Produktivitas Permesinan Keras Bahan Baja Dengan Pahat Cvd Karbida Berlapis : Studi Kasus Pada Produksi Shaft Thresher
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1.Produktivitas Pada Proses Permesinan
2.1.1. Waktu produksi
Waktu untuk menghasilkan produk atau waktu yang diperlukan
untuk menyelesaikan suatu pekerjaan (memotong bagian tertentu produk)
dengan cara tertentu (menggunakan suatu jenis pahat) adalah merupakan
variabel yang penting dalam rangka penentuan kondisi pemesinan
optimum. Untuk jumlah produk yang cukup besar maka secara kasar dapat
ditentukan waktu pemesinan rata-rata untuk mengerjakan satu produk,
yaitu dengan cara membagi seluruh waktu yang digunakan dengan jumlah
produk yang dihasilkan. Akan tetapi, cara ini tidak baik untuk
dilaksanakan karena tidak memberikan informasi yang jelas mengenai
komponen waktu (bagian waktu total) yang berkaitan dengan setiap
langkah pengerjaan. Sesuai dengan tujuan optimisasi maka diingnkan
pembagian waktu menurut komponennya sehingga dapat diketahui
komponen waktu yang mana yang mungkin dapat diperkecil.Secara garis
besar dapat dikelompokan 2 macam komponen waktu yaitu :
1. Komponen waktu yang dipengerahui oleh variable proses
2. Komponen waktu yang bebas
Untuk menghasilkan satu produk maka diperlukan komponenkomponen waktu sebagai berikut :
1. Komponen waktu yang dipengaruhi oleh variabel proses
Keterangan :
a. �� =
��
��
=
��
� .�
; min/produk…………………..(2.1)
�� = waktu pemotongan sesungguhnya (real cutting time) ; min
�� = panjang pemesinan ; mm
Universitas Sumatera Utara
�� = kecepatan makan ; mm/min
b. ��
��
�
; min/produk………….……………..(2.2)
Yaitu waktu penggantian pahat yang dibagi rata untuk sejumlah
produk yang dihasilkan sejak pahat yang baru dipasang sampai pahat
tersebut harus diganti karena aus. Bagi mesin perkakas NC atau ATC,
maka pahat dapat diganti sewaktu pahat tersebut tidak digunakan
(tersimpan pada tempatnya), dengan demikian siklus proses tidak
terganggu, akibat komponen waktu ini dihilangkan.
Keterangan :
a. �� = waktu penggantian atau pemasangan pahat (tool changing
time) ; min
b. T = umur pahat ; min
c.
��
�
= bagian dari umur pahat yang digunakan untuk menyelesaikan
satu produk
2. Komponen waktu bebas
Keterangan :
�� = ��� + ��� + ��� + ��� +
��
��
; min/produk……(2.3)
a. �� = waktu non produktif (auxiliary time)
b. ��� = waktu pemasangan benda kerja (time for loading the
workpiece); min/produk
c. ��� = waktu penyiapan yaitu waktu yang diperlukan untuk
membawa/menggerakan pahat dari posisi mula sampai pada posisi
siap untuk memotong (advancing tme) ; min/produk
d. ��� = waktu pengakhiran ; yaitu waktu yang diperlukan untuk
membawa/menggerakan pahat kembali keposisi mula(retracting
time) ; min/produk
e. ��� = waktu pengambilan produk (time for unloading the
workpiece) ; min/produk
Universitas Sumatera Utara
f.
��
��
= bagian dari waktu penyiapan mesin beserta perlengkapannya
(fixture and attachments) yang dibagi rata untuk sejumlah produk
yang direncanakan untuk dibuat saat itu (�� , lot size)
Dengan demikian waktu pemesinan perproduk rata-rata adalah:
�� = �� + �� + ��
Dengan demikian untuk
��
�
; min/produk…………..(2.4)
menaikan produktifitas,
maka perlu
diusahakan pengecilan waktu pemesinan, yaitu dengan jalan:
a. Memperkecil waktu nonproduktif ��
Waktu nonproduktif mungkin masih dapat diperkecil dengan
menggunakan fixture untuk mempermudah dan mempercepat
pemasangan dan pembongkaran benda kerja, mempercepat ��� ,
dan ��� serta menaikan jumlah produksi. Apabila produksi belum
pernah dilakukan, maka waktu nonproduksi ini hanya dapat
diperkirakan berdasarkan pengalaman. Sebaliknya bagi proses
produksi yang telah berjalan, maka dapat dilakukan pengamatan
secara langsung (time and motion study) sehingga dapat diketahui
harga rata-ratanya dan sekaligus bila perlu dapat diusulkan rencana
perbaikan cara kerja.
b. Menurunkan waktu pemotongan ��
Waktu pemotongan dapat diturunkan dengan memperbesar
kecepatan makan �� . Bagi proses bubut (turning, boring, facing),
mengurdi (drilling dengan mesin bubut atau mesin gurdi dengan
gerak makan otomatik) dan menyekrap (shapng, 29lanning, hal ini
dapat dicapai dengan menaikan gerak makan f atau putaran spindel
n. Pembesaran gerak makan akan menaikan gaya potong dan
permukaan produk akan makin kasar, sedangkan pembesaran
putaran spindel akan menaikkan daya potong. Apabila hal ini
memungkinkan masih harus dipertimbangkan pengaruh penurunan
Universitas Sumatera Utara
umur pahat karena pembesaran v atau n dan f. Semakin besar
harga yang dipilih umur pahat akan semakin pendek dan semakin
serng diganti. Akibatnya pada suatu kondisi tertentu produktfitas
tidak mungkn dinaikan lagi malah akan menurun dengan
diperkecilnya waktu pemotongan �� .
Harus diingat pula bahwa semakin sering pahat diganti/diasah
maka ongkos pemakaian pahat akan semakin tinggi, sehingga pada
suatu kondisi tertentu ongkos produksi tidak lagi mengecil,
melainkan membesar kembali. Hal ini menunjukan suatu gambaran
bahwa pada suatu kondisi pemotongan yang memberikan suatu
harga �� tertentu yang menghasilkan produktifitas tertinggi atau
ongkos permesinan termurah.
c. Mempercepat cara penggantian pahat ��
Kemudahan penggantian pahat yang telah aus dengan pahat
yang baru (tajam) ditentukan oleh jenis pahat dan system
pemegangnya. Penggantian pahat bubut HSS atau karbida yang
dipatri keras (brazed carbide tip) pada psot mesin bubut jelas akan
lebih lama dibandingkan dengan mengganti sisipan karbida
(throwaway carbide tip) pada badan pahat (tool shank). Apabila
pahat yang baru tidak tersedia didekat mesin, maka berarti operator
harus mencari penggantinya atau mengasah sendiri, dan waktu
yang hilang ini akan termasuk dalam waktu penggantian pahat.
Oleh sebab itu perlu dipertimbangkan untuk menyediakan pahat
cadangan atau mewujudkan bagian pabrik yang mengurusi pahat
(tool
cribs
dengan
tugas
menyimpan,
mengasah,
dan
mempersiapkan segala jenis pahat).(Taufiq Rochim 1993)
2.1.2. Ongkos produksi
Bagi suatu indusrti pemesinan adalah mutlak untuk mengetahui
beberapa ongkos sebenarnya dalam pembuatan suatu produk/komponen
mesin. Dengan mengetahui harga jual produk atau harga penawaran
Universitas Sumatera Utara
kontrak pembuatan sejumlah produk (subcontract parts) maka dapat
dibayangankan keuntungan yang akan diperoleh. Dalam kenyataan,
penghitungan ongkos pembuatan tersebut tidak selalu mudah, tergantung
pada ukuran perusahaan, ragam dan kompleksitas produk yang
ditanganinya dan struktur penghitungan ongkos (akutansi/cost accounting)
yang dianut oleh perusahaan yang bersangkutan. Ongkos pembuatan dapat
ditentukan dari beberapa komponen ongkos yang membentuknya.
Berbagai bentuk struktur komponen-komponen ongkos telah diajukan
orang, masing-masing dengan cara pendekatan yang berbeda dengan
anggapan dan penyederhanaan yang berlainan disesuaikan dengan kondisi
atau ukuran perusahaan, guna mempermudah perhitungan ongkos (atau
untuk tujuan lain?). Terlepas dari perbedaan yang ada tersebut, dapat
dikatakan bahwa semakin teliti penentuan ongkos pembuatan maka
keuntungan yang akan diperoleh akan semakin pasti atau perusahaan akan
semakin berani untuk mengajukan penawaran yang serendah mungkin.
Hal ini dapat dimaklumi, karena perusahaan dapat mengetahui dan
berusaha untuk menekan bilamana mungkin pada salah satu atau beberapa
komponen ongkos pembuatannya.
Struktur ongkos pembuatan dapat dibuat menjadi bebrapa
komponen ongkos yang sesuai untuk digunakan pada analisis kondisi
pemotongan optimum. Dalam hal ini pembahasan yang akan dibatasi pada
hal-hal yang dianggap perlu dalam kaitannya dengan proses pemesinan.
Sementara itu, penghitungan yang rinci atas komponen ongkos yang lain
dapat dipelajari pada beberapa buku referensi yang sesuai (teknik
akutansi). Dengan demikian, dari pemahaman atas struktur ongkos ini
diharapkan dapat menjadi bekal yang cukup mantap untuk dipraktekan,
dikembangkan atau disesuaikan dengan masalah sesungguhnya di industry
pemesinan.
1. Ongkos total perproduk (unit cost)
Ongkos suatu produk dtentukan oleh ongkos material (bahan dasar)
dan ongkos produksi yang mungkin terdiri atas gabungan beberapa
langkah proses pembuatan/pemesinan sebagaimana rumus berikut :
Universitas Sumatera Utara
Keterangan :
Cu = CM + Cplan + ∑ CP ; Rp/produk………..(2.5)
Cu = ongkos total ; Rp/produk
CM = ongkos material ; Rp/produk
Cpla n = ongkos persiapan/perencanaan produksi ; dapat pula
dimasukan ongkos perencanaan produk (bila produk dirancang
sendiri)
CP = ongkos salah satu proses produksi ; Rp/produk…..(2.6)
Ongkos material terdiri atas tiga pembelian dan ongkos tidak
langsung (indirect/overhead cost of material) yang merupakan
ongkos khusus yang dibebankan bagi material yang berkaitan
dengan penyimpanan (sewaktu masih berupa bahan ataupun
setelah
menjadi
produk)
dan
penyiapan.
Bagian
gudang
membebani perusahaan dengan adanya ruang/gudang mesin-mesin
pemotong (precutting), pengangkutan (material handling) dengan
penghitungan atas bunga, pajak dan asuransi, pemeliharaan, serta
karyawan yang menangani masalah pergudangan. Kesemuanya itu
dibagi (dengan factor pemberat) dan dibebankan bagi masingmasing material yang ada di gudang sesuai dengan luas lantai yang
diperlukan dan lamanya penyimpanan.
CM = CMo + CMi ; Rp/produk……………(2.7)
Keterangan :
CM = ongkos material ; Rp/produk
CMo = harga pembelian ; Rp/produk
CMi = ongkos tak langsung ; Rp/produk
Ongkos proses produksi dapat dirincikan menjadi ongkos
penyiapan dan peralatan (special tooling, fixture), ongkos
Universitas Sumatera Utara
pemesinan (machining cost), dan ongkos pahat (cutter/tool cost),
yaitu:
CP = Cr + Cm + Ce ; Rp/produk ………..(2.8)
Keterangan :
CP = ongkos produksi ; Rp/produk
Cr = ongkos penyiapan dan peralatan ; Rp/produk
Cm = ongkos pemesinan ; Rp/produk
Ce = ongkos pahat ; Rp/produk
Peralatan khusus seperti pemegang (fixture) mungkin
diperlukan guna memperkecil waktu nonproduktif. Fixture ini
dibuat sesuai dengan mesin perkakas yang digunakan, langkah/cara
pemesinan dan geometri bahan. Ongkos pembuatan fixture yang
biasanya mahal (dibuat khusus, toleransi geometri komponenkomponennya cukup sempit) harus diatasi dengan memperbesar
jumlah produk yang akan dibuat (lot size). Ditinjau dari proses
produksi, ongkos ini dianggap sebagai ongkos tetap yang tidak
dipengaruhi oleh laju kecepatan produksi.
Cr = (Cset + Cfix + Cpr )/nt ; Rp/produk………..(2.9)
Keterangan :
Cr = ongkos persiapan dan peralatan khusus ; Rp
Cset = ongkos pengeturan/setting mesin (Cm , t set ) ; Rp
Cfix = ongkos perkakas bentuk cekam (fixture) ; Rp
Cpr = ongkos penyiapan program NC (hanya berlaku bagi mesin
perkakas NC) yang meliputi, programming (cpr , t pr ), percobaan
(first article test, cm , t set ditambah bahan habis untuk percobaan)
dan pengukuran pertama untuk sertifikasi program cm , t set ; Rp
Universitas Sumatera Utara
nt = jumlah produk yang dibuat ; buah
Ongkos pemesinan dihitung bedasarkan waktu pemesinan
rata-rata perproduk dan ongkos operasi (persatuan waktu ; menit)
dengan demikian dipengaruhi oleh laju kecepatan produksi.
Ongkos pahat perlu ditetapkan sebagai komponen ongkos yang
terpisah karena mempunyai kaitan langsung dengan umur pahat
yang merupakan variable utama dalam proses pemesinan.
Cm = cm . t m ; Rp/produk …………….(2.10)
Keterangan :
Cm = ongkos pemesinan ; Rp/produk
cm = ongkos operasi mesin (mesin, operator, overhead) persatuan
waktu ; Rp/min
t m = waktu pemesinan ; min/produk
2. Ongkos operasi (operating cost)
Ongkos operasi pesatuan waktu (menit) bagi suatu kesatuan
produksi
(mesin
bagian/kegiatan
yang
pabrik
bersangkutan,
yang
operator
mendukungnya)
dan
dapat
seluruh
dihitung
berdasarkan ongkos yang membentuknya dalam satu priode (tahun)
dibagi dengan jumlah menit kerja efektif pertahun. Ongkos operasi
pertahun merupakan gabungan dariongkos tetap (fixed cost) dan
ongkos variabel (variable cost) yang selanjutnya dapat dikelompokan
sebagai ongkos langsung (direct cost) dan ongkos tak langsung
(indirect cost), yaitu :
CJ = Cf + Cd + CI ; Rp/tahun ………………(2.11)
Keterangan :
CJ = ongkos operasi pertahun ; Rp/tahun
Universitas Sumatera Utara
Cf = ongkos tetap pertahun ; Rp/tahun
Cd = ongkos variabel langsung pertahun ; Rp/tahun
Ci = ongkos variabel tak langsung pertahun ; Rp/tahun
3. Ongkos mata potong
Pahat (tool/cutter) merupakan bahan habis yang diperlukan dalam
proses pemesinan. Suatu langkah proses pemesinan menghabiskan
sebagian dari umur pahat sehingga perlu dikenakan beban atau ongkos
mata potong pahat. Ongkos ini dapat dihitung bedasarkan harga pokok
mata potong tersebut ditambah dengan biaya pendukungnya yaitu
penyetelan
dan/atau
pengasahan.
Sesuai
dengan
jenis
dan
konstruksinya, maka dapat dibedakan dua macam pahat yaitu pahat
tanpa pengasahan (throwaway carbide trip) dan pahat yang dapat
diasah (brazed tip yaitu carbide tip yang dipasang mati pada bahan
pahat, dan HSS).
a. Pahat tanpa pengasahan
ce = (z)
C oti
e
+
C sh
r
+ (cs t s ) ; Rp/mata potong ………….(2.12)
Ketrerangan :
ce = ongkos mata potong pahat ; Rp/mata potong
Coti = harga sisipan karbida (carbide tip/insert) Rp
e = jumlah mata potong sisipan karbida (2,3,atau 4 potong) yang
bisa dimanfaatkan
Csh
= harga badan pahat (pemegang sisipan) termasuk
peralatan/komponen dan suku cadangnya ; Rp
r = jumlah pemakaian badan pahat
sampai aus/rusak
(diperkirakan sekitar 500 – 1000 kali penggantian/penyetelan
karbida sisipannya)
cs t s = ongkos penyetelan pahat diluar mesin (bila diperlukan
misalnya untuk digunakan pada mesin NC ; dilakukan oleh
Universitas Sumatera Utara
bagian pahat dan perkakas), dimana cs adalah ongkos operasi
penyetelan permenit dan t s adalah waktu penyetelan ; menit
z = jumlah gigi apabila pahat merupakan jenis pahat freis
dengan karbida sisipan (untuk pahat bubut z =1)
b. Pahat yang dapat diasah
Ce =
C otb +r g c g t g
r g +1
+ (cs t s ) ; Rp/mata potong ………..(2.13)
Keterangan :
Cotb = harga pahat HSS atau pahat dengan kerbida sisipan yang
dipatri keras (brazed carbide tip), dalam kondisi siap pakai
(tajam) ; Rp
rg = jumlah pengasahan yang mungkin dilakukan, sampai mata
potong menjadi terlalu pendek (4 -15 kali)
cg t g = ongkos penegasahan pahat tergantung pada ongkos operasi
permenit untuk proses pengasahan cg , dan waktu pengasahan t g
cs t s = ongkos penyetelan pahat pada tool shank atau tool block,
yang dilakukan diluar mesin perkakas NC ; Rp/mata potong.
(Taufiq Rochim, 1993)
2.2.Permesinan Keras
Kita mengenal bahwa, jika kekerasan benda kerja ditingkatkan
kemampuan pemesinannya akan berkurang, keausan dan keretakan pahat,
kualitas akhir dari permukaan bisa menjadi masalah yang signifikan. Sebuah
contoh umum adalah pemesinan akhir dari baja yang telah diberi perlakukan
panas (45-65 HRC) poros, roda gigi dan komponen otomotif lainya
menggunakan pahat polycrystalline cubic boron-nitride (PcBN), cermet atau
ceramic. Disebut pemesinan keras, karena proses ini menghasilkan produk
Universitas Sumatera Utara
akhir dengan akurasi dimensi yang baik, kualitas permukaan akhir (< 0.25
�m). Daya yang ada, static dan dinamik kekakuan, serta spindel dari mesin
juga work holding device dan fixture menjadi factor yang menentukan.
(Serope Kalpakjian, Steven R. Schmid 2009).
2.2.1. Operasi turning
Pembubutan
(turning)
adalah
proses
permesinan
yang
menghasilkan bagaian-bagian mesin berbentuk silinder yang dikerjakan
dengan mengunakan mesin bubut (lathe). Prinsip dasarnya dapat
didefinisikan sebagai proses permesinan permukaan luar benda silindris
atau bubut rata dengan benda kerja yang berputar, dengan satu mata pahat
bermata potong tunggal (single-point cutting tool), dan dengan gerakangerakan pahat sejajar terhadap sumbu benda kerja pada jarak tertentu
sehingga akan membuang permukaan luar benda kerja.
Gambar 2.1 Bagian-bagian mesin bubut konvensional
Gambar 2.2 Bagian-bagian mesin bubut CNC
Universitas Sumatera Utara
Benda kerja dipegang oleh pencekam yang dipasang diujung poros
utama (spindle), dengan mengatur lengan pengatur yang terdapat pada
kepala diam, poros utama (n) dapat dipilih. Harga putaran poros utama
umumnya dibuat bertingkat, dengan aturan yang telah distandartkan,
misalnya 630, 710, 800, 900, 1000, 1120, 1250, 1400, 1600, 1800, dan
2000 rpm.
Gambar 2.3 Ilustrasi proses pembubutan
Untuk mesin bubut dengan putaran variable ataupun dengan sistem
transmisi variabel kecepatan putaran poros utama tidak lagi bertingkat
melainkan berkesinambungan (continue). Pahat dipasang pada dudukan
pahat dan kedalaman potong (a) diatur dengan mengeser peluncur silang
melalui roda pemutar menunjukan selisih harga diameter, dengan
demikian kedalaman gerak translasi bersama-sama dengan kereta dan
gerak makannya diatur dengan lengan pengatur pada rumah roda gigi.
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.4 Ilustrasi skematik proses pembubutan
Gerak makan (f) yang tersedia pada mesin bubut bermacammacam dan menurut tingkatannya telah distandarkan misalnya : . . . ., 0,1,
0,112, 0,125, 0,14, 0,16, . . . . (mm/r). Adapaun kondisi pemotongan pada
proses pembubutan adalah sebagai berikut :
Benda kerja :
a. �0 = diameter mula (mm)
b. �� = diameter akhir (mm)
c. ��
= panjang permesinan (mm)
Pahat :
a. �� = sudut potong utama (°)
b. �� = sudut geram (°)
Mesin bubut :
a. a
= kedalaman potong
b. f
�=
= gerak makan (mm/r)
c. n
= putaran poros utama (benda kerja) (r/mm)
�0
��
�
2
(mm)………………………….(2.14)
Universitas Sumatera Utara
Elemen dasar permesinan bubut dapat dihitung dengan rumusrumus berikut :
1. Kecepatan potong
2. Kecepatan makan
�=
� .� .�
1000
(��min
) ……………………..(2.15)
�� = � . � ������� � …………………..(2.16)
3. Waktu pemotongan
�� =
4. Kecepatan penghasilan geram
���
�� (min) ………………………..(2.17)
� = � . � . � (�� ���� ) ………………..(2.18)
3
2.2.2. Permesinan kering
Permesinan kering (dry machining) adalah proses permesinan yang
tidak menggunakan fluida pendingin dalam proses pemotongannya.
Fenomena kegagalan pahat dan pengunaan cairan pemotong merupakan
salah satu masalah yang banyak dikaji dan mendapat perhatian dalam
kaitannya yang sangat berpengaruh terhadap kekasaran permukaan hasil
pengerjaan, keteltian geometri produk dan mekanisme keausan pahat serta
umur pahat, melaporkan bahwa umumya cairan pemotongan bekas
disimpan dalam kontainer dan kemudian ditimbun di tanah. Selain itu,
masih banyak praktek yang membuang cairan pemotongan bekas langsung
ke alam bebas. Hal ini jelas akan merusak lingkungan.
Pilihan alternatif dari pemesinan basah adalah pemesinan kering,
karena selain tidak ada cairan pemotongan bekas dalam jumlah besar yang
akan mencemari lingkungan juga tidak ada kabut partikel cairan
pemotongan yang akan membahayakan operator dan juga serpihan
pemotongan tidak terkontaminasi oleh residu cairan pemotongan.
Pemesinan kering mempunyai beberapa masalah yang antara lain, gesekan
Universitas Sumatera Utara
antara permukaan benda kerja dan pahat potong, kecepatan keluar
serpihan, serta temperatur potong yang tinggi dan hal tersebut semuanya
terkait dengan parameter pemesinan.
Secara umum industri pemesinan pemotongan logam melakukan
pemesinan kering adalah untuk menghindari pengaruh buruk akibat cairan
pemotongan yang dihasilkan oleh pemesinan basah. Argumen ini secara
khusus didukung oleh penelitian yang telah dilakukan Mukun et. al.,
(1995) secara kuantitatif menyangkut pengaruh buruk pemesinan basah
dengan anggapan pada pemesinan kering tidak akan dihasilkan
pencemaran lingkungan kerja dan ini berarti tidak menghasilkan kabut
partikel cairan pemotongan. Oleh sebab itu perlu diketahui pentingnya
pemesinan kering dilakukan dalam proses. pertimbangan hal diatas pakar
pemesinan mencoba mencari solusi dengan suatu metode pemotongan
alternatif dan mereka merumuskan bahwa pemesinan kering (dry cutting)
yang dari sudut pandang ekologi disebut dengan pemesinan hijau (green
machining) merupakan jalan keluar dari masalah tersebut. Melalui
pemesinan kering diharapkan disamping aman bagi lingkungan, juga bisa
mereduksi ongkos produksi.
Pemesinan
kering
direkomendasikan
penggunaanya
mengatasi masalah pencemaran lingkungan akibat
untuk
limbah cairan
pendingin, maka para pakar pemesinan merekomendasikan dengan
pemesinan kering. Selain karena alasan masalah pencemaran lingkungan
hal lain yang menjadi alasan dipakainya metode pemesinan kering adalah
untuk menghemat biaya produksi.
Universitas Sumatera Utara
Ongkos 2.5 Biaya produksi permesinan secara umum (Sumbes:
Balzers Inc)
Pemesinan kering diakui mampu mengatasi masalah pada dampak
yang telah di uraikan diatas. Pilihan alternatif dari pemesinan basah adalah
pemesinan kering, karena selain tidak ada cairan pemotongan bekas dalam
jumlah besar yang akan mencemari lingkungan juga tidak ada kabut
partikel cairan pemotongan yang akan membahayakan operator dan juga
serpihan pemotongan tidak terkontaminasi oleh residu cairan pemotongan.
Pemesinan kering mempunyai beberapa masalah yang antara lain, gesekan
antara permukaan benda kerja dan pahat potong, kecepatan keluar geram,
serta temperatur potong yang tinggi dan hal tersebut semuanya terkait
dengan parameter pemesinan.
Konsep pemesinan kering ini sebenarnya biasa dilakukan oleh
industri manufaktur. Dari aspek proses pemesinan, pemesinan kering
berarti pemotongan logam dilakukan pada suhu dan gesekan yang relative
tinggi. Sejak akhir tahun 1970 penggunaan proses pembubutan keras (hard
turning) dijadikan inovasi berikutnya untuk mengatasi permasalahan yang
ada, hal ini terbukti melalui proses pembubutan keras dapat mereduksi
waktu pemesinan hingga 60 % (Thonsoff, et.al, 1995).
Universitas Sumatera Utara
2.3.Bahan Baja
Benda kerja yang digunakan untuk penelitian ini adalah baja AISI
4340 yang telah dilakukan proses pengerasan (hardening process). Pemilihan
baja AISI 4340 karena baja ini banyak dipakai dalam pembuatan komponenkomponen permesinan, murah dan mudah didapatkan di pasaran, komponen
mesin yang terbuat dari baja ini contohnya automotive dan aircrafts
crankshafts, rear axle shafts, connecting rod, propeller hub, gear, drive shafts.
2.4. Pahat Karbida
2.4.1. Karbida
Jenis karbida yang “disemen” (Cemented Carbide) ditemukan pada
tahun 1923 (KRUPP WIDIA) merupakan bahan pahat yang dibuatdengan
cara menyinter (sintering) serbuk karbida (nitride, oksida) dengan bahan
pengikat yang umumnya dari cobalt (Co). Dengan cara carbruzing masingmasing bahan dasar (serbuk) tungsten (wolfram,W) titanium (Ti), tantalum
(Ta) dibuat dengan karbida yang kemudian digiling (ball mill) dan
disaring. Salah satu atau serbuk karbida tersebut kemudian dicampur
dengan bahan pengikat cobalt (Co) dan dicetak dengan memakai bahan
pelumas (lilin). Setelah itu dilakukan presintering (1000℃ pemanasan
mula untuk menguapkan bahan pelumas) dan kemudian sintering (1600℃)
sehingga bentuk keping (sisipan) sebagai hasil proses cetak tekan (cold
atau HIP) akan menyusut menjadi sekitar 80% dari volume semula.
Hot hardness karbida yang disemen (diikat) ini hanya akan
menurun bila tejadi pelunakan elemen pengikat. Semakin besar presentase
pengikat Co maka kekerasannya menurun dan sebaliknya keuletannya
membaik. Modulus elastisitasnya sangat tinggi demikian pula berat
jenisnya (density, sekitar 2 kali baja). Koefisien muainya setengah
daripada baja dan konduktifitas panasnya sekitar 2 atau 3 kali
konduktifitas panas HSS. Ada tiga jenis utama pahat karbida sisipan :
1. Karbida tungsten (WC+Co) yang merupakan jenis pahat karbida untuk
memotong besi tuang (cast iron cutting grade)
Universitas Sumatera Utara
2. Karbida tungsten paduan (WC-TiN+Co; WC-TaC-TiC+Co; WCTaC+Co; WC-TiC-TiN+Co; TiC-Ni Mo) merupakan jenis pahat
karbida untuk memotong baja (steel cutting grade)
3. Karbida lapis (coated cemented carbide) merupakan jenis karbida
tungsten yang dilapis (satu atau beberapa lapisan) karbida, nitride,
atau oksida lain yang lebih rapuh tetapi hot hardnessnya tinggi.
(Taufiq Rochim 1993)
2.4.2. Karbida lapis
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 permesinan
(dinegara-negara maju, pemaikainya 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 1-8 mikron ini diperoleh dengan cara PVD atau CVD. Pelapisan
secara CVD (Chemical Vapour Deposition) menghasilkan ikatan lebih
kuat daripada PVD (Physical Vapour Deposition). CVD dilaksanakan
dengan mengendapkan elemen atau paduan elemen (keramik) yang terjadi
akibat reaksi pada fasa uap antara elemen/paduan tersebut dengan gas
pereaksi. (Taufiq Rochim 1993)
Universitas Sumatera Utara
Tabel 2.1 Jenis Karbida Lapis (Coated Cemented Carbides)
Jenis
Single
Layer
Material
Induk
WC
Bahan Pelapis
Keterangan
permesinan tanpa
+ TiC
kejutan
+ TiN
tahan keausan kawah
+ TiCN
+ AL2 O3
permesinan besi tuang
+ HfN
Two
Layer
WC
+ TiCN-TiN
+ TiC-TiCN
+ TiCN-TiN
+ TiC-AL2 O3
Multi
Layer
WC
permesinan besi tuang
+ TiC-TiCN-TiN
+ TiN-TiC-TiN
multi guna
+ TiC-TiN-AL2 O3
+ TiC-Special
ceramics-AL2 O3
2.5.Survey
Sumatera utara dikenal dengan hasil kebunnya yang berlimpah, salah
satunya adalah kelapa sawit, banyak berdiri industri pengolahan pabrik kelapa
sawit di sumatera utara. Dikutip dari situs pemerintahan Provinsi Sumatera
Utara yaitu http://www.sumutprov.go.id/untuk-dunia-usaha/perkebunan-dankehutanan didapat informasi bahwa kelapa sawit adalah usaha perkebunan
yang paling diminati.
Universitas Sumatera Utara
Tabel 2.2 Luas area perkebunan Provinsi Sumatera Utara
Jenis komoditas
Kelapa Sawit
Karet
Kelapa
Kakao
Lainnya
Jumlah
Perk. Rakyat
405.921,08
378.423,44
110.138,84
66.433,25
138.850,31
1.099.766,92
PTPN
306.393,62
93.282,58
11.856,11
12.781,25
424.313,56
Luas (Ha)
PBSN
248.500,45
62.271,64
1.610,20
2.811,36
316.086,70
PBSA
115.202,57
41.258,37
1.053,02
2.468,10
893,05
159.982,06
Total
1.076.017,72
575.236,03
112.802,06
83.568,82
152.524,61
2.000.149,24
Tabel 2.3 Produksi perkebunan Provinsi Sumatera Utara
Jenis komoditas
Kelapa Sawit
Karet
Kelapa
Kakao
Lainnya
Jumlah
Perk. Rakyat
PTPN
5.568.269,49 5.099.890,26
287.653,10
67.148,88
93.984,78
38.651,95
13.717,76
100.152,93
41.257,00
6.088.712,25 5.222.013,90
Produksi (Ton)
PBSN
PBSA
Total
3.191.105,65 1.633.784,75 15.493.050,15
63.24,66
50.621,83
468.648,47
1.562,26
1.152,70
96.699,74
2.698,52
2.498,36
57.566,59
893,05
142.205,66
3.259.386,82 1.688.057,64 16.258.170,61
Untuk menjaga produktivitas suatu industri kelapa sawit haruslah
diberi perhatian khusus pada setiap komponen/mesin pengolahan kelapa sawit
agar nantinya tidak menggangu proses produksi jikalau ada komponen yang
rusak, salah satunya adalah thresher yaitu berfungsi sebagai pemisah buah
kelapa sawit dengan tandannya.
Gambar 2.6 Thresher pada pabrik pengolahan pabrik kelapa sawit
Universitas Sumatera Utara
Banyak bengkel (workshop) di kota Medan yang membuat thresher untuk
industri pengolahan kelapa sawit yang berfungsi memisahkan buah kelapa
sawit dari tandannya, salah satunya Bengkel Bubut Anda yang berlokasi di
Jalan Medan-Binjai km 12 dan Mustika Engineering yang berlokasi di Jalan
Pukat Banting II / Mustika, Medan dalam menerima pesanan poros thresher,
row material disediakan oleh pemesan, bengkel tersebut hanya melakukan
proses pembubutan, satu unit poros rata-rata kedua bengkel tersebut dapat
menyelesaikan dalam waktu 3-4 minggu, poros theresher menggunakan
material baja AISI 4140 tanpa adalagi proses pengerasan (hardness), pahat
yang digunakan yaitu brazing cemented carbide, dengan kualitas permukaan
medium finish. Informasi yang didapatkan dari operator kedua bengkel
teresebut bahwa ongkos jasa untuk pembubutan shaft thresher ini adalah
berkisar Rp 11.000.000,- sampai dengan Rp 16.000.000,-. Dalam memproses
poros thresher bengkel memiliki parameter pemotongan ( v = kecepatan poros
(rev/min), f = gerak makan (mm/rev), a = kedalaman potong (mm) ) yang
berbeda, seperti yang ditampilkan pada table berikut ini :
Tabel 2.4 Kondisi pemotongan pada Bengkel Bubut Anda dan Mustika
Engineering
Bengkel Bubut Anda
Mustika Engineering
v = 55 m/min untuk pemakanan awal
v = 50 m/min untuk pemakanan awal
v = 85 – 100 m/min untuk finishing
v = 95 – 110 m/min untuk finishing
f = 1.0 mm/rev (pada v = 80 rpm)
f = 1 mm/rev (pada v = 90 rpm)
f = 2 mm/rev (pada v = 85 – 100 rpm) f = 2.5 mm/rev (pada v = 95 – 110
rpm)
a = 3 mm
a = 2 – 3 mm
Penggunaan cairan pendingin
Penggunaan cairan pendingin
(coolant) 7 -9 L / poros
(coolant) 7 -10 L / poros
Jasa pembubutan 12-15 juta dan
Jasa pembubutan 13-16 juta dan
waktu pengerjaan 3-4 minggu, bahan
waktu pengerjaan 3-4 minggu, bahan
dari customer.
dari customer.
Universitas Sumatera Utara
Dalam memproses poros thresher rata-rata kedua bengkel melakukan
pengasahan pahat 8 – 10 kali setelah itu pahat tidak digunakan lagi atau umur
pahat habis, indikator operator mengasah pahat adalah melihat permukaan
benda kerja yang tidak halus, bunyi dari gesekan pahat dengan benda kerja
dan bentuk geram setelah pemotongan. Kedua bengkel tidak dapat menyusun
proses perencanaan (job planning) yang baik sehingga tidak dapat
meminimalkan waktu produksi poros shaft thresher agar dapat mencapai
produktivitas yang efektif dan efisien.
Gambar 2.7 Row material shaft thresher baja AISI 4140
Gambar 2.8 Operator sedang membubut shaft thresher
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.9 Shaft thresher setelah di assembly
2.6.Mesin CNC Turning
Computer Numerical Control / CNC Turning merupakan system
optimasi mesin perkaskas bubut yang dioperasikan oleh perintah yang
diprogram secara abstrak dan disimpan di media penyimpanan, hal ini
berlawanan dengan kebiasaan sebelumnya dimana mesin perkakas biasanya
dikontrol dengan putaran tangan atau otomatis sederhana menggunakan cam.
Kata NC sendiri adalah singkatan dari Bahasa Inggris dari kata Numerical
Control yang artinya control numerik. Mesin NC pertama diciptakan pada
tahun 1940-an sampai1950-an, dengan memodifikasi mesin perkakas biasa.
Dalam hal ini mesin perkakas biasa ditambahkan dengan motor yang akan
menggerakan pengontrol mengikuti titk-titik yang dimasukkan kedalam
system oleh perekam kertas.Mesin perpaduan antara servo motor dan mekanis
ini segera digantikan dengan system analog dan kemudian computer digital,
menciptakan mesin perkakas modern atau mesin CNC (computer numerical
control) yang dikemudian hari telah merevolusi proses desain.
Universitas Sumatera Utara
Saat ini mesin CNC mempunyai hubungan yang sangat erat dengan
program CAD. Mesin-mesin CNC dibangun untuk menjawab tantangan
didunia manufaktur modern. Dengan mesin CNC, ketelitian suatu produk
dapat dijamin hingga 1/100 mm lebih, pengerjaan produk masal dengan hasil
yang sama persis dan waktu permesinan yang cepat. NC/CNC terdiri dari
bagian utama yaitu :
a. Program
b. Control unit / processor
c. Motor listrik servo untuk menggerakan control pahat
d. Motor listrik untuk menggerakan/memutar pahat
e. Pahat
f. Dudukan atau pemegang
Prinsip kerja NC/CNC secara sederhana dapat diuraikan sebagai berikut :
1. Programmer membuat program CNC sesuai produk yang akan dibuat
dengan cara pengetikan langsung pada mesin CNC maupun dibuat
pada computer dengan software pemrogaman CNC.
2. Program CNC tersebut lebih dikenal sebagai G-Code, seterusnya
dikirim dan dieksekusi oleh prosesor pada mesin CNC menghasilkan
pengaturan motor servo pada mesin untuk menggerakan perkakas yang
bergerak untuk melakukan proses permesinan hingga menghasilkan
produk sesuai program.
(Wikipedia.org/wiki/CNC)
2.7.Simulasi Proses Permesinan
2.7.1. MasterCam 2017
Mastercam
merupakan
software
yang
digunakan
untuk
menggambarkan atau merencanakan proses permesinan secara virtual
melalui layar komputer. Hasil perencanaan proses permesinan tersebut
selanjutnya digunakan sebagai pedoman pada pemrograman mesin CNC
(Computer
Numerical
Controlled).
Mastercam
dikembangkan
di
Massachusetts pada tahun 1983, perusahaan yang mengembangkan
Universitas Sumatera Utara
Mastercam adalah CNC Software, Inc. yang merupakan salah satu dari
beberapa pengembang software PC berbasis computer aided design /
computer aid manufacturing tertua. CNC Software, Inc. saat ini berlokasi
di Tolland Connecticut. Saat ini Mastercam berkembang luas dan sering
digunakan baik di dunia industry maupun dunia pendidikan.
Mastercam mendukung berbagai macam jenis mesin. Berikut
produk-produk dari Mastercam :
a. Design
Untuk membuat bentuk 3D wireframe, pengukuran, serta
importing dan exporting file-file CAD non Mastercam seperti
Autocad, Solidworks, Solid Edge, Inventor, Parasolid, dan
lainnya.
b. Mill
Untuk pekerjaan frais yang dapat dilakukan seperti pocketing,
kontur, pengeboran, dan lainnya. Pengefraisan dapat dilakukan
hngga 5 sumbu.
c. Lathe
Untuk pengerjaan pembubutan berupa bubut silindris atau
pembuatan lubang benda kerja silinder.
d. Wire
Untuk membuat wirepath baik 2 sumbu maupun 4 sumbu
e. Art
Untuk
merancang
design
3D
dengan
cepat
maupun
mengonversi 2D artwork menjadi bentuk yang machinable
(mampu dikerjakan dengan permesinan)
2.7.2. Swansoft
Swansoft CNC Simulasi (SSCNC) merupakan produk inovatif
yang dirancang dan dikembangkan oleh Nanjing Swansoft perusahaan
teknologi berdasarkan pengalaman mengajar yang diperoleh di pabrikpabrik manufaktur dan pusat-pusat pelatihan indutri. Nanjing Swan
Universitas Sumatera Utara
Software Technology telah mengembangkan perangkat lunak mesin
simulasi CNC virtual yang kuat dan akurat yang termasuk kontrol dari
produsen sebagai berikut :
a. Fanuc
b. Simumerik
c. Mitsubishi
d. GSK
e. HNK
f. KND
g. WA
h. SKY
i.
Haas
j.
Fagor
k. dan Dasen.
Dengan menggunakan software ini dapat memperoleh pengalaman
yang sangat dibutuhkan “praktis” untuk pemrograman, menyiapakan dan
beroperasi mesin CNC dengan biaya sebagian besar berkurang. Nanjing
Swan Software Technology Company mengkhususkan diri dalam
perangkat lunak visualisasi terutama di bidang CAD / CAM dan NC
simulasi, penetrasi dan penerapan teknologi kunci UG. Beroriantasi
penelitian produk pabrik dan inovasi, Nanjing juga memasok pelanggan
dengan layanan yang sangat sesuai dengan tuntutan masing-masng seperti
desain produk, konsultasi teknis, dan berbasis UG-software layanan
penelitian kuadrat, yang dapat membantu perusahaan menetapkan
prosedur standar desain mereka sendiri.
2.7.3. NC program
Teknologi numerical control yang ada saat ini, dimunculkan pada
pertengahan abad 20, tepatnya pada tahun1952 U.S Air Force yang
bernama John Parsons dan Massachusetts Institute of Technology tidak
diterapkan dalam produksi manufaktur sampai awal 1960-an. Keadaannya
Universitas Sumatera Utara
datang dalam bentuk CNC, sekitar tahun 1972 dan satu dekade berikutnya
dengan pengenalan computer mikro yang terjangkau. Sejarah dan
pengembangan teknologi ini telah di dokumentasi dan telah banyak di
publikasi.
Dalam manufaktur, terutama pada pengerjaan logam teknologi
numerical controlterjadi karena sebuah revolusi. Pada saat sebelum
computer memiliki perlengkapan yang standart dalam setiap perusahaan,
teknologi numerical control hanya ditemukan pada tempat-tempat khusus.
Evolusi pada mikro elektronik dan pengembangan computer tidak pernah
berhenti berdampak pada teknologi numerical control, yang membawa
perubahan yang signifikan pada dunia manufaktur umumnya dan
pengerjaan logam khususnya.
1. Pengertian dari Numerical Control (NC)
Dalam berbagai publikasi dan artikel-artikel banyak penjelasan
telah digunakan selama bertahun-tahun, untuk mengartikan apa itu
Numerical Control (NC). Banyak pengertian dengan ide yang sama,
konsep dasar yang sama, hanya penggunaan kata yang berbeda. Sebagian
dari semua definisi yang ada dapat disimpulkan menjadi sebuah pengertian
yang relatif sederhana “ Numerical Control dapat didefinisikan sebagai
operasi pemesinan dengan cara instruksi khusus yang dikodekan untuk
system kontrol mesin”
Instruksi adalah kombinasi dari huruf-huruf abjad, angka, dan
symbol-simbol seperti decimal, persen, dan kurung. Semua instruksi
ditulis dalam urutan logis dan bentuk yang telah ditentukan. Kumpulan
semua intruksi yang dibutuhkan untuk mesin adalah sebuah bagian yang
disebut NC program, CNC program, atau part program. Program tersebut
dapat disimpan untuk digunakan di masa mendatang atau digunakan untuk
berulang kali untuk mendapatkan hasil pemesianan yang indentik pada
saat kapanpun.
Universitas Sumatera Utara
2. Teknologi NC dan CNC
Dalam kepatuhan yang ketat pada istilah, ada sebuah perbedaan
arti dalam singkatan NC dan CNC. NC adalah singkatan dari Numerical
Control teknologi yang awal dan original, sedangkan CNC adalah
singkatan dari Computerized Numerical Controlteknologi yang baru.
Dalam prakteknya CNC lebih diminati. Untuk menerangkan kedua istilah,
perhatian pada perbedaan utama antara system NC dan CNC. Kedua
system melaksanakan tugas yang sama, yaitu memanipulasi data untuk
tujuan pemesinan. Dalam kedua sistem, desain internal dari system control
berisi instruksi logis data proses, dan memiliki akhir yang sama.
System NC (yang berlawanan dengan system CNC) menggunakan
fungsi logis, system NC dibangun dalam permanen kabel dengan control
unit. Fungsi ini tidak dapat diganti oleh programmer ataupun operator
mesin. Karena kabel tetap dari logic control, system NC ini identik dengan
istilah “hardwire”.System dapat menerjemahkan sebuah program, tetapi
tidak dapat mengizinkan mengganti program, dengan menggunakan
feature control. Semua perubahan yang diperlukan harus dilakukan jauh
dari control, melainkan dilingkungan kantor. System NC juga memerlukan
penggunaan kaset untuk menginput dari informasi program.
System modern CNC tidak seperti system NC, pengunaan mikro
prosesor internal (seperti computer). Computer ini berisi memory register
storing yang beraneka ragam kebiasaan yang dapat memanipulasi fungsi
logical, yang berarti programmer ataupun operator mesin dapat merubah
program pada control mesin perkakas, dengan hasil yang seketika itu juga.
Flexsibilitas ini adalah keuntungan yang terbaik dari system CNC dan
barangkali menjadi kunci elemen dari penggunaan luas di teknologi
manufaktur yang modern. CNC program dan fungsi logical disimpan pada
special
computer
chips,
seperti
software
instructionslebih
baik
dibandingkan dengan penggunaan hardware connection, seperti kabel.
Yang membedakan dengan NC system, CNC system dikenal dengan
istilah “softwired”.
Universitas Sumatera Utara
Saat menggambarkan fakta tentang teknologi control numerik,
biasanya digunakan istilah NC dan CNC. Perlu diingat bahwa NC dapat
berarti juga CNC dalam pembicaraan, tetapi CNC tidak ditujukan pada
teknologi yang lampau. Huruf C singkatan dari computerized dan tidak
dapat diterapkan dalam system hardwired. Semua system control didunia
manufaktur saat ini adalah sstem CNC.
(Peter Smid, 2003)
Universitas Sumatera Utara
TINJAUAN PUSTAKA
2.1.Produktivitas Pada Proses Permesinan
2.1.1. Waktu produksi
Waktu untuk menghasilkan produk atau waktu yang diperlukan
untuk menyelesaikan suatu pekerjaan (memotong bagian tertentu produk)
dengan cara tertentu (menggunakan suatu jenis pahat) adalah merupakan
variabel yang penting dalam rangka penentuan kondisi pemesinan
optimum. Untuk jumlah produk yang cukup besar maka secara kasar dapat
ditentukan waktu pemesinan rata-rata untuk mengerjakan satu produk,
yaitu dengan cara membagi seluruh waktu yang digunakan dengan jumlah
produk yang dihasilkan. Akan tetapi, cara ini tidak baik untuk
dilaksanakan karena tidak memberikan informasi yang jelas mengenai
komponen waktu (bagian waktu total) yang berkaitan dengan setiap
langkah pengerjaan. Sesuai dengan tujuan optimisasi maka diingnkan
pembagian waktu menurut komponennya sehingga dapat diketahui
komponen waktu yang mana yang mungkin dapat diperkecil.Secara garis
besar dapat dikelompokan 2 macam komponen waktu yaitu :
1. Komponen waktu yang dipengerahui oleh variable proses
2. Komponen waktu yang bebas
Untuk menghasilkan satu produk maka diperlukan komponenkomponen waktu sebagai berikut :
1. Komponen waktu yang dipengaruhi oleh variabel proses
Keterangan :
a. �� =
��
��
=
��
� .�
; min/produk…………………..(2.1)
�� = waktu pemotongan sesungguhnya (real cutting time) ; min
�� = panjang pemesinan ; mm
Universitas Sumatera Utara
�� = kecepatan makan ; mm/min
b. ��
��
�
; min/produk………….……………..(2.2)
Yaitu waktu penggantian pahat yang dibagi rata untuk sejumlah
produk yang dihasilkan sejak pahat yang baru dipasang sampai pahat
tersebut harus diganti karena aus. Bagi mesin perkakas NC atau ATC,
maka pahat dapat diganti sewaktu pahat tersebut tidak digunakan
(tersimpan pada tempatnya), dengan demikian siklus proses tidak
terganggu, akibat komponen waktu ini dihilangkan.
Keterangan :
a. �� = waktu penggantian atau pemasangan pahat (tool changing
time) ; min
b. T = umur pahat ; min
c.
��
�
= bagian dari umur pahat yang digunakan untuk menyelesaikan
satu produk
2. Komponen waktu bebas
Keterangan :
�� = ��� + ��� + ��� + ��� +
��
��
; min/produk……(2.3)
a. �� = waktu non produktif (auxiliary time)
b. ��� = waktu pemasangan benda kerja (time for loading the
workpiece); min/produk
c. ��� = waktu penyiapan yaitu waktu yang diperlukan untuk
membawa/menggerakan pahat dari posisi mula sampai pada posisi
siap untuk memotong (advancing tme) ; min/produk
d. ��� = waktu pengakhiran ; yaitu waktu yang diperlukan untuk
membawa/menggerakan pahat kembali keposisi mula(retracting
time) ; min/produk
e. ��� = waktu pengambilan produk (time for unloading the
workpiece) ; min/produk
Universitas Sumatera Utara
f.
��
��
= bagian dari waktu penyiapan mesin beserta perlengkapannya
(fixture and attachments) yang dibagi rata untuk sejumlah produk
yang direncanakan untuk dibuat saat itu (�� , lot size)
Dengan demikian waktu pemesinan perproduk rata-rata adalah:
�� = �� + �� + ��
Dengan demikian untuk
��
�
; min/produk…………..(2.4)
menaikan produktifitas,
maka perlu
diusahakan pengecilan waktu pemesinan, yaitu dengan jalan:
a. Memperkecil waktu nonproduktif ��
Waktu nonproduktif mungkin masih dapat diperkecil dengan
menggunakan fixture untuk mempermudah dan mempercepat
pemasangan dan pembongkaran benda kerja, mempercepat ��� ,
dan ��� serta menaikan jumlah produksi. Apabila produksi belum
pernah dilakukan, maka waktu nonproduksi ini hanya dapat
diperkirakan berdasarkan pengalaman. Sebaliknya bagi proses
produksi yang telah berjalan, maka dapat dilakukan pengamatan
secara langsung (time and motion study) sehingga dapat diketahui
harga rata-ratanya dan sekaligus bila perlu dapat diusulkan rencana
perbaikan cara kerja.
b. Menurunkan waktu pemotongan ��
Waktu pemotongan dapat diturunkan dengan memperbesar
kecepatan makan �� . Bagi proses bubut (turning, boring, facing),
mengurdi (drilling dengan mesin bubut atau mesin gurdi dengan
gerak makan otomatik) dan menyekrap (shapng, 29lanning, hal ini
dapat dicapai dengan menaikan gerak makan f atau putaran spindel
n. Pembesaran gerak makan akan menaikan gaya potong dan
permukaan produk akan makin kasar, sedangkan pembesaran
putaran spindel akan menaikkan daya potong. Apabila hal ini
memungkinkan masih harus dipertimbangkan pengaruh penurunan
Universitas Sumatera Utara
umur pahat karena pembesaran v atau n dan f. Semakin besar
harga yang dipilih umur pahat akan semakin pendek dan semakin
serng diganti. Akibatnya pada suatu kondisi tertentu produktfitas
tidak mungkn dinaikan lagi malah akan menurun dengan
diperkecilnya waktu pemotongan �� .
Harus diingat pula bahwa semakin sering pahat diganti/diasah
maka ongkos pemakaian pahat akan semakin tinggi, sehingga pada
suatu kondisi tertentu ongkos produksi tidak lagi mengecil,
melainkan membesar kembali. Hal ini menunjukan suatu gambaran
bahwa pada suatu kondisi pemotongan yang memberikan suatu
harga �� tertentu yang menghasilkan produktifitas tertinggi atau
ongkos permesinan termurah.
c. Mempercepat cara penggantian pahat ��
Kemudahan penggantian pahat yang telah aus dengan pahat
yang baru (tajam) ditentukan oleh jenis pahat dan system
pemegangnya. Penggantian pahat bubut HSS atau karbida yang
dipatri keras (brazed carbide tip) pada psot mesin bubut jelas akan
lebih lama dibandingkan dengan mengganti sisipan karbida
(throwaway carbide tip) pada badan pahat (tool shank). Apabila
pahat yang baru tidak tersedia didekat mesin, maka berarti operator
harus mencari penggantinya atau mengasah sendiri, dan waktu
yang hilang ini akan termasuk dalam waktu penggantian pahat.
Oleh sebab itu perlu dipertimbangkan untuk menyediakan pahat
cadangan atau mewujudkan bagian pabrik yang mengurusi pahat
(tool
cribs
dengan
tugas
menyimpan,
mengasah,
dan
mempersiapkan segala jenis pahat).(Taufiq Rochim 1993)
2.1.2. Ongkos produksi
Bagi suatu indusrti pemesinan adalah mutlak untuk mengetahui
beberapa ongkos sebenarnya dalam pembuatan suatu produk/komponen
mesin. Dengan mengetahui harga jual produk atau harga penawaran
Universitas Sumatera Utara
kontrak pembuatan sejumlah produk (subcontract parts) maka dapat
dibayangankan keuntungan yang akan diperoleh. Dalam kenyataan,
penghitungan ongkos pembuatan tersebut tidak selalu mudah, tergantung
pada ukuran perusahaan, ragam dan kompleksitas produk yang
ditanganinya dan struktur penghitungan ongkos (akutansi/cost accounting)
yang dianut oleh perusahaan yang bersangkutan. Ongkos pembuatan dapat
ditentukan dari beberapa komponen ongkos yang membentuknya.
Berbagai bentuk struktur komponen-komponen ongkos telah diajukan
orang, masing-masing dengan cara pendekatan yang berbeda dengan
anggapan dan penyederhanaan yang berlainan disesuaikan dengan kondisi
atau ukuran perusahaan, guna mempermudah perhitungan ongkos (atau
untuk tujuan lain?). Terlepas dari perbedaan yang ada tersebut, dapat
dikatakan bahwa semakin teliti penentuan ongkos pembuatan maka
keuntungan yang akan diperoleh akan semakin pasti atau perusahaan akan
semakin berani untuk mengajukan penawaran yang serendah mungkin.
Hal ini dapat dimaklumi, karena perusahaan dapat mengetahui dan
berusaha untuk menekan bilamana mungkin pada salah satu atau beberapa
komponen ongkos pembuatannya.
Struktur ongkos pembuatan dapat dibuat menjadi bebrapa
komponen ongkos yang sesuai untuk digunakan pada analisis kondisi
pemotongan optimum. Dalam hal ini pembahasan yang akan dibatasi pada
hal-hal yang dianggap perlu dalam kaitannya dengan proses pemesinan.
Sementara itu, penghitungan yang rinci atas komponen ongkos yang lain
dapat dipelajari pada beberapa buku referensi yang sesuai (teknik
akutansi). Dengan demikian, dari pemahaman atas struktur ongkos ini
diharapkan dapat menjadi bekal yang cukup mantap untuk dipraktekan,
dikembangkan atau disesuaikan dengan masalah sesungguhnya di industry
pemesinan.
1. Ongkos total perproduk (unit cost)
Ongkos suatu produk dtentukan oleh ongkos material (bahan dasar)
dan ongkos produksi yang mungkin terdiri atas gabungan beberapa
langkah proses pembuatan/pemesinan sebagaimana rumus berikut :
Universitas Sumatera Utara
Keterangan :
Cu = CM + Cplan + ∑ CP ; Rp/produk………..(2.5)
Cu = ongkos total ; Rp/produk
CM = ongkos material ; Rp/produk
Cpla n = ongkos persiapan/perencanaan produksi ; dapat pula
dimasukan ongkos perencanaan produk (bila produk dirancang
sendiri)
CP = ongkos salah satu proses produksi ; Rp/produk…..(2.6)
Ongkos material terdiri atas tiga pembelian dan ongkos tidak
langsung (indirect/overhead cost of material) yang merupakan
ongkos khusus yang dibebankan bagi material yang berkaitan
dengan penyimpanan (sewaktu masih berupa bahan ataupun
setelah
menjadi
produk)
dan
penyiapan.
Bagian
gudang
membebani perusahaan dengan adanya ruang/gudang mesin-mesin
pemotong (precutting), pengangkutan (material handling) dengan
penghitungan atas bunga, pajak dan asuransi, pemeliharaan, serta
karyawan yang menangani masalah pergudangan. Kesemuanya itu
dibagi (dengan factor pemberat) dan dibebankan bagi masingmasing material yang ada di gudang sesuai dengan luas lantai yang
diperlukan dan lamanya penyimpanan.
CM = CMo + CMi ; Rp/produk……………(2.7)
Keterangan :
CM = ongkos material ; Rp/produk
CMo = harga pembelian ; Rp/produk
CMi = ongkos tak langsung ; Rp/produk
Ongkos proses produksi dapat dirincikan menjadi ongkos
penyiapan dan peralatan (special tooling, fixture), ongkos
Universitas Sumatera Utara
pemesinan (machining cost), dan ongkos pahat (cutter/tool cost),
yaitu:
CP = Cr + Cm + Ce ; Rp/produk ………..(2.8)
Keterangan :
CP = ongkos produksi ; Rp/produk
Cr = ongkos penyiapan dan peralatan ; Rp/produk
Cm = ongkos pemesinan ; Rp/produk
Ce = ongkos pahat ; Rp/produk
Peralatan khusus seperti pemegang (fixture) mungkin
diperlukan guna memperkecil waktu nonproduktif. Fixture ini
dibuat sesuai dengan mesin perkakas yang digunakan, langkah/cara
pemesinan dan geometri bahan. Ongkos pembuatan fixture yang
biasanya mahal (dibuat khusus, toleransi geometri komponenkomponennya cukup sempit) harus diatasi dengan memperbesar
jumlah produk yang akan dibuat (lot size). Ditinjau dari proses
produksi, ongkos ini dianggap sebagai ongkos tetap yang tidak
dipengaruhi oleh laju kecepatan produksi.
Cr = (Cset + Cfix + Cpr )/nt ; Rp/produk………..(2.9)
Keterangan :
Cr = ongkos persiapan dan peralatan khusus ; Rp
Cset = ongkos pengeturan/setting mesin (Cm , t set ) ; Rp
Cfix = ongkos perkakas bentuk cekam (fixture) ; Rp
Cpr = ongkos penyiapan program NC (hanya berlaku bagi mesin
perkakas NC) yang meliputi, programming (cpr , t pr ), percobaan
(first article test, cm , t set ditambah bahan habis untuk percobaan)
dan pengukuran pertama untuk sertifikasi program cm , t set ; Rp
Universitas Sumatera Utara
nt = jumlah produk yang dibuat ; buah
Ongkos pemesinan dihitung bedasarkan waktu pemesinan
rata-rata perproduk dan ongkos operasi (persatuan waktu ; menit)
dengan demikian dipengaruhi oleh laju kecepatan produksi.
Ongkos pahat perlu ditetapkan sebagai komponen ongkos yang
terpisah karena mempunyai kaitan langsung dengan umur pahat
yang merupakan variable utama dalam proses pemesinan.
Cm = cm . t m ; Rp/produk …………….(2.10)
Keterangan :
Cm = ongkos pemesinan ; Rp/produk
cm = ongkos operasi mesin (mesin, operator, overhead) persatuan
waktu ; Rp/min
t m = waktu pemesinan ; min/produk
2. Ongkos operasi (operating cost)
Ongkos operasi pesatuan waktu (menit) bagi suatu kesatuan
produksi
(mesin
bagian/kegiatan
yang
pabrik
bersangkutan,
yang
operator
mendukungnya)
dan
dapat
seluruh
dihitung
berdasarkan ongkos yang membentuknya dalam satu priode (tahun)
dibagi dengan jumlah menit kerja efektif pertahun. Ongkos operasi
pertahun merupakan gabungan dariongkos tetap (fixed cost) dan
ongkos variabel (variable cost) yang selanjutnya dapat dikelompokan
sebagai ongkos langsung (direct cost) dan ongkos tak langsung
(indirect cost), yaitu :
CJ = Cf + Cd + CI ; Rp/tahun ………………(2.11)
Keterangan :
CJ = ongkos operasi pertahun ; Rp/tahun
Universitas Sumatera Utara
Cf = ongkos tetap pertahun ; Rp/tahun
Cd = ongkos variabel langsung pertahun ; Rp/tahun
Ci = ongkos variabel tak langsung pertahun ; Rp/tahun
3. Ongkos mata potong
Pahat (tool/cutter) merupakan bahan habis yang diperlukan dalam
proses pemesinan. Suatu langkah proses pemesinan menghabiskan
sebagian dari umur pahat sehingga perlu dikenakan beban atau ongkos
mata potong pahat. Ongkos ini dapat dihitung bedasarkan harga pokok
mata potong tersebut ditambah dengan biaya pendukungnya yaitu
penyetelan
dan/atau
pengasahan.
Sesuai
dengan
jenis
dan
konstruksinya, maka dapat dibedakan dua macam pahat yaitu pahat
tanpa pengasahan (throwaway carbide trip) dan pahat yang dapat
diasah (brazed tip yaitu carbide tip yang dipasang mati pada bahan
pahat, dan HSS).
a. Pahat tanpa pengasahan
ce = (z)
C oti
e
+
C sh
r
+ (cs t s ) ; Rp/mata potong ………….(2.12)
Ketrerangan :
ce = ongkos mata potong pahat ; Rp/mata potong
Coti = harga sisipan karbida (carbide tip/insert) Rp
e = jumlah mata potong sisipan karbida (2,3,atau 4 potong) yang
bisa dimanfaatkan
Csh
= harga badan pahat (pemegang sisipan) termasuk
peralatan/komponen dan suku cadangnya ; Rp
r = jumlah pemakaian badan pahat
sampai aus/rusak
(diperkirakan sekitar 500 – 1000 kali penggantian/penyetelan
karbida sisipannya)
cs t s = ongkos penyetelan pahat diluar mesin (bila diperlukan
misalnya untuk digunakan pada mesin NC ; dilakukan oleh
Universitas Sumatera Utara
bagian pahat dan perkakas), dimana cs adalah ongkos operasi
penyetelan permenit dan t s adalah waktu penyetelan ; menit
z = jumlah gigi apabila pahat merupakan jenis pahat freis
dengan karbida sisipan (untuk pahat bubut z =1)
b. Pahat yang dapat diasah
Ce =
C otb +r g c g t g
r g +1
+ (cs t s ) ; Rp/mata potong ………..(2.13)
Keterangan :
Cotb = harga pahat HSS atau pahat dengan kerbida sisipan yang
dipatri keras (brazed carbide tip), dalam kondisi siap pakai
(tajam) ; Rp
rg = jumlah pengasahan yang mungkin dilakukan, sampai mata
potong menjadi terlalu pendek (4 -15 kali)
cg t g = ongkos penegasahan pahat tergantung pada ongkos operasi
permenit untuk proses pengasahan cg , dan waktu pengasahan t g
cs t s = ongkos penyetelan pahat pada tool shank atau tool block,
yang dilakukan diluar mesin perkakas NC ; Rp/mata potong.
(Taufiq Rochim, 1993)
2.2.Permesinan Keras
Kita mengenal bahwa, jika kekerasan benda kerja ditingkatkan
kemampuan pemesinannya akan berkurang, keausan dan keretakan pahat,
kualitas akhir dari permukaan bisa menjadi masalah yang signifikan. Sebuah
contoh umum adalah pemesinan akhir dari baja yang telah diberi perlakukan
panas (45-65 HRC) poros, roda gigi dan komponen otomotif lainya
menggunakan pahat polycrystalline cubic boron-nitride (PcBN), cermet atau
ceramic. Disebut pemesinan keras, karena proses ini menghasilkan produk
Universitas Sumatera Utara
akhir dengan akurasi dimensi yang baik, kualitas permukaan akhir (< 0.25
�m). Daya yang ada, static dan dinamik kekakuan, serta spindel dari mesin
juga work holding device dan fixture menjadi factor yang menentukan.
(Serope Kalpakjian, Steven R. Schmid 2009).
2.2.1. Operasi turning
Pembubutan
(turning)
adalah
proses
permesinan
yang
menghasilkan bagaian-bagian mesin berbentuk silinder yang dikerjakan
dengan mengunakan mesin bubut (lathe). Prinsip dasarnya dapat
didefinisikan sebagai proses permesinan permukaan luar benda silindris
atau bubut rata dengan benda kerja yang berputar, dengan satu mata pahat
bermata potong tunggal (single-point cutting tool), dan dengan gerakangerakan pahat sejajar terhadap sumbu benda kerja pada jarak tertentu
sehingga akan membuang permukaan luar benda kerja.
Gambar 2.1 Bagian-bagian mesin bubut konvensional
Gambar 2.2 Bagian-bagian mesin bubut CNC
Universitas Sumatera Utara
Benda kerja dipegang oleh pencekam yang dipasang diujung poros
utama (spindle), dengan mengatur lengan pengatur yang terdapat pada
kepala diam, poros utama (n) dapat dipilih. Harga putaran poros utama
umumnya dibuat bertingkat, dengan aturan yang telah distandartkan,
misalnya 630, 710, 800, 900, 1000, 1120, 1250, 1400, 1600, 1800, dan
2000 rpm.
Gambar 2.3 Ilustrasi proses pembubutan
Untuk mesin bubut dengan putaran variable ataupun dengan sistem
transmisi variabel kecepatan putaran poros utama tidak lagi bertingkat
melainkan berkesinambungan (continue). Pahat dipasang pada dudukan
pahat dan kedalaman potong (a) diatur dengan mengeser peluncur silang
melalui roda pemutar menunjukan selisih harga diameter, dengan
demikian kedalaman gerak translasi bersama-sama dengan kereta dan
gerak makannya diatur dengan lengan pengatur pada rumah roda gigi.
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.4 Ilustrasi skematik proses pembubutan
Gerak makan (f) yang tersedia pada mesin bubut bermacammacam dan menurut tingkatannya telah distandarkan misalnya : . . . ., 0,1,
0,112, 0,125, 0,14, 0,16, . . . . (mm/r). Adapaun kondisi pemotongan pada
proses pembubutan adalah sebagai berikut :
Benda kerja :
a. �0 = diameter mula (mm)
b. �� = diameter akhir (mm)
c. ��
= panjang permesinan (mm)
Pahat :
a. �� = sudut potong utama (°)
b. �� = sudut geram (°)
Mesin bubut :
a. a
= kedalaman potong
b. f
�=
= gerak makan (mm/r)
c. n
= putaran poros utama (benda kerja) (r/mm)
�0
��
�
2
(mm)………………………….(2.14)
Universitas Sumatera Utara
Elemen dasar permesinan bubut dapat dihitung dengan rumusrumus berikut :
1. Kecepatan potong
2. Kecepatan makan
�=
� .� .�
1000
(��min
) ……………………..(2.15)
�� = � . � ������� � …………………..(2.16)
3. Waktu pemotongan
�� =
4. Kecepatan penghasilan geram
���
�� (min) ………………………..(2.17)
� = � . � . � (�� ���� ) ………………..(2.18)
3
2.2.2. Permesinan kering
Permesinan kering (dry machining) adalah proses permesinan yang
tidak menggunakan fluida pendingin dalam proses pemotongannya.
Fenomena kegagalan pahat dan pengunaan cairan pemotong merupakan
salah satu masalah yang banyak dikaji dan mendapat perhatian dalam
kaitannya yang sangat berpengaruh terhadap kekasaran permukaan hasil
pengerjaan, keteltian geometri produk dan mekanisme keausan pahat serta
umur pahat, melaporkan bahwa umumya cairan pemotongan bekas
disimpan dalam kontainer dan kemudian ditimbun di tanah. Selain itu,
masih banyak praktek yang membuang cairan pemotongan bekas langsung
ke alam bebas. Hal ini jelas akan merusak lingkungan.
Pilihan alternatif dari pemesinan basah adalah pemesinan kering,
karena selain tidak ada cairan pemotongan bekas dalam jumlah besar yang
akan mencemari lingkungan juga tidak ada kabut partikel cairan
pemotongan yang akan membahayakan operator dan juga serpihan
pemotongan tidak terkontaminasi oleh residu cairan pemotongan.
Pemesinan kering mempunyai beberapa masalah yang antara lain, gesekan
Universitas Sumatera Utara
antara permukaan benda kerja dan pahat potong, kecepatan keluar
serpihan, serta temperatur potong yang tinggi dan hal tersebut semuanya
terkait dengan parameter pemesinan.
Secara umum industri pemesinan pemotongan logam melakukan
pemesinan kering adalah untuk menghindari pengaruh buruk akibat cairan
pemotongan yang dihasilkan oleh pemesinan basah. Argumen ini secara
khusus didukung oleh penelitian yang telah dilakukan Mukun et. al.,
(1995) secara kuantitatif menyangkut pengaruh buruk pemesinan basah
dengan anggapan pada pemesinan kering tidak akan dihasilkan
pencemaran lingkungan kerja dan ini berarti tidak menghasilkan kabut
partikel cairan pemotongan. Oleh sebab itu perlu diketahui pentingnya
pemesinan kering dilakukan dalam proses. pertimbangan hal diatas pakar
pemesinan mencoba mencari solusi dengan suatu metode pemotongan
alternatif dan mereka merumuskan bahwa pemesinan kering (dry cutting)
yang dari sudut pandang ekologi disebut dengan pemesinan hijau (green
machining) merupakan jalan keluar dari masalah tersebut. Melalui
pemesinan kering diharapkan disamping aman bagi lingkungan, juga bisa
mereduksi ongkos produksi.
Pemesinan
kering
direkomendasikan
penggunaanya
mengatasi masalah pencemaran lingkungan akibat
untuk
limbah cairan
pendingin, maka para pakar pemesinan merekomendasikan dengan
pemesinan kering. Selain karena alasan masalah pencemaran lingkungan
hal lain yang menjadi alasan dipakainya metode pemesinan kering adalah
untuk menghemat biaya produksi.
Universitas Sumatera Utara
Ongkos 2.5 Biaya produksi permesinan secara umum (Sumbes:
Balzers Inc)
Pemesinan kering diakui mampu mengatasi masalah pada dampak
yang telah di uraikan diatas. Pilihan alternatif dari pemesinan basah adalah
pemesinan kering, karena selain tidak ada cairan pemotongan bekas dalam
jumlah besar yang akan mencemari lingkungan juga tidak ada kabut
partikel cairan pemotongan yang akan membahayakan operator dan juga
serpihan pemotongan tidak terkontaminasi oleh residu cairan pemotongan.
Pemesinan kering mempunyai beberapa masalah yang antara lain, gesekan
antara permukaan benda kerja dan pahat potong, kecepatan keluar geram,
serta temperatur potong yang tinggi dan hal tersebut semuanya terkait
dengan parameter pemesinan.
Konsep pemesinan kering ini sebenarnya biasa dilakukan oleh
industri manufaktur. Dari aspek proses pemesinan, pemesinan kering
berarti pemotongan logam dilakukan pada suhu dan gesekan yang relative
tinggi. Sejak akhir tahun 1970 penggunaan proses pembubutan keras (hard
turning) dijadikan inovasi berikutnya untuk mengatasi permasalahan yang
ada, hal ini terbukti melalui proses pembubutan keras dapat mereduksi
waktu pemesinan hingga 60 % (Thonsoff, et.al, 1995).
Universitas Sumatera Utara
2.3.Bahan Baja
Benda kerja yang digunakan untuk penelitian ini adalah baja AISI
4340 yang telah dilakukan proses pengerasan (hardening process). Pemilihan
baja AISI 4340 karena baja ini banyak dipakai dalam pembuatan komponenkomponen permesinan, murah dan mudah didapatkan di pasaran, komponen
mesin yang terbuat dari baja ini contohnya automotive dan aircrafts
crankshafts, rear axle shafts, connecting rod, propeller hub, gear, drive shafts.
2.4. Pahat Karbida
2.4.1. Karbida
Jenis karbida yang “disemen” (Cemented Carbide) ditemukan pada
tahun 1923 (KRUPP WIDIA) merupakan bahan pahat yang dibuatdengan
cara menyinter (sintering) serbuk karbida (nitride, oksida) dengan bahan
pengikat yang umumnya dari cobalt (Co). Dengan cara carbruzing masingmasing bahan dasar (serbuk) tungsten (wolfram,W) titanium (Ti), tantalum
(Ta) dibuat dengan karbida yang kemudian digiling (ball mill) dan
disaring. Salah satu atau serbuk karbida tersebut kemudian dicampur
dengan bahan pengikat cobalt (Co) dan dicetak dengan memakai bahan
pelumas (lilin). Setelah itu dilakukan presintering (1000℃ pemanasan
mula untuk menguapkan bahan pelumas) dan kemudian sintering (1600℃)
sehingga bentuk keping (sisipan) sebagai hasil proses cetak tekan (cold
atau HIP) akan menyusut menjadi sekitar 80% dari volume semula.
Hot hardness karbida yang disemen (diikat) ini hanya akan
menurun bila tejadi pelunakan elemen pengikat. Semakin besar presentase
pengikat Co maka kekerasannya menurun dan sebaliknya keuletannya
membaik. Modulus elastisitasnya sangat tinggi demikian pula berat
jenisnya (density, sekitar 2 kali baja). Koefisien muainya setengah
daripada baja dan konduktifitas panasnya sekitar 2 atau 3 kali
konduktifitas panas HSS. Ada tiga jenis utama pahat karbida sisipan :
1. Karbida tungsten (WC+Co) yang merupakan jenis pahat karbida untuk
memotong besi tuang (cast iron cutting grade)
Universitas Sumatera Utara
2. Karbida tungsten paduan (WC-TiN+Co; WC-TaC-TiC+Co; WCTaC+Co; WC-TiC-TiN+Co; TiC-Ni Mo) merupakan jenis pahat
karbida untuk memotong baja (steel cutting grade)
3. Karbida lapis (coated cemented carbide) merupakan jenis karbida
tungsten yang dilapis (satu atau beberapa lapisan) karbida, nitride,
atau oksida lain yang lebih rapuh tetapi hot hardnessnya tinggi.
(Taufiq Rochim 1993)
2.4.2. Karbida lapis
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 permesinan
(dinegara-negara maju, pemaikainya 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 1-8 mikron ini diperoleh dengan cara PVD atau CVD. Pelapisan
secara CVD (Chemical Vapour Deposition) menghasilkan ikatan lebih
kuat daripada PVD (Physical Vapour Deposition). CVD dilaksanakan
dengan mengendapkan elemen atau paduan elemen (keramik) yang terjadi
akibat reaksi pada fasa uap antara elemen/paduan tersebut dengan gas
pereaksi. (Taufiq Rochim 1993)
Universitas Sumatera Utara
Tabel 2.1 Jenis Karbida Lapis (Coated Cemented Carbides)
Jenis
Single
Layer
Material
Induk
WC
Bahan Pelapis
Keterangan
permesinan tanpa
+ TiC
kejutan
+ TiN
tahan keausan kawah
+ TiCN
+ AL2 O3
permesinan besi tuang
+ HfN
Two
Layer
WC
+ TiCN-TiN
+ TiC-TiCN
+ TiCN-TiN
+ TiC-AL2 O3
Multi
Layer
WC
permesinan besi tuang
+ TiC-TiCN-TiN
+ TiN-TiC-TiN
multi guna
+ TiC-TiN-AL2 O3
+ TiC-Special
ceramics-AL2 O3
2.5.Survey
Sumatera utara dikenal dengan hasil kebunnya yang berlimpah, salah
satunya adalah kelapa sawit, banyak berdiri industri pengolahan pabrik kelapa
sawit di sumatera utara. Dikutip dari situs pemerintahan Provinsi Sumatera
Utara yaitu http://www.sumutprov.go.id/untuk-dunia-usaha/perkebunan-dankehutanan didapat informasi bahwa kelapa sawit adalah usaha perkebunan
yang paling diminati.
Universitas Sumatera Utara
Tabel 2.2 Luas area perkebunan Provinsi Sumatera Utara
Jenis komoditas
Kelapa Sawit
Karet
Kelapa
Kakao
Lainnya
Jumlah
Perk. Rakyat
405.921,08
378.423,44
110.138,84
66.433,25
138.850,31
1.099.766,92
PTPN
306.393,62
93.282,58
11.856,11
12.781,25
424.313,56
Luas (Ha)
PBSN
248.500,45
62.271,64
1.610,20
2.811,36
316.086,70
PBSA
115.202,57
41.258,37
1.053,02
2.468,10
893,05
159.982,06
Total
1.076.017,72
575.236,03
112.802,06
83.568,82
152.524,61
2.000.149,24
Tabel 2.3 Produksi perkebunan Provinsi Sumatera Utara
Jenis komoditas
Kelapa Sawit
Karet
Kelapa
Kakao
Lainnya
Jumlah
Perk. Rakyat
PTPN
5.568.269,49 5.099.890,26
287.653,10
67.148,88
93.984,78
38.651,95
13.717,76
100.152,93
41.257,00
6.088.712,25 5.222.013,90
Produksi (Ton)
PBSN
PBSA
Total
3.191.105,65 1.633.784,75 15.493.050,15
63.24,66
50.621,83
468.648,47
1.562,26
1.152,70
96.699,74
2.698,52
2.498,36
57.566,59
893,05
142.205,66
3.259.386,82 1.688.057,64 16.258.170,61
Untuk menjaga produktivitas suatu industri kelapa sawit haruslah
diberi perhatian khusus pada setiap komponen/mesin pengolahan kelapa sawit
agar nantinya tidak menggangu proses produksi jikalau ada komponen yang
rusak, salah satunya adalah thresher yaitu berfungsi sebagai pemisah buah
kelapa sawit dengan tandannya.
Gambar 2.6 Thresher pada pabrik pengolahan pabrik kelapa sawit
Universitas Sumatera Utara
Banyak bengkel (workshop) di kota Medan yang membuat thresher untuk
industri pengolahan kelapa sawit yang berfungsi memisahkan buah kelapa
sawit dari tandannya, salah satunya Bengkel Bubut Anda yang berlokasi di
Jalan Medan-Binjai km 12 dan Mustika Engineering yang berlokasi di Jalan
Pukat Banting II / Mustika, Medan dalam menerima pesanan poros thresher,
row material disediakan oleh pemesan, bengkel tersebut hanya melakukan
proses pembubutan, satu unit poros rata-rata kedua bengkel tersebut dapat
menyelesaikan dalam waktu 3-4 minggu, poros theresher menggunakan
material baja AISI 4140 tanpa adalagi proses pengerasan (hardness), pahat
yang digunakan yaitu brazing cemented carbide, dengan kualitas permukaan
medium finish. Informasi yang didapatkan dari operator kedua bengkel
teresebut bahwa ongkos jasa untuk pembubutan shaft thresher ini adalah
berkisar Rp 11.000.000,- sampai dengan Rp 16.000.000,-. Dalam memproses
poros thresher bengkel memiliki parameter pemotongan ( v = kecepatan poros
(rev/min), f = gerak makan (mm/rev), a = kedalaman potong (mm) ) yang
berbeda, seperti yang ditampilkan pada table berikut ini :
Tabel 2.4 Kondisi pemotongan pada Bengkel Bubut Anda dan Mustika
Engineering
Bengkel Bubut Anda
Mustika Engineering
v = 55 m/min untuk pemakanan awal
v = 50 m/min untuk pemakanan awal
v = 85 – 100 m/min untuk finishing
v = 95 – 110 m/min untuk finishing
f = 1.0 mm/rev (pada v = 80 rpm)
f = 1 mm/rev (pada v = 90 rpm)
f = 2 mm/rev (pada v = 85 – 100 rpm) f = 2.5 mm/rev (pada v = 95 – 110
rpm)
a = 3 mm
a = 2 – 3 mm
Penggunaan cairan pendingin
Penggunaan cairan pendingin
(coolant) 7 -9 L / poros
(coolant) 7 -10 L / poros
Jasa pembubutan 12-15 juta dan
Jasa pembubutan 13-16 juta dan
waktu pengerjaan 3-4 minggu, bahan
waktu pengerjaan 3-4 minggu, bahan
dari customer.
dari customer.
Universitas Sumatera Utara
Dalam memproses poros thresher rata-rata kedua bengkel melakukan
pengasahan pahat 8 – 10 kali setelah itu pahat tidak digunakan lagi atau umur
pahat habis, indikator operator mengasah pahat adalah melihat permukaan
benda kerja yang tidak halus, bunyi dari gesekan pahat dengan benda kerja
dan bentuk geram setelah pemotongan. Kedua bengkel tidak dapat menyusun
proses perencanaan (job planning) yang baik sehingga tidak dapat
meminimalkan waktu produksi poros shaft thresher agar dapat mencapai
produktivitas yang efektif dan efisien.
Gambar 2.7 Row material shaft thresher baja AISI 4140
Gambar 2.8 Operator sedang membubut shaft thresher
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.9 Shaft thresher setelah di assembly
2.6.Mesin CNC Turning
Computer Numerical Control / CNC Turning merupakan system
optimasi mesin perkaskas bubut yang dioperasikan oleh perintah yang
diprogram secara abstrak dan disimpan di media penyimpanan, hal ini
berlawanan dengan kebiasaan sebelumnya dimana mesin perkakas biasanya
dikontrol dengan putaran tangan atau otomatis sederhana menggunakan cam.
Kata NC sendiri adalah singkatan dari Bahasa Inggris dari kata Numerical
Control yang artinya control numerik. Mesin NC pertama diciptakan pada
tahun 1940-an sampai1950-an, dengan memodifikasi mesin perkakas biasa.
Dalam hal ini mesin perkakas biasa ditambahkan dengan motor yang akan
menggerakan pengontrol mengikuti titk-titik yang dimasukkan kedalam
system oleh perekam kertas.Mesin perpaduan antara servo motor dan mekanis
ini segera digantikan dengan system analog dan kemudian computer digital,
menciptakan mesin perkakas modern atau mesin CNC (computer numerical
control) yang dikemudian hari telah merevolusi proses desain.
Universitas Sumatera Utara
Saat ini mesin CNC mempunyai hubungan yang sangat erat dengan
program CAD. Mesin-mesin CNC dibangun untuk menjawab tantangan
didunia manufaktur modern. Dengan mesin CNC, ketelitian suatu produk
dapat dijamin hingga 1/100 mm lebih, pengerjaan produk masal dengan hasil
yang sama persis dan waktu permesinan yang cepat. NC/CNC terdiri dari
bagian utama yaitu :
a. Program
b. Control unit / processor
c. Motor listrik servo untuk menggerakan control pahat
d. Motor listrik untuk menggerakan/memutar pahat
e. Pahat
f. Dudukan atau pemegang
Prinsip kerja NC/CNC secara sederhana dapat diuraikan sebagai berikut :
1. Programmer membuat program CNC sesuai produk yang akan dibuat
dengan cara pengetikan langsung pada mesin CNC maupun dibuat
pada computer dengan software pemrogaman CNC.
2. Program CNC tersebut lebih dikenal sebagai G-Code, seterusnya
dikirim dan dieksekusi oleh prosesor pada mesin CNC menghasilkan
pengaturan motor servo pada mesin untuk menggerakan perkakas yang
bergerak untuk melakukan proses permesinan hingga menghasilkan
produk sesuai program.
(Wikipedia.org/wiki/CNC)
2.7.Simulasi Proses Permesinan
2.7.1. MasterCam 2017
Mastercam
merupakan
software
yang
digunakan
untuk
menggambarkan atau merencanakan proses permesinan secara virtual
melalui layar komputer. Hasil perencanaan proses permesinan tersebut
selanjutnya digunakan sebagai pedoman pada pemrograman mesin CNC
(Computer
Numerical
Controlled).
Mastercam
dikembangkan
di
Massachusetts pada tahun 1983, perusahaan yang mengembangkan
Universitas Sumatera Utara
Mastercam adalah CNC Software, Inc. yang merupakan salah satu dari
beberapa pengembang software PC berbasis computer aided design /
computer aid manufacturing tertua. CNC Software, Inc. saat ini berlokasi
di Tolland Connecticut. Saat ini Mastercam berkembang luas dan sering
digunakan baik di dunia industry maupun dunia pendidikan.
Mastercam mendukung berbagai macam jenis mesin. Berikut
produk-produk dari Mastercam :
a. Design
Untuk membuat bentuk 3D wireframe, pengukuran, serta
importing dan exporting file-file CAD non Mastercam seperti
Autocad, Solidworks, Solid Edge, Inventor, Parasolid, dan
lainnya.
b. Mill
Untuk pekerjaan frais yang dapat dilakukan seperti pocketing,
kontur, pengeboran, dan lainnya. Pengefraisan dapat dilakukan
hngga 5 sumbu.
c. Lathe
Untuk pengerjaan pembubutan berupa bubut silindris atau
pembuatan lubang benda kerja silinder.
d. Wire
Untuk membuat wirepath baik 2 sumbu maupun 4 sumbu
e. Art
Untuk
merancang
design
3D
dengan
cepat
maupun
mengonversi 2D artwork menjadi bentuk yang machinable
(mampu dikerjakan dengan permesinan)
2.7.2. Swansoft
Swansoft CNC Simulasi (SSCNC) merupakan produk inovatif
yang dirancang dan dikembangkan oleh Nanjing Swansoft perusahaan
teknologi berdasarkan pengalaman mengajar yang diperoleh di pabrikpabrik manufaktur dan pusat-pusat pelatihan indutri. Nanjing Swan
Universitas Sumatera Utara
Software Technology telah mengembangkan perangkat lunak mesin
simulasi CNC virtual yang kuat dan akurat yang termasuk kontrol dari
produsen sebagai berikut :
a. Fanuc
b. Simumerik
c. Mitsubishi
d. GSK
e. HNK
f. KND
g. WA
h. SKY
i.
Haas
j.
Fagor
k. dan Dasen.
Dengan menggunakan software ini dapat memperoleh pengalaman
yang sangat dibutuhkan “praktis” untuk pemrograman, menyiapakan dan
beroperasi mesin CNC dengan biaya sebagian besar berkurang. Nanjing
Swan Software Technology Company mengkhususkan diri dalam
perangkat lunak visualisasi terutama di bidang CAD / CAM dan NC
simulasi, penetrasi dan penerapan teknologi kunci UG. Beroriantasi
penelitian produk pabrik dan inovasi, Nanjing juga memasok pelanggan
dengan layanan yang sangat sesuai dengan tuntutan masing-masng seperti
desain produk, konsultasi teknis, dan berbasis UG-software layanan
penelitian kuadrat, yang dapat membantu perusahaan menetapkan
prosedur standar desain mereka sendiri.
2.7.3. NC program
Teknologi numerical control yang ada saat ini, dimunculkan pada
pertengahan abad 20, tepatnya pada tahun1952 U.S Air Force yang
bernama John Parsons dan Massachusetts Institute of Technology tidak
diterapkan dalam produksi manufaktur sampai awal 1960-an. Keadaannya
Universitas Sumatera Utara
datang dalam bentuk CNC, sekitar tahun 1972 dan satu dekade berikutnya
dengan pengenalan computer mikro yang terjangkau. Sejarah dan
pengembangan teknologi ini telah di dokumentasi dan telah banyak di
publikasi.
Dalam manufaktur, terutama pada pengerjaan logam teknologi
numerical controlterjadi karena sebuah revolusi. Pada saat sebelum
computer memiliki perlengkapan yang standart dalam setiap perusahaan,
teknologi numerical control hanya ditemukan pada tempat-tempat khusus.
Evolusi pada mikro elektronik dan pengembangan computer tidak pernah
berhenti berdampak pada teknologi numerical control, yang membawa
perubahan yang signifikan pada dunia manufaktur umumnya dan
pengerjaan logam khususnya.
1. Pengertian dari Numerical Control (NC)
Dalam berbagai publikasi dan artikel-artikel banyak penjelasan
telah digunakan selama bertahun-tahun, untuk mengartikan apa itu
Numerical Control (NC). Banyak pengertian dengan ide yang sama,
konsep dasar yang sama, hanya penggunaan kata yang berbeda. Sebagian
dari semua definisi yang ada dapat disimpulkan menjadi sebuah pengertian
yang relatif sederhana “ Numerical Control dapat didefinisikan sebagai
operasi pemesinan dengan cara instruksi khusus yang dikodekan untuk
system kontrol mesin”
Instruksi adalah kombinasi dari huruf-huruf abjad, angka, dan
symbol-simbol seperti decimal, persen, dan kurung. Semua instruksi
ditulis dalam urutan logis dan bentuk yang telah ditentukan. Kumpulan
semua intruksi yang dibutuhkan untuk mesin adalah sebuah bagian yang
disebut NC program, CNC program, atau part program. Program tersebut
dapat disimpan untuk digunakan di masa mendatang atau digunakan untuk
berulang kali untuk mendapatkan hasil pemesianan yang indentik pada
saat kapanpun.
Universitas Sumatera Utara
2. Teknologi NC dan CNC
Dalam kepatuhan yang ketat pada istilah, ada sebuah perbedaan
arti dalam singkatan NC dan CNC. NC adalah singkatan dari Numerical
Control teknologi yang awal dan original, sedangkan CNC adalah
singkatan dari Computerized Numerical Controlteknologi yang baru.
Dalam prakteknya CNC lebih diminati. Untuk menerangkan kedua istilah,
perhatian pada perbedaan utama antara system NC dan CNC. Kedua
system melaksanakan tugas yang sama, yaitu memanipulasi data untuk
tujuan pemesinan. Dalam kedua sistem, desain internal dari system control
berisi instruksi logis data proses, dan memiliki akhir yang sama.
System NC (yang berlawanan dengan system CNC) menggunakan
fungsi logis, system NC dibangun dalam permanen kabel dengan control
unit. Fungsi ini tidak dapat diganti oleh programmer ataupun operator
mesin. Karena kabel tetap dari logic control, system NC ini identik dengan
istilah “hardwire”.System dapat menerjemahkan sebuah program, tetapi
tidak dapat mengizinkan mengganti program, dengan menggunakan
feature control. Semua perubahan yang diperlukan harus dilakukan jauh
dari control, melainkan dilingkungan kantor. System NC juga memerlukan
penggunaan kaset untuk menginput dari informasi program.
System modern CNC tidak seperti system NC, pengunaan mikro
prosesor internal (seperti computer). Computer ini berisi memory register
storing yang beraneka ragam kebiasaan yang dapat memanipulasi fungsi
logical, yang berarti programmer ataupun operator mesin dapat merubah
program pada control mesin perkakas, dengan hasil yang seketika itu juga.
Flexsibilitas ini adalah keuntungan yang terbaik dari system CNC dan
barangkali menjadi kunci elemen dari penggunaan luas di teknologi
manufaktur yang modern. CNC program dan fungsi logical disimpan pada
special
computer
chips,
seperti
software
instructionslebih
baik
dibandingkan dengan penggunaan hardware connection, seperti kabel.
Yang membedakan dengan NC system, CNC system dikenal dengan
istilah “softwired”.
Universitas Sumatera Utara
Saat menggambarkan fakta tentang teknologi control numerik,
biasanya digunakan istilah NC dan CNC. Perlu diingat bahwa NC dapat
berarti juga CNC dalam pembicaraan, tetapi CNC tidak ditujukan pada
teknologi yang lampau. Huruf C singkatan dari computerized dan tidak
dapat diterapkan dalam system hardwired. Semua system control didunia
manufaktur saat ini adalah sstem CNC.
(Peter Smid, 2003)
Universitas Sumatera Utara