Kinerja Pahat Karbida Berlapis PVD Ketika Memproduksi Shaft Thresser menggunakan Teknologi Pemesinan Keras
KINERJA PAHAT KARBIDA PVD BERLAPIS KETIKA
MEMPRODUKSI SHAFT THRESSER
MENGGUNAKAN TEKNOLOGI
PEMESINAN KERAS
SKRIPSI
Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi
Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik
HERDIANTO
120401067
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2017
Universitas Sumatera Utara
KINERJA PAHAT KARBIDA PVD BERLAPIS
KETIKA MEMPRODUKSI SHAFT THRESSER
MENGGUNAKAN TEKNOLOGI
PEMESINAN KERAS
HERDIANTO
120401067
Telah Disetujui dari Hasil Seminar Skripsi
Periode ke-889, pada tanggal 25 Januari 2017
Telah Disetujui Oleh:
Pembimbing
Prof. Dr. Ir. Armansyah Ginting, M.Eng.
NIP. 196808071995011001
Universitas Sumatera Utara
KINERJA PAHAT KARBIDA PVD BERLAPIS
KETIKA MEMPRODUKSI SHAFT THRESSER
MENGGUNAKAN TEKNOLOGI
PEMESINAN KERAS
HERDIANTO
120401067
Telah Disetujui dari Hasil Seminar Skripsi
Periode ke-889, pada tanggal 25 Januari 2017
Pembanding I,
Pembanding II,
Ir. Alfian Hamsi, M.Sc.
NIP. 195609101987011001
Ir. Syahrul Abda, M.Sc.
NIP. 195708051988111001
Universitas Sumatera Utara
KINERJA PAHAT KARBIDA PVD BERLAPIS KETIKA
MEMPRODUKSI SHAFT THRESSER
MENGGUNAKAN TEKNOLOGI
PEMESINAN KERAS
HERDIANTO
120401067
Telah Disetujui Oleh:
Pembimbing/ Penguji
Prof. Dr. Ir. Armansyah Ginting, MEng.
NIP. 196808071995011001
Pembanding I,
Pembanding II,
Ir. Alfian Hamsi, M.Sc.
Ir. Syahrul Abda, M.Sc.
NIP. 195609101987011001
NIP. 195708051988111001
Diketahui Oleh :
Ketua Departemen Teknik Mesin
Ketua
Dr. Ing. Ir. Ikhwansyah Isranuri
NIP. 196412241992111001
Universitas Sumatera Utara
KINERJA PAHAT KARBIDA PVD BERLAPIS KETIKA
MEMPRODUKSI SHAFT THRESSER
MENGGUNAKAN TEKNOLOGI
PEMESINAN KERAS
HERDIANTO
120401067
Diketahui/ Disahkan:
Disetujui Oleh:
Departemen Teknik Mesin
Dosen Pembimbing,
Fakultas Teknik USU
Ketua,
Dr. Ing. Ir. Ikhwansyah Isranuri
Prof. Dr. Ir. Armansyah Ginting, MEng.
NIP. 196412241992111001
NIP. 196808071995011001
Universitas Sumatera Utara
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNIK USU
MEDAN
AGENDA
:2414/TS/2016
DITERIMA TGL:
/ /2017
PARAF
:
TUGAS SARJANA
NAMA
: HERDIANTO
NIM
: 120401067
MATA PELAJARAN: PEMOTONGAN LOGAM
SPESIFIKASI
: Melakukan survey pada Usaha Kecil Menengah (UKM) yang
bergerak dalam bidang pemotongan logam. Pada saat melakukan
survey, kumpulkan berbagai informasi proses produksi pembuatan
sebuah komponen oleh UKM tersebut seperti:
1. Tipe operasi pemesinan yang dilakukan;
2. Bahan benda kerja yang digunakan;
3. Bahan pahat dan geometri pahat yang digunakan;
4. Kondisi pemotongan yang digunakan;
5. Teknologi pemotongan yang digunakan;
6. Data – data produksi, seperti waktu produksi, ongkos produksi
dan hal – hal lain yang mendukung.
Tujuan dari survey pada UKM dan sebagai outcomes dari penulisan
tugas akhir ini adalah untuk meningkatkan produktifitas UKM
dalam memproduksi suatu komponen.
Berdasarkan hal tersebut, maka kepada Saudara ditugaskan
melaksanakan studi dengan metode eksperimental untuk membahas
perihal:
1. Lakukan kajian eksperimental berbasis Design of Experiment
(DOE) untuk mempelajari performa pahat karbida PVD
berlapis yang digunakan pada pemesinan kering dan keras baja
AISI 4340.
2. Performa pahat direpresentasikan dengan respon variabel
Produktifitas dan kemudian kembangkan dalam bentuk
Mastercam
DIBERIKAN TANGGAL
SELESAI TANGGAL
KETUA DEPARTEMEN
TEKNIK MESIN
:
:
Dr.Ing.Ir. Ikhwansyah Isranuri
NIP. 196412241992111001
Agustus 2016
Januari 2017
Medan,
Januari 2017
Dosen PEMBIMBING
Prof.Dr.Ir. Armansyah Ginting,M.Eng
NIP. 196808071995011001
Universitas Sumatera Utara
KARTU BIMBINGAN
TUGAS SARJANA MAHASISWA
No: 2415 / TS / 2016
Program Studi
: Teknik Produksi
Mata Pelajaran
: Pemotongan Logam
Judul
: Kinerja Pahat Karbida Berlapis PVD Ketika Memproduksi Shaft
Thresser menggunakan Teknologi Pemesinan Keras
Tanggal
:
Oktober 2016
Selesai
Dosen Pembimbing
: Prof. Dr. Ir. Armansyah Ginting, M.Eng
Nama Mhs: Herdianto
NIP. 196808071995011001
NIM
No
Tanggal
Kegiatan Asistensi Bimbingan
1
4 Oktober 2016
Survey lokasi penjualan pahat insert dan bahan
2
16 Oktober 2016
Survey lokasi penelitian
3
25 Oktober 2016
Percobaan mesin CNC di lokasi penelitian
4
26 Oktober 2016
Penentuan kondisi pemotongan, studi literatur
5
30 November 2016
Asistensi data penelitian
6
6 Desember 2016
Asistensi BAB I dan BAB II
7
9 Desember 2016
Asistensi BAB III
8
19 Desember 2016
Asistensi BAB IV, Design Expert
9
Asistensi keseluruhan dan perbaikan
10
ACC seminar
Catatan:
1. Kartu ini harus diperlihatkan
: Januari 2017
: 120401067
Tanda Tangan
Diketahui
Ketua Departemen Teknik Mesin
kepada Dosen pembimbing
setiap asistensi
2. Kartu ini harus dijaga bersih
dan rapi
Dr. Ing. Ir. IkhwansyahIsranuri
NIP. 196412241992111001
Universitas Sumatera Utara
1
ABSTRAK
Pembubutan keras merupakan proses pemesinan yang dilakukan pada benda kerja
dengan nilai kekerasan lebih dari 45 HRC. Pembubutan keras ini biasanya
dilakukan di lingkungan yang kering yang artinya tidak membutuhkan cairan
pendingin. Dengan tidak digunakannya cairan pendingin, umur pahat akan
semakin pendek. Penelitian ini ditujukan kepada bisnis usaha kecil dan menengah
dalam membuat Shaft Thresser dengan menggunakan pahat karbida PVD berlapis,
mesin CNC, dan simulasi mastercam dan dapat ditentukan sesuai kehendak
konsumen yang memesan. Ada konsumen yang ingin memesan Shaft Thresser
dengan waktu yang cepat, maka dapat digunakan Case 1 dimana kecepatan dari
putaran spindel juga di tingkatkan. Akan tetapi ongkos produksinya akan lebih
mahal dibandingkan dengan putaran yang standard. Hal itu dikarenakan waktu
produksinya dipercepat, otomatis ketahanan pahatnya menjadi pendek,sehingga
membutuhkan lebih banyak pahat dan menaikkan ongkos produksinya menjadi
lebih banyak. Disisi lain apabila konsumen ingin untuk membuat shaft thresser
dengan harga yang lebih murah, maka bisa menggunakan Case 2 dimana ongkos
produksinya lebih ekonomis akan tetapi waktu produksinya lebih lama sehingga
dapat dipilih antara Case 1 dan Case 2.
Kata Kunci : Pembubutan Keras, Shaft Thresser, Pahat Karbida Berlapis PVD
Universitas Sumatera Utara
2
ABSTRACT
Hard turning is a type of machining process that be done for workpieces that have
hardness more than 45 HRC. This turning is usually done in dry environment,
means that no coolant is needed. Without using cutting fluid, the tool life will
become shorter. This research addressed to small and medium businesses for
make a Shaft Thresser using PVD coated carbide, CNC turning, and mastercam
simulation which can be determined according to the will of consumers who
ordered. There are consumers who want to order Shaft Thresser quickly, then it
can be used Case 1 where the speed and the spindle rotation also upgraded. But
the production cost will be more expensive compared to the standard rotation.
That because the accelerate of the production time, automatic the resistance will
short, so need a lot more insert and raise a lot of production cost. On the other
side, if the consumers want to make Shaft Thresser with low cost, so can use Case
2 which the production cost much cheaper but the production time will be longer.
So can be choose between Case 1 and Case 2.
Keyword : Hard Turning, Shaft Thresser, PVD Coated Carbide
Universitas Sumatera Utara
3
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur kami panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa karena atas
berkat dan karunia-Nya kami dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini yang berjudul
“KINERJA PAHAT KARBIDA PVD BERLAPIS KETIKA MEMPRODUKSI
SHAFT THRESSER MENGGUNAKAN TEKNOLOGI PEMESINAN KERAS”.
Kami menyadari sepenuhnya bahwa dalam penulisan laporan tugas akhir
ini kami banyak mendapatkan bantuan dari berbagai pihak baik secara moril
maupun materiil. Oleh karena itu pada kesempatan ini kami ucapkan terima kasih
kepada semua pihak yang telah membantu kami dalam proses penulisan laporan
tugas akhir ini :
1. Dr. Ing. Ir. Ikhwansyah Isranuri selaku Ketua Departemen Teknik
Mesin.
2. Ir. M. Syahril Gultom, M.T. selaku Sekretaris Departemen Teknik
Mesin.
3. Ir. Tugiman, M.T. selaku Koordinator skripsi Departemen Teknik
Mesin.
4. Prof. Dr. Ir. Armansyah Ginting, M.Eng. selaku Dosen Pembimbing
Tugas Akhir yang telah banyak meluangkan waktunya dalam
membimbing penulisan laporan tugas akhir ini.
5. Ayah dan Ibu serta keluarga kami yang senantiasa memberikan
dukungan dan bantuan berupa moril maupun materil.
6. SMKN 1 Percut Sei Tuan yang telah memberikan kesempatan serta
dukungan kepada kami untuk belajar menggunakan mesin bubut CNC.
7. Bapak Saragih yang telah banyak meluangkan waktunya serta
mengijinkan kami untuk menggunakan mesin bubut CNC dan
membantu kami selama penelitian di SMKN 1 Percut Sei Tuan.
8. Bapak Rahmat yang telah banyak meluangkan waktunya serta
mengijinkan kami untuk menggunakan mesin bubut CNC dan
membantu kami selama penelitian di SMKN 1 Percut Sei Tuan.
9. Seluruh staf dan teknisi di SMKN 1 Percut Sei Tuan yang telah
memberikan bantuan dan kerja sama.
Universitas Sumatera Utara
4
10. Teman - teman yang telah memberikan semangat maupun bantuan.
11. Semua pihak yang tidak dapat disebutkan satu per satu yang telah
memberikan bantuan sehingga laporan tugas akhir ini dapat
terselesaikan.
Kami juga menyadari bahwa dalam penulisan laporan tugas akhir ini
terdapat kekurangan. Oleh karena itu, kritik dan saran yang membangun guna
menyempurnakan laporan tugas akhir ini sangat kami harapkan.
Semoga laporan tugas akhir ini dapat dimanfaatkan sebaik baiknya dalam
menumbuhkan suasana ilmiah dan kreatifitas dalam pengembangan teknologi
tepat guna di lingkungan Teknik Mesin USU khusunya dan di lingkungan
Universitas Sumatera Utara umumnya agar berguna bagi kemjuan bangsa dan
negara.
Medan, November 2016
Penulis ,
Universitas Sumatera Utara
5
DAFTAR ISI
ABSTRAK
....………………………………………………………………..... i
LEMBAR PENGESAHAN ................................................................................ iii
KATA PENGANTAR ....................................................................................... viii
DAFTAR ISI .........................................................................................................x
DAFTAR GAMBAR ......................................................................................... xii
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 Pembubutan ....................................................................4
2.2. AISI 4340 ............................................................................................6
2.3. Pahat Karbida ......................................................................................7
2.4. Keausan Pahat ......................................................................................8
2.5. Pembubutan Keras .............................................................................11
2.6. Pembubutan Kering ...........................................................................12
2.7. Waktu Produksi .................................................................................12
2.8. Ongkos Produksi ................................................................................14
BAB III METODOLOGI PENELITIAN ......................................................17
3.1. Bahan .................................................................................................17
3.1.1. Benda Kerja .................................................................................17
3.1.2. Mata Pahat ...................................................................................17
Universitas Sumatera Utara
6
3.2. Peralatan ............................................................................................18
3.2.1. Peralatan Proses Pembubutan ......................................................18
3.3. Metodologi Penelitian ........................................................................21
3.3.1. Desain Eksperimen ......................................................................21
3.3.2. Software Design Expert dan ANOVA .........................................27
BAB IV HASIL DAN DISKUSI ......................................................................28
4.1. Data Hasil Eksperimen ......................................................................28
4.2. Perhitungan MRR dan VMR .............................................................29
4.3. Nilai Maksimum VMR ......................................................................30
4.4. Optimasi Serempak ............................................................................30
4.4.1. Optimasi Kondisi Pemotongan Terhadap
Umur Pahat ..................................................................................30
4.4.2. Optimasi Kondisi Pemotongan Terhadap
Kekasaran Permukaan .................................................................30
4.4.3. Optimasi Kondisi Pemotongan Terhadap
Suhu Pemotongan .......................................................................30
4.4.4. Optimasi Kondisi Pemotongan Terhadap
VMR dan MRR ...........................................................................30
4.5. Produktivitas Pahat ............................................................................31
4.5.1. Studi Kasus Implementasi ...........................................................31
4.5.2. Case 1 ..........................................................................................35
4.5.3. Case 2 ..........................................................................................35
4.5.4. Waktu Produksi ...........................................................................36
4.5.5. Ongkos Produksi ..........................................................................42
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ...........................................................45
5.1. Kesimpulan ........................................................................................45
5.2. Saran ..................................................................................................46
DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................ xiv
LAMPIRAN .........................................................................................................xv
Universitas Sumatera Utara
7
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1. Mesin Bubut .......................................................................................6
Gambar 3.1. Baja AISI 4340 .................................................................................17
Gambar 3.2. Pahat PVD ........................................................................................17
Gambar 3.3. Mesin Bubut CNC ............................................................................18
Gambar 3.4. Set-Up Mesin ...................................................................................19
Gambar 3.5. Tool Holder ......................................................................................19
Gambar 3.6. Mikroskop dyno-lite .........................................................................20
Gambar 3.7. Stopwatch .........................................................................................21
Gambar 3.8. Desain Faktorial Bentuk Geometri ...................................................22
Gambar 3.9. Diagram Alir Metodologi Penelitian ................................................25
Gambar 3.10.. Sambungan Diagram Alir Metodologi Penelitian .........................26
Gambar 3.11. Software Design Expert ..................................................................27
Gambar 4.1. Model Awal Shaft Thresser ..............................................................32
Gambar 4.2. Hasil Pembubutan Bagian Depan .....................................................33
Gambar 4.3. NC Program Pembubutan Bagian Depan .........................................33
Gambar 4.4. Hasil Pembubutan Bagian Belakang ................................................34
Gambar 4.5. NC Program Pembubutan Bagian Belakang ....................................34
Universitas Sumatera Utara
8
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1. Komposisi Kimia Baja AISI 4340 .........................................................6
Tabel 2.2. Sifat Mekanis Baja AISI 4340 ...............................................................7
Tabel 3.1. Variasi Nilai Parameter Kondisi Pemotongan 23 .................................22
Tabel 3.2. Susunan Data 8 Kondisi Pemotongan ..................................................23
Tabel 3.3. Susunan Data 8 Kondisi Pemotongan Aktual ......................................23
Tabel 4.1. Data Hasil Eksperimen ........................................................................28
Tabel 4.2. Data Hasil Eksperimen MRR dan VMR ..............................................29
Tabel 5.1. Perbandingan Hasil Survey dan Hasil Penelitian .................................45
Universitas Sumatera Utara
9
DAFTAR NOTASI
a
Kedalaman potong
mm
D0
Diameter mula-mula
mm
Dm
Diameter akhir
mm
d
Diameter awal
mm
f
Pemakanan
mm/rev
lt
Panjang pemesinan
mm
n
Putaran benda kerja
Rpm
Vc
Keceptan potong
mm/min
Vf
Laju pemakanan
mm/min
Z
Kecepatan penghasil geram
mm3/min
Universitas Sumatera Utara
MEMPRODUKSI SHAFT THRESSER
MENGGUNAKAN TEKNOLOGI
PEMESINAN KERAS
SKRIPSI
Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi
Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik
HERDIANTO
120401067
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2017
Universitas Sumatera Utara
KINERJA PAHAT KARBIDA PVD BERLAPIS
KETIKA MEMPRODUKSI SHAFT THRESSER
MENGGUNAKAN TEKNOLOGI
PEMESINAN KERAS
HERDIANTO
120401067
Telah Disetujui dari Hasil Seminar Skripsi
Periode ke-889, pada tanggal 25 Januari 2017
Telah Disetujui Oleh:
Pembimbing
Prof. Dr. Ir. Armansyah Ginting, M.Eng.
NIP. 196808071995011001
Universitas Sumatera Utara
KINERJA PAHAT KARBIDA PVD BERLAPIS
KETIKA MEMPRODUKSI SHAFT THRESSER
MENGGUNAKAN TEKNOLOGI
PEMESINAN KERAS
HERDIANTO
120401067
Telah Disetujui dari Hasil Seminar Skripsi
Periode ke-889, pada tanggal 25 Januari 2017
Pembanding I,
Pembanding II,
Ir. Alfian Hamsi, M.Sc.
NIP. 195609101987011001
Ir. Syahrul Abda, M.Sc.
NIP. 195708051988111001
Universitas Sumatera Utara
KINERJA PAHAT KARBIDA PVD BERLAPIS KETIKA
MEMPRODUKSI SHAFT THRESSER
MENGGUNAKAN TEKNOLOGI
PEMESINAN KERAS
HERDIANTO
120401067
Telah Disetujui Oleh:
Pembimbing/ Penguji
Prof. Dr. Ir. Armansyah Ginting, MEng.
NIP. 196808071995011001
Pembanding I,
Pembanding II,
Ir. Alfian Hamsi, M.Sc.
Ir. Syahrul Abda, M.Sc.
NIP. 195609101987011001
NIP. 195708051988111001
Diketahui Oleh :
Ketua Departemen Teknik Mesin
Ketua
Dr. Ing. Ir. Ikhwansyah Isranuri
NIP. 196412241992111001
Universitas Sumatera Utara
KINERJA PAHAT KARBIDA PVD BERLAPIS KETIKA
MEMPRODUKSI SHAFT THRESSER
MENGGUNAKAN TEKNOLOGI
PEMESINAN KERAS
HERDIANTO
120401067
Diketahui/ Disahkan:
Disetujui Oleh:
Departemen Teknik Mesin
Dosen Pembimbing,
Fakultas Teknik USU
Ketua,
Dr. Ing. Ir. Ikhwansyah Isranuri
Prof. Dr. Ir. Armansyah Ginting, MEng.
NIP. 196412241992111001
NIP. 196808071995011001
Universitas Sumatera Utara
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNIK USU
MEDAN
AGENDA
:2414/TS/2016
DITERIMA TGL:
/ /2017
PARAF
:
TUGAS SARJANA
NAMA
: HERDIANTO
NIM
: 120401067
MATA PELAJARAN: PEMOTONGAN LOGAM
SPESIFIKASI
: Melakukan survey pada Usaha Kecil Menengah (UKM) yang
bergerak dalam bidang pemotongan logam. Pada saat melakukan
survey, kumpulkan berbagai informasi proses produksi pembuatan
sebuah komponen oleh UKM tersebut seperti:
1. Tipe operasi pemesinan yang dilakukan;
2. Bahan benda kerja yang digunakan;
3. Bahan pahat dan geometri pahat yang digunakan;
4. Kondisi pemotongan yang digunakan;
5. Teknologi pemotongan yang digunakan;
6. Data – data produksi, seperti waktu produksi, ongkos produksi
dan hal – hal lain yang mendukung.
Tujuan dari survey pada UKM dan sebagai outcomes dari penulisan
tugas akhir ini adalah untuk meningkatkan produktifitas UKM
dalam memproduksi suatu komponen.
Berdasarkan hal tersebut, maka kepada Saudara ditugaskan
melaksanakan studi dengan metode eksperimental untuk membahas
perihal:
1. Lakukan kajian eksperimental berbasis Design of Experiment
(DOE) untuk mempelajari performa pahat karbida PVD
berlapis yang digunakan pada pemesinan kering dan keras baja
AISI 4340.
2. Performa pahat direpresentasikan dengan respon variabel
Produktifitas dan kemudian kembangkan dalam bentuk
Mastercam
DIBERIKAN TANGGAL
SELESAI TANGGAL
KETUA DEPARTEMEN
TEKNIK MESIN
:
:
Dr.Ing.Ir. Ikhwansyah Isranuri
NIP. 196412241992111001
Agustus 2016
Januari 2017
Medan,
Januari 2017
Dosen PEMBIMBING
Prof.Dr.Ir. Armansyah Ginting,M.Eng
NIP. 196808071995011001
Universitas Sumatera Utara
KARTU BIMBINGAN
TUGAS SARJANA MAHASISWA
No: 2415 / TS / 2016
Program Studi
: Teknik Produksi
Mata Pelajaran
: Pemotongan Logam
Judul
: Kinerja Pahat Karbida Berlapis PVD Ketika Memproduksi Shaft
Thresser menggunakan Teknologi Pemesinan Keras
Tanggal
:
Oktober 2016
Selesai
Dosen Pembimbing
: Prof. Dr. Ir. Armansyah Ginting, M.Eng
Nama Mhs: Herdianto
NIP. 196808071995011001
NIM
No
Tanggal
Kegiatan Asistensi Bimbingan
1
4 Oktober 2016
Survey lokasi penjualan pahat insert dan bahan
2
16 Oktober 2016
Survey lokasi penelitian
3
25 Oktober 2016
Percobaan mesin CNC di lokasi penelitian
4
26 Oktober 2016
Penentuan kondisi pemotongan, studi literatur
5
30 November 2016
Asistensi data penelitian
6
6 Desember 2016
Asistensi BAB I dan BAB II
7
9 Desember 2016
Asistensi BAB III
8
19 Desember 2016
Asistensi BAB IV, Design Expert
9
Asistensi keseluruhan dan perbaikan
10
ACC seminar
Catatan:
1. Kartu ini harus diperlihatkan
: Januari 2017
: 120401067
Tanda Tangan
Diketahui
Ketua Departemen Teknik Mesin
kepada Dosen pembimbing
setiap asistensi
2. Kartu ini harus dijaga bersih
dan rapi
Dr. Ing. Ir. IkhwansyahIsranuri
NIP. 196412241992111001
Universitas Sumatera Utara
1
ABSTRAK
Pembubutan keras merupakan proses pemesinan yang dilakukan pada benda kerja
dengan nilai kekerasan lebih dari 45 HRC. Pembubutan keras ini biasanya
dilakukan di lingkungan yang kering yang artinya tidak membutuhkan cairan
pendingin. Dengan tidak digunakannya cairan pendingin, umur pahat akan
semakin pendek. Penelitian ini ditujukan kepada bisnis usaha kecil dan menengah
dalam membuat Shaft Thresser dengan menggunakan pahat karbida PVD berlapis,
mesin CNC, dan simulasi mastercam dan dapat ditentukan sesuai kehendak
konsumen yang memesan. Ada konsumen yang ingin memesan Shaft Thresser
dengan waktu yang cepat, maka dapat digunakan Case 1 dimana kecepatan dari
putaran spindel juga di tingkatkan. Akan tetapi ongkos produksinya akan lebih
mahal dibandingkan dengan putaran yang standard. Hal itu dikarenakan waktu
produksinya dipercepat, otomatis ketahanan pahatnya menjadi pendek,sehingga
membutuhkan lebih banyak pahat dan menaikkan ongkos produksinya menjadi
lebih banyak. Disisi lain apabila konsumen ingin untuk membuat shaft thresser
dengan harga yang lebih murah, maka bisa menggunakan Case 2 dimana ongkos
produksinya lebih ekonomis akan tetapi waktu produksinya lebih lama sehingga
dapat dipilih antara Case 1 dan Case 2.
Kata Kunci : Pembubutan Keras, Shaft Thresser, Pahat Karbida Berlapis PVD
Universitas Sumatera Utara
2
ABSTRACT
Hard turning is a type of machining process that be done for workpieces that have
hardness more than 45 HRC. This turning is usually done in dry environment,
means that no coolant is needed. Without using cutting fluid, the tool life will
become shorter. This research addressed to small and medium businesses for
make a Shaft Thresser using PVD coated carbide, CNC turning, and mastercam
simulation which can be determined according to the will of consumers who
ordered. There are consumers who want to order Shaft Thresser quickly, then it
can be used Case 1 where the speed and the spindle rotation also upgraded. But
the production cost will be more expensive compared to the standard rotation.
That because the accelerate of the production time, automatic the resistance will
short, so need a lot more insert and raise a lot of production cost. On the other
side, if the consumers want to make Shaft Thresser with low cost, so can use Case
2 which the production cost much cheaper but the production time will be longer.
So can be choose between Case 1 and Case 2.
Keyword : Hard Turning, Shaft Thresser, PVD Coated Carbide
Universitas Sumatera Utara
3
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur kami panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa karena atas
berkat dan karunia-Nya kami dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini yang berjudul
“KINERJA PAHAT KARBIDA PVD BERLAPIS KETIKA MEMPRODUKSI
SHAFT THRESSER MENGGUNAKAN TEKNOLOGI PEMESINAN KERAS”.
Kami menyadari sepenuhnya bahwa dalam penulisan laporan tugas akhir
ini kami banyak mendapatkan bantuan dari berbagai pihak baik secara moril
maupun materiil. Oleh karena itu pada kesempatan ini kami ucapkan terima kasih
kepada semua pihak yang telah membantu kami dalam proses penulisan laporan
tugas akhir ini :
1. Dr. Ing. Ir. Ikhwansyah Isranuri selaku Ketua Departemen Teknik
Mesin.
2. Ir. M. Syahril Gultom, M.T. selaku Sekretaris Departemen Teknik
Mesin.
3. Ir. Tugiman, M.T. selaku Koordinator skripsi Departemen Teknik
Mesin.
4. Prof. Dr. Ir. Armansyah Ginting, M.Eng. selaku Dosen Pembimbing
Tugas Akhir yang telah banyak meluangkan waktunya dalam
membimbing penulisan laporan tugas akhir ini.
5. Ayah dan Ibu serta keluarga kami yang senantiasa memberikan
dukungan dan bantuan berupa moril maupun materil.
6. SMKN 1 Percut Sei Tuan yang telah memberikan kesempatan serta
dukungan kepada kami untuk belajar menggunakan mesin bubut CNC.
7. Bapak Saragih yang telah banyak meluangkan waktunya serta
mengijinkan kami untuk menggunakan mesin bubut CNC dan
membantu kami selama penelitian di SMKN 1 Percut Sei Tuan.
8. Bapak Rahmat yang telah banyak meluangkan waktunya serta
mengijinkan kami untuk menggunakan mesin bubut CNC dan
membantu kami selama penelitian di SMKN 1 Percut Sei Tuan.
9. Seluruh staf dan teknisi di SMKN 1 Percut Sei Tuan yang telah
memberikan bantuan dan kerja sama.
Universitas Sumatera Utara
4
10. Teman - teman yang telah memberikan semangat maupun bantuan.
11. Semua pihak yang tidak dapat disebutkan satu per satu yang telah
memberikan bantuan sehingga laporan tugas akhir ini dapat
terselesaikan.
Kami juga menyadari bahwa dalam penulisan laporan tugas akhir ini
terdapat kekurangan. Oleh karena itu, kritik dan saran yang membangun guna
menyempurnakan laporan tugas akhir ini sangat kami harapkan.
Semoga laporan tugas akhir ini dapat dimanfaatkan sebaik baiknya dalam
menumbuhkan suasana ilmiah dan kreatifitas dalam pengembangan teknologi
tepat guna di lingkungan Teknik Mesin USU khusunya dan di lingkungan
Universitas Sumatera Utara umumnya agar berguna bagi kemjuan bangsa dan
negara.
Medan, November 2016
Penulis ,
Universitas Sumatera Utara
5
DAFTAR ISI
ABSTRAK
....………………………………………………………………..... i
LEMBAR PENGESAHAN ................................................................................ iii
KATA PENGANTAR ....................................................................................... viii
DAFTAR ISI .........................................................................................................x
DAFTAR GAMBAR ......................................................................................... xii
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 Pembubutan ....................................................................4
2.2. AISI 4340 ............................................................................................6
2.3. Pahat Karbida ......................................................................................7
2.4. Keausan Pahat ......................................................................................8
2.5. Pembubutan Keras .............................................................................11
2.6. Pembubutan Kering ...........................................................................12
2.7. Waktu Produksi .................................................................................12
2.8. Ongkos Produksi ................................................................................14
BAB III METODOLOGI PENELITIAN ......................................................17
3.1. Bahan .................................................................................................17
3.1.1. Benda Kerja .................................................................................17
3.1.2. Mata Pahat ...................................................................................17
Universitas Sumatera Utara
6
3.2. Peralatan ............................................................................................18
3.2.1. Peralatan Proses Pembubutan ......................................................18
3.3. Metodologi Penelitian ........................................................................21
3.3.1. Desain Eksperimen ......................................................................21
3.3.2. Software Design Expert dan ANOVA .........................................27
BAB IV HASIL DAN DISKUSI ......................................................................28
4.1. Data Hasil Eksperimen ......................................................................28
4.2. Perhitungan MRR dan VMR .............................................................29
4.3. Nilai Maksimum VMR ......................................................................30
4.4. Optimasi Serempak ............................................................................30
4.4.1. Optimasi Kondisi Pemotongan Terhadap
Umur Pahat ..................................................................................30
4.4.2. Optimasi Kondisi Pemotongan Terhadap
Kekasaran Permukaan .................................................................30
4.4.3. Optimasi Kondisi Pemotongan Terhadap
Suhu Pemotongan .......................................................................30
4.4.4. Optimasi Kondisi Pemotongan Terhadap
VMR dan MRR ...........................................................................30
4.5. Produktivitas Pahat ............................................................................31
4.5.1. Studi Kasus Implementasi ...........................................................31
4.5.2. Case 1 ..........................................................................................35
4.5.3. Case 2 ..........................................................................................35
4.5.4. Waktu Produksi ...........................................................................36
4.5.5. Ongkos Produksi ..........................................................................42
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ...........................................................45
5.1. Kesimpulan ........................................................................................45
5.2. Saran ..................................................................................................46
DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................ xiv
LAMPIRAN .........................................................................................................xv
Universitas Sumatera Utara
7
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1. Mesin Bubut .......................................................................................6
Gambar 3.1. Baja AISI 4340 .................................................................................17
Gambar 3.2. Pahat PVD ........................................................................................17
Gambar 3.3. Mesin Bubut CNC ............................................................................18
Gambar 3.4. Set-Up Mesin ...................................................................................19
Gambar 3.5. Tool Holder ......................................................................................19
Gambar 3.6. Mikroskop dyno-lite .........................................................................20
Gambar 3.7. Stopwatch .........................................................................................21
Gambar 3.8. Desain Faktorial Bentuk Geometri ...................................................22
Gambar 3.9. Diagram Alir Metodologi Penelitian ................................................25
Gambar 3.10.. Sambungan Diagram Alir Metodologi Penelitian .........................26
Gambar 3.11. Software Design Expert ..................................................................27
Gambar 4.1. Model Awal Shaft Thresser ..............................................................32
Gambar 4.2. Hasil Pembubutan Bagian Depan .....................................................33
Gambar 4.3. NC Program Pembubutan Bagian Depan .........................................33
Gambar 4.4. Hasil Pembubutan Bagian Belakang ................................................34
Gambar 4.5. NC Program Pembubutan Bagian Belakang ....................................34
Universitas Sumatera Utara
8
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1. Komposisi Kimia Baja AISI 4340 .........................................................6
Tabel 2.2. Sifat Mekanis Baja AISI 4340 ...............................................................7
Tabel 3.1. Variasi Nilai Parameter Kondisi Pemotongan 23 .................................22
Tabel 3.2. Susunan Data 8 Kondisi Pemotongan ..................................................23
Tabel 3.3. Susunan Data 8 Kondisi Pemotongan Aktual ......................................23
Tabel 4.1. Data Hasil Eksperimen ........................................................................28
Tabel 4.2. Data Hasil Eksperimen MRR dan VMR ..............................................29
Tabel 5.1. Perbandingan Hasil Survey dan Hasil Penelitian .................................45
Universitas Sumatera Utara
9
DAFTAR NOTASI
a
Kedalaman potong
mm
D0
Diameter mula-mula
mm
Dm
Diameter akhir
mm
d
Diameter awal
mm
f
Pemakanan
mm/rev
lt
Panjang pemesinan
mm
n
Putaran benda kerja
Rpm
Vc
Keceptan potong
mm/min
Vf
Laju pemakanan
mm/min
Z
Kecepatan penghasil geram
mm3/min
Universitas Sumatera Utara