ANALISIS KEAUSAN PAHAT TERHADAP KUALITAS PERMUKAAN BENDA KERJA PADA PROSES PEMBUBUTAN

Transkripsi

1 ANALISIS KEAUSAN PAHAT TERHADAP KUALITAS PERMUKAAN BENDA KERJA PADA PROSES PEMBUBUTAN Eko Prasetyo, Hendri Sukma 2, Agri Suwandi 2 Jurusan Teknik Mesin Universitas Pancasila, Srengseng Sawah Jagakarsa, (02) ,(02) , e_prasetyo73@yahoo.com 2 Jurusan Teknik Mesin Universitas Pancasila Hal 26 Abstrak Kunci untuk menghasilkan produk yang berkualitas adalah dengan melakukan proses pemesinan sesuai dengan peruntukannya. Salah satunya kekasaran permukaan memegang peran penting dalam menentukan kualitas hasil pemesinan. Beberapa paramater yang mempengaruhi kekasaran permukaan pada proses pembubutan yaitupendinginanpahat, kedalamanpotong, kecepatanpotong, gerakmakan, geometripahatpotong, getaran yang terjadi, komposisibendakerja, dangeometrimesinperkakas. Penelitian ini dilakukan untuk mengetahui tingkat keausan pahat potong jenis HSS terhadap kekasaran permukaan dengan material uji ST 37. Pengujian dilakukan secara berulangulang dengan memvariasikan jarak pemakanan, sehingga akan terlihat pada jarak keausan pahat potong terjadi yang kemudian dikorelasikan dengan tingkat kekasaran permukaan per pengujian yang telah dilakukan. Alat uji yang digunakan untuk pengukuran kekasaran permukaan adalah Surftest SJ20 P/M. Hasil penelitian ini akan menghasilkan pada jarak berapa pahat HSS mulai terjadi keausan dan berapa nilai kekasaran permukaan yang diperoleh. Kata Kunci: kualitas, keausan pahat potong, kekasaran permukaan, ST 37. Abstract The key to produce high quality product, is conducting machining process in accordance to its purposes. Surface roughness as one of the key play an important role to determine the quality of machining result. Surface roughness is influenced by many factors and among that are cooling process for cutting tool, depth cut, feed rate, torque, geometry of cutting tool, vibration, properties of speciment, and turning machine geometry. This research is aiming to indentify the tool wear out which used HSS material toward roughness surface for ST 37 material. In order to achieve that repeatedly experiment per designated distance, is conducted by observing at which distance the tool shown wear out sign in correlation with surface roughness. Surftest SJ20 P/M is a tester unit to measure roughness level. The result of this research is a location where HSS tool start to wear out and the number of surface roughness. Keywords : quality,tool wear out, surface roughness, ST 37.. PENDAHULUAN Dimasa yang serba cepat, keinginan manusia untuk berproduksi dan bersaing dengan cepat, efektif dan ekonomis, menjadi dasar untuk pengembangan perkakas dan mesin-mesin perkakas. Persaingan tersebut memberikan motivasi utama dalam pembuatan mesin perkakas yang memiliki ketelitian, akurasi dan presisi, sehingga dapat membuat bentuk sesuai dengan design (model), sedangkan untuk mempertahankan bentuk yang sesuai dengan design sering terbentur dengan masalah keausan pada pahat. Penyebab utama dari keausan disebabkan oleh temperatur yang tinggi sebagai akibat gesekan dua benda yaitu benda kerja dan pahat potong, yang berpengaruh terhadap umur pahat dan kekasaran permukaan benda kerja yang selanjutnya akan mempengaruhi kualitas produk yang dihasilkan. Keausan adalah suatu kehilangan bertahap dari permukaan pahat yang dibawa oleh aksi mekanis. Hal tersebut jika tidak segera ditanggulangi akan menyebabkan proses pemesinan dari suatu komponen akan tidak sempurna, dalam hal ini akan menyebabkan tingginya nilai kekasaran permukaan. Pahat mempunyai peranan penting dalam melakukan suatu proses pemesinan. Karena kesalahan dalam menggunakan pahat sekecil apapun dapat mempengaruhi hasil dari proses produksi. Jadi dalam hal ini yang harus menjadi pemikiran adalah bagaimana memilih dan menentukan bahan pahat yang akan digunakan pada mesin produksi. Karena hal tersebut dapat mempengaruhi tingkat keausan pada mata pahat itu sendiri dan kehalusan atau kekasaran permukaan yang akan dihasilkan dapat terkendali. Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengetahui pada jarak berapakah keausan pahat potong HSS mulai terjadi dan pengaruhnya terhadap terhadap kualitas permukaan benda kerja pada proses pemesinan dalam hal ini adalah mesin bubut.

2 2. METODOLOGI PENELITIAN Berikut ditampilkan (Gambar.) diagram alir penelitian yang dilakukan untuk mengetahui seberapa besar pengaruh keausan sudut utama pahat potong (Kr o )HSS terhadap kualitas permukaan benda kerja pada proses pemesinan dalam hal ini adalah mesin bubut: Tujuan penelitian, mendapatkan nilai keausan pahat pada proses pemesinan Batasan masalah. Mesin bubut 2. Benda uji St37 3. Vc = m/min 4. f = mm/s 5. n = 330 rpm 6. a = 0.3 mm 7. Kr o = 45 o TAHAP I Metode penulisan. Studi literatur 2. Pengujian 3. Interview Pengujian I: Melakukan persiapan pahat, termometer non contact, benda kerja dan pahat Ambil data Kurang/salah Pengujian II: Melakukan pembubutan: Cukup. Benda uji pahat 2. Mesin bubut 3. Proses pembubutan 4. Termometer non contact 5. Mikrometer TAHAP II Data II TAHAP III Analisis Grafik, Analisis. Data 2. Lampiran dan tabel 3. Perhitungan 4. Sumber tertulis dan tidak tertulis Kesimpulan TAHAP IV End Gambar. Diagram Alir Penelitian 2. Tahap I : Persiapan Adalah langkah awal sebelum dimulainya penelitian. Diawali dari studi literatur, menentukan tujuan penelitian, perumusan masalah, batasan masalah hingga kepada metode penulisan dan metode penelitian yang akan dilakukan. 2.2 Tahap II : Pengujian Sebelum melakukan pengujian terhadap benda kerja, maka diharuskan mempersiapkan perlengkapan yang dibutuhkan untuk melakukan pengujian seperti benda kerja, mikrometer, pahat bubut, mesin bubut, alat ukur kekasaran permukaan dan mikroskop. Pengukuran kekasaran permukaan dengan menggunakan alat ukur kekasaran permukaan Surftest SJ 20 P/M. Pada saat pengukuran kekasaran permukaan, permukaan benda kerja tidak perlu dibersikan terlebih dahulu, hal ini dimaksudkan agar tidak mempengaruhi permukaan hasil pembubutan sehingga data yang dihasilkan lebih akurat. Hal 27

3 Gambar.2 Alat Ukur Kekasaran Permukaan SJ 20 P/M Adapun beberapa tahapan yang diperlukan untuk melakukan persiapan Pengujian I, yaitu: ) Mencatat suhu awal pahat, kemudian dilakukan pengukuran suhu selama proses pemakanan benda kerja berlangsung. Pengukuran suhu tersebut menggunakan thermometer non-contact. Gambar.3 Thermometer Non-contact 2) Mengambil ukuran panjang awal pahat (tool) sebagai parameter untuk mengetahui seberapa besar keausan (pengurangan dimensi) dari pahat tersebut dengan menggunakan alat mikrometer dan mikroskop. Dalam hal ini, panjang awal pahat adalah mm. Pahat HSS Kr o = 45 o Gambar.4 Mengukur Mata Pahat dengan Mikrometer 3) Menyiapkan benda kerja jenisnya adalah baja ST37 dengan ukuran 20 mm panjang 500 mm. Hal 28 Gambar.5 Benda Uji Baja ST37 4) Meratakan kedua permukaan benda uji dan membuatkan lubang senter yang berfungsi sebagai dudukan senter kepala lepas. 5) Mesin bubut yang digunakan dalam pengujian ini mempunyai spesifikasi data sebagai berikut: a. Mesin bubut : Konvensional b. Tipe : YAM-CL4000G

4 c. Daya motor : 3,7 kw d. Voltage : 330 volt 6) Pasangkan benda kerja pada cekam (chuck) dan pasang pula pada senter kepala lepas untuk menahan benda kerja juga harus dilakukan untuk mengurangi getaran yang ditimbulkan oleh putaran mesin bubut saat melakukan proses. 7) Mengatur parameter pemesinan pada mesin bubut, untuk awal proses pembubutan benda uji I, seperti: a. Gerak makan f (mm/r) konstan = 0,037 mm/s b. Putaran mesin n (rpm) konstan = 330 rpm c. Kedalaman potong a (mm) konstan = 0,3 mm d. Kecepatan potong Vc (m/menit) sebesar = m/menit Tabel. Daftar Harga f Pada Mesin Bubut 8) Melakukan proses bubut sesuai dengan tahap pengujian yang telah direncanakan, yaitu: a. Melakukan proses pembubutan dengan jarak pembubutan cm bersamaan itu pula diukur suhu prosesnya, kemudian setiap mencapai jarak cm, pahat dilepas untuk diukur keausannya dengan alat mikroskop. Hal tersebut diatas dilakukan secara kontinyu sebanyak 0 kali. Sehunggga akan diperoleh 0 data jarak pemakanan benda kerja, 0 tempetarur proses pembubutan dan 0 data tingkat keausan pahat. Gambar. 4. Melihat Bentuk Sudut Pahat Potong dengan Mikroskop Gambar.5 Benda Uji dan Letak Pembubutan b. Melakukan proses pembubutan dengan jarak pembubutan 2 cm bersamaan itu pula diukur suhu prosesnya. Setiap mencapai jarak 2 cm, pahat dilepas untuk diukur keausannya dengan alat mikroskop. Hal tersebut diatas dilakukan secara kontinyu sebanyak 0 kali. Sehingga akan diperoleh 0 data jarak pemakanan benda kerja, 0 temperatur proses pembubutan dan 0 data tingkat keausan pahat. c. Melakukan proses pembubutan dengan jarak pembubutan 3 cm bersamaan itu pula diukur suhu prosesnya. Setiap mencapai jarak 3 cm, pahat dilepas untuk diukur keausannya dengan alat mikroskop. Hal tersebut diatas dilakukan secara kontinyu sebanyak 0 kali. Sehingga akan diperoleh 0 data jarak pemakanan benda kerja, 0 temperatur proses pembubutan dan 0 data tingkat keausan pahat. Hal 29

5 Pengujian Kekasaran Permukaan Pengujian kekasaran permukaan dilakukan setelah proses pembubutan selesai, adapun tahapan pengujian kekasaran permukaan adalah sebagai berikut: ) Kalibrasi alat ukur kekasaran permukaan Surface tester dengan standar kekasaran permukaan Ra ( m) sebesar 3.00 m dan menggunakan standar sampel 2.5 mm, lama melakukan kalibrasi 0 menit. 2) Meletakkan benda kerja yang akan diuji pada tempat dudukan yang dibuat dengan balok berbentuk V yang disesuaikan dengan tinggi alat ukur kekasaran permukaan Surface dengan benda uji. Gambar. 6 Kedudukan Benda Uji dan Alat Ukur Kekasaran Permukaan Surface Tester 3) Melakukan pengujian dilakukan pada benda uji dalam hal ini ada 3 benda uji yang akan dilakukan pengujian. Untuk mempermudah penguji, maka dilakukan penandaan pada benda uji dengan memberikan kode ST37/a/0 sampai dengan ST37/a/03 Adapun banyaknya pengukuran dilakukan pada benda kerja (baja ST37) yang telah melalui proses pembubutan adalah sebagai berikut: a. Data pengujian diambil 0 kali setiap cm b. Data pengujian diambil 0 kali setiap 2 cm c. Data pengujian diambil 0 kali setiap 3 cm 4) Perhatikan dan catat data pada alat uji pengukuran kekasaran permukaan yang berupa angka digital. Jumlah data keseluruhan setiap benda uji sebanyak 0 data. Hasil pengukuran tidak selalu mendapatkan hasil data yang benar, sehingga dilakukan pengulangan pengukuran. 5) Untuk benda uji ke-2 dan ke-3 dilakukan cara yang sama dengan cara yang dilakukan pada benda uji ke-. 6) Perhitungan rata-rata dari data-data pengukuran kekasaran permukaan. 7) Dari hasil pengujian akan diperoleh data-data berupa Rz, Rt dan Ra ( m) yang berguna sebagai analisa dan grafik. Bila data tersebut yang diambil belum cukup untuk membantu menganalisa dan membuat grafik, maka dapat dilakukan kembali untuk mendapatkan kecukupan data untuk membantu analisa dan grafik. 2.3 Tahap III : Pengumpulan Data Setelah melakukan dan melewati beberapa pengujian, maka penguji dapat melakukan pengumpulan data dan dapat menganalisa. Grafik Grafik ini dapat dihasilkan dengan mengolah dan mengumpulkan data. Grafik yang dibubut yaitu dengan membandingkan data kekasaran permukaan antara Ra teoritis & Ra emperis setiap benda uji. Analisa Untuk dapat memeriksa keadaan sebenarnya dari hasil penelitian ini diperluan beberapa hal yang dapat membantu suatu analisa yaitu: a. Data I dan II b. Grafik Rateoritis & Raemperis Dalam analisa penelitian ini menggunakan perhitungan dengan menganalisa kekasaran permukaan secara teoritis, dimana telah diketahui nilai dari sudut yang digunakan. Persamaan yang digunakan dalam perhitungan Ra secara teoritis adalah: Hal 30

6 h max ISSN f c [Persamaan. ] cot Kr cot K r Ra Rt [Persamaan. 2] teoritis Rt = h max. [Persamaan. 3] 2.4 Tahap IV : Kesimpulan Berisikan kesimpulan yang dapat diambil dari hasil pembahasan dan analisa data pengujian 3. HASIL DAN PEMBAHASAN 3. Analisa Hasil Pengujian Dari pengujian yang telah dilakukan, diperoleh data-data sebagai penunjang dalam menganalisa data tingkat keausan dan kekerasan permukaan benda kerja dari hasil pembubutan, diantaranya adalah: ) Pengujian I Pada pengujian merupakan pengujian yang dilakukan pada saat proses pembubutan berlangsung, yang akan diukur adalah temperatur sebelum pembubutan berlangsung dan pengukuran temperatur selama proses pembubutan. Dari pengujian ini parameter pemesinan yang berguna sebagai berikut: a. Material ST37 dengan diameter 20 mm m b. Kecepatan potong (VC) sebesar min mm c. Gerak makan f = 0,037 r d. Putaran mesin (n) = 330 rpm e. Kedalaman potong (a) = 0.3 mm f. Sudut potong utama pahat (Kro) yang digunakan yaitu 45o. Tabel. Data Temperatur Pahat Potong Benda Uji St37/a/0 Pengujian Panjang Panjang T Awal Akhir T ) Pengujian II Pengujian yang bertujuan mendapatkan nilai tingkat keausan atau pengurangan ukuran dari ujung pahat potong, yaitu dengan melakukan pengukuran dengan alat mikroskop. Sedangkan untuk benda kerjanya diukur tingkat kekasaran yang dihasilkan dari proses pembubutan dengan menggunakan Surftest 20 SJ. Tabel.2 Data Pengujian Kekasaran Permukaan Benda Uji Hasil Pengujian Kekasaran Rata-Rata ST37 I 2,93 2,77 2,67 2,5,83,55 3,4 2,66 2,76,78 2,46 II,69 2,2,79,63,75,5,64,64,8,58,72 III 2,9 3,2 3,02 2,96 2,93 2,55 2,65 2,32 2,24 2,39 2,7 3.2 Analisa Data Pengujian Setelah data-data yang diperlukan dalam semua pengujian didapat, maka dilakukan analisa terhadap tingkat keausan dari mata pahat yang digunakan pada mesin bubut terhadap kualitas permukaan benda kerja baik secara empiris maupun secara teoritis. Hal 3

7 Analisa Keausan Pahat Potong Keausan pahat potong dilakukan dengan bantuan mikroskop dan kertas semiblok untuk membantu pembacaan ukuran pengurangan dimensi pahat potong, sebagai contoh pengukuran keausan dapat dilihat dibawah ini: Gambar. 7 Bentuk Sudut Potong Pahat dengan Mikroskop Sebelum Mengalami Keausan Gambar. 8 Bentuk Sudut Potong Pahat dengan Mikroskop Setelah Mengalami Keausan Dari gambar diatas didapat hasil pengurangan dimensi pada ujung pahat potong adalah sebesar,2 mm. Pengukuran ini dilakukan secara kontinyu sebanyak0 data yang diambil tiap benda uji. Analisa Data Kekasaran Permukaan Ra ( m) Empiris Dari hasil pengujian yang telah dilakukan dengan menggunakan alat ukur kekasaran permukaan, maka diperoleh data-data yang diperlukan untuk mendapatkan Ra ( m) empiris. Tabel.3 Data Rata-Rata Ra empiris Benda Uji Ra ST 37 I 2.46 II.72 III 2.7 Total rata-rata 2.30 Kekasaran Permukaan Kekasaran yang dipengaruhi oleh geometri pahat potong yang sering disebut sebagai kekasaran permukaan ideal atau teoritis. Dari Grafik. untuk material ST37 didapat nilai Ra teoritis lebih halus di banding dengan Ra empiris, hal ini dapat dilihat dari nilai rata-rata antara Ra teoritis dan Ra empiris nya. Dari cm pengujian Ra empiris didapat hasil yang tidak stabil, terutama pada pengujian pertama dan ketujuh yang mempunyai nilai kekasaran paling besar. Karena pada pengujian pertama terdapat beban kejut yang besar setiap awal proses pengujian. Sedangkan pada pengujian ketujuh mulai terbentuknya radius pada pahat potong. Hal 32

8 4 3.5 Rateoritis, Raempiris Ra teoritis Ra empiris Pengujian ke-n Grafik. Grafik Ra teoritis vs Ra empiris pada pengujian per cm Pada Gambar. 2 untuk material ST37 didapat nilai Rateoritis lebih halus di banding dengan Ra empiris, hal ini dapat dilihat dari nilai rata-rata antara Ra teoritis dan Ra empiris nya. Pada pengujian kedua ini (per 2 cm) pengujian Ra empiris didapat hasil yang stabil, nilai kekasaran paling besar hanya diawal proses pengujian. Kestabilan angka kekasaran tersebut dikarenakan sudah terbentuknya radius pada pahat potong Rateoritis, Raempiris Rateoritis Raempiris Pengujian ke-n Grafik. 2 Grafik Ra teoritis vs Ra empiris pada pengujian per 2 cm Sedangkan pada Grafik. 3 didapat nilai Rateoritis lebih halus di banding dengan Ra empiris, hal ini dapat dilihat dari nilai rata-rata antara Ra teoritis dan Ra empiris nya. Pada pengujian ketiga ini (per 3 cm) pengujian Ra empiris didapat hasil yang lebih stabil dibandingkan pengujian pertama dengan nilai kekasaran yang lebih besar dari pengujian kedua, dikarenakan sudah mulai ada keausan pada ujung pahat potong yang dipengaruhi oleh timbulnya temperatur pemotongan akibat panjangnya jarak pemakanan. Rateoritis, Raempiris Ra teoritis Ra empiris Pengujian ke-n Grafik. 2 Grafik Ra teoritis vs Ra empiris pada pengujian per 20 cm Grafik.4 memperlihatkan rata-rata Raempiris lebih kasar dari pada Ra teoritis, hal ini disebabkan karena Ra teoritis dalam keadaan ideal (kondisi material dan proses pemesinannya tidak dipengaruhi oleh Hal 33

9 lingkungan sedangkan Ra empiris sangat di pengaruhi oleh faktor lingkungan dan faktor-faktor proses pemesinan) yang dimaksud dengan faktor-faktor pemesinan antara lain:. Kondisi keausan pahat. 2. Kondisi operator pada saat menjalankan proses pemesinan. 3. Kondisi material. 4. Kondisi mesin. Rata-rata Rateoritis vs Rata-rata Raempiris Pada Pengujian Rata-rata Rateoritis, Rata-rata Raempiris Rata-rata Ra teoritis Rata-rata Ra empiris Pengujian Ke-n Grafik. 4 Grafik Rata-rata Ra teoritis vs Rata-rata Ra empiris pada pengujian 4. KESIMPULAN DAN SARAN Setelah melakukan perhitungan dan analisa, maka dapat diambi kesimpulan: a. Dari analisa pengujian didapat kesimpulan, dimana nilai keausan dan nilai kekasaran permukaan bertolak belakang. Karena di nilai keausan yang besar mempunyai nilai kekasaran permukaan yang kecil. Hal itu disebabkan karena sudut potong utama pahat sudah mulai membentuk radius, yang membuat kekasaran permukaan hasil pengujian menjadi lebih halus. Dibandingkan bila sudut potong utama tidak memiliki radius. b. Dari analisa data yang didapat, terjadi penyimpangan antara nilai Ra empiris dan Ra teoritis, hal ini disebabkan karena kondisi pada saat melakukan pengujian, yaitu:. Suhu pada saat proses pemesinan dan suhu ruangan yang tidak stabil, 2. Keausan pada pahat, 3. Kebersihan benda kerja, 4. Kondisi mesin dan pencekaman benda kerja. 5. UCAPAN TERIMAKASIH Penulis mengucap puji syukur atas kemudahan yang diberikan kepada Tuhan Yang Maha Esa dan kepada pihak lain yang membantu kelancaran jalannya proses penulisan sampai dengan penyerahan tulisan ini. Semoga apa yang dilakukan dapat bermanfaat tidak hanya untuk pengembangan diri penulis akan tetapi untuk khalayak luas. 6. DAFTAR PUSTAKA [] Muin, Syamsir A, 989, Dasar-dasar Perencanaan Perkakas dan Mesin-Mesin Perkakas, Rajawali Pers, Jakarta. [2] Rochim, Taufik, 993, Teori dan Teknologi Proses Pemesinan, ITB, Bandung. [3] Kalpakjian, Serope & Steven Schmid, 2006, Manufacturing Engineering and Technology 5 th Edition, Pearson Prentice Hall, Singapore. [4] Mulyanto, Tri, 2007, Proses Manufaktur edisi II, Universitas Pancasila Press, Jakarta. [5] Khoeron, Muhammad, 2006, Analisa Kekasaran Permukaan Terhadap Perubahan Geometri Pahat Potong pada Proses Pemesinan, Universitas Pancasila Press, Jakarta. Hal 34