Politeknik Negri Batam Program Studi Teknik Mesin Jl. Ahmad Yani, Batam Centre, Batam 29461, Indonesia

Transkripsi

1 Pengaruh Kecepatan Putar Alat Potong (Spindle ) dan Kedalaman Pemakanan (Depth Of Cut) Proses Milling pada Aluminium Alloy Terhadap Kehalusan Permukaan Produk Muhammad Irwan Arinanda *, Hanifah Widyastuti * and Muhammad Dzuhri M # Politeknik Negri Batam Program Studi Teknik Mesin Jl. Ahmad Yani, Batam Centre, Batam 29461, Indonesia irwankwon@gmail.com Abstrak Mesin Frais merupakan salah satu mesin yang sangat diandalkan oleh industri manufaktur dalam membuat berbagai produk dengan bentuk yang kompleks, dan memiliki tuntutan kualitas yang tinggi baik secara geometri maupun tingkat kekasaran/kehalusan permukaannya. Alumunium alloy adalah salah satu material yang banyak digunakan sebagai bahan baku untuk membuat produk tersebut seperti dies, mould, jig dan fixture. Oleh karena itu, perlu dilakukan penelitian untuk mengetahui tingkat kekasaran permukaan hasil proses milling terhadap pengaruh variasi kecepatan putar alat potong (spindle speed), kecepatan gerak potong (feed rate), dan kedalaman potong (Depth Of Cut). Hasil dari proses milling akan diuji kekasaran permukaannya dengan alat uji kekasaran permukaan produknya menggunakan endmill HSS Ø16 mm sehingga diketahui pengaruhnya terhadap tingkat kekasaran permukaan yang dihasilkan dari proses milling tersebut. Dari hasil pengujian yang telah dilakukan pada material alumunium alloy bahwa faktor yang sangat mempengaruhi tingkat kekasaran permukaan pada proses milling adalah putaran spindel, kecepatan gerak potong, dan kedalaman pemakanan dan telah ditentukan parameter seting untuk kedalaman 0,5 mm dengan nilai kekasaran yang terendah yaitu sebesar 3,722 μm, dengan kecepatan spindel 2270 rpm dan kecepatan gerak potong 681 mm/menit. Sedangkan untuk kedalaman pemakanan 1 mm nilai kekasaran terendahnya adalah 4,873 μm dengan kecepatan putar dan gerak potong sama dengan kedalaman pemakanan 0,5 mm. Dengan demikian, dapat disimpulkan bahwa permukaan produk semakin halus dengan kedalaman pemakanan yang kecil dan kecepatan putar alat potong yang tinggi. Kata kunci: Kecepatan Putar Alat Potong, Kedalaman Pemakanan, Proses Milling. Abstract The Frais Machine is one of the most reliable machines use by the manufacturing industry for various products. This machine can meet the needs of production for various products with complex shapes especially essend tools such as dies, molds, jigs and fixtures that which have high quality demands both geometry and the level of surface roughness / smoothness. Therefore, research was needed to find out the surface roughness of Frais process as the result spindel speed of vaned, feed rate, and depth of cut. The alumunium alloy specimenss from frais proses with HSS Ø 16 mm endmill were tested for their surface roughnessvalves. level resulting from the Frais process could be. From the results of tests that have been done on aluminum material that factors that greatly affect the level of surface roughness in the frais process is spindel rotation, cutting speed velocity, and the depth of cut. For the depth of cut of 0,5 mm, the minimum 0f 2270 rpm surface roughness measured was 3,722 μm with the spindle speed rpm and feed rate of 681 mm/minute. While for the depth cut of 1 mm surface roughness measured was 4,873 μm at the same spindle speed and feed rate as the depth of cut of 0,5 mm. Thus, it can be concluded that the surface is smoother with lower depth of cut and higher spindle speed and feed rate. Keywords : Turning of Cut Tool, Depth of Feeding, Milling Process.

2 1 Pendahuluan Mesin frais merupakan salah satu mesin yang sangat diandalkan oleh industri manufaktur dalam membuat berbagai produk. Mesin ini dapat memenuhi kebutuhan produksi untuk berbagai produk dengan bentuk yang kompleks, seperti memproduksi perkakas-perkakas penting yaitu dies, mould, jig dan fixture yang memiliki tuntutan kualitas yang tinggi baik secara geometri maupun tingkat kekasaran/kehalusan permukaannya. menggunakan endmill HSS Ø16 mm dengan memberikan variasi kecepatan putar alat potong (spindle speed), kecepatan gerak potong (feed rate) dan kedalaman pemakanan (depth of cut), hasil dari proses milling akan diuji kekasaran permukaannya dengan alat uji kekasaran permukaan surface roughness. Tujuan dari penelitian adalah untuk mengetahui tingkat kekasaran permukaan alumunium alloy hasil pemotongan pada proses milling berdasarkan pengaruh variasi kecepatan putar alat potong (spindle speed), kecepatan gerak potong (feed rate), dan kedalaman pemakanan (depth of cut) dengan menggunakan alat potong (cutter) endmill cutter Ø16 mm HSS dan dapat memberikan alternatif dalam menentukan putaran spindel (spindle speed), kecepatan gerak potong (feed rate) dan kedalaman pemakanan (depth of cut) yang sesuai sehingga dapat menghasilkan tingkat kekasaran permukaan sesuai tuntutan kualitas. Gambar 1: Gerak Pemotongan Pada proses pemotongannya, mesin frais mempunyai tiga gerakan utama yaitu gerakan berputarnya alat potong/spindel (main motion), kecepatan gerak potong (feed motion) dan kedalaman pemakanan (adjusting motion/depth Of Cut). Berdasarkan gerakan tersebut, maka dalam prosesnya seorang operator yang mengoperasikan mesin frais harus mengetahui dan mampu memperhitungkan parameter parameter dari gerakan tersebut guna menghasilkan kualitas permukaan hasil potong yang baik atau tingkat kehalusan permukaan yang baik. Tingkat kehalusan suatu permukaan memiliki peranan yang sangat penting dalam suatu komponen produk khususnya yang menyangkut masalah gesekan pelumasan, keausan, tahanan terhadap kelelahan dan sebagainya. Namun, produsen suatu alat potong tidak ada yang memuat nilai tingkat kehalusan permukaan yang dihasilkan dari suatu proses pemotongan dengan parameter-parameter tertentu. Dan pada umumnya produsen alat potong (cutter) hanya mencantumkan parameter putaran spindel (spindle speed), kecepatan gerak potong (feed rate), dan kedalaman potong (depth of cut) saja tanpa memuat nilai tingkat kekasaran permukaan hasil pemotongan. Oleh karena itu, perlu dilakukan penelitian untuk mengetahui tingkat kekasaran permukaan hasil proses milling terhadap pengaruh variasi kecepatan putar alat potong (spindle speed), kecepatan gerak potong (feed rate), dan kedalaman pemakanan (Depth Of Cut). Sehingga diketahui pengaruhnya terhadap tingkat kekasaran permukaan yang dihasilkan dari proses milling tersebut, agar menghasilkan produk yang memiliki tingkat kekasaran permukaan yang sesuai dengan tuntutan kualitas [2]. Penelitian ini dilakukan pada material alumunium alloy 2 Metodologi Penelitian Metodologi yang digunakan dalam penelitian ini terdiri dari tahapan berikut: 1. Observasi lapangan Merupakan langkah awal yang dilakukan penulis untuk mendapatkan informasi yang berhubungan dengan objek penelitian. 2. Study literature Merupakan langkah penelusuran dan penelaah bukubuku referensi, untuk menambah wawasan teoritis yang lebih luas. 3. Pengambilan data Pada proses pengambilan data ini dilakukan beberapa tahap persiapan dan pengerjaan sebagai berikut: A. Persiapan instrumen pengujian Peralatan yang harus dipersiapkan dalam melakukan pengujian yaitu mesin frais, alat potong (cutter) endmill, alat uji kekasaran yang di gunakan, dan melakukan uji kekasaran pada benda uji yang telah selesai dilakukan proses milling. Mesin frais Dalam pengujian ini, mesin yang digunakan seperti terlihat pada gambar 2 adalah jenis mesin frais vertikal dengan merk krisbow type X6325. Mesin ini dipilih karna penulis selalu menggunakan mesin ini pada pekerjaannya.

3 Alat Uji Kekasaran Alat uji kekasaran permukaan yang di gunakan untuk menguji tingkat kekasaran permukaan benda setelah dilakukan proses milling adalah alat uji kekasaran permukaan surface roughnes merk MITUTOYO Model No SJ-310 Serial No 178. Gambar 2: Mesin Frais Krisbow X6325 Spesifikasi mesin frais Krisbow X6325 Merk : Krisbow Buatan : Indonesia Model : X6325 SN : N Variasi kecepatan putar alat potong (spindle speed) dan kecepatan gerak potong (feed rate) pada mesin frais X6325 dapat di lihat pada tabel di bawah ini [1] Gambar 4: Surface roughness B. Persiapan spesimen benda uji Benda uji yang di gunakan adalah jenis material alumunium alloy (dengan kandungan Aluminium mencapai 97% dan sisanya adalah tambahan/alloy) yang umum di gunakan pada pembuatan jig and fixture. Jumlah benda yang diuji ada lima (5) buah dengan dimensi ukuran 30 x 40 x 20 mm. TABEL I VARIASI KECEPATAN ALAT POTONG (SPINDLE SPEED) Endmill NO A B H L H L Pada proses milling endmill yang di gunakan adalah endmill Ø16 mm HSS (Co.8R30 JIS) merk SUTTON. Jenis ini merupakan alat potong yang paling umum digunakan pada proses milling. Gambar 5: Alumunium alloy TABEL II KOMPOSISI KIMIA ALUMUNIUM ALLOY No Element Content 1 Al % Si % Fe % Cu % Mn % Mg % Zn % Cr % Ni % Ti % Be % Ca % Li % Pb % Sn % Sr % No Element Content 17 V % Na % Bi % 0, Zr % B % Ga % Cd % Co % Ag % Hg % In % Sb % P % As % Ce % La % Gambar 3: Endmill HSS Ø16 mm

4 C. Proses milling Sebelum melakukan pengujian tingkat kekasaran permukaan berdasarkan variasi parameter yang telah ditentukan,, perlu dilakukan perhitungan parameter parameter untuk mendapatkan nilai yang sesuai. Pada proses ini parameter yang telah ditentukan nilainya (variable independen) adalah variasi kecepatan potong alumunium alloy pada pekerjaan halus yang mengacu pada nilai yang telah tertera pada tabel III. TABEL III VARIASI KECEPATAN POTONG MENURUT JENIS MATERIAL Material Cutter HSS Halus Kasar Baja perkakas Baja karbon rendah Baja karbon menengah Besi cor Kuningan Alumunium alloy Perhitungan putaran spindel (spindle speed) Spindle speed adalah kecepatan putar alat potong (cutter) dalam revolusi per menit. Untuk rumus perhitungannya dapat kita lihat di bawah ini [3]: n = 1000.cs π.d keterangan : Cs = Kecepatan potong (m/menit) d = Diameter alat potong (mm) n = Putaran spindel (1) Dimana diketahui diameter alat potong yang di gunakan adalah 16 mm, dan kecepatan potong yang digunakan pada alumunium alloy pada proses pemakanan halus pada kisaran m/min yang di dapat dari tabel II. Perhitungan kecepatan gerak potong (Feed Rate) Kecepatan gerak potong (feed rate) adalah jarak sayatan dalam satu menit yang di hitung dari besarnya sayatan pergigi (S z atau F z ) dikalikan dengan jumlah mata potong dan dikalikan putaran pisau frais dalam satu menit. Dapat dirumuskan sebagai berikut [4]: Keterangan : S = Kecepatan gerak potong (mm/menit) S z = Sayatan per gigi (mm/gigi) Z = Jumlah gigi pada cutter n = putaran spindel Untuk menentukan sayatan pergigi telah ditentukan pada tabel di bawah ini [3]: Material Diameter (mm) Alumunium Alloy TABEL IV SAYATAN PERGIGI DALAM MILIMETER End mill Face Cutting Depth Max 6 mm < >25 0,05 0,075 0,1 Pada tabel di atas kita dapat melihat sayatan pergigi pada material alumunium alloy dengan diameter alat potong 16 mm adalah 0,075. Kedalaman Pemakanan (depth of cut) Kedalaman pemakanan (depth of cut) yang ditentukan 0,5 mm dan 1 mm. Setelah semua nilai diketahui lalu di lakukan proses milling sebanyak 8 kali dengan beberpa variasi kecepatan putar alat potong (spindle speed), kecepatan gerak potong (feed rate), dan kedalaman pemakanan (depth of cut) seperti yang dapat kita lihat pada tabel dibawah ini: TABEL V VARIASI SPINDLE SPEED, FEED RATE, CUTTING SPEED, DAN DEPTH OF CUT PADA MATERIAL ALUMUNIUM ALLOY N0 MENGGUNAKAN ENDMIL HSS Ø16 MM Spindel Feed rate (mm/menit) Cuting (m/menit) Depth Of Cut (mm) 0,5 mm 1 mm Dari tabel V, dapat terlihat nilai nilai variasi yang akan dilakukan pada proses milling untuk diuji nilai kekasaran permukaannya. Pada gambar di bawah ini dapat kita lihat proses milling yang telah dilakukan S = S z. Z. n (2).

5 TABEL VI HASIL PENGUKURAN KEKASARAN DENGANKEDALAMAN PEMAKANAN 0,5 MM N0 Spindle Feed rate (mm/menit) Cutting (m/menit) Nilai Kekasaran Permukaan (μm) ,207 Gambar 6: Proses milling D. Pengukuran kekasaran Setelah dilakukan proses milling pada benda uji tahap selanjutnya adalah menguji tingkat kekasaran permukaan dengan menggunakan surface roughness test. Kekasaran (roughness) didefinisikan sebagai ketidakhalusan bentuk yang menyertai proses produksi yang disebabkan oleh pengerjaan mesin. Nilai kekasaran dinyatakan dalam Roughness Average (Ra). Ra merupakan parameter kekasaran yang paling banyak dipakai secara internasional. Pengukuran kekasaran permukaan diperoleh dari sinyal pergerakan stylus berbentuk diamond untuk bergerak sepanjang garis lurus pada permukaan sebagai alat indicator pengkur kekasaran permukaan benda uji [5]. Pada gambar di bawah ini dapat kita lihat pengukuran kekasaran dengan surface roughness , , ,722 Dari tabel VI diatas, dapat dilihat bahwa nilai tingkat kekasaran permukaan dengan nilai Ra terkecil/permukaan halus terdapat pada interaksi putaran spindel 2273 rpm, kecepatan gerak potong 681 mm/min, kecepatan potong 114 m/min dan kedalaman potong 0,5 mm yaitu sebesar 3,722 μm. Dan nilai tingkat kekasaran permukaan dengan Ra terbesar/permukaan kasar terdapat pada interaksi putaran spindel 1460 rpm, kecepatan gerak potong 396 m/min, kecepatan potong 73 m/min dan kedalaman potong 0,5 mm yaitu sebesar 5,207 μm. Seperti dapat dilihat pada gambar berikut ini: Gambar 7: Uji Kekasaran 3 Analisa dan Pembahasan Berdasarkan data hasil pengukuran kekasaran permukaan menggunakan alat ukur Surface roughness Tester Mitutoyo Surftest SJ-310 ditampilkan pada tabel VI dibawah ini: Gambar 8: Grafik Tingkat Nilai Kekasaran Permukaan dengan Kedalaman Pemakanan 0,5 mm Lalu berdasarkan kedalaman pemakanan 1 mm nilai tingkat kekasaran permukaan dapat dilihat pada tabel VII. dengan nilai variasi putaran spindel (spindle speed) dan kecepatan gerak potong (feed rate) yang sama dengan pemakanan 0,5 mm.

6 TABEL VII HASIL PENGUKURAN KEKASARAN DENGAN KEDALAMAN PEMAKANAN 1 MM Perbandingan nilai kekasaran pada kedalaman pemakanan 0,5 dan 1mm dapat dilihat pada gambar di bawah ini: N0 Spindel Feed rate (mm/menit) Cuting (m/menit) Nilai Kekasaran Permukaan (μm) , , , ,873 Dari tabel di atas dapat dilihat bahwa nilai tingkat kekasaran permukaan dengan nilai Ra terkecil/permukaan halus terdapat pada interaksi putaran spindel 2270 rpm, kecepatan gerak potong 681 mm/min dan kecepatan potong 114 m/min sama dengan kedalaman pemakanan 0,5 mm tapi nilai dari tingkat kekasaran yang di peroleh berbeda. Untuk kedalaman pemakanan 1 mm nilai kekasaran terendahnya adalah 4,873 μm sedangkan 0,5 mm nilai kekasarannya 3,722 μm. Dari hasil pemakanan 1 mm grafik nilai kekasarnnya sama dengan grafik pemakanan 0,5 hanya nilai dari kekasaran permukaannya saja yang berbeda dapat terlihat dari gambar 8 pada pemakanan 0,5 nilai grafik tingkat kekasaran permukaan dengan variasi kecepatan putar alat potong (spindle speed) dan kecepatan gerak potong (feed rate) yang paling tinggi akan menghasilkan nilai tingkat kekasaran yang paling rendah, sedangkan variasi kecepatan putar alat potong (spindle speed) dan kecepatan gerak potong (feed rate) yang paling rendah akan menghasilkan nilai tingkat kekasaran permukaan yang tinggi seperti disajikan pada gambar di bawah ini: Gambar 10: Grafik Perbandingan Nilai Kekasaran Permukaan dengan Kedalaman Pemakanan 0,5 mm dan 1 mm Pada gambar di atas dapat dilihat bahwa semakin kecil kedalaman pepemakanan dengan variasi putaran spindel (spindle speed) dan kecepatan gerak potong (feed rate) yang semakin besar akan menghasilkan nilai kekasaran yang rendah. 4 Kesimpulan Semakin kecil kedalaman pemakanan dengan variasi putaran spindel (spindle speed) dan kecepatan gerak potong (feed rate) yang semakin besar akan menghasilkan nilai kekasaran yang rendah.dari hasil pengujian di atas telah di dapat parameter untuk kedalaman 0,5 mm dengan nilai kekasaran yang terandah yaitu sebesar 3,722 μm, dengan kecepatan spindel 2270 rpm, kecepatan potong 114 m/min dan kecepatan gerak potong 681 mm/menit sedangkan untuk kedalaman pemakanan 1 mm nilai kekasaran terendahnya adalah 4,873 μm dengan parameter yang digunakan dengan kecepatan putar alat potong dan kecepatan gerak potong yang sama dengan kedalaman pemakanan 0,5 mm. Gambar 9: Grafik Tingkat Nilai Kekasaran Permukaan dengan Kedalaman Pemakanan 1 mm

7 Referensi [1] Manual Book Mesin Milling Krisbow X6325. [2] Sebastian, Elia. Pengertian Proses milling. 10 Mei ngertian-proses-frais/ [3] Andryanto. Cutting Condition. 8 Mei [4] Kristo. Parameter dan perhitungan kecepatan pisau frais metrik / parameter and calculation speed metric of frais cutter. 7 Mei eter-dan-perhitungan-kecepatan.html [5] Alat Uji. Pengukuran kekasaran permukaan dengan Surface roughness. 15 Mei