Keutuhan Permukaan Baja AISI 4140 Pada Pemesinan Laju Tinggi, Keras Dan Kering Menggunakan Pahat CBN

Keutuhan Permukaan Baja AISI 4140 Pada Pemesinan Laju Tinggi,
Keras Dan Kering Menggunakan Pahat CBN
TESIS

OLEH
 
Berta Br Ginting
087015001/TM

FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2011

Universitas Sumatera Utara

Keutuhan Permukaan Baja AISI 4140 Pada Pemesinan Laju Tinggi,
Keras Dan Kering Menggunakan Pahat CBN

TESIS

Untuk Memperoleh Gelar Magister Teknik
Dalam Program Studi Teknik Mesin
Pada Program Magister Teknik Mesin Universitas SumaterUtara

OLEH
 
Berta Br Ginting 
087015002/TM

FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2011

Universitas Sumatera Utara

ABSTRAK
Penelitian ini terfokus pada keutuhan permukaan (surface integrity) logam paduan
AISI 4140 berkekerasan ~ 55 HRC yang dikerjakan dibawah proses pembubutan laju
tinggi, keras dan kering yang dikaji secara eksperimen. Metode pengumpulan data
yang digunakan pada penelitian ini adalah metode CCF (Cubic Center Face). Dampak
kecepatan potong, laju pemakanan dan kedalaman potong
terhadap kekasaran
permukaan (Ra) dan terhadap topografi permukaan yaitu corak permukaan (lay) dan
cacat permukaan (defect) yang terjadi pada permukaan benda termesin akan diteliti .
Nilai Ra rata-rata terkecil didapat = 0,97 m yaitu pada kecepatan potong (V) = 200
m/min, laju pemakanan (f) = 0,1 mm/put dan kedalaman pemakanan (a) = 0,3 mm.
Nilai Ra rata-rata terbesar didapat = 2,09 m yaitu pada kecepatan potong (V) =
225 m/min, laju pemakanan (f) = 0,1 mm/put dan kedalaman pemakanan (a) = 0,7
mm. Topografi
corak permukaan (lay)
dari permukaan benda termesin
memperlihatkan bahwa lay yang ditemukan memiliki pola arah yang sejajar dengan
kecepatan potong (V) dan tegak lurus dengan kecepatan pemakanan (Vf).
Sedangkan topografi cacat permukaan (defect) yang ditemukan ada empat jenis cacat
yaitu cacat feed mark, , pembentukan lapisan chip, tearing surface dan kotoran
(microchip). Kondisi pemotongan yang direkomendasikan untuk pemotongan logam
AISI 4140 yang berkekerasan ~ 55 HRC dengan pahat CBN dengan kondisi
pemesinan laju tinggi dan kering adalah pada kondisi pemotongan tingkat magnitude
minimum.
Kata kunci : Corak permukaan, cacat permukaan, kekasaran permukaan, Ra, kondisi
pemotongan

Universitas Sumatera Utara

ABSTRACT

This study is focused on the surface integrity of AISI 4140 alloy which has
the hardness of -55 HRC worked on the turning process under high, hard, and dry
speed which was examined experimentally. Data collecting method used in this study
is the CCF (Cubic Center Face) method. The impact of the velocity of cutting, the
feeding rate, the depth of cutting on the surface roughness (Ra) and on the surface
topography; that is, surface feature (lay) and surface defects (Defect) which occur on
the surface of the object will be studied. The average value of the smallest Ra = 0.97
m; that is, at the velocity of cutting (V) = 200 m/min, at the feeding rate (f) = 0.1
mm/put, and the depth of feeding (a) = 0.3 mm. The average value of the largest Ra =
2.09 m; that is, at the velocity of cutting (V) = 225 mm/min, at the feeding rate (f) =
0.1 mm/put, and at the depth of feeding (a) = 0.7 mm. The topography surface feature
(lay) on the surface of the object shows that the lay has direction pattern which is
paralleled with the velocity of cutting (V); whereas the topography of surface defect
has four types of defect; namely, feed mark defect, the forming of chip layer, tearing
surface, and dirt (microchip). The recommended cutting condition for the cutting of
metal ASIDSI 4140 which has the hardness of 55 HRC with CBN chisel in the high
and dry speed of machinery condition is the cutting condition of minimum magnitude
level.
Keywords: Lay, Defect, Surface Roughness, Ra, Cutting Condition

Universitas Sumatera Utara

KATA PENGANTAR

Puji

syukur kehadirat Tuhan Yang Maha Esa dan Maha Pengasih atas

limpahan berkat dan karuniaNya yang telah diberikan kepada penulis sehingga tesis
ini dapat diselesaikan dengan baik dengan judul “Keutuhan Permukaan Baja AISI
4140 Pada Pemesinan Laju Tinggi, Keras Dan Kering Menggunakan Pahat CBN”.
Penulisan tesis ini adalah sebagai

hasil penelitian dalam rangka

menyelesaikan pendidikan Pascasarjana Jurusan Teknik Mesin bidang Manufaktur,
pada Sekolah Magister Teknik Mesin FT-USU. Penulisan dan penelitian tesis ini
terlaksana dan dapat terwujud berkat bimbingan, petunjuk dan arahan serta dorongan
dari berbagai pihak terutama Bapak Prof. Dr. Ir. Armansyah Ginting M.Eng, selaku
ketua komisi pembimbing, Bapak

Dr.Nasruddin, MN. M.Eng.Sc. dan

Bapak

Ir.Syahrul Abda, MSc yang masing-masing sebagai anggot komisi pembimbing.
Selain dari pada itu, penulis juga mengucapkan terima kasih yang sebesarbesarnya kepada semua pihak yang telah banyak membantu penulis baik secara moril
maupun materil, langsung maupun tidak langsung dalam mewujudkan

tesis ini

terutama kepada Bapak Prof. Dr. Ir. Bustami Syam, MSME dan Bapak Dr. Eng.
Indra, MT serta kepada rekan-rekan mahasiswa/i pasca sarjana teknik mesin terutama
mahasiswa bidang keahlian “manufaktur”, kepada adik-adik mahasiswa S1 Teknik
Mesin USU dan kepada rekan-rekan sejawat di Polmed yang telah memberikan
sumbang saran serta dorongan sehingga terselesaikan tesis ini.

Universitas Sumatera Utara

Secara khusus penulis menyampaikan terima kasih kepada suami terkasih ,
ibunda serta anakku tercinta yang telah memberikan doa, dukungan pengertian dan
semangat kepada penulis sejak awal kuliah hingga penyelesaian tesis ini.
Tidak ada yang sempurna di dunia ini, oleh sebab itu penulis mohon saran dan
kritik yang membangun dari pihak-pihak yang terlibat untuk dapat membantu
memperbaiki dan melengkapi kesempurnaan tesis ini. Atas bantuan dan perhatiannya
diucapkan terima kasih.

Medan, 16 Juli 2011
Penulis,

Bertha Ginting 

Universitas Sumatera Utara

DAFTAR RIWAYAT HIDUP

1. Nama

: Ir Berta Br Ginting

2. Nama lengkap

: Ir Berthalina Br Ginting

3. Jenis kelamin

: Perempuan

4. Tempat / tgl. Lahir

: Kabanjahe (Kab.Karo) / 26 September 1963

5. Agama

: Kristen Protestan

6. Alamat

: Jl.Setia Budi No. 194 Kelurahan Tanjung Rejo,
Kecamatan Medan Sunggal, Medan.
e-mail: berthaginting@yahoo.co.id

7. Prog.studi / Bid. keahlian : Teknik Mesin / Manufaktur
8. Pendidikan

: Tamat SD tahun 1975
: Tamat SMP tahun 1979
: Tamat SMA tahun 1982
: Tamat Diploma III Politeknik USU Medan Jur Mesin
thn 1985.
: Training Didaktik di PEDC Bandung Jur Mesin,
September 1985 s/d Desember 1986.
: Tamat Sarjana Teknik Mesin USU Medan tahun 1995

Universitas Sumatera Utara

: Sekolah Pasca Sarjana Jurusan Teknik Mesin USU
Medan tahun 2008 sampai sekarang.
10. Pekerjaan

: Staf Pengajar Jurusan Teknik Mesin Politeknik Negeri
Medan sejak bulan Desember thn 1986 sampai
sekarang.

11. Alamat Kantor

: Jl. Almamater no.1 Kampus USU Medan

12. Pengalaman lain

: Training Fabrikasi di PT PAL Surabaya tahun 1998
Training

Alat-Alat

Laboratorium

di

University

Technology Malaysia – Kuala Lumpur tahun 1988.
13. Pengalaman Penelitian:
Sebagai Ketua Peneliti dengan judul penelitian sebagai berikut:
13.1. Pengujian Koefisien Gesek terhadap Pipa PVC yang Diperjualbelikan di
Pasaran Kotamadya Medan, tahun 1997.
13.2. Perbandingan Pemotongan Baja 60 dengan Dua Jenis Perkakas (Pahat)
Potong, tahun 1999.
13.3. Rancangan Alat Bantu Pengiris Bawang, tahun 2000.
13.4. Perancangan Pompa Irigasi untuk suatu daerah luas 70 Ha, tahun 2001.
13.5 Uji Kekakuan dan Uji Lentur terhadap Baja Lunak (Mild Steel) yang dijual
dipasaran Kotamadya Medan, tahun 2003.
13.6. Uji Performansi Mesin Pengupas Kulit Kacang Tanah ditinjau dari Putaran
Rotor Pengupas, tahun 2005.

Universitas Sumatera Utara

13.7. Study Pengaruh Kedalaman Pemakanan Terhadap Getaran dan Kekasaran
Permukaan pada Proses Pembubutan Dengan Menggunakan Mesin Bubut
Celtic 14 Indonesia, tahun 2009.
Sebagai Anggota Peneliti dengan judul penelitian:
13.8. Pengaruh Ke-aus-an Elektroda Tembaga Terhadap Pembuatan Lubang pada
Plat Baja dengan Mesin EDM, tahun 2007.
13.9. Pengaruh Perubahan Besar Arus (IP) Terhadap Waktu Pengerjaan dan
Kekasaran Permukaan pada Mesin EDM, tahun 2008.
14. Karya Ilmiah yang dipublikasikan di majalah JURNAL ILMU dan REKAYASA
TEKNOLOGI INDUSTRI (JIRTI) yang diterbitkan Fakultas Teknologi Industri
Universitas Mpu Tantular, Jakarta adalah sbb:
14.1. Metode Pemilihan Refrigran dan Kegunaannya, vol.1, no.4, Oktb.2001
(sebagai anggota).
14.2. Analisa Bahan dan Pengecatan, vol.5, no.1, April 2002 (sebagai anggota)
14.3. Rancang Bangun Peralatan Penjernih Oli Bekas, vol.9, no.1, April 2004
(sebagai ketua).

Universitas Sumatera Utara

DAFTAR ISI

Nomor

Judul

Halaman

ABSTRAK …………………………………………………………………..

i

ABSTRACT …………………………………………………………………..

ii

KATA PENGANTAR ……………………………………………………

iii

DAFTAR RIWAYAT HIDUP ……………………………………………...

v

DAFTAR ISI ……………………………………………………………….

viii

DAFTAR TABEL …………………………………………………………

xii

DAFTAR GAMBAR………………………………………………………..

xiii

DAFTAR NOTASI DAN ISTILAH ……………………………………….

xvi

BAB I

PENDAHULUAN …………………………………………………

1

1.1.
Latar Belakang …………………………………………………

1

1.2.
Perumusan Masalah ……………………………………………

5

1.3.
Tujuan Penelitian ………………………………………………

7

1.3.1. Tujuan umum ………………………………………….
1.3.2. Tujuan khusus …………………………………………

7
7

Universitas Sumatera Utara

1.4.
Manfaat Penelitian ……………………………………………..

8

BAB II TINJAUAN PUSTAKA ……………………………………………

9

2.1. Proses Pemotongan Dengan Mesin Bubut .……………………

9

2.2. Kondisi Pemesinan …………………………………………….

11

2.2.1. Kecepatan potong (V) …………………………………
2.2.2. Kedalaman potong (a) ………………………………..
2.2.3. Laju pemakanan (laju suapan) (f) ……………………
2.2.4. Laju pembuangan geram (MRR) ………………………

12
13
14
15

2.3. Kekasaran Permukaan ……………………………………….

15

2.3.1. Kekasaran permukaan dalam pembubutan keras ……..
2.3.2. Metode pengukuran kekasaran permukaan …………..

17
20

2.4. Konsep Pemesinan Terkini ………………………………….

21

2.4.1. Pemesinan laju tinggi ………………………………….
2.4.2. Pemesinan keras ……………………………………….
2.4.3. Pemesinan kering ………………………………………

21
23
25

2.5. Pahat Potong ………………………………………………….

27

2.5.1. Umur pahat ……………………………………………
2.5.2. Suhu pemotongan dan aus pahat ………………………

30
30

2.6. Bahan Teknik …………………………………………………

31

2.6.1. Sifat dan karakteristik logam …………………………..
2.6.2. Pemilihan bahan AISI 4140 …………………………..

32
34

BAB III METODE PENELITIAN ………………………………………..

37

3.1. Tempat dan waktu ……………………………………………

37

3.2. Bahan ………………………………………………………..

37

Universitas Sumatera Utara

3.2.1. Bahan benda uji ………………………………………
3.2.2. Bahan pahat …………………………………………..
3.2.3. Pemegang pahat (tool holder) .………………………..

37
39
40

3.3. Peralatan …………………………………………………….

40

3.3.1. Mesin bubut ………………………………………….
3.3.2. Surface Roughness Stylus Profilometer Tester
Suftest 402, Mitutoyo. ………………………………...
3.3.3. Mikroskop ……………………………………………
3.3.4. Scaning Electron Microscopy (SEM) ……………….

40
42
42
43 

3.4. Metode Penelitian ………………………………………….

43

3.4.1.Variabel yang diamati ……………………………….
3.4.2. Pengumpulan data …………………………………..
3.4.3. Rancangan kegiatan pemesinan ……………………..
3.4.4. Kerangka konsep penelitian …………………………

44
44
45
45

3.5. Teknik Pengukuran, Pengolahan dan Analisa Data …….
3.5.1. Pengukuran kekasaran permukaan ………………..
3.5.2. Analisa topografi lay dan defect. ……………………
3.5.3. Pengolahan dan analisa data ……………………….
3.5.4. Kerangka konsep penelitian ......................................

48
48
50
51
52

BAB IV. HASIL DAN PEMBAHASAN .……………………………….

53

4.1. Data Hasil Pengujian ………………………………………

53

4.2. Kekasaran Permukaan …………………………………….

56

4.2.1. Tingkat minimum-1. ……….………………………

56

4.2.2. Tingkat minimum-2. ……….. ……………………………..

58

4.2.3. Tingkat medium-1. ……………………………………
4.2.4. Tingkat medium-2. ………….…………………………
4.2.5. Tingkat maksimum-1. ………….…………………….
4.2.6. Tingkat maksimum-2. ………….…………………….

60
62
64
65

4.3. Pengaruh Kondisi Pemotongan Terhadap Kekasaran Permukaan.

69

Universitas Sumatera Utara

4.3.1.Pengaruh kecepatan potong (V) terhadap kekasaran
permukaan (Ra) ………………………………………
4.3.2.Pengaruh laju pemakan (f) terhadap kekasaran
permukaan (Ra). ……………………………………..
4.3.3.Pengaruh kedalaman potong (a) terhadap kekasaran
permukaan (Ra). ……………………………………..

69
70
71

4.4. Corak Permukaan (Lay) ………………………………….....

73

4.4.1. Corak permukaan pada tingkat minimum-1. ………
4.4.2. Corak permukaan pada tingkat minimum-2. ………
4.4.3. Corak permukaan pada tingkat medium-1…………
4.4.4. Corak permukaan pada tingkat medium-2…………
4.4.5. Corak permukaan pada tingkat maksimum-1 ………
4.4.6. Corak permukaan pada tingkat maksimum-2 . …….

73
74
74
75
76
77

4.5. Cacat (Defect) ..…………………………………………

78

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ………………………………..

83

5.1. Kesimpulan ……………………………………………….

83

5.2. Saran ……………………………………………………..

84

DAFTAR PUSTAKA ……………………………………………………

85

LAMPIRAN ……………………………………………………………..

88

Universitas Sumatera Utara

DAFTAR TABEL

Nomor

Judul

Halaman

2.1.

Tingkat kekasaran rata-rata menurut proses pengerjaan…………

16

2.2.

Perbandingan sifat pahat ………………………………………..

29

3.1.

Komposisi kimia AISI 4140 ……………………………………

38

3.2.

Sifat mekanik AISI 4140 ………………………………………..

38

3.3.

Sifat mekanik pahat CBN ……………………………………….

40

3.4.

Data teknis mesin bubut Emco Maximat V13 ………………….

41

3.5.

Desain pengujian CCF ………………………………………….

45

3.6.

Tabel pengumpulan data ………………………………………..

47

4.1.

Data hasil pengujian …………………………………………….

53

4.2.

Data kondisi pemotongan untuk pembahasan …………………

55

4.3.

Data pengukuran tingkat minimum-1 ……………………………

57

4.4.

Data pengukuran tingkat minimum-2 ……………………………

58

4.5.

Data pengukuran tingkat medium-1 ……………………………..

60

4.6.

Data pengukuran tingkat medium-2 ……………………………..

62

4.7.

Data pengukuran tingkat maksimum-1 ………………………….

64

4.8.

Data pengukuran tingkat maksimum-2 …………………………..

65

Universitas Sumatera Utara

DAFTAR GAMBAR

Nomor

Judul

2.1.

Skematis proses bubut ……………………………………………

10

2.2.

Pahat potong dan toolholder…………………………………………...

11

2.3.

Proses bubut ………………………………………………………

12

2.4.

Pengaruh gerak makan dan radius ujung pahat terhadap
gaya geser dan gaya makan ………………………………………

18

Pengaruh gerak makan dan radius ujung pahat terhadap
kekasaran permukaan (Ra) untuk bahan baja
AISI 52.100 kekerasan 47 HRC ……............................................

19

2.6.

Kecepatan potong pada proses laju tinggi ……………………….

22

2.7.

Tingkat kekerasan pahat terhadap ketangguhan pahat. …………

28

2.8.

Tingkat kekerasan dan ketahanan aus pahat terhadap temperatur .

28

2.9.

Perbandingan panas yang diserap pahat …………………………

31

2.10.

Landing gear ……………………………………………………………..

36

2.11.

Cyclo speed reducer……………………………………………………..

36

2.12.

Roller cyclo speed reducer …………………………………………….

36

2.13.

Single cavity valve body ………………………………………………..

36

3.1.

Benda uji …………………………………………………………

38

3.2.

Pahat CBN ……………………………………………………….

39

3.3.

Geometri pahat CBN …………………………………………….

39

2.5.

Halaman

Universitas Sumatera Utara

3.4.

Pemegang pahat (tool holder) ……………………………………

40

3.5

Mesin bubut Emco Maximat V13 ………………………………

41

3.6.

Setup mesin bubut Maximat V13 ……………………………….

41

3.7.

Alat pengukur kekasaran permukaan ……………………………

42

3.8.

Spesimen kalibrasi pengukur kekasaran permukaan
dengan nilai spesimen kalibrasi 2.95 m ……………………….

42

3.9.

USB Digital Microscope ………………………………………..

43

3.10.

Scaning Elektron Microscop ……………………………………

43

3.11.

Profil pengukuran kekasaran permukaan ……………………….

49

3.12

Grafik kekasaran permukaan vs waktu pemotongan ……………

50

3.13

Grafik kekasaran permukaan vs keausan pahat ………………….

50

3.14

Kerangka konsep penelitian ……………………………………..

52

4.1.

Kurva karakteristik Ra versus tc tingkat minimum-1 ……………

57

4.2.

Kurva karakteristik Ra versus VB tingkat minimum-1 …………

58

4.3.

Kurva karakteristik Ra versus tc tingkat minimum-2 ……………

59

4.4.

Kurva karakteristik Ra versus VB tingkat minimum-2 ………….

60

4.5.

Kurva karakteristik Ra versus tc tingkat medium-1 ……………..

61

4.6.

Kurva karakteristik Ra versus VB tingkat medium-1 ……………

62

4.7.

Kurva karakteristik Ra versus tc tingkat medium-2 ……………..

63

4.8.

Kurva karakteristik Ra versus VB tingkat medium-2 …………..

63

4.9.

Kurva karakteristik Ra versus tc tingkat maksimum-1 …………..

64

4.10.

Kurva karakteristik Ra versus VB tingkat maksimum-1 …………

65

Universitas Sumatera Utara

4.11.

Kurva karakteristik Ra versus tc tingkat maksimum-2 …………..

66

4.12.

Kurva karakteristik Ra versus VB tingkat maksimum-2 …………

66

4.13.

Hubungan karakteristik Ra vs tc dan Ra vs VB ………………….

68

4.14.

Pengaruh kecepatan potong terhadap kekasaran permukaan ……..

65

4.15.

Plot kurva Gbr 4.8 untuk mencari nilai Ra pada VB=0,14 mm …..

70

4.16.

Pengaruh laju pemakanan terhadap kekasaran permukaan ……….

71

4.17.

Plot kurva Gbr 4.2 untuk mencari nilai Ra pada VB=0,14 mm …..

72

4.18.

Pengaruh kedalaman pemakanan terhadap kekasaran permukaan … 72

4.19.

Corak permukaan pada V=200m/min, f=0,1mm/put, a=0,3mm …… 73

4.20..

Corak permukaan pada V=200m/min, f=0,15mm/put, a=0,3mm ….. 74

4.21.

Corak permukaan pada V=225m/min, f=0,1mm/put, a=0,7mm …… 75

4.22.

Corak permukaan pada V=225m/min, f=0,16mm/put, a=0,7mm ….. 76

4.23.

Corak permukaan pada V=250m/min, f=0,1mm/put, a=0,3mm…… 76

4.24.

Corak permukaan pada V=250m/min, f=0,15mm/put, a=0,3mm….. 77

4.25.

Cacat feed mark …………………………………………………………..

79

4.26.

Cacat akibat pembentukan lapisan chip ………………………….

79

4.27.

Cacat tearing surface pada Ra=1,60m dan VB = 0,20 mm …….

80

4.28.

Cacat tearing surface pada Ra = 1,60 m dan VB = 0,10 mm) …

81

4.29.

Mekanisme pembentukan tearing surface ………………………..

81

4.30.

Cacat microchip pada Ra = 0,92 m dan VB = 0,31 mm ……….

82

4.31.

Cacat microchip pada Ra = 1,44 m dan VB = 0,30 mm…………. 82

Universitas Sumatera Utara

DAFTAR NOTASI DAN ISTILAH
 
 
a

:

Kedalaman potong

mm

V

:

Kecepatan potong

m/min

f

:

Laju pemakanan

tc

:

Waktu potong

d

:

Diameter rata-rata benda kerja

mm

dm

:

Diameter akhir benda kerja

mm

do

:

Diameter awal benda kerja

mm

E

:

Modulus elastisitas (modulus of elasticity)

MPa

G

:

Modulus elastisitas geser (shear modulus)

MPa

ro

:

Radius serpihan

mm

B

:

Lebar pemotongan

mm

lt

:

Panjang pembubutan

mm

S

:

Panjang bidang sisi pahat

mm

n

:

Putaran mesin

rpm

Ra

:

Kekasaran Permukaan

m

mm/put
menit

Universitas Sumatera Utara

h

:

Tebal geram sebelum terpotong

mm

VB

:

Aus tepi pahat

mm

Vf

:

Kecepatan pemakanan

rc

:

Radius ujung pahat

Vc

:

Kecepatan alir serpihan (chip flow velocity)



:

Koefisien pemuaian panas (thermal expansion coef.)

C

γo

:

Sudut geram

(o)

γn

:

Sudut pembentuk kawah pemutus serpihan pada pahat

(o)

s

:

Sudut miring pahat (oblique inclination angle)

(o)

u

:

Tegangan tarik (ultimate tensile strength)

MPa

y

:

Tegangan geser (tensile yield strength)

MPa

Ф

:

Sudut patah serpihan

(o)

Kr

:

Sudut potong utama

(o)

K

:

MRR :

m/min
mm
m/min
o

Konduktiftas termal
Laju pembuangan geram

W/mK
cm3/min

Universitas Sumatera Utara

ABSTRAK
Penelitian ini terfokus pada keutuhan permukaan (surface integrity) logam paduan
AISI 4140 berkekerasan ~ 55 HRC yang dikerjakan dibawah proses pembubutan laju
tinggi, keras dan kering yang dikaji secara eksperimen. Metode pengumpulan data
yang digunakan pada penelitian ini adalah metode CCF (Cubic Center Face). Dampak
kecepatan potong, laju pemakanan dan kedalaman potong
terhadap kekasaran
permukaan (Ra) dan terhadap topografi permukaan yaitu corak permukaan (lay) dan
cacat permukaan (defect) yang terjadi pada permukaan benda termesin akan diteliti .
Nilai Ra rata-rata terkecil didapat = 0,97 m yaitu pada kecepatan potong (V) = 200
m/min, laju pemakanan (f) = 0,1 mm/put dan kedalaman pemakanan (a) = 0,3 mm.
Nilai Ra rata-rata terbesar didapat = 2,09 m yaitu pada kecepatan potong (V) =
225 m/min, laju pemakanan (f) = 0,1 mm/put dan kedalaman pemakanan (a) = 0,7
mm. Topografi
corak permukaan (lay)
dari permukaan benda termesin
memperlihatkan bahwa lay yang ditemukan memiliki pola arah yang sejajar dengan
kecepatan potong (V) dan tegak lurus dengan kecepatan pemakanan (Vf).
Sedangkan topografi cacat permukaan (defect) yang ditemukan ada empat jenis cacat
yaitu cacat feed mark, , pembentukan lapisan chip, tearing surface dan kotoran
(microchip). Kondisi pemotongan yang direkomendasikan untuk pemotongan logam
AISI 4140 yang berkekerasan ~ 55 HRC dengan pahat CBN dengan kondisi
pemesinan laju tinggi dan kering adalah pada kondisi pemotongan tingkat magnitude
minimum.
Kata kunci : Corak permukaan, cacat permukaan, kekasaran permukaan, Ra, kondisi
pemotongan

Universitas Sumatera Utara

ABSTRACT

This study is focused on the surface integrity of AISI 4140 alloy which has
the hardness of -55 HRC worked on the turning process under high, hard, and dry
speed which was examined experimentally. Data collecting method used in this study
is the CCF (Cubic Center Face) method. The impact of the velocity of cutting, the
feeding rate, the depth of cutting on the surface roughness (Ra) and on the surface
topography; that is, surface feature (lay) and surface defects (Defect) which occur on
the surface of the object will be studied. The average value of the smallest Ra = 0.97
m; that is, at the velocity of cutting (V) = 200 m/min, at the feeding rate (f) = 0.1
mm/put, and the depth of feeding (a) = 0.3 mm. The average value of the largest Ra =
2.09 m; that is, at the velocity of cutting (V) = 225 mm/min, at the feeding rate (f) =
0.1 mm/put, and at the depth of feeding (a) = 0.7 mm. The topography surface feature
(lay) on the surface of the object shows that the lay has direction pattern which is
paralleled with the velocity of cutting (V); whereas the topography of surface defect
has four types of defect; namely, feed mark defect, the forming of chip layer, tearing
surface, and dirt (microchip). The recommended cutting condition for the cutting of
metal ASIDSI 4140 which has the hardness of 55 HRC with CBN chisel in the high
and dry speed of machinery condition is the cutting condition of minimum magnitude
level.
Keywords: Lay, Defect, Surface Roughness, Ra, Cutting Condition

Universitas Sumatera Utara

BAB I
PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang
       Industri manufaktur adalah salah satu industri yang berpeluang besar menguasai
pasaran. Dalam kegiatannya industri tersebut selalu berhubungan dengan pengerjaan
logam, yaitu proses pembentukan logam, pemotongan logam atau proses pemesinan
menggunakan pahat potong. Meningkatnya permintaan konsumen untuk menambah
produktivitas, menuntut industri manufaktur untuk melakukan pemesinan yang cepat
maka dilakukan pemesinan dengan cara meningkatkan kecepatan pemesinan dengan
biaya produksi yang rendah. Pemesinan laju tinggi dan pemesinan keras adalah dua
metode yang dapat digunakan untuk meningkatkan produktivitas industri manufaktur
yang menghasilkan produk-produk dari operasi pemotongan logam. Pemesinan keras
lebih fleksibel, lebih ramah lingkungan dan memiliki kinerja yang lebih baik
dibandingkan proses gerinda dalam hal produktivitas (Ozel et.al., 2008). Namun
untuk kualitas permukaan khususnya kemasan permukaan masih dibawah proses
gerinda.
Hingga saat ini pemesinan laju tinggi dan pemesinan keras masih lazim
dilakukan pada keadaan pemesinan basah (wet machining) (Sutter, 2004). Pada
metode ini sejumlah cairan pemotongan dialirkan ke kawasan pemotongan selama
proses pemesinan

dengan tujuan menurunkan suhu pemotongan dan melumasi

Universitas Sumatera Utara

bagian-bagian pemesinan sehingga diharapkan permukaan pemesinan memiliki suatu
keutuhan permukaan (surface integrity) yang baik. Manfaat lain yang dapat diterima
adalah umur pahat yang relatif panjang karena laju aus yang dapat dikurangi.
Selanjutnya, permukaan termesin memperoleh manfaat dari keberadaan cairan
pemotongan sebagai media pelumas yang menyebabkan gesekan antara pahat dan
benda kerja yang relatif kecil.
Fenomena kegagalan

pahat dan penggunaan cairan pemotongan merupakan

salah satu masalah yang telah banyak dikaji dan mendapat perhatian dalam kaitannya
yang sangat berpengaruh terhadap kekasaran permukaan hasil pengerjaan, ketelitian
geometri produk dan mekanisme keausan pahat serta umur pahat (Ginting, 2003).
Disisi lain, peningkatan produktifitas harus memperhatikan regulasi-regulasi
yang berkaitan dengan isu penyelamatan lingkungan. Pada industri manufaktur
logam, salah satu masalah utama yang menjadi perhatian adalah dampak lingkungan
yang terjadi karena produk, proses atau sistem produksinya. Kepentingan terhadap
kesehatan manusia dan ekologi telah membuat industri pemotongan logam
mengembangkan

metode pemotongan yang bersahabat dengan lingkungan dan

kesehatan serta mempunyai tujuan memperbaiki efisiensi, mereduksi biaya produksi,
meningkatkan produktifitas dan meminimalkan siklus waktu dan secara bersamaan
pula memberikan kenyamanan terhadap lingkungan dan kesehatan kerja. Sreejith &
Ngoi (2000) melaporkan bahwa umumnya cairan pemotongan bekas disimpan dalam
kontainer dan kemudian ditimbun di tanah. Selain itu, masih banyak praktek yang

Universitas Sumatera Utara

membuang cairan pemotongan bekas langsung ke alam bebas. Hal ini jelas akan
merusak lingkungan dan undang – undang lingkungan hidup yang berlaku. Menurut
Seco (2004), badan administrasi keamanan dan kesehatan telah merekomendasikan
batas unsur-unsur berbahaya pada cairan pemotongan untuk pemesinan

yaitu

0,5  5,0 mg/m3 dan Metalworking fluid Standard Advisory Committee (MWFSAC)
merekomendasikan sebesar 0.5 mg/m3 (Canter, 2003).
Untuk maksud tersebut, para pakar pemesinan merekomendasikan konsep
pemesinan kering. Pada konsep ini, cairan pemotongan yang berpotensi mendistorsi
lingkungan hidup dapat dieliminasi sehingga konsep pemesinan kering memiliki dua
manfaat, yaitu penyelamatan lingkungan dan mereduksi ongkos produksi karena
kontribusi 20% nilai cairan pemotongan pada ongkos produksi tidak perlu lagi
dikeluarkan (Sreejith & Ngoi, 2000). Seco (2004) melaporkan pula bahwa ongkos
cairan pemotongan rata–rata adalah 15% setahun dari total ongkos produksi.
Apabila konsep pemesinan laju tinggi, keras dan kering sebagaimana dipaparkan
diatas dapat dipadukan maka tujuan industri manufaktur untuk menghasilkan
produktivitas yang tinggi serta berwawasan lingkungan dapat diwujudkan. Namun
demikian, satu hal yang paling penting digaris bawahi dalam hal ini adalah kualitas
produk yang dihasilkan. Pemesinan laju tinggi, keras dan kering

berpotensi

memberikan kontribusi yang kontra produktif bagi produk yang dihasilkan sebab
absennya cairan pemotongan (pemesinan kering) dan operasi pemesinan yang ekstrim
(pemesinan laju tinggi dan keras) akan menyebabkan terjadinya peristiwa tribologi

Universitas Sumatera Utara

yang berakhir dengan generasi panas dan suhu pemotongan yang tinggi. Peristiwa
tribologi dan suhu pemotongan yang tinggi tersebut berpotensi mendistorsi
permukaan benda kerja termesin (Field & Kahles, 1971).
Dari sudut pandang proses pemotongan logam, distorsi terhadap permukaan
benda kerja termesin dikaji melalui topik keutuhan permukaan (surface integrity).
Kajian keutuhan permukaan secara garis besar meliputi kajian topografi permukaan
dan metalurgi permukaan. Kajian keutuhan permukaan yang diprakarsai oleh Field &
Kahles (1971) melaporkan bahwa kajian ini begitu penting dilakukan, apalagi pada
benda kerja yang termasuk kepada produk yang akan digunakan sebagai komponen
berkehandalan tinggi. Sebagai contoh Rech & Moisan (2003) pada pembubutan keras
paduan baja melaporkan masalah-masalah yang berkaitan dengan keutuhan
permukaan seperti kekasaran, tegangan sisa dan lapisan putih adalah sebagai bagian
dari kajian keutuhan permukaan. Hal yang menjadi pertimbangan bagi pemilihan
bahan baja paduan AISI 4140 sebagai bahan komponen produk manufaktur yang
akan diteliti pada kajian ini adalah karena

baja AISI 4140 ini sangat banyak

mengalami peningkatan pemakaiannya misalnya untuk komponen sistem hidrolik
berkehandalan tinggi, komponen pemesinan seperti untuk roller cyclo speed reducer
sebagai komponen cyclo speed reducer untuk keperluan industri, untuk komponen
otomotif seperti shaft, gears, crankshaft dan lain-lain serta dapat juga digunakan
untuk komponen transportasi udara seperti landing gear. Apabila konsep pemesinan
laju tinggi, keras dan kering dapat diimplementasikan untuk memproses bahan baja

Universitas Sumatera Utara

AISI 4140 ini maka perlu dilakukan kajian keutuhan permukaan untuk memastikan
hasil permukaan termesin tersebut dapat dihasilkan dengan baik yaitu memenuhi
aspek-aspek yang disyaratkan oleh konsep keutuhan permukaan.
1.2 Perumusan Masalah
Pada proses pemesinan laju tinggi, keras dan kering ada kecendrungan
mempengaruhi morphologi pembentukan serpihan dan daya hantar panas yang baik
maka akan sangat mempengaruhi mekanisme kegagalan pahat karena lebih mudah
terbentuknya Built Up-Edge (BUE) dan BUE ini akan cenderung lebih berpengaruh
apalagi bila temperatur pemotongan meningkat, BUE dapat mengakibatkan kualitas
permukaan benda kerja pemesinan menjadi buruk. Untuk memastikan reliabilitas
yang besar dari satu komponen otomotif atau aerodinamikal, integritas atau keutuhan
permukaan benda termesin harus terpenuhi.
Benda kerja diproses secara pemesinan dengan tujuan untuk menghasilkan
produk yang berupa komponen mesin/peralatan dengan ketelitian dimensi/ukuran dan
bentuk serta karakteristik permukaan yang tertentu.
Kualitas penyelesaian permukaan yang telah dimesin biasanya diteliti dalam
bidang yang dikenal sebagai keutuhan permukaan. Keutuhan permukaan merupakan
satu kajian yang menerangkan keadaan dan sifat permukaan suatu benda kerja setelah
dimesin. Beberapa aspek yang terlibat dalam keutuhan permukaan adalah kekasaran
permukaan

(roughness), corak permukaan (lay) dan cacat permukaan (defect)

sebagai aspek dalam topografi permukaan dan perubahan sub permukaan (kekerasan

Universitas Sumatera Utara

mikro dan struktur mikro) adalah sebagai aspek dalam metalurgi permukaan (Ginting
& Nouari, 2009) serta tegangan sisa (residual stress).
Masalah utama yang akan dibahas dari objek pada penelitian ini

adalah

keutuhan permukaan termesin AISI 4140 dari aspek topografi permukaan yaitu kajian
lebih diarahkan pada kekasaran permukaan (roughness), corak permukaan (lay), dan
cacat permukaan (defect). Sedangkan dari aspek metalurgi permukaan dan tegangan
sisa tidak dibahas pada penelitian ini.
Objek yang dikaji pada penelitian ini adalah permukaan termesin baja paduan
AISI 4140 berkekerasan ~ 55 HRC yang dihasilkan pada operasi pembubutan dengan
penerapan konsep pemesinan laju tinggi, keras dan kering menggunakan pahat CBN.
Dawson & Kurfess (2002) melaporkan bahwa material yang khusus digunakan untuk
proses bubut keras adalah cubic boron nitride (CBN), keramik, dan cermet. Peneliti
lain, yaitu Aslan (2005) melaporkan bahwa pemesinan keras dengan kekerasan 60
HRC dengan kecepatan potong 200 m/menit atau lebih dan tingkat pemakanan ratarata 0,1 mm/putaran atau lebih besar, kedalaman potong aksial 0,2 - 1,0 mm,
menggunakan pahat potong advance keramik (CBN) dapat dikategorikan sebagai
operasi pemotongan kecepatan tinggi (HSM). Harga pahat CBN memang relatif
mahal dibanding karbida atau advance keramik sehingga pemakaiannya masih
terbatas pada pemesinan. Namun, untuk mencapai ketelitian dimensi dan kehalusan
permukaan yang tinggi, diperlukan pahat yang terbuat dari bahan yang handal yaitu
pahat CBN yang digunakan dalam penelitian ini.

Universitas Sumatera Utara

1.3 Tujuan Penelitian
1.3.1 Tujuan Umum
Secara umum, tujuan penelitian ini adalah meneliti tentang keutuhan permukaan
dari aspek topografi permukaan pada pemesinan laju tinggi, keras dan kering pada
bahan AISI 4140 menggunakan pahat CBN.
1.3.2 Tujuan Khusus
Secara khusus, tujuan penelitian ini meliputi:
1. Mempelajari karakteristik kekasaran permukaan termesin AISI 4140
menurut parameter Ra.
2. Mempelajari corak permukaan (lay) termesin AISI 4140 yang
dihasilkan.
3. Mempelajari kecacatan (defect) yang terjadi pada permukaan termesin.

1.4 Manfaat Penelitian
Hasil penelitian ini memiliki dua manfaat utama yaitu :
1. Bagi dunia akademik, hasil penelitian ini dapat memberi kontribusi
kapada penyediaan informasi dan pengembangan ilmu pemotongan
logam khususnya konsep pemesinan laju tinggi, keras dan kering
2. Bagi industri dunia manufaktur, hasil penelitian ini dapat di gunakan
sebagai rujukan implementasi konsep pemesianan laju tinggi, keras dan
kering.

Universitas Sumatera Utara

BAB II
TINJAUAN PUSTAKA

Mekanika proses pemotongan logam membutuhkan parameter yang melibatkan
kondisi pemotongan dan geometri serta kemampuan pahat potong. Semakin besar
kecepatan potong semakin besar pula konsumsi tenaga mesinnya. Besarnya
penampang geram dalam proses pemotongan tergantung kepada laju suapan (laju
pemakanan) (mm/put) atau dalam/tebalnya kedalaman potong (mm). Dalam proses
pemesinan, untuk mencapai kondisi pemotongan yang optimal dan stabil sangat
perlu diperhatikan adanya kombinasi besaran kecepatan potong, laju pemakanan, dan
tebal atau kedalaman pemotongan yang sangat erat kaitannya terhadap umur pahat
serta kualitas permukaan bahan termesin.

2.1

Proses Pemotongan Dengan Mesin Bubut
Proses pemotongan logam merupakan kegiatan terbesar yang dilakukan pada

industri manufaktur. Proses ini mampu menghasilkan komponen yang memiliki
bentuk yang komplek dengan akurasi geometri dan dimensi yang tinggi. Prinsip
pemotongan logam dapat didifinisikan sebagai sebuah aksi dari sebuah alat potong
yang dikontakkan dengan sebuah benda kerja untuk membuang permukaan benda
kerja tersebut dalam bentuk geram. Meskipun definisinya sederhana akan tetapi
proses pemotongan logam adalah sangat komplek.

Universitas Sumatera Utara

Salah satu proses pemesinan yang digunakan pada pemotongan logam adalah
proses bubut. Proses ini bertujuan untuk membuang material dimana benda kerja
dicekam menggunakan sebuah chuck atau pencekam dan berputar pada sebuah
sumbu, alat potong bergerak arah aksial dan radial terhadap benda kerja sehingga
terjadi pemotongan dan menghasilkan permukaan yang konsentris dengan sumbu
putar benda kerja. Gambar 2.1 adalah skematis dari sebuah proses bubut dimana n
adalah putaran poros utama, f adalah laju pemakanan dan a adalah kedalaman
pemotongan.

a

n

f

Gambar 2.1 Skematis proses bubut
Bagian-bagian serta penamaan (nomenclature) dari alat potong yang digunakan
pada proses bubut dijelaskan pada Gambar 2.2. Radius pahat potong menghubungkan
sisi dengan ujung potong (cutting edge) yang berpengaruh terhadap umur pahat, gaya
radial, dan hasil permukaan akhir. Ada beberapa parameter utama yang berpengaruh
terhadap gaya potong, peningkatan panas, keausan, dan keutuhan permukaan benda
kerja yang dihasilkan.

Universitas Sumatera Utara

(a)

(b)
Gambar 2.2. Pahat potong dan toolholder

Tiga diantaranya adalah kecepatan potong (V), laju pemakanan (f), dan kedalaman
potong (a). Kecepatan potong adalah kecepatan keliling benda kerja dengan satuan
(m/min), laju pemakanan adalah perpindahan atau jarak tempuh pahat tiap satu
putaran benda kerja dengan satuan (mm/put), kedalaman potong adalah tebal material
terbuang pada arah radial dengan satuan (mm).

2.2 Kondisi pemesinan
Menurut Rochim (1993) pada setiap proses pemesinan ada lima elemen dasar
yang perlu dipahami, yaitu:
a. Kecepatan potong (cutting speed)

: V (m/min)

b. Kedalaman potong (depth of cut)

: a (mm)

c. Laju pemakanan (feeding speed)

: f (mm/put)

d. Waktu pemotongan (cutting time)

: tc (min)

e. Laju pembuangan geram (material removal rate)

:MRR (

/min)

Universitas Sumatera Utara

Kelima elemen dasar tersebut diatas dapat diketahui menggunakan rumus yang dapat
diturunkan berdasarkan Gambar 2.3 berikut ini:

Gambar 2.3 Proses bubut
Geometri benda kerja: do = diameter awal (mm)
dm = diameter akhir (mm)
lt
Geometri pahat:

= panjang pemesinan (mm)

кr = sudut potong utama (o)

o = sudut geram (o)

2.2.1

Kecepatan potong (V)
Untuk memperoleh putaran mesin atau kecepatan potong digunakan

persamaan sebagai berikut:

Universitas Sumatera Utara

V=
dimana

π . d .n
1000

……………………………..

(2.1)

V = kecepatan potong (m/menit)
d = dimeter benda kerja (mm)
n = putaran spindel (rpm)

2.2.2 Kedalaman potong (a)
Menurut Rochim (1993) kedalaman pemotongan

ditentukan oleh nilai

minimum dan maksimum yaitu dengan persamaan:
Untuk kedalam potong minimum adalah:
amin =

…………….……...……….……

(2.2)
dan kedalaman potong maksimum (amaks) adalah:
amaks = 0,7 S sin r
dimana

………………….……

(2.3)

= radius ujung pahat (mm)
S = panjang sisi pahat (mm)

r = sudut potong utama (o)

Sudut potong utama (principal cutting edge angle/r) adalah sudut antara mata potong
utama pahat dengan laju pemakanan (f), besarnya sudut tersebut ditentukan oleh
geometri pahat dan cara pemasangan pada mesin bubut. Untuk nilai laju pemakanan
(f) dan kedalaman potong (a) yang tetap maka sudut ini akan mempengaruhi lebar
pemotongan (b) dan tebal geram sebelum terpotong

(h) adalah sebagai berikut:

Universitas Sumatera Utara

Lebar pemotongan

b=

(mm) ………………….

(2.4)

Tebal geram sebelum terpotong

h=

(mm) ………………….

(2.5)

Dengan demikian penampang geram sebelum terpotong adalah:
A= f.a =b.h

(mm2) ..………….

(2.6)

2.2.3 Laju pemakanan /laju suapan (f)
Untuk proses penghalusan permukaan, laju pemakanan atau feeding (f),
ditetapkan sesuai dengan kehalusan permukaan produk yang dikehendaki. Hubungan
antara kekasaran permukaan, radius ujung pahat, dan laju pemakanan secara empiris
adalah (Dawson & Kurfess, 2002):
Ra =

0.0321 f
r

2

( m)

…….…………………………

(2.7)
atau

f =

r . R a

(mm/put) ………………………….

(2.8)

0,0321

dimana

f

= laju pemakanan (mm/put)

Ra = kekasaran permukaan ( m)
= radius ujung pahat 0,2 (mm)
Sehingga kecepatan pemakanan adalah:
Vf = lt/tc (mm/min) ……. ……………….............
dimana

(2.9)

lt = panjang pemotongan (mm)
tc = waktu pemotongan (menit)

Universitas Sumatera Utara

2.2.4 Laju pembuangan geram (MRR)
Selama proses pembubutan berlangsung bahan dibuang akibat perputaran
benda kerja sebagai suatu geram tunggal yang tergantung pada parameter kerja
mesin. Geram yang dihasilkan berupa suatu lembar tali berkelanjutan atau berupa
potonganpotongan.
Besarnya laju pembuangan geram (MRR) adalah:
MRR = A.V
dimana

2.3

……….............................................

(2.10)

A = penampang geram sebelum terpotong
A =f.a

maka

(cm3/min)

(mm2)

MRR = f . a . V (cm3/min)

……………….……………………

(2.11)

Kekasaran Permukaan
Pada operasi pemesinan penyelesaian atau finishing seperti pada pembubutan

keras, usia akhir dari pemakaian alat (pahat) umumnya didasarkan pada kerusakan
yang telah dialami oleh permukaan benda kerja termesin. Sehingga untuk
menjelaskan dan memprediksi kekasaran permukaan, penelitian telah dilakukan
untuk menentukan efek dari tiga parameter pemotongan, yaitu laju pemakanan (f),
kecepatan pemotongan (V) dan keausan pahat (VB).
Tabel 2.1. Tingkat kekasaran rata-rata menurut proses pengerjaan
Proses pengerjaan
Flat and cylindrical lapping
Superfinishing diamond turning

Selang (N)
N1 – N4
N1 – N6

Harga Ra ( m)
0,025 – 0,2
0,025 – 0,8

Universitas Sumatera Utara

Flat and cylindrical grinding
Finishing

N1 – N8
N4 – N8

0,025 – 3,2
0,2 – 3,2

Face and cylindrical turning, milling and reaming N5 – N12
Drilling
N10 – N11

0,4 – 50,0
12,5 – 25,0

Shaping, planning, horizontal milling
Sandcasting and forging

N6 – N12
N10 – N11

0,8 – 50,0
12,5 – 25,0

Extruding, cold rolling, drawing
Die casting

N6 – N8
N6 – N7

0,8 – 3,2
0,8 – 1,6

(Sumber : ISO -1302, 2001)
Dimana N1 sampai N12 adalah kelas kekasaran permukaan dan Ra adalah rata-rata
harga kekasarannya.
Pengaruh penyelesaian permukaan benda kerja termesin tidak hanya pada keakuratan
dimensi, tetapi juga pada sifat-sifat komponen bahan yang dihasilkan seperti
kelelahan dan kekuatan (Kalpakjian & Schmid). Tingkat kekasaran permukaan hasil
pengerjaan masing-masing proses pemesinan tidaklah sama, itu tergantung pada
proses pengerjaannya. Tabel 2.1 menunjukkan tingkat kekasaran rata-rata menurut
proses pengerjaannya.
Perbaikan mekanisme proses permukaan benda kerja termesin akan
mengoptimalkan proses dan memperbaiki fungsi bagian. Yang mempengaruhi
kekasaran permukaan

selama proses pemesinan

adalah efek dari jumlah

dua

variabel bebas (Boothroyd) yaitu:
a. kekasaran permukaan ideal yang dihasilkan dari geometri pahat dan laju
pemakanan.

Universitas Sumatera Utara

b. kekasaran permukaan alami yang disebabkan oleh penyimpangan dalam
operasi pemesinan.
Dalam proses pemesinan, adalah mustahil untuk mencapai kekasaran permukaan
yang ideal karena kekasaran permukaan alami berkontribusi terhadap sebagian besar
dari kekasaran. Built up edge, chatter pada pahat, ketidakakuratan dalam gerakan
alat mesin dan cacat pada struktur benda kerja

adalah penyebab

kekasaran

permukaan alami (Boothroyd). Laju pemakanan dan geometri sudut pahat adalah
dua faktor utama yang mempengaruhi kekasaran permukaan. Kemampuan dalam
mengasah radius sudut pahat akan meningkatkan tindakan yang sesungguhnya dan
meningkatkan kekasaran permukaan. Semakin tinggi laju pemakanan akan selalu
meningkatkan kekasaran permukaan.
Selanjutnya, untuk memperoleh kekasaran permukaan seperti yang diharapkan
(finishing) maka geometri radius ujung pahat perlu dipertimbangkan yang dalam hal
ini kaitannya dengan nilai gerak makan (feeding).
2.3.1. Kekasaran permukaan dalam pembubutan keras
Kekasaran permukaan memiliki pengaruh terhadap kinerja komponen. Hal ini
juga yang menyebabkan banyak orang tertarik melaksanakan penelitian kekasaran
permukaan pada pembubutan keras. Thiele & Melkote telah melakukan penelitian
yaitu pengaruh geometri radius ujung pahat terhadap kekasaran permukaan pada
pembubutan baja AISI 52100.

Universitas Sumatera Utara

Gambar 2.4 Pengaruh gerak makan dan radius ujung pahat
terhadap gaya geser dan gaya makan
Tingkat pemakanan dan geometri radius ujung pahat adalah dua faktor utama yang
mempengaruhi kekasaran permukaan. Peningkatan dalam mengasah radius ujung
pahat akan meningkatkan tindakan yang sesungguhnya dan meningkatkan kekasaran
permukaan. Semakin besar tingkat pemakanan akan selalu meningkatkan kekasaran
permukaan. Gambar 2.4 menunjukkan pengaruh tingkat pemakanan dan radius ujung
pahat terhadap hasil gaya geser dan gaya makan.
Rech

& Moisan

telah menemukan bahwa kecepatan pemotongan tidak

memiliki dampak signifikan terhadap kekasaran permukaan pada pemesinan baja
27MnCr5. Namun laju pemakanan memiliki pengaruh terhadap kekasaran
permukaan.

Universitas Sumatera Utara

Gambar 2.5 Pengaruh gerak makan dan radius ujung pahat terhadap kekasaran
permukaan (Ra) untuk bahan baja AISI 52.100 kekerasan 47 HRC.
Ketika tingkat pemakanan meningkat dari 0,05 mm/put hingga 0,3 mm/put pada
kecepatan 150 m/min, kekasaran permukaan meningkat dari 0,3 m hingga 1,4 m.
Di sisi lain, ketika kecepatan meningkat dari 50 m/menit sampai 250 m/min pada 0.1
mm/put pemakanan konstan, nilai kekasaran permukaan hanya antara 0,2- 0,4 m.
Hal ini membuktikan bahwa kecepatan pemotongan tidak mempengaruhi kekasaran
permukaan. Gambar 2.5 menunjukkan pengaruh tingkat pemakanan dan radius ujung
pahat pada kekasaran permukaan benda kerja termesin.
Kishawy & Elbestawi meneliti integritas permukaan baja AISI D2 dengan
kekerasan 62 HRC menggunakan pahat PCBN pada kondisi kecepatan tinggi. Mereka
menggunakan kecepatan potong dalam tingkatan 140 – 500 m/min, laju pemakanan
0,05 – 0,2 mm/put, kedalaman pemotongan; 0,2 – 0,6 mm dan sudut awal pahat tajam
beralur (20º x 0,1 mm) lalu diasah menjadi radius 0,0125 mm. Hasil mereka
menunjukkan bahwa, pada kecepatan pemotongan diatas 350 m/min, kekasaran
permukaan meningkat dengan peningkatan keausan alat dan ini dikaitkan dengan
aliran sisi material. Bahkan cacat seperti keretakan mikro dan kavitasi terlihat pada
permukaan yang dikerjakan. Kepadatan keretakan-keretakan mikro ini ditemukan
tergantung pada kecepatan pemotongan dan laju pemakan yang digunakan. Mereka
juga menyatakan bahwa lapisan putih yang terjadi pada struktur permukaan
dipengaruhi secara termis yang terbentuk karena transformasi fase ketika dikerjakan
dengan pahat beralur akan tetapi tidak dengan pahat yang tajam.

Universitas Sumatera Utara

2.3.2. Metode pengukuran kekasaran permukaan
Pemeriksaan kekasaran dengan mata telanjang hanya memungkinkan untuk
membandingkan permukaan yang satu lebih kasar dari permukaan yang lainnya serta
cara ini

hanya untuk perbedaan yang menyolok, sementara untuk membedakan

kekasaran yang sangat kecil sulit dideteksi dengan indera mata dan tidak dapat
diketahui seberapa besar kekasarannya.
Pada saat ini teknologi pemeriksaan permukaan benda kerja/komponen mesin telah
ditemukan beberapa cara untuk mengetahui tingkat kekasaran permukaannya.
Beberapa metode pengukuran yang dapat digunakan adalah sebagai berikut:
1. Inspection

by

touch

comparation,

disini

permukaan

benda

kerja

dibandingkan dengan standar kakasaran permukaan yang mempunyai ukuran
mikro inchi.
2. Magnifer with illuminator, permukaan benda kerja disinari dan diperbesar
kemudian baru dilaksanakan pemeriksaan.
3. The interference microscope, disini digunakan cermin datar dan lampu satu
warna, tinggi kekasaran diperiksa dengan refleksi cahaya lampu antara
mikroskop obyektif dengan permukaan benda kerja. Metode ini digunakan
dalam prosedur laboratorium dan jarang digunakan dalam bengkel.
4. With profilometer, alat ini digunakan untuk mengetahui dan memeriksa bentuk
profil kekasaran permukaan benda kerja/komponen.

Universitas Sumatera Utara

Berdasarkan empat macam metode pengukuran kekasaran permukaan di atas dalam
penelitian ini digunakan metode with profilometer.

2.4

Konsep Pemesinan Terkini

2.4.1 Pemesinan laju tinggi
Meningkatnya permintaan untuk menambah produktivitas dengan biaya
produksi rendah, menuntut untuk dilakukannya pemesinan yang cepat maka
dilakukan pemesinan dengan cara meningkatkan kecepatan pemesinan. Teknologi
pemesinan kecepatan tinggi (high speed machining) merupakan salah satu cara untuk
meningkatkan produktivitas. Dengan kecepatan potong yang tinggi, maka volume
pelepasan material dari material induk akan meningkat sehingga akan diperoleh
penghematan waktu pemesinan

Dokumen yang terkait

Dokumen baru

Keutuhan Permukaan Baja AISI 4140 Pada Pemesinan Laju Tinggi, Keras Dan Kering Menggunakan Pahat CBN