STUDI EXPERIMEN PENGARUH KEKERASAN MATERIAL TEHADAP KARATERISTIK PERMUKAAN BENDA KERJA PADA PROSES BUBUT

Transkripsi

1 STUDI EXPERIMEN PENGARUH KEKERASAN MATERIAL TEHADAP KARATERISTIK PERMUKAAN BENDA KERJA PADA PROSES BUBUT Rosehn E-mil: ABSTRACT The mchining process re included to determine cutting tools nd mchining prmeters for the rw mterils. This mchining processes will determining the surfce qulity of the work piece. The mchining prmeters re obtinble from CAD/CAM or CNC system, utomticlly. if the ppliction progrm is not including the dtbse, this mchining prmeters should get s mnul. Surfce roughness of the work pieces s surfce chrcteristic will be very significnt to design the prt of mchine. Mny fctors tht hve effect for surfce chrcteristic, such s; mchining prmeters, tool wer, cutting force, tool geometry, temperture nd rw mteril hrdness. This reserch bout the effect of surfce roughness ginst rw mteril hrdness. The dt of this reserch bse on surfce roughness, the lod of respective xis nd chips thickness with the sme mchining prmeters, nd to nlyze the effect of rw mteril hrdness ginst surfce roughness. Keywords: surfce roughness, mteril hrdness PENDAHULUAN Prmeter pemesinn secr teoritis dpt diklkulsi menggunkn persmn yng sudh d, nmun untuk memstikn hsil dri proses pemesinn seperti hlny kulits permukn bend kerj tertentu tidk dpt diprediksi dengn cr teoritis. Kulits permukn merupkn slh stu dri krteristik permukn bend kerj yng diukur dengn tingkt keksrn permukn. Krteristik sutu permukn berpernn penting dlm perncngn elemen mesin. Secr eksperimentl keceptn potong (V c ) berpengruh terhdp keksrn permukn (R ) bend kerj, pd keceptn potong ntr 600 m/min smpi 1350 m/min, keksrn permukn menurun tjm dn tidk terpengruh dengn geometri pht [1]. Dn berdsrkn sutu simulsi dinmik yng merupkn fungsi keceptn potong, kedlmn potong ( p ), gerk mkn (f n ), rdius pht (r β ) dn frekwensi pribdi (x). dpt didefinisikn profil punck ke profil dsr (h mx ) []. Pd mklh ini dibhs pengruh mteril terhdp keksrn permukn bend kerj, dengn menggunkn prmeter dn pht potong yng sm untuk du mcm mteril bend uji, sehingg dihrpkn dpt mengnlisis dt yng diperoleh dri pengujin. TINJAUAN PUSTAKA 1. Keksrn permukn Keksrn permukn dihsilkn oleh proses pemesinn dlh pengruh kombinsi dri du bgin terpish, yitu: - Keksrn idel (idel roughness), yng dikibtkn dri geometri pht dn gerk mkn (feed) terjdi ketidkrtn yng dikibtkn oleh proses pemesinn. - Keksrn sesungguhhny (nturl roughness) yng terjdi, diesbbkn oleh beberp fktor, selin geometri pht dn gerk mkn, jug kren formsi BUE (Built-Up Edge) dn getrn pd mesin itu sendiri Keksrn Idel Stf Pengjr Jurusn Teknik Mesin Fkults Teknik Universits Trumngr. 1

2 Keksrn idel menunjukn hsil khir yng bik dpt diberikn oleh proses pemesinn, sesui dengn geometri pht dengn menggunkn pht tnp rdius tu pht rdius [3]. Tinggi mksimum ketidkrtn dpt dihitung dengn. persmn: Tinggi mksimum, dengn pht tnp rdius [4] : fn hmx cot κ + cot γ (1) Tinggi mksimum, dengn pht rdius [3] : f n hmx Keksrn sesungguhny () Pd opersi sebenrny, beberp vrisi fktor yng merugikn mempengruhi hsil khir. Dintrny yng sngt penting dlh pembentukn dri BUE dn getrn. Bil kondisi pemotongn dipilih dengn tept, chtter (getrn) dpt dihindri. Setelh formsi BUE tergntung pd kondisi pemotongn (kering tu bsh) dn keceptn potong itu diperkirkn. Untuk sutu kondisi pemotongn, keksrn sesungguhny kn berubh-ubh terhdp keceptn potong. Keculi untuk keceptn potong sngt rendh, intensits formsi BUE berkurng terhdp keceptn potong, dn jug tinggi mksimum dri ketidkrtn permukn jug dikibtkn penurunn keceptn potong [3]. Nili h mx didpt berdsrkn pd sutu simulsi sebgimn ditunjukn pd persmn berikut ini [] : Untuk x lebih besr 150 Hz: 14.3 fn h (3) 1.3 Prmeter permukn mx r β Untuk memperoleh profil sutu permukn, mk jrum perb (stylus) dri lt ukur hrus digerkkn mengikuti lintsn yng berup gris lurus dengn jrk yng telh ditentukn terlebih dhulu. Pnjng lintsn ini disebut dengn pnjng pengukurn (trnversing length). Sest setelh jrum bergerk dn sest sebelum jrum berhenti mk secr elektronis lt ukur melkukn perhitungn berdsrkn dt yng dideteksi oleh jrum perb. Bgin dri pnjng pengukurn dilkukn nlisis dri profil permukn disebut dengn pnjng smpel (smpling length). Berdsrkn profil-profil seperti pd gmbr, mk dpt didefinisikn beberp prmeter permukn, yitu yng berhubungn dengn dimensi pd rh tegk, [8] : 1) kedlmn totl (pek to vlley profil referensi height/totl height), R t (µm); dlh profil tengh jrk ntr profil referensi dn R p profil terukur profil dsr pnjng smpel, L(mm) Gmbr 1. Ilustrsi profil permukn [8] r β referensi dsr, ) kedlmn pertn (depth of surfce smoothness/pek to men line), R p (µm); dlh jrk rtrt ntr profil referensi dengn profil tengh, 3) keksrn rt-rt ritmetis (men roughness index/center line verge, CLA), R (µm); dlh hrg rt-rt ritmetis dri hrg bsolutny jrk ntr profil terukur dengn profil tengh, Tbel 1. Beberp profil teoritis dengn hrg prmeter [8]

3 Bentuk profil teoritis R p R R g R g R t R t R t R profil sinusiodl profil segitig profil prbolis orde ke profil prbolis orde ke profil distribusi guss ) keksrn rt-kwdrtis (root men squre height), R g (µm); dlh kr dri jrk kwdrt rt-rt ntr profil terukur dengn profil tengh. Secr teoritis dpt dimislkn bentuk sutu profil permukn, kemudin meng-hitung prmeter permukn berdsrkn rumus mtemtisny. Tbel 1. berikut ini dlh contoh beberp bentuk profil teoritis dengn perbndingn hrg-hrg prmeter.. Anlis Model Regresi Gris regresi populsi dlm prktek tidk dpt ditentukn secr tept, oleh kren itu perlu dicri estimtsi dri gris tersebut dengn menggunkn dt yng d. Sehingg gris estimsi dpt dihitung dengn persmn eksponen sebgi berikut; b x y c e (4) Koefisien determinsi R, merupkn proporsi vribilits dependen dri smpel yng diterngkn oleh hubungn linier dengn vribel independen. Dn nili R dlh kudrn koefisien korelsi smpel. Koefisien determinsi R 1 ( SSE SST ) (5) di mn: SSE Y ˆ i Y ) dn ( i i SST ( Y ) (( Y ) / n) I Sehingg untuk mencri hubungn ntr x dn y dpt digunkn model regresi. Untuk itu perlu dicri nili estimsi-ny diperoleh menggunkn prosedur yng sudh dibhs tu jug digunkn progrm komputer. METODE PENELITIAN Penelitin ini dititik bertkn pd proses pembubutn dengn berbgi keceptn potong terhdp mteril bend kerj berbentuk silindris, dengn tujun untuk memperoleh korelsi ntr keksrn permukn dn mteril bend kerj. Penelitin ini terdiri dri tig thp percobn, yitu: 1) Percobn pertm, melkukn proses pembubutn memnjng dengn prmeter, kedlm potong ( p ) konstn dn gerk mkn sedngkn keceptn potong (V c ) bervrisi, melkukn pembcn bebn sumbu-sumbu mesin. ) Percobn Kedu, melkukn pengukurn terhdp bend kerj dn melkukn nlisis terhdp dt yng diperoleh dri hsil pengukurn. 3) Percobn Ketig, melkukn pengukurn tebl germ dri hsil pemotongn. 1. Alt dn mteril digunkn Alt digunkn dlm penelitin ini dlh mesin bubut CNC, lt ukur keksrn permukn, outside micrometers, pht potong dn mteril bend kerj. 3

4 1.1 Dt lt: Mesin perkks Mesin bubut CNC Tipe Kontrol Alt ukur keksrn Pembut Tipe Cut-off length 1. Dt pht: Pembut / Mteril Kode sisipn / Grde Kode pemegng pht : Mzk : Turn 8N : Mztrol T Plus : Mitutoyo : Mitutoyo / Surftest-11 : 0.5 mm, 0.8 mm, dn.5 mm : Sndvik Coromont / Cemented Crbide : CNMG WF / New GC4015 : PCLNR 00K1 1.3 Mteril bend kerj Tbel. Dt mteril bend kerj Mteril S5C S50C Kekersn 85 BHN 177 BHN Tegngn trik 83 N/mm 97 N/mm Bentuk silindris Silindris Dimensi. Prmeter pemesinn: di. 90 mm, pnjng 160mm di. 90 mm, pnjng 160mm Keceptn potong (V c ) : 600 m/min s / d 1350 m/min Gerk mkn (f n ) : 0. mm/r Kedlmn potong ( p ) : 0.5 mm Dimeter mteril (d) : 58 mm s / d 88 mm Pnjng potong (L) : 80 mm Kriteri penggntin pht : bebn pemotongn PENGOLAHAN DATA Mesin perkks yng digunkn dlm mengerjn khir (finishing) pd proses pemesinn pembubutn memnjng (turning) digunkn mesin bubut CNC dengn kontrol mesin dilengkpi kontrol bebn pd sumbu-sumbuny Dt hsil pengujin Dt hsil pengujin berikut ini dlh dt hsil pembcn rt-rt dri lim smpel pengukurn setip percobn yng dilkukn. Percobn dilkukn sebnyk delpn kli untuk setip tingkt keceptn potong. Dt pengmtn pd tbel 3 merupkn hsil rt-rt. 4

5 mteril : S5C kekersn : 85 BHN tegngn trik : 83 N/mm Tbel 3. Dt pengmtn mteril : S50C kekersn : 177 BHN tegngn trik : 597 N/mm No. V c [m/min] P x [%] P z [%] P s [%] R [mm] h c [mm] P x [%] P z [%] P s [%] R [mm] h c [mm] Dt prediksi Menggunkn persmn (4), dpt dihitung dt prediksi seperti pd tbel 4. berikut ini: mteril : S5C kekersn : 85 BHN tegngn trik : 83 N/mm Tbel 4. Dt Prediksi mteril : S50C kekersn : 177 BHN tegngn trik : 597 N/mm No. V c [m/min] P x [%] P z [%] P s [%] R [mm] h c [mm] P x [%] P z [%] P s [%] R [mm] h c [mm] Keksrn permukn rt-rt Keksrn permukn pd tbel 4. dengn kekersn mteril 85 BHN dn 177 BHN dilkukn perhitungn nili tengh tu nili rt-rt pd kondisi dn prmeter pemotongn yng sm, untuk pemeriksn dihitung persentsi penyimpngn terhdp nili tengh, menggunkn persmn berikut: R ' Keksrn permukn rt-rt: " + R R (6) 5

6 di mn: R : Keksrn permukn mteril 85 BHN R : Keksrn permukn mteril 177BHN Penyimpngn: R ( R ' R ")( R ' R ") (7) R Persentsi penyimpngn: E 100% R (8) Hsil perhitungn seperti pd tbel berikut: Tbel 5. Hsil perhitungn nili tengh dn penyimpngn keksrn permukn Mteril Hsil perhitungn Kekersn Kekersn Keksrn 85 BHN 177 BHN rt-rt Penyimpngn No. V c [m/min] R [µm] R [µm] R [µm] R [µm] E [%] ANALISA 1. Bebn pemesinn Bebn pemesinn sngt berrti sekli pd krteristik dri proses pemotongn, bebn pemesinn ini memberikn informsi bebn meknik pd pht potong dn jug energi dipindhkn pd proses pemotongn. Pengukurn bebn pemesinn merupkn fungsi keceptn potong, yng dimbil dri bebn terhdp sumbu X, sumbu Z, dn poros utm seperti pd tbel 6, gmbr dn 3. Tbel 6. Perbndingn bebn pd sumbu X, Z dn poros utm terhdp keceptn potong. Mteril 85 BHN Mteril 177 BHN V c [m/min] P x [%] P z [%] P s [%] P x [%] P z [%] P s [%] Pd gmbr dn 3, terliht seperti pd tbel 6, Bebn sumbu Z dn bebn poros utm hmpir tidk menglmi kenikn yng berrti. Sedngkn bebn sumbu X kenikn sngt berrti. Jik pht telh menglmi keusn, mk bebn sumbu X meningkt smpi beberp kli. Bebn sumbu Z dn bebn poros utm meningkt sedikit yng sehrusny menurun pd st keceptn potong turun. Dri bebn sumbu X, Z dn poros utm, ditentukn penggntin pht dilkukn. 6

7 16.00 Px [%] Pz [%] Expon. (Px [%]) Expon. (Pz [%]) 3 Px [%] Pz [%] Expon. (Px [%]) Expon. (Pz [%]) Bebn sumbu; Px, Pz [%] R R Keceptn potong; Vc [m/min] Bebn sumbu; Px, Pz [%] R R Keceptn potong; Vc [m/min]. Mteril 85 BHN b. Mteril 177BHN Gmbr. Bebn sumbu X, Z terhdp keceptn potong 10 Ps [% ] Expon.(Ps [% ]) 140 Ps [% ] Expon.(Ps [% ]) Bebn poros utm; Ps [%] R Keceptn potong; Vc [m/min] Bebn poros utm; Ps R Keceptn potong;vc [m/min]. Mteril 85 BHN b. Mteril 177BHN Gmbr 3. Bebn poros utm terhdp keceptn potong Pengurngn bebn sumbu Z (P z ) pd keceptn potong tinggi berpengruh positip terhdp kehlusn permukn pd ksus gerk mkn memnjng. Penurunn bebn sumbu Z berpengruh dengn pengurngn bebn meknik pd pht potong di zon geser pd tepi potong (cutting edge) pht.. Sudut geser Sudut geser merupkn tempt terjdi proses geser terus menerus setip muli memotong pd bentuk yng bru, yng merupkn proses deformsi plstis. Sebelum terbentuk deformsi plstis pd bend kerj terlebih dhulu terjdi proses yield, yitu ntr elstis dn plstis. Semkin besr sudut geser terbentuk mk lpisn yield kn semkin mendekti titik potong pht. Sudut geser diperoleh dri dt tebl germ terpotong. Tebl germ dihsilkn sngt tergntung pd keceptn potong liht pd α (90 -φ+α) hc tbel Dt penelitin. Berdsrkn dt tebl germ dpt dihitung sudut geser, keceptn h φ Vg Vs (90 -α) germ dn keceptn geser. Dengn φ Vc menggunkn persmn berikut: Rsio pemmptn tebl germ [3] : λ h h / h c (9) Gmbr 4. Skem ilustrsi pembentukn germ dn digrm keceptn. Sudut geser [3] : λh cosα tnφ 1 λh sinα (10 mk keceptn germ (V g ) dn keceptn geser (V s ) dpt dihitung dengn persmn berikut: Keceptn germ [7] : 7

8 V g V c λ h (11) Keceptn geser [8] : Vg cosα Vs sinφ (1) Dri persmn di ts dpt dihitung sudut geser, keceptn germ dn keceptn geser, seperti pd tbel 7 di bwh ini: Tbel 7. Perbndingn keceptn germ dn keceptn geser pd kedu mteril. Mteril 85 BHN Mteril 177 BHN V c [m/min] φ [ o ] V g [m/min] V s [m/min] φ [ o ] V g [m/min] V s [m/min] Dri tbel 7; terliht sudut geser, keceptn germ, keceptn geser dri kedu mteril tidk begitu berbed. Pengruh keceptn potong sngt berrti sekli pd keceptn germ dn keceptn geser. Keceptn germ juh lebih kecil dri keceptn potong ini disebbkn oleh terjdiny pemmptn germ pd zon geser. Sedngkn keceptn geser dri hsil penjumlhn vektor keceptn germ dn keceptn potong dengn sudut geser yng terbentuk reltif terhdp bend kerj. Bil dibndingkn pd keceptn 600 m/min, mk pd keceptn potong 1350 m/min kenikn terjdi pd sudut geser, kenikn sudut geser mengkibtkn kenikn pd keceptn geser. Keceptn geser lebih besr dibndingkn dengn keceptn potong, ini disebbkn sudut germ negtif empt derjt, terliht pd tbel Keksrn permukn Seperti yng telh dibhs keksrn permukn sngt dipengruhi oleh geometri pht, pengruh ini disebut dengn keksrn permukn idel. Keksrn sesungguhny dikibtkn bnyk fktor ntr lin, keceptn potong, geometri pht, prmeter pemesinn, kekersn mteril bend kerj dn kondisi pemotongn. Dengn membndingkn kedu mteril yng berbed, nili keksrn permukn terjdi tidk begitu berrti perbednny, terliht pd tbel 5. dn gmbr R [um ] Expon.(R [um ]) 1.6 R [um ] Expon.(R [um ]) Keksrn permukn; R R Keksrn permukn; R R Keceptn potong;vc [m/min] Keceptn potong;vc [m/min]. Mteril 85 BHN b. Mteril 177BHN Gmbr 5. Keksrn permukn terhdp keceptn potong Mengingt keksrn permukn terjdi bukn merupkn keksrn idel, mk persmn 1 dn tidk dpt digunkn untuk memprediksi keksrn sesungguhny. Slh stu pengruh keksrn permukn dlh kekersn mteril bend kerj, ini terliht pd tbel 5. Perbedn keksrn permukn ntr kedu mteril tidk begitu besr, berkisr ntr 0% smpi 4% terhdp nili rt-rt. Keksrn permukn rt-rt untuk mteril dengn kekersn ntr 85 BHN dn 177 BHN dpt diliht pd tbel 5, menggunkn trendline progrm Excel dpt diperoleh persmn berikut: 8

9 y (4.5979) e ( x) KESIMPULAN 1. Kulits khir permukn untuk kedu mteril sedikit berbed (liht tbel 5. dn gmbr 5), dimn keceptn geser dn sudut geser germ pd tingkt keceptn yng diuji tidk terllu berbed (liht tbel 7).. Sudut geser sedikit meningkt kibt keceptn potong pd kedu mteril. Hl ini yng mengkibtkn pengruh terhdp keksrn permukn pd kedu bend kerj tidk terllu berbed. 3. Keksrn permukn mteril bj crbon kekersn 85 BHN smpi 177BHN pd keceptn potong ntr 600 m/min smpi 1350 m /min dengn persentsi penyimpngn ± 4%, sebgi berikut: ( V ) c R ( ) e DAFTAR PUSTAKA [1] Rosehn, Pengruh keceptn potong tinggi terhdp kulits permuknbend kerj pd proses bubut, Jurnl Ilmih Teknik Mesin POROS, Vol. 4 No. (001) [] Jng. D.Y. nd Seireg. A, Mchining Prmeter Optimiztion for Specified Surfce Condition, Journl Engineering for Industry, Vol. 114, (199) [3] Ghosh. A. end Mllik A.K. Mnufcturing Science, Ellis Horwood Limited, Englnd, (1986) [4] Venktesh. V.C, Kttn. I.A, Hoy. D, Ye. C.T. nd Vnkirk. J.S, An Anlysis Cutting Tools with Negtive Side Cutting Edge Angles, Journl Mterils Processing Technology, Vol. 58, (1996) [5] Mzk, Operting Mnul for Quick Turn 8 N, Ymzki Mzk Corportion, publiction no. H147SG0010E, (1994) [6] Sndvik Coromnt, Metlworking Products Turning Tools, Denmrk, Stibo Grphic, (001) [7] Klpkjin. S., Mnufcturing Engineering nd Technology, Addison Wesley Publishing Compny, Chicgo, (1995) [8] Rochim Tufiq, Teori & Teknologi Proses Pemesinn. Bndung, FTI ITB, (1993) DAFTAR SIMBOL α : sudut germ [ ] γ : sudut sudut potong bntu [ ] κ : sudut.potong utm [ ] λ h : rsio pemmptn germ φ : sudut geser [ ] p : kedlmn potong [mm] d : dimeter [mm] f n : gerk mkn [mm/r] h : tebl germ sebelum dipotong [mm] h c : tebl germ [mm] h mx : tinggi mksimum ketidkrtn [µm] L : pnjng potong [mm] P x : bebn sumbu X [ % ] P s : bebn poros utm [ % ] P z : bebn sumbu Z [ % ] R : keksrn permukn [µm] R g : keksrn rt-kwdrtis [µm] R p : kedlmn pertn [µm] R t : kedlmn totl [µm] r β : rdius pht [mm] V c : keceptn potong [m/min] V f : keceptn gerk mkn [m/min] V g : keceptn lir germ [m/min] V s : keceptn geser [m/min] 9