HSS PADA PROSES BUBUT DENGAN METODE TOOL TERMOKOPEL TIPE-K DENGAN MATERIAL St 41

Transkripsi

1 Tesis PEMODELAN TEMPERATUR PAHAT POTONG HSS PADA PROSES BUBUT DENGAN METODE TOOL TERMOKOPEL TIPE-K DENGAN MATERIAL St 41 Mochamad Mas ud Pembimbing Ir. Bambang Pramujati, MSc Eng., Ph.D Dr. Ir. Agus Sigit Pramono, DEA

2 Latar Belakang Pada proses pemesinan, hampir seluruh energi pemotongan diubah menjadi panas. Panas yang timbul cukup besar dan karena luas bidang terlalu kecil maka temperatur pahat pada permukaan bidang aktif pahat, akan sangat tinggi. Karena temperatur yang tinggi, maka pahat akan mengalami keausan. Faktor kerusakan dan keausan pahat pada proses bubut dipengaruhi oleh: Geometri pahat, Jenis material benda kerja dan pahat, kondisi pemotongan (Kecepatan potong, kedalaman potong dan gerak makan) dan sebagainya.

3 Penelitian Sebelumnya Pemodelan menggunakan finite elemen untuk mengetahui distribusi temperatur pemotongan pada proses bubut oleh W. Grzesik (2005) pada gambar 1.1 menunjukkan bahwa besarnya distribusi temperatur pahat sekitar permukaan bidang aktif pahat. Gambar 1.1 Hasil temperatur pemotongan untuk tipe pahat P20 tanpa pelapis karbid dan TiC/Al 2 O 3 /TiN dengan pelapis karbid.

4 Pada metode ini tidak dapat mengetahui temperatur (T2) pada fungsi jarak, tetapi hanya diketahui pada temperatur bidang aktif pahat (T1) saja. Analisa pengukuran temperatur pemotongan pada proses bubut dengan metode termokopel yang ditempelkan pada pahat jenis HSS (Agus Iswantoko, 2004). Metode ini ada kelemahannya pada penempatan sensor termokopel sulit didekat ujung pahat.

5 1. Memodelkan temperatur pahat bubut jenis HSS menggunakan finite-element method (FEM) dengan bantuan program ANSYS. 2. Mengetahui temperatur pahat bubut dengan metode tool termokopel tipe K yang dimasukkan pada pahat secara eksperimen yang dilengkapi data akuisisi.

6 Memprediksi atau mengestimasi temperatur pahat yang dihasilkan dapat digunakan untuk mengontrol pendingin dan mengurangi keausan pahat.

7 Temperatur pemotongan mempunyai pengaruh besar terhadap umur pahat dan permukaan benda kerja, oleh karena itu dalam proses pemesinan temperatur mempunyai korelasi terhadap laju keausan pahat yang merupakan salah satu parameter dalam menentukan umur pahat tersebut. Pahat yang mengalami keausan akan mempengaruhi ketelitian produk dkyang dihasilkan. ilk

8 Sudut Geometri Pahat Bubut Rk Rekomendasi sudut pahat pada proses bubut

9 Sumber panas di dalam proses pemotongan : Daerah pembentukan geram di area ini mengalami deformasi plastis dan patah/putus pada logam yang dimesin. Didaerah ini meliputi semua aliran permukaan, mendasari sumber panas pertama (Q1) Daerah gesekan antara geram dan permukaan alat potong, mendasari sumber panas kedua (Q2) Daerah gesekan antara permukaan alat potong dan benda kerja yang dimesin dengan kecepatan potong, mendasari sumber panas ketiga (Q3)

10 Gambar 1.3 Daerah Sumber Panas pada Pemotongan Sumber panas yang terbawah Dimana : Q=QQ c +Q s +Q w [Watt] Q c=panas yang terbawah oleh geram dengan prosentase sekitar 75% Q s = panas yang merambat melalui pahat dengan prosentase sekitar 20% Q w =panas yang melalui benda kerja dengan prosentase sekitar 5%

11 Rumus temperatur pahat potong E =Temperatur pahat k s =Merupakan perkalian dari gaya potong spesifik referensi (k s11 ) dengan lebar pemotongan dan harga tebal geram sebelum terpotong mempunyai harga pangkat i dan j yaitu : k s =k s11.b i-j.h -(i+j) w = konduktivitas panas benda kerja ( (W/m.C0 ) C vw =Spesifik panas volumetrik benda kerja KJ/m 3.C 0. C vw = ρ w.c w H= w.c vw = besaran panas terpadu Perhitungan waktu pemotongan (t c ) teoritis : t c= l t /v f (detik)

12 Gambar Pemodelan Pahat Bubut dimensi pahat berukuran 4 x ½ atau mm x 12.7 mm. Sudut potong pahat HSS (material steel) : 90 0

13 Properti material alat potong HSS untuk simulasi Temperatur : Konduktivitas it panas = 50 W/mK Density = 8600 kg/m 3 Spesifik panas = 485J/kg 0 C Elemen tipe pada pahat adalah thermal mass solid 226 dan Meshing menggunakan mesh tool, set line. Analisa thermal Steady-State.

14 Contoh hasil temperatur pahat HSS pada temperatur maksimum C. MINIMUM VALUES NODE VALUE MAXIMUM VALUES NODE 508 VALUE (T 1 ) Nilai Temperatur NODE VALUE (T 2 )

15 Tabel hasil simulasi temperatur pahat HSS Jarak (T 1 ) ke (T 2 ) Pahat (x i ) adalah18 mm Temperatur (T 1 ) Temperatur (T 2 ) C 45,44 0 C C 42,86 0 C C 41,57 0 C C 39, C C 37,33 0 C C 35,83 0 C

16 Pengujian secara eksperimen Pengujian ini menggunakan metode tool termokopel tipe-k didukung dengan peralatan data akuisisi. Software yang digunakan adalah Lab VIEW untuk membuat program grafik temperatur pahat. Data akuisisi menggunakan USB DAQ

17 Gambar proses eksperimen dalam pengambilan data temperatur pahat HSS Tool termokopel Display program lab view Kabel termokopel USB DAQ

18 Tabel Hasil temperatur eksperimen menggunakan data akuisisi Putaran TTTTTTT rat poros utama Temperatur ( 0 C) ratarata (rpm) ,87 46,96 45,95 45,09 46,10 45, ,54 41,95 41,17 41,18 40,31 41, ,74 35,50 35,11 35,42 36,13 35,58 Dengan parameter variabel tetap : 1 mm = kedalaman potong (a) 0,360 mm = gerak makan (f)

19 Perbandingan temperatur eksperimen dengan temperaturt simulasi i Temperatur eksperimen Temperatur Simulasi ,99 45, ,03 41, , ,83 Analisa menggunakan statistik two-sample t berkesimpulan bahwa : Perbandingan data eksperimen dengan data simulasi pada temperatur pahat dikatakan sama.

20 Kesimpulan Berdasarkan analisa dan pembahasan diperoleh kesimpulan sebagai berikut: 1. Dari hasil simulasi mendapatkan persamaan matematik model regresi : Temperatur (T 2 ) = Temperatur (T 1 ). 2. Analisa hasil perbandingan eksperimen dengan simulasi pada temperatur pahat dikatakan sama.

21

22

23

24 Hasil node-node pada pahat HSS di temperatur (T2))

25

26 410

27 Feeding dan putaran spindel pada mesin bbtti bubut tipe maximat V13 Putaran Spindel /min RI RII RIII RIV SI SII SIII SIV

28 Feeding A B C D E 0,045 0,090 0,180 0,360 F 0,056 0,112 0,225 0,450 G 0,070 0,140 0,281 0,562 H 0,084 0,168 0,337 0,675 K 0,098 0,196 0,393 0,787 H 0,067 0,135 0,270 0,540 K 0,078 0,157 0,315 0,630