(45)

(c)

Gambar 22. (a) Workpiece setup ; (b) Workpiece mesh generation ; (c) Material workpiece library

6. Jumlah step simulasi yang dilakukan sebanyak 8000 step dan langkah penyimpanan step sebanyak 100. Kedalaman potongnya 20 mm.

(46)

Setelah melakukan penentuan kondisi simulasi, maka selanjutnya dapat dilakukan tahap simulator dengan analisis elemen hingga (finite element analysis) secara komputasi untuk mendapatkan informasi yang dibutuhkan. DEFORM 3D secara otomatis akan menentukan persamaan pada setiap node untuk mendapatkan solusi keluaran.

Persamaan yang digunakan pada saat dijalankan adalah 1. Oxley’s equation

σ = σ(ε,ε,T)

2. Euler-Lagrange Equation

   

, 0  0      



_dxdf

x d df dt d dt t x t x f 

E. Pengambilan dan Pengolahan Data

Pada software DEFORM 3D data yang telah didapat dari perhitungan komputasi dapat diolah dan ditampilkan baik dalam bentuk tabel, kurva, perubahan kontur model, dan nilai eksak lainnya. Hasil keluaran dari program dapat dijalankan untuk dapat melihat berapa temperatur pahat dan benda kerja yang dihasilkan.

(47)

No. Rotational speed _(rpm) Feed Rate _(mm/rev) oT _C

f1 _T

2. f2 _T

3. f3 T3

No. Rotational speed (rpm) Feed Rate (mm/rev) T o_C 1. v2

f1 _T

2. f2 _T

3. f3 T3

No. Rotational speed (rpm) Feed Rate (mm/rev) T o_C 1. v3

f1 _T

2. f2 _T

(48)

Gambar 24. Diagram alir penelitian

Error Solution

Start

Pengumpulan Data Eksperimental Proses Drilling

Pemodelan Dan Meshing Pahat Serta Benda Kerja

Penentuan Kondisi Batas : V = 443 , 635, dan 970 rpm f = 0.1, 0.18, dan 0.24 mm/rev

m = 0.5 ; c = 0.2

Simulator

Oxley’s Equation, Euler-Lagrange Equation

Solusi output Temperatur(oC)

Solution is done

Selesai Analisis Hasil

(49)

IV. ANALISA DAN PEMBAHASAN

A. Data Hasil

Tabel 6. Data input simulasi

Kecepatan putar

433 rpm 635 rpm 970 rpm

Gerak makan

0.10 mm/rev 0.18 mm/rev 0.24 mm/rev Shear friction factor 0.2 Coeficient Convection 0.05

Coulomb 0.2

Jumlah elemen pada pahat 12000 elemen Jumlah elemen pada benda kerja 15000 elemen

Berdasarkan data input simulasi penelitian temperatur pada tepi pahat yang dilakukan maka didapatkan hasil temperatur pada ujung pahat yang selengkapnya dapat dilihat pada tabel 7 dibawah ini.

(50)

Tabel 7. Data Hasil Simulasi Temperatur Pahat  Kecepatan Putaran 443 rpm

No. Rotational speed (rpm)

Feed Rate (mm/rev)

Temperature (oC) 1.

433

0.10 157

2. 0.18 202

3. 0.24 217

 Kecepatan Putaran 635 rpm

No. Rotational speed _(rpm) Feed Rate _(mm/rev) Temperature ₍o_C)

635

0.10 164

2. 0.18 204

3. 0.24 252

 Kecepatan Putaran 970 rpm

No. Rotational speed _(rpm) Feed Rate _(mm/rev) Temperature ₍o_C)

970

0.10 204

2. 0.18 257

3. 0.24 288

B. Pembahasan

Hasil dari simulasi pada gurdi untuk mendapatkan temperatur pada pahat dapat dibahas melalui grafik hasil simulasi, grafik yang dapat dibahas adalah grafik

(51)

temperatur terhadap kecepatan putar dan grafik temperatur terhadap gerak makan, dimana dua grafik tersebut dapat dilihat pada gambar 25 dan gambar 26.

1. Grafik Temperatur Vs Kecepatan Putar

Gambar 25. Grafik temperatur vs kecepatan putar

Dari grafik diatas dapat dilihat bahwa kecepatan putar 970 rpm dan gerak makan 0.24 mm/rev mendapatkan temperatur paling tinggi yaitu sebesar 288 °C sedangkan pada kecepatan putar 443 rpm dan gerak makan 0.10 mm/rev mendapatkan temperatur paling kecil yaitu sebesar 157 °C. Hal ini disebabkan bahwa semakin besar kecepatan putar maka semakin besar pula temperatur yang didapatkan. Pada kecepatan putar 443 rpm dan gerak makan 0.24 mm/rev mendapatkan temperatur yang tinggi sebesar 217 °C sedangkan pada gerak makan 0.10 mm/rev mendapatkan temperatur yang kecil sebesar 157 °C. Keadaan yang sama juga didapatkan pada kecepatan putar 635 rpm dan 970 rpm, pada gerak makan 0.24 mm/rev mendapatkan temperatur yang tinggi yaitu sebesar 252 °C,

(52)

dan 288 °C dan pada gerak makan 0.10 mm/rev mendapatkan hasil temperatur yang kecil yaitu sebesar 150 °C, dan 237 °C.

Hasil ini didapatkan karena kecepatan yang tinggi akan menyebabkan naiknya temperatur pemotongan sehingga menyebabkan sudut geser (shear angle) naik. Gesekan pada pahat gurdi saat berputar menimbulkan temperatur yang semakin meningkat secara kontinu sesuai dengan kedalaman potong yang dilakukan, sehingga dengan bertambahnya kecepatan putar maka gesekan material benda kerja dengan pahat gurdi juga bertambah intensitasnya sampai menghasilkan temperatur pada pahat dan material benda kerja. Jadi dengan kecepatan putar yang sama dan dengan besarnya gerak makan, maka temperatur yang didapatkan juga bertambah.

2. Grafik Temperatur Vs Gerak Makan

(53)

Pada grafik diatas dapat kita lihat bahwa gerak makan 0.24 mm/rev mendapatkan temperatur yang paling besar sebesar 288 °C, sedangkan pada gerak makan 0.10 mm/rev mendapatkan temperatur yang paling kecil sebesar 157 °C. Pada gerak makan tertentu peningkatan kecepatan putar juga mengakibatkan terjadinya kenaikan pada temperatur pahat. Dilihat dari gerak makan 0.10 mm/rev dan kecepatan putar 443 rpm mendapatkan temperatur yang kecil sebesar 157 °C, sedangkan pada kecepatan putar 970 rpm mendapatkan temperatur yang besar yaitu 217 °C.

Pada gerak makan tertentu dimulai dari kecepatan putar yang rendah, temperatur mencapai hasil yang besar, kemudian membesar dan terus membesar seiring dengan naiknya kecepatan putar. Gerak makan 0.24 mm/rev menghasilkan panas paling tinggi, hal ini disebabkan karena daya pemotongan pahat gurdi yang cepat terhadap material menyebabkan gesekan yang besar sehingga temperatur menjadi naik. Dengan naiknya temperatur akan menyebabkan terjadinya pelunakan pada material, sehingga semakin besar gerak makan yang dibuat, daya pemotongan pada material juga akan mempercepat pelunakan pada material.

(54)

D. Hasil Simulasi Temperatur Pada Pahat Gurdi

Hasil simulasi temperatur pada pahat gurdi dapat kita lihat pada gambar 27 di bawah ini.

(a) (b) _(c)

(d) (e) (f)

(g) (h) (i)

Gambar 27. Hasil temperatur pahat pada

(a) Vrot = 443 rpm, f = 0.10 mm/rev

(d) Vrot = 635 rpm, f = 0.10 mm/rev

(g) Vrot = 970 rpm, f = 0.10 mm/rev (b) Vrot = 443 rpm,

f = 0.18 mm/rev

(e) Vrot = 635 rpm, f = 0.18 mm/rev

(h) Vrot = 970 rpm, f = 0.18 mm/rev (c) Vrot = 443 rpm,

f = 0.24 mm/rev

(f) Vrot = 635 rpm, f = 0.24 mm/rev

(i) Vrot = 970 rpm, f = 0.24 mm/rev

(55)

Dari gambar 27 dapat kita lihat bahwa dari kecepatan 433 rpm, 635 rpm dan 970 rpm memiliki hasil temperatur pahat yang semakin meningkat. Begitu juga dengan gerak makan 0.10 mm/rev, 0.18 mm/rev, dan 0.24 mm/rev memiliki hasil temperatur pahat yang semakin meningkat.

Sumber panas terjadi karena timbulnya tegangan (stress) di daerah di sekitar konsentrasi gaya penekanan mata potong pahat. Tegangan pada benda kerja tersebut pada salah satu arah akan terjadi tegangan geser (shearing stress) yang maksimum. Apabila tegangan geser ini melebihi kekuatan logam yang bersangkutan maka akan mengalami deformasi plastis (perubahan bentuk), pahat akan menggeser dan memutuskan benda kerja di ujung pahat pada satu bidang geser (shear plane). Proses deformasi pada bidang geser memerlukan energi mekanik dan setelah proses ini terjadi maka energi mekanik berubah menjadi energi termal. Dari proses itulah panas didapatkan.

Selain dari panas yang disebabkan oleh energi mekanik pemotongan, panas pada pahat juga disebabkan karena adanya gesekan pahat dengan material. Panas ini didistribusikan ke geram, benda kerja terpotong, dan pahat. Keadaan bentuk geram yang tidak rata pada saat proses pemotongan akan membuat temperatur pada pahat naik turun. Walaupun temperatur pahat naik turun bila kedalaman potongnya semakin dalam maka temperatur tetap naik.

C. Pengaruh Material Benda Kerja

Selain kondisi pemotongan (kecepatan putar, kedalaman potong dan gerak makan) temperatur juga dipengaruhi oleh material benda kerja. Secara umum terlihat

(56)

bahwa semakin tinggi kekerasan benda kerja maka temperatur yang didapatkan juga semakin besar. Hal ini disebabkan karena semakin keras benda kerja maka energi pemotongan yang terjadi antara pahat gurdi dan benda kerja juga semakin besar sehingga temperatur pemotongan meningkat, akibatnya keausan pahat akan semakin besar.

E. Perbandingan Hasil Temperatur Pahat Gurdi Eksperimen Dengan Simulasi

Prediksi temperatur pahat yang dilakukan secara simulasi dapat dibandingkan dengan hasil eksperimen yang dilakukan oleh Inata (2010). Nilai temperatur pahat yang didapat dari pengujian mendekati hasil dari simulasi. Kedua hasil pengujian dapat dilihat pada tabel 8 dan pada gambar 28 dibawah ini.

Tabel 8. Perbandingan Data Hasil Pengujian Penaksiran Temperatur Pahat Secara Eksperimen dan Secara Simulasi

V rpm f mm/rev Hasil Eksperimen T °C Hasil Simulasi T °C Prosentase % 443

0.1 131 157 19

0.18 155 202 30

0.24 170 217 27

635

0.1 140 164 17

0.18 172 204 18

0.24 182 252 38

970

0.1 178 204 14

0.18 195 257 31

(57)

Perbandingan Temperatur Pahat Pada Eksperimen dan Simulasi

Gambar 28. Grafik Perbandingan Temperatur Pahat Pada Eksperimen Dan Simulasi

Dari grafik 28 antara simulasi dan eksperimental mempunyai hasil temperatur yang tidak jauh berbeda hasilnya, namun mempunyai hasil pada simulasi lebih tinggi daripada hasil pada eksperimental. Pada kecepatan 443 rpm dengan gerak makan 0.10, 0.18, 0.24 mm/rev secara eksperimental mempunyai hasil temperatur yaitu 131, 155, dan 170 °C sedangkan secara simulasi mendapatkan hasil temperatur yaitu 157, 202, dan 217 °C. begitu juga pada kecepatan 635 dan 970 rpm pada gerak makan 0.10, 0.18, dan 0.24 mm/rev secara eksperimental didapatkan temperatur sebesar 140, 172, 182 °C dan 178, 195, dan 218 °C, sedangkan secara simulasi didapatkan hasil 164, 204, 252 °C dan 204, 257, serta 288 °C.

Berdasarkan Prosentase perbedaan hasil perbandingan yang dilakukan secara eksperimental dan simulasi dapat dilihat pada gambar 28 yang memperlihatkan

s im u la s i e k s p e ri m e n e k s p e ri m e n s im u la s i e k s p e ri m e n s im u la s i 0 50 100 150 200 250 300 T e m p e ra tu r

443 rpm 635 rpm 970 rpm

Kecepatan Putar 0,1 0,18 0,24 0,1 0,18 0,24 Gerak makan

(58)

bahwa prosentase semakin meningkat seiring dengan bertambahnya gerak makan yang digunakan. pada kecepatan 635 rpm dan gerak makan 0.10 mm/rev didapatkan perbedaan hasil sebesar 17 %, sedangkan pada gerak makan 0.24 mm/rev sebesar 38 %. Secara keseluruhan prosentase yang paling rendah adalah 14 % yang didapatkan pada kecepatan 970 rpm dan gerak makan 0.10 mm/rev, sedangkan prosentase yang paling besar adalah 38 % yang didapatkan pada kecepatan 635 rpm dan gerak makan 0.24.

Dari hasil dapat dilihat perbedaan yang dihasilkan secara simulasi dan eksperimental, Hal ini disebabkan karena ukuran elemen yang relatif besar pada benda kerja di ujung mata pahat dibandingkan ujung pahat pemotongan, sehingga kesalahan perhitungan suhu yang dihasilkan dengan besar ujung pemotongan secara signifikan diperbesar oleh remeshing terus menerus.

Ada sejumlah alasan umum untuk solusi yang tidak konvergen.

1. Material yang memiliki gerak permukaan yang besar. Sebagian besar permukaan berdeformasi memiliki tingkat regangan sangat rendah atau kaku. 2. Material bukan laju regangan sensitif.

3. Material elasto-plastik mengalami deformasi besar atau memiliki awal yang tidak sesuai.

Ekstrapolasi kesalahan data aliran tegangan material pada tingkat regangan dan suhu yang tinggi dan penggunaan model gesekan yang disederhanakan untuk permukaan geram juga mempengaruhi perbedaan hasil temperatur pada ujung pahat. Pernyataan diatas diperkuat oleh Özel yang menyatakan keterbatasan dalam model material pada tingkat regangan yang sangat besar.

(59)

Secara keseluruhan hasil yang didapatkan baik secara eksperimental maupun simulasi mempunyai hasil temperatur yang sejalan secara linier seperti dapat dilihat pada gambar 28.

(60)

V. SIMPULAN DAN SARAN

A. Simpulan

Setelah dilakukan pengujian temperatur pahat secara simulasi, maka dapat disimpulkan antara lain:

1. Setelah dilakukan simulasi penggurdian menggunakan DEFORM 3D didapat hasil temperatur pahat yang paling tinggi yaitu 288 °C sedangkan temperatur yang paling rendah yaitu sebesar 157 °C.

2. Temperatur pahat yang didapatkan pada kecepatan putar 443, 635 dan 970 rpm secara eksperimental tidak berbeda jauh dengan hasil prediksi yang didapatkan secara simulasi. Tetapi hasil temperatur secara simulasi mempunyai hasil yang lebih tinggi bila dibandingkan dengan hasil yang didapat melalui eksperimental. Perbedaan tertinggi pada kecepatan putar 635 rpm dan gerak makan 0.24 mm/rev sebesar 38%. Sedangkan yang terendah pada kecepatan 970 rpm dan gerak makan 0.1 mm/rev sebesar 14 %.

3. Prosentase perbandingan eksperimental dan simulasi pada kecepatan 635 dan 970 rpm dengan gerak makan 0.18 dan 0.24 mm/rev yang didapatkan mempunyai nilai yang besar. Hal ini disebabkan karena ukuran elemen yang relatif besar pada benda kerja di ujung mata pahat dibandingkan ujung pahat pemotongan, sehingga kesalahan

(61)

diperbesar oleh remeshing terus menerus.

4. Semakin tinggi kecepatan putar yang dilakukan maka semakin tinggi pula temperatur pahat yang didapatkan dalam pengujian, begitu juga semakin tinggi gerak makan yang dipakai pada saat pengujian maka temperatur yang didapatkan juga semakin besar. Hal ini disebabkan karena timbulnya tegangan (stress) di daerah di sekitar konsentrasi gaya penekanan mata potong pahat. Tegangan pada benda kerja tersebut pada salah satu arah akan terjadi tegangan geser (shearing stress) yang maksimum. Apabila tegangan geser ini melebihi kekuatan logam yang bersangkutan maka akan mengalami deformasi plastis (perubahan bentuk), pahat akan menggeser dan memutuskan benda kerja di ujung pahat pada satu bidang geser (shear plane). Proses deformasi pada bidang geser memerlukan energi mekanik dan setelah proses ini terjadi maka energi mekanik berubah menjadi energi termal. Dari proses itulah panas didapatkan.

5. Banyaknya step yang digunakan pada simulasi dapat mempengaruhi kedalaman potong yang diinginkan.

(62)

Adapun saran yang dapat diberikan pada pengujian simulasi, antara lain:

1. Dilakukan pengujian lain selain gurdi secara simulasi dengan menggunakan perangkat lunak DEFORM 3DTM untuk mengurangi biaya pengujian.

2. Dilakukan analisa karakteristik pahat secara simulasi berbasis metode elemen hingga untuk mengetahui tegangan dan regangan pada proses gurdi

3. Untuk mendapatkan hasil yang lebih presisi dapat dilakukan dengan menambahkan jumlah elemen meshing pada pahat dan material benda kerja.

(63)

Oleh

RENDY CHANDHIKA

Skripsi

Sebagai Salah Satu Syarat untuk Mencapai Gelar SARJANA TEKNIK

pada

Jurusan Teknik Mesin

Fakultas Teknik Universitas Lampung

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS LAMPUNG

BANDAR LAMPUNG

2010

(64)

(Skripsi)

Oleh:

RENDY CHANDHIKA

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS LAMPUNG

BANDAR LAMPUNG

2010

(65)

DAFTAR GAMBAR

Hal.

1. Kondisi pemotongan pada Drilling ... 6

2. Bor pilin spiral kecil ... 9

3. Bor pilin kisar besar ... 9

4. Bor Pilin Kisar Besar Sudut Sayat Kecil ... 9

5. Bor Pilin Kisar Besar Sudut Lancip ... 10

6. Geometri pahat ... 11

7. Upright Drill ... 11

8. Radial Drill ... 12

9. Gang Drill ... 13

10. kurva stress vs strain (tegangan vs regangan) ... 15

11. Daerah zone deformasi selama proses pemotongan ... 23

12. Bentuk-bentuk elemen dasar ... 27

13. Meshing dari suatu tower kontrol dengan 48 buah elemen beam dan 28 buah node ... 29

14. Meshing dua dimensi, dengan 120 buah node dengan 297 elemen segitiga ... 29

(66)

Elemen masif 3 dimensi ... 30

16. Dimensi pahat ... 37

17. Model benda kerja ... 38

18. Meshing : (a) benda kerja ; (b) pahat ... 40

19. Process Setup ... 41

20. Process condition ... 41

21. (a)Tool mesh generation; (b) Material tool library ... 42

22. (a) Workpiece setup ; (b) Workpiece mesh generation; (c) Material workpiece library ... 43

23. Simulation controls ... 43

24. Diagram alir penelitian ... 46

25. Grafik temperatur vs kecepatan putar ... 49

26. Grafik temperatur vs gerak makan ... 50

27. Hasil temperatur pahat ... 52

28. Grafik Perbandingan Temperatur Pahat Pada Eksperimen Dan Simulasi ... 55

(67)

DAFTAR ISI

Hal.

SANWACANA ... i

DAFTAR ISI ... iv

DAFTAR TABEL ... vii

DAFTAR GAMBAR ... viii

I. PENDAHULUAN A. Latar Belakang ... 1

B. Tujuan Penelitian ... 3

C. Batasan Masalah ... 3

D. Sistematika Penulisan ... 4

II. TINJAUAN PUSTAKA A. Proses Drilling ... 5

B. Kondisi Pemotongan Pada Drilling ... 5

C. Berbagai proses yang berhubungan dengan Drilling ... 7

D. Variasi Pahat Pada Drilling ... 8

E. Tool Geometry ... 10

(68)

H. Sifat-sifat Material ... 14

I. Baja (Material Benda Kerja) ... 17

J. Baja karbon AISI 1045 ... 19

K. High Speed Steel (HSS) ... 19

L. Panas yang dihasilkan dan perpindahan panas ... 20

M. Temperatur Pemotongan ... 22

N. Metode Elemen Hingga... 25

O. Tahapan Metode Elemen Hingga ... 26

P. Contoh-contoh Meshing ... 29

Q. Kelebihan dan kekurangan dalam penggunaan elemen hingga ... 30

R. Lagrangian... 31

S. Arbitrary Lagrangian Eulerian (ALE) ... 32

T. Komputasi Distribusi Temperatur Menggunakan FEM ... 33

U. DEFORM™ 3D ... 34

III. METODE PENELITIAN A. Pemodelan ... ... 36

1. Pahat ... ... 36

2. Benda Kerja ... ... 37

B. Pembagian Elemen (Mehing) ... 39

C. Penentuan Kondisi Simulasi ... 40

(69)

F. Diagram Alir Penelitian ... 46

IV. ANALISA DAN PEMBAHASAN A. Data Hasil ... 47

B. Pembahasan ... 48

1. Grafik Temperatur Vs Kecepatan Putar ... 49

2. Grafik Temperatur Vs Gerak makan ... 50

C. Hasil Simulasi Temperatur Pada Pahat Gurdi ... 52

D. Pengaruh Material Benda kerja ... 53

E. Perbandingan Hasil Temperatur Pahat Gurdi Eksperimen Dengan Simulasi ... 54

V. SIMPULAN DAN SARAN A. Simpulan ... 58

B. Saran ... 59

DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN

(70)

DAFTAR PUSTAKA

Aqapiou, John S dan Stephenson, David A. 2006. Metal Cutting Theory And Practice. Broken Sound Parkway Nw. Boca Raton. USA.

Bil, Halil. Kilic, S. Engin. Tekkaya, A. Erman. 2004. A Comparison of orthogonal Cutting Data From Experiments With Three Different Finite Element Models . Middle East Technical University. Ankara. Turkey.

Chapra, Steven C dan Canale, Raymond P. 1998. Numerical Methods For Engineers. Singapura.

Daryanto. 1996. Mesin Perkakas Bengkel. Rineka Cipta. Jakarta.

Darius, Asyari. 2009. Proses Produksi II Mesin Bubut. Universitas Darma Persada. Jakarta.

Groover, Mikell P. 1996. Fundamentals Of Modern Manufacturing. Leghigh University : New Jersey.

Joel, D. Gardner. Vijayaraghavan, Athulan. David, A Dornfeld. 2005. Comparative Study of Finite element Simulation Software . University of California. Berkeley.

Krar, Steve F dan Albert F Check. 1997. Technology of Machine Tolls. Fifth Edition. Mc Graw Hill International Editions.

(71)

Niels Saabye Ottosen, Hans Peterson. 1992. Introduction to Finite Elemen Method. Prentice Hall. Hertfordshire.

Prakash M. Dixit, Uday S. Dixit. 2008. Modeling of Metal Forming and Machining Process. Springer. London.

Rochim, Taufiq. 1993. Teori dan Teknologi Proses Pemesinan. ITB. Bandung. Jawa Barat.

Susatio, Yerri. 2004. Dasar-dasar Metode Elemen Hingga. Andi Offset. Yogyakarta.

S. L., Soo. D. K., Aspinwall 2007. Developments in Modelling of Metal Cutting Processes. The University of Birmingham. United Kingdom.

Trent, Edward M., Wright, Paul K. 2000. Metal Cutting (Fourth Edition). Butter Worth Heinemann. USA.

Tugrul Özel. 2003. Modeling of Hard Part machining : Effect of Insert Edge Preparation in CBN Cutting Tools. The State University of New Jersey. USA.

Widarto. 2008. Teknik Pemesinan Jilid 2.. DEPDIKNAS. Jakarta.

Wirjosoedirdjo, Sri J. 1996. Dasar-dasar Metode Elemen Hingga. Erlangga. Jakarta.

(72)

http://www.deform.com

http://geowana.wordpress.com/pentingnya sebuah ilmu material

PENGUKURAN TEMPERATUR MATA PISAU (CUTTING EDGE) PAHAT PADA PROSES DRILLING BAJA KARBON AISI 1045 DENGAN METODE EMBEDDED THERMOCOUPLE

(73)

DAFTAR TABEL

Hal.

1. Klasifikasi Baja Karbon ………... 18

2. Data sifat-sifat bahan pahat HSS ……….. 36

3. Dimensi model pahat ……….... 37

4. Sifat-sifat baja karbon AISI 1045 ………. 37

5. Data temperatur pahat ………... 45

6. Data input simulasi ………... 47

7. Data hasil temperatur pahat ………... 48

8. Perbandingan data hasil pengujian penaksiran temperatur pahat secara eksperimental dan secara simulasi ………... 54

(74)

MENGESAHKAN

1. Tim Penguji

Ketua : Dr. Yanuar Burhanuddin ………

Sekretaris : Dr. Eng. Suryadiwansa harun ………

Penguji

Bukan Pembimbing : Dr. Eng. Shirley Savetlana, ………

2. Dekan fakultas Teknik Universitas lampung

Dr. Ir. Lusmeilia Afriani, D.E.A

NIP 19650510 199303 2 008

(75)

PERNYATAAN PENULIS

SKRIPSI INI DIBUAT SENDIRI OLEH PENULIS DAN BUKAN HASIL PLAGIAT SEBAGAIMANA DIATUR DALAM PASAL 44 PERATURAN AKADEMIK UNIVERSITAS LAMPUNG DENGAN SURAT KEPUTUSAN REKTOR No.159/H26/PP/2008

YANG MEMBUAT PERNYATAAN

RENDY CHANDHIKA 0415021086

(76)

Judul Skripsi : PREDIKSI TEMPERATUR PAHAT PADA PROSES PENGGURDIAN (DRILLING) BAJA AISI 1045 DENGAN MENGGUNAKAN METODE SIMULASI BERBASIS METODE ELEMEN HINGGA

Nama Mahasiswa : RENDY CHANDHIKA

No. Pokok Mahasiswa : 0415021086

Jurusan : Teknik mesin

Fakultas : Teknik

MENYETUJUI

1. Komisi Pembimbing

Dr. Yanuar Burhanuddin

NIP 19640506 200003 1 001

Dr. Eng. Suryadiwansa Harun

NIP 19700501 200003 1 001

2. Ketua Jurusan Teknik Mesin

Dr. Asnawi Lubis, M.Sc.

NIP 19700412 199703 1 006

(77)

Motto

“

Sesungguhnya sesudah kesulitan itu ada kemudahan.

Maka apabila kamu telah selesai dari suatu urusan,

kerjakanlah urusan lain dan hanya kepada Allah

hendaknya kamu berharap”

(QS. Al Insyirah : 6-8)

“

Do all the goods you can, All the best you can, In all

times you can, In all places you can, For all the

creatures you can

Don't give up before you get what you want

”

(Ge’Be)

“

Jenius adalah 1 % inspirasi dan 99 % keringat.

Tidak ada yang dapat menggantikan kerja keras.

Keberuntungan adalah sesuatu yang terjadi ketika

(78)

Skripsi ini ku persembahkan sebagai tanda hormat

dan terima kasih ku kepada :

Keluargaku

Dan

(79)

RIWAYAT HIDUP

Penulis dilahirkan di Jakarta tanggal 10 Agustus 1986 sebagai anak pertama dari dua bersaudara pasangan Ayahanda Muhammad Rhydwan A. dan Ibunda Dra. Neneng Kesumawati.

Penulis menyelesaikan pendidikan Taman Kanak-kanak (TK) Amanah Tangerang pada tahun 1992, SD Negeri Karawaci Baru 3 Tangerang pada tahun 1998, SLTP Pramita Binong Tangerang pada tahun 2001, SMA Negeri 5 Tangerang pada tahun 2004.

Pada tahun 2004 penulis terdaftar sebagai Mahasiswa Teknik Mesin fakultas Teknik Universitas Lampung melalui Seleksi Penerimaan Mahasiswa Baru (SPMB). Selama menjadi mahasiswa, penulis menjadi pengurus HIMATEM (Himpunan Mahasiswa Teknik Mesin) sebagai Ketua Bidang Dana Usaha dan pada tahun berikutnya sebagai Dewan Pembina. Penulis juga mengikuti komunitas Mech-E FC (Mechanical Engineering Football Club) sebagai ketua pada tahun 2006. Penulis pernah menjadi asisten Laboratorium CNC. Pada bulan September tahun 2008, penulis melakukan Kerja Praktek (KP) di PT. Garuda Maintenance Facilities Aeroasia, Bandara Soekarno – Hatta, Cengkareng. Penulis juga melakukan penelitian di Laboratorium CNC dan Laboratorium Teknologi Mekanik Universitas lampung untuk menyelesaikan skripsi.

(80)

SANWACANA

Assalamu'alaikum Wr. Wb.

Alhamdulillaahirabbil'aalamiin, puji syukur kehadirat Allah SWT yang telah memberikan rahmat, taufik, dan hidayah-Nya, sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi yang berjudul ″Prediksi Temperatur Pahat Pada Proses Penggurdian (Drilling) Baja AISI 1045 Dengan Menggunakan Metode Simulasi Berbasis Metode Elemen Hingga″. Skripsi ini merupakan salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik di Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Lampung.

Dalam pelaksanaan dan penyusunan skripsi ini, penulis banyak mendapatkan bantuan dan sumbangan pikiran dari berbagai pihak, oleh karena itu penulis mengucapkan terima kasih kepada:

1. Dr. Ir. Lusmeilia Afriani, D.E.A selaku Dekan Fakultas Teknik Universitas Lampung.

2. Bapak Dr. Asnawi Lubis, selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin Univeristas Lampung.

(81)

memberikan bimbingan, saran, dan kritik selama proses penyelesaian skripsi ini.

4. Bapak Dr. Eng. Suryadiwansa Harun selaku Pembimbing Pendamping atas kesediaannya untuk memberikan bimbingan, saran, dan kritik dalam proses penyelesaian skripsi ini.

5. Ibu Dr. Eng. Shirley Savetlana selaku dosen Pembahas yang telah memberikan masukan dalam penulisan laporan ini.

6. Seluruh Dosen Pengajar Jurusan Teknik Mesin yang telah banyak memberikan ilmu selama penulis melaksanakan studi, baik berupa materi perkuliahan maupun tauladan dan motivasi sehingga dapat kami jadikan bekal untuk terjun ke tengah-tengah masyarakat.

7. Ayahanda M. Rhydwan A. dan Ibunda Dra. Neneng Kesumawati atas nasehat, doa restu, cinta, kesabaran dan kasih sayangnya yang telah diberikannya. 8. Rindu Chandikesuma adikku tercinta, Berry, Viona, Adwin Dzulfikar, Sigit

Parpol Ryan Ahong, dan Teman-teman kecil di Anoa yang senantiasa memberikan semangat, dukungan, doa yang tak terbatas.

9. Hengki Inata sebagai teman satu team Tugas Akhir.

10.Rano Teknik Elektro 2006 yang telah rela menyiakan waktunya untuk membantu Tugas Akhir.

11.Yan Parulian, S.T., Raden, S.T., Andre Simon, Marido, Fransisco, Gabe, Puput, Rastra, Fajar, Chandra, Intan, Egi, Goro', Ricky, Nurhadi, Nohan, Ageng, Yuli, Laila dan Crew 181 khususnya Teknik Mesin Unila angkatan

(82)

yang tidak dapat disebutkan satu persatu.

12.Jejen, Memet, Daeli, dan Munsa yang telah memperbolehkan untuk singgah dikontrakannya.

13.Rudy Okto Gunaryo, Wachid Yusa E, Syarif Hasan, S.T., Beni, Igoy, Garay, Elwin, Izal, Bobby, dan Gondrong dan rekan-rekan dari angkatan 2003 yang tidak bisa disebutkan namanya satu persatu yang telah membantu dan memberikan semangat dalam mengerjakan Tugas Akhir ini.

14.Rico, Taufan, Aditia, Sonic, Rino, Dedi, dan angkatan ’05 dan ’06 lainnya yang telah memberikan semangatnya.

15.Scaby Boys yang telah menjadi teman-teman di semester awal dan juga sebagai teman se-daerah tepatnya di tangerang.

16.Semua pihak yang tidak mungkin penulis sebutkan namanya satu persatu, yang telah ikut serta membantu dalam penyelesaian laporan ini.

Penulis menyadari bahwa dalam penulisan skripsi ini masih ada kekurangan-kekurangan, oleh karena itu penulis mengharapkan kritik dan saran yang bersifat membangun dari semua pihak. Penulis berharap semoga skripsi ini dapat berguna dan bermanfaat bagi kita semua. Amin.

Bandar Lampung, Mei 2010 Penulis

(1)

Motto

“

Sesungguhnya sesudah kesulitan itu ada kemudahan.

Maka apabila kamu telah selesai dari suatu urusan,

kerjakanlah urusan lain dan hanya kepada Allah

hendaknya kamu berharap”

(QS. Al Insyirah : 6-8)

“

Do all the goods you can, All the best you can, In all

times you can, In all places you can, For all the

creatures you can

Don't give up before you get what you want

”

(Ge’Be)

“

Jenius adalah 1 % inspirasi dan 99 % keringat.

Tidak ada yang dapat menggantikan kerja keras.

Keberuntungan adalah sesuatu yang terjadi ketika

(2)

Skripsi ini ku persembahkan sebagai tanda hormat

dan terima kasih ku kepada :

Keluargaku

Dan

(3)

RIWAYAT HIDUP

Penulis dilahirkan di Jakarta tanggal 10 Agustus 1986 sebagai anak pertama dari dua bersaudara pasangan Ayahanda Muhammad Rhydwan A. dan Ibunda Dra. Neneng Kesumawati.

(4)

SANWACANA

Assalamu'alaikum Wr. Wb.

Dalam pelaksanaan dan penyusunan skripsi ini, penulis banyak mendapatkan bantuan dan sumbangan pikiran dari berbagai pihak, oleh karena itu penulis mengucapkan terima kasih kepada:

1. Dr. Ir. Lusmeilia Afriani, D.E.A selaku Dekan Fakultas Teknik Universitas Lampung.

2. Bapak Dr. Asnawi Lubis, selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin Univeristas Lampung.

(5)

3. Bapak Dr. Yanuar Burhanuddin selaku Pembimbing Utama yang telah memberikan bimbingan, saran, dan kritik selama proses penyelesaian skripsi ini.

4. Bapak Dr. Eng. Suryadiwansa Harun selaku Pembimbing Pendamping atas kesediaannya untuk memberikan bimbingan, saran, dan kritik dalam proses penyelesaian skripsi ini.

5. Ibu Dr. Eng. Shirley Savetlana selaku dosen Pembahas yang telah

memberikan masukan dalam penulisan laporan ini.

6. Seluruh Dosen Pengajar Jurusan Teknik Mesin yang telah banyak

memberikan ilmu selama penulis melaksanakan studi, baik berupa materi perkuliahan maupun tauladan dan motivasi sehingga dapat kami jadikan bekal untuk terjun ke tengah-tengah masyarakat.

7. Ayahanda M. Rhydwan A. dan Ibunda Dra. Neneng Kesumawati atas nasehat,

doa restu, cinta, kesabaran dan kasih sayangnya yang telah diberikannya. 8. Rindu Chandikesuma adikku tercinta, Berry, Viona, Adwin Dzulfikar, Sigit

Parpol Ryan Ahong, dan Teman-teman kecil di Anoa yang senantiasa memberikan semangat, dukungan, doa yang tak terbatas.

9. Hengki Inata sebagai teman satu team Tugas Akhir.

10.Rano Teknik Elektro 2006 yang telah rela menyiakan waktunya untuk membantu Tugas Akhir.

(6)

2004 (Solidarity Forever..‼!) dan semua pihak yang telah membantu penulis yang tidak dapat disebutkan satu persatu.

12.Jejen, Memet, Daeli, dan Munsa yang telah memperbolehkan untuk singgah dikontrakannya.

13.Rudy Okto Gunaryo, Wachid Yusa E, Syarif Hasan, S.T., Beni, Igoy, Garay,

Elwin, Izal, Bobby, dan Gondrong dan rekan-rekan dari angkatan 2003 yang tidak bisa disebutkan namanya satu persatu yang telah membantu dan memberikan semangat dalam mengerjakan Tugas Akhir ini.

14.Rico, Taufan, Aditia, Sonic, Rino, Dedi, dan angkatan ’05 dan ’06 lainnya yang telah memberikan semangatnya.

15.Scaby Boys yang telah menjadi teman-teman di semester awal dan juga sebagai teman se-daerah tepatnya di tangerang.

16.Semua pihak yang tidak mungkin penulis sebutkan namanya satu persatu, yang telah ikut serta membantu dalam penyelesaian laporan ini.

Bandar Lampung, Mei 2010 Penulis