Karakterisasi Umur Pahat Pada Pembubutan Kering Dan Keras Baja AISI 1045 Menggunakan Pahat Karbida CVD Berlapis
BAB I
PENDAHULUAN
1.1.
Latar Belakang
1.1.1. Survey
Survey pada industri logam kecil dan menengah yang memproduksi
komponen mesin untuk peralatan produksi pada industri pertanian/ perkebunan
terlihat pada gambar 1.1 di Kota Medan, pada umumnya masih dikerjakan secara
trial and error. Terutama yang memproduksi dalam jumlah sedikit tetapi
beragam variasi. Sebagai contoh pada survey yang dilakukan, bahagian produksi
yang menerima pesanan (order) dari pengguna (customer) tidak mampu
menyebutkan dengan tepat berapa lama waktu yang diperlukan dalam
menyelesaikan sejumlah pesanan tertentu.
Gambar 1.1. Part Mesin Industri
Selanjutnya survey pada jobfloor, operator atau bahagian produksi juga
tidak dapat menyusun rencana proses (proses planning) dengan tepat, artinya
tidak dapat secara ilmiah menentukan properti material yang dipakai (misalnya:
kekerasan material, jenis material, bahan pahat dan geometri pahat yang
digunakan, kondisi pemotongan yang digunakan dan hubungannya secara
langsung kepada waktu produksi.
Survey yang dilakukan menunjukkan bahwa permasalahan di atas hanya
diselesaikan berdasarkan pengalaman dan pengalaman tersebut acap kali belum
tentu sesuai dengan kondisi dari pesanan, misalnya pengalaman yang ada hanya
untuk operasi pembubutan baja lunak menggunakan pahat kabida (brazing)
1
Universitas Sumatera Utara
terlihat pada gambar 1.2 dan digunakan sebagai referensi pengalaman untuk
operasi bahan yang lain. Selain itu, tidak pernah menggunakan bahan pahat
maupun geometri pahat selain bahan pahat karbida (brazing) atau HSS dengan
geometri yang tidak standar (geometri pahat hasil gerinda secara manual).
Keadaan di atas hanya akan berakhir pada suatu keadaan statis,
maksudnya industri kecil dan menengah tidak akan pernah mampu meningkatkan
produktifitasnya maupun kualitas produknya.
Gambar 1.2. Pahat Karbida Brazing
1.1.2. Teknologi pemesinan yang ditawarkan
Penelitian yang dilakukan dan dilaporkan pada skripsi ini, pada prinsipnya
adalah untuk membantu industri kecil dan menengah dalam mengatasi
permasalahan di atas dalam hal ini penelitian difokuskan pda kontribusi kondisi
pemotongan material baja pada operasi pembubutan yang ramah lingkungan
menggunakan pahat karbida yang dipilih sesuai untuk bahan baja tersebut.
Sebagai tambahan, untuk tujuan peningkatan produktifitas dan kualitas pada
industri kecil dan menengah diperkenalkan operasi pemesinan keras untuk
tujuan menjaga kualitas produk hasil operasi pembubutan yang tidak perlu
menjalani proses pengerasan pasca pemesinan.
Akhir ini, proses pembubutan keras pada baja sudah menjadi topik yang
menarik untuk pengembangan industri kecil hingga besar dan riset penelitian.
Hal ini dikarenakan proses pembubutan keras memberikan beberapa
keuntungan, yaitu biaya produksi yang rendah, lama produksi yang singkat,
dimensi geometri yang akurat, langkah proses yang sedikit, serta tidak
menggunakan coolant pada proses pembubutan tersebut (Suha K, 2014).
2
Universitas Sumatera Utara
Lazimnya pada industri kecil dan menengah, produk dihasilkan dari bahan
kerja dengan kekerasan rendah dan kemudian menjalani proses pengerasan
setelah operasi pemesinan. Hal ini mengakibatkan distorsi pada kualitas produk (
seperti gangguan properti material) dan geometri produk (pemuaian). Oleh sebab
itu dibutuhkan lagi proses penggerindaan pada produk yang telah diberikan
perlakuan panas. Proses penggerindaan merupakan proses tambahan untuk
menghaluskan kualitas permukaan, dan membutuhkan waktu serta ongkos
tambahan (N.L. Coppini, 2013).
1.2.
Batasan Masalah
Pada UKM yang disurvey digunakan pahat HSS/ karbida (brazing) untuk
membubut baja AISI 1045 pada kondisi pemotongan operasional 1750 – 2000
rpm (165 m/min – 185 m/min untuk komponen yang rata – rata berdiameter 30
mm). Pemesinan yang dilakukan pada UKM menggunakan media pendingin
coolant berbasis minyak (produk komersial). Namun pengaplikasiannya dilakukan
secara manual dengan debit yang tidak menentu (disemprotkan secara manual
sesuai pertimbangan masing – masing operator).
Pada penelitian ini bahan benda kerja dan pahat yang digunakan adalah
AISI 1045 dan karbida berlapis (WC+Co/ TiN-Al2O3-TiCN). Operasi pemesinan
yang dipilih untuk mendapatkan kondisi pemotongan sebagaimana dimaksud pada
latar belakang adalah operasi pembubutan (cylindrical cutting) menggunakan
mesin bubut komersial. Operasi pembubutan dilakukan tanpa menggunakan
cairan pemotongan (dry cutting) yaitu metode pembubutan ramah lingkungan
yang tren saat ini. Batasan lebih lanjut dalam pelaksanaan eksperimen disajikan
pada bab III yaitu metodologi penelitian.
1.3.
Tujuan Penelitian
Tujuan dari penelitian ini, yaitu:
a. Untuk mendapatkan persamaan umur pahat berdasarkan formula Taylor,
namun formula yang akan dihasilkan diperluas dalam fungsi: T = f (v,f,a).
3
Universitas Sumatera Utara
b. Untuk mendapatkan pemilihan pahat insert serta karakteristik umur pahat
pada rentang kondisi pemotongan tertentu yang diwakilkan oleh
persamaan matematis umur pahat.
c. Untuk mendapatkan harga kondisi pemotongan seperti kecepatan potong
(v), pemakanan (f) dan kedalaman potong (a) yang optimum bagi
persamaan umur pahat.
1.4.
Sistematika Penulisan
Skripsi ini dibagi dalam beberapa bab dengan garis besar tiap bab adalah
sebagai berikut :
a. Bab I : Pendahuluan
Bab I berisikan latar belakang, tujuan, batasan masalah dan sistematika
penulisan
b. Bab II : Tinjauan Pustaka
Bab II menjelaskan tinjauan pustaka yang akan memberikan informasi
mengenai teori pembubutan, pembubutan kering dan keras, baja AISI
1045, material pahat yang dipakai, persamaan Taylor serta perluasan
persamaan Taylor.
c. Bab III : Metodologi Penelitian
Bab III menjelaskan metodologi penelitian, peralatan dan bahan yang
digunakan, proses pengerjaan yang dilakukan.
d. Bab IV : Hasil Analisa dan Diskusi
Bab IV menunjukkan hasil analisa data berupa umur pakai (tool life) dan
performansi pahat insert karbida serta menjelaskan hubungan perluasan
persamaan Taylor dengan hasil penelitian menggunakan software design
expert.
e. Bab V : Kesimpulan dan Saran
Bab V sebagai penutup berisikan kesimpulan dan saran yang diperoleh.
f. Daftar Pustaka
Daftar Pustaka berisikan literatur yang digunakan untuk menyusun
laporan.
4
Universitas Sumatera Utara
PENDAHULUAN
1.1.
Latar Belakang
1.1.1. Survey
Survey pada industri logam kecil dan menengah yang memproduksi
komponen mesin untuk peralatan produksi pada industri pertanian/ perkebunan
terlihat pada gambar 1.1 di Kota Medan, pada umumnya masih dikerjakan secara
trial and error. Terutama yang memproduksi dalam jumlah sedikit tetapi
beragam variasi. Sebagai contoh pada survey yang dilakukan, bahagian produksi
yang menerima pesanan (order) dari pengguna (customer) tidak mampu
menyebutkan dengan tepat berapa lama waktu yang diperlukan dalam
menyelesaikan sejumlah pesanan tertentu.
Gambar 1.1. Part Mesin Industri
Selanjutnya survey pada jobfloor, operator atau bahagian produksi juga
tidak dapat menyusun rencana proses (proses planning) dengan tepat, artinya
tidak dapat secara ilmiah menentukan properti material yang dipakai (misalnya:
kekerasan material, jenis material, bahan pahat dan geometri pahat yang
digunakan, kondisi pemotongan yang digunakan dan hubungannya secara
langsung kepada waktu produksi.
Survey yang dilakukan menunjukkan bahwa permasalahan di atas hanya
diselesaikan berdasarkan pengalaman dan pengalaman tersebut acap kali belum
tentu sesuai dengan kondisi dari pesanan, misalnya pengalaman yang ada hanya
untuk operasi pembubutan baja lunak menggunakan pahat kabida (brazing)
1
Universitas Sumatera Utara
terlihat pada gambar 1.2 dan digunakan sebagai referensi pengalaman untuk
operasi bahan yang lain. Selain itu, tidak pernah menggunakan bahan pahat
maupun geometri pahat selain bahan pahat karbida (brazing) atau HSS dengan
geometri yang tidak standar (geometri pahat hasil gerinda secara manual).
Keadaan di atas hanya akan berakhir pada suatu keadaan statis,
maksudnya industri kecil dan menengah tidak akan pernah mampu meningkatkan
produktifitasnya maupun kualitas produknya.
Gambar 1.2. Pahat Karbida Brazing
1.1.2. Teknologi pemesinan yang ditawarkan
Penelitian yang dilakukan dan dilaporkan pada skripsi ini, pada prinsipnya
adalah untuk membantu industri kecil dan menengah dalam mengatasi
permasalahan di atas dalam hal ini penelitian difokuskan pda kontribusi kondisi
pemotongan material baja pada operasi pembubutan yang ramah lingkungan
menggunakan pahat karbida yang dipilih sesuai untuk bahan baja tersebut.
Sebagai tambahan, untuk tujuan peningkatan produktifitas dan kualitas pada
industri kecil dan menengah diperkenalkan operasi pemesinan keras untuk
tujuan menjaga kualitas produk hasil operasi pembubutan yang tidak perlu
menjalani proses pengerasan pasca pemesinan.
Akhir ini, proses pembubutan keras pada baja sudah menjadi topik yang
menarik untuk pengembangan industri kecil hingga besar dan riset penelitian.
Hal ini dikarenakan proses pembubutan keras memberikan beberapa
keuntungan, yaitu biaya produksi yang rendah, lama produksi yang singkat,
dimensi geometri yang akurat, langkah proses yang sedikit, serta tidak
menggunakan coolant pada proses pembubutan tersebut (Suha K, 2014).
2
Universitas Sumatera Utara
Lazimnya pada industri kecil dan menengah, produk dihasilkan dari bahan
kerja dengan kekerasan rendah dan kemudian menjalani proses pengerasan
setelah operasi pemesinan. Hal ini mengakibatkan distorsi pada kualitas produk (
seperti gangguan properti material) dan geometri produk (pemuaian). Oleh sebab
itu dibutuhkan lagi proses penggerindaan pada produk yang telah diberikan
perlakuan panas. Proses penggerindaan merupakan proses tambahan untuk
menghaluskan kualitas permukaan, dan membutuhkan waktu serta ongkos
tambahan (N.L. Coppini, 2013).
1.2.
Batasan Masalah
Pada UKM yang disurvey digunakan pahat HSS/ karbida (brazing) untuk
membubut baja AISI 1045 pada kondisi pemotongan operasional 1750 – 2000
rpm (165 m/min – 185 m/min untuk komponen yang rata – rata berdiameter 30
mm). Pemesinan yang dilakukan pada UKM menggunakan media pendingin
coolant berbasis minyak (produk komersial). Namun pengaplikasiannya dilakukan
secara manual dengan debit yang tidak menentu (disemprotkan secara manual
sesuai pertimbangan masing – masing operator).
Pada penelitian ini bahan benda kerja dan pahat yang digunakan adalah
AISI 1045 dan karbida berlapis (WC+Co/ TiN-Al2O3-TiCN). Operasi pemesinan
yang dipilih untuk mendapatkan kondisi pemotongan sebagaimana dimaksud pada
latar belakang adalah operasi pembubutan (cylindrical cutting) menggunakan
mesin bubut komersial. Operasi pembubutan dilakukan tanpa menggunakan
cairan pemotongan (dry cutting) yaitu metode pembubutan ramah lingkungan
yang tren saat ini. Batasan lebih lanjut dalam pelaksanaan eksperimen disajikan
pada bab III yaitu metodologi penelitian.
1.3.
Tujuan Penelitian
Tujuan dari penelitian ini, yaitu:
a. Untuk mendapatkan persamaan umur pahat berdasarkan formula Taylor,
namun formula yang akan dihasilkan diperluas dalam fungsi: T = f (v,f,a).
3
Universitas Sumatera Utara
b. Untuk mendapatkan pemilihan pahat insert serta karakteristik umur pahat
pada rentang kondisi pemotongan tertentu yang diwakilkan oleh
persamaan matematis umur pahat.
c. Untuk mendapatkan harga kondisi pemotongan seperti kecepatan potong
(v), pemakanan (f) dan kedalaman potong (a) yang optimum bagi
persamaan umur pahat.
1.4.
Sistematika Penulisan
Skripsi ini dibagi dalam beberapa bab dengan garis besar tiap bab adalah
sebagai berikut :
a. Bab I : Pendahuluan
Bab I berisikan latar belakang, tujuan, batasan masalah dan sistematika
penulisan
b. Bab II : Tinjauan Pustaka
Bab II menjelaskan tinjauan pustaka yang akan memberikan informasi
mengenai teori pembubutan, pembubutan kering dan keras, baja AISI
1045, material pahat yang dipakai, persamaan Taylor serta perluasan
persamaan Taylor.
c. Bab III : Metodologi Penelitian
Bab III menjelaskan metodologi penelitian, peralatan dan bahan yang
digunakan, proses pengerjaan yang dilakukan.
d. Bab IV : Hasil Analisa dan Diskusi
Bab IV menunjukkan hasil analisa data berupa umur pakai (tool life) dan
performansi pahat insert karbida serta menjelaskan hubungan perluasan
persamaan Taylor dengan hasil penelitian menggunakan software design
expert.
e. Bab V : Kesimpulan dan Saran
Bab V sebagai penutup berisikan kesimpulan dan saran yang diperoleh.
f. Daftar Pustaka
Daftar Pustaka berisikan literatur yang digunakan untuk menyusun
laporan.
4
Universitas Sumatera Utara