PENGARUH MEDIA PENDINGIN DAN KONDISI PEMOTONGAN LOGAM TERHADAP KEKASARAN PERMUKAAN PADA PROSES MILLING MENGGUNAKAN MESIN CNC TYPE VMC 200

Transkripsi

1 PENGARUH MEDIA PENDINGIN DAN KONDISI PEMOTONGAN LOGAM TERHADAP KEKASARAN PERMUKAAN PADA PROSES MILLING MENGGUNAKAN MESIN CNC TYPE VMC 200 Ichlas Nur (1), Safril (1),Bagus Wahyudi (2) (1) Jurusan Teknik Mesin Politeknik Negeri Padang (2) Jurusan Teknik Mesin Politeknik Negeri Malang ABSTRACT There are many factors influencing the quality of products that are produced from milling machine process. The quality is mostly dealt with the surface roughness which is not in accordance with specifications that are required. Those influencing factors are the selection of cutting patameter regulation, for example, the speed of milling process and cutting, and selection of the cutting depth. Others factors are quality of tool life, cooling media and etc. The product quality on surface roughness can gained by arying the regulation of cutting parameter selection. The speeds for cutting are 43, 55 dan 72, while the feed rate are 40 m, 60 m and 85 m. The cooling media to be applied is air, with the ratio of water cooling media is 1:30 and 1:60. The type of machine used is CNC Type CMC 200 and surface tester deices used to measure roughness of cutting process result. Of mesasurement result, it can be seen that cooling media influence the surface roughness ery much. The relationship between surface roughness and cooling media is SR air = f 0.45 water and cooling media is and SR idemitsu (1:60) = f Keywords: Cooling media, CNC 1. PENDAHULUAN Tuntutan terhadap kualitas produk yang baik dari proses pemesinan sangat dibutuhkan di dunia industri. Kualitas produk adalah masalah kekasaran permukaan. Hasil kekasaran permukaan bergantung kepada parameter pemotongan. Jenis pendingin merupakan salah satu parameter yang berpengaruh Salah satu pengaruh yang muncul akibat perubahan parameter adalah nilai kekasaran permukaan benda kerja. Kekasaran permukaan merupakan salah satu parameter spesifikasi geometrik yang harus dipenuhi pada proses pemotongan logam. Untuk menciptakan nilai kekasaran yang memenuhi spesifikasinya maka ada banyak faktor yang harus diperhatikan. Pada proses pemotongan peningkatan akan terjadi peningkatan temperatur. Temperatur ini kalau tidak dijaga akan mempengaruhi sifat mekanis bahan. temperatur akan mempengaruhi sifat material dan pahat yang dipakai. Parameter lain yang juga banyak berperan adalah kecepatan potong dan kecepatan pemakanan (feeding). Kecepatan potong adalah laju proses pemotongan benda kerja yang terjadi tiap saat. Sedangkan kecepatan pemakanan adalah besarnya pemakanan yang terjadi dalam setiap putaran pahat. Semakin tinggi kecepatan potong dan pemakanan yang besar, pada kedalaman pemakanan yang sama, akan menghasilkan dimensi hasil pemotongan yang besar. Adanya bekas bidang penyayatan yang besar akan menyebabkan terjadinya perbedaan nilai kekasaran. Dalam proses pemotongan menggunakan mesin milling, temperatur dikontrol dengan pendingin yang dipancarkan dari atas pahat. Aliran pendingin tersebut akan mengenai benda kerja dan pahat, sehingga temperatur akan dapat dijaga. Temperatur yang dihasilkan dari proses tersebut akan bergantung dari besarnya debit aliran pendingin dan jenis pendingin yang digunakan. Pada proses yang menggunakan pendingin dengan nilai konduksiitas panas yang tinggi akan dapat menurunkan temperatur proses pendinginan yang lebih rendah. Untuk menciptakan pendinginan yang lebih rendah diperlukan pendingin dengan kualitas yang baik, yang tentu saja harganya cukup mahal. Hal ini pada akhirnya akan berpengaruh terhadap nilai ekonomi produk yang dihasilkan. Tujuan penelitian ini adalah untuk meneliti pengaruh kecepatan potong dan feed rate dalam proses milling (ertical face milling) dengan menggunakan berbagai jenis pendinginan yang berbeda terhadap hasil kekasaran permukaan benda kerja dengan bahan baja ST 37.

2 Jurnal Teknik Mesin Vol. 5, No.2,Desember 2008 ISSN TINJAUAN PUSTAKA a. Proses Milling Proses pemotongan logam dengan mata potong yang jamak digunakan proses freis. Proses pemotongan ada dua tipe yaitu proses face milling dan slab milling. Untuk gerakan slab dapat dibagi dua gerakan yaitu menjadi dua gerakan up milling (mendaki) dan gerakan down milling, Geram yang dihasilkan pemotongan proses milling adalah bentuk koma dan tebal sangat dipengaruhi oleh gerak makan per gigi, dan sudut potongnya. Kecepatan potong milling: d n ;...(1) 1000 Dimana d adalah diameter pahat, dan n adalah kecepatan putar pahat Gerakan makan per gigi: f z f ; mm/gigi...(2) ( z n) Kontak ataupun gesekan antara dua permukaan yang mempunyai kekasaran tertentu menyebabkan terjadinya getaran. Amplitudo yang dihasilkan dari getaran tergantung dari besarnya kekasaran permukaan. Gambar 2. Profil perbesaran permukaan c. Parameter Kekasaran Permukaan Aerage Roughness (Ra) : Parameter ini biasa digunakan untuk menunjukkan tingkat kekasaran suatu permukaan. Besarnya (Ra) didapat dengan cara mengambil nilai rata-rata dari puncak dan lembah pada profil permukaan. Dimana f adalah kecepatan pemakanan, z adalah jumlah gigi, dan n adalah kecepatan putar pahat. b Kekasaran Permukaan Material Karakteristik dari tekstur permukaaan adalah sebagai berikut : 1. Roughness : ketidakteraturan akibat proses machining dengan menghasilkan shortwaelength. 2. Wainess : Ketidakteraturan karena adanya masalah pada proses manufaktur, seperti : cutting tool yang rusak, defleksi, dan misaligment benda kerja. Permukaan yang dihasilkan berupa long-waelength. 3. Lay : Permukaan yang dihasilkan akibat arah dari proses machining, seperti : drilling, turning, milling, grinding and tool. 4. Flaws : Hasil proses manufaktur yang tidak diinginkan, seperti : retak, lubang, goresan dan cukilan, Gambar 3. Parameter Amplitudo Ra dan Rq Root-Mean Square Roughness (Rq) : Biasa disingkat dengan RMS (Rq) dan mempunyai pendekatan yang lebih teliti dalam menentukan kekasaran suatu permukaan. Rq dan Ra mempunyai hubungan yang erat, sehingga biasa di pakai dalam hubungan rasio. Rasio ini digunakan dalam proses finishing suatu material Gambar 4. Parameter amplitudo Rz dan Ry Gambar 1. Karakteristik Struktur Permukaan 84

3 Pengaruh Media Pendingin dan Kondisi Pemotongan Logam terhadap Kekasaran Permukaan pada Proses Milling Menggunakan Mesin CNC Type VMC 200 (Ichlas Nur) Peak-to-alley Height : Disini ada 2 jenis pengukuran yaitu yaitu 10-point height (Rz) dan maximum peak-to-peak height (Ry). Rz adalah jarak rata-rata 5 puncak tertinggi dan 5 lembah terendah pada suatu panjang tertentu, diukur dari garis referensi yang tidak memotong profil. Ry diukur dari jarak puncak tertinggi dan lembah terendah. 3. METODOLOGI PENELITIAN a. Langkah Percobaan Eksperimen dilakukan dengan menggunakan EMCO Milling CNC type VMC 200 di Politeknik Negeri Malang. Pemotongan dilakukan dengan menggunakan pahat HSS dengan diameter 16 mm dengan 2 sisi potong. Material yang digunakan dalam eksperimen adalah baja karbon rendah St 37. Depth of cut dibuat konstan 1,5 mm, sedangkan feeding dan kecepatan potong diberikan beberapa ariasi nilai, yaitu 43, 55 dan 72. Jenis Pendingin Kecepatan potong Jenis pendingin Udara Idemitsu + Air (1:30) Feed rate Idemitsu + Air (1:60) A-xx B-xx Tabel 1. Parameter Eksperimen Air V 3 = 43 (845 rpm) 40 m Idemitsu + air 1:60 (1034 rpm) 60 m Tabel 2. Matrik pengambilan data feed rate (m) V 1 = 72 Kecepatan potong (V) Idemitsu + air 1:30 V 1 = 72 (1456 rpm) 80 m Tool HSS dia = 16 mm V 3 = 43 (1432 rpm) (1034 rpm) (845 rpm) 40 A-11 / B A-12 / B A-13 / B A-21 / B A-22 / B A-23 / B A-31 / B A-32 / B A-33 / B- 33 Pengujian pertama Pengujian kedua A-14 / B- 14 A-15 / B- 15 A-16 / B- 16 A-24 / B- 24 A-25 / B- 25 A-26 / B- 26 A-34 / B- 34 A-35 / B- 35 A-36 / B- 36 A-17 / B- 17 A-18 / B- 18 A-19 / B- 19 A-27 / B- 27 A-28 / B- 28 A-29 / B- 29 A-37 / B- 37 A-38 / B- 38 A-39 / B- 39 Kecepatan pemakanan dilakukan dengan ariasi 40, 60, dan 80 m. Pengukuran kekasaran hasil pemotongan digunakan peralatan flat surface roughness tester (Surftest 401-Mitutoyo). Proses pemotongan dilakukan dengan tiga kelompok, yaitu pemotongan dengan pendinginan udara, pemotongan dengan pendinginan air dan idemitsu coolan dengan perbandingan 1:30 dan 1:60. Jumlah pengujian seluruhnya adalah 54 pengujian. Terdiri dari 3 ariasi kecepatan potong kali 3 ariasi kecepatan pemakanan, pada 3 kondisi cooling yang berbeda. Dari jumlah tersebut dilakukan replikasi sekali. Untuk selanjutnya dari data dianalisa dalam 3 kategori jenis pendingin. b. Peralatan Peralatan yang digunakan dalam eksperimen adalah sebagai berikut: 1. Mesin Milling CNC kelas menegah dengan type VMC 200 EMCO 2. Pahat HSS dengan diameter 16 mm, jumlah gigi 2 3. Surface tester, SURFTEST 401 series Gergaji 5. Kikir Bahan benda kerja yang dipakai dalam eksperimen ini adalah: 1. Baja St 37, berbentuk balok berdimensi 60 mm x 16 mm x 16 mm. 2. Air untuk pendingin. 3. Minyak pendingin IDEMITSU. c. Prosedur Percobaan Berikut ini adalah deskripsi eksperimen perautan benda kerja baja St 37 yang dilakukan adalah sebagai berikut: 1. Benda kerja diambil dari batang baja dengan penampang 16 x 16 mm. Kemudian benda kerja dipotong dengan ukuran 60 mm menggunakan gergaji. 2. Benda kerja dibersihkan sisi-sisinya dengan menggunakan kikir untuk mencegah bentuk tajam yang berbeda pada tiap spesimen. 3. Membuat program dalam Mesin Milling CNC untuk menciptakan model perautan yang sama. 4. Menyiapkan jenis cooling yang akan dipakai. 5. Benda kerja dipasang pada ragum yang terletak di atas meja milling. Setelah pahat HSS dipasang pada tempatnya, posisi benda kerja diatur sedemikian rupa sehingga siap diraut. 85

4 Jurnal Teknik Mesin Vol. 5, No.2,Desember 2008 ISSN Proses perautan dimulai. Parameter perautan diariasikan dengan mengubah kecepatan potong (cutting speed, V), kecepatan gerak meja (table feed rate, F), dan ariasi jenis cooling. Masingmasing kondisi pearutan tersebut ditentukan pada tiga harga yang berbeda-beda seperti terlihat dalam tabel. 7.Pengukuran kekasaran permukaan dilakukan dengan menggunakan surface tester yang diletakkan pada meja rata yang sama. Pengukuran dilakukan dengan arah seperti pada Gambar 1. dengan satu kali pengukuran. Kemudian proses tersebut diulang dengan jalan yang sama. Data-data hasil pengukuran kekasaran permukaan untuk berbagai kombinasi perlakuan yang berbedabeda pada baja St 37 masing-masing dapat dilihat pada Tabel (3). dan Tabel (4). Gambar 5. Bentuk Benda kerja 4. HASIL PENGUJIAN dan ANALISIS DATA Hasil pengukuran yang diperoleh dari pengukuran adalah sebagai berikut: Jenis pendingin Udara Tabel 3. Data pengambilan data I Feed rate (m) V 1 = 43 Kecepatan potong (V) V 3 = Idemitsu + Air : Idemitsu + Air , Jenis pendingin Udara Tabel 4. Matrik pengambilan data II Feed rate (m) V 1 = 43 Kecepatan potong (V) V 3 = Idemitsu + Air : Idemitsu + Air , a. Pendinginan dengan Udara Pengaruh parameter kecepatan potong dan pemakanan terhadap kekasaran permukaan pada proses perautan dengan pendingin udara dapat di tabelkan sebagai berikut: Tabel 5. hasil perhitungan pendinginan dengan udara Replikasi V () f (m) Ra Log V Log F Log Ra ,7 1,633 1,6021 0, ,4 1,74 1,6021 0, ,2 1,857 1,6021 0, ,9 1,633 1,7782 0, ,6 1,74 1,7782 0, ,2 1,857 1,7782 0, ,2 1,633 1,9031 0, ,74 1,9031 0, ,7 1,857 1,9031 0, ,8 1,633 1,6021 0, ,3 1,74 1,6021 0, ,2 1,857 1,6021 0, ,9 1,633 1,7782 0, ,6 1,74 1,7782 0, ,4 1,857 1,7782 0, ,3 1,633 1,9031 0, ,74 1,9031 0, ,6 1,857 1,9031 0, Regression Analysis: log Ra ersus log V; logf Predictor Coef SE Coef T P Constant 0,6244 0,1490 4,19 0,001 log V -0,6910 0, ,10 0,000 log F 0, , ,90 0,000 S = 0,02653 R-Sq = 92,4% R-Sq(adj) = 91,3% PRESS = 0, R-Sq(pred) = 89,03% The Analysis of Variance Source DF SS MS F P Regression 2 0, , ,63 0,000 Residual Error 15 0, , Lack of Fit 6 0, , ,90 0,074 Pure Error 9 0, , Total 17 0, Durbin-Watson statistic = 1,53 Dari hasil perhitungan diatas, dapat dianalisa sebagai berikut. Nilai Residual square yang dihasilkan dari model persamaan regresi cukup tinggi, sampai berkisar pada 92,4 %. Hal itu berarti persamaan suduah cukup mendekati titik-titik linier garis hasil transformasi yang dilakukan. Tren dapat dilihat pada uji kenormalan yang dilakukan, maka besar kemungkinan akan membentuk distribusi normal. Dalam pengujian, yang perlu di amati lagi adalah korelasi antara residual. Uji korelasi dilakukan 86

5 Pengaruh Media Pendingin dan Kondisi Pemotongan Logam terhadap Kekasaran Permukaan pada Proses Milling Menggunakan Mesin CNC Type VMC 200 (Ichlas Nur) dengan menggunakan Durbin-Watson statistic test. Uji Durbin-Watson statistic pada perhitungan diatas bernilai 1,53, berarti dalam data yang amati secara umum korelasi antara residual cukup kecil. Adapun bentuk persamaan yang dihasilkan adalah sebagi berikut: log SR = log + a log + b log f log Ra = 0,624-0,691 log + 0,451 log f sehingga bentuk persamaannya: SR udara SR udara Probability,999,99,95,80,50,20,05,01,001 Aerage: -0, StDe: 0, N: 18 a b 0,691 0,451 4,207 Normal Probability Plot -0,06-0,04-0,02 0,00 0,02 0,04 RESI1 Kolmogoro-Smirno Normality Test D+: 0,073 D-: 0,149 D : 0,149 Approximate P-Value > 0.15 Gambar 6. Grafik a. Normal probability b. Pendingin Air dan Idemitsu 1:30 Pengaruh parameter kecepatan potong dan pemakanan terhadap kekasaran permukaan pada proses perautan dengan pendingin Air dan Idemitsu 1:30 dapat di tabelkan sebagai berikut: Replikasi Tabel 6. hasil pendingin Idemitsu 1:60 V () F (m) Ra Log V Log F Log Ra ,2 1,633 1,602 0, ,6 1,74 1,602 0, ,9 1,857 1,602-0, ,2 1,633 1,778 0, ,3 1,74 1,778 0, ,9 1,857 1,778-0, ,4 1,633 1,903 0, ,1 1,74 1,903 0, ,8 1,857 1,903-0, ,8 1,633 1,602 0, ,5 1,74 1,602 0, ,8 1,857 1,602-0, ,7 1,633 1,778 0, ,1 1,74 1,778 0, ,8 1,857 1,778-0, ,5 1,633 1,903 0, ,74 1, ,9 1,857 1,903-0,046 Dari hasil uji regresi dengan menggunakan software MINITAB diperoleh hasil sebagai berikut: Regression Analysis: log Ra ersus log V; log F The regression equation is log Ra = 2,01-0,442 log V - 0,564 log F Predictor Coef SE Coef T P Constant 2,0078 0,2019 9,94 0,000 log V -0, , ,77 0,000 log F -0, , ,22 0,000 S = 0,03594 R-Sq =85,8% R-Sq(adj)= 83,9% PRESS = 0, R-Sq(pred) = 79,09% Analysis of Variance Source DF SS MS F P Regression 2 0, , ,15 0,00 Residual Error 15 0, ,00129 Lack of Fit 6 0, , ,99 0,17 Pure Error 9 0, , Total 17 0, Durbin-Watson statistic = 1,55 Dari hasil perhitungan diatas, dapat dianalisa sebagai berikut. Nilai Residual squere yang dihasilkan dari model persamaan regresi adalah 85,8%. Hal itu berarti persamaan suduah cukup mendekati titik-titik linier garis hasil transformasi yang dilakukan. Adapun bentuk persamaan yang dihasilkan adalah sebagi berikut: log SR = log + a log + b log f log Ra = 2,01-0,442 log - 0,564 log f sehingga bentuk persamaannya: Probability,999,99,95,80,50,20,05,01,001 Aerage: 0, StDe: 0, N: 18 SR udara a SR idemitsu ( 1:30) 102, 32 b Normal Probability Plot 0,442 0,564-0,05 0,00 0,05 RESI1 Kolmogoro-SmirnoNormality Test D+: 0,153 D-: 0,090 D : 0,153 Approximate P-Value > 0.15 Gambar 7. Grafik a. Normal probability 87

6 Jurnal Teknik Mesin Vol. 5, No.2,Desember 2008 ISSN c. Pendingin Air dan Idemitsu 1:60 Pengaruh parameter kecepatan potong dan pemakanan terhadap kekasaran permukaan pada perautan dengan pendingin udara: Replikasi Tabel Hasil Pendingin Idemitsu 1:60 V () F (m) Ra Log V Log F Log Ra ,6 1,6335 1,6021 0, ,2 1,7404 1,6021 0, ,7 1,8573 1,6021 0, ,8 1,6335 1,7782 0, ,9 1,7404 1,7782 0, ,4 1,8573 1,7782 0, ,5 1,6335 1,9031 0, ,6 1,7404 1,9031 0, ,3 1,8573 1,9031 0, ,5 1,6335 1,6021 0, ,3 1,7404 1,6021 0, ,8573 1,6021 0, ,8 1,6335 1,7782 0, ,6 1,7404 1,7782 0, ,4 1,8573 1,7782 0, ,6 1,6335 1,9031 0, ,5 1,7404 1,9031 0, ,5 1,8573 1,9031 0,1761 Dari hasil uji regresi dengan menggunakan software MINITAB diperoleh hasil sebagai berikut: Regression Analysis: log Ra ersus log V; log F The regression equation is log Ra = 3,30-1,38 log V - 0,461 log F Analysis of Variance Source DF SS MS F P Regression 2 0, , ,02 0,000 Residual Error 15 0, ,00477 Lack of Fit 6 0, , ,77 0,083 Pure Error 9 0, ,00280 Total 17 0,41548 Durbin-Watson statistic = 1,70 Dari hasil perhitungan diatas, dapat dianalisis sebagai berikut. Nilai Residual squere yang dihasilkan dari model persamaan regresi adalah 82,8%. Hal itu berarti persamaan sudah cukup mendekati titik-titik linier. Sementara itu dalam perhitungan diatas juga diketahui, nilai p lack of fit yang dihasilkan cukup kecil Nilai F hitung (2,77) lebih kecil dari nilai F tabel (0,05) (3,37), sehingga persamaan ini dianggap cukup significance untuk = 0,05. Adapun bentuk persamaan yang dihasilkan adalah sebagi berikut: log SR = log + a log + b log f log Ra = 3,30-1,38 log - 0,461 log f sehingga bentuk persamaannya: Probability,999,99,95,80,50,20,05,01,001 SR Aerage: -0, StDe: 0, N: PENUTUP udara a SR idemitsu ( 1:60) 1995, 2 Normal Probability Plot -0,1 0,0 RESI1 b 1,38 0,1 0,461 Kolmogoro-SmirnoNormality Test D+: 0,163 D-: 0,113 D : 0,163 Approximate P-Value > 0.15 Gambar 7. Grafik Normal probability 6.1. Kesimpulan Dari penelitian yang telah dilakukan maka hal yang dapat disimpulkan antara lain adalah sebagai berikut: 1. Kecepatan potong, kecepatan makan dan jenis media pendingin sangat mempengaruhi kekasaran permukaan. 2. Pada pemotongan dengan media pendingin udara pada eksperimen diatas diperoleh persamaan model: SR udara 0, 691 4,207 0, Pada pemotongan dengan media pendingin Idemitsu Air 1:30 pada eksperimen diatas diperoleh persamaan model: SR idemitsu ( 1:30) 102, 32 0,442 0, Pada pemotongan dengan media pendingin Idemitsu ir 1:60 pada eksperimen diatas diperoleh persamaan model: PUSTAKA 1,38 0,461 SR idemitsu ( 1:60) 1995, Mongemery, Design Of Experiment, McGraw Hill, Rochim,Taufiq, Teori dan Teknologi Proses Pemesinan, Laboratorium Teknik Produksi dan Metrologi Industri Jurusan Teknik Mesin FTI ITB 88

7 Pengaruh Media Pendingin dan Kondisi Pemotongan Logam terhadap Kekasaran Permukaan pada Proses Milling Menggunakan Mesin CNC Type VMC 200 (Ichlas Nur) 3. Rochim, Taufiq, Spesifikasi, Metrologi, & Kontrol Kualitas Geometrik, Laboratorium Teknik Produksi dan Metrologi Industri Jurusan Teknik Mesin FTI ITB, Tlusty, George, Manufacturing Process And Equipment, Prentice Hall, USA, CURICULUM VITAE Ichlas Nur, ST., MT., Alamat yang dapat dihubungi : ichlasnur@hotmail.com 89