OPTIMASI PARAMETER PROSES PEMESINAN CNC MILLING TERHADAP KEKASARAN PERMUKAAN BAJA ST 40 DENGAN METODE TAGUCHI

Transkripsi

1 OPTIMASI PARAMETER PROSES PEMESINAN CNC MILLING TERHADAP KEKASARAN PERMUKAAN BAJA ST 40 DENGAN METODE TAGUCHI SKRIPSI Oleh : FAJAR RAHMADI X FAKULTAS KEGURUAN DAN ILMU PENDIDIKAN UNIVERSITAS SEBELAS MARET SURAKARTA commit 2010 to user i

2 OPTIMASI PARAMETER PROSES PEMESINAN CNC MILLING TERHADAP KEKASARAN PERMUKAAN BAJA ST 40 DENGAN METODE TAGUCHI Oleh : FAJAR RAHMADI X Skripsi Ditulis dan diajukan untuk memenuhi syarat mendapatkan gelar Sarjana Pendidikan Program Studi Pendidikan Teknik Mesin Jurusan Pendidikan Teknik dan Kejuruan FAKULTAS KEGURUAN DAN ILMU PENDIDIKAN UNIVERSITAS SEBELAS MARET SURAKARTA 2010 ii

3 PERSETUJUAN Skripsi ini telah disetujui untuk dipertahankan di hadapan Tim Penguji Skripsi Fakultas Keguruan dan Ilmu Pendidikan Universitas Sebelas Maret Surakarta. Persetujuan Pembimbing Pembimbing I Pembimbing II Drs. Suhardi.HW, M.T Danar Susilo Wijayanto, S.T., M.Eng. NIP NIP iii

4 SURAT PERNYATAAN Dengan ini penulis menyatakan bahwa dalam penulisan skripsi ini tidak terdapat karya yang pernah diajukan untuk memperoleh gelar kesarjanaan di suatu perguruan tinggi dan menurut sepengetahuan penulis juga tidak terdapat karya atau pendapat yang pernah ditulis atau diterbitkan oleh orang lain kecuali secara tertulis mengacu dalam naskah dan disebutkan dalam daftar pustaka. Surakarta, Juli 2010 Penulis, FAJAR RAHMADI X iv

5 PENGESAHAN Skripsi ini telah dipertahankan di hadapan Tim Penguji Skripsi Fakultas Keguruan dan Ilmu Pendidikan Universitas Sebelas Maret Surakarta dan diterima untuk memenuhi persyaratan mendapatkan gelar Sarjana Pendidikan. Pada hari : Tanggal : Juli 2010 Tim Penguji Skripsi : Nama Terang Tanda Tangan Ketua : Dr. Muhammad Akhyar, M.Pd.... Sekretaris : Nyenyep Sriwardani, S.T., M.T.... Anggota I : Drs. Suhardi, M.T.... Anggota II : Danar Susilo Wijayanto, S.T., M.Eng.... Disahkan oleh Fakultas Keguruan dan Ilmu Pendidikan Universitas Sebelas Maret Surakarta Dekan, Prof. Dr. M. Furqon Hidayatullah, M. Pd NIP v

6 ABSTRAK Fajar Rahmadi. OPTIMASI PARAMETER PROSES PEMESINAN CNC MILLING TERHADAP KEKASARAN PERMUKAAN BAJA ST 40 DENGAN METODE TAGUCHI. Skripsi, Surakarta: Fakultas Keguruan dan Ilmu Pendidikan. Universitas Sebelas Maret Surakarta, Juni Tujuan penelitian ini adalah untuk : (1) Mengetahui pengaruh kecepatan spindle, terhadap tingkat kekasaran permukaan logam hasil proses pemesinan CNC milling type ZK 7040 pada material baja ST 40. (2) Mengetahui pengaruh kecepatan pemakanan, terhadap tingkat kekasaran permukaan logam hasil proses pemesinan CNC milling type ZK 7040 pada material baja ST 40. (3) Mengetahui pengaruh kedalaman pemakanan, terhadap tingkat kekasaran permukaan logam hasil proses pemesinan CNC milling type ZK 7040 pada material baja ST 40. (4) Mengetahui pengaruh cairan pendingin, terhadap tingkat kekasaran permukaan logam hasil proses pemesinan CNC milling type ZK 7040 pada material baja ST 40. (5) Mengetahui parameter mana yang menghasilkan nilai kekasaran optimal pada proses pemesinan CNC milling type ZK 7040 pada material baja ST 40, dengan menggunakan metode taguchi. Penelitian ini dilakukan di Laboratorium CNC Program Studi Pendidikan Teknik Mesin JPTK FKIP UNS dengan menggunakan mesin CNC Milling type ZK 7040 dengan control SIEMENS SINUMERIK 802S. Laboratorium Bahan Teknik Program Diploma Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Gadjah Mada Yogyakarta sebagai tempat pengujian tingkat kekasaran permukaan. Metode optimasi yang digunakan dalam penelitian ini adalah metode Taguchi. ANAVA TAGUCHI (Analisis Varian Taguchi) digunakan untuk mengetahui karakteristik performansi dari parameter pemesinan. Analisis data dalam penelitian dibantu menggunakan software Qualitek. Populasi yang dipakai adalah baja ST 40. Sampel diambil dengan teknik kuota random sampling. Hasil penelitian ini adalah: (1) Kondisi optimal parameter pemesinan yang berpengaruh terhadap kekasaran permukaan adalah pada kecepatan putaran spindel 2500 rpm, kecepatan pemakanan sebesar 0,12 mm/rev, kedalaman vi

7 pemakanan 1 mm, dan kondisi pemotongan dengan menggunakan fluida pemotongan jenis minyak. (2) Kecepatan putaran spindel (spindle speed) memiliki pengaruh paling besar dengan rasio S/N sebesar 36,883% dan kedalaman pemotongan (depth of cut) memiliki kontribusi paling kecil yaitu dengan rasio S/N sebesar 9,448%. (3) Hasil kekasaran yang optimal adalah 0,72 ± 0,23 µm. vii

8 MOTTO Dan, Dia telah mengajarkan kepadamu apa yang belum kamu ketahui. Dan adalah karunia Allah itu sangat besar. (QS. An-Nisa : 113) Rabb-mu tiada meninggalkan kamu dan tiada (pula) benci kepadamu. Dan sesungguhnya akhir itu lebih baik bagimu daripada permulaan. (QS.Ad-Dhuha : 3-4) Laki-laki yang tidak dilalaikan oleh perniagaan dan tidak (pula) oleh jual beli dari mengingati Allah,..( QS. An-Nur :37) Hai manusia, sesungguhnya hanya janji Allah adalah benar, maka sekalikali janganlah kehidupan dunia memperdayakan kamu dan sekali-kali janganlah syaiton yang pandai menipu, memperdayakan kamu tentang Allah. (QS. Fathir :2) (Ingatlah) ketika kamu memohon pertolongan kepada Rabb-mu, lalu diperkenankannya bagimu. (QS. Al-Anfal :9) Baik belum tentu benar, benar belum tentu baik. Baik dalam hal yang benar, itu akan lebih baik dan benar. (M. Wicaksana) viii

9 PERSEMBAHAN Karya ini kupersembahkan kepada: Allah SWT, yang selalu melimpahkan kemudahan dan kelancaran Ibu dan Bapak tersayang Istriku tercinta Anakku tersayang Teman- teman PTM 2008 Almamaterku tercinta ix

10 KATA PENGANTAR Puji syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT, karena atas rahmatnya, skripsi ini akhirnya dapat diselesaikan, untuk memenuhi sebagian persyaratan mendapatkan gelar Sarjana Pendidikan. Penulis menyadari bahwa dalam penyusunan skripsi ini menghadapi hambatan dan kesulitan. Namun dengan bantuan berbagai pihak, hambatan dan kesulitan tersebut dapat teratasi. Oleh karena itu penulis menyampaikan terima kasih kepada pihak-pihak yang dengan sepenuh hati memberi bantuan, dorongan, motivasi, bimbingan, dan pengarahan, sehingga penyusunan skripsi ini dapat terselesaikan. Ucapan terima kasih penulis sampaikan kepada : 1. Dekan Fakultas Keguruan dan Ilmu Pendidikan UNS beserta seluruh stafnya. 2. Ketua Jurusan Pendidikan Teknik dan Kejuruan FKIP UNS. 3. Ketua Program Studi Pendidikan Teknik Mesin JPTK FKIP UNS. 4. Bapak Bambang Prawiro, MM selaku Pembimbing Akademik. 5. Bapak Drs. Suhardi, MT selaku Koordinator Skripsi bidang teknik (produksi) dan Pembimbing I. 6. Bapak Danar Susilo Wijayanto ST., M.Eng. selaku Pembimbing II. 7. Bapak Herman Saputro S.Pd., M.T. atas semua ilmu dan bimbingannya. 8. Segenap dosen Program Studi Pendidikan Teknik Mesin JPTK FKIP UNS. 9. Kepada seluruh pihak yang telah membantu, yang tidak dapat penulis sebutkan satu per satu. Terima kasih atas dukungan dan kerjasamanya. Menyadari bahwa terbatasnya ilmu pengetahuan yang dimiliki menyebabkan kurang sempurnanya penyusunan skripsi ini. Oleh karena itu, diharapkan kritik dan saran yang bersifat membangun dari pembaca demi kesempurnaan skripsi ini. Harapan penulis semoga skripsi ini dapat bermanfaat. Surakarta, Juli 2010 Penulis x

11 DAFTAR ISI HALAMAN JUDUL... i HALAMAN PENGAJUAN... ii HALAMAN PERSETUJUAN... iii HALAMAN SURAT PERNYATAAN... iv HALAMAN PENGESAHAN... v HALAMAN ABSTRAK... vi HALAMAN MOTTO... viii HALAMAN PERSEMBAHAN... ix KATA PENGANTAR... x DAFTAR ISI... xi DAFTAR TABEL... xiv DAFTAR GAMBAR... xv DAFTAR LAMPIRAN... xvi NOMENKLATUR... xvii BAB I. PENDAHULUAN A. Latar Belakang Masalah... 1 B. Identifikasi Masalah... 2 C. Batasan Masalah... 2 D. Perumusan Masalah... 3 E. Tujuan Penelitian... 4 F. Manfaat Penelitian... 4 BAB II. LANDASAN TEORI A. Tinjauan Pustaka Mesin CNC Milling Proses Pemesinan Fluida Pemotongan (Cutting Fluids) Metrologi Konfigurasi Permukaan Metode Taguchi B. Penelitian yang Relevan commit... to user 25 xi

12 C. Kerangka Pemikiran D. Hipotesis BAB III. METODOLOGI PENELITIAN A. Tempat dan Waktu Penelitian B. Metode Penelitian C. Populasi dan Sampel D. Teknik Pengumpulan Data Identifikasi Variabel Instrumen Penelitian E. Teknik Analisis Data F. Diagram Alir Penelitian BAB IV. HASIL DAN PEMBAHASAN A. Hasil Eksperimen B. Hasil Pengolahan Data Analisis Varian Taguchi (ANAVA Taguchi) Kekasaran Permukaan Prediksi Nilai Kekasaran Permukaan Interval Kepercayaan Kekasaran Permukaan Rata-rata Analisis Signal to Noise Ratio (Rasio S/N) Analisis Varian Taguchi (ANAVA Taguchi) Rasio S/N Kekasaran Permukaan Prediksi Rasio S/N Kekasaran Permukaan Interval Kepercayaan Rasio S/N Kekasaran Permukaan C. Interpretasi Hasil Eksperimen Kecepatan Spindel (Spindle Speed) Kecepatan Pemakanan (Feed) Kedalaman Pemakanan (Depth of Cut) Kondisi Pemotongan (Cutting Condition) D. Pembahasan dan Analisis Hasil Eksperimen Analisis Hasil Kekasaran Permukaan Eksperimen Konfirmasi Rata-rata Kekasaran Permukaan Eksperimen Konfirmasi Rasio S/N xii

13 BAB V. KESIMPULAN DAN SARAN A. Simpulan B. Implikasi C. Saran DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN xiii

14 DAFTAR TABEL Tabel 1. Blok Pemrograman NC Tabel 2. Ketidakteraturan suatu Profil (Konfigurasi Penampang Permukaan) Tabel 4. Faktor dan Level Percobaan Tabel 4. Derajat Kebebasan Tabel 5. Orthogonal Array L 9 (3 4 ) Tabel 6. Kebutuhan Panjang Spesimen Tabel 7. Rekomendasi Parameter Pemotongan Tabel 8. Nilai Pengujian Kekerasan Rockwell A Tabel 9. Hasil Uji Komposisi Baja ST Tabel 10. Desain Eksperimen Parameter dan Level Tabel 11. Penelitian Taguchi Orthogonal Array L Tabel 12. Hasil Pengukuran Kekasaran Permukaan Tabel 13. Respon Kekasaran Permukaan Rata-rata Spindle Speed Tabel 14. Respon Kekasaran Permukaan Rata-rata Feed, Depth of Cut dan Cutting Condition Tabel 15. Respon Kekasaran Rata-rata Keseluruhan Parameter Tabel 16. Analisis Varian (ANAVA) Tabel 17. Respon Kekasaran Permukaan Rata-rata Rasio S/N Spindle Speed Tabel 18. Respon Kekasaran Permukaan Rata-rata Rasio S/N Feed Tabel 19. Respon Kekasaran Permukaan Rata-rata Rasio S/N Depth of Cut dan Cutting Condition Tabel 20. Respon Kekasaran Permukaan Rata-rata Rasio S/N Keseluruhan Parameter Tabel 21. Analisis Varian (ANAVA) Rasio S/N Kekasaran Permukaan Tabel 22. Kondisi Optimum dan Performansi Tabel 23. Hasil Pengukuran Ra Optimum Tabel 24. Interpretasi Hasil Eksperimen Konfirmasi dan Eksperimen Taguchi... xiv 64

15 DAFTAR GAMBAR Gambar 1 Klasifikasi Proses Freis... 7 Gambar 2 Komponen Kecepatan Potong pada Proses Milling... 8 Gambar 3 Analogi Pembentukan Beram... 9 Gambar 4 Mesin CNC Freis Gambar 5 Profil Kekasaran Permukaan Gambar 6 Benda Hasil Pengerjaan Gambar 7 Eksperimen Konfiguration L-9 (3^4) Gambar 8 Data Inner Array dan Result Gambar 9 Data Faktor dan Level Gambar 10 Pemilihan Karakteristik Kualitas Gambar 11 Pengisian Hasil Pengukuran Kekasaran Permukaan Gambar 12 Analisis Perhitungan Data Gambar 13 Data Rasio S/N Gambar 14 Analisis Respon Rata-Rata Kekasaran Permukaan Gambar 15 ANAVA Rasio S/N Gambar 16 Kondisi Optimum Masing-Masing Faktor Gambar 17 Mesin CNC MILL MASTER ZK Gambar 18 Pahat (Insert) Milling XOMT Gambar 19 Tool Holder dan Dimensinya Gambar 20 SURFCODER SE-1700 Roughness Tester Gambar 21 Diagram Alir Penelitian Gambar 22 Pengaruh Kecepatan Spindel terhadap Kekasaran Permukaan dan Rasio S/N Gambar 23 Pengaruh Kecepatan Pemakanan terhadap Kekasaran Permukaan dan Rasio S/N Gambar 24 Pengaruh Kedalaman Pemakanan terhadap Kekasaran Permukaan dan Rasio S/N Gambar 25 Pengaruh Kondisi Pemotongan terhadap Kekasaran Permukaan dan Rasio S/N.... xv 61

16 DAFTAR LAMPIRAN Lampiran 1. Data Pengujian Data Kekasaran Permukaan Lampiran 2. Perhitungan Analisis Varian Rata-Rata Kekasaran Permukaan.. 71 Lampiran 3. Perhitungan Analisis Varian Rasio S/N Rata-Rata Kekasaran Permukaan Lampiran 4. Surat Ijin Research di Laboratorium Bahan Teknik D3 Fakultas Teknik UGM Lampiran 5. Surat Permohonan Ijin Research/Try Out Lampiran 6. Surat Permohonan Ijin Menyusun Skripsi Lampiran 7. Surat Ijin Research di Laboratorium CNC Lampiran 8. Surat Keterangan Uji Kekasaran di UGM Lampiran 9. Surat Ijin Research di Laboratorium CNC Lampiran 10 Tabel Nilai Uji F Lampiran 11. Presensi Seminar Proposal Skripsi Lampiran 12. Foto Dokumentasi Penelitian xvi

17 NOMENKLATUR Simbol Arti Satuan a Kedalaman pemakanan [mm] d Diameter luar [mm] f Kecepatan pemakanan [mm/rev] HRA Nilai kekerasan Rockwell A [-] KA Jumlah level faktor [-] Kr Sudut potong utama [ 0 ] L Lebar [mm] l 0 Panjang pemotongan [mm] l t Panjang total pemotongan [mm] MS Mean Square (jumlah kuadrat rata-rata) [-] N Jumlah data keseluruhan [-] n Putaran poros utama [rpm] P Panjang [mm] Ra Kekasaran rata-rata aritmetik [µm] SS Sum of Square (jumlah kuadrat) [-] T Tinggi [mm] T Jumlah keseluruhan nilai data [-] t c Waktu pemotongan [min] w Lebar pemotongan benda kerja [mm] y Nilai data [-] Z Kecepatan menghasilkan geram [mm] z Jumlah gigi [-] S/N Signal to Noise Ratio [db] xvii

18 BAB I PENDAHULUAN A. Latar Belakang Masalah Proses pemesinan milling merupakan salah satu proses pemesinan yang banyak digunakan untuk pembuatan suatu komponen. Dalam proses pemesinan milling, waktu yang dibutuhkan untuk membuat komponen harus seminimal mungkin agar tercapai kapasitas produksi yang tinggi. Parameter proses pemotongan yang maksimum akan menghasilkan laju pemakanan material (material removal rate) yang tinggi, namun juga mengakibatkan kekasaran permukaan (Ra) yang tinggi pula. Penelitian di bidang operasi mesin perkakas telah dimulai pada awal abad XIX oleh F.W. Taylor yang melakukan eksperimen selama 26 tahun dengan lebih dari eksperimen dan menghasilkan 400 ton beram (Jerard et al, 2001). Eksperimen tersebut bertujuan menghasilkan solusi sederhana atas permasalahan intrisik dalam menentukan kondisi pemotongan yang aman dan efisien. F.W. Taylor percaya bahwa solusi tersebut secara empiris dapat diselesaikan kurang dari setengah menit oleh mekanik yang handal lewat pengalaman mereka. Mekanik-mekanik tersebut meskipun sanggup bekerja dengan memuaskan, namun mereka kesulitan menularkan pengetahuannya secara sistematis dan kuantitatif kepada orang lain. Operator seringkali hanya menggunakan estimasi atau trial and error dalam memilih besaran cutting speed, feedrate dan depth of cut, padahal besaran tersebut berpengaruh terhadap kualitas hasil pemesinan serta produktivitas. Operasi end milling adalah salah satu upaya untuk meneliti nilai optimum dari beragam tipe operasi mesin perkakas yang banyak dipakai. Operasi dan proses pemesinan terutama yang menggunakan mesin CNC semakin memberikan beragam pilihan besaran parameter dalam kode numeriknya. Operator perlu mendapatkan informasi kuantitatif korelasi antar parameter untuk menghasilkan kualitas surface finish yang baik. Analisis parameter pemesinan (machining parameters) perlu dilakukan untuk mengetahui kondisi optimal dari parameter pemesinan untuk tingkat 1

19 2 kekasaran permukaan benda yang dihasilkan oleh proses pemesinan. Metode Taguchi (Taguchi Method) adalah salah satu metode yang banyak digunakan untuk mengetahui kondisi optimal dari parameter pemesinan terhadap kekasaran permukaan benda kerja, sehingga diharapkan terjadi perbaikan kualitas dan proses suatu barang. Optimasi parameter proses pemesinan pada mesin milling perlu dilakukan agar kekasaran permukaan yang diinginkan dapat dicapai dalam waktu yang paling singkat. Operator mesin perkakas hingga kini masih dihadapkan pada masalah penentuan parameter pemesinan seperti cutting speed, feedrate dan depth of cut yang optimum terutama pada operasi finishing. Penelitian ini diharapkan dapat memberikan kontribusi berupa tolok ukur parameter optimal suatu operasi pemesinan. Operasi pemesinan yang dipilih adalah proses endmilling surface dengan metode Taguchi. Analisis data metode Taguchi dibantu menggunakan software Qualitek. B. Identifikasi Masalah Berdasarkan latar belakang masalah tersebut, terdapat beberapa permasalahan utama yang berhubungan dengan kekasaran pada proses pemesinan CNC Milling. Masalah masalah tersebut antara lain : 1. Penentuan parameter pemesinan seperti spindle speed, federate, dan depth of cut yang optimum terutama pada operasi pemesinan CNC milling. 2. Pengaruh penambahan coolant terhadap kekasaran permukaan logam. 3. Penentuan parameter pemotongan sesuai material benda kerja (struktur dan kekerasan) dan karakteristik alat potong (geometri, jumlah mata sayat, dan material alat potong). C. Batasan Masalah Agar pembahasannya tidak terlalu luas dan menyimpang dari permasalahan, maka lingkup penelitian ini dibatasi sebagai berikut : 1. Material uji adalah carbon steel ST 40 dengan komposisi dan nilai kekerasan yang telah diketahui berdasarkan commit to pengujian user dan aspek metalurgi tidak

20 3 dibahas. 2. Parameter kondisi pemotongan didasarkan pada rekomendasi pahat (insert) dan mesin CNC Milling ZK Parameter pemesinan terdiri atas: kecepatan putaran spindel (n) (rpm), kecepatan pemakanan (f) (mm/rev), kedalaman pemakanan (a) (mm), dan kondisi pemotongan (basah dan kering). 4. Analisis hanya dilakukan pada parameter pemesinan yang diaplikasikan. 5. Proses pengukuran dilakukan hanya pada kekasaran permukaan. 6. Analisis kekasaran permukaan dilakukan pada kekasaran permukaan rata-rata (Ra). D. Perumusan Masalah Berdasarkan identifikasi masalah dan pembatasan masalah tersebut dapat ditentukan perumusan masalah sebagai berikut: 1. Adakah pengaruh kecepatan spindle terhadap tingkat kekasaran permukaan logam hasil proses pemesinan CNC milling type ZK 7040 pada material baja ST 40? 2. Adakah pengaruh kecepatan pemakanan terhadap tingkat kekasaran permukaan logam hasil proses pemesinan CNC milling type ZK 7040 pada material baja ST 40? 3. Adakah pengaruh kedalaman pemakanan terhadap tingkat kekasaran permukaan logam hasil proses pemesinan CNC milling type ZK 7040 pada material baja ST 40? 4. Adakah pengaruh cairan pendingin terhadap tingkat kekasaran permukaan logam hasil proses pemesinan CNC milling type ZK 7040 pada material baja ST 40? 5. Dengan menggunakan metode Taguchi, parameter manakah yang menghasilkan nilai kekasaran optimal pada proses pemesinan CNC milling type ZK 7040 pada material baja ST 40?

21 4 E. Tujuan Penelitian Berdasarkan masalah yang telah dirumuskan, penelitian ini memiliki tujuan yaitu : 1. Mengetahui pengaruh kecepatan spindle terhadap tingkat kekasaran permukaan logam hasil proses pemesinan CNC milling type ZK 7040 pada material baja ST Mengetahui pengaruh kecepatan pemakanan terhadap tingkat kekasaran permukaan logam hasil proses pemesinan CNC milling type ZK 7040 pada material baja ST Mengetahui pengaruh kedalaman pemakanan terhadap tingkat kekasaran permukaan logam hasil proses pemesinan CNC milling type ZK 7040 pada material baja ST Mengetahui pengaruh cairan pendingin terhadap tingkat kekasaran permukaan logam hasil proses pemesinan CNC milling type ZK 7040 pada material baja ST Mengetahui parameter mana yang menghasilkan nilai kekasaran optimal pada proses pemesinan CNC milling type ZK 7040 pada material baja ST 40, dengan menggunakan metode Taguchi. F. Manfaat Penelitian 1. Manfaat Praktis a. Dapat digunakan sebagai referensi dalam menentukan optimasi parameter pemotongan untuk mendapatkan kekasaran yang diinginkan dalam proses pemesinan CNC milling. b. Memberikan kontribusi ilmiah kepada komunitas industri berupa tolok ukur parameter optimal operasi pemesinan milling dengan end milling CNC. c. Menjadi masukan bagi pengguna mesin CNC milling dalam peningkatan kualitas dan kuantitas produk hasil proses pemesinan serta peningkatan sumber daya manusia.

22 5 2. Manfaat Teoritis a. Sebagai masukan dan pertimbangan bagi perkembangan penelitian sejenis di masa yang akan datang. b. Menjadi bahan pustaka bagi Program Studi Pendidikan Teknik Mesin Jurusan Pendidikan Teknik dan Kejuruan Fakultas Keguruan dan Ilmu Pendidikan Universitas Sebelas Maret Surakarta.

23 BAB II LANDASAN TEORI A. Tinjauan Pustaka 1. Mesin CNC Milling Mesin CNC milling secara garis besar dapat digolongkan menjadi dua, yaitu: mesin CNC Milling TU (Training Unit) dan mesin CNC Milling Production. Kedua mesin CNC tersebut mempunyai prinsip kerja yang sama, namun berbeda dalam penggunaan dan penerapannya. Mesin CNC Milling TU (Training Unit) yang dilengkapi dengan EPS (External Programming Sistem), digunakan untuk latihan dasar pengoperasian dan pemograman CNC, serta pengerjaan yang ringan. Mesin CNC Milling Production digunakan untuk produksi massal, sehingga diperlukan perlengkapan yang lebih, misal: sistem chuck otomatis, pembuka pintu pembuang beram otomatis, dan lain-lain. 2. Proses Pemesinan a. Proses Freis (Milling Process) 1) Klasifikasi Proses Freis Mesin milling adalah mesin perkakas dengan gerak utama berputar dilakukan oleh alat potong atau milling cutter. Pahat freis (milling cutter) termasuk pahat bermata potong jamak dengan jumlah mata potong sama dengan jumlah gigi pahat freis, tetapi dalam perkembangannya pahat freis ada yang bermata potong tunggal dan penggunaannya tergantung dari kebutuhan seperti yang digunakan di mesin CNC. Sesuai dengan jenis pahat yang digunakan, dikenal tiga macam proses freis (Taufiq, Rochim: 1982), yaitu: a) Proses freis datar (slab milling) Disebut peripheral milling, yaitu proses freis dimana sumbu rotasi dari pahat (tool) sejajar dengan permukaan benda kerja. b) Proses freis tegak (face milling) 6

24 7 Proses freis tegak, yaitu proses freis dimana sumbu rotasi pahatnya vertikal terhadap permukaan benda kerja. c) End Milling Pahat potong (cutter) pada end milling, biasanya berputar pada sumbu vertikal terhadap benda kerja, area kerja pahat berada pada akhir permukaan dari pahat pemotong dan pada batas keliling dari badan pahat pemotong. (a) Slab milling (b) Face milling (c) End milling Gambar 1. Klasifikasi Proses Freis (Kalpakjian, S, Schmid: 1992) Proses facing atau proses roughing dilakukan pada proses pemesinan awal, untuk mendapatkan posisi peletakan material kerja yang rata, sehingga diharapkan saat proses pemesinan dilakukan maka akan lebih seragam. Dalam penggunaan pahat sisipan (insert), baik dalam pemasangan maupun dalam pemilihan bentuk juga memiliki pengaruh yang cukup besar terhadap tekstur dari permukaan benda yang dilakukan proses pemesinan. Proses freis datar dibagi dalam dua jenis yaitu proses freis naik (up milling) dan proses freis turun (down milling).

25 8 Gambar 2. Komponen Kecepatan Potong Pada Proses Milling (Kalpakjian, S, Schmid: 1992) Gambar 2 menunjukkan, pada proses up milling, beram yang dihasilkan sangat tipis di awal mula proses permesinan, dimana gigi pahat (tooth) pertama kali bersentuhan, lalu berangsur-angsur menebal hingga pahat selesai melakukan proses. Untuk proses down milling, ketebalan beram (chip) maksimum terjadi dekat pada titik dimana gigi pahat kontak bekerja, karena gerak relatif pahat cenderung menarik benda kerja ke arah pahat. Proses freis tidak menghasilkan beram dengan ketebalan yang tetap, melainkan berbentuk koma dengan ketebalan beram yang berubah. Tebal beram dipengaruhi oleh gerak pemakanan per gigi (feed per tooth) dan sudut posisi (φ) yang dapat berubah, karena perubahan sudut potong. Analogi proses terbentuknya beram pada proses freis adalah bila setumpuk kartu dijajarkan dan diatur sedikit miring yang membentuk sudut geser φ, kemudian didorong dengan papan yang membuat sudut seperti sudut beram γ 0, maka kartu di ujung papan akan bergeser ke atas terhadap kartu di belakangnya dan berlangsung secara berurutan (Gambar 3).

26 9 Gambar 3. Analogi Pembentukan Beram 2) Prinsip kerja mesin CNC milling Mesin milling adalah mesin perkakas dengan gerak utama berputar dilakukan oleh alat potong atau cutter milling, gerak makannya dilakukan oleh benda kerja yang terpasang pada meja kerja. Mesin CNC milling ini menggunakan sistem persumbuan dengan dasar koordinat kartesius : apabila tiga jari kanan diatur sedemikian rupa sehingga letaknya saling tegak lurus, maka jari tengah menunjukkan sumbu Z, jari telunjuk menunjukkan sumbu Y, dan ibu jari menunjukkan sumbu X Mesin frais vertikal dapat menunjukkan bahwa sumbu Z adalah arah tegak, sumbu Y adalah arah melintang meja, dan sumbu X adalah arah memanjang meja. Pengoperasian mesin CNC dilaksanakan dengan layanan CNC, dimana proses dikontrol komputer secara otomatis dengan memasukkan data numerik. Sistem CNC beroperasi secara otomatis dan dapat menginterpretasikan kode-kode numerik yang berupa huruf, angka, dan simbol untuk membuat suatu bentuk dari benda kerja. Data numerik yang dimasukkan dalam memori mesin berupa urutan perintah yang membentuk benda kerja disebut program NC. Program NC adalah suatu urutan perintah yang disusun secara terperinci setiap blok untuk memberitahu mesin CNC tentang apa yang commit harus to dilakukan. user

27 10 3) Mesin Freis CNC Gambar 4. Mesin CNC Freis CNC (Computer Numerically Control) adalah suatu mesin yang dikontrol oleh komputer dengan menggunakan bahasa numerik. Bahasa numerik yaitu perintah gerakan dengan menggunakan kode huruf dan angka, misalnya, jika pada program ditulis kode M-03 S1000 maka spindel akan berputar dengan kecepatan 1000 rpm dan jika program ditulis kode M-05, maka spindel akan berhenti. Pengoperasian mesin CNC dilaksanakan dengan layanan progam NC, proses pengoperasian mesin CNC dikontrol komputer dengan memasukkan data numerik. Sistem CNC beroperasi secara otomatis dan dapat menginterpretasikan kode-kode numerik yang berupa huruf, angka ataupun simbol untuk membuat suatu bentuk benda kerja. Program NC adalah suatu urutan perintah yang disusun secara terperinci setiap blok per blok untuk memberi tahu mesin CNC tentang apa yang harus dilakukan. Program NC terdiri dari kumpulan perintah. Perintah ditransfer oleh pengendalian menjadi impuls-impuls pengendali untuk mesin perkakas. Bahasa program NC merupakan format perintah dalam satu baris blok dengan menggunakan kode huruf, angka, dan simbol. Mesin CNC mempunyai perangkat komputer yang disebut Machine Control Unit (MCU) yakni suatu perangkat yang berfungsi menerjemahkan bahasa kode ke dalam bentuk

28 11 gerakan persumbuan sesuai bentuk benda kerja. Kode bahasa dalam mesin CNC dikenal dengan kode G dan M. Kode G adalah kode untuk pergerakan pahat dan kode M adalah kode untuk kode operasional mesin. Tabel 1 menunjukkan contoh blok program NC. Tabel 1. Blok Pemrograman NC G /M X Y Z F S Blok I M S1000 Blok II G Tabel 1 dapat menjelaskan bahwa pada blok I, kode M-03 memerintahkan spindel mesin berputar, dan S1000 artinya spindel berputar dengan kecepatan 1000 rpm. Pada blok II, kode G01 artinya memerintahkan pahat bergerak dengan pemakanan, X10 menunjukkan arah gerakan pemakanan ke sumbu X sejauh 10 mm, dan F30 menunjukkan kecepatan pemakanan ke arah sumbu X sebesar 30 mm/menit. 4) Elemen-elemen Dasar Proses Freis Elemen-elemen dasar proses pemesinan sangat berpengaruh dalam analisis optimasi hasil dari produk yang akan dibuat. Elemen-elemen ini dianalisis dengan tujuan menemukan suatu formulasi yang bisa dipakai untuk keperluan proses permesinan serta perkembangan dalam hal efisiensi dan optimasi dari proses permesinan. Beberapa elemen dasar proses permesinan di antaranya: a) Kecepatan potong (cutting speed) : Kecepatan potong merupakan kecepatan pemakanan pahat dalam satuan m/menit atau ft/menit. = 1000 b) Kecepatan pemakanan (feed. f) : ;(m min ) Gerak pemakanan merupakan kecepatan gerak pahat dalam satuan mm/rev atau in/rev.

29 12 c) Rata-rata gerak pemakanan (feedrate, v) Rata-rata gerak pemakanan merupakan kecepatan linier pahat sepanjang benda kerja dalam satuan mm/menit atau inci/menit. v = f N d) Kedalaman pemotongan (depth of cut,a) Ketebalan pemakanan merupakan kedalaman penyayatan yang dilakukan oleh pahat dalam satuan mm atau inci. e) Waktu pemotongan (cutting time) Waktu pemotongan merupakan waktu yang diperlukan untuk melakukan penyayatan sepanjang benda kerja dalam satuan detik atau menit. Dimana; = + + f) Kecepatan penghasilan beram : = ; (min) Kecepatan penghasilan beram merupakan volume material yang terbuang per satuan waktu dalam satuan mm 3 /menit atau inci 3 /menit. g) Kecepatan spindle (N) = ;(mm min ) Kecepatan spindle merupakan putaran dari spindle yang juga merupakan putaran benda kerja dalam satuan rpm. 3. Fluida Pemotongan (Cutting Fluids) Penggunaan fluida pemotongan selama proses pemesinan telah diawali oleh F.W. Taylor sejak tahun 1883 (Jerrad, R.B., Fussel, K. Barry., Ercan, T. Mustafa: 2001). Penggunaan fluida pemotongan pada proses pemesinan menunjukkan, bahwa kecepatan potong (cutting speed) dapat meningkat hingga 40% dengan menggunakan air sebagai pendingin. Air dapat menyebabkan korosi pada logam ferro, sehingga air tidak efisien sebagai pendingin ataupun pelumas,

30 13 karena kemampuan pembasahannya (wetting ability) yang rendah dalam kondisi temperatur yang sangat tinggi. Fluida pemotongan atau sering disebut pendingin (coolant) berfungsi untuk mengontrol temperatur pemotongan dan untuk pelumasan. Aplikasi fluida pemotongan adalah memperbaiki kualitas benda kerja selama mengalami proses pemotongan secara terus menerus oleh pahat (tool) dan juga memperbaiki umur pahat. Diskripsi beberapa karakteristik pendingin atau pelumas dapat dijelaskan sebagai berikut: a. Dari bahan utama minyak (oil based) 1) Straight oil (100% petroleum oil) Straight oil adalah pendingin dari bahan minyak yang mengandung 100% petroleum oil. Straight oil mempunyai kemampuan pelumasan yang sangat baik atau menciptakan lapisan sebagai efek bantalan antara benda kerja dan pahat, melindungi dari karat (rust), dan memperbaiki umur pahat, tetapi straight oil mempunyai sifat melepaskan panas yang buruk dan meningkatkan resiko kebakaran. 2) Soluble oil (60-90% petroleum oil) Soluble oil (hampir sama dengan emulsi, minyak emulsif atau minyak larut air) terdiri dari campuran 60-90% minyak bumi, emulsifier, dan bahan tambahan lain. Konsentrat ini dicampur dengan air untuk menjadi fluida pemotongan yang dipakai untuk pengerjaan logam. Soluble oil dapat meningkatkan kemampuan pendinginan dan pelumasan yang baik meskipun campuran minyak dan air, menciptakan lapisan film minyak yang melindungi komponen yang bergerak. Soluble oil adalah pendingin dari bahan minyak yang bercampur dengan air, sehingga akan menimbulkan masalah karat (rust) atau korosi, masalah kesehatan timbulnya bakteri, dan kabut asap yang dibentuk bisa menciptakan lingkungan kerja yang tidak aman. b. Fluida pemotongan dari bahan kimia Fluida pemotongan dari bahan kimia pertama kali dikenalkan sekitar tahun Ada dua jenis fluida commit pemotongan to user dari bahan kimia, yaitu sintetis

31 14 dan semi sintetis, fluida pemotongan dari bahan kimia memiliki sifat lebih stabil serta kemampuan untuk melumasi. 1) Sintetis (0% petroleum oil) Sintetis merupakan cairan pendingin yang tidak mengandung minyak atau mineral yang lain, secara umum terdiri dari pelumas kimia (chemical lubricant) dan inhibitor karat yang larut dalam air. Sintetis didesain untuk memiliki kemampuan pendinginan yang lebih cepat, pelumasan yang lebih baik, mencegah korosi dan mudah dilakukan perawatan. Sintetis dianjurkan untuk proses pemesinan dengan kecepatan tinggi. 2) Semisintetis (2-30% petroleum oil) Semisintetis merupakan cairan pendingin yang masih mengandung 2-30% minyak bumi. Cairan pendingin jenis ini di dalam penggunaannya masih harus dicampur dengan air. Semisintetis merupakan cairan pendingin yang mempunyai sifat relatif tidak beracun, transparan, tidak mudah terbakar, ketahanan korosi yang baik, memiliki sifat pendinginan dan pelumasan yang baik, waktu penggunaan lama, serta dapat digunakan di hampir semua proses pemesinan. Semisintetis juga mempunyai sifat yang merugikan, yaitu menghasilkan efek kabut, berbusa, mudah terkontaminasi oleh cairan lain. 4. Metrologi Konfigurasi Permukaan a. Konfigurasi Permukaan Metrologi geometri adalah ilmu dan teknologi untuk melakukan pengukuran karakteristik geometri suatu produk dengan alat ukur dan cara yang sesuai yang sedemikian rupa sehingga data pengukuran dan analisis datanya menghasilkan harga yang dianggap sebagai nilai yang paling dekat dengan geometri yang sesungguhnya dari komponen yang bersangkutan. Metrologi geometri meliputi ukuran, bentuk, posisi, dan kekasaran permukaan produk benda yang bersangkutan.

32 15 Permukaan adalah batas yang memisahkan antara benda padat dengan sekelilingnya. Konfigurasi permukaan merupakan suatu karakteristik geometri golongan mikrogeometri. Mikrogeometri adalah permukaan secara keseluruhan yang membuat bentuk atau rupa yang spesifik misalnya permukaan poros, lubang, sisi, dan lain-lain yang tercakup pada elemen geometri ukuran, bentuk, dan posisi. Karakteristik suatu permukaan memegang peranan penting dalam perancangan komponen mesin atau peralatan. Karakteristik suatu permukaan perlu dinyatakan dengan jelas, misalnya dalam kaitannya dengan gesekan, keausan, pelumasan ketahanan lelah, perekatan dua atau lebih komponen mesin dan sebagainya. Surface roughness memainkan peranan yang cukup penting kaitannya dengan ketahanan kontak (contact resistance). Gambar 5. Profil Kekasaran Permukaan (Taufiq Rochim: 2001) Ketidakteraturan konfigurasi suatu permukaan apabila ditinjau dari profilnya dapat diuraikan menjadi beberapa tingkat (Tabel 2), tingkat pertama merupakan ketidakteraturan makrogeometri, yaitu keseluruhan permukaan yang membuat bentuk. Tingkat kedua, yaitu yang disebut dengan gelombang (waviness), merupakan ketidakteraturan yang periodik dengan panjang gelombang yang jelas lebih besar dari kedalamannya (amplitude). Tingkat

33 16 ketiga, yaitu alur (groove) dan tingkat keempat adalah serpihan (flaw) dan keduanya lebih dikenal dengan istilah kekasaran (roughness). Tabel 2. Ketidakteraturan Suatu Profil (Konfigurasi Penampang Permukaan) Profil Terukur, Bentuk Grafik Hasil Contoh Kemungkinan Tingkat Istilah Pengukuran Penyebabnya Kesalahan bidangbidang pembimbing Kesalahan mesin perkakas dan 1. bentuk benda kerja, kesalahan (form error) posisi pencekaman benda kerja Kesalahan bentuk perkakas, kesalahan Gelombang 2. penyenteran perkakas, (waviness) getaran dalam proses pemesinan Jejak/bekas Alur pemotongan (bentuk 3. (grooves) ujung pahat, gerak makan) 4. Serpihan (flakes) Proses pembentukan beram, deformasi akibat proses pancar pasir, pembentukan module pada proses electroplating.

34 17 Kekasaran permukaan (surface roughness) dibedakan menjadi dua, yaitu: 1) Ideal surface roughness Ideal surface roughness adalah kekasaran ideal (terbaik) yang bisa dicapai dalam suatu proses permesinan dengan kondisi ideal. 2) Natural surface roughness Natural surface roughness adalah kekasaran alamiah yang terbentuk dalam proses pemesinan karena adanya berbagai faktor yang mempengaruhi proses pemesinan tersebut. Faktor-faktor yang mempengaruhi kekasaran ideal di antaranya: 1) Getaran yang terjadi pada mesin 2) Ketidaktepatan gerakan bagian-bagian mesin 3) Ketidakteraturan feed mechanism 4) Adanya cacat pada material 5) Gesekan antara chip dan material b. Parameter Kekasaran Permukaan 1) Profil geometrik ideal adalah profil pemukaan yang sempurna, dapat berupa garis lurus, lengkung atau busur. 2) Profil terukur (measured profil), merupakan profil permukaan terukur. 3) Profil referensi adalah profil yang digunakan sebagai acuan untuk menganalisis ketidakteraturan konfigurasi permukaan. 4) Profil akar/alas yaitu profil referensi yang digeserkan ke bawah, sehingga menyinggung titik terendah profil terukur. 5) Profil tengah adalah profil yang digeserkan ke bawah sedemikian rupa sehingga jumlah luas bagi daerah-daerah di atas profil tengah sampai profil terukur adalah sama dengan jumlah luas daerah-daerah di bawah profil tengah sampai ke profil terukur. Profil-profil di atas dapat didefinisikan menjadi beberapa parameter permukaan, yaitu yang berhubungan dengan dimensi pada arah tegak dan arah memanjang. Dimensi arah tegak dikenal beberapa parameter, yaitu: 1) Kekasaran total (peak to valley height/total height), R t (µm), adalah jarak antara profil referensi dengan commit profil to user alas.

35 18 2) Kekasaran perataan (depth of surface smoothness/peak to mean line), R p (µm), adalah jarak rata-rata antara profil referensi dengan profil terukur. 3) Kekasaran rata-rata aritmetik (mean roughness index/center line average, CLA), R a (µm), adalah harga rata-rata aritmetik dibagi harga absolutnya jarak antara profil terukur dengan profil tengah. = 1 h 4) Kekasaran rata-rata kuadratik (root mean square height), R q (µm), adalah akar bagi jarak kuadrat rata-rata antara profil terukur dengan profil tengah. 5) Kekasaran total rata-rata, R z (µm), merupakan jarak rata-rata profil alas ke profil terukur pada lima puncak tertinggi dikurangi jarak rata-rata profil alas ke profil terukur pada lima lembah terendah. 5. Metode Taguchi Desain eksperimen adalah evaluasi secara serentak dua atau lebih faktor atau parameter terhadap kemampuannya untuk mempengaruhi rata-rata hasil atau variabilitas hasil gabungan dari karakteristik produk atau proses tertentu. Untuk mengetahui pengaruh faktor atau parameter terhadap rata-rata hasil secara efektif, selanjutnya dianalisis untuk menentukan faktor mana yang berpengaruh serta mengetahui hasil maksimal yang dapat diperoleh. Metode Taguchi merupakan salah satu metode yang mulai banyak digunakan saat ini. Metode Taguchi dicetuskan oleh Dr. Genichi Taguchi pada tahun 1949 saat mendapatkan tugas untuk memperbaiki sistem telekomunikasi di Jepang. Metode Taguchi merupakan suatu metodologi baru dalam bidang teknik yang bertujuan untuk memperbaiki kualitas produk dan proses dalam waktu yang bersamaan menekan biaya dan sumber seminimal mungkin. Sasaran metode Taguchi adalah menjadikan produk kokoh (robust) atau tidak sensitif terhadap berbagai faktor gangguan (noise), karena itu sering disebut sebagai desain kokoh (robust design).

36 19 Definisi kualitas menurut Taguchi adalah kerugian yang diterima oleh masyarakat sejak produk tersebut dikirimkan. Filosofi Taguchi terhadap kualitas terdiri dari tiga buah konsep, yaitu: a. Kualitas harus didesain ke dalam produk dan bukan sekedar memeriksanya. b. Kualitas terbaik dicapai dengan meminimumkan deviasi dari target. Produk harus didesain, sehingga kokoh (robust) terhadap faktor lingkungan yang tidak dapat dikontrol. c. Biaya kualitas harus diukur sebagai fungsi deviasi dari standar tertentu dan kerugian harus diukur pada seluruh sistem. Metode Taguchi merupakan off-line quality control artinya pengendalian kualitas yang preventif, sebagai desain produk atau proses sebelum sampai pada produksi di tingkat produksi (shop floor). Off-line quality control dilakukan pada saat awal dalam siklus kehidupan produk yaitu perbaikan pada awal untuk menghasilkan produk. Keuntungan atau kelebihan metode Taguchi adalah : a. Desain eksperimen Taguchi lebih efisien, karena memungkinkan untuk melaksanakan penelitian yang melibatkan banyak faktor dan jumlah. b. Desain eksperimen Taguchi memungkinkan diperolehnya suatu proses yang menghasilkan produk yang konsisten dan kokoh terhadap faktor yang tidak dapat dikontrol. c. Metode Taguchi menghasilkan kesimpulan mengenai respon faktor-faktor dan level faktor-faktor kontrol yang menghasilkan nilai optimum. Desain eksperimen Taguchi dibagi menjadi tiga tahap utama yang menyangkut semua pendekatan eksperimen, yaitu: a. Tahap Perencanaan Tahap perencanaan merupakan tahap terpenting, dimana seorang peneliti harus menentukan ke mana penelitian ini akan dibawa. Adapun kegiatan yang termasuk dalam tahap ini adalah: 1) Perumusan masalah Perumusan masalah digunakan untuk mengidentifikasi atau merumuskan masalah yang akan diselidiki dalam eksperimen. 2) Tujuan eksperimen

37 20 Tujuan yang melandasi eksperimen harus dapat menjawab apa yang telah dinyatakan dalam perumusan masalah, yaitu mencari sebab yang menjadi akibat dari masalah yang kita amati. 3) Penentuan variabel terikat Variabel terikat adalah variable yang perubahanya tergantung pada variabel lain. Variabel terikat inilah yang nantinya akan menjadi tujuan penelitian. 4) Identifikasi faktor-faktor (variabel bebas) Variabel bebas (faktor) adalah variabel yang perubahanya tidak tergantung pada variabel lain. Pada tahap ini akan dipilih faktor-faktor mana saja yang akan diselidiki pengaruhnya terhadap variabel tak bebas. 5) Pemisahan faktor kontrol dan faktor gangguan Faktor kontrol adalah faktor yang nilainya dapat diatur atau dikendalikan. Faktor gangguan adalah faktor yang nilainya tidak dapat diatur atau dikendalikan. 6) Penentuan jumlah level dan nilai faktor Penentuan jumlah level penting untuk ketelitian hasil eksperimen dan ongkos penelitian. Semakin banyak level yang diteliti, maka akan semakin akurat hasil yang diperoleh tetapi akan semakin mahal. 7) Perhitungan derajat kebebasan Penghitungan derajat kebebasan dilakukan untuk menghitung jumlah minimum eksperimen yang dilakukan untuk menyelidiki faktor yang diamati. 8) Pemilihan matriks orthogonal Pemilihan matriks orthogonal sangat tergantung dari jumlah level dan derajat kebebasan yang digunakan. Matriks orthogonal yang digunakan tidak boleh kurang dari derajat kebebasan yang dipilih. b. Tahap Pelaksanaan Eksperimen Tahap pelaksanaan eksperimen merupakan langkah-langkah eksperimen yang akan dilaksanakan. Tahapan ini meliputi:

38 21 1) Jumlah replikasi Replikasi adalah pengulangan kembali perlakuan yang sama dalam suatu percobaan dengan kondisi yang sama. Tujuan replikasi adalah: a) Menambah ketelitian eksperimen b) Mengurangi tingkat kesalahan pada eksperimen c) Memperoleh harga taksiran kesalahan eksperimen, sehingga memungkinkan dilaksanakannya uji signifikan hasil eksperimen 2) Pengacakan Secara umum pengacakan dimaksudkan untuk: a) Meratakan pengaruh faktor yang tidak dapat dikendalikan pada semua unit eksperimen. b) Memberikan kesempatan yang sama pada semua unit eksperimen untuk menerima suatu perlakuan, sehingga diharapkan ada kehomogenan pengaruh dari setiap perlakuan yang sama. Pelaksanaan eksperimen Taguchi adalah melakukan pekerjaan berdasarkan setting faktor pada matrik ortogonal dengan jumlah eksperimen sesuai dengan jumlah replikasi dan urutan seperti pada randomisasi. c. Tahap Analisis Pada tahap analisis dilakukan pengumpulan dan pengolahan data yang meliputi pengumpulan data, pengaturan data, perhitungan serta penyajian dalam bentuk lay out tertentu. Qualitek-4 adalah sebuah software yang digunakan dalam menganalisis data pada penelitian dengan metode Taguchi. Tahapan analisis dalam software Qualitek-4 secara teoritis dapat dijabarkan sebagai berikut: 1) Analisis varian Taguchi (ANAVA Taguchi) Analisis varian Taguchi merupakan teknik yang digunakan dalam menganalisis data yang telah disusun dalam perencanaan eksperimen secara statistik. Analisis varian Taguchi digunakan untuk membantu mengidentifikasi kontribusi faktor, sehingga akurasi perkiraan model dapat ditentukan. Analisis varian Taguchi untuk matriks orthogonal dilakukan berdasarkan perhitungan jumlah kuadrat untuk masing-masing

39 22 kolom. Teknik analisis data dalam perhitungan menggunakan analisis varian Taguchi sebagai berikut: (Irwan Soejanto: 2009) a) Jumlah kuadrat total (SS T ) = karena faktor-faktor yang commit tidak dapat to user dikendalikan. dimana : N = jumlah percobaan y = data yang diperoleh dari percobaan b) Jumlah kuadrat faktor (sum of square) dimana : KA Ai nai T N = = jumlah level faktor = level ke i faktor A = jumlah percobaan level ke i faktor A = jumlah keseluruhan nilai data = jumlah data keseluruhan c) Jumlah kuadrat karena rata-rata d) Jumlah kuadrat error ( ) =. = e) Rata-rata kuadrat (mean square) 2) Uji F = Hasil analisis varian tidak membuktikan adanya perbedaaan perlakuan dan pengaruh faktor dalam percobaan, pembuktian dilakukan dengan uji F. Uji hipotesis F dilakukan dengan membandingkan variasi yang disebabkan oleh masing-masing faktor dan variansi error. Variansi error adalah variansi setiap individu dalam pengamatan yang timbul

40 23 = 3) Pooling up Pooling up dirancang Taguchi untuk mengestimasi variansi error pada analisis varian. Dengan adanya pooling up, estimasi yang dihasilkan akan menjadi lebih baik. Pooling up dilakukan dengan menjumlahkan faktor yang tidak berpengaruh menjadi error. Pooling up dilakukan mulai dari nilai jumlah kuadrat (SS) yang paling kecil. Pooling up dilakukan hingga ditemukan faktor yang berpengaruh, biasanya sama dengan atau lebih dari setengah variabel bebas yang digunakan. 4) Rasio S/N (rasio signal to noise) Rasio S/N digunakan untuk memilih faktor yang memiliki kontribusi pada pengurangan variansi suatu respon. Rasio S/N merupakan rancangan untuk transformasi pengulangan data ke dalam suatu nilai yang merupakan ukuran variasi yang timbul. Rasio S/N digunakan untuk mengetahui faktor mana yang berpengaruh pada hasil eksperimen. Rasio S/N yang digunakan dalam penelitian ini, yaitu: Semakin kecil semakin baik (smaller the better). Karakteristik kualitas dengan batas nol dan non negatif. Nilai semakin kecil (mendekati nol) adalah yang diinginkan. S/N = 10log[1/ ] 5) Interpretasi hasil eksperimen Langkah-angkah untuk menginterpretasikan hasil eksperimen dengan menggunakan metode Taguchi dapat dilakukan dengan cara sebagai berikut: a) Persen kontribusi merupakan porsi masing-masing faktor dan interaksi faktor yang signifikan terhadap total variasi yag diamati. Persen kontribusi merupakan fungsi dari jumlah kuadrat (SS) dari masing-masing faktor yang signifikan.

41 24 Pada analisis varian nilai rata-rata kuadrat (MS) untuk suatu faktor sebenarnya adalah (misalkan faktor A): SS A = SS A (V A ).(MS E ) persen kontribusi adalah: = 100% Persen kontribusi digunakan untuk menghitung kontribusi faktor maupun interaksi faktor yang signifikan dan error. Jika persen kontribusi error 15% berarti tidak ada faktor yang berpengaruh terabaikan. Jika persen kontribusi error 50% artinya bahwa terdapat faktor yang berpengaruh terabaikan dan error yang hadir telalu besar. b) Interval kepercayaan (convidence interval; CI) Interval kepercayaan (convidence interval; CI) dalam analisis hasil eksperimen Taguchi dihitung dalam tiga kondisi: (1) Interval kepercayaan untuk level faktor (CI 1 ) = ( ; ; ) = ± dimana : + ( ; ; ) V 1 V e Mse N = rasio F dari tabel = resiko = derajat kebebasan faktor = derajat kebebasan error = rata-rata kuadrat error = jumlah yang di uji pada kondisi tertentu = dugaan rata-rata faktor A pada perlakuan level ke K commit user = rata-rata faktor A pada perlakuan level ke K

42 25 = (2) Interval kepercayaan untuk perkiraan rata-rata =± ( ; ; ) 1 Dimana n eff adalah jumlah pengamtan efektif jumlah total eksperimen jumlah derajat kebebasan dalam perkiraan rata rata (3) Interval kepercayaan untuk eksperimen konfirmasi d. Eksperimen Konfirmasi =± ( ; ; ) Dimana : r = jumlah replikasi yang dilaksanakan Eksperimen konfirmasi adalah percobaan yang dilakukan untuk memeriksa kesimpulan yang didapat. Tujuan eksperimen konfirmasi adalah untuk memverifikasi: 1) Dugaan yang dibuat pada saat model performansi penentuan faktor dan interaksinya, dan 2) setting parameter (faktor) yang optimum hasil analisis percobaan pada performansi yang diharapkan. B. Penelitian yang Relevan Dari penelitian sebelumnya banyaknya parameter dan hubungan antar parameter terkait proses milling yang telah diteliti. Zhang J.Z., et al. (2007). menggunakan Taguchi design methods untuk mengoptimalkan kualitas permukaan hasil CNC face milling. Penelitian yang dilakukan oleh Zhang J.Z., et al, kecepatan pemakanan, kecepatan putar, dan kedalaman potong digunakan sebagai faktor pengontrol. Faktor pengganggu yang digunakan adalah temperatur operasi dan kondisi pahat akibat aus. Kekasaran permukaan paling minimum dapat dicapai pada kecepatan putar 3500 rpm, kecepatan makan 762 mm/min, dan kedalaman makan 1,52 mm. Penelitian tersebut menunjukan bahwa proses pemesinan milling terdapat beberapa parameter yang berpengaruh pada kekasaran permukaan komponen di antaranya kecepatan potong, kecepatan putaran, kedalaman pemotongan, kecepatan commit makan, to user strategi pemesinan, pergeseran pahat,

43 26 jenis material bahan baku, jenis pahat, material pahat, dimensi pahat, geometri pahat, penggunaan cairan pendingin, dan faktor-faktor lain pada proses pemesinan seperti adanya getaran, defleksi pahat, temperatur operasi, dan keausan pahat. Parameter pemesinan yang erat kaitannya dengan kekasaran permukaan adalah cairan pendingin. Penggunaan cairan pendingin akan menurunkan gesekan permukaan pada interface pahat dan benda kerja, sehingga kekasaran permukaan yang dihasilkan lebih kecil dibanding tanpa cairan pendingin. Oleh karena itu, untuk menghasilkan kekasaran permukaan yang lebih kecil, proses pemesinan lebih baik menggunakan cairan pendingin. C. Kerangka Pemikiran Tingkat kekasaran dari suatu benda hasil pengerjaan pada mesin-mesin perkakas merupakan syarat mutlak yang harus diperhitungkan dalam proses produksi untuk dapat menigkatkan kualitas produknya. Selain itu, diperlukan cara agar mesin perkakas tersebut menghasilkan produk dengan jumlah banyak dalam waktu singkat, sehingga biaya produksi dapat ditekan serendah-rendahnya. Operator mesin perkakas hingga kini masih dihadapkan pada masalah penentuan parameter pemesinan seperti spindle speed dan feed yang optimum terutama pada operasi finishing. Operator seringkali hanya menggunakan estimasi atau trial and error dalam memilih besaran cutting speed, feed dan depth of cut, padahal besaran tersebut berpengaruh terhadap kualitas hasil pemesinan serta produktivitas. Dengan demikian diperlukan upaya untuk meneliti nilai optimum dari beragam tipe operasi mesin perkakas yang banyak dipakai. Salah satunya adalah operasi end milling. Operasi ini terutama yang menggunakan mesin CNC semakin memberikan beragam pilihan besaran parameter dalam kode numeriknya. Operator perlu mendapatkan informasi kuantitatif korelasi antar parameter untuk menghasilkan kualitas surface finish yang baik. Tingkat kekasaran permukaan hasil proses pemesinan dengan mesin CNC milling dipengaruhi oleh beberapa parameter pemotongan. Kecepatan spindle, kecepatan pemakanan, kedalaman commit to pemakanan, user dan kondisi pemotongan,

44 27 merupakan parameter yang sangat berpengaruh pada proses pemesinan. Material yang digunakan dalam penelitian ini adalah baja karbon rendah ST 40. Kecepatan spindle dalam penelitian ini divariasi menjadi tiga, yaitu 500 rpm, 1500 rpm, dan 2500 rpm. Kecepatan pemakanan juga divariasi menjadi tiga, yaitu 0,07 mm/rev, 0,12 mm/rev, dan 0,2 mm/rev. Kedalaman pemakanan divariasi menjadi tiga, yaitu 0,5 mm, 1,0 mm, dan 1,5 mm. Kondisi pemotongan divariasi menjadi tiga, dry (kering), dromus, dan minyak. Untuk melakukan pengukuran terhadap tingkat kekasaran yang dihasilkan, digunakan alat pengukur kekasaran, yaitu surftest. D. Hipotesis Penelitian Berdasarkan rumusan masalah dan analisis kerangka pemikiran di atas dapat diambil hipotesis sebagai berikut : 1. Ada pengaruh kecepatan spindle terhadap tingkat kekasaran permukaan logam hasil proses pemesinan CNC milling type ZK 7040 pada material baja ST Ada pengaruh kecepatan pemakanan terhadap tingkat kekasaran permukaan logam hasil proses pemesinan CNC milling type ZK 7040 pada material baja ST Ada pengaruh kedalaman pemakanan terhadap tingkat kekasaran permukaan logam hasil proses pemesinan CNC milling type ZK 7040 pada material baja ST Ada pengaruh cairan pendingin terhadap tingkat kekasaran permukaan logam hasil proses pemesinan CNC milling type ZK 7040 pada material baja ST Didapat kekasaran optimal dari parameter proses CNC milling type ZK 7040 pada material baja ST 40, pada kecepatan spindle 2500 rpm, kecepatan pemakanan 0,07 mm/rev, kedalaman pemakanan 1,5 mm.

45 BAB III METODOLOGI PENELITIAN A. Tempat dan Waktu Penelitian 1. Tempat Penelitian Tempat penelitian sebagai berikut: a. Laboratorium CNC Program Studi Pendidikan Teknik Mesin, Jurusan Pendidikan Teknik dan Kejuruan, Fakultas Keguruan dan Ilmu Pendidikan, Universitas Sebelas Maret Surakarta untuk proses pembentukan benda uji dan pelaksanaan proses pemesinan. b. Laboratorium Bahan Teknik, Program Diploma Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Gadjah Mada Yogyakarta untuk melakukan pengujian kekasaran permukaan logam. c. PT. Itokoh Ceperindo untuk melakukan uji komposisi baja ST Waktu Penelitian Jadwal penelitian sebagai berikut: a. Pelaksanaan penelitian pada bulan Maret 2010 s/d April 2010 b. Seminar proposal penelitian pada tanggal 10 Maret 2010 c. Revisi proposal penelitian pada tanggal 11 Maret s/d 14 Maret 2010 d. Perijinan penelitian pada tanggal 15 Maret 2010 e. Penulisan laporan penelitian pada tanggal 16 Maret 2010 s/d 31 Juni 2010 B. Metode Penelitian Penelitian ini menggunakan metode eksperimen. Penelitian eksperimen adalah penelitian yang dilakukan dengan mengadakan manipulasi terhadap obyek penelitian serta adanya kontrol. Penelitian eksperimen merupakan penelitian dengan perlakuan (treatment), artinya metode penelitian yang digunakan, untuk mencari pengaruh perlakuan tertentu terhadap yang lain dalam kondisi yang terkendalikan. Metode penelitian eksperimen yang dipakai adalah metode Taguchi. Metode Taguchi adalah commit salah satu to user metode yang banyak dipakai dalam 28

46 29 eksperimen yang bertujuan untuk memperbaiki kualitas produk dan proses dalam waktu yang bersamaan, sehingga bisa menekan biaya dan sumber daya seminimal mungkin. Metode ini digunakan untuk memberikan formulasi lay out pengujian, mengetahui kondisi optimal dari parameter pemesinan, dan mengetahui pengaruh performansi dari parameter pemesinan terhadap kekasaran permukaan. Langkahlangkah penyusunan metode Taguchi sebagai berikut: 1. Definisi karakteristik kualitas Karakteristik kualitas yang akan digunakan adalah smaller the-better. Hal ini karena diinginkan nilai kekasaran permukaan dan keausan pahat yang paling kecil adalah nilai yang paling baik. 2. Pemilihan faktor terkendali & tidak terkendali (noise) Faktor terkendali adalah faktor yang ditetapkan (atau dapat dikendalikan) selama tahap perancangan. Faktor tidak terkendali (noise) adalah faktor yang tidak dapat dikendalikan. Pada percobaan ini faktor terkendali yang digunakan yaitu: a. Kecepatan potong b. Kecepatan pemakanan c. Kedalaman pemakan d. Kondisi pemotongan Faktor tidak terkendali (noise) yang digunakan adalah kekasaran permukaan. 3. Penentuan jumlah level dan nilai level faktor Eksperimen ini menggunakan tiga level untuk setiap faktor, dengan mengasumsikan setiap level mewakili kondisi minimal (low), sedang (medium) dan maksimal (high). Nilai setiap faktor didasarkan pada rekomendasi pahat, mesin, dan penggunaan di lapangan.

47 30 Tabel 3. Faktor dan Level Percobaan Level Hasil Parameter Penelitian (Rendah) (Sedang) (Tinggi) Kecepatan spindel (rpm) Kekasaran Kecepatan pemakanan (mm/rev) 0,07 0,12 0,17 Kedalaman pemakanan (mm) 0,5 1 1,5 Kondisi pemotongan Dry / kering Minyak nabati Dromus permukaan benda hasil proses 4. Perhitungan derajat kebebasan Perhitungan derajat kebebasan dilakukan untuk menghitung jumlah minimum percobaan yang harus dilakukan untuk menyelidiki faktor yang diamati. Tabel 4. Derajat kebebasan Faktor Interaksi Derajat Kebebasan (DoF) Jumlah Derajat Kebebasan Faktor (A) Faktor (B) Faktor (C) Faktor (D) Total DoF 8 5. Pemilihan matriks orthogonal (orthogonal array) Matriks orthogonal adalah suatu matrik yang elemen elemennya disusun menurut baris dan kolom. Kolom merupakan faktor yang dapat diubah dalam eksperimen. Baris merupakan kombinasi level dari faktor dalam eksperimen. Penelitian ini menggunakan 3 level percobaan dan terdiri dari 4 faktor, sehingga dapat dipilih matriks orthogonal L 9 (3 4 ).

48 31 Tabel 5. Orthogonal Array L 9 (3 4 ) Faktor Eksperimen Spindle Speed Feed Rate Depth of Cut Cutting Condition Untuk mengurangi error yang terjadi, setiap pengujian dilakukan replikasi sebanyak tiga kali, sehingga jumlah spesimen yang dilakukan pengujian sebanyak 27 buah. Selain mengurangi error tujuan dari replikasi yang dilakukan adalah agar nilai yang diperoleh diharapkan mendekati nilai sebenarnya dari kekasaran permukaan yang terjadi. 6. Pelaksanaan eksperimen Eksperimen dilakukan pada mesin CNC Milling type ZK 7040 dengan kontrol SIEMENS SINUMERIK 802S dengan pisau insert XOMT TT9030, produksi TAEGUTEC satu mata sayat dengan diameter 12 mm. Langkah-langkah eksperimen sebagai berikut: 1) Uji komposisi dan uji kekerasan material baja ST 40. 2) Pengerjaan material benda uji berbentuk balok dengan ukuran panjang = 85 mm, lebar = 45 mm, tinggi = 45 mm. Langkahlangkah proses pengerjaan material benda uji sebagai berikut: a) Menghidupkan commit mesin CNC to user Milling ZK 7040

49 32 b) Mempersiapkan yang diperlukan untuk pengerjaan pemesinan c) Memasang benda uji pada ragum dengan tepat dan pisau frais d) Memulai proses pengerjaan pembuatan benda uji 3) Melaksanakan syarat-syarat mesin CNC bekerja, yaitu: a) Mesin menyala (switch on) b) Mencapai titik acuan (reference point) c) Pergeseran titik nol (zero offset) d) Penetapan data pahat (tool data) e) Memasukkan data mesin (machine data) f) Memasukkan program CNC (part programming) 4) Memasang benda uji pada ragum, kemudian dimulai proses pemesinan dengan memasukkan program yang telah dibuat sebelumnya. Perintah pemograman CNC sebagai berikut: G54 N02 G00 X8 Y-7 Z10 N09. G158 X0 Y0 Z10 N03 G01 Z-1 F( ) N dst. G91 N04 G01 Y92 N11 G00 X0 Y0 Z10 G95 N05 G00 Z-1 N12 G00 X-10 Y-10 Z10 M03 S( ) N06 G00 X22 Y-7 M05 T1D1 N07 G01 X22 Y92 G500 N01 G00 X5 Y0 Z10 N08 G00 Z-1 M30 Keterangan: ( ) menunjukkan variabel yang akan diuji sesuai level pada desain eksperimen. Hasil benda kerja yang akan diuji tingkat kekasarannya ditunjukan pada gambar 6.

50 33 Gambar 6. Benda Hasil Pengerjaan 5) Pelaksanan uji kekasaran Setiap spesimen yang telah mendapat perlakuan yang berbedabeda, diuji dengan menggunakan surface roughness tester Surfcoder SE-1700 Series, sehingga didapat data yang diinginkan dalam penelitian ini. Dalam persiapan pengukuran kekasaran permukaan, alat ukur kekasaran permukaan dipersiapkan dan disetting terlebih dahulu sesuai dengan keperluan. Benda kerja yang telah diproses kemudian dipersiapkan untuk dilakukan pengukuran. 7. Pengumpulan dan pengolahan data Metode pengumpulan data yang digunakan adalah metode observasi. Observasi sebagai teknik pengumpulan data mempunyai ciri yang spesifik bila dibandingkan dengan teknik yang lain. Teknik pengumpulan data dengan cara observasi digunakan pada penelitian ini, karena berkenaan dengan proses kerja. 8. Analisis data Analisis data pada penelitian ini menggunakan sebuah software yang bernama Qualitek-4. Analisis data dilakukan dalam suatu lay out tertentu yang sesuai dengan desain dan percobaan yang dipilih. Selain itu dilakukan penghitungan dan penyajian data, dan teknik yang digunakan dalam analisis data adalah teknik statistik deskriptif, yaitu teknik analisis data yang di dalamnya berisi interpretasi commit hasil penelitian to user dalam bentuk tabel, grafik, dan

51 34 diagram. Qualitek merupakan perangkat lunak yang digunakan untuk menganalisis data pada penelitian dengan metode Taguchi. Menurut... Langkah-langkah penggunaan software Qualitek: 1. Membuat dokumen baru untuk L-9 (3^4), dengan cara klik File New, kemudian pilih ortogonal aray L-9 (3^4). Gambar 8 menunjukkan pemilihan orthogonal array L-9 (3^4) pada software Qualitek-4. Gambar 7. Eksperimen Konfiguration L-9 (3^4).

52 35 2. Mengisi data inner array dan result dengan cara mengklik edit factor & level. Gambar 8 menunjukkan pengisian data inner array dan result pada software Qualitek-4. Gambar 8. Data Inner Array dan Result 3. Mengisi data faktor dan Level seperti ditunjukkan pada Gambar 9, kemudian menekan perintah OK. Gambar 9. Data Faktor dan Level 4. Menekan perintah OK pada layar maka akan keluar perintah berikutnya untuk memilih karakteristik kualitas, pilihlah The smaller the better.

53 36 Gambar 10. Pemilihan Karakteristik Kualitas 5. Mengisi data hasil pengukuran kekasaran permukaan dengan cara klik edit result. Gambar 11 menunjukkan pengisian hasil pengukuran kekasaran permukaan pada software Qualitek-4. Gambar 11. Pengisian Hasil Pengukuran Kekasaran Permukaan 6. Menekan perintah analysis untuk memulai penghitungan data, dengan cara klik analysis S/N analysis, commit seperti to user ditunjukkan pada Gambar 12 berikut.

54 37 Gambar 12. Analisis Perhitungan Data 7. Analisis tersebut akan menghasilkan data rasio S/N seperti pada Gambar 13 berikut. Gambar 13. Data Rasio S/N 8. Menekan perintah OK untuk melanjutkan analisis respon rata-rata kekasaran permukaan. Gambar 14 menunjukkan analisis respon rata-rata kekasaran permukaan pada software Qualitek-4.

55 38 Gambar 14. Analisis Respon Rata-Rata Kekasaran Permukaan 9. Menekan perintah OK untuk menlanjutkan analisis ANAVA Rasio S/N. Gambar 15 menunjukkan ANAVA rasio S/N menggunakan software Qualitek-4. Gambar 15. ANAVA Rasio S/N 10. Menekan perintah OK untuk mengetahui kondisi optimum masing-masing faktor. Gambar 16 menunjukkan penghitungan kondisi optimum masingmasing faktor pada software Qualitek-4. Gambar 16. Kondisi Optimum Masing-Masing Faktor

56 39 9. Eksperimen konfirmasi Eksperimen konfirmasi dilakukan untuk membandingkan hasil prediksi metode Taguchi dengan hasil yang diperoleh dari pengujian sebenarnya. Pengujian eksperimen konfirmasi dilakukan dengan menggunakan kombinasi optimum parameter pemesinan. 10. Interpretasi hasil Interpretasi hasil merupakan langkah yang dilakukan setelah percobaan dan analisis telah dilakukan. Dalam bagian ini diperlihatkan data hasil penelitian yang telah dilakukan pengolahan data sebelumnya, sehingga bisa ditarik kesimpulan setelah dilakukan pembandingan dengan teori yang ada. C. Populasi dan Sampel 1. Populasi Penelitian Populasi adalah keseluruhan subyek penelitian. (Arikunto Suharsimi, 2002:108). Dalam penelitian ini, populasinya adalah keseluruhan spesimen yaitu ST 40 dengan panjang spesimen pada Tabel 6. Tabel 6. Kebutuhan Panjang Spesimen Kecepatan Spindel (rpm) Kecepatan Pemakanan (mm/rev) Panjang Spesimen (mm) 0, , , , , , , , ,17 85

57 40 2. Sampel Penelitian Teknik pengambilan sampel yang digunakan dalam penelitian ini adalah kuota random sampling yaitu jumlah sampel diambil secara acak sesuai dengan kuota yang dibutuhkan. Sampel dalam penelitian ini adalah material baja karbon rendah (ST 40). Spesimen berupa balok dengan dimensi p= 85 mm l= 45 mm dan t= 45 mm. D. Teknik Pengumpulan Data 1. Identifikasi Variabel Variabel penelitian adalah segala sesuatu yang berbentuk apa saja yang ditetapkan oleh peneliti untuk dipelajari, sehingga diperoleh informasi tentang hal tersebut, kemudian ditarik kesimpulannya (Sugiyono: 2006). Di dalam suatu variabel terdapat satu atau lebih gejala, yang mungkin pula terdiri dari berbagai aspek atau unsur sebagai bagian yang tidak terpisahkan. Dari pengertian di atas secara garis besar variabel dalam penelitian ini ada dua variabel yang akan dijelaskan sebagai berikut: a. Variabel Bebas Variabel bebas atau disebut juga variabel independen merupakan variabel yang mempengaruhi timbulnya variabel dependen (terikat) (Sugiyono: 2006). Variabel bebas tidak dipengaruhi oleh ada atau tidaknya variabel lain. Jika tanpa variabel bebas, maka tidak akan ada variabel terikat. Hal demikian dapat pula terjadi bahwa jika variabel bebas berubah, maka akan muncul variabel terikat yang berbeda atau yang lain. Penelitian ini variabel bebasnya atau yang disebut parameter sebagai berikut: 1) Kecepatan putaran spindle (spindle speed) 2) Kecepatan pemakanan (feed) 3) Kedalaman pemakanan (depth of cut) 4) Kondisi pemotongan (cutting condition)

58 41 b. Variabel Terikat Variabel terikat merupakan variabel yang dipengaruhi atau yang menjadi akibat, karena adanya variabel bebas (Sugiyono: 2006). Dengan kata lain ada atau tidaknya variabel terikat tergantung ada atau tidaknya variabel bebas. Penelitian ini variabel terikatnya adalah: kekasaran permukaan (Surface Roughness) 2. Instrumen Penelitian Instrumen instrumen yang digunakan dalam penelitian ini adalah : a. Mesin Freis CNC Mesin freis CNC yang digunakan pada penelitian ini adalah CNC MILL MASTER ZK 7040 dengan sistem kontrolnya SIEMENS 802 S (baseline). Gambar 17. Mesin CNC MILL MASTER ZK 7040

59 42 b. Pahat (Insert) dan Toolholder Pahat (insert) milling yang digunakan adalah Taegutmill XOMT TT9030, produksi TAEGUTEC-INGERSOLL-Imc. Kode TT9030 pada bagian akhir menunjukkan bahwa pahat ini masuk dalam kategori pahat dengan dilapisi PVD dan TiAlN. Toolholder yang dipakai untuk proses pemesinan adalah TSF-D.53-W produk dari TAEGUTEC- INGERSOLL-Imc. dengan 1 mata pahat. Gambar 18. Pahat (insert) milling XOMT

60 43 Gambar 19. Tool Holder dan Dimensinya (Ingersoll Cutting Tools, Technical Information, 2009) Tabel 7. Rekomendasi Parameter Pemotongan (Ingersoll Cutting Tools, Technical Information, 2009) c. Alat Uji Kekasaran Surfcoder SE-1700 Roughness Tester digunakan untuk mengetahui kekasaran yang dihasilkan dari proses pemesinan. Gambar 20. Surfcoder SE-1700 Roughness Tester

61 44 d. Material Material yang digunakan sebagai spesimen uji dalam penelitian adalah baja ST 40 dengan tingkat kekerasan 44,70 HRA (142,50 BHN). Tabel 8 menunjukkan hasil pengujian komposisi unsur penyusun material baja ST 40: Tabel 8. Nilai Pengujian Kekerasan Rockwell A No. Nilai Kekerasan (HRA) ( ) 1. 44,00 0, ,00 0, ,00 7, ,50 0, ,50 0, ,00 0, ,50 0, ,00 0, ,50 0, ,00 0, ,50 0, ,50 0, ,00 0, ,00 0, ,60 0, ,00 0, ,00 0,09 TOTAL = 44,70 9,95 = ( 1) = 9,90 (17 1) =0,80 HRA = 44,7±0,80

62 45 Ralat Nisbi= 100% = 0,8 44,7 100%=1,80% Keseksamaan= 1 100% = 1 0,80 44,7 100% = 98% Tabel 9. Hasil Uji Komposisi Baja ST 40 Unsur Prosentase (%) Fe 98,10 C 0,129 Si 0,283 Mn 0,490 P > 0,094 S 0,031 Ni 0,115 Cr 0,114 Mo 0,082 Cu 0,392 Mg 0,001 V 0,010 Ti 0,007 Nb 0,019 Al 0,043 W 0,045 Hasil Uji Komposisi di PT. Itokoh Ceperindo (2009) Baja ST 40 dipilih dalam penelitian ini, karena material tersebut sering dipakai sebagai bahan pembuatan commit komponen-komponen to user mesin. Baja ini tergolong

63 46 dalam baja karbon rendah (kandungan karbon di bawah 0,2%) dan sering disebut mild steel. Baja ini memiliki karakteristik kekuatan rendah, keuletannya tinggi dan tidak mampu dikeraskan dengan proses perlakuan panas kecuali proses surface hardening. Baja tersebut memiliki sifat keuletan yang tinggi, maka baik untuk dilakukan proses pemesinan. Benda kerja yang dipakai dalam penelitian berupa balok dengan dimensi yang telah ditentukan sebelumnya sesuai kebutuhan pengujian. E. Teknik Analisis Data Analisis data yang digunakan dalam penelitian dibantu menggunakan perangkat lunak Taguchi, yaitu software Qualitek-4. Software Qualitek-4 digunakan dalam penelitian menggunakan metode Taguchi untuk menentukan dampak utama dari parameter proses, serta melakukan analisis varian (ANAVA), software Qualitek-4 juga digunakan untuk menetapkan kondisi optimum dari parameter pemesinan. Analisis efek utama digunakan untuk mempelajari kecenderungan efek setiap faktor. Faktor ANAVA untuk setiap eksperimen dari orthogonal array L 9 (3 4 ) dapat dihitung dengan mengambil nilai rata-rata surface roughnes yang diamati, kemudian dimasukkan ke dalam software Qualitek-4. Data hasil analisis akan ditunjukkan melalui tabel hasil analisis data yang disajikan pada software Qualitek-4.

64 47 F. Diagram Alir Penelitian Berikut ini diagram alir penelitian yang dilakukan: Mulai Pemilihan Bahan dan Alat Penelitian 1. Spesimen (benda kerja) 2. Pahat (insert) 3. Mesin CNC Pemilihan Faktor Kontrol dan Faktor Bebas Pemilihan Karakteristik Kualitas Smaller the Better Rancangan Desain Eksperimen Taguchi Pemilihan Orthogonal Array Pengukuran Kekasaran Permukaan Rancangan Sesuai Ya Eksperimen (Machining Process) Tidak Pengumpulan dan Pengolahan Data Software Qualitek Analisis Hasil dan Menentukan Kombinasi Optimal Faktor Level Prediksi Performa Optimal Eksperimen Konfirmasi Interpretasi Hasil Selesai

65 48 Gambar 21. Diagram Alir Penelitian

66 BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN A. Hasil Eksperimen Qualitek-4 merupakan software yang digunakan dalam mengolah data hasil eksperimen kedalam suatu bentuk statistik. Metode Taguchi menggunakan Qualitek-4 untuk menganalisis data hasil eksperimen. Tabel 10 menunjukkan desain eksperimen parameter dan level mennggunakan software Qualitek-4. Tabel 10. Desain Eksperimen Parameter dan Level Qualitek-4. Table 11 menunjukkan desain orthogonal array menggunakan software Tabel 11. Penelitian Taguchi Orthogonal Array L 9 (3 4 ) 48

67 Trial Condition 1 (Randomly selected order 7) Spindle Speed 500 rpm 1 Feed 0.07 mm/rev 1 Depth of Cut 0.5 mm 1 Cutting Condition Dry 1 Trial Condition 2 (Randomly selected order 5) Spindle Speed Feed Depth of Cut Cutting Condition Trial Condition 3 (Rand Spindle Speed Feed Depth of Cut Cutting Condition Trial Condition 4 (Rand Spindle Speed Feed Depth of Cut Cutting Condition Trial Condition 5 (Rand Spindle Speed Feed Depth of Cut Cutting Condition Trial Condition 6 (Rand Spindle Speed Feed Depth of Cut Cutting Condition Trial Condition 7 (Rand Spindle Speed Feed Depth of Cut Cutting Condition Trial Condition 8 (Rand Spindle Speed Feed Depth of Cut Cutting Condition Trial Condition 9 (Rand Spindle Speed Feed Depth of Cut Cutting Condition 500 rpm mm/rev 2 1 mm 2 Oil 2 domly selected order 2) 500 rpm mm/rev mm 3 Dromus 3 domly selected order 3) 1500 rpm mm/rev 1 1 mm 2 Dromus 3 domly selected order 8) 1500 rpm mm/rev mm 3 Dry 1 domly selected order 4) 1500 rpm mm/rev mm 1 Oil 2 domly selected order 9) 2500 rpm mm/rev mm 3 Oil 2 domly selected order 6) 2500 rpm mm/rev mm 1 Dromus 3 domly selected order 1) 2500 rpm mm/rev 3 1 mm 2 Dry 1 Qualitek-4 Project: DEMO-L09.Q4W User: fjr Date:

68 Tabel 12. Hasil Pengukuran Kekasaran Permukaan No. Replikasi I Replikasi II Replikasi III Ra1 Ra2 Ra3 Ra4 Ra5 Ra1 Ra2 Ra3 Ra4 Ra5 Ra1 Ra2 Ra3 Ra4 Ra5 Jumlah Rata-rata Ra 1 2,36 2,44 2,28 2,34 2,64 2,10 2,24 2,13 2,45 2,40 2,67 2,16 2,38 2,19 2,22 35,00 2,33 2 0,43 0,52 0,55 0,47 0,42 0,52 0,65 0,56 0,52 0,45 0,49 0,56 0,56 0,53 0,50 7,73 0,52 3 1,45 1,24 1,47 1,16 1,48 1,37 1,17 1,41 1,55 1,47 1,54 1,24 1,19 1,54 1,23 20,51 1,37 4 0,52 0,44 0,48 0,48 0,54 0,46 0,59 0,55 0,53 0,52 0,42 0,40 0,55 0,53 0,59 7,60 0,51 5 0,73 0,77 0,77 0,78 0,75 0,70 0,74 0,61 0,73 0,81 0,73 0,68 0,70 0,79 0,72 11,01 0,73 6 0,65 0,65 0,68 0,62 0,67 0,72 0,68 0,63 0,65 0,63 0,73 0,61 0,68 0,67 0,58 9,85 0,66 7 0,47 0,59 0,56 0,46 0,46 0,52 0,58 0,45 0,59 0,46 0,49 0,50 0,61 0,60 0,44 7,78 0,52 8 0,46 0,47 0,40 0,38 0,45 0,42 0,46 0,47 0,40 0,44 0,41 0,46 0,40 0,43 0,42 6,47 0,43 9 0,83 0,84 0,80 0,69 0,72 0,83 0,69 0,70 0,70 0,74 0,69 0,74 0,87 0,69 0,71 11,24 0,75 50

69 51 B. Hasil Pengolahan Data Tabel 13, 14, dan 15 menunjukkan respon kekasaran permukaan rata-rata yang dihitung dengan menggunakan software Qualitek-4. Tabel 13. Respon Kekasaran Permukaan Rata-rata Spindle Speed Tabel 14. Respon Kekasaran Permukaan Rata-rata Feed, Depth of Cut dan Cutting Condition Tabel 15. Respon Kekasaran Rata-rata Keseluruhan Parameter Parameter Level Selisih (maks min) Ranking 1. Spindle speed (rpm) 1,41 0,63 0,57 0, Feed (mm/rev) 1,12 0,56 0,92 0, Depth of Cut (mm) 1,14 0,59 0,87 0, Cutting Condition 1,27 0,56 0,77 0,71 2 Tabel 15 menunjukkan respon kekasaran permukaan keseluruhan parameter, kecepatan putaran spindel (spindle speed) menempati peringkat yang pertama. Kecepatan spindel (spindle speed) memiliki pengaruh yang paling besar

70 52 terhadap hasil kekasaran permukaan pada proses CNC milling. Besarnya kontribusi pengaruh parameter pemesinan dapat diketahui dari analisis varian rasio S/N (ANAVA Rasio S/N). 1. Analisis Varian (ANAVA Taguchi) Kekasaran Permukaan Untuk mengetahui ada tidaknya pengaruh variasi kecepatan spindle, kecepatan pemakanan, kedalaman pemakanan, dan cairan pendingin terhadap tingkat kekasaran material baja ST 40 hasil proses pemesinan CNC milling type ZK 7040, perlu dilakukan suatu pengujian statistik. Analisis varian dalam metode Taguchi diaplikasikan sebagai metode statistik untuk menginterpretasikan datadata hasil percobaan dan membantu mengidentifikasi pengaruh dari faktor, sehingga akurasi perkiraan model dapat ditentukan. Metode Taguchi sudah banyak digunakan pada penelitian sebelumnya, di antaranya: Optimasi Proses Injeksi dengan Metode Taguchi (Wahyudi, Didik, 2001); Implementasi Metode Taguchi pada Proses EDM dari Tungsten Karbida (Bilqiis, Falkhatun, Risma, 2010); Aplication of Taguchi Method in Optimizing Turning Parameter of Titanium Alloy (Zaharim Azami, et al, 2008); Variasi Komposisi Bahan Genteng Soka untuk Mendapatkan Daya Serap Air yang Optimal (Sartono, Putro, 2010); Desain Eksperimen dengan Metode Taguchi (Soejanto Irwan, 2009). Analisis varian dari kumpulan referensi jurnal penelitian dengan metode Taguchi tidak ada yang memakai uji normalitas dan uji homogenitas. Analisis varian dalam penelitian ini dihitung menggunakan software Qualitek. Tabel 16 menunjukkan hasil analisis varian untuk data kekasaran permukaan, dengan software Qualitek. Tabel 16. Analisis Varian (ANAVA).

71 53 Berdasarkan rangkuman hasil Uji F untuk anava dua jalan pada Tabel 16 dapat diambil keputusan uji sebagai berikut: a. F observasi = 50,338 dan dengan taraf signifikasi 1%, F tabel = 6,01 sehingga F observasi > F tabel. Jadi kecepatan spindel berpengaruh secara signifikan terhadap tingkat kekasaran material baja ST 40 hasil proses pemesinan CNC milling type ZK Hipotesis pertama dapat diterima. b. F observasi = 18,647 dan dengan taraf signifikasi 1%, F tabel = 6,01 sehingga F observasi > F tabel. Jadi kecepatan pemakanan berpengaruh secara signifikan terhadap tingkat kekasaran material baja ST 40 hasil proses pemesinan CNC milling type ZK Hipotesis kedua dapat diterima. c. F observasi = 17,501 dan dengan taraf signifikasi 1%, F tabel = 6,01 sehingga F observasi > F tabel. Jadi kedalaman pemakanan berpengaruh secara signifikan terhadap tingkat kekasaran material baja ST 40 hasil proses pemesinan CNC milling type ZK Hipotesis ketiga dapat diterima. d. F observasi = 30,77 dan dengan taraf signifikasi 1%, F tabel = 6,01 sehingga F observasi > F tabel. Jadi cairan pendingin berpengaruh secara signifikan terhadap tingkat kekasaran material baja ST 40 hasil proses pemesinan CNC milling type ZK Hipotesis keempat dapat diterima. 2. Prediksi Nilai Kekasaran Permukaan Prediksi nilai kekasaran optimum dilakukan untuk mengetahui perkiraan nilai kekasaran permukaan rata-rata yang mungkin bisa dicapai dari hasil eksperimen. Penghitungan nilai prediksi sebagai berikut: = +(A )+(B )+(C )+(D ) =A +B +C +D 3y = 0,57 + 1,12+ 1,14 + 0,56 3x0,88 = 0,75 µm

72 54 = 3. Interval Kepercayaan Kekasaran Permukaan Rata-rata h 1+ h = =3 r = jumlah replikasi =± (, ; ; ) 1 =± 6,01 0, = ± 0,16 Interval kepercayaan untuk kekasaran permukaan rata-rata adalah: Ra prediksi - CI Ra prediksi Ra prediksi + CI 0,75 0,16 0,75 0,75 + 0,16 0,59 0,75 0,91 Didapat kekasaran optimal dari parameter proses proses CNC milling type ZK 7040 pada material baja ST 40, yaitu pada Interval kekasaran permukaan = 0,75 ± 0,16 µm. 4. Analisis Signal to Noise Ratio (Rasio S/N) Penggunaan rasio S/N adalah sebagai kriteria pemilihan parameter yang meminimumkan error variance yaitu variansi yang disebabkan oleh faktorfaktor yang tidak dapat dikendalikan. Selain itu, rasio S/N juga digunakan untuk memilih faktor-faktor yang memiliki kontribusi pada pengurangan variansi suatu respon. Untuk mendapatkan rasio S/N dari desain parameter, Taguchi menggunakan ANAVA (analisis varian) untuk memperkirakan rasio S/N untuk mengidentifikasi setting parameter kontrol yang akan menghasilkan performansi yang kokoh (robust), sehingga dapat juga untuk menentukan kondisi yang optimal. Karakter kualitas yang diaplikasikan untuk kekasaran permukaan adalah smaller the better.

73 55 Tabel 17, 18, 19, dan 20 menunjukkan respon kekasaran permukaan ratarata rasio S/N yang dihitung dengan menggunakan software Qualitek-4. Tabel 17. Respon Kekasaran Permukaan Rata-rata Rasio S/N Spindle Speed Tabel 18. Respon Kekasaran Permukaan Rata-rata Rasio S/N Feed Tabel 19. Respon Kekasaran Permukaan Rata-rata Rasio S/N Depth of Cut dan Cutting Condition

74 56 Tabel 20. Respon Kekasaran Permukaan Rata-rata Rasio S/N Keseluruhan Parameter Parameter Level Selisih (maks min) Ranking 1. Spindle speed (rpm) -1,48 4,05 5,13 6, Feed (mm/rev) 1,37 5,22 1,12 4, Depth of Cut (mm) 1,18 3,67 1,84 2, Cutting Condition -0,75 5,00 3,46 5,75 2 Tabel 20 menunjukkan respon kekasaran permukaan rata-rata rasio S/N untuk keseluruhan parameter, kecepatan putaran spindel (spindle speed) menempati peringkat yang pertama, kondisi pemotongan (cutting condition) menempati peringkat kedua, dan diikuti parameter yang lain. Kecepatan spindel (spindle speed) memiliki pengaruh yang paling besar terhadap hasil kekasaran permukaan pada proses milling. 5. Analisis Varian Taguchi (ANAVA Taguchi) Rasio S/N Kekasaran Permukaan Tabel 21 di bawah ini menunjukkan hasil analisis varian untuk data kekasaran permukaan, yang dihitung menggunakan software Qualitek-4. Tabel 21. Analisis Varian (ANAVA) Rasio S/N Kekasaran Permukaan Tabel 21 menunjukkan hasil perhitungan Anava rasio S/N dengan persentase kontribusi dari masing-masing faktor. Faktor kecepatan spindel