STUDI EKSPERIMENTAL USAHA PENINGKATAN BATAS STABILITAS PROSES PEMESINAN PADA PROSES BUBUT SLENDER BAR DENGAN PENAMBAHAN MASSA PASIF PADA BENDA KERJA

  TESIS – TM 142501 STUDI EKSPERIMENTAL USAHA PENINGKATAN BATAS STABILITAS PROSES PEMESINAN PADA PROSES BUBUT

SLENDER BAR DENGAN PENAMBAHAN MASSA PASIF PADA

BENDA KERJA HARJUMA Nrp. 2112201205 DOSEN PEMBIMBING Prof . Dr. -Ing. Ir. Suhardj ono, M. Sc PROGRAM MAGISTER BIDANG KEAHLIAN SISTEM MANUFAKTUR JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI

  INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER SURABAYA 2015

  THESIS – TM 142501

EXPERIMENTAL STUDY FOR IMPROVEMENT OF STABILITY

LIMITS LATHE MACHINING PROCESS WITH ADDITION OF SLENDER BAR PASSIVE MASS ON THINGS WORK HARJUMA Nrp. 2112201205 SUPERVISOR Prof . Dr. -Ing. Ir. Suhardj ono, M. Sc MASTER PROGRAM FIELD STUDY OF MANUFACTURING SYSTEM DEPARTMENT OF MECHANICAL ENGINEERING FACULTY OF INDUSTRIAL TECHONOLOGY SEPULUH NOPEMBER INSTITUTE OF TECHNOLOGY SURABAYA 2015

  

STUDI EKSPERIMENTAL USAHA PENINGKATAN BATAS

STABILITAS PROSES PEMESINAN PADA PROSES BUBUT

SLENDER BAR DENGAN PENAMBAHAN

MASSA PASIF PADA BENDA KERJA

  Nama Mahasiswa : Harjuma Nrp : 2112201205 Pembimbing : Prof. Dr.-Ing. Ir. Suhardjono, M.Sc

  

ABSTRAK

  Laju pembuangan material atau material removal rate (MRR) dalam industri manufaktur seperti proses bubut tidak bisa terlepas dari kecepatan potong, kecepatan gerak makan dan kedalaman potong. Penambahan kedalaman pemotongan secara berlebihan dapat menyebabkan terjadinya cacat pada permukaan hasil pemotongan akibat chatter. Chatter adalah fenomena terjadinya getaran yang berlebihan pada saat proses pemesinan sedang berlangsung, dimana proses tersebut masuk dalam daerah terlarang yaitu daerah tidak stabil (unstable). Untuk mengurangi getaran selama proses pemotongan khususnya pada saat pembubutan benda kerja yang panjang dapat dibuat sebuah sistem peredam kompensasi massa yaitu dengan menggunakan massa pasif yang dipasang pada benda kerja selama proses pemotongan.

  Langkah awal yang dilakukan dalam pembuatan sistem peredam diawali dengan pengukuran frekuensi pribadi benda kerja dengan melakukan uji eksitasi. Frekuensi pribadi benda kerja yang telah didapatkan selanjutnya digunakan sebagai dasar untuk menghitung kekakuan pegas yang akan digunakan. Dengan massa pasif tertentu, data kekakuan yang ada selanjutnya digunakan dalam simulasi sistem peredam dengan dua derajat kebebasan (2 Dof). Simulasi dilakukan dengan menggunakan perangkat lunak MathCad. Hasil simulasi yang telah sesuai selanjutnya digunakan sebagai dasar dalam mendesain dan membuat sistem peredam. Selanjutnya dilakukan percobaan secara statis untuk mengetahui pengaruh penggunaan sistem peredam dan uji pemotongan dengan proses bubut untuk mengetahui batas stabilitas dari proses pemesinan. Benda kerja yang digunakan dalam percobaan adalah slender bar dimensi Ø35 mm x 800 mm dengan sistem pencekaman chuck-centre. Putaran mesin yang digunakan adalah 425 rpm dan feeding sebesar 0,06 mm/putaran. Pahat yang digunakan adalah

  o pahat insert jenis carbide dengan sudut Kr = 90 .

  Hasil percobaan uji eksitasi menunjukan bahwa dengan sistem peredam

  ∅

  dengan pegas 7 mm dan massa tambahan 0,75 kg mampu menurunkan tingkat

• 11 -11

  compliance benda kerja dari 9,2 x 10

  m/N menjadi 2,35 x 10 m/N atau terjadi penurunan sebesar 74,45%. Hasil percobaan uji pemotongan menunjukan bahwa

  ∅

  dengan sistem peredam dengan pegas 7 mm dan massa tambahan 1 kg m ampu menaikan jangkauan lintasan pemotongan dari 1,5 mm menjadi 44 mm atau naik hampir 30 kalinya tanpa terjadi chatter. Kata kunci: chatter, sistem peredam, slender bar, chuck-centre.

  

EXPERIMENTAL STUDY FOR IMPROVEMENT OF STABILITY

LIMITS LATHE MACHINING PROCESS WITH ADDITION OF

SLENDER BAR PASSIVE MASS ON THINGS WORK

  Student Name : Harjuma Nrp : 2112201205 Supervisor : Prof. Dr.-Ing. Ir. Suhardjono, M.Sc

  

ABSTRACT

  The rate of material removal or material removal rate (MRR) in manufacturing industries such as turning process can not be separated from the cutting speed, ground speed and depth of cut eating. Addition of excessive cutting depth can cause defects on the surface of the cutting result due to chatter. Chatter is the phenomenon of excessive vibration during machining process is underway, which it is entered in the restricted area is the area unstable. To reduce vibration during the cutting, especially when turning long workpiece can be made with a compensation mass damper system is by using a passive mass mounted on the workpiece during the cutting processing.

  The initial steps in making damper system begins with the measurement of the workpiece with the natural frequency excitation test. Natural frequency of the workpiece which has been obtained is then used as the basis for calculating the spring stiffness to be used. With certain passive mass, stiffness of data that is subsequently used in the simulation damper system with two degrees of freedom (2Dof). Simulations performed using MathCad software. The results of the simulation have been appropriate then used as a basis for designing and making damper system. Further experiments to determine the effect of the use of a static system with a s ilencer and test cutting lathe process to determine the stability limits of the machining process. Workpiece used in the experiment is slender bar dimensions Ø35 mm x 800 mm with clamping chuck-center system. Engine speed is 425 rpm use and feeding of 0.06 mm/rotation. Chisel used is the type of carbide

  o cutting tool inserts with Kr = 90 angle.

  The experimental results show that the excitation test with spring-damper

  ∅

  system 7 mm and a mass of 0.75 kg supplemental able to reduce the level of

• 11 -11

  compliance of the workpiece of 9.2 x 10 m/N to 2.35 x 10 m/N or a decline of 74.45%. The experimental results show that the cutting test with spring-damper

  ∅

  system 7 mm and a mass of 1 kg is able to raise the additional range of cutting trajectory of 1.5 mm to 44 mm, up nearly 30 time without any chatter. Keywords: chatter, damper system, slender bar, chuck-centre.

KATA PENGANTAR

  Puja dan puji syukur penulis panjatkan atas kehadirat Allah SWT karena atas rahmat dan karunia-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan penyusunan tesis ini yang berjudul “ Studi Eksperimental Usaha Peningkatan Batas Stabilitas Proses Pemesinan pada Proses Bubut Slender Bar dengan Penambahan Massa Pasif pada Benda Kerja”. Tesis ini disusun sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Magister Teknik di Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya.

  Penulis menyampaikan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada semua pihak yang telah turut membantu baik secara langsung maupun tidak langsung dalam penyusunan tesis ini hingga selesai. Ucapan terima kasih penulis sampaikan kepada:

  1. Jasman, SST. MM., selaku Direktur Akademi Teknik Soroako yang telah memberikan kesempatan kepada penulis untuk melanjutkan pendidikan ke Program Pascasarjana.

  2. Prof. Ir. Sutardi, M.Eng. Ph.D., selaku Kepala Program Studi Teknik Mesin Program Pascasarjana FTI-ITS.

  3. Prof. Dr.-Ing. Ir. Suhardjono, M.Sc., selaku dosen pembimbing dalam penyusunan tesis ini.

  4. Prof. Dr. Ir. Wajan Berata, DEA., selaku dosen penguji proposal tesis.

  5. Prof. Ir. I Nyoman Sutantra, M.Sc. Ph.D., selaku dosen penguji proposal tesis dan tesis.

  6. Prof. Dr.-Ing. Ir. I Made Londen Batan, M.Eng., selaku dosen penguji tesis.

  7. Dr. Ir. Agus Sigit Pramono, DEA., selaku dosen penguji proposal tesis dan tesis.

  8. Arif Wahyudi, ST. MT. Ph.D., selaku dosen wali.

  9. Seluruh dosen, staf pengajar dan pegawai Jurusan Teknik Mesin FTI-ITS.

  10. Teman-teman mahasiswa S2 Bidang Keahlian Rekayasa dan Sistem Manufaktur, Jurusan Teknik Mesin FTI-ITS.

  11. Istriku Sulastri dan anak-anakku Fifthgana, Revaldi, Silkya yang selalu memberikan dukungan, semangat dan doa.

  12. Semua pihak yang telah turut membantu dalam penyelesaian tesis ini yang tidak bisa disebutkan satu persatu.

  Penulis menyadari bahwa dalam penulisan tesis ini masih banyak kekurangannya. Oleh karena itu, penulis membuka diri atas segala kritik dan saran yang membangun. Terima kasih.

  Surabaya, Januari 2015 Penulis

  

DAFTAR ISI

  HALAMAN JUDUL ............................................................................................ i LEMBAR PENGESAHAN ................................................................................ iii ABSTRAK .......................................................................................................... v KATA PENGANTAR ....................................................................................... vii DAFTAR ISI ...................................................................................................... ix DAFTAR GAMBAR ........................................................................................ xiii DAFTAR TABEL ............................................................................................ xix

  BAB 1 PENDAHULUAN

  1.1. Latar Belakang ........................................................................................... 1

  1.2. Kebaruan Penelitian .................................................................................... 3

  1.3. Rumusan Masalah ...................................................................................... 4

  1.3.1 Batasan Masalah ............................................................................. 4

  1.3.2 Asumsi Penelitian ........................................................................... 4

  1.4. Tujuan Penelitian ........................................................................................ 5

  1.5. Manfaat Penelitian ...................................................................................... 5

  BAB 2 KAJIAN PUSTAKA

  2.1. Penelitian Terdahulu ................................................................................... 7

  2.2. Mesin Bubut ............................................................................................... 8

  2.2.1. Elemen Dasar Proses Bubut ............................................................. 9

  2.2.2. Gaya Potong .................................................................................. 11

  2.3. Getaran ..................................................................................................... 14

  2.3.1. Getaran Paksa Satu Derajat Kebebasan .......................................... 15

  2.3.2. Getaran Paksa Dua Derajat Kebebasan .......................................... 19

  2.3.3. Karakteristik Penguatan Amplitudo Getaran .................................. 22

  2.4. Chatter ..................................................................................................... 23

  2.5. Seismic Damper ........................................................................................ 25

  2.6. Pegas ........................................................................................................ 27

  2.6.1. Terminologi Pegas ......................................................................... 27

  2.6.2. Kemampuan Pegas ......................................................................... 32

  BAB 3 METODA PENELITIAN

  3.1. Diagram Alir Penelitian ............................................................................ 35

  3.2. Variabel Penelitian .................................................................................... 36

  3.2.1 Variabel Proses .............................................................................. 36

  3.2.2 Variabel Respon ............................................................................ 36

  3.2.3 Variabel Konstan ........................................................................... 36

  3.3. Bahan dan Peralatan Penelitian ................................................................ 36

  3.3.1 Bahan Percobaan ........................................................................... 36

  3.3.2 Peralatan Percobaan ....................................................................... 37

  3.4. Peredam Getaran ...................................................................................... 40

  3.4.1 Perencanaan Sistem Peredam ......................................................... 40

  3.4.2 Perancangan Sistem Peredam ......................................................... 41

  3.4.3 Pembuatan Sistem Peredam ........................................................... 42

  3.4.4 Pemasangan Sistem Peredam ......................................................... 42

  3.4.5 Uji Fungsi Sistem Peredam ............................................................ 43

  3.5. Percobaan Uji Eksitasi ............................................................................. 44

  3.5.1 Skema Pemasangan Peralatan Uji Eksitasi ...................................... 44

  3.5.2 Prosedur Percobaan Uji Eksitasi ..................................................... 44

  3.6. Percobaan Uji Pemotongan ...................................................................... 46

  3.6.1 Skema Pemasangan Peralatan Uji Pemotongan ............................... 46

  3.6.2 Prosedur Percobaan Uji Pemotongan .............................................. 46

  BAB 4 ANALISA DATA DAN PEMBAHASAN

  4.1. Analisa Data Getaran Satu Derajat Kebebasan ......................................... 49

  4.1.1 Uji Eksitasi Posisi Vertikal .............................................................. 49

  4.1.2 Uji Eksitasi Posisi Horisontal .......................................................... 52

  4.2. Analisa Data Getaran Dua Derajat Kebebasan .......................................... 54

  4.3. Analisa Data Getaran .............................................................................. 53

  4.3.1 Analisa Hasil Uji Eksitasi Satu dan Dua Derajat Kebebasan ............ 57

  4.3.2 Analisa Hasil Uji Eksitasi dan Hasil Simulasi .................................. 58

  4.4. Uji Pemotongan dengan Proses Bubut ...................................................... 59

  4.4.1 Uji Pemotongan dengan Menggunakan Sistem Peredam Pegas-Massa ................................................................................... 59

  4.4.2 Uji Pemotongan dengan Menggunakan Follower Rest..................... 77

  4.4.3 Analisa Hasil Uji Pemotongan dengan Sistem Peredam dan Uji Pemotongan dengan Follower Rest ................................................ 84

  BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN

  5.1. Kesimpulan .............................................................................................. 87

  5.2. Saran ....................................................................................................... 88 DAFTAR PUSTAKA …………………………………………………………. .89 LAMPIRAN …………………………………………………………………….91

  (Halaman ini sengaja dikosongkan)

  

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Konstanta Tensile Strength Expression (m) ...................................... 33Tabel 4.1 Jangkauan lintasan hasil pemotongan dari setiap variasi uji pemotongan dengan sistem peredam ................................................ 75Tabel 4.2 Jangkauan lintasan hasil pemotongan dari setiap variasi uji pemotongan dengan follower rest dan sistem peredam ..................... 83

  

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Macam-macam proses pengerjaan produk dengan menggunakan mesin bubut ............................................................ 8Gambar 2.2 Parameter pada proses bubut ......................................................... 9Gambar 2.3 Gaya-gaya pada proses bubut ...................................................... 11Gambar 2.4 Lingkaran gaya pemotongan atau lingkaran merchant ................ 12Gambar 2.5 Gerakan priodik harmonic atau getaran dalam domain waktu ...... 14Gambar 2.6 Sistem getaran paksa satu derajat kebebasan ............................... 15Gambar 2.7 Diagram benda bebas sistem getaran paksa satu derajat kebebasan ................................................................................... 15Gambar 2.8 Sistem analisis getaran ................................................................ 17Gambar 2.9 Grafik komponen real dari suatu fungsi transfer ......................... 18Gambar 2.10 Grafik komponen imajiner dari suatu fungsi transfer ................... 18Gambar 2.11 Grafik karakteristik penguatan amplitudo getaran satu derajat kebebasan ........................................................................ 19Gambar 2.12 Sistem getaran paksa dua derajat kebebasan ................................ 19Gambar 2.13 Diagram benda bebas sistem getaran paksa dua derajat kebebasan ................................................................................... 20Gambar 2.14 Grafik karakteristik penguatan amplitudo getaran dua derajat kebebasan ................................................................................... 22Gambar 2.15 Perbandingan karakteristik penguatan amplitudo ......................... 23Gambar 2.16 Permukaan benda kerja yang mengalami chatter ......................... 24Gambar 2.17 Fluktuasi tebal geram akibat beda fasa ........................................ 24Gambar 2.18 Model sistem getaran dua derajat kebebasan ............................... 25Gambar 2.19 Skema representasi sistem dua derajat kebebasan ........................ 26Gambar 2.20 Tipe pegas tekan spiral ............................................................... 27Gambar 2.21 Tipe ujung pegas tekan spiral ..................................................... 27Gambar 2.22 Notasi pegas spiral – associated spring, borner group inc ........... 28Gambar 2.23 Notasi panjang dan gaya pada pegas spiral ................................. 28Gambar 2.24 Faktor tegangan pegas spiral ...................................................... 30Gambar 2.25 Pegas tekan spiral kondisi tertekuk .............................................. 31Gambar 2.26 Kriteria buckling pegas tekan ...................................................... 31Gambar 3.1 Diagram alir penelitian................................................................ 35Gambar 3.2 Impulse hammer tipe IH 101-1k omega ...................................... 37Gambar 3.3 Power supply tipe acc-PS1 omega ............................................... 37Gambar 3.4 Analog to digital converter tipe 216 ............................................ 38Gambar 3.5 Accelerometer ............................................................................. 38Gambar 3.6 Jangka sorong ............................................................................. 38Gambar 3.7 Dial indicator .............................................................................. 39Gambar 3.8 Pahat bubut insert jenis carbide ................................................... 39Gambar 3.9 Follower rest .............................................................................. 39Gambar 3.10 Sistem peredam getaran .............................................................. 40Gambar 3.11 Pemasangan sistem peredam getaran ........................................... 43Gambar 3.12 Skema pemasangan peralatan uji eksitasi dengan sistem peredam ………………………………………………………….44Gambar 3.13 Tampilan monitor computer dengan picoscope ........................... 45Gambar 3.14 Contoh tampilan sinyal getaran akibat gaya eksitasi .................... 45Gambar 3.15 Skema pemasangan peralatan uji pemotongan ............................. 46Gambar 4.1 Grafik fungsi transfer uji eksitasi tanpa peredam arah vertikal ..... 49Gambar 4.2 Perpotongan grafik pada frekuensi pribadi arah vertikal .............. 50Gambar 4.3 Model sistem getaran benda kerja dengan satu derajat kebebasan .................................................................................... 51Gambar 4.4 Grafik fungsi respon frekuensi 1 Dof pada posisi vertikal ............ 52Gambar 4.5 Grafik fungsi transfer uji eksitasi tanpa peredam arah horisontal .................................................................................... 52Gambar 4.6 Perpotongan grafik pada frekuensi pribadi arah horisontal ........... 53Gambar 4.7 Grafik fungsi respon frekuensi 1 Dof pada posisi horisontal .................................................................................... 54Gambar 4.8 Grafik fungsi transfer uji eksitasi dengan sistem peredam ............ 55Gambar 4.9 Perpotongan grafik pada frekuensi resonansi ............................... 55Gambar 4.10 Model sistem getaran benda kerja dengan dua derajat kebebasan .................................................................................... 56Gambar 4.11 Grafik fungsi respon frekuensi dua derajat kebebasan ................. 57Gambar 4.12 Grafik fungsi respon frekuensi satu dan dua derajat kebebasan ................................................................................... 57Gambar 4.13 Grafik fungsi respon frekuensi hasil uji eksitasi dan hasil simulasi untuk pegas ∅7mm dan massa tambahan 0,75kg ........... 58Gambar 4.14 Hasil pemotongan tanpa menggunakan sistem peredam pegas-massa ................................................................................ 60Gambar 4.15 Grafik amplitudo getaran domain terhadap waktu pada uji pemotongan tanpa menggunakan sistem peredam pegas-

  massa .......................................................................................... 61

Gambar 4.16 Grafik amplitudo getaran domain terhadap frekuensi pada uji pemotongan tanpa menggunakan sistem peredam

  pegas-massa ................................................................................ 61

Gambar 4.17 Hasil pemotongan dengan menggunakan sistem peredam

  ∅

  dengan pegas 5 mm dan massa tambahan 0,5 kg ...................... 62

Gambar 4.18 Grafik amplitudo getaran domain terhadap waktu pada uji pemotongan dengan menggunakan sistem peredam

  ∅

  dengan pegas 5 mm dan massa tambahan 0,5 kg ...................... 62

Gambar 4.19 Grafik amplitudo getaran domain terhadap frekuensi pada uji pemotongan dengan menggunakan sistem peredam

  ∅

  dengan pegas 5 mm dan massa tambahan 0,5 kg ...................... 63

Gambar 4.20 Hasil pemotongan dengan menggunakan sistem peredam

  ∅

  dengan pegas 6 mm dan massa tambahan 0,5 kg ...................... 63

Gambar 4.21 Grafik amplitudo getaran domain terhadap waktu pada uji pemotongan dengan menggunakan sistem peredam

  ∅

  dengan pegas 6 mm dan massa tambahan 0,5 kg .................... 64

Gambar 4.22 Grafik amplitudo getaran domain terhadap frekuensi pada uji pemotongan dengan menggunakan sistem peredam

  ∅

  dengan pegas 6 mm dan massa tambahan 0,5 kg ...................... 64

Gambar 4.23 Hasil pemotongan dengan menggunakan sistem peredam

  ∅

  dengan pegas 7 mm dan massa tambahan 0,5 kg ...................... 65

Gambar 4.24 Grafik amplitudo getaran domain terhadap waktu pada uji pemotongan dengan menggunakan sistem peredamGambar 4.32 Hasil pemotongan dengan menggunakan sistem peredam dengan pegas

  dengan pegas

  ∅6

  mm dan massa tambahan 0,75 kg..................... 68

Gambar 4.31 Grafik amplitudo getaran domain terhadap frekuensi pada uji pemotongan dengan menggunakan sistem peredam

  dengan pegas

  ∅

  6 mm dan massa tambahan 0,75 kg ................... 69

  ∅

  6 mm dan massa tambahan 0,75 kg ................... 68

  7 mm dan massa tambahan 0,75 kg .................... 69

Gambar 4.33 Grafik amplitudo getaran domain terhadap waktu pada uji pemotongan dengan menggunakan sistem peredam

  dengan pegas

  ∅7

  mm dan massa tambahan 0,75 kg .................... 70

Gambar 4.34 Grafik amplitudo getaran domain terhadap frekuensi pada uji pemotongan dengan menggunakan sistem peredam

  dengan pegas

  ∅7

Gambar 4.30 Grafik amplitudo getaran domain terhadap waktu pada uji pemotongan dengan menggunakan sistem peredam

  ∅

  dengan pegas

  ∅

  ∅

  7 mm dan massa tambahan 0,5 kg ...................... 65

Gambar 4.25 Grafik amplitudo getaran domain terhadap frekuensi pada uji pemotongan dengan menggunakan sistem peredam

  dengan pegas

  ∅

  7 mm dan massa tambahan 0,5 kg ..................... 66

Gambar 4.26 Hasil pemotongan dengan menggunakan sistem peredam dengan pegas

  5 mm dan massa tambahan 0,75 kg ................... 66

Gambar 4.29 Hasil pemotongan dengan menggunakan sistem peredam dengan pegasGambar 4.27 Grafik amplitudo getaran domain terhadap waktu pada uji pemotongan dengan menggunakan sistem peredam

  dengan pegas

  ∅5

  mm dan massa tambahan 0,75 kg ................... 67

Gambar 4.28 Grafik amplitudo getaran domain terhadap frekuensi pada uji pemotongan dengan menggunakan sistem peredam

  dengan pegas

  ∅

  5 mm dan massa tambahan 0,75 kg .................. 67

  mm dan massa tambahan 0,75 kg..................... 70

Gambar 4.35 Hasil pemotongan dengan menggunakan sistem peredam

  ∅5

  dengan pegas mm dan massa tambahan 1 kg ........................ 71

Gambar 4.36 Grafik amplitudo getaran domain terhadap waktu pada uji pemotongan dengan menggunakan sistem peredam

  ∅5

  dengan pegas mm dan massa tambahan 1 kg ........................ 71

Gambar 4.37 Grafik amplitudo getaran domain terhadap frekuensi pada uji pemotongan dengan menggunakan sistem peredam

  ∅5

  dengan pegas mm dan massa tambahan 1 kg ......................... 72

Gambar 4.38 Hasil pemotongan dengan menggunakan sistem peredam

  ∅6

  dengan pegas mm dan massa tambahan 1 kg ........................ 72

Gambar 4.39 Grafik amplitudo getaran domain terhadap waktu pada uji pemotongan dengan menggunakan sistem peredam

  ∅6

  dengan pegas mm dan massa tambahan 1 kg ......................... 73

Gambar 4.40 Grafik amplitudo getaran domain terhadap frekuensi pada uji pemotongan dengan menggunakan sistem peredam

  ∅6

  dengan pegas mm dan massa tambahan 1 kg ........................ 73

Gambar 4.41 Hasil pemotongan dengan menggunakan sistem peredam

  ∅7

  dengan pegas mm dan massa tambahan 1 kg ......................... 74

Gambar 4.42 Grafik amplitudo getaran domain terhadap waktu pada uji pemotongan dengan menggunakan sistem peredam

  ∅7

  dengan pegas mm dan massa tambahan 1 kg ......................... 74

Gambar 4.43 Grafik amplitudo getaran domain terhadap frekuensi pada uji pemotongan dengan menggunakan sistem peredam

  ∅7

  dengan pegas mm dan massa tambahan 1 kg ......................... 75

Gambar 4.44 Grafik jangkauan panjang pemotongan tanpa chatter pada setiap variasi sistem peredam pegas-massa ................................. 76Gambar 4.45 Hasil pemotongan dengan menggunakan follower rest penyangga arah horisontal .......................................................... 79Gambar 4.46 Grafik amplitudo getaran domain terhadap waktu pada uji pemotongan dengan menggunakan follower rest dengan

  penyangga arah horisontal .......................................................... 79

Gambar 4.47 Grafik amplitudo getaran domain terhadap frekuensi pada uji pemotongan dengan menggunakan follower rest dengan

  penyangga arah horisontal .......................................................... 80

Gambar 4.48 Hasil pemotongan dengan menggunakan follower rest dengan penyangga arah horisontal dan sistem peredam dengan pegas

  ∅

  7 mm dan massa tambahan 1 kg ............................................... 80

Gambar 4.49 Grafik amplitudo getaran domain terhadap waktu pada uji pemotongan dengan menggunakan follower rest dengan

  penyangga arah horisontal dan sistem peredam dengan

  ∅

  pegas 7 mm dan massa tambahan 1 kg .................................... 81

Gambar 4.50 Grafik amplitudo getaran domain terhadap frekuensi pada uji pemotongan dengan menggunakan follower rest dengan

  penyangga arah horisontal dan sistem peredam dengan

  ∅

  pegas 7 mm dan massa tambahan 1 kg ................................... 81

Gambar 4.51 Hasil pemotongan dengan menggunakan follower rest dengan penyangga arah horisontal dan vertikal ...................................... 82Gambar 4.52 Grafik amplitudo getaran domain terhadap waktu tanpa terjadi chatter pada uji pemotongan dengan menggunakan

  follower rest dengan penyangga arah horisontal dan vertikal …82

Gambar 4.53 Grafik amplitudo getaran domain terhadap frekuensi tanpa terjadi chatter pada uji pemotongan dengan menggunakan

  follower rest dengan penyangga arah horisontal dan vertikal …83

Gambar 4.54 Grafik jangkauan lintasan pemotongan tanpa chatter pada setiap variasi sistem peredam dengan follower rest ………….. 83

DAFTAR PUSTAKA

  Koenigsberger, F. a nd Tlusty, J. (1970). Machine Tool Structures, Volume-1, Pergamon Press, New York. Zaveri, K. (1984). Modal Analysis of Large Structures – Multiple Exciter System,

  st 1 edition, Bruel & Kjaer.

  Rochim, Taufiq. (1993). Teori dan T eknologi Proses Pemesinan, Institut Teknologi Bandung, Bandung. Suhardjono (2000), Ein Variabel Einsetzbarer Gedämpfter Tilger zur

  Reduzierung von Ratterschwingungen bei Drehmaschinen, Wissenschaft & Technik Verlag, Berlin.

  Tewani, S.G., Rouch, K.E., Walcott, B.L. (1995), “A Study of Cutting Process Stability of A Boring Bar With Active Dynamic Absorber”, International

Journal Machine Tools Manufacture, Vol. 35, No. 1, Hal. 91-108.

  Suhardjono (2003). Pengaruh Sudut Potong Utama Terhadap Getaran Dan

  Kekasaran Permukaan Hasil Proses Bubut Dengan Pencekaman Chuck Tanpa Penumpu Tailstock, Institut Teknologi Sepuluh Nopember,

  Surabaya. Chandiramani, N.K. dan Pothala, T. (2006), “Dynamics of 2-dof Regenerative Chatter During Turning”, Journal of Sound and V ibration, Vol. 290, hal.

  448–464. Wahyudie, Ary. (2011). Modifikasi Follower Rest Dengan Seismic Damper

  UntukMeningkatkan Batas Stabilitas (Chatter) Pada Proses Bubut Slender Bar, Thesis Teknik Mesin, Institut Teknologi Sepuluh Nopember,

  Surabaya. Alan. S., Budak. E., dan Ozguven. H.N. (2010), “Analytical Prediction of Part

  Dynamics for Machining Stability Analysis”, International Journal of Automation Technology, Vol. 4, No. 3, hal. 259-267. Pribadi, Imam (2004), Pemodelan Sistem Getaran 2dof Untuk Mempelajari

  Getaran Mesin Bubut Kombinasi, Tugas Akhir Teknik Mesin, Institut Teknologi Sepuluh Nopember, Surabaya. Cui. B. dan Guo. J., (2009), “Modeling of Dimensional Errors in Slender Bar Turning Process Using Artificial Neural Networks”, Appllied Mechanics and Materials, Vol. 16-19, hal. 549-553.

  Saidi, I., Mohammed, A.D., Gad, E.F., Wilson, J.L., Haritos, N. (2007), “Optimum Design for Passive Tuned Mass Damper Using Viscoelastic Materials”, Austalian Earthquake Engineering Society 2007 Conference.

  Jianliang, dan Rongdi, Han. (2006), “A United Model of Diametral Error in Slender Bar Turning with a Follower Rest”, International Journal of Machine Tools & Manufacture, Vol. 46, hal. 1002–1012.

BIODATA PENULIS

  . Nama : Harjuma

  a

  b. Jenis kelamin : Laki-laki

  c. Nrp : 2112201205

  d. Bidang keahlian : Rekayasa dan Sistem Manufaktur e. Jurusan : Teknik Mesin

  f. Fakultas : Teknologi Industri

  g. Alamat rumah : VDM Sumasang, Luwu Timur, Sulawesi Selatan.

  h. Alamat email i. Pendidikan Terakhir: No. Jenjang Tempat Pendidikan Tahun Lulus

  1 D4 Teknik Manufaktur 2005 Polman Bandung

KATA PENGANTAR

  Segala puja dan puji syukur penulis panjatkan atas kehadirat Allah SWT karena atas rahmat dan karunia-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan penyusunan tesis ini yang berjudul “ Studi Eksperimental Usaha Peningkatan Batas Stabilitas Proses Pemesinan pada Proses Bubut Slender Bar dengan Penambahan Massa Pasif pada Benda Kerja”. Tesis ini disusun sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Magister Teknik di Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya.

  Penulis menyampaikan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada semua pihak yang telah turut membantu baik secara langsung maupun tidak langsung dalam penyusunan tesis ini hingga selesai. Ucapan terima kasih penulis sampaikan kepada:

  1. Jasman, SST. MM., selaku Direktur Akademi Teknik Soroako yang telah memberikan kesempatan kepada penulis untuk melanjutkan pendidikan ke Program Pascasarjana.

  2. Prof. Ir. Sutardi, M.Eng. Ph.D., selaku Kepala Program Studi Teknik Mesin Program Pascasarjana FTI-ITS.

  3. Prof. Dr.-Ing. Ir. Suhardjono, M.Sc., selaku dosen pembimbing dalam penyusunan tesis ini.

  4. Prof. Dr. Ir. Wajan Berata, DEA., selaku dosen penguji proposal tesis.

  5. Prof. Ir. I Nyoman Sutantra, M.Sc. Ph.D., selaku dosen penguji proposal tesis dan tesis.

  6. Prof. Dr.-Ing. Ir. I Made Londen Batan, M.Eng., selaku dosen penguji tesis.

  7. Dr. Ir. Agus Sigit Pramono, DEA., selaku dosen penguji proposal tesis dan tesis.

  8. Arif Wahyudi, ST. MT. Ph.D., selaku dosen wali.

  9. Seluruh dosen, staf pengajar dan pegawai Jurusan Teknik Mesin FTI-ITS.

  10. Teman-teman mahasiswa S2 Bidang Keahlian Rekayasa dan Sistem Manufaktur, Jurusan Teknik Mesin FTI-ITS.

  11. Istriku Sulastri dan anak-anakku Fifthgana, Revaldi, Silkya yang selalu memberikan dukungan, semangat dan doa.

  12. Semua pihak yang telah turut membantu dalam penyelesaian tesis ini yang tidak bisa disebutkan satu persatu.

  Penulis menyadari bahwa dalam penulisan tesis ini masih banyak kekurangannya. Oleh karena itu, penulis membuka diri atas segala kritik dan saran yang membangun. Terima kasih.

  Surabaya, Januari 2015 Penulis

BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

  Seiring dengan tuntutan jaman yang semakin maju dan berkembang, kebutuhan konsumen akan produk dengan kualitas tinggi dengan harga murah semakin meningkat. Hal ini menjadi suatu tantangan bagi dunia industri termasuk industri manufaktur bagaimana bisa membuat suatu produk dengan kualitas tinggi tetapi dengan harga yang kompetitif. Dalam industri manufaktur produk dengan kualitas tinggi identik dengan kekasaran permukaan, dimensi dan geometri sesuai dengan yang dipersyaratkan. Kekasaran permukaan suatu produk sangat ditentukan oleh jenis mesin atau proses yang digunakan untuk mengerjakan produk tersebut. Produk seperti moulding dengan tingkat kekasaran permukaan Ra 0,1 µm tentu mempunyai nilai kualitas permukaan yang lebih tinggi jika dibandingkan dengan baut dengan tingkat kekasaran permukaan Ra 3,2 µm. Harga yang kompetitif identik dengan laju pengerjaan bahan saat memproduksi suatu produk tertentu. Dengan melihat kondisi ini tentu semua industri selalu berkeinginan untuk bisa membuat suatu produk dengan kualitas tinggi tetapi dengan laju pembuangan material sebesar mungkin agar harga dari setiap produk bisa berkompetisi dipasaran.

  Laju pembuangan material atau material removal rate (MRR) dalam industri manufaktur seperti proses bubut tidak bisa terlepas dari kecepatan potong, kecepatan makan dan kedalaman potong. Salah satu cara yang banyak digunakan oleh operator dalam usaha meningkatkan produktifitas adalah dengan memaksimalkan kedalaman potong. Dengan menambah kedalaman pemotongan secara berlebihan pa da kondisi tertentu bukan lagi akan meningkatkan produktifitas tetapi malah bisa menurunkan produktifitas karena adanya suatu produk yang harus dikerjakan ulang bahkan diganti karena terjadinya cacat pada permukaan hasil pemotongan akibat chatter.

  Chatter adalah fenomena terjadinya getaran yang berlebihan pada saat

  proses pemesinan sedang berlangsung, dimana proses tersebut masuk dalam daerah terlarang yaitu daerah tidak stabil (unstable). Chatter ini disebabkan oleh perubahan tebal geram dan perubahan ini proporsional dengan perubahan gaya potong yang mengeksitasi sistem getaran mesin perkakas. Getaran yang berlebihan tidak hanya terjadi antara pahat dan benda kerja saja tetapi juga pada seluruh struktur mesin perkakas seperti spindle head, bantalan, poros penggerak, ulir penggerak dan lain-lain (Suhardjono, 2000). Chatter adalah merupakan sesuatu yang harus dihindari dalam proses pembubutan karena dapat menyebabkan timbulnya permukaan hasil pemesinan yang bergelombang sehingga menurunkan kualitasnya. Kerugian lain yang bisa ditimbulkan oleh

  

chatter adalah meningkatnya kecepatan keausan pahat, timbulnya suara bising

  yang dapat mengganggu pendengaran operator dan penurunan umur mesin perkakas. Karena banyaknya kerugian yang dapat disebabkan oleh chatter baik pada produk, pahat, operator maupun pada mesin perkakas maka sebaiknya chatter harus dihindari selama proses pembubutan.

  Suhardjono (2009), dalam penelitiannya tentang pengaruh kecepatan potong terhadap getaran dengan membandingkan kekasaran permukaan sebelum dan sesudah terjadi chatter, menyimpulkan bahwa pada putaran 155 rpm dan kecepatan potong Vc =17.43 m/min menunjukkan bahwa amplitude getaran hampir konstan dengan naiknya lebar geram dari 1.04 mm sampai dengan 4.14

  

mm, tetapi saat lebar geram kritis 4.35 mm terjadi loncatan amplitude empat kali

lipat.

  Ilham Ary Wahyudie (2011), dalam penelitiannya tentang pengaruh penggunaan follower rest terhadap peningkatan batas stabilitas proses pemesinan, menyimpulkan bahwa pada pembubutan slender bar L/D ≥ 18 dengan

  o r

  menggunakan pahat insert jenis carbide dengan sudut k =45 pada putaran 425

  

rpm dan feeding 0.06 mm/putaran terjadi peningkatan batas stabilitas proses

  2

  pemesinan dari 1,0 mm dengan amplitudo 10,713 m/s menjadi 1,5 mm dengan

  2 amplitudo 1,292 m/s .

1.2 Kebaruan Penelitian

  Berdasarkan penelitian yang telah dilakukan oleh para peneliti sebelumnya baik yang dituangkan didalam latar belakang maupun kajian pustaka terlihat bahwa untuk meningkatkan batas stabilitas proses pemesinan pada proses pemotongan dengan mesin bubut dapat dilakukan dengan mengubah parameter pemotongan, mengubah sudut orientasi pahat dan dengan menggunakan follower

  

rest. Selain dengan ketiga metoda yang telah ada, salah satu metoda yang

  mungkin dilakukan untuk meningkatkan batas stabilitas benda kerja adalah dengan meredam getaran yang terjadi selama proses pemotongan. Sistem peredam ini dikembangkan berdasarkan fenomena seismic damper yang dijelaskan sebagai berikut: Sebuah mesin bila diberi struktur tambahan tertentu maka getaran mesin akan berkurang dan sebaliknya bila struktur tambahan tersebut dilepas maka getaran mesin akan kembali tinggi seperti semula.

  Sistem peredam yang akan dikembangkan dalam penelitian ini adalah sistem peredam dengan menggunakan pegas dan massa tambahan sebagai peredam. Penggunaan sistem peredam pegas-massa (spring-mass damper) sebagai peredam getaran adalah merupakan salah satu solusi yang murah dan sederhana. Murah karena biaya pembuatannya tidak terlalu mahal dan sederhana karena bentuk dan desainnya yang cukup simpel sehingga akan memudahkan dalam pengembangannya di masyarakat. Keutamaan lain dari sistem peredam ini, karena bentuknya yang sederhana dan tidak terlalu berat akan memudahkan dalam aplikasi dan mobilisasinya. Peralatan ini dapat digunakan pada semua tipe mesin bubut tanpa bergantung pada spesifikasi tertentu saja. Bentuk dan sistem peredam seperti ini adalah merupakan suatu sistem peredam yang baru dan belum pernah dilakukan penelitian sebelumnya pada proses bubut untuk mengeliminir terjadinya chatter. Dengan sistem peredam ini diharapkan setidaknya dapat meningkatkan batas stabilitas sebesar 50% dari batas stabilitas jika pemotongan dilakukan tanpa menggunakan sistem peredam. Berdasarkan dasar pemikiran yang ada maka penulis tertarik untuk melakukan penelitian tentang batas stabilitas dengan judul “Studi Eksperimental Usaha Peningkatan Batas Stabilitas Proses Pemesinan pada Proses Bubut Slender Bar dengan Penambahan Massa Pasif pada Benda Kerja”.

1.3 Rumusan Masalah

  Berdasarkan latar belakang yang ada maka rumusan masalah ditetapkan sebagai berikut:

  1. Bagaimanakah pengaruh penambahan massa pasif terhadap batas stabilitas benda kerja slender bar dengan dimensi Ø35mm x 800mm?

  2. Berapakah jangkauan lintasan hasil pemotongan tanpa terjadi chatter pada proses pembubutan slender bar dengan dimensi Ø35mm x 800mm?

  1.3.1 Batasan Masalah

  Untuk menjadikan penelitian ini lebih terarah, maka batasan masalah yang ditetapkan meliputi hal-hal sebagai berikut:

  1. Jenis material yang digunakan adalah Mild Steel ST-41.

  2. Sistem pencekaman bendakerja menggunakan chuck-centre.

  3. Kecepatan putar spindel utama dan kecepatan makan masing-masing adalah 425 putaran / menit dan 0.06 mm / putaran.

  4. Arah putaran spindel adalah searah putaran jarum jam.

  5. Jenis pahat yang digunakan adalah pahat insert jenis carbide dengan sudut

  o Kr=90 .

  6. Proses pemotongan dilakukan tanpa cairan pendingin.

  7. Identifikasi chatter dilakukan dengan melihat kondisi permukaan hasil pemotongan dan hasil pembacaan alat ukur getaran.

  8. Tidak membahas tentang biaya pembuatan sistem peredam.

  1.3.2 Asumsi Penelitian

  Asumsi yang digunakan pada penelitian ini adalah sebagai berikut: 1. Mesin yang digunakan bekerja dalam kondisi baik.

  2. Alat ukur yang digunakan dalam kondisi baik dan terkalibrasi.

  3. Material yang digunakan adalah homogen.

4. Kondisi lingkungan sekitar tidak berpengaruh secara siknifikan terhadap data hasil penelitian.

  1.4 Tujuan Penelitian

  Tujuan yang diharapkan dalam penelitian ini adalah sebagai berikut:

  1. Mengetahui pengaruh penambahan massa pasif terhadap batas stabilitas benda kerja slender bar dengan dimensi Ø35mm x 800mm.

  2. Mendapatkan nilai yang menjadi jangkauan lintasan hasil pemotongan tanpa terjadi chatter pada proses pembubutan slender bar dengan dimensi Ø35mm x 800mm.

  1.5 Manfaat Penelitian

  Sebagai bahan referensi bagi penelitian yang sejenis dalam rangka pengembangan pengetahuan tentang peningkatan batas stabilitas benda kerja sebagai upaya untuk memperkecil peluang terjadinya chatter selama proses pembubutan.

  (Halaman ini sengaja dikosongkan)

BAB 2 KAJIAN PUSTAKA

2.1 Penelitian Terdahulu

  Penelitian awal tentang batas stabilitas pada proses pembubutan telah dilakukan oleh Koenigsberger dan Tlusty (1970). Dalam penelitian tersebut dikatakan bahwa batas stabilitas proses pemesinan tidak hanya dipengaruhi oleh parameter pemotongan saja, tetapi juga orientasi pahat terhadap benda kerja. Pada

  o