Kajian Dan Optimasi Kondisi Pemotongan Dengan Suhu Pemotongan Pada Pembubutan Baja AISI 4340 Menggunakan Pahat Karbida PVD Berlapis
KAJIAN DAN OPTIMASI KONDISI PEMOTONGAN DENGAN
SUHU PEMOTONGAN PADA PEMBUBUTAN BAJA
AISI 4340 DENGAN MENGGUNAKAN
PAHAT KARBIDA PVD BERLAPIS
SKRIPSI
Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi
Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik
DANIEL CUACA
120401045
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2017
Universitas Sumatera Utara
KAJIAN DAN OPTIMASI KONDISI PEMOTONGAN DENGAN
SUHU PEMOTONGAN PADA PEMBUBUTAN BAJA
AISI 4340 DENGAN MENGGUNAKAN
PAHAT KARBIDA PVD BERLAPIS
DANIEL CUACA
120401045
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
KAJIAN DAN OPTIMASI KONDISI PEMOTONGAN DENGAN
SUHU PEMOTONGAN PADA PEMBUBUTAN BAJA
AISI 4340 DENGAN MENGGUNAKAN
PAHAT KARBIDA PVD BERLAPIS
DANIEL CUACA
120401045
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
KAJIAN DAN OPTIMASI KONDISI PEMOTONGAN DENGAN
SUHU PEMOTONGAN PADA PEMBUBUTAN BAJA
AISI 4340 DENGAN MENGGUNAKAN
PAHAT KARBIDA PVD BERLAPIS
DANIEL CUACA
120401045
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
KAJIAN DAN OPTIMASI KONDISI PEMOTONGAN DENGAN
SUHU PEMOTONGAN PADA PEMBUBUTAN BAJA
AISI 4340 DENGAN MENGGUNAKAN
PAHAT KARBIDA PVD BERLAPIS
DANIEL CUACA
120401045
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
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNIK USU
MEDAN
AGENDA
:2415/TS/2016
DITERIMA TGL:
/ /2017
PARAF
:
TUGAS SARJANA
NAMA
: DANIEL CUACA
NIM
: 120401045
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
temperatur (T) dan aus tepi (VB) dan kemudian kembangkan
model matematika dari respon tersebut.
DIBERIKAN TANGGAL
SELESAI TANGGAL
:
:
Agustus 2016
Januari 2017
KETUA DEPARTEMEN
TEKNIK MESIN
Medan,
Januari 2017
Dosen PEMBIMBING
Dr.Ing.Ir. Ikhwansyah Isranuri
NIP. 196412241992111001
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
: Kajian dan optimasi kondisi pemotongan dengan suhu pemotongan
pada pembubutan baja AISI 4340 menggunakan pahat karbida PVD
berlapis.
Tanggal
:
Oktober 2016
Selesai
Dosen Pembimbing
: Prof. Dr. Ir. Armansyah Ginting, M.Eng
Nama Mhs: Daniel Cuaca
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
: 120401052
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
v
ABSTRAK
Pembubutan keras merupakan proses pemesinan yang dilakukan pada benda kerja
dengan nilai kekerasan lebih dari 45 HRC. Pembubutan keras ini biasanya
dilakukan dengan lingkungan yang kering, berarti tidak membutuhkan cairan
pendingin. Dengan hilangnya cairan pendingin maka ongkos produksi akan
menurun dan akan lebih ramah lingkungan. Namun dengan hilangnya cairan
pemotongan, temperatur pemotongan akan meningkat dibandingkan dengan
adanya cairan pemotongan. Naiknya temperatur akan menyebabkan tingkat
keausan pahat yang semakan tinggi, maka dengan itu pemilihan pahat sebaiknya
dilakukan dengan benar. Pembubutan ini digunakan untuk membantu industri
kecil dan menengah dalam menentukan pemilihan pahat dan kondisi pemotongan
yang terbaik. Benda kerja yang digunakan dalam penelitian ini adalah AISI 4340
dengan proses pengerasan (45-50 HRc). Pahat yang digunakan adalah pahat
karbida berlapis, dengan lapisan berupa TiCN dan diproses dengan metode PVD
(Physical Vapor Deposition). Alat yang digunakan untuk pengukuran temperatur
adalah video Ir Termometer. Proses pembubutan dilakukan dengan 8 kondisi
pemotongan dengan penggabungan kondisi low dan high. Hasil penelitian ini
menunjukkan bahwa kecepatan potong merupakan kondisi yang paling signifikan
mempengaruhi temperatur diikuti oleh kedalaman potong dan pemakanan. Hasil
optimasi yang diberikan adalah v = 65 m/min; f = 0,1 mm/rev; a = 1mm;
Temperatur = 179,552 C; Vb = 0,30075 mm.
Kata Kunci: Pembubutan keras, Temperatur, Karbida berlapis, Optimasi
Universitas Sumatera Utara
vi
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. With the lost of cutting fluid, the cost of
production will be reduced and more environment friendly. But with the lost of
cutting fluid, the temperature will rise more than using the cutting fluid. Increase
of cutting temperature will increase the rate of insert’s wear, so chosing the right
type of insert is necessary. This turning is done for helping the small and medium
enterprise in chosing the right insert and machining parameters. The workpieces
used in this experiment is AISI 4340 with hardening between 45-50 HRc. The
insert used is coated carbide, with TiCN layer and processed with Physical Vapor
Deposition Method. Video Ir Thermometer is used to measured temperature
occurred in the process. The turning process is done in 8 cutting conditions with
high and low mixed conditions. The experiment showed that cutting speed is the
most significant variable and followed by deph of cut and feed. The optimation
result given is v = 65 m/min; f = 0,1 mm/rev; a = 1mm; Temperature = 179,552 C;
Vb = 0,30075 mm.
Keyword: Hard Turning, Temperature, Coated Carbide, Optimation.
Universitas Sumatera Utara
vii
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
“KAJIAN DAN OPTIMASI KONDISI PEMOTONGAN DENGAN SUHU
PEMOTONGAN PADA PEMBUBUTAN BAJA AISI 4340 MENGGUNAKAN
PAHAT KARBIDA PVD BERLAPIS”.
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.
Universitas Sumatera Utara
viii
9. Seluruh staf dan teknisi di SMKN 1 Percut Sei Tuan yang telah
memberikan bantuan dan kerja sama.
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, Januari 2017
Penulis
Universitas Sumatera Utara
ix
DAFTAR ISI
LEMBAR PENGESAHAN ......................................................................... i
ABSTRAK ................................................................................................... v
KATA PENGANTAR ............................................................................... vii
DAFTAR ISI ............................................................................................... ix
DAFTAR GAMBAR .................................................................................. xi
DAFTAR TABEL ..................................................................................... xii
DAFTAR NOTASI ................................................................................... xiii
BAB I PENDAHULUAN ............................................................................ 1
1.1. Latar Belakang .............................................................................. 1
1.2. Batasan Masalah ........................................................................... 2
1.3. Tujuan Penelitian .......................................................................... 3
1.4. Sistematika Penelitian ................................................................... 3
BAB II TINJAUAN PUSTKA ................................................................... 4
2.1. Keausan Pahat ............................................................................... 4
2.2. Teori Proses Bubut ....................................................................... 7
2.3. Baja AISI 4340 ............................................................................. 9
2.4. Pahat Karbida .............................................................................. 10
2.5. Pemesinan Keras ......................................................................... 12
2.6. Pemesinan kering ........................................................................ 13
2.7. Design of Experiment ................................................................. 14
BAB III ALAT DAN BAHAN .................................................................. 15
3.1. Bahan .......................................................................................... 15
3.1.1. Benda Kerja .................................................................. 15
3.1.2. Mata Pahat .................................................................... 15
3.2. Peralatan ..................................................................................... 16
3.2.1. Peralatan proses pembubutan ....................................... 16
3.3. Metodologi Penelitian ................................................................. 20
Universitas Sumatera Utara
x
3.3.1. Metode eksperimen ...................................................... 20
3.3.2. Software design expert dan ANOVA ........................... 22
BAB IV HASIL ANALISA DAN DISKUSI ........................................... 25
4.1. Data Hasil Eksperimen ............................................................... 25
4.1.1. Data run 1 ..................................................................... 25
4.1.2. Data run 2 ..................................................................... 26
4.1.3. Data run 3 ..................................................................... 28
4.1.4. Data run 4 ..................................................................... 29
4.1.5. Data run 5 ..................................................................... 30
4.1.6. Data run 6 ..................................................................... 31
4.1.7. Data run 7 ..................................................................... 32
4.1.8. Data run 8 ..................................................................... 34
4.2. Suhu Pemotongan Rata Rata pada 8 Kondisi ............................. 35
4.3. Model Matematika pada Respon Temperatur ............................. 39
4.4. Analisa Hubungan Kondisi Pemotongan Dengan Temperatur ... 41
4.5. Optimasi Kondisi Pemotongan ................................................... 43
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN .................................................... 47
5.1. Kesimpulan ................................................................................. 47
5.2. Saran ........................................................................................... 47
DAFTAR PUSTAKA ............................................................................... xiv
LAMPIRAN ............................................................................................... xv
Universitas Sumatera Utara
xi
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1. Keausan pada pahat ....................................................................... 5
Gambar 2.2. Mesin bubut ................................................................................... 7
Gambar 2.3. Proses bubut .................................................................................. 8
Gambar 2.4. Design faktorial bentuk geometri ................................................ 14
Gambar 3.1. Benda kerja ................................................................................... 15
Gambar 3.2. Spesifikasi pahat PVD ................................................................. 16
Gambar 3.3. Mesin bubut CNC ........................................................................ 17
Gambar 3.4. Set-up mesin ................................................................................ 17
Gambar 3.5. Tool holder .................................................................................. 18
Gambar 3.6. Mikroskop dinolite ...................................................................... 18
Gambar 3.7. Extexh Ir Thermometer ............................................................... 19
Gambar 3.8. Software Design Expert ............................................................... 22
Gambar 3.9. Diagram proses eksperimen ........................................................ 23
Gambar 3.10. Sambungan diagram proses eksperimen ................................... 24
Gambar 4.1. Grafik temperatur pada run 1 ...................................................... 26
Gambar 4.2. Grafik temperatur pada run 2 ...................................................... 27
Gambar 4.3. Grafik temperatur pada run 3 ...................................................... 28
Gambar 4.4. Grafik temperatur pada run 4 ...................................................... 30
Gambar 4.5. Grafik temperatur pada run 5 ...................................................... 31
Gambar 4.6. Grafik temperatur pada run 6 ...................................................... 32
Gambar 4.7. Grafik temperatur pada run 7 ...................................................... 33
Gambar 4.8. Grafik temperatur pada run 8 ...................................................... 35
Gambar 4.9. Grafik temperatur rata rata 8 run ................................................. 36
Gambar 4.10. Normal plot of residual ............................................................. 42
Gambar 4.11. Grafik perturbation .................................................................... 42
Gambar 4.12. grafik 3d surface ........................................................................ 43
Gambar 4.13 Hasil optimasi design expert bentuk bar .................................... 45
Gambar 4.14. Grafik Overlay plot ................................................................... 46
Universitas Sumatera Utara
xii
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1. Kadar komposisi kimia ................................................................... 10
Tabel 2.2. Sifat mekanis bahan ......................................................................... 10
Tabel 3.1. Spesifikasi pahat PVD ……………………………………………16
Tabel 3.2. Rentang data eksperimen …………………………………………21
Tabel 3.3. Tabel susunan kondisi pemotongan menurut design expert .......... 21
Tabel 3.4. Tabel kondisi pemotongan untuk eksperimen ................................ 22
Tabel 4.1. Data run 1 ........................................................................................ 26
Tabel 4.2. Data run 2 ........................................................................................ 27
Tabel 4.3. Data run 3 ........................................................................................ 28
Tabel 4.4. Data run 4 ........................................................................................ 30
Tabel 4.5. Data run 5 ........................................................................................ 31
Tabel 4.6. Data run 6 ........................................................................................ 32
Tabel 4.7. Data run 7 ........................................................................................ 33
Tabel 4.8. Data run 8 ........................................................................................ 34
Tabel 4.9. Data kondisi pemotongan dengan suhu rata rata ............................ 36
Tabel 4.10. Analisa terhadap kecepatan potong .............................................. 37
Tabel 4.11. Analisa terhadap laju pemakanan ................................................. 38
Tabel 4.12. Analisa terhadap kedalaman potong ............................................. 39
Tabel 4.13. Analysis of Variance ..................................................................... 40
Tabel 4.14 Batas kondisi optimasi ................................................................... 44
Tabel 4.15. Hasil optimasi ............................................................................... 44
Universitas Sumatera Utara
xiii
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
SUHU PEMOTONGAN PADA PEMBUBUTAN BAJA
AISI 4340 DENGAN MENGGUNAKAN
PAHAT KARBIDA PVD BERLAPIS
SKRIPSI
Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi
Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik
DANIEL CUACA
120401045
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2017
Universitas Sumatera Utara
KAJIAN DAN OPTIMASI KONDISI PEMOTONGAN DENGAN
SUHU PEMOTONGAN PADA PEMBUBUTAN BAJA
AISI 4340 DENGAN MENGGUNAKAN
PAHAT KARBIDA PVD BERLAPIS
DANIEL CUACA
120401045
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
KAJIAN DAN OPTIMASI KONDISI PEMOTONGAN DENGAN
SUHU PEMOTONGAN PADA PEMBUBUTAN BAJA
AISI 4340 DENGAN MENGGUNAKAN
PAHAT KARBIDA PVD BERLAPIS
DANIEL CUACA
120401045
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
KAJIAN DAN OPTIMASI KONDISI PEMOTONGAN DENGAN
SUHU PEMOTONGAN PADA PEMBUBUTAN BAJA
AISI 4340 DENGAN MENGGUNAKAN
PAHAT KARBIDA PVD BERLAPIS
DANIEL CUACA
120401045
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
KAJIAN DAN OPTIMASI KONDISI PEMOTONGAN DENGAN
SUHU PEMOTONGAN PADA PEMBUBUTAN BAJA
AISI 4340 DENGAN MENGGUNAKAN
PAHAT KARBIDA PVD BERLAPIS
DANIEL CUACA
120401045
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
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNIK USU
MEDAN
AGENDA
:2415/TS/2016
DITERIMA TGL:
/ /2017
PARAF
:
TUGAS SARJANA
NAMA
: DANIEL CUACA
NIM
: 120401045
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
temperatur (T) dan aus tepi (VB) dan kemudian kembangkan
model matematika dari respon tersebut.
DIBERIKAN TANGGAL
SELESAI TANGGAL
:
:
Agustus 2016
Januari 2017
KETUA DEPARTEMEN
TEKNIK MESIN
Medan,
Januari 2017
Dosen PEMBIMBING
Dr.Ing.Ir. Ikhwansyah Isranuri
NIP. 196412241992111001
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
: Kajian dan optimasi kondisi pemotongan dengan suhu pemotongan
pada pembubutan baja AISI 4340 menggunakan pahat karbida PVD
berlapis.
Tanggal
:
Oktober 2016
Selesai
Dosen Pembimbing
: Prof. Dr. Ir. Armansyah Ginting, M.Eng
Nama Mhs: Daniel Cuaca
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
: 120401052
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
v
ABSTRAK
Pembubutan keras merupakan proses pemesinan yang dilakukan pada benda kerja
dengan nilai kekerasan lebih dari 45 HRC. Pembubutan keras ini biasanya
dilakukan dengan lingkungan yang kering, berarti tidak membutuhkan cairan
pendingin. Dengan hilangnya cairan pendingin maka ongkos produksi akan
menurun dan akan lebih ramah lingkungan. Namun dengan hilangnya cairan
pemotongan, temperatur pemotongan akan meningkat dibandingkan dengan
adanya cairan pemotongan. Naiknya temperatur akan menyebabkan tingkat
keausan pahat yang semakan tinggi, maka dengan itu pemilihan pahat sebaiknya
dilakukan dengan benar. Pembubutan ini digunakan untuk membantu industri
kecil dan menengah dalam menentukan pemilihan pahat dan kondisi pemotongan
yang terbaik. Benda kerja yang digunakan dalam penelitian ini adalah AISI 4340
dengan proses pengerasan (45-50 HRc). Pahat yang digunakan adalah pahat
karbida berlapis, dengan lapisan berupa TiCN dan diproses dengan metode PVD
(Physical Vapor Deposition). Alat yang digunakan untuk pengukuran temperatur
adalah video Ir Termometer. Proses pembubutan dilakukan dengan 8 kondisi
pemotongan dengan penggabungan kondisi low dan high. Hasil penelitian ini
menunjukkan bahwa kecepatan potong merupakan kondisi yang paling signifikan
mempengaruhi temperatur diikuti oleh kedalaman potong dan pemakanan. Hasil
optimasi yang diberikan adalah v = 65 m/min; f = 0,1 mm/rev; a = 1mm;
Temperatur = 179,552 C; Vb = 0,30075 mm.
Kata Kunci: Pembubutan keras, Temperatur, Karbida berlapis, Optimasi
Universitas Sumatera Utara
vi
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. With the lost of cutting fluid, the cost of
production will be reduced and more environment friendly. But with the lost of
cutting fluid, the temperature will rise more than using the cutting fluid. Increase
of cutting temperature will increase the rate of insert’s wear, so chosing the right
type of insert is necessary. This turning is done for helping the small and medium
enterprise in chosing the right insert and machining parameters. The workpieces
used in this experiment is AISI 4340 with hardening between 45-50 HRc. The
insert used is coated carbide, with TiCN layer and processed with Physical Vapor
Deposition Method. Video Ir Thermometer is used to measured temperature
occurred in the process. The turning process is done in 8 cutting conditions with
high and low mixed conditions. The experiment showed that cutting speed is the
most significant variable and followed by deph of cut and feed. The optimation
result given is v = 65 m/min; f = 0,1 mm/rev; a = 1mm; Temperature = 179,552 C;
Vb = 0,30075 mm.
Keyword: Hard Turning, Temperature, Coated Carbide, Optimation.
Universitas Sumatera Utara
vii
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
“KAJIAN DAN OPTIMASI KONDISI PEMOTONGAN DENGAN SUHU
PEMOTONGAN PADA PEMBUBUTAN BAJA AISI 4340 MENGGUNAKAN
PAHAT KARBIDA PVD BERLAPIS”.
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.
Universitas Sumatera Utara
viii
9. Seluruh staf dan teknisi di SMKN 1 Percut Sei Tuan yang telah
memberikan bantuan dan kerja sama.
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, Januari 2017
Penulis
Universitas Sumatera Utara
ix
DAFTAR ISI
LEMBAR PENGESAHAN ......................................................................... i
ABSTRAK ................................................................................................... v
KATA PENGANTAR ............................................................................... vii
DAFTAR ISI ............................................................................................... ix
DAFTAR GAMBAR .................................................................................. xi
DAFTAR TABEL ..................................................................................... xii
DAFTAR NOTASI ................................................................................... xiii
BAB I PENDAHULUAN ............................................................................ 1
1.1. Latar Belakang .............................................................................. 1
1.2. Batasan Masalah ........................................................................... 2
1.3. Tujuan Penelitian .......................................................................... 3
1.4. Sistematika Penelitian ................................................................... 3
BAB II TINJAUAN PUSTKA ................................................................... 4
2.1. Keausan Pahat ............................................................................... 4
2.2. Teori Proses Bubut ....................................................................... 7
2.3. Baja AISI 4340 ............................................................................. 9
2.4. Pahat Karbida .............................................................................. 10
2.5. Pemesinan Keras ......................................................................... 12
2.6. Pemesinan kering ........................................................................ 13
2.7. Design of Experiment ................................................................. 14
BAB III ALAT DAN BAHAN .................................................................. 15
3.1. Bahan .......................................................................................... 15
3.1.1. Benda Kerja .................................................................. 15
3.1.2. Mata Pahat .................................................................... 15
3.2. Peralatan ..................................................................................... 16
3.2.1. Peralatan proses pembubutan ....................................... 16
3.3. Metodologi Penelitian ................................................................. 20
Universitas Sumatera Utara
x
3.3.1. Metode eksperimen ...................................................... 20
3.3.2. Software design expert dan ANOVA ........................... 22
BAB IV HASIL ANALISA DAN DISKUSI ........................................... 25
4.1. Data Hasil Eksperimen ............................................................... 25
4.1.1. Data run 1 ..................................................................... 25
4.1.2. Data run 2 ..................................................................... 26
4.1.3. Data run 3 ..................................................................... 28
4.1.4. Data run 4 ..................................................................... 29
4.1.5. Data run 5 ..................................................................... 30
4.1.6. Data run 6 ..................................................................... 31
4.1.7. Data run 7 ..................................................................... 32
4.1.8. Data run 8 ..................................................................... 34
4.2. Suhu Pemotongan Rata Rata pada 8 Kondisi ............................. 35
4.3. Model Matematika pada Respon Temperatur ............................. 39
4.4. Analisa Hubungan Kondisi Pemotongan Dengan Temperatur ... 41
4.5. Optimasi Kondisi Pemotongan ................................................... 43
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN .................................................... 47
5.1. Kesimpulan ................................................................................. 47
5.2. Saran ........................................................................................... 47
DAFTAR PUSTAKA ............................................................................... xiv
LAMPIRAN ............................................................................................... xv
Universitas Sumatera Utara
xi
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1. Keausan pada pahat ....................................................................... 5
Gambar 2.2. Mesin bubut ................................................................................... 7
Gambar 2.3. Proses bubut .................................................................................. 8
Gambar 2.4. Design faktorial bentuk geometri ................................................ 14
Gambar 3.1. Benda kerja ................................................................................... 15
Gambar 3.2. Spesifikasi pahat PVD ................................................................. 16
Gambar 3.3. Mesin bubut CNC ........................................................................ 17
Gambar 3.4. Set-up mesin ................................................................................ 17
Gambar 3.5. Tool holder .................................................................................. 18
Gambar 3.6. Mikroskop dinolite ...................................................................... 18
Gambar 3.7. Extexh Ir Thermometer ............................................................... 19
Gambar 3.8. Software Design Expert ............................................................... 22
Gambar 3.9. Diagram proses eksperimen ........................................................ 23
Gambar 3.10. Sambungan diagram proses eksperimen ................................... 24
Gambar 4.1. Grafik temperatur pada run 1 ...................................................... 26
Gambar 4.2. Grafik temperatur pada run 2 ...................................................... 27
Gambar 4.3. Grafik temperatur pada run 3 ...................................................... 28
Gambar 4.4. Grafik temperatur pada run 4 ...................................................... 30
Gambar 4.5. Grafik temperatur pada run 5 ...................................................... 31
Gambar 4.6. Grafik temperatur pada run 6 ...................................................... 32
Gambar 4.7. Grafik temperatur pada run 7 ...................................................... 33
Gambar 4.8. Grafik temperatur pada run 8 ...................................................... 35
Gambar 4.9. Grafik temperatur rata rata 8 run ................................................. 36
Gambar 4.10. Normal plot of residual ............................................................. 42
Gambar 4.11. Grafik perturbation .................................................................... 42
Gambar 4.12. grafik 3d surface ........................................................................ 43
Gambar 4.13 Hasil optimasi design expert bentuk bar .................................... 45
Gambar 4.14. Grafik Overlay plot ................................................................... 46
Universitas Sumatera Utara
xii
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1. Kadar komposisi kimia ................................................................... 10
Tabel 2.2. Sifat mekanis bahan ......................................................................... 10
Tabel 3.1. Spesifikasi pahat PVD ……………………………………………16
Tabel 3.2. Rentang data eksperimen …………………………………………21
Tabel 3.3. Tabel susunan kondisi pemotongan menurut design expert .......... 21
Tabel 3.4. Tabel kondisi pemotongan untuk eksperimen ................................ 22
Tabel 4.1. Data run 1 ........................................................................................ 26
Tabel 4.2. Data run 2 ........................................................................................ 27
Tabel 4.3. Data run 3 ........................................................................................ 28
Tabel 4.4. Data run 4 ........................................................................................ 30
Tabel 4.5. Data run 5 ........................................................................................ 31
Tabel 4.6. Data run 6 ........................................................................................ 32
Tabel 4.7. Data run 7 ........................................................................................ 33
Tabel 4.8. Data run 8 ........................................................................................ 34
Tabel 4.9. Data kondisi pemotongan dengan suhu rata rata ............................ 36
Tabel 4.10. Analisa terhadap kecepatan potong .............................................. 37
Tabel 4.11. Analisa terhadap laju pemakanan ................................................. 38
Tabel 4.12. Analisa terhadap kedalaman potong ............................................. 39
Tabel 4.13. Analysis of Variance ..................................................................... 40
Tabel 4.14 Batas kondisi optimasi ................................................................... 44
Tabel 4.15. Hasil optimasi ............................................................................... 44
Universitas Sumatera Utara
xiii
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