PENGARUH SUDUT ORIENTASI ANTARA PAHAT DAN BENDA KERJA TERHADAP BATAS STABILITAS CHATTER PADA PROSES BUBUT ARAH PUTARAN COUNTER CLOCKWISE

Transkripsi

1 PENGARUH SUDUT ORIENTASI ANTARA PAHAT DAN BENDA KERJA TERHADAP BATAS STABILITAS CHATTER PADA PROSES BUBUT ARAH PUTARAN COUNTER CLOCKWISE Oleh Agus Susanto Dosen Pembimbing Prof. Dr. Ing. Ir. Suhardjono, M.Sc BIDANG KEAHLIAN SISTEM MANUFAKTUR JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER SURABAYA 2011

2 LATAR BELAKANG Inovasi proses manufaktur Mesin perkakas mempunyai performansi tinggi Kendala, akibatkan kriteria deformasi statis maupun perilaku dinamik Mengalami chatter Chatter Tidak chatter Efeknya; akurasi dimensi, surface finish, mempercepat keausan pahat, & patah dini. Chatter tidak boleh terjadi dan ketika proses pemotongan sedang berlangsung harus dalam keadaan stabil Perlu mengetahui batas stabilitas chatter sehingga dapat digunakan untuk memprediksi, mengkontrol, dan menghindari chatter.

3 Peneliti kasus stabilitas chatter Knight (1972), some effects of tool geometry and cutting conditions terhadap terjadinya chatter pada proses bubut Bason dan Yung (2002) berusaha mengetahui model chatter dan mengeliminasinya pada face turning Suhardjono (2006) meneliti pengaruh kecepatan potong terhadap chatter dan membandingkan kekasaran permukaan sebelum dan sesudah terjadi chatter. Lin (2008), berusaha menemukan kondisi stabilitas terbaik pada proses bubut untuk austenitic stainless steel Suzuki, dkk (2010) meneliti stabilitas chatter pada proses plunge cutting dengan arah bubut clockwise (cw) dan counter clockwise (ccw).

4 Tingkat kestabilan, ditentukan oleh sudut orientasi antara pahat dan benda kerja dalam arti penempatan relatif pahat pada tool post mesin bubut terhadap benda kerja yang dicekam Koenigsberger

5 I II III IV

6 Daerah Optimum Penempatan Pahat (Sumber: Koenigsberger dan Tlusty)

7 DASAR TEORI

8

9 METODE PENELITIAN

10 Mulai Studi Literatur A Merumuskan masalah Analisa system getaran yang sesuai dengan eksperimen Set-up pengujian pemotongan, yaitu memilih orientasi sudut Persiapan Benda Kerja dan alat bantu Persiapan perangkat eksperimen Pengujian pemotongan sampai kedalaman tertentu setiap sudut orientasi hingga terjadi chatter. Set-up Pengujian Eksitasi Pengujian Eksitasi Pengukuran harga respon getaran setiap pemotongan Pengolahan dan analisa frekuensi pribadi Pengolahan dan Analisa Data Tidak Nilai Koherensi ? A Sesuai Kesimpulan Selesai

11

12 1. Peralatan Eksperimen Mesin bubut Putaran spindle Feeding : Emco Maximat V13 : 260 (rpm) (ccw) : 0,056 (mm/putaran) Alat bantu tersebut

13

14 2. Uji Pemotongan Tujuan untuk mencari besarnya kedalaman potong kritis (a lim ) dan batas stabilitas chatter. Set-up Three jaw & chuck Tool, tool post, dan Accelerometer Tool positioning Benda kerja Arah feeding 150 mm

15 Parameter Pemesinan VARIABEL SET-UP Benda kerja Mildstell ST 41 Ø 38,1 mm (1,5 inchi) Panjang bebas pencekaman 150 mm Panjang pencekaman 50 mm. Pahat potong HSS, κ r = 45 o, γ = 15 o Kecepatan putaran spindle 260 rpm Feeding 0,056 mm/putaran Kedalaman potong (+) 0,25 mm Arah putaran spindle counter clockwise (ccw) Kondisi pemotongan Pemotongan tanpa coolant (dry machining) Tipe proses bubut Proses bubut lurus (straight turning)

16 HASIL EKSPERIMEN 1. UJI EKSITASI 2. UJI PEMOTONGAN

17 1. UJI EKSITASI Grafik Fungsi Respon Frekuensi (FRF) arah vertikal Grafik Fungsi Respon Frekuensi (FRF) arah horisontal

18 2. UJI PEMOTONGAN Chatter Chatter tidak Chatter tidak Chatter Variasi amplitudo getaran akibat variasi kedalaman potong pada sudut orientasi 0 Variasi amplitudo getaran akibat variasi kedalaman potong pada sudut orientasi 150

19 Chatter tidak Chatter Variasi amplitudo getaran akibat variasi kedalaman potong pada sudut orientasi 30

20 Rangkuman hasil eksperimen Sudut Orientasi Kedalaman Amplitudo Potong (mm) (mm/s 2 ) Frekuensi Chatter (Hz)

21 Sambungan Sudut Orientasi Kedalaman Potong (mm) Amplitudo (mm/s 2 ) Frekuensi Chatter (Hz)

22 ANALISA DAN PEMBAHASAN 1. Pengaruh Kedalaman Potong terhadap Batas Stabil pd Sudut yang Sama 2. Perbedaan Stabilitas Chatter akibat Perubahan Sudut Orientasi

23 1. Pengaruh Kedalaman Potong terhadap Batas Stabil pd Sudut yang Sama DoC ΔF Beda amplitudo Chatter Asumsi ; Mata potong sangat tajam sehingga tidak menggaruk benda kerja Deformasi yang terjadi hanya pada dua dimensi, sehigga potong yang dianalisa terjadi pada bidang datar (bukan ruang) Distribusi tegangan yang terjadi merata pada bidang geser F F F v f

24 Gaya potong akibat aksi-reaski BK-Pahat Gaya akibat deformasi material Fs > cos( η γ ) o = Fv F > cos( Φ + η γ ) o = Fs F Fv = Fs.cos( η γ o ) cos( Φ + η γ ) o Fs = A shi τ. shi Fv = τ shi a. sinκ r f. sinκ r cos( η γ o). sin Φ.cos( Φ + η γ ) o

25 F F f F v F = Ks. A F > A = b. h a b = dan sinκr f h = sinκr a f = Ks.. sinκr sinκr κr = 45deg f = 0.056mm / put ST 41, DIN ==> Ks = 2100N / mm^2 F = 2100N / mm 2 4.5mm 0.056mm. = 1080N o o sin 45 sin 45

26 Sudut Orientasi Kedalaman Gaya Potong Potong (mm) (N) Rangkuman Pengaruh kedalaman potong terhadap fluktuasi gaya potong

27 Sudut Orientasi Kedalaman Potong (mm) Gaya Potong (N) Sambungan

28 Temuan Kedalaman Potong Kritis (a limit ) dan Pengaruhnya terhadap Peningkatan Stabilitas Pemotongan

29 2. Perbedaan Stabilitas Chatter akibat Perubahan Sudut Orientasi Karena pergeseran orientasi sudut menyebabkan arah modus getar dari pahat sebagai sistem yang mengeksitasi benda kerja berubah. Arah modus getar ini disebut dengan direktional factor (u) (Koenigsberger, Tlusly, & Insperger,dkk) (besarnya dapat ditentukan) direktional factor (u) merupakan faktor penentu dari besarnya b lim b lim = 1 2. Ks. u. R{ G( ω) min}

30 Perubahan modus getar secara teori Perubahan modus getar akibat perubahan orientasi pahat (Tlusty & Koenigsberger)

31 Cara menentukan directional factor untuk mengetahui besarnya b lim pendekatan Sistem pemotongan dan arah modus getar menurut Tlusly Menurut Koenigsberger & Tlusly u = cosα.cos( α β )

32 Modus getar & menentukan directional factor pada penenelitian cosα = y x cos( β α) = x F y F = cosα.cos( β α) u = cosα.cos( β α)

33 b lim = Batas stabilitas secara teoritis 1 2. Ks. u. R{ G( ω) min} u = cosα.cos( α β )

34 Hre1( Ω) Hre2( Ω) Hre3( Ω) Hre4( Ω) Hre5( Ω) Hre6( Ω) Hre7( Ω) Menentukan harga pendekatan b lim b lim 1 = 2. Ks. u. R{ G( ω) min} u = cosα.cos( β α) Ω Hre8( Ω) Hre9( Ω) Hre10( Ω) Hre11( Ω) 0 Hre12( Ω) Hre13( Ω) Ω

35 Perhitungan nilai b limit scr teoritis Sudut orientasi (α) Ks (N/mm 2 ) u.r{g(ω)} b lim 1 = 2. Ks. u. R{ G( ω)} arah ccw 0 o o o o o o o o o o o o o , , , , , , , , , , , , ,

36 Diagram polar stabilitas (nilai pendekatan)

37 Diagram polar stabilitas hasil eksperimen

38 PERBANDINGAN

39 Perbedaan? 1. Lebar pemotongan kritis (b lim ) tidak sama Disebabkan oleh Ks. Ks = 2100N/mm 2 Ks = Ks 11.f -0.2.C κ.c γ.c VB.C v K s11 = Gaya potong spesifik referensi ( ) = 568 N/mm 2 f -0.2 = feeding -tebal gram = = 1.8 σ C κ = faktor koreksi κ r = 45 o = (pahat karbida) C γ = faktor koreksi sudut geram = 15 o = 0.91 C VB = faktor keausan pahat = 0.3 (HSS) C v = faktor kecepatan potong, v = 26 m/menit = 1.11 Ks = 334 N/mm 2 2. Perbedaan grafik kestabilan.

40 KESIMPULAN DAN SARAN 1. Terdapat perbedaan stabilitas chatter, frekuensi chatter, dan kedalaman potong kritis setiap sudut orientasi pada proses bubut arah putaran counter clockwise, dimana stabilitas tertinggi terdapat pada sudut orientasi 30 o dan terendah pada 150 o, sehingga terjadi peningkatan batas stabilitas sebesar 21 kali antara stabilitas tertinggi dan stabilitas terendah 2. Proses bubut konvensional (normal) menggunakan sudut 0 o, jika kondisi pemotongan ini dirubah menjadi sudut orientasi 30 o maka tingkat stabilitas proses pemotongan akan meningkat menjadi 4.25 kali dari proses pemotongan normal. 3. Kedalaman potong kritis : (0 o = 1 mm), (15 o =1.25 mm),(30 o =4.25 mm), 45 o = 1.75 mm), (60 o =1.5 mm), (75 o adalah 1.5 mm), (90 o =2.5 mm),(105 o =1.25 mm), (120 o =1 mm), (135 o =0.25 mm), (150 o = 0,2 mm),(165 o =0.25 mm), dan (180 o =0,75 mm).

41 TERIMAKASIH