PENGARUH PARAMETER PEMOTONGAN TERHADAP KEKASARAN PERMUKAAN PROSES BUBUT UNTUK MATERIAL ST37

Transkripsi

1 PENGARUH PARAMETER PEMOTONGAN TERHADAP KEKASARAN PERMUKAAN PROSES BUBUT UNTUK MATERIAL ST37 Asmed (1) dan Yusri Mura (1) (1) Staf Pengajar Jurusan Teknik Mesin Politeknik Negeri Padang ABSTRACT Surface roughness of machining products can affect some functions of products such as: surface friction, heat transfer, and the ability of lubrication, coating and others. Therefore the surface roughness can be as a measure of the degree of accuracy and surface quality in the industry manufactures. The factors affecting the surface quality of the final results of machining processes, in this case is a lathe, such as the condition of the machine, cutting tool material, work piece material, the cooling system during the machining process, and the cutting conditions (depth, cutting speed and feed rate). This study aimed to see how much the relationship of the three factors in the process of cutting lathe (in feeds, rate feeds and cutting speed) on the roughness surface. A methodology in this research is to use the full 2k factorial method. K factor of three variables, so there are eight combinations of treatments. The conclusion of this study is only the feed rate, which significantly affects the surface roughness. The greater level of feed rate, the greater the level of surface roughness. Keywords: Roughness, accuracy, quality 1. PENDAHULUAN Kekasaran permukaan (surface roughness) suatu produk pemesinan dapat mempengaruhi beberapa fungsi produk tersebut seperti, gesekan permukaan (surface friction), perpindahan panas, kemampuan penyebaran pelumasan, pelapisan, dan lain-lain. Dimana semakin halus kekasaran permukaan semakin kecil gesekan yang terjadi sedangkan semakin halus kekasaran permukaan semakin merata penyebaran perpindahan panasnya begitu juga halnya dengan penyebaran pelumasan. Oleh karena itu, kekasaran permukaan menjadi tolak ukur keakuratan dan kualitas permukaan suatu produk industri manufaktur. Dalam praktek di lapangan seringkali yang pertama kali ditetapkan adalah tingkat kekasaran yang diinginkan, kemudian berdasarkan tingkat kekasaran yang diinginkan tersebut dilakukan proses pemesinan untuk mendapatkan tingkat kekasaran tersebut, dengan menentukan parameter pemotongan yaitu kedalaman pemakanan (depth of cut), laju pemakanan (feed rate), dan kecepatan potong (cutting speed). jika kekasaran permukaan yang didapatkan tidak sesuai dengan yang diinginkan maka dilakukan lagi proses pemesinan dengan pengaturan parameter pemotongan yang lain. Permasalahannya adalah seberapa besar pengaruh kedalaman pemakanan (depth of cut), laju pemakanan (feed rate), dan kecepatan potong (cutting speed) terhadap kekasaran permukaan. Berdasarkan hal tersebut penulis ingin mengetahui pengaruh parameter pemotongan proses pemesinan bubut terhadap kekasaran permukaan untuk material St.37. Parameter yang sangat menentukan kekasaran permukaan adalah dalaman pemakanan (depth of cut), laju pemakanan (feed rate), dan kecepatan potong. (Kalpakjian Serope dan Schmid R. Steven; 2002), Sejauh mana ketiga parameter tersebut mempengaruhi kekasaran permukaan hasil pembubutan? Pada penelitian ini ingin didapatkan hubungan antara ketiga parameter tersebut dengan kekasaran permukaan untuk proses pembubutan dengan pahat kyocera tipe DCMT11T304HQ bahan CVD coated carbide pada material St. 37. Sehubungan dengan banyaknya faktor yang mempengaruhi kekasaran permukaan, pada penelitian ini dibuat beberapa batasan dan asumsi sebagai berikut: 1. Parameter yang dipertimbangkan adalah kedalaman pemotongan (depth of cut), laju pemakanan (feed rate), dan kecepatan pemotongan (cutting speed). 2. Eksprimen difokuskan pada proses pembubutan memanjang (paralel turning) pada tahap finishing. 3. Material benda uji adalah St. 37 berbentuk batang pejal dengan ukuran Ø 50 x 100 mm. Tool overhang dan mesin bubut dianggap cukup rigid, sehingga mampu menyerap getaran yang terjadi selama proses pemotongan berlangsung. 4. Proses pemesinan bubut dilakukan pada mesin maximat V13.

2 Jurnal Teknik Mesin Vol. 7, No.2,Desember 2010 ISSN Penelitian menggunakan metoda full factorial dengan 3 faktor dan 2 tingkat sehingga terdapat 2 3 = 8 variasi percobaan dengan tiga kali pengulangan. Untuk mengetahui seberapa besar hubungan antara parameter tersebut serta tingkat pengaruhnya terhadap kekasaran permukaan perlu dilakukan penelitian. Mengingat banyaknya faktor yang mempengaruhi hasil proses pemesinan maka dalam penelitian ini perlu asumsi-asumsi sebagai berikut: 1. Pahat dan mesin bubut dianggap kaku sehingga pengaruh getaran terhadap kekasaran permukaan dapat diabaikan. 2. Parameter yang diamati sebagai variabel adalah kecepatan potong (v), laju pemakanan (f) dan kedalaman pemotongan (a). 3. Respon yang diamati adalah kekasaran permukaan (surface roughness/ra). 4. Eksperimen difokuskan pada pembubutan memanjang (parallel turning). Tujuan dari pelaksanaan penelitian ini adalah : 1. Mendapatkan hubungan antara kekasaran permukaan dengan kondisi pemotongan (kedalaman pemakanan, kecepatan pemakanan, dan kecepatan potong). 2. Mendapatkan tingkat parameter pemotongan yang signifikan (berpengaruh) terhadap kekasaran permukaan. 3. Mendapatkan kekasaran permukaan optimum proses bubut berdasarkan setting parameter pemotongan yang digunakan. 2. METODOLOGI Pengujian parameter pemesinan dalam penelitian ini dilakukan di Bengkel mesin Politeknik Negeri Padang pada mesin bubut konvensional dengan merek Maximat buatan Austria. Pada proses pembubutan, benda kerja disayat dengan cara memutar benda kerja dan diumpankan pada pahat yang bergerak translasi sejajar dengan sumbu putar benda kerja. Gerak rotasi dari benda kerja disebut dengan gerak potong relatif dan gerak translasi perkakas potong disebut gerak umpan (feeding). Kombinasi dari kedua gerak tersebut akan menghasilkan alur spiral yang tipis sepanjang benda kerja yang berbentuk silindris. Bila gerak umpannya lambat sekali dibandingkan dengan gerak potongnya, maka akan dihasilkan benda kerja dengan alur spiral yang hampir tidak kelihatan. Bila gerak umpannya secara translasi dipercepat dan gerak potongnya diperlambat, maka bentuk alur spiral yang mengelilingi benda kerja akan semakin jelas dan bila alurnya diperdalam maka akan terbentuk seperti ulir. Jadi dengan mengatur perbandingan kecepatan rotasi benda kerja dengan kecepatan translasi perkakas potong, maka akan diperoleh suatu profil permukaan yang berbeda. 1. Pahat Insert dan Tool Holder Tool holder yang digunakan adalah SDNCN 1010 F11 sudut bebas cekam 62,5 0. Skema geometri dari tool holder. Pahat yang digunakan adalah pahat kyocera tipe DCMT11T304XQ bahan CVD coated carbide pada material St. 37. Tabel 1 Kondisi pemotongan pahat insert Dalam pemakan (mm) d Laju pemakanan (mm/rev) f Kecepatan (m/min) v 0.5, 1, , , 250 Tiga faktor yang berpengaruh terhadap permukaan yang diteliti adalah sebagai berikut: 1. Kedalaman pemakanan (depth of cut). 2. Laju pemakanan (feed rate). 3. Kecepatan potong (cutting speed). Variabel Responnya adalah kualitas permukaan dalam hal ini ditentukan berdasarkan kekasaran permukaan yang diukur dengan menggunakan Digital Surface Analyzer. Tabel 2 Faktor dan tingkat dari experiment untuk model yang dibangun Tingkat Rendah (-1) Tinggi (1) Faktor A B C Depth of Feed Cutting cut (d) (f) speed (v) mm mm/rev (m/min) 1,5 mm mm/rev. 250 (m/min) Khusus untuk cutting speed penentuan harga v berpengaruh terhadap kecepatan putaran benda kerja yang digunakan. Dari persamaan n = v / d... (1) Untuk v = 150 m/min dan d = 50 mm, maka n = / 50 = 955,414 rpm Sesuai dengan kemampuan mesin bubut, pada penelitian ini digunakan n = 900 rpm. Untuk v = 250 m/min dan d = 50 mm, maka 100

3 Pengaruh Parameter Pemotongan terhadap Kekasaran Permukaan Proses Bubut untuk Material St37 (Asmed) n = / 50 = 1592,357 rpm Sesuai dengan kemampuan mesin bubut, pada penelitian ini digunakan n = 1500 rpm. Sedangkan untuk laju pemakanan; untuk 0.17 mm/rev sesuai dengan kemampuan mesin digunakan 0,168 mm/rev dan untuk laju pemakanan 0,3 sesuai dengan kemampuan mesin digunakan 0,315 mm/ev. Faktor dan tingkat penelitian ini dapat dilihat pada Tabel (3). Dengan menggunakan prinsip full faktorial, maka untuk 3 faktor dan 2 tingkat diatas terdapat sebanyak 2 3 = 8 variasi ekspriment dengan 3 kali pengulangan. Detil dari ke 8 variasi ekspriment tersebut dapat dilihat pada Tabel (4). Tabel 3 Disain percobaan dan model yang dibangun No. Percobaan Benda uji (d) mm Faktor (f) mm/rev (v) m/min 1 0,5 0, (900 rpm) 2 0,5 0, (1500 rpm) 3 0,5 0, (900 rpm) 4 0,5 0, (1500 rpm) 5 1,5 0, (900 rpm) 6 1,5 0, (1500 rpm) 7 1,5 0, (900 rpm) 8 1,5 0, (1500 rpm) Material benda uji adalah St. 37 berbentuk batang pejal dengan ukuran Ø 50 x 100 mm, sebanyak 3 x 8 buah = 24 buah. Komposisi kimia bahan St.37 dapat dilihat pada Gambar 3.6. Komposisi kimia: C : 0.22% Max Mn : 0.30~`0.65% SI : 0.30% Max. P : %Max S : 0.045% Max. Sifat Mekanik Kekuatan luluh Min :215 Mpa. Kekuatan tarik Min: 375 Mpa. Pemanjangan Min: 22 %. Bentuk benda uji dan set up percobaan yang dilakukan seperti Gambar (1). Pelaksanaan Percobaan Gambar 1. Set Up percobaan Percobaan dilakukan dengan menggunakan mesin bubut konvensional dengan merek Maximat V.13 buatan Austria. Setelah dilakukan pemesinan kemudian dilakukan pengukuran kekasaran permukaan dengan menggunakan alat ukur kekasaran permukaan Mitutoyo SJ HASIL Untuk pengukuran kekasaran (roughness) diambil nilai Roughness average (R a ) Pengukuran dilakukan pada tiga area kemudian dirata-ratakan. Berdasarkan pengukuran menggunakan alat ukur Mitutoyo SJ 201 didapatkan hasil pengukuran sebagai berikut. Tabel.4. Hasil pengukuran kekasaran permukaan No Dalam pemakanan (a) Laju pemakan (f) Kecepatan potong (v) Respon Ra (µm) mm mm/rev m/min Ra Rata-rata (µm) 1 0,5 0, ,89 2,95 2, ,5 0, ,94 2,80 2, ,5 0, ,33 5,39 5, ,5 0, ,96 5,95 5, ,5 0, ,86 2,73 3, ,5 0, ,05 2,93 2, ,5 0, ,20 6,00 6, ,5 0, ,77 5,66 4,

4 4. PEMBAHASAN Analisa Hasil Anova Dengan hipotesis: H0 : τ 1 = τ 2 = 0 (rata-rata sampel tiap perlakuan sama) H1 : τ i 0 (ada perlakuan yang rata-ratanya tidak sama) Hipotesa awal akan ditolak apabila nilai F melebihi nilai F α,df-num,df-den dimana: - α adalah tingkat kepercayaan, diambil 5% - df-num adalah derajat kebebasan yang digunakan sebagai pembilang. df-num = k-1, k = jumlah tingkat Pada penelitian ini df-num = 2-1 =1 - df-den adalah derjat kebebasan yang digunakan sebagai penyebut. - df-den = T-k, T = jumlah total keseluruhan sampel. Pada penelitian ini df-den = 8-2 = 6 Berdasarkan tabel distribusi F untuk F 0.0.5, 1, 5,99. Tabel 5. Hasil anova General Linear Model: Ra versus d; f; v Faktor Type Levels Values d fixed 2 0,5; 1,5 f fixed 2 0,168; 0,315 v fixed 2 150; 250 Analysis of Variance for Ra, using Adjusted SS for Tests Source DF Seq SS Adj SS Adj MS F d 1 0,0165 0,0165 0,0165 0,21 f 1 17, , , ,66 v 1 0,0155 0,0155 0,0155 0,20 d*f 1 0,0040 0,0040 0,0040 0,05 d*v 1 0,6700 0,6700 0,6700 8,54 f*v 1 0,0012 0,0012 0,0012 0,02 Error 17 1,3334 1,3334 0,0784 Total 23 49,3892 S = 0, R-Sq = 97,30% R-Sq(adj) = 96,35% 6 adalah Berdasarkan Tabel (5). dapat dilihat hanya faktor laju pemakanan (f) dengan nilai F = 26,66 besar dari pada nilai tabel F 5,99 sedangkan untuk faktor dalam pemakanan (d) dan kecepatan potong nilai F nya lebih kecil dari pada nilai tabel. Artinya hanya faktor laju pemakanan yang mempunyai pengaruh signifikan terhadap kekasaran permukaan sedangkan faktor yang yang lain tidak berpengaruh signifikan. Pengaruh Perlakuan Terhadap Ra Pada Gambar (2) dapat dilihat: Gambar 2. Pengaruh masing-masing parameter uji terhadap kekasaran (Ra) 1. Faktor dalam pemakanan ; semakin dalam pemakanan semakin kasar permukaan, tetapi tidak berpengaruh signifikan secara statistik (nilai F < F tabel ). 2. Faktor laju pemakanan; Semakin besar laju pemakanan semakin kasar permukaan dengan pengaruh yang sangat signifikan (nilai F > F tabel ) Faktor kecepatan potong; Semakin cepat kecepatan potong semakin halus permukaan tetapi tidak berpengaruh signifikan secara statistik (nilai F< F tabel ). Untuk interaksi mm mm/rev m/min a. Dalam pemakanan dan laju pemakanan Garis dalam pemakanan 0,5 dan 1,5 paralel bahkan hampir berhimpit terhadap tingkat laju pemakanan 0,168 dan 0,315, itu artinya tidak ada interaksi antara dalam pemakanan dengan laju pemakanan. b. Dalam pemakanan dan kecepatan potong Grafiknya tidak paralel berarti ada interaksi antara dalam pemakanan dan kecepatan potong yaitu untuk besar kecepatan semakin halus permukaan. Dalam pemakanan kecil semakin besar kecepatan potong semakin Laju pemakanan dan kecepatan potong kasar permukaan sebaliknya untuk dalam pemakanan besar semakin Grafiknya hampir paralel berarti tidak ada interaksi antara laju pemakanan dengan kecepatan potong dimana baik untuk laju pemakanan kecil maupun besar semakin besar laju pemakanan semakin kasar permukaan. Permukaan paling halus diberikan oleh laju pemakanan yang kecil (0,168 mm/rev)

5 Pengaruh Parameter Pemotongan terhadap Kekasaran Permukaan Proses Bubut untuk Material St37 (Asmed) (µm) mm mm/rev. m/min. Gambar 3. Interaksi dua parameter uji terhadap kekasaran (Ra) Dan dari ANOVA didapatkan hasil seperti Tabel (6) Tabel.6 Anova untuk regresi eksponensial Coefficients Standard Error t Stat P-value Intercept ( 0) 1, , , ,00161 X Variable 1 ( -0, , , , X Variable 2 ( 1, , , ,3E-05 X Variable 3 ( 3) 0, , , , Dari persamaan yang didapatkan tersebut atau (Rahitung) dapat dibandingkan dengan Ra sebenarnya yang didapatkan dari data percobaan (Ra-data). Gambar 4 Tingkat kekasaran percobaan Analisa Pengaruh Perlakuan Terhadap Kekasaran Permukaan Berdasarkan hasil ANOVA diketahui nilai F nya adalah 0,21 < dari nilai distribusi F untuk F 0.0.5,1,6 yaitu 5,99. Artinya tidak ada pengaruh kedalaman pemakanan terhadap kekasaran permukaan proses pembubutan. Pada percobaan ini dalam pemakanan tidak berpengaruh signifikan terhadap kekasaran permukaan disebabkan oleh karena dalam pemakanan hanya berpengaruh pada gaya pemotongan, semakin dalam pemakanan semakin besar gaya pemotongan, selama kondisi mesin bagus (rigid) dan pahat tahan terhadap gaya pemotongan tersebut maka tidak akan menyebabkan penambahan kekasaran. Pada percobaan ini tingkat percobaan untuk dalam pemakanan yang diambil adalah 0,5 mm dan 1,5 mm dimana hal tersebut masih didalam range kondisi percobaan yang direkomendasikan seperti terlihat pada Tabel (6). sehingga kondisi pahat masih aman sehingga itu sebabnya dalam pemakan tidak berpengaruh pada kekasaran permukaan. Analisa Pengaruh Laju Pemakanan Terhadap Kekasaran Permukaan Berdasarkan hasil ANOVA diketahui nilai F nya adalah 26,66 > dari nilai tabel distribusi F untuk F 0.0.5, 1,6 yaitu 5,99. Artinya ada pengaruh signifikan laju pemakanan terhadap kekasaran permukaan proses pembubutan, hal ini juga dapat dilihat pada Gambar (4), dimana garisnya sangat curam yang artinya semakin besar laju pemakanan semakin besar kekasaran permukaan. Laju pemakanan berpengaruh signifikan terhadap kekasaran permukaan disebabkan laju pemakanan adalah jarak yang ditempuh pahat perputaran, artinya semakin besar laju pemakanan semakin besar jarak yang disayat pahat setiap satu kali keliling benda kerja, sehingga antara puncak perpuncak setiap sayatan semakin jauh yang menyebabkan kekasaran permukaan semakin besar seperti dapat dilihat pada gambar berikut. Pada percobaan ini tingkat 103

6 Jurnal Teknik Mesin Vol. 7, No.2,Desember 2010 ISSN percobaan untuk laju pemakanan yang diambil adalah 0,168 mm/rev dan 0,315 mm/rev. Gambar 5 Parameter pemotongan proses bubut [7] Analisa Pengaruh Kecepatan Potong Terhadap Kekasaran Permukaan Berdasarkan hasil ANOVA diketahui nilai F nya adalah 0,2 < dari nilai tabel distribusi F untuk F 0.0.5,1,6 yaitu 5,99. Artinya tidak ada pengaruh kecepatan potong terhadap kekasaran permukaan proses pembubutan, hal ini juga dapat dilihat pada Gambar (5) dimana garisnya mendatar. Kecepatan potong tidak berpengaruh terhadap kekasaran permukaan adalah karena kecepatan potong adalah panjang pahat melakukan proses penyayatan persatuan waktu dalam hal ini diukur dengan satuan m/min. Artinya kecepatan potong hanya berpengaruh pada panas yang timbul pada pahat potong. Semakin cepat pahat potong menyayat benda kerja semakin besar panas yang timbul, selama pahat potong masih bisa menahan panas yang timbul maka hal tersebut tidak berpengaruh pada kekasaran permukaan. Karena pada penelitian ini kecepatan potong diambil adalah 150 m/min dan 250 m/min dimana hal tersebut masih didalam range kondisi percobaan yang direkomendasikan seperti terlihat pada tabel diatas sehingga kondisi pahat masih aman. 5. PENUTUP 5.1 Kesimpulan Berdasarkan data dan analisa percobaan diatas dapat disimpulkan sebagai berikut: 1. Dengan menggunakan metode regresi linear didapatkan hubungan antara kondisi pemotongan (dalam pemakanan, laju pemakanan dan kecepatan potong) dengan kekasaran permukaan. Dengan metode eksponensial didapatkan persamaan: Ra v f a 0, , , Dalam pemakanan tidak berpengaruh terhadap kekasaran permukaan dengan nilai F percobaan 0,21 < dari nilai tabel distribusi F untuk F 0.0.5,1,6 yaitu 5,99. Artinya tidak ada pengaruh kedalaman pemakanan terhadap kekasaran permukaan proses pembubutan. Grafik dalam pemakanan terhadap kekasaran permukaan berupa garis mendatar yang menunjukkan bahwa tidak ada pengaruh dalam pemakanan terhadap kekasaran permukaan. 3. Laju pemakanan berpengaruh terhadap kekasaran permukaan dengan nilai F percobaan adalah 26,66 > dari nilai tabel distribusi F untuk F 0.0.5, 1, 6 yaitu 5,99. Artinya ada pengaruh signifikan laju pemakanan terhadap kekasaran permukaan proses pembubutan. Grafik laju pemakanan terhadap kekasaran permukaan garisnya sangat curam yang artinya semakin besar laju pemakanan semakin besar kekasaran permukaan. 4. Kecepatan potong berpengaruh terhadap kekasaran permukaan dengan nilai F percobaan adalah 0,2 < dari nilai tabel distribusi F untuk F 0.0.5,1,6 yaitu 5,99. Artinya tidak ada pengaruh kecepatan potong terhadap kekasaran permukaan proses pembubutan, Grafik kecepatan potong terhadap kekasaran permukaan berupa garis mendatar yang menunjukkan bahwa tidak ada pengaruh kecepatan potong terhadap kekasaran permukaan. 5. Untuk mendapatkan kekasaran permukaan optimum adalah dengan menggunakan laju pemakaanan yang kecil, sedangkan dalam pemakanan dan kecepatang potong dapat diseting pada kondisi maksimal karena tidak berpengaruh signifikan terhadap kekasaran permukaan. Pada percobaan ini kekasaran permukaan optimum didapatkan sebesar 2,88 µm pada kondisi percobaan; dalam pemakanan 1,5 mm (paling tinggi), laju pemakanan 0,168 mm/rev (paling rendah) dan kecepatan potong 250 m/min (paling rendah). 5.2 Saran Untuk mendapatkan kekasaran permukaan (Ra) yang lebih kecil nilainya perlu dipilih laju pemakanan yang lebih kecil. PUSTAKA 1. Boothroyd, Geoffrey and Winston A. Knigh, Fundamentals of Machining and Machine Tools, 2nd Edition, Marcel Dekker, New York, Feng, C-X. and Wang, X-F., Surface Roughness Predictive Modeling: Neural Networks versus Regression, International Journal of Advanced Manufacturing Technology (in press),

7 Pengaruh Parameter Pemotongan terhadap Kekasaran Permukaan Proses Bubut untuk Material St37 (Asmed) 3. Harinaldi, Prinsip-prinsip statistic untuk teknik dan sains, Erlangga, Jakarta, Kalpakjian Serope and Schmid R. Steven, Manufacturing Engineering and Technology, Fourth Edition, Prentice Hall, London, Montgomery, D. C., Design and Analysis of th Experiments, 5 Edition. John Wiley &Sons,NewYork, M.B de Rooij and D.J. Schipper, surface Technology & Tribology, University of Twente Netherlands Ozel Tugrul dan Karpat Yigit, Prediction of Surface Roughness and Tool Wear in Finish Dry Hard Turning Using Back Propagation Neural Networks, Department of Industrial and Systems Engineering Rutgers, The State University of New Jersey, USA, Rochim Taufig, Teori dan teknologi proses pemesinan, Higher education development support project, Bandung, Schmidt Carsten, Tool Wear Prediction and Verification in Orthogonal Cutting, Engineering Research Center for Net Shape Manufacturing (ERC/NSM) The Ohio State University, May CURRICULUM VITAE Asmed, ST., MT., adalah Staf Jurusan Teknik Mesin Politeknik Negeri Padang Kampus Unand Limau Manis Padang (Telp Fax ), dengan asmedmalingmail@.com Drs. Yusri Mura, MT., adalah Staf Jurusan Teknik Mesin Politeknik Negeri Padang Kampus Unand Limau Manis Padang (Telp Fax ), dengan yusri_u@yahoo.co.id 105