Kajian Umur Pahat Pada Pembubutan Kering Dan Keras Baja Aisi 4340 Menggunakan Pahat Karbida Pvd Berlapis

LAMPIRAN I

Number log v log f log a TL Desirability

1

1,813 -0,992 0,002 1,723

1,000

Selected

2

1,812 -0,999 0,007 1,726

1,000

3

1,812 -0,992 0,002 1,728

1,000

4

1,812 -0,996 0,002 1,729

1,000

5

1,813 -1,000 0,009 1,722

1,000

6

1,812 -0,999 0,012 1,722

1,000

7

1,812 -1,000 0,000 1,737

1,000

8

1,813 -0,995 0,003 1,724

1,000

9

1,812 -0,997 0,004 1,730

1,000

10

1,812 -0,991 0,001 1,727

1,000

11

1,813 -0,995 0,004 1,723

1,000

12

1,812 -0,993 0,005 1,724

1,000

13

1,812 -0,992 0,000 1,730

1,000

14

1,812 -0,981 0,000 1,721

1,000

15

1,812 -0,999 0,011 1,723

1,000

16

1,812 -0,984 0,000 1,724

1,000

17

1,812 -0,982 0,001 1,721

1,000

18

1,814 -0,998 0,000 1,724

1,000

19

1,812 -0,997 0,002 1,730

1,000

20

1,812 -0,997 0,000 1,731

1,000

21

1,813 -1,000 0,007 1,722

1,000

22

1,812 -0,998 0,006 1,728

1,000

23

1,812 -0,999 0,000 1,734

1,000

24

1,812 -0,998 0,011 1,722

1,000

25

1,813 -1,000 0,003 1,726

1,000

26

1,813 -0,997 0,002 1,725

1,000

27

1,813 -0,998 0,007 1,723

1,000

28

1,813 -0,995 0,002 1,726

1,000

29

1,813 -0,991 0,001 1,723

1,000

30

1,812 -0,990 0,001 1,725

1,000

31

1,813 -0,999 0,002 1,726

1,000

32

1,813 -0,994 0,003 1,723

1,000

33

1,813 -0,993 0,001 1,726

1,000

34

1,812 -0,998 0,001 1,734

1,000

35

1,812 -0,996 0,003 1,728

1,000

36

1,813 -0,996 0,007 1,722

1,000

37

1,813 -0,997 0,006 1,723

1,000

38

1,813 -0,990 0,003 1,722

1,000

39

1,813 -0,999 0,002 1,728

1,000

40

1,812 -0,999 0,006 1,729

1,000

41

1,812 -0,984 0,000 1,723

1,000

42

1,812 -0,982 0,000 1,723

1,000

43

1,813 -0,993 0,003 1,725

1,000

44

1,813 -0,997 0,004 1,722

1,000

45

1,812 -1,000 0,013 1,722

1,000

46

1,812 -1,000 0,011 1,724

1,000

47

1,812 -0,988 0,004 1,722

1,000

48

1,812 -0,985 0,001 1,722

1,000

49

1,812 -0,990 0,000 1,726

1,000

50

1,812 -0,991 0,004 1,723

1,000

51

1,812 -0,994 0,000 1,728

1,000

52

1,812 -0,996 0,010 1,722

1,000

53

1,812 -0,983 0,000 1,723

1,000

54

1,812 -0,995 0,003 1,727

1,000

55

1,812 -0,994 0,001 1,731

1,000

56

1,813 -0,995 0,000 1,729

1,000

57

1,812 -0,989 0,003 1,724

1,000

58

1,813 -0,997 0,001 1,729

1,000

59

1,812 -0,992 0,001 1,727

1,000

60

1,812 -0,999 0,001 1,734

1,000

61

1,812 -0,978 0,000 1,720

0,999

62

1,812 -0,977 0,000 1,719

0,998

63

1,812 -0,974 0,000 1,716

0,995

64

1,816 -1,000 0,000 1,713

0,992

65

1,813 -0,972 0,000 1,709

0,988

66

1,812 -1,000 0,025 1,709

0,988

67

1,816 -1,000 0,000 1,708

0,987

68

1,812 -0,962 0,000 1,707

0,986

69

1,812 -0,960 0,000 1,706

0,985

70

1,817 -0,999 0,000 1,705

0,984

71

1,812 -1,000 0,029 1,705

0,984

72

1,812 -1,000 0,030 1,704

0,982

73

1,812 -0,952 0,000 1,700

0,979

74

1,812 -1,000 0,033 1,700

0,979

75

1,812 -1,000 0,039 1,694

0,973

76

1,812 -1,000 0,039 1,693

0,972

77

1,812 -0,936 0,000 1,688

0,966

78

1,812 -0,933 0,002 1,682

0,961

79

1,812 -0,926 0,000 1,681

0,959

80

1,812 -0,925 0,000 1,680

0,958

81

1,821 -1,000 0,001 1,678

0,956

82

1,812 -1,000 0,057 1,674

0,952

83

1,812 -0,997 0,055 1,674

0,952

84

1,812 -0,917 0,000 1,674

0,952

85

1,812 -1,000 0,086 1,643

0,920

86

1,812 -1,000 0,087 1,642

0,920

87

1,812 -1,000 0,091 1,637

0,915

88

1,812 -0,868 0,000 1,637

0,914

89

1,812 -0,865 0,000 1,635

0,912

90

1,829 -1,000 0,000 1,625

0,903

91

1,812 -1,000 0,106 1,620

0,898

92

1,812 -0,823 0,003 1,594

0,871

93

1,815 -0,823 0,000 1,576

0,852

LAMPIRAN II

Hasil Kondisi Pemotongan HHH

VB

Time (min) 0.00 0.00 0.05 1.27 0.06 2.52 0.09 3.59 0.15 4.44 0.21 4.88 0.24 5.05 0.28 5.29 0.33 5.47

Hasil Kondisi Pemotongan HHL

VB

Time (min)

0 0

0.072 2.43 0.095 4.77 0.124 7.05 0.161 9.25 0.184 10.25 0.225 11.25

Hasil Kondisi Pemotongan HLH

VB

Time (min)

0 0

0.06 2.0 0.082 4.0 0.09 6.0 0.099 8.0 0.126 11.2 0.161 12.3

0.237 13.4

Hasil Kondisi Pemotongan HLL

VB

Time (min)

0 0

0.082 1.12

0.09 2.23

0.095 3.34

0.105 4.45

0.118 7.48

0.126 10.49

0.14 13.50

0.161 16.51

0.223 19.51

Hasil Kondisi Pemotongan LHH

VB

Time (min)

0 0

0.066 4.5 0.082 8.6 0.147 12.4

0.3 14.2

Hasil Kondisi Pemotongan LHL

VB

Time (min)

0 0

0.045 2.9 0.054 5.8 0.06 8.5 0.072 11.2 0.078 13.8

0.082 16.2 0.087 18.7

0.094 21.0

23.2

0.108 25.4

27.5

0.126 29.5

31.4

0.14 33.3

35.1

0.165 36.8

38.4

0.195 40.0

0.222 41.5

Hasil Kondisi Pemotongan LLH

VB

Time (min)

0 0

0.054 6.1 0.068 12.1 0.081 17.8 0.093 23.3 0.127 28.7 0.201 33.9 0.244 36.4

Hasil Kondisi Pemotongan LLL

VB

Time (min)

0 0

0.038 6.6 0.103 13.0 0.118 19.4 0.134 25.8 0.162 32.0

0.178 38.1 0.208 41.1 0.226 44.1 0.263 49.9 0.307 52.7

LAMPIRAN III

HHH

HLH

LHH

LLH

LAMPIRAN IV

Mata Pahat SNMG 120408 MT TT8020

LAMPIRAN V

Tabel Karateristik Pengujian Kekerasan

DAFTAR PUSTAKA

[1]Coppini, N.L., et al. 2013. Hard Turning of Sintered Cemented Carbide: A Shop Floor Experience. Procedia CIRP, Volume 8, pp. 368-373.

[2]Gokulachandran,J and Mohandas, K. 2012. Application of Regression and Fuzzy Logic Method for Predicition of Tool Life. Procedia Engineering 38. Pg. 3900-3912

[3]J. de, Oliveira, A. E., Diniz and Ursolino, D. J. 2009. Hard Turning in Continous and interrupted cut with PCBN and Whisker-Reinforced Cutting Tools. Journals of Materials Processing Technology 209, pp. 5262-5270.

[4]Rao,C.J., Sreeamulu,D. And Mathew,A.T. 2014. Analysis of Tool Life during Turning Operation by Determining Optimal Process Parameters. Procedia Engineering 97. Pg 241-250.

[5]Sargade, V.G., et al. 2011. Effect of Coating Thickness and Performance of TiN Film Deposited on Cemented Carbide Inserts Using CFUBMS. Material and Manufacturing Processes 26, p.1.

[6]Sivarajan, S. and Padmanabhan, R. Green Machining and Forming by the use of Surface coated tools. Procedia Engineering 97(2014) 15-21.

[7]Varaprasad. Bh et al. Effect of Machining Parameters on Tool Wear in Hard Turning of AISI D3 Steel. Procedia Engineering 97 (2014) 338-345.

[8]Boothroyd, G. 1997. Fundamentals of Machining and Machine Tools. Marcel Dekker. New York.

[9]Douglas C. Montgomery. 2012. Design and Analysis of Experiments, Arizona State University. John Wiley & Sons, Inc.

[10]Kalpakjian, Serope and R.Schmid, Steven. 2009. Manufacturing Engineering and Technology, sixth edition. New York: Prentice Hall.

[11]Rochim, Taufiq. 2001. Spesifikasi, Metrologi, dan Kontrol Kualitas Geometrik. Institut Teknologi Bandung.

[12]Rochim, Taufiq. 1993. Teori dan Teknologi Proses Pemesinan. Institut Teknologi Bandung.

[13]S. Lou, Mike., et al. 1998. Surface Roughness for CNC End – Turning, Journal of Technology. Kaohsiung Taiwan: Cheng Shiu College of Technology.

BAB III

METODOLOGI PENELITIAN

3.1 Bahan

3.1.1 Benda Kerja

Benda kerja yang digunakan untuk penelitian ini adalah baja AISI 4340 yang telah dilakukan proses pengerasan (hardening process). Pengerasan dilakukan sampai bahan mencapai kekerasan 45-50 HRc.

Pada penelitian ini, dimensi baja AISI 4340 yang digunakan adalah diameter 80 mm dan panjang 250 mm dengan komposisi bahan kimia dan sifat mekanis tertera pada bab 2.

Gambar 3.1 Baja AISI 4340

3.1.2 Mata Pahat

Mata pahat yang digunakan untuk penelitian ini adalah pahat karbida PVD (Physical Vapour Deposition) berlapis. Pahat yang digunakan Bermerk Taegutec dengan seri SNMG 120408 MT TT8020

Dimana:

- S = Bentuk pahat segiempat - N = Sudut 0°

- M = Toleransi;

m = ± 0,003 - ± 0,007; t = ±0,005;

d = ±0,002 - ± 0,005. - G = Bentuk desain pahat - Lebar pahat 12 mm - Tebal pahat 4 mm - Radius pojok 8 mm - MT = medium roughing

- TT8020 = Pahat PVD untuk Pengerjaan Stainless Steel, High-Temp. Alloys, Low Carbon Alloy Steel, dan Low Carbon Steel.

Gambar 3.3 Penjelasan mengenai Kelas Toleransi Pahat

3.2 Peralatan

Peralatan yang digunakan dalam penelitian ini adalah sebagai berikut: 1. Mesin bubut CNC

Mesin bubut CNC yang digunakan untuk menguji benda kerja. Pada penelitian ini, mesin bubut CNC yang digunakan adalah merek GSK 928TEa yang berada di SMKN Percut Sei Tuan.

- Merk : GSK CNC 928TEa - Model : NX-L300

- Serial : FE-NC-LTH-157 - Daya : 9.5 KVA

- Voltase : 380 V - Frekuensi : 50 Hz

Gambar 3.3 Mesin bubut CNC GSK928TEa

Gambar 3.4. Set-up mesin Dimana:

1. Benda kerja 2. Tool holder

3. Pahat karbida PVD berlapis

2 1

3 4 5

4. Tailstock 5. Chuck

Langkah-langkah penggunaan mesin bubut CNC: 1. Mesin bubut CNC dihidupkan,

2. Dimasukkan G-code untuk pemesinan yang telah ditentukan, 3. Benda kerja dipasangkan, dan dicek specimen telah center, 4. Mata pahat beserta tool holder dipasangkan pada tool post mesin

CNC,

5. Dilakukan pemotongan untuk kondisi pemotongan yang telah ditentukan.

2. Tool holder

Tool holder digunakan sebagai dudukan mata pahat pada toolpost mesin bubut CNC. Pada penelitian ini, tool holder yang digunakan adalah jenis MSDNN 2020 K12 dengan keterangan sebagai berikut: - M = pengunci ganda

- S = Bentuk sisipan segiempat - D = Sudut potong pahat 45° - N = Sudut pahat 0°

- N = Arah pahat netral - Tebal Holder (20x20) mm - K = Panjang holder 125 mm

Gambar 3.5 Tool Holder

3. Mikroskop

Mikroskop digunakan untuk mengamati keausan yang terjadi pada mata pahat yang diuji. Berikut spesifikasi mikroskop Dyno-Lite AM4515T8 :

- Resolusi = 1.3 MP (1280x1024) - Perbesaran = 700 – 900 kali - Koneksi = USB 2.0

- Ukuran = 10,5 cm(H)x3,2 cm(D) - 8 lampu LED putih

- Automatic Magnification Reading (AMR) - Pengukuran perangkat lunak dan kalibrasi

Gambar 3.6 Mikroskop dyno-lite Langkah- langkah penggunaan Mikroskop dyno-lite:

1. Pertama letakkan mikroskop dan penyangga pada meja ukur yang datar.

2. Sambungkan pada computer dan kalibrasi mikroskop pada perbesaran yang diinginkan

3. Setelah kalibrasi atur naiknya dan turunnya mikroskop untuk memfokuskan pahat

4. Ukur tingkat keausan yang terjadi pada pahat.

4. Stopwatch

Stopwatch digunakan untuk mengukur umur pahat dengan menjumlahkan waktu pemesinan dari pahat tersebut sampai tidak bisa digunakany lagi (aus).

Gambar 3.7 Stopwatch 3.3 Metodologi Penelitian

3.3.1. Desain eksperimen

Metode desain eksperimen yang digunakan pada penelitian ini merupakan metode eksperimental dengan perancangan data berdasarkan metode faktorial (mn). Dalam hal ini “n” adalah jumlah variabel bebas dan “m” adalah variasi magnitude dari kondisi pemotongan yaitu Low (L), dan High (H). Karena terdapat 3 variabel bebas yaitu: kecepatan potong (v), laju pemakanan (f), dan kedalaman potong (a), maka metode faktorial tersebut dapat ditulis 23 = 8, yaitu terdapat 8 kondisi pemotongan.

Pada desain 23 ini menggunakan 3 faktor yang merupakan variabel bebas, yaitu: faktor A merupakan kecepatan potong v (m/min), faktor B merupakan pemakanan f (mm/rev), dan faktor C merupakan kedalaman potong a (mm).

Kedelapan kondisi tersebut menempati pojok dari kubus percobaan dengan tiga sisinya setaraf dengan sumbu v, f, dan a terlihat pada Gambar 3.7.

dan kedelapan kondisi pemotongan yang dipasangkan sebagai susunan pelaksanaan penelitian ini dapat dilihat pada tabel 3.1 dan 3.2.

Gambar 3.8 Desain faktorial bentuk geometri

Tabel 3.1. Variasi Nilai Parameter Kondisi Pemotongan 23

Parameter Low High

v (m/min) 65 75

f (mm/rev) 0,1 0,15

Tabel 3.2. Susunan Data 8 Kondisi Pemotongan

No Run v

(m/min)

f (mm/rev)

a (mm)

1 H H H

2 H H L

3 H L H

4 H L L

5 L H H

6 L H L

7 L L H

8 L L L

Tabel 3.3. Susunan Data 8 Kondisi Pemotongan Aktual

No Run v (m/min) f (mm/rev) a (mm)

1 75 0,15 1,5

2 75 0,15 1

3 75 0,1 1,5

4 75 0,1 1

5 65 0,15 1,5

6 65 0,15 1

7 65 0,1 1,5

8 65 0,1 1

Kondisi pemotongan pada tabel 3.3 dilakukan dengan merujuk pada kriteria tertentu sebagaimana dimaksud oleh standar ISO-3685 yaitu:

1. Batas maksimum aus sisi (flank wear) yaitu VBmaks 0,3mm.

2. Masa pakai pahat (umur pahat/ tool life) minimum 5 menit dan maksimum 20 menit.

3. Kondisi pemotongan yang dihasilkan berada pada rentang yang akan menghasilkan produk semi finish.

Setelah data diperoleh, maka akan digunakan metode ekperimental untuk memperoleh kondisi pemotongan optimum dengan respon variabel TL yang dilakukan dengan perangkat lunak Design Expert, berdasarkan kriteria :

a. v, paling tinggi paling baik b. f, paling rendah paling baik c. a, paling tinggi paling baik d. TL, paling tinggi paling baik

Dari 8 kondisi pemotongan yang diteliti akan ditarik kesimpulan berupa hasil analisa regresi dan varians yang menghasilkan permsamaan matematis umur pahat dengan fungsi variabel (v, f, dan a).Setelah mendapat hasil dari Design Expert, maka akan dilakukan perhitungan dengan menggunakan Microsoft Office Excel dengan membandingkan perubahan-perubahan variabel v, f, dan a terhadap TL, dan akan diurutkan variabel yang mempengaruhi kenaikan TL. Dan hasil antara kedua perangkat lunak tersebut akan dibandingkan, apakah keduanya memberikan variabel yang signifikan yang serupa atau tidak.

Gambar 3.9 Diagram Alir Metodologi Penelitian

Mulai Survey

Lapangan

Identifikasi Masalah Tinjau Studi

Pustaka

Persiapan proses pembubutan:

• Pahat

• Benda Kerja

Survey mesin bubut CNC

Pabrikasi, set up dan jalankan

mesin CNC

Uji coba mesin CNC dengan

kondisi ekstrim tidak

Ya

Penetuan Kondisi Pemesinan v, f,

dan a

Gambar 3.10 Sambungan Diagram Alir Metodologi Penelitian

A

Proses Pembubutan

Pengumpulan data berupa: • Waktu pembubutan • VB

• Ra

• Suhu pemotongan

Mengamati dan mengukur kondisi mata pahat Menyusun data waktu

pembubutan dengan kondisi batas VB 0,2 – 0,22 mm dan

VB 0,3 mm

Melakukan analisis varians (ANOVA) pada data kekasaran

permukaan dengan menggunakan software design

expert

Menghasilkan hasil berupa persamaan, tabel, dan

grafik

Kesimpulan

3.3.2 Software design expert dan ANOVA

Design expert terlihat pada gambar 3.10 merupakan salah satu software yang dirancang dan diprogram untuk membantu mendesain dan menafsirkan percobaan dengan faktor atau variabel yang banyak. Perangkat Lunak ini juga menawarkan desain yang luas, termasuk rancangan variabel, variabel sebagian, dan variabel dari perancangan campuran (composite design). Design Expert mampu menganalisa data – data dari hasil percobaan dengan mencari hubungan antara variabel bebas terhadap variabel terikat (respon), serta mampu melakukan analisa regresi sederhana ataupun berganda sehingga menghasilkan suatu persamaan disertai hasil analisa varians (ANOVA).

Dalam penelitian menggunakan eksperimen, misalnya untuk melihat ada atau tidak adanya perbedaan nyata mengenai efek tiga perlakuan terhadap respon, analisisnya dilakukan menggunakan analisis varians (ANOVA) berdasarkan model dan desain eksperimen yang cocok untuk permasalahannya. Banyak perlakuan yang dilibatkan dalam eksperimen kita pandang sebagai peubah bebas (tepatnya menurut istilah dalam desain eksperimen adalah faktor) sedangkan sebagai efek perlakuan merupakan peubah tak bebas atau respon.

Untuk penelitian ini, digunakan perangkat lunak design expert dengan penggunaan free trial selama 30 hari untuk menganalisa regresi serta varians dari hasil data eksperimen. Hasil data eksperimen terdapat sebanyak 12 kali percobaan dengan variabel bebas terdiri atas 3 jenis yaitu, kecepatan potong (v), pemakanan (f), dan kedalaman potong (a) serta 1 variabel terikat yaitu umur pahat (TL). Semua variabel bebas dan terikat diubah terlebih dahulu dalam bentuk skala logaritma.

BAB IV

HASIL DAN DISKUSI

4.1 Hasil

4.1.1 Tahap Ekesperimen Sensitivitas

Total 8 kondisi pemotongan sebagimana telah ditentukan, ditampilkan pada tabel 4.1

Tabel 4.1 Kondisi Pemotongan Eksperimen

No.

v

f

a

Note

Aus pahat

1 75 0,15 1,5 HHH VB + Excessive Chipping

2 75 0,15 1,0 HHL VB + Chipping

3 75 0,10 1,5 HLH VB + Excessive Chipping

4 75 0,10 1,0 HLL VB + Built-up Edges

5 65 0,15 1,5 LHH VB + Built-up Edges

6 65 0,15 1,0 LHL VB

7 65 0,10 1,5 LLH VB

8 65 0,10 1,0 LLL VB

Pada awal penelitian, nilai v yang direncanakan untuk kondisi High adalah sebesar 300m/min dan kondisi low sebesar 200m/min. Akan tetapi, ketika pembubutan pertama dilakukan dengan v = 300m/min, maka terjadi catastrophic failure karena pahat yang digunakan tidak hanya langsung habis tetapi langsung rusak pada saat pembubutan kurang dari setengah panjang pemotongan yaitu dibawah 100mm.

Maka dilakukan penggantian sisi mata pahat pada pahat pertama dengan menentukan kondisi High pada penelitian ini adalah sebesar 200m/min dan kondisi low adalah 100m/min. Pada percobaan kedua ini, pahat juga aus pada run pertama, tetapi aus terjadi pada saat panjang pemotongan sekitar 100mm.

Maka dilakukan penggantian sisi mata pahat lagi, dalam hal ini sebuah pahat yang digunakan dalam penelitian memiliki 8 sisi yang dapat digunakan. Dan ditentukan bahwa kondisi High adalah sebesar 100m/min dan Low pada 75m/min. Sisi mata pahat tersebut dapat bertahan dalam run pertama, akan tetapi v =

100m/min tidak dapat digunakan dalam penelitian karena tool life dalam kondisi High harus mencapai nilai minimum sebesar 5 menit.

Maka dilakukan pengujian keempat dengan kondisi High sebesar 75m/min dan Low sebesar 55m/min. Dan dengan gerak makan (f) sebesar 0,3mm untuk High dan 0,2mm untuk Low. Akan tetapi tidak dapat bertahan sampai 5 menit, maka diturunkan nilai f menjadi 0,1mm dan 0,2mm. Kemudian setelah berdiskusi maka nilai f untuk kondisi High diturunkan menjadi 0,15mm. Sedangkan untuk nilai kedalaman potong (a) yang awalnya 2mm untuk kondisi High diturunkan karena pahat PVD yang digunakan tidak dapat memotong sama sekali maka nilai a diturunkan menjadi 1,5mm. Maka diputuskan untuk kondisi High-High-High nilai v, f, dan a beruturut-turut adalah 75m/min, 0,15mm/rev, dan 1,5mm. Dan didapatkan nilai Tc (umur pahat) sebesar 5 menit 28 detik.

Setelah didapatkan umur pahat untuk kondisi High-High-High maka dilakukan untuk mendapatkan umur pahat untuk kondisi Low-Low-Low yang nilai v, f, dan a berturut-turut adalah 55m/min, 0,1mm/rev dan 0,1mm didapatkan umur pahat diatas 80menit. Maka kecepatan potong yang awalnya sebesar 55m/min dinaikkan menjadi 65m/min. dan didapatkan umur pahat sekitar 52 menit. Dan data yang harus dikumpulkan pada awalnya berjumlah 12 data dengan metode Box-Behnken diganti menjadi 8 data dengan metode factorial yang dikarenakan jarak antara High dan Low terlampau sedikit, maka diputuskan dalam penelitian ini digunakan metode factorial dengan nilai parameter High-High-High dan Low-Low-Low adalah sebagai berikut:

Kondisi v f a

High-High-High 75m/min 0,15mm/rev 0,15mm

Low-Low-Low 65m/min 0,10mm/rev 0,10mm

Harga variabel v,f, dan a ditetapkan dalam perencanaan pemesinan untuk menentukan korelasi antara umur pahat dengan ketiga variabel diatas. Penentuan harga masing-masing v, f, dan a dilakukan dengan membaginya kedalam 2 golongan yaitu H (high) dan L (low). Namun, setelah dilakukan pengujian harga dari variabel v (kecepatan pemotongan) tidak bisa dijaga pada kecepatan yang diinginlkan. Sehinnga nilai dari v menjadi beragam. Ini disebabkan karena

komposisi dari material lebih keras dari yang diprediksikan. Kemudian untuk nilai variabel f dan a, pahat PVD tidak mampu untuk melakukan pemesinan sampai kepada waktu pemesinan sebesar 5 menit, maka diputuskan agar penelitian dilaksanakan dengan f antara 0,10 sampai dengan 0,15 dan a antara 1,0 dan 1,5.

4.1.2 8 KONDISI PEMOTONGAN EKSPERIMEN

Berikut adalah tabel dari hasil percobaan lengkap dengan nilai VB akhir dan umur pahat.

Tabel 4.2 Hasil Kondisi Pemotongan

No. v f a VB TL

m/min mm/min mm mm Min Sec Total Min

1 75 0,15 1,5 0,33 5 28 5,47

2 75 0,15 1,0 0,22 11 15 11,25

3 75 0,10 1,5 0,23 15 56 15,93

4 75 0,10 1,0 0,22 21 43 21,71

5 65 0,15 1,5 0,30 14 13 14,21

6 65 0,15 1,0 0,22 41 30 41,50

7 65 0,10 1,5 0,24 36 23 36,38

8 65 0,10 1,0 0,30 52 43 52,71

Setelah dilakukan pengujian dan hasil pengujian menunjukkan pertumbuhan aus pahat yang ditunjukkan pada gambar 4.1 s/d gambar 4.41

Gambar 4.1 Umur Pahat vs Aus Tepi untuk Kondisi Pemotongan 1

Gambar 4.1 memberikan informasi tentang hubungan antara waktu pemotongan (tc) dan keausan yang dialami oleh pahat (VB). Dapat dilihat dari grafik bahwa untuk mencapai VB sebesar 0.33mm dibutuhkan waktu selama kurang lebih 5 menit. Grafik dimulai dari nol yang kemudian menanjak naik sampai VB 0.05mm sampai menit pertama. Setelah menanjak, grafik kemudian melandai sampai kepada VB 0.09mm. Grafik landai ini terjadi pada menit pertama sampai kepada menit ketiga. Kemudian grafik menanjak kembali secara cepat. Setelah diamati diperoleh VB pengukuran terakhir dari grafik menunjukkan harga 0.33mm dengan waktu 5menit.

-0,05 0,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30 0,35

0,00 2,00 4,00 6,00

VB(mm)

Tool Life (min)

HHH

HHH Poly. (HHH)

Gambar 4.2 Keadaan Initial Wear pada kondisi pemotongan High-High-High

Gambar 4.3 Keadaan aus sisi terjadi Chipping pada kondisi pemotongan High-High-High

Gamba 4.4 Umur Pahat vs Aus Tepi untuk Kondisi Pemotongan 2

Pada kondisi pengujian kedua diperlihatkan pada grafik 4.2. Informasi yang diberikan oleh grafik adalah terjadi grafik yang menanjak sesaat ketika proses pembubutan sampai pada VB sebesar 0.072mm selama waktu kurang lebih 2 menit. Garik kemudian menjadi landai seiring dengan bertambah waktu pemotongan, ini terjadi pada menit ke 5 sampai dengan meni ke 7. VB yang dialami pahat sampai menit ke 7 adalah sebesar 0.124mm. kemudian grafik kembali menanjak secara cepat sampai pada VB 0.225mm pada menit ke 11.

Gambar 4.5 Initial Wear pada kondisi pemotongan High-High-Low

0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25

0 5 10 15

VB(mm)

Tool Life(min)

HHL

HHL Poly. (HHL)

Gambar 4.6 Gradual Wear pada kondisi pemotongan High-High-Low

Gambar 4.7 Abrupt Wear dan terjadi Chipping pada kondisi pemotongan High-High-Low

Gambar 4.8 Umur Pahat vs Aus Tepi untuk Kondisi Pemotongan 3

Setelah diamati dari grafik, initial wear terjadi sampai diperoleh VB 0.06mm dengan waktu 2 menit. Kemudian grafik mulai landai dari menit ke 2 sampai dengan menit ke 8 yaitu VB sebesar 0.099mm. Bagian landai ini disebut gradual wear yang menunjukkan hubungan antara waktu pemotongan dan keausan yang dialami adalah konstan. Kemudian grafik menanjak kembali dengan cepat sampai kepada VB 0.237mm pada menit ke 13.

Gambar 4.9 Intial Wear pada kondisi pemotongan High-Low-High

-0,05 0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25

0 5 10 15

VB(mm)

Tool Life(min)

HLH

HLH Poly. (HLH)

Gambar 4.10 Gradual Wear pada kondisi pemotongan High-Low-High

Gambar 4.12 Umur Pahat vs Aus Tepi untuk Kondisi Pemotongan 4

Gambar 4.12 menunjukkan pembubutan berlangsung selama 19 menit. Grafik menunjukkan kenaikkan yang curam pada saat dimulai proses pembubutan sampai kepada menit ke 4 dan VB sebesar 0.105mm. Kemudian grafik mulai landai kembali sampai kepada menit ke 13 dengan nilai VB 0.14mm. Terjadi pertumbuhan aus pahat yang sangat cepat pada kondisi menanjak yang disebut abrupt wear dan didapatkan nilai VB sebesar 0.223mm dengan waktu pemotongan 19 menit.

Gambar 4.13 Intial Wear pada kondisi pemotongan High-Low-Low

0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25

0 5 10 15 20 25

VB(mm)

Tool Life(min)

HLL

HLL Poly. (HLL)

Gambar 4.14 Gradual Wear pada kondisi pemotongan High-Low-Low

Gambar 4.16 Umur Pahat vs Aus Tepi untuk Kondisi Pemotongan 5

Plot pertumbuhan aus yang dialami oleh pahat pada kondisi pemotongan ke 5 ditunjukkan pada gambar 4.9. Berdasarkan gambar, grafik menunjukkan kondisi yang menanjak sampai kepada 4 menit 30 detik. Harga keausan pahat yang diperoleh selama kondisi menanjak mula ini sebesar 0.066mm. Kemudian grafik menunjukkan perubahan dari kondisi curam menjadi landai, ini terjadi dari menit ke 4 sampai dengan menit ke 8. Daerah grafik landai ini menunjukkan bahwa terjadi kenaikan pertumbuhan pahat yang konstan sejalan dengan bertambahnya waktu pemotongan. Kemudian grafik kembali menanjak, berarti terjadi pertumbuhan aus yang cepat pada selang waktu ini. Setelah dilakukan pengukuran didapatkan keausan terbesar atau VB max sebesar 0.3mm, waktu yang diperlukan untuk mencapai VB max adalah sebesar 14menit.

0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35

0 5 10 15

VB(mm)

Tool Life(min)

LHH

LHH Poly. (LHH)

Gambar 4.17 Intial Wear pada kondisi pemotongan Low-High-High

Gambar 4.19 Abrupt Wear pada kondisi pemotongan Low-High-High

Gambar 4.20 Umur Pahat vs Aus Tepi untuk Kondisi Pemotongan 6

Plot pada pengujian keenam ditunjukkan pada gambar 4.11. Grafik pada gambar tersebut menunjukkan bahwa grafik menanjak hingga VB sebesar 0.06mm pada 8menit 30detik. Dan grafik kemudian menjadi landai sampai kepada VB 0.108mm pada menit ke 27. Dan Grafik menjadi curam kembali sampai VB mencapai 0.222mm dengan waktu pemotongan sebesar 41.5 menit.

0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25

0 10 20 30 40 50

VB(mm)

Tool Life(min)

LHL

LHL Poly. (LHL)

Gambar 4.21 Intial Wear pada kondisi pemotongan Low-High-Low

Gambar 4.23 Abrupt Wear pada kondisi pemotongan Low-High-Low

Gambar 4.24 Umur Pahat vs Aus Tepi untuk Kondisi Pemotongan 7

Plot pada pengujian ke 7 ditunjukkan pada gambar 4.12. Grafik pada gambar tersebut menunjukkan bahwa grafik menanjak hingga VB sebesar 0.054mm pada menit ke 6. Dan grafik kemudian menjadi landai sampai kepada VB 0.093mm pada menit ke 23. Dan Grafik menjadi curam kembali sampai VB mencapai 0.244mm dengan waktu pemotongan sebesar 36.4 menit.

0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3

0 10 20 30 40

VB(mm)

Tool Life(min)

LLH

LLH Poly. (LLH)

Gambar 4.25 Intial Wear pada kondisi pemotongan Low-Low-High

Gambar 4.27 Abrupt Wear pada kondisi pemotongan Low-Low-High

Gambar 4.28 Umur Pahat vs Aus Tepi untuk Kondisi Pemotongan 8

Pada kondisi pemotongan terakhir yaitu v pada 65m/min, f 0.1mm dan a 1.0mm. Daerah initial wear terjadi sampai VB sebesar 0.118mm dengan waktu pemotongan sebesar 19 menit. Kemudian daerah gradual wear terjadi sampai VB mencapai nilai 0.134mm dengan waktu sebesar 25menit. Kemudian VB mencapai 0.307mm ketika waktu pemotongan mencapai 52menit.

0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35

0 20 40 60

VB(mm)

Tool Life(min)

LLL

LLL Poly. (LLL)

Gambar 4.29 Intial Wear pada kondisi pemotongan Low-Low-Low

Gambar 4.31 Abrupt Wear pada kondisi pemotongan Low-Low-Low

4.1.3 8 Kondisi Pemotongan Akutual

Berikut adalah nilai TL (Tool Life) ketika VB = 0,22mm: Tabel 4.3 Hasil Kondisi Pemotongan untuk VB = 0,22mm

No, v f a VB TL

m/min mm/min mm mm min

1 75 0,15 1,5

0,22

4,9

2 75 0,15 1,0 11,25

3 75 0,10 1,5 13,15

4 75 0,10 1,0 19,51

5 65 0,15 1,5 13,2

6 65 0,15 1,0 41,5

7 65 0,10 1,5 34,6

8 65 0,10 1,0 44,1

Dalam berbagai situasi proses pemesinan tidak akan berlangsung terus sebagaimana yang dikehendaki karena akin lama pahat akan menunjukkan tanda-tanda yang menjurus pada kegagalan proses pemesinan. Selama proses pembentukan geram berlangsung, pahat dapat mengalami kegagalan dari

fungsinya yang normal karena berbagai sebab (jenis material benda kerja, material pahat, kecepatan potong, kedalaman potong, gerak pemakanan, dan geometri pahat). Keausan secara bertahap membesar pada bidang aktif pahat. Keausan pahat akan tumbuh atau membesar dengan bertambahnya waktu pemotongan sampai pada pahat yang bersangkutan dianggap tidak dapat digunakan lagi karena telah ada tanda-tanda tertentu yang menunjukkan bahwa umur dari pahat telah habis. Semakin besar keausan/kerusakan yang diderita pahat maka kondisi pahat akan semakin kritis. Jika pahat masih tetap digunakan maka pertumbuhan keausan akan semakin cepat dan pada suatu saat ujung pahat akan rusak.

Dilakukan proses pengujian terhadap 8 kondisi pemotongan yang berbeda yaitu dengan cara member variasi harga dari variabel v, f, dan a. Didapatkan bahwa jenis keausan yang dialami oleh pahat adalah jenis flank wear(VB), diketahui dari bidang yang mengalami keausan adalah bidang utama/mayor. Bidang utama adalah bidang yang bersentuhan langsung dengan benda kerja. Ini terjadi karena pahat mengalami gesekan dengan benda kerja serta geram yang dihasilkan dari pahat yang tidak center, apabila pahat dipasang dibawah center pahat akan menerima beban lebih besar dan terjadi peningkatan keausan pada bidang bgeruk bahkan pahat bisa sampai retak atau pecah.

Keausan tepi secara dominan dipengaruhi oleh kecepatan potong. Semakin tinggi kecepatan potong maka akan semakin cepat pahat mengalami keausan, dan itu berarti akan mempersingkat umur dari pahat.

Setelah pemaparan mengenai pertumbuhan aus pahat, maka didapatkanlah gambar dari keadaan akhir dari pahat. Keadaan akhir dari pahat yang telah diuji menunjukkan keadaan aus ditampilkan pada gambar 4.32 sampai dengan gambar 4.39 berturut-turut sebagaimana pada tabel 4.1.

Gambar 4.32 Penampakan utuh keausan pahat pada Kondisi Pemotongan High-High-High

Gambar 4.34 Penampakan utuh keausan pahat pada High-Low-High

Gambar 4.36 Penampakan utuh keausan pahat pada Low-High-High

Gambar 4.38 Penampakan utuh keausan pahat pada Low-Low-High

4.2 Analisis Varians (ANOVA)

Pada analisis ini digunakan metode faktorial. Software Design Expert digunakan untuk pecontohan dari beberapa hasil pelaksanaan eksperimen untuk menginvestigasi pengaruh antara 3 parameter input (variabel bebas), yaitu kecepatan potong (v), pemakanan (f), dan kedalaman potong (a) terhadap variabel respon umur pahat (TL). Pada penelitian ini, nilai TL yang digunakan adalah saat VB max dengan tujuan untuk mendapat model matematik dan statistik dari hasil akhir.

4.2.1 ANOVA untuk 8 kondisi pemotongan

Tabel 4.4 Hasil Logaritma Kondisi Pemotongan pada VB 0.22mm

Run Log v Log f Log a Log TL

1 1.875 -0.823 0.176 -0.823

2 1.875 -0.823 0 1.051

3 1.875 -1 0.176 1.118

4 1.875 -1 0 1.29

5 1.812 -0.823 0.176 1.12

6 1.812 -0.823 0 1.618

7 1.812 -1 0.176 1.539

8 1.812 -1 0 1.644

Hasil data eksperimen dari proses pembubutan dalam skala logaritma tertunjuk pada Tabel 4.4. Data eksperiman tersebut akan diregresi dan dianalisa oleh software design expert. Hasil dari analisa varians akan ditunjukkan pada Tabel 4.5 yang memperlihatkan model umur pahat (log TL) tersebut signifikan dengan nilai F = 64,49 . Dengan catatan bahwa nilai p-value (Prob>F) lebih besar daripada 0,05 maka pemodelan tersebut tidak signifikan, akan tetapi variabel a (log v) lebih berpengaruh daripada variabel B (log f) dan C (log a) karena nilai dari variabel a paling kecil diantara ketiga variabel tersebut.

Berikut persamaan TL dalam coded factors dari regresi oleh software design expert sebagai berikut:

�� = 1,30−0,22� −0,16� −0,13� −0,03��+ 0,022�� −0,61��… … … . (4.1)

Berikut persamaan TL dalam actual factors dari regresi oleh software design expert sebagai berikut:

log�� = 32,368−17,323 log�+ 18,659 log� −23,502 log� −10,716 log� �log� + 8,071 log� �log� −7,784 log��log� … … … (4.2)

Tabel 4.5 Hasil Analisis Varians untuk Logaritma Umur Pahat

Source Sum of Squares

DF Mean Square F value p-value Prob>F

Model 0,76 6 0,13 64,49 0,095 Not

significant

A-log v 0,37 1 0,37 190,44 0,0461

B-log f 0,20 1 0,20 101,77 0,0629

C-log a 0,14 1 0,14 73,96 0,0737

AB 0,0071 1 0,0071 3,66 0,3068

AC 0,004 1 0,004 2,05 0,3881

BC 0,0029 1 0,0029 15,05 0,1606

Residual 0,0019 1 0,0019 Cor total 0,76 7

Std. Dev 0,044 R-Squared 0.9974

Mean 1,30 Adj. R-Squared 0,9820

C.V. % 3,41 Pred R-Squared 0,0835

Press 0,13 Adeq Precisior 24,559

BIC -29,28

4.2.2 Variabel yang berpengaruh pada umur pahat

Dari tabel 4.5 diatas dapat kita lihat bahwa p-value dari variabel v, f, dan a diatas 0.05 yang menyebabkan ketiga variabel tidak berpengaruh, akan tetapi dari ketiga variabel tersebut yang paling mendekati 0.05 adalah variabel v (kecepatan potong). Maka variabel v

adalah variabel yang paling berpengaruh terhadap umur pahat versi Design Expert trial version.

Untuk membandingkannya, maka penulis melakukan perbandingan umur pahat dengan kenaikan variabel v, f, dan a tersebut dengan menggunakan software Microsoft Office Excel 2007, dimana hasil yang diberikan adalah variabel v yang paling signifikan. Nilai kenainkan umur pahat variabel v adalah sebesar 62%, kemudian untuk variabel f adalah sebesar 49% dan untuk variabel a adalah sebesar 44%.

Berikut adalah tabel perhitungan dengan menggunakan Microsoft Office Excel 2007.

Tabel 4.6 Kenaikan atau Penurunan Umur Pahat akibat Kedalaman Potong

Tabel 4.7 Kenaikan atau Penurunan Umur Pahat akibat Laju Pemakanan

v (m/min) f (mm/rev) a (mm) TL (min)

Kenaikan umur pahat akibat perubahan laju

pemakanan

rata-rata

75 0.15 1.5 5.47 66%

49%

0.10 15.93

65 0.15 1.5 14.21 61%

0.10 36.38

75 0.15 1.0 11.25 48%

0.10 21.71

65 0.15 1.0 41.5 21%

0.10 52.71

v (m/min) f (mm/rev) a (mm) TL (min)

Kenaikan umur pahat akibat

perubahan kedalama potong rata-rata

75 0.15 1.5 5.47 51%

44%

1.0 11.25

65 0.15 1.5 14.21 66%

1.0 41.5

75 0.10 1.5 15.93 27%

1.0 21.71

65 0.10 1.5 36.38 31%

Tabel 4.8 Kenaikan atau Penurunan Umur Pahat akibat Kecepatan Potong v (m/min) f (mm/rev) a (mm) TL (min)

kenaikan umur pahat akibat perubahan kecepatan

potong

rata-rata

75

0.15 15 5.47 62%

62%

65 14.21

75

0.15 1.0 11.25 73%

65 41.5

75

0.1 1.5 15.93 56%

65 36.38

75

0.1 1.0 21.71 59%

65 52.71

4.3 Diskusi

4.3.1 Perilaku Pertumbuhan Aus Pahat

Selama proses pemesinan berlangsung terjadi interaksi antara pahat dengan benda kerja dimana benda kerja terpotong sedangkan pahat mengalami gesekan. Gesekan yang dialami pahat oleh permukaan geram yang mengalir dan permukaan benda kerja yang telah terpotong. Akibat gesekan ini pahat pmengalami keausan. Keausan pahat ini akan makin membesar sampai batas tertentu sehingga pahat tidak apat dipergunakan lagi atau pahat telah mengalami kerusakan. Lamanya waktu untuk mencapai batas keausan ini yang didefinisikan sebagai umur pahat(Tool Life), dengan demikian kecepatan pertumbuhan keausan menentukan laju saat berakhirnya masa guna pahat. Keausan pahat tidak ahanya dipengaruhi oleh geometri dari pahat itu sendiri, tetapi juga dipengaruhi oleh semua faktor yang berkaitan dengan proses pemesinan antara lain material benda kerja, material dari pahat, kondisi pemotongan (kecepatan potong, kedalaman potong dan gerak pemakanan).

Pada penelitian ini kondisi pemotongan dirancang dengan memvariasikan harga dari masing-masing parameter (v, f, dan a) menjadi 8 kondsisi pemotongan. Dari 8 kondisi pemotongan tersebut dibagi menjadi 2 golongan yaitu High dan Low.

Kondisi pemotongan pertama berdasarkan Tabel 4.1 yaitu pada kondisi HHH dengan kecepatan pemotongan tinggi (high), kedalaman potong yang tinggi (high), dan gerak

pemakanan yang tinggi (high) juga. Kondisi ini dikatakan sebagai kondisi yang paling ekstrim diantara 8 kondisi pemotongan tersebut.

Ketika pahat pertama kali memotong benda kerja terjadi reduksi kecepatan yang signifikan. Pada saat awal pemotongan kondisi 1 ini terjadi pertumbuhan aus yang cepat yang dialami oleh pahat. Ini terjadi karena pahat mengalami beban yang besar. Setelah pembubutan dilakukan satu kali, pahat hanya mengalami goresan yang hanya terjadi aus dibagian hidung pahat saja dan mengikis bagian kulit luar yang diakibatkan oleh aliran geram yang melewati bidang pahat. Ketika dilakukan pembubutan selanjutnya pahat mengalami pertumbuhan konstan setara dengan bertambahnya waktu kondisi pemotongan.

Kondisi ini terjadi dikisaran menit ke 1 sampai menit ke 3. Pada saat diukur dijumpai keausan yang sudah mulai Nampak merata (VB uniform). Ketika dilakukan pembubutan kembali pahat mengalami pertumbuhan keausan yang tiba-tiba. Keausan tersebut terjadi secara cepat dan ditandai dengan criteria terjadinya getaran, penurunan kekasaran permukaan termesin, adanya kenaikan gaya potong. Kenaikan gaya potong akan mengakibatkan kegagalan dari pahat.

Kondisi pemotongan kedelapan berdasarkan Tabel 4.1 adalah pada kondisi LLL, yaitu dengan kecepatan potong yang renda (low) sebesar 65m/min, kedalaman potong rendah (low) yaitu 1mm dan gerak makan yang rendah (low) sebesar 0.1mm/min. Pada kondisi pemotongan ini pahat juga mengalami beban yang kecil karena kondisi pemotongannya berada di variabel yang rendah. Kondisi pemotongan yang seperti ini pertumbuhan keausan terjadi secara lambat. Keausan mula yang dialami menyebabkan beberapa kekasaran permukaan pada sisi pahat. Semakin besar nilai kekasaran dari permukaan sisi pahat, semakin tinggi gesekan pada pahat dan benda kerja. Panas yang dihasilkan akibat gesekan dari pahat akan semakin besar yang dapat menyebabkan kegagalan dari pahat. Keausan mula ini terjadi pada menit ke 1 sampai dengan menit ke 20. Pada kondisi ini pahat hanya mengalami gesekan dan goresan akibat dari gesekan antara benda kerja dan pahat. Gesekan tersebut hanya mengikis kulit luar dari pahat. Keausan ini terjadi secara mendadak dari saat pahat pertama digunakan. Setelah melewati keadaan ini pahat mengalami pertumbuhan aus yang konstan sejalan dengan bertambahnya waktu pemotongan. Pada kondisi ini terjadi di menit ke 20 sampai menit ke 25. Pahat mengalami keausan yang sudah hampir merata dimana bagian

kulit sudah terkikis semua (bukan hanya mengalami goresan), dan ditemui VB sudah uniform. Dimenit ke 26 sampai ke menit ke 52 pahat mengalami pertumbuhan keausan yang sangat cepat. Apabila pembubutan terus dilakukan maka dikhawatirkan akan terjadi kegagalan dari pahat dan merusak benda kerja. Ternyata pertumbuhan aus pahat pada kondisi LLL membutuhkan waktu sebesar 52 menit untuk mencapai keausan 0.307mm.

Berdasarkan pengujian yang telah dilakukan, terdapat fasa-fasa pada pertumbuhan keausan. Fas keausan dapat dibagi menjadi 3 fasa (phase) yaitu: initial wear, gradual wear dan abrupt wear.

Merujuk pada Rajshekhar dalam Limianto (2016) menyebutkan bahwa keausan dapat dibagi dalam 3 fasa yang berbeda seperti ditemukan dalam pengujian. Dimulai dengan pertumbuhan yang relatif cepat sesaat setelah pahat digunakan. Keadaan ini disebut sebagai fase initial wear (keausan mula). Initial wear menyebabkan beberapa kekasaran permukaan pada keausan sisi tepi (flank wear). Semakin besar nilai kekasaran dari permukaan keausan sisi tepi, semakin tinggi gesekan pada pahat dan benda kerja, maka panas yang dihasilkan akan semakin besar yang bisa menyebabkan gagal pahat. Pada fasa keausan mula ini (initial wear) pahat hanya mengalami goresan-goresan kecil pada sisi pahat. Goresan ini diakibatkan oleh aliran geram yang melewati sisi padat pada saat proses bubut berlangsung. Pada saat geram melewati sisi pahat terjadi tarik menarik dengan partikel kecil pahat.

Setelah itu diikuti dengan pertumbuhan linear dimana pertumbuhan pahat konstan dengan bertambahnya waktu pemotongan (jumlah waktu yang digunakan untuk proses memotong). Keadaan ini dikenal dengan sebutan fase gradual wear (keausan konstan). Pahat mengalami goresan yang terus-menerus sehingga kulit luar dari pahat terkikis semua (bukan hanya goresan). Seiring bertambahnya waktu pembubutan keausan yang dialami pahat semakin membesar dan melebar. Keausan sudah hampir merata (VB uniform).

Setelah melewati fasa gradual maka pertumbuhan yang cepat akan terjadi lagi. Pertumbuhan keausan yang cpat ini diakibatkan karena pahat mengalami gesekan yang sangat lama antara pahat dan benda kerja, dan juga akibat aliran geram pada sisi pahat. Pertumbuhan keausan yang cepat ini dianggap sebagai batas umur dari pahat. Saat proses pemesinan berangsung bahwa pahat telah mencapai batas keausan yang telah ditetapkan (umurnya) dari kriteria berikut:

- Adanya kenaikan gaya potong,

- Terjadinya getaran/chatter, yaitu benda hasil bubutan tidak lagi mulus. - Penurunan kehalusan permukaan hasil pemesinan, dan/atau

- Perubahan dimensi/geometri produk.

Keadaan ini dikenal sebagai fase sudden wear/ very-rapid wear. Saat pahat mengalami fase ini, pahat mengalami keausan yang sangat cepat. Jika pembubutan terus dilanjutkan maka akan menunjukkan kegagalan pahat tersebut. Kerusakan fatal seperti ini tidak boleh terjadi sebab gaya pemotongan akan sangat tinggi sehingga dapat merusak keseluruhan dari pahat, mesin, dan benda kerja, serta dapat membahayakan operator yang menggunakan mesin tersebut.

4.3.2 STUDI PADA KEAUSAN PAHAT DAN KRITERIA UMUR PAHAT

Pengujian dilakukan dengan 8 kondisi pemotongan yang berbeda, yang dapat diklasifikasikan dengan High dan Low. Sehingga didapatkan plot grafik seperti pada gambar 4.40 dam 4.41.

Gambar 4.42 Plot kondisi High

-0,05 0,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30 0,35

0,00 5,00 10,00 15,00 20,00 25,00

VB(mm) Tool Life(min) HHH HHL HLH HLL Poly. (HHH) Poly. (HHL) Poly. (HLH) Poly. (HLL)

Plot pada grafik kondisi high menunjukkan bahwa pahat pengujian pertama waktu yang diperlukan untuk mencapai kriteria aus 0.3mm kurang dari 5 menit. Pada pengujian 1 ini pahat mengalami keadaan yang sangat ekstrim yaitu kecepatan potong, kedalaman potong dan gerak makan dalam kondisi paling tinggi atau HHH. Untuk mencapai VB kriteria dalam kondisi pemotongan high dibutuhkan waktu dengan rentang antara 5 menit sampai dengan 20 menit.

Gambar 4.43 Plot kondisi Low

Selanjutnya adalah kondisi pemotongan low. Pada kondisi ini pahat tidak mengalami beban yang begitu berat. Seperti pada gambar 4.41, untuk mencapai VB kriteria dalam kondisi pemotongan Low dibutuhkan rentang waktu antara 10 menit sampai dengan 45 menit. Grafik yang paling landai adalah kondisi pemotongan LLL. Dimana kecepatan potong rendah, kedalaman potong rendah dan gerak makan yang rendah. Pada pengujian kondisi LLL pahat mengalami fasa initial wear yang paling lama yaitu sekitar menit ke 20, sedangkan untuk LHH pahat mengalami fasa intial wear yang paling cepat sekitar 4menit 30detik. Sedangkan untuk kondisi LHL dan LLH diperlukan waktu sekitar 10 menit untuk mencapai kondisi initial wear. Kriteria umur pahat pada kondisi low ada pada sekitaran 0.22mm.

Berdasarkan gambar diatas, terdapat 2 jenis plot grafik yang berbeda yaitu kondisi pemotongan high dan kongisi pemotongan low. Penggolongan kondisi pemotongan ini

0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35

0 10 20 30 40 50 60

VB(mm) Tool Life(min) LLL LHH LHL LLH Poly. (LLL) Poly. (LHH) Poly. (LHL) Poly. (LLH)

dilakukan berdasarkan kecepatan pemotongan, yaitu suatu harga yang diperlukan dalam menentukan kecepatan pada proses penyayatan atau pemotongan benda kerja. Kedalaman potong yaitu kedalaman yang dilakukan dalam sekali proses pemububutan. Serta gerak makan dari suatu proses pembubutan.

4.3.3 Diskusi umur pahat saat VB = 0.22mm

Persamaan 4.1 merupakan persamaan linear dengan nilai F sebesar 64,49 menunjukkan model tersebut memiliki pengaruh yang signifikan terhadap tc. Sebagai tambahan variabel A (v) juga memiliki pengaruh terhadap persamaan 4.1. Pada gambar 4.43 Normal Probability Plot menunjukkan bahwa penyebaran dari data residual antara nilai TL aktual terhadap yang diprediksikan menyerupai suatu garis diagonal yang melintang dari sisi kiri bagian bawah grafik menuju sisi kanan atas. Agar penyebaran dari nilai residual mendekati normal, maka dipasangkan garis diagonal pada grafik tersebut.

Pada Gambar 4.42 Plot Perturbation menunjukkan dan membandingkan pengaruh variabel kondisi pemotongan terhadap Tool Life dengan memperhatikan sumbu x, yaitu:

1. TL semakin menurun dengan bertambahnya kecepatan potong (A), 2. TL semakin menurun dengan bertambahnya pemakanan (B), 3. TL semakin menurun dengan bertambahnya kedalaman potong (C).

Pada Gambar 4.44 mengilustrasikan pengaruh dua faktor yaitu f (B) dan v (A) terhadap TL dengan nilai a sebesar 0.088 (dalam logaritma) yang dijaga konstan. Hal ini dapat dilihat pada gambar bahwa dengan kecepatan potong yang tinggi dan pemakanan yang tinggi akan menghasilkan nilai TL yang lama.

Gambar 4.45 Normal Probability Plot (VB=0.22mm)

1,721

0,737

Residuals

N

orm

al

%

P

rob

abi

lit

y

Normal Plot of Residuals

-0,02 -0,01 0 0,01 0,02

1 5 10 20 30 50 70 80 90 95 99

Gambar 4.46 Pengaruh Log f dan Log v terhadap Log TL (VB= 0.22mm)

4.3.4 ANOVA untuk variable respon aus pahat

Hasil data eksperimen dari proses pembubutan dalam skala aus pahat (Vb) akan ditunjukkan pada tabel 4.14. Data eksperimen tersebut akan diregresi dan dianalisa oleh software design expert. Hasil analisa yang memeperlihatkan model temperatur tersebut tidak signifikan terhadap eksperimen dengan nilai F = 7,05. Dengan catatan nilai p-value (Prob>F) lebih besar daripada 0,05, maka pemodelan tersebut tidak signifikan. Dikarenakan data yang dihasilkan tidak signifikan maka diambil nilai yang terendah dari p-value yaitu model BC.

1,721

0,737

X1 = A: log v X2 = B: log f Actual Factor C: log a = 0,088

-1 -0,9646 -0,9292 -0,8938 -0,8584 -0,823 1,812 1,821 1,83 1,839 1,848 1,857 1,866 1,875 0,6 0,8 1 1,2 1,4 1,6 1,8 2 T L

A: log v B: log f

Tabel 4.9 Analysis of Variance untuk VB

Sum of Mean F p-value

Source Squares df Square Value Prob > F

Model 0,013 6 2,202E-003 7,05 0,2807 not

significant A-v 4,205E-004 1 4,205E-004 1,35 0,4529

B-f 5,445E-004 1 5,445E-004 1,74 0,4127 C-a 2,244E-003 1 2,244E-003 7,18 0,2274 AB 1,922E-003 1 1,922E-003 6,15 0,2440 AC 1,352E-003 1 1,352E-003 4,33 0,2853 BC 6,728E-003 1 6,728E-003 21,53 0,1351 Residual 3,125E-004 1 3,125E-004

Cor Total 0,014 7

Std. Dev. 0,018 R-Squared 0,9769

Mean 0,26 Adj R-Squared 0,8383

C.V. % 6,77 Pred R-Squared -0,4789

Hasil analisis dari software ini menghasilkan persamaan sebagai berikut:

Vb = 2,95750 – 0,029950v – 14,15000f – 1,24100a + 0,12400vf + 0,010400va + 4,64000fa

4.4 Optimasi Kondisi Pemotongan

Pada optimasi akhir ini, fungsi desirability optimasi variabel bebas pada respon surface methodology telah dilakukan pada optimasi respon. Manfaat dari optimasi respon surface adalah untuk membantu mencari harga optimal dari parameter kondisi pemotongan untuk memberikan nilai tc yang optimal selama melakukan proses pembubutan. Proses optimasi dilakukan dengan menggunakan software design expert yang mana data tersebut

tersusun pada tabel 4.6 yang menunjukan pembatasan untuk optimasi kondisi parameter pemotongan. Tabel 4.7 menunujukan hasil optimasi umur pahat / tool life (TL).

Tabel 4.10 Optimasi Kondisi Pemotongan dalam Skala Logaritma untuk VB=0.22mm

Kondisi Goal Lower Limit Upper Limit

A:Log v is in range 1,812 1,875

B:Log f is in range -1 -0,823

C:Log a is in range 0 0,176

TL maximize -0,737 1,721

Pada tabel 4.10 hanya ditunjukkan 10 solusi software design expert, ditunjukkan 93 solusi optimasi umur pahat/Tool Life.

Tabel 4.11 Hasil Optimasi Umur Pahat Skala Logaritma untuk VB = 0.22mm

Number Log v Log f Log a Log tc Desirability

1 1,813 -0,992 0,002 1,723 1.000 Selected 2 1,812 -0,999 0,007 1,726 1.000

3 1,812 -0,992 0,002 1,728 1.000 4 1,812 -0,996 0,002 1,729 1.000 5 1,813 -1,000 0,009 1,722 1.000 6 1,812 -0,999 0,012 1,722 1.000 7 1,812 -1,000 0,000 1,737 1.000 8 1,813 -0,995 0,003 1,724 1.000 9 1,812 -0,997 0,004 1,730 1.000 10 1,812 -0,991 0,001 1,727 1.000

Dari tabel hasil optimasi umur pahat yang dihasilkan oleh software design expert versi trial maka didapatkan bahwa nilai variabel-variabel untuk v, f, a, dan TL dalam nilai logaritma dan telah dikonversikan dengan antilog menjadi:

v = 65,012m/min f = 0,101mm/rev a = 1,004mm TL = 52,84min

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan

Berdasarkan hasil penelitian, analisa dan diskusi persamaan umur pahat maka dapat ditarik kesimpulan, yaitu:

1. Aus pahat yang terjadi pada penelitian penulis adalah flank wear (keausan tepi). 2. Ada 3 jenis fasa keausan yang terjadi pada penelitian adalah initial wear, gradual

wear, dan abrupt wear.

3. Pada kondisi pemotongan High-High-High, terjadi flank wear beserta excessive chipping, kemudian pada kondisi HHL terjadi flank wear dan chipping, pada kondisi pemotongan HLH terjadi flank wear dan excessive chipping, pada kondisi pemotongan HLL hanya terjadi flank wear dan Built-up Edges. Sedangkan pada kondisi Low-High-High, terjadi flank wear beserta Built-up Edges, pada kondisi LHL terjadi uniform flank wear, dan pada LLH dan LLL terjadi flank wear.

4. Persamaan umur pahat Taylor dan aus pahat yang dihasilkan oleh software Design Expert adalah

log�� = 32,368−17,323 log�+ 18,659 log� −23,502 log� −10,716 log� �log�+ 8,071 log� �log� −7,784 log��log� … … … (5.1)

VB = 2,9575 – 0,0299v – 14,15f – 1,241a + 0,124vf + 0,0104va + 4,64fa… … … …… … … …… … … …(5.2)

5. Optimasi umur pahat yang paling optimum adalah pada kondisi v = 65,012m/min; f = 0,101mm/rev; a = 1,004mm; TL = 52,84min.

6. Variabel yang paling berpengaruh dalam umur pahat adalah variabel v ( kecepatan potong), kemudian variabel f (kecepatan pemakanan) dan variabel a ( kedalaman potong)

5.2 Saran

Adapun saran dari penulis untuk penelitian mengenai proses pembubutan kering dan keras terhadap baja AISI 4340, yaitu:

1. Alangkah baiknya, pada penelitian selanjutnya yang menggunakan baja yang telah di heat treatment telah silindris, agar tidak membuang waktu penelitian untuk menyiapkan benda kerja tersebut menjadi silindris.

2. Alangkah baiknya agar jurusan menyediakan perangkat lunak Design Expert full version agar dapat digunakan oleh peneliti selanjutnya.

3. Pada saat dilakukan pengukuran, alangkah baiknya pengukuran dilakukan diatas meja ukur.

4. Disarankan agar melakukan survey sekali lagi untuk mendapatkan mesin CNC yang lebih baik dari yang digunakan dalam penelitian penulis.

5. Disarankan agar mengulangi peneltian penulis dengan menggunakan pahat PVD yang memiliki spesifikasi sama akan tetapi beda produsen, agar dapat membandingkan peforma pahat PVD tersebut.

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Teori Proses Bubut

Proses bubut adalah suatu proses pemesinan terhadap permukaan benda kerja berbentuk silinder dan kerucut. Hal ini biasanya dilakukan oleh mesin perkakas disebut mesin bubut. Benda kerja dijepit pada cekam, lalu mesin dinyalakan dan benda kerja berputar. Pada saat benda kerja berputar, pahat bergerak secara longitudinal menuju ke benda kerja sesuai dengan pemakanan dan kedalaman potong tertentu, lalu terjadi proses pemotongan benda kerja oleh pahat. Benda kerja dipegang oleh pencekam yang dipasang poros utama (spindle), dengan mengatur lengan pegatur, yang terdapat pada kepala diam, putaran poros utama (n) dapat dipilih. Harga putaran poros utama umumnya dibuat bertingkat, dengan aturan yang telah distandarkan, misalnya 630, 710, 800, 900, 1000, 1120, 1250, 1400, 1600, 1800 dan 2000 rpm. Untuk mesin bubut dengan putaran motor variable, ataupun dengan system transmisi variable, kecepatan putaran poros utama tidak lagi bertingkat melainkan berkesinambungan (continue). Pahat dipasangkan pada dudukan pahat dan kedalaman potong (a) diatur dengan menggeserkan peluncur silang melalui roda pemutar (skala pada pemutar menunjukkan selisih harga diameter, dengan demikian kedalaman gerak translasi bersama sama dengan kereta dan gerak makannya diatur dengan lengan pengatur pada rumah roda gigi. Gerak makan (f) yang tersedia pada mesin bubut bermacam macam dan menurut tingkatannya, misalnya …., 0.1, 0.112, 0.125, 0.14, 0.16, …(mm/rev).

Proses bubut merupakan proses yang paling penting dan sangat sering dilakukan dalam industri manufaktur komponen mesin. Hal ini didasari oleh beberapa faktor, yaitu:

1. Kebanyakkan dari bagian konstruksi mesin (poros, tabung, sekrup, dll) dan juga perkakas (bor, kikir, dll) menurut bentuk dasarnya merupakan benda putar (benda rotasi), sehingga proses pembuatannya dilakukan melalui proses bubut.

2. Perkakas mesin bubut relative sederhana dan murah.

3. Proses pembubutan dengan daya sayat yang baik dan mudah dicapai.

Gambar 2.1 Ilustrasi Proses Pembubutan 2.1.1 Mesin Bubut CNC

Mesin CNC bubut biasa disebut juga mesin CNC Lathe atau CNC Turning yang termasuk mesin perkakas yang sering dipakai pada proses pemesinan. Mesin CNC banyak sekali dipakau di industry manufaktur diantaranya industri otomotif dan industri kedirgantaraan.

Produk hasil pemesinan CNC bubut dikatakan berkualitas jika memenuhi persyaratan sebagai berikut :

1. ukuran produk tepat atau presisi sesuai dengan permintaan Gambar kerja, dan

2. tingkat kekasaran yang sesuai dengan permintaan Gambar kerja.

2.1.2 Kondisi pemotongan

Kondisi pemotongan adalah kondisi yang diterapkan pada benda kerja saat dilakukan pembubutan, berikut ini adalah parameter kondisi pemotongan (Rochim, 1993):

a. Kecepatan potong (cutting speed)

Cutting speed atau kecepatan potong adalah kecepatan benda kerja yang dilalui oleh pahat atau jarak yang harus ditempuh pahat tiap putaran benda kerja, dengan kata lain, kecepatan potong adalah panjang total 1 putaran.

v =π.d.n

1000 ; mm/min………(2.1)

n = putaran poros utama (benda kerja) ; rpm d = diameter rata – rata, yaitu :

� = ��+��

2 ; mm ………..(2.2)

d diameter rata-rata atau diameter mula do, karena perbedaan do dengan dm relatif kecil.

Dimana :

do = diameter awal benda kerja ; mm dm = diameter akhir benda kerja ; mm b. Kecepatan pemakanan (feeding)

Kecepatan pemakanan pada mesin bubut adalah gerakan pemakanan oleh pahat dalam proses pembubutan.

vf = f . n ; mm/min………(2.3) Dimana :

f = gerak makan ; mm/rev

n = putaran poros utama (benda kerja) ; rpm c. Kedalaman pemotongan (depth of cut)

Kedalaman pemotongan adalah dalamnya masuk alat potong menuju sumbu benda kerja.

a =do−dm

2 ; mm……….(2.4)

d. MRR (Material Removal Rate)

MRR atau laju pembuangan geram adalah kecepatan pembuangan geram per menit yang dipengaruhi oleh pemakanan, kedalaman potong dan kecepatan pemotongan.

MRR = f . a . v ; mm3/min………(2.5) Dimana:

f = kecepatan pemakanan; mm/min a = kedalaman potong; mm

v = kecepatan potong; m/min e. Waktu pemotongan (Cutting time)

Waktu yang digunakan untuk pembubutan benda kerja dipengaruhi oleh kecepatan pemakanan dan dalamnya pemakanan.

tc= lt vf

; min………(2.6) Dimana :

l_t = panjang pemesinan ; mm

vf = kecepatan pemakanan; mm/min

2.2 Pembubutan Kering

Untuk kondisi ekonomi dan lingkungan, telah dilakukan proses berkelanjutan yang masih tren sejak pertengahan tahun 1990 untuk mengurangi atau menghilangkan penggunaan cairan pemotongan. Tren ini mengajak industri manufaktur untuk melakukan proses pemesinan kering. Berikut ini adalah keuntungan melakukan pemesinan kering, yaitu:

1. Mengurangi dampak kerusakan lingkungan akibat dari penggunaan cairan pemotongan, meningkatkan kualitas udara dalam pabrik dan mengurangi resiko pada kesehatan,

2. Mengurangi ongkos produksi, terutama ongkos pemeliharaan, daur ulang dan pembuangan cairan pemotongan,

3. Meningkatkan kualitas permukaan produk.

Selama proses pemesinan, sebanyak 70% dari panas yang terjadi, timbul melalui deformasi plastis dari benda kerja yang terpotong oleh pahat. Sisa panas yang lain timbul melalui gesekan antara pahat dengan geram atau pahat dengan benda kerja. Tanpa cairan pemotongan, keausan pahat akan meningkat dan kualitas dari permukaan benda kerja terutama pada proses finishing akan menjadi rendah. Kedua faktor ini tentu saja menyebabkan peningkatan ongkos produksi dan menurunkan produktifitas.[8]

Kualitas dari permukaan benda kerja berperan penting untuk menghindari terjadinya keausan pahat. Sifat dari permukaan mata pahat terutama kekerasan, stabilitas termal, koefisien gesekan yang rendah dan komposisi kimia ditingkatkan saat dilakukan pelapisan (coating). Cara umum yang dilakukan untuk memodifikasi permukaan lapisan dari pahat, yaitu menggunakan cara pelapisan CVD (Chemical Vapor Deposition) dan PVD (Physical Vapor Deposition).[5]

Akhir-akhir ini, teknologi PVD lebih disukai daripada CVD, karena tempertaur proses yang rendah dan ramah lingkungan. Perkembangan terakhir

dari teknologi PVD adalah HPPMS (high power pulsed magnetron sputtering), yang mana proses tersebut mempengaruhi kemampuan yang jelas untuk memproduksi lapisan pahat yang tebal dan ikatan yang baik. Ini merupakan suatu keuntungan yang baik bagi pahat yang digunakan pada kondisi pemesinan kering terutama pelapisan pada bagian sisi tajam.

N.L. Coppini, dkk., menyimpulkan untuk proses pembubutan kering dan pertimbangan dari hasil eksperimen, bahwa kekasaran dari permukaan benda kerja meningkat ketika laju pemakanan meningkat untuk harga kecepatan potong tertentu. Oleh karena itu kekasaran permukaan sangat sensitif terhadap variasi dari laju pemakanan, daripada proses gerinda silinder.[1]

2.3 Pembubutan Keras

Proses pembubutan keras merupakan proses pemesinan terhadap material ferrous dengan kekerasan lebih dari 45 HRc untuk mencapai penyelesaian benda kerja secara langsung setelah dilakukan proses perlakuan panas. Perkembangan dari proses pembubutan keras muncul ketika ditemukannya bahan baru seperti CBN (Cubic Boron Nitride), PCBN, CVD, PVD dan keramik sejak tahun 1970. Pengurangan ongkos produksi, menghilangkan cairan pemotongan, meningkatkan fleksibilitas dan efisiensi, peralatan dan perkakas dan mengurangi waktu pemasangan serta penyetelan ulang benda kerja ketika dibandingkan dengan proses gerinda. Keuntungan dari proses pembubutan keras adalah lingkungan yang kering serta tidak menggunakan pelumasan atau cairan pemotongan.[7]

Berdasarkan pengertiannya, proses pembubutan keras merupakan proses finishing yang efektif terhadap material yang dikeraskan hingga nilai kekerasan 45HRc (besaran kekerasan Rockwell C) atau lebih dengan menggunakan pahat mata potong tunggal. Baja dikeraskan hingga 34HRc dan pahat tungsten carbide dengan kekerasan 68HRc telah berhasil dilakukan pada proses pembubutan. Benda kerja dengan kekerasan 45HRc mampu dilakukan proses pembubutan keras, yang mana kekasaran permukaan, dimensi dan toleransi bentuk sama dengan yang dilakukan pada proses gerinda.[3]

2.4 Material Pahat

Proses pembentukan geram dengan cara pemesinan berlangsung, dengan cara mempertemukan dua jenis material. Untuk menjamin kelangsungan proses ini maka jelas diperlukan material pahat yang lebih unggul daripada material benda kerja. Keunggulan tersebut dapat dicapai karena pahat dibuat dengan memperhatikan berbagai segi, yaitu:

1. Kekerasan; yang cukup tinggi melebihi kekerasan benda kerja tidak saja pada temperature ruang melainkan juga pada temperature tinggi pada saat proses pembentukan geram berlangsung.

2. Keuletan; yang cukup besar untuk menahan beban kejut yang terjadi sewaktu pemeinan dengan interupsi maupun sewaktu memotong benda kerja yang mengandung partikel/bagian yang keras (hard spot).

3. Ketahanan beban kejut termal; diperlukan bila terjadi perubahan temperatur yang cukup besar scara berkala/periodic.

4. Sifat adhesi yang rendah; untuk mengurangi afinitas benda kerja terhadap pahat, mengurangi laju keausan, serta penurunan gaya pemotongan.

5. Daya larut elemen/komponen material pahat yang rendah; dibutuhkan demi untuk memperkecil laju keausan akibat mekanisme difusi.

Kekerasan yang rendah dan daua adhesi yang tinggi tidak diinginkan sebab mata potong akan terdeformasi, terjadi keausan tepi dan keausan kawah yang besar. Keuletan yang rendah serta ketahanan beban kejut termal yang kecil mengakibatkan rusaknya mata potong maupun retak mikro yang menimbulkan kerusakan fatal. Sifat-sifat unggul seperti diatas memang perlu dimiliki oleh material pahat. Akan tetapi tidak semua sifat tersebut dapat dipenuhi secara berimbang. Pada umumnya kekerasan dan daya tahan termal yang dipertinggi selalu dikuti oleh penurunan sifat keuletan dari pahat. Berbagai penelitian dilakukan untuk mempertinggi kekerasan dan menjaga keuletan tidak terlalu rendah sehingga pahat tersebut dapat digunakan pada kecepatan potong yang tinggi. Dengan adanya peningkatan pada kecepatan potong benda kerja menunjukan hasil produktifitas semakin meningkat.

Recovery Hardness yaitu kekerasan pada temperature ruang setelah material yang bersangkutan mengalami temperature kerja yang tinggi selama beberapa saat.

Pada mulanya untuk memotong baja digunakan baja karbon tinggi sebagai bahan perkakas potong dimana kecepatan potong pada waktu itu hanya bisa mencapai sekitar 10 m/menit. Berkat kemajuan teknologi, kecepatan potong ini dapat dinaikkan sehingga menjadi sekitar 700 m/menit yaitu dengan menggunakan CBN (Cubic Boron Nitride). Kecepatan potong yang tinggi tersebut dapat dicapai berkat kekerasan yang tetap relatif tinggi meskipun temperatur kerjanya cukup tinggi.

Tingkat kekerasan yang rendah dan adhesi yang tinggi tidak diharapkan karena memungkinkan distorsi atas profil pahat, membulatkan moncong pahat, berangsur-angsur menyebabkan keausan pada telapak pahat. Ketangguhan dan resistansi terhadap kejutan termal kurang baik akan mengakibatkan terkelupasnya tepi sisi potong atau bahkan patah. Sayangnya tingkat kekerasan dan resistansi terhadap panas bahan, secara umum hanya dinaikkan dengan mengorbankan ketangguhan bahan, karena itu, tidak ada alat iris yang benar-benar paling baik. Sejumlah perkembangan terakhir secara umum didasarkan pada penggabungan sifat-sifat yang diinginkan dari bahan dasar dan pelapis. Berikut ini adalah material-material yang sering digunakan untuk proses pemesinan mulai dari yang paling lunak tetapi ulat sampai dengan yang paling keras tetapi getas yaitu:

1. Baja Karbon (High Carbon Steels; Carbon Tool Steels; CTS), 2. HSS (High Speed Steels; Tool Steels),

3. Paduan Cor Nonferro (Cast Nonferrous Alloys; Cast Carbides), 4. Karbida (Cemented Carbides; Hardmetals),

5. Keramik (Ceramics),

6. CBN (Cubic Boron Nitrides), dan

Gambar 2.2 Grafik Kekerasan dari material Pahat

2.4.1 Material Karbida

Material karbida ditemukan pada tahun 1923 merupakan bahan pahat yang dibuat dengan cara menyinter (sintering) serbuk karbida (nitride, oksida) dengan bahan pengikat yang umumnya dari cobalt (Co). Dengan cara carburizing masing-masing bahan dasar (serbuk) tungsten (wolfram, W), titanium (Ti), tantalum (Ta) dibuat menjadi karbida yang kemudian digiling (ball mill) dan disaring. Salah satu campuran serbuk karbida tersebut kemudian dicampur dengan bahan pengikat (Co) dan dicetak tekan dengan memakai bahan pelumas (lilin). Setelah itu dilakukan presintering (1000oC pemanasan mula untuk menguapkan bahan pelumas) dan kemudian sintering (1600oC) sehingga bentuk keeping (sisipan) sebagai hasil proses cetak tekan (Cold atau HIP) akan menyusut menjadi sekitar 80% dari volume semula.

Hot hardness karbida ini hanya akan menurun bila terjadi perlunakan elemen pengikat. Semakin besar persentase pengikat Co maka kekerasannya menurun dan sebaliknya keuletannya membaik. Modulus elastisitasnya sangat tinggi demikian pula berat jenisnya (density, sekitar 2 kali dari baja). Koefisien

muainya setengah daripada baja dan konduktifitas panasnya sekitar dua atau tiga kali konduktifitas panas HSS. Ada tiga jenis utama pahat karbida sisipan, yaitu:

1. Karbida tungsten yang merupakan jenis pahat karbida untuk memotong besi tuang (cast iron cutting grade)

2. Karbida tungsten paduan merupakan jenis pahat karbida untuk pemotongan baja (steel cutting grade)

3. Karbida lapis (coated cemented carbide) merupakan jenis pahat karbida tungsten yang dilapis (satu atau beberapa bagian) karbida, nitrida atau oksida lain yang lebih rapuh tetapi hardnessnya tinggi. Karbida berlapis, coated cemented carbide pertama kali diperkenalkan oleh KRUPP WIDIA (1968) dan sampai saat ini jenis karbida lapis semakin berkembang dan banyak dimanfaatkan dalam berbagai proses pemesinan (di Negara-negara maju, pemakaiannya sekitar 40% dari seluruh jenis pahat karbida yang digunakan).

Umumnya sebagai material dasar adalah karbida tungsten (WC + Co) yang dilapis dengan bahan keramik (karbida, nitride, dan oksida yang keras tahan temperature tinggi serta nonadhesif). Lapisan setebal 1 s.d. 8 mikron ini diperoleh dengan cara PVD atau CVD. Pelapisan secara CVD (chemical Vapour deposition) menghasilkan ikatan yang lebih kuat daripada PVD (physical vapour deposition).

Metode physical vapour deposition (PVD) dan chemical vapour deposition (CVD) termasuk ke dalam tipe surface coating yang merupakan proses pendepositan lapisan yang keras pada permukaan material menggunakan senyawa yang berbeda secara struktur kimia dan sifatnya.

PVD merupakan proses yang melibatkan pembentukan lapisan coating pada permukaan material pahat dengan prinsip deposisi atau pengendapan secara fisik parrtikel-partikel atom, ion atau molekul dari bahan pelapis (coating).

CVD merupakan proses yang menghasilkan lapisan coating secara kimiawi atau dengan reaksi kimia pada permukaan material yang dipanaskan. CVD dilaksanakan dengan mengendapkan elemen atau paduan elemen (keramik) yang terjadi akibat reaksi pada fasa uap antara elemen/paduan tersebut dengan gas pereaksi sehingga menempel dengan kuat pada material yang dilapis. Pelapisan dapat diulang untuk kedua atau ketiga kalinya dengan menggunakan elemen

pelapis yang berbeda. Baik PVD dan CVD dapat digunakan untuk menambah ketahanan aus pada material pahat karbida.

CVD merupakan proses pengendapan senyawa / unsur terjadi akibat reaksi dekomposisi kimia akibat aktivasi termal di seputar komponen yangdilapisi. Pada proses CVD, substrat diletakkan di depan pada satu atau lebihprekursor yang bereaksi pada permukaan substrat untuk menghasilkan deposit yang diinginkan, kemudian dikeluarkan oleh aliran gas melalui reaksi ruangan.

PVD merupakan proses pengendapan senyawa / unsur terjadi akibat peristiwa kondensasi fisika. PVD digunakan untuk meningkatkan kekerasan dandaya tahan terhadap keausan, mengurangi efek gesekan, dan meningkatkan dayatahan terhadap oksidasi. Mekanismenya target material ditembaki dengan energiagar atom- atomny lepas kemudian ditransferkan dan didepositkan padamaterial yang ingin di lapiskan. Namun, PVD juga memiliki kelemahan yaitubeberapa proses memerlukan tekanan dan temperatur yang tinggi, proses padasuhu yang tinggi memerlukan sistem pendinginan yang mahal, dan biasanyakecepatan deposisi cukup lambat.

Pelapisan PVD dilakukan dalam ruang hampa dimana material pelapisdirubah ke fase uap dan dideposisikan pada permukaan material dasar sehinggaterjadi lapisan yang sangat tipis (thin film). Terdapat 3 jenis mekanisme PVD :

1. Penguapan dalam ruang hampa (vacuum evaporation) 2. Pemercikan/pancaran partikel atom (sputtering) 3. Pelapisan ion (ion plating)

2.5 Keausan Pahat

Keausan pahat memiliki pengaruh ekonomis dalam operasi pemesinan dan hubungan kepada integritas permukaan. Dan keausan pahat mempengaruhi umur pahat dan kualitas produk yang dihasilkan.

Pahat potong memiliki stess lokalisasi yang tinggi, temperature yang tinggi, pergesekan antara chip dengan sudut buang, dan pergesekan antara pahat dengan permukaan saat proses pemotongan. Kondisi ini mempengaruhi keausan pahat yang mana mempengaruhi umur pahat, kualitas hasil pemesinan dan akurasi

dimensi dan nilai ekonomis dari pemesinan. Nilai dari keausan pahat dipengaruhi dari pahat , material benda kerja, bentuk pahat, cairan pemotongan, parameter pemesinan, dan karakteristik pahat.

Telah kita ketahui bahwa pada pahat terjadi stress pada ujung pahat, temperatur yang tinggi pada gesekan antara permukaan pahat dengan benda kerja, gesekan antara chip dengan sudut bebas pada pahat. Kondisi ini merupakan keausan pada pahat, yang merupakan pertimbangan utama pada proses pemesinan. Keausan pahat mempengaruhi pada umur pahat, hasil permukaan pada benda kerja, akurasi dimensi dan ongkos produksi pada pemesinan.

Ketika pemesinan, pahat berada dalam lingkungan yang tejadi kontak stress yang tinggi dan temperatur yang tinggi, maka dengan itu keausan pahat merupakan konsekuensi yang tidak dapat dihindarkan. Pada kecepatan dan temperature yang rendah, keausan pada pahat biasa terjadi di bagian tepi. Kriteria lain yang bisa digunakan untuk mendefinisikan kerusakan pahat sebagai tambahan dari keausan yaitu:

- Ketika permukaan hasil benda kerja tidak dapat diterima - Ketika toleransi dimensi benda kerja tidak didapat.

- Ketika konsumsi listrik atau gaya pemotongan meningkat hingga limit. - Waktu pemotongan atau kuantitas komponen

Gambar 2.3. Keausan pada pahat

Keausan adalah proses bertahap, kurang lebih seperti ujung pada pensil. Laju pada keausan pahat tergantung kepada pahat dan material benda kerja, geometri pahat, parameter proses, cairan pemotongan dan karakteristik dari pahat yang digunakan.keausan pahat dan perubahan pada geometry selama permesinan dapat diklasifikasikan menjadi beberapa jenis yaitu: keausan tepi (flank wear), keausan kawah (crater wear), keausan ujung (nose wear), Notching, deformasi plastik dari ujung pahat (plastic deformation of tool tip), chipping dan gross fracture.

Keasusan tepi ( flank wear ) terjadi pada bagian sisi dari pahat. Keausan ini memiliki tanda seperti gesekan antara pahat dengan permukaan benda kerja yang menyebabkan keausan abrasi dan adhesive, dan temperatur yang tinggi dan menyebabkan perubahan property dari pahat dan juga benda kerja.

Keausan kawah terjadi pada permukaan beram pada pahat. Dapat terlihat bahwa keausan kawah mempengaruhi kotak pada geometry pahat dengan chip. Faktor yang mempengaruhii keausan kawah adalah temperatur antara chip dengan

pahat, pengaruh kimia antara pahat dengan benda kerja dan juga faktor yang mempengaruhi keausan tepi juga mempengaruhi keausan kawah. Keausan kawah biasanya dikaitkan dengan mekanisme, yaitu perpindahan antara atom-atom dari kontak antara pahat dengan geram benda kerja. Nilai difusi akan meningkat seiring dengan kenaikan temperatur. Mengaplikasikan lapisan pada pahat akan mengurangi proses difusi dan mengurangi keausan pahat. Lapisan yang umum digunakan adalah: titanium nitride, titanium carbide, titanium carbonitride,dan aluminium oxide.

Nose wear yaitu pembulatan dari pahat yang tajam dikarenakan efek dari temperature dan mekanis. Nose wear ini membuat pahat tumpul, mempengaruhi formasi chip, menyebabkan gesekan berlebih antara pahat dengan benda kerja sehingga terjadi kenaikan temperature dan mungkin terjadi stress sisa pada permukaan benda kerja.

Takik (Notches) atau alur (grooves) juga biasanya terlihat pada pahat bisanya terjadi ketika chip tidak lagi terjadi kontak dengan pahat. Chipping juga merupakan keausan pahat yang berart terjadi pecahan dari sudut potong pahat. Fenomena ini biasanya terjadi pada material pahat yang getas seperti ceramics, sama dengan terpecahnya ujung pensil jika terlalu tajam. Bagian pahat yang terpecah bisa menjadi sangat kecil (microchipping / macrochipping) ataupun bisa menjadi ukuran yang relative besar yang disebut gross chipping, gross fracture dan catastrophic failure.

Chipping bisa juga terjadi pada bagian pahat yang retak ataupun cacat. Tidak seperti aus, yang mana adalah proses bertahap. Chipping terjadi kehilangan material dari pahat secara tiba tiba dan berubah sesuai dengan bentuknya. Chipping bisa menjadi efek kerugian utama dalam hasil permukaan benda kerja, integritas permukaan, dan akurasi dimensi dari benda kerja

Dua penyebab utama daripada chipping adalah:

• Shock mekanis (mechanical shock) : akibat proses pemotongan yang terputus.

• Kelelahan thermal (thermal fatigue) : variasi dari temperature pahat pada saat pemotongan terputus.

DAFTAR ISI

LEMBAR PENGESAHAN ... i

KARTU BIMBINGAN ASISTENSI ... iii

ABSTRAK ... iv

KATA PENGANTAR ... vi

DAFTAR ISI ... viii

DAFTAR GAMBAR ... x

DAFTAR TABEL ... xiii

DAFTAR NOTASI... xiv

BAB I PENDAHULUAN ... 1

1.1 Latar Belakang... 1

1.2 Batasan Masalah ... 2

1.3 Tujuan Penelitian ... 2

1.4 Sistematika Penulisan ... 3

BAB II TINJAUAN PUSTAKA ... 4

2.1 Teori Proses Bubut ... 4

2.1.1 Mesin Bubut CNC ... 5

2.1.2 Kondisi Pemotongan ... 5

2.2 Pembubutan Kering ... 7

2.3 Pembubutan Keras ... 8

2.4 Material Pahat ... 8

2.4.1 Material Karbida ... 10

2.5 Keausan Pahat ... 12

2.6 Baja AISI 4340 ... 15

2.7 Kriteria dan Prediksi Umur Pahat ... 16

2.8 Perluasan Persamaan Umur Pahat Taylor ... 19

2.9 Design of Experiment ... 20

BAB III METODOLOGI PENELITIAN ... 22

3.1.2 Mata Pahat ... 22

3.2 Peralatan ... 23

3.3 Metodologi Penelitian ... 27

3.3.1 Desain Eksperimen ... 27

3.3.2 Software design expert dan ANOVA ... 32

BAB IV HASIL DAN DISKUSI ... 33

4.1 Hasil ... 33

4.1.1 Tahap Eksperimen Sensitivitas... 33

4.1.2 8 Kondisi Pemotongan Eksperimen... 35

4.1.3 8 Kondisi Pemotongan Aktual ... 52

4.2 Analisis Varians (ANOVA) ... 60

4.2.1 ANOVA untuk 8 Kondisi Pemotongan ... 60

4.2.2 Variabel yang berpengaruh pada Umur Pahat ... 61

4.3 Diskusi ... 63

4.3.1 Perilaku Pertumbuhan Aus Pahat ... 63

4.3.2 Studi pada Keausan Pahat dan Kriteria Umur Pahat ... 66

4.3.3 Diskusi Umur Pahat saat VB = 0.22mm ... 68

4.3.4 ANOVA untuk Variabel Respon Aus Pahat ... 71

4.4 Optimasi Kondisi Pemotongan ... 72

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ... 74

5.1 Kesimpulan... 74

5.2 Saran ... 75

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Ilustrasi Proses Pembubutan ... 5

Gambar 2.2. Keausan pada pahat ... 13

Gambar 2.3 Grafik Persamaan Kurva Taylor ... 18

Gambar 2.4 Design faktorial bentuk geometri ... 21

Gambar 2.5 Design faktorial bentuk matrix ... 21

Gambar 3.1 Baja AISI 4340 ... 23

Gambar 3.2 Pahat Karbida PVD berlapis TaeguTec ... 24

Gambar 3.3 Mesin bubut CNC GSK928TEa ... 24

Gambar 3.4 Set-up mesin ... 25

Gambar 3.5 Tool Holder ... 26

Gambar 3.6 Mikroskop dyno-lite ... 26

Gambar 3.7 Stopwatch ... 27

Gambar 3.8. Desain faktorial bentuk geometri ... 28

Gambar 3.9. Diagram Alir Metodologi Penelitian ... 30

Gambar 3.10. Sambungan Diagram Alir Metodologi Penelitian ... 31

Gambar 3.11. Software Design Expert ... 32

Gambar 4.1 Umur Pahat vs Aus Tepi untuk Kondisi Pemotongan 1 ... 36

Gambar 4.2 Keadaan Initial Wear pada kondisi pemotongan High-High-High ... 37

Gambar 4.3 Keadaan aus sisi terjadi Chipping pada kondisi pemotongan High- High-High ... 37

Gambar 4.4 Umur Pahat vs Aus Tepi untuk Kondisi Pemotongan 2 ... 38

Gambar 4.5 Initial Wear pada kondisi pemotongan High-High-Low ... 38

Gambar 4.6 Gradual Wear pada kondisi pemotongan High-High-Low ... 39

Gambar 4.7 Abrupt Wear dan terjadi Chipping pada kondisi pemotongan High- High-Low ... 39

Gambar 4.8 Umur Pahat vs Aus Tepi untuk Kondisi Pemotongan 3 ... 40

Gambar 4.9 Intial Wear pada kondisi pemotongan High-Low-High ... 40

Gambar 4.10 Gradual Wear pada kondisi pemotongan High-Low-High ... 41

Gambar 4.11 Abrupt Wear pada kondisi pemotongan High-Low-High... 41

Gambar 4.12 Umur Pahat vs Aus Tepi untuk Kondisi Pemotongan 4 ... 42

Gambar 4.13 Intial Wear pada kondisi pemotongan High-Low-Low ... 42

Gambar 4.14 Gradual Wear pada kondisi pemotongan High-Low-Low ... 43

Gambar 4.15 Abrupt Wear pada kondisi pemotongan High-Low-Low ... 43

Gambar 4.16 Umur Pahat vs Aus Tepi untuk Kondisi Pemotongan 5 ... 44

Gambar 4.17 Intial Wear pada kondisi pemotongan Low-High-High ... 45

Gambar 4.18 Gradual Wear pada kondisi pemotongan Low-High-High ... 45

Gambar 4.19 Abrupt Wear pada kondisi pemotongan Low-High-High... 46

Gambar 4.20 Umur Pahat vs Aus Tepi untuk Kondisi Pemotongan 6 ... 46

Gambar 4.21 Intial Wear pada kondisi pemotongan Low-High-Low ... 47

Gambar 4.22 Gradual Wear pada kondisi pemotongan Low-High-Low ... 47

Gambar 4.23 Abrupt Wear pada kondisi pemotongan Low-High-Low ... 48

Gambar 4.24 Umur Pahat vs Aus Tepi untuk Kondisi Pemotongan 7 ... 48

Gambar 4.25 Intial Wear pada kondisi pemotongan Low-Low-High ... 49

Gambar 4.26 Gradual Wear pada kondisi pemotongan Low-Low-High ... 49

Gambar 4.27 Abrupt Wear pada kondisi pemotongan Low-Low-High ... 50

Gambar 4.29 Intial Wear pada kondisi pemotongan Low-Low-Low ... 51

Gambar 4.30 Gradual Wear pada kondisi pemotongan Low-Low-Low ... 51

Gambar 4.31 Abrupt Wear pada kondisi pemotongan Low-Low-Low ... 52

Gambar 4.32 Penampakan utuh keausan pahat pada Kondisi Pemotongan High- High-High ... 54

Gambar 4.33 Penampakan utuh keausan pahat pada High-High-Low ... 54

Gambar 4.34 Penampakan utuh keausan pahat pada High-Low-High ... 55

Gambar 4.35 Penampakan utuh keausan pahat pada High-Low-Low ... 55

Gambar 4.36 Penampakan utuh keausan pahat pada Low-High-High ... 56

Gambar 4.37 Penampakan utuh keausan pahat pada Low-High-Low ... 56

Gambar 4.38 Penampakan utuh keausan pahat pada Low-Low-High ... 57

Gambar 4.39 Penampakan utuh keausan pahat pada Low-Low-Low ... 57

Gambar 4.40 Pahat PVD baru dengan Pembesaran 200x ... 58

Gambar 4.41 Pahat PVD setelah dilakukan penelitian dengan Pembesaran 200x 59 Gambar 4.42 Plot kondisi High ... 66

Gambar 4.43 Plot kondisi Low ... 67

Gambar 4.44 Pertubation (VB = 0.22mm) ... 69

Gambar 4.45 Normal Probability Plot (VB=0.22mm) ... 70

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Komposisi Kimia Baja AISI 4340 ... 13

Tabel 2.2 Sifat Mekanis Baja AISI 4340 ... 13

Tabel 2.3 Harga Nilai n untuk persamaan Taylor ... 19

Tabel 3.1 Variasi Nilai Parameter Kondisi Pemotongan 23 ... 28

Tabel 3.2 Susunan Data 8 Kondisi Pemotongan ... 28

Tabel 3.3 Susunan Data 8 Kondisi Pemotongan Aktual ... 29

Tabel 4.1 Kondisi Pemotongan Eksperimen ... 33

Tabel 4.2 Hasil Kondisi Pemotongan ... 35

Tabel 4.3 Hasil Kondisi Pemotogan untuk VB 0.22mm ... 52

Tabel 4.4 Hasil Logaritma Kondisi Pemotogan untuk VB 0.22mm ... 60

Tabel 4.5 Hasil Analisis Varians untuk Logaritma Umur Pahat ... 61

Tabel 4.6 Kenaikan atau Penurunan Umur Pahat akibat Kecepatan Potong ... 62

Tabel 4.7 Kenaikan atau Penurunan Umur Pahat akibat Laju Pemakanan ... 62

Tabel 4.8 Kenaikan atau Penurunan Umur Pahat akibat Kedalaman Potong ... 63

Tabel 4.9 Analysis of Variance ... 72

Tabel 4.10 Optimasi Kondisi Pemotongan dalam Skala Logaritma untuk VB = 0.22mm ... 73

Tabel 4.11 Hasil Optimasi Umur Pahat Skala Logaritma unutk VB = 0.22mm ... 73

DAFTAR NOTASI

Simbol Arti Satuan

v Kecepatan potong m/min

d Diameter rata-rata mm

n Putaran spindle rpm

vf Kecepatan pemakanan mm/min

f Laju pemakanan mm/rev

a Kedalaman potong mm

do Diameter awal mm

dm Diameter akhir mm

MRR Laju pembuangan geram mm3/min

tc Waktu pemotongan menit

lt Panjang pemesinan mm

T Umur pahat menit