PENGARUH PARAMETER PEMOTONGAN TERHADAP KEKASARAN PERMUKAAN PADA PROSES BUBUT BAJA AISI 1045 Yuni Hermawan Jurusan Teknik Mesin -Fakultas Teknik - Universitas Jember Email: yunikaka@yahoo.co.id ABSTRAK Produk berkualitas diperoleh dari adanya proses pemesinan yang baik. Kekasaran permukaan adalah salah satu penyimpangan yang disebabkan oleh kondisi pemotongan dari proses pemesinan. Untuk itu perlu dilakukan penelitian untuk menganalisa pengaruh kecepatan potong, gerak pemakanan dan kedalaman potong terhadap kekasaran permukaan pada baja AISI 1045. Percobaan dilakukan berdasarkan disain eksperimen dan analisis regresi. Gerak pemakanan memberikan pengaruh paling besar dan kecepatan potong memberikan pengaruh paling kecil terhadap kekasaran permukaan dengan nilai kepercayaan sebesar 92.5 %. Kata Kunci : kecepatan potong, gerak pemakanan, kedalaman potong dan kekasaran permukaan PENDAHULUAN Untuk memperoleh produk bermutu berupa tingkat kepresisian yang tinggi serta kekasaran permukaan perlu didukung oleh proses permesinan yang gerakannya dikontrol secara semi otomatis.. Proses pemesinan dilakukan pada suatu material baja AISI 1045 dengan menggunakan pahat HSS. Karakteristik kekasaran permukaan dipengaruhi oleh faktor kondisi pemotongan dan geometri pahat. Tujuan penelitian ini adalah untuk menganalisis pengaruh faktor kecepatan potong, gerak pemakanan dan nose radius pahat terhadap kekasaran permukaan benda kerja, menentukan parameter potong terbesar pengaruhnya terhadap kekasaran dan menentukan model persamaan kekasaran permukaan (Ra). Kondisi pemotongan divariasi dengan jumlah tertentu dan pengulangan 2 kali. Benda kerja hasil pemesinan diukur kekasarannya dan pengolahan data dengan metode statistik. PERALATAN PENELITIAN Material AISI 1045 - Hardening Temp 8200 C 8500 C - Quencing air atau oli - Kekerasan 220-300 BHN. - Kekuatan tarik 60 80 Kg/mm 2 Mesin Bubut. - Nama dagang : M A S (Maanshan Machine Tools Works) - Buatan : The Peoples Republic Of China, 1996 - Daya Motor : 360 volt, 5,66 KW
Surface Tester : - Mitutoyo : type surftest 301 series 178 DASAR TEORI Pada proses pemesinan ada lima elemen dasar yang diperlukan dalam setiap perancangan proses, yaitu : 1. Kecepatan perautan (cutting speed ) ; v (m/menit) 2. Gerak pemakanan (feeding speed) ; v f (mm/putaran) 3. Kedalaman perautan (depth of cut) ; a (mm) 4. Waktu perautan (cutting time) ; t c (menit) 5. Kecepatan penghasilan geram (rate of metal removal) ; z (cm³/menit) Kelima elemen dasar proses pemesinan tersebut dihitung berdasarkan dimensi benda kerja dan atau pahat serta besaran dari mesin perkakas. Besaran dari mesin kelima elemen dasar proses pemesinan tersebut dihitung berdasarkan dimensi benda kerja dan atau pahat serta besaran dari mesin perkakas. Besaran dari mesin perkakas yang dapat diatur bermacam-macam tergantung dari jenis mesin perkakas. Oleh sebab itu rumus yang digunakan untuk menghitung setiap elemen proses pemesinan berlainan. Dalam beberapa penelitian diungkapkan bahwa dalam proses bubut megakibatkan panas yang terjadi pada pahat, dan hal ini sangat berpengaruh pada umur pahat dan hasil pemotongan. Kekuatan pahat untuk menahan tegangan tekan (compressive stress) merupakan sifat material yang dipengaruhi oleh temperatur. Hal inilah yang merupakan factor utama yang membatasi kecepatan menghasilkan geram bagi suatu jenis pahat. Dengan demikian sangatlah perlu dilakukan penelitian tentang temperatur pemotongan pada pengerjaan bubut. Proses Pembubutan Proses pembubutan merupakan proses pemesinan yang memegang peranan penting dalam suatu proses produksi logam. Dalam hal ini benda kerja dibuat berotasi pada sumbunya oleh mesin bubut dan bergerak terhadap mata potong sehingga menghasilkan geram. Benda kerja yang digunakan berbentuk silinder. Pada proses pembubutan, benda kerja dipegang oleh pencekam (chuck) yang dipasangkan di ujung poros utama putaran poros utama (n) dapat dipilih dengan mengatur tuas pengatur yang terdapa pada sisi muka kepala diam. Pahat dipasangkan pada dudukan pahat, dan kedalaman perautan (t) diatur dengan menggeser peluncur silang melalui roda pemutar. Pahat bergerak translasi bersama-sama dengan kereta dan gerak makannya diatur dengan tuas pengatur pada rumah roda gigi. Gerak makan yang tersedia pada mesin bubut bermacam-macam menurut tingkatan yang telah distandarkan. Gambar 1 Proses Pembubutan A-17-2
Dari gambar 1 kondisi pembubutan ditentukan sebagai berikut: Benda kerja : D1 = diameter awal (mm) D2 = diameter akhir (mm) lt = panjang perautan (mm) Pahat : Kr = sudut potong utama (derajat) Γo = sudut geram (derajat) Mesin bubut : t = kedalaman perautan (mm) f = gerak makan (mm/rev) n = putaran poros utama/benda kerja (rpm) Pada gambar 1 diperlihatkan sudut potong utama (k r, principal cutting edge angle) yaitu merupakan sudut antara mata potong sumbu mayor dengan kecepatan pemakanan (v f) besanya sudut tersebut ditentukan oleh geometri pahat dan cara memasang pahat pada mesin bubut. Kekasaran Permukaan Menurut Toufiq Rochim ( Spesifikasi, Metrologi, dan Kontrol Kualitas Geometrik.2001 ), suatu permukaan dari benda kerja yang telah dilakukan perlakuan permesinan dibagi menjadi beberapa profil. Gambar 2. Posisi profil kekasaran permukaan Profil tersebut adalah sebagai berikut: Profil geomterik ideal: ialah profil permukaan sempurna (dapat berupa garis lurus, lengkung, atau busur ). Profil terukur: merupakan profil permukaan terukur. Profil referensi atau acuan: adalah profil yang digunakan sebagi acuan untuk menganalisis ketidak teraturan konfigurasi permukaan. Profil ini dapatberupa garis lurus atau garis dengan bentuk sesuai dengan profil geometric ideal, serta menyinggung puncak tertinggi profil terukur dalam suatu panjang sample. Profil alas atau akar: yaitu profil referensiyang digeserkan ke bawah (arah tegak lurus terhadap profil geometrik ideal pada suatu panjang sample sehingga menyinggung titik terendah profil terukur. A-17-3
Profil tengah: adalah nama yang diberika kepada profil referensi yang digeserkan ke bawah (arah tegak lurus terhadap profil geometrik ideal pada suatu panjang sampel) sedemikian rupa sehingga jumlah luas bagi daerah-daerah diatas profil tengah sampai ke profil terukur adalah sama dengan jumlah luas daerah di bawah profil tengah sampai ke profil terukur (pada gambar ditunjukkan dengan daerah arsir dengan kemiringan daerah arsir yang berbeda). Bedasarkan profil-profil yang diterangkan diatas, dapat didefinisikan beberapa parameter permukaan, yaitu yang berhubungan dengan dimensi pada arah tegak dan arah memanjang atau mendatar. Untuk dimensi tegak dikenal beberapa parameter, yaitu kekasaran total (peak to valley height) Rt ( m) :adalah jarak anatar profil referensi dengan profil atas. kekasaran perataan (peak to mean line), Rp ( m) :adalah jarak rata-rata antar profil referensi dengan profil terukur. Berdasarkan rumus diatas Rp akan sama dengan jarak antara profil referensi denganprofil tengah. kekasaran rata-rata aritmatik (mean roughness index) Ra ( m): adalah harga ratarata aritmatik bagi harga absolutnya jarak anatar profil terukur dengan profil tengah. kekasaran rata- rata kuadratik (root mean square height) Rg ( m) :adalah akar bagi jarak kuadrat rata-rata anatar profil terukur dengan profil tengah. kekasaran total rata rata Rz ( m m) : merupakan jarak rata-rata alas ke profil terukur pada lima puncak tertinggi dikurangi jarak rata-rata profil alas ke profil terukur pada lima lembah terendah. DATA DAN ANALISA DATA Rancangan penelitian digunakan untuk mengetahui pengaruh dari satu atau bebarapa faktor terhadap variable respon yang diukur. Pada penelitian ini, variabel respon yang diukur adalah kekasaran permukaan ( Ra ). Variabel independent yang digunakan adalah kecepatan potong, pemakanan dan kedalaman potong. Level untuk varibel kecepatan potong terdiri dari tiga tingkatan yaitu : 9, 17 dan 23. Level untuk variabel pemakanan terdiri dari tiga tingkatan yaitu : 0.5, 0.7 dan 0.9. Level untukvariabel kedalaman potong terdiri dari tiga tingkatan yaitu : 0.8, 1.2 dan 1.6. A-17-4
Tabel 1. Data Pengukuran Kekasaran Permukaan ( m) Gambar 3. Peralatan dan alat ukur penelitian Tabel 1. Analisa varian untuk model regresi A-17-5
Nilai R square pada tabel 1 diatas adalah 92,5 % menunjukkan bahwa untukvariabel yang digunakan sebagai penelitian yaitu kecepatan potong. Kedalaman potong dan pemakanan mempunyai pengaruh kekasaran permukaan sebesar 92,5 % ( mampu menjelaskan kekasaran sebesar 92,5 % ). Nilai R Square yang tidak sampai 100 % menunjukkan bahwa kemungkinan terdapat variabel variabel yang lain yang juga mempunyai pengaruh terhadap kekasaran permukaan benda yang tidak tercakup dalam penelitian ini. Tabel 2. Nilai t ratio Setelah dilakukan beberapa pengujian koefisien dan asumsi, maka model yang diperoleh (berdasarkan tabel 2 ) adalah : Ra = 2.360 v -0.001 f 0.779 a 0.426 Analisa Grafis Pada hasil pengerjaan dengan pemakanan ( f ) sebesar 0,5 mm/put pada kedalaman potong (a) 1.6 mm dengan kecepatan potong ( v ) v1 = 9,60 v2 = 17,27 dan v3 = 23,64. Didapatkan grafik sebagai berikut: Gambar 4. Grafik kekasaran permukaan dengan kecepatan potong Pada gambar 4 dapat diketahui bahwa kekasaran permukaan tertinggi adalah 2,68 μm pada replikasi 2 dengan kecepatan potong ( v ) 9,60 m/menit, kedalaman potong 1.6 mm dan pemakanan 0,5 m/put. Sedangkan kekasaran terendah adalah 1,82 μm pada replikasi 2 dengan kecepatan potong ( v ) 23, 64 m/menit dan pada kedalaman potong dan pemakanan yang sama. KESIMPULAN 1. Dari hasil pengolahan data statistik, maka didapatkan persamaan yang menyatakan hubungan antara kekasaran permukaan benda kerja ( Ra) dengan kecepatan potong ( v ), feeding ( f ) dan depth of cut (a) adalah : Ra = 2.360 v -0.001 f 0.779 a 0.426 A-17-6
2. Dari persamaan regresi tersebut dapat diterangkan bahwa feeding yang paling berpengaruh terhadap kekasaran permukaan benda kerja, kemudian depth of cut dan yang terakhir kecepatan potong. 3. Dari persamaan dapat diketahui bahwa dengan bertambah besarnya feeding dan depth of cut akan memperbesar kekasaran permukaan benda kerja, namun bila bertambah besar kecepatan potong akan menurunkan kekasaran permukaan benda kerja. 4. Kecepatan potong, feeding dan depht of cut mempunyai pengaruh nyata secara statistik terhadap kekasaran permukaan pada penelitian dengan material benda kerja AISI 1045 dengan nilai kepercayaan sebesar 92.5 %. DAFTAR PUSTAKA Boothroyd, G., Fundamental of Meta machining and Machine Tool, Hemisphere Publishing Co, 1975. Montgomery, D.C., and Peck, E.A., Introduction to Linear Regression Analysis, New York, 1982. Rochim, T. Teori dan Teknologi ProsesPemesinan, Laboratorium Teknik Produksi dan Metrologi Industri, Jurusan Teknik Mesin, FTI, ITB, Bandung, 1993. William, W.H., and Montgomery, D.C., Probabilitas dan Statistik dalam Ilmu Rekayasa dan Manajemen, edisi kedua. Apora Indusma, Katalog Tool, Mitsubishi Carbide Rochim, T., dan Wirjomartono, S.H., Spesifikasi Geometris Metrologi Industri dan Kontrol Kualitas, Laboratorium Teknik Industri dan Metrologi Industri, Jurusan Teknik Mesin, FTI, ITB, Bandung, 1985. A-17-7