Muhammad Iska Rahman 2110106012 Dosen Pembimbing Bambang Pramujati, S.T., M.Sc.Eng, Ph.D. Ir. Bobby Oedy P. Soepangkat, MSc M.Sc, Ph.D. Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknologi Industri Institut Teknologi Sepuluh Nopember 2013
Bubut Proses Pemesinan Freis Gurdi
Baja S50C Memiliki sifat tahan aus dan keuletan yang tinggi. Kekerasan berkisar antara 20 HRC hingga 27 HRC. Bahan baku untuk pembuatan komponen mesin seperti poros, roda gigi i dan konstruksik mesin.
Proses Gurdi Parameter pemotongan Geometri pahat Material pahat Pembentukan geram -Keausan tepi pahat -Gaya tekan -Torsi -Ketinggian burr -Kekasaran permukaan -dll Material benda kerja Getaran selama proses pemotongan
Gaya Tekan Optimasi Multi Respon Metode Taguchi yang digabungkan dengan metode Grey Relational Analysis (GRA) Torsi Keausan Tepi Pahat
Metode Taguchi - Gaya Tekan -Torsi - Keausan Tepi Pahat Gaya Tekan Torsi Keausan Tepi Pahat Metode Grey Relational Analysis Optimalkan secara serentak
No Nama Metode Parameter Parameter Peneliti Penelitian Proses Respon Hasil Tahun 1 Tosun Metode 4(jenis 2 (Ketinggian Kecepatan putar spindel 1800 2006 Taguchi dengan Grey Relational material pahat, kecepatan putar spindel, gerak burr dan kekasaran permukaan) rpm, gerak makan 0,1 mm/put, sudut ujung pahat 118 dan jenis karbida Analysis makan dan sudut ujung pahat) 2 Ranganathan Metode 2(Kecepatan 4(Kekasaran Gerak makan berkontribusi 2012 et al Taguchi dengan Grey Relational putar spindel dan gerak makan) permukaan, delaminasi, gaya tekan 76,3% dan kecepatan berkontribusi 22,7%. Seting kombinasi faktor yaitu gerak Analysis dan torsi) makan 0,16 mm/put dan kecepatan putar spindel 1600 rpm 3 Haqet al Metode 3 (Kecepatan 3 (Kekasaran Sudut ujung pahat berkontribusi 2008 Taguchi dengan Grey Relational Analysis potong, gerak makan dan sudut ujung pahat) permukaan, gaya tekan dan torsi) 43,21%, kecepatan potong berkontribusi 28,64% dan gerak makan berkontribusi 26,21%. Seting kombinasi faktor: sudut ujung pahat 90, gerak makan 0,2 mm/put dan kecepatan potong 87,96 m/min
Rumusan Masalah Apakah variabel-variabel proses seperti kecepatan potong, gerak makan, dan sudut ujung pahat memiliki kontribusi untuk mengurangi variasi secara serentak dari respon gaya tekan, torsi dan keausan tepi pahat. Bagaimana seting yang tepat dari parameter-parameter p proses gurdi tersebut sehingga dapat meminimumkan respon gaya tekan, torsi dan keausan tepi pahat.
Batasan Masalah - Bahan benda kerja adalah baja S50C Pahat gurdi terbuat dari HSS yang memiliki diameter 14 mm - Dinamometer yang digunakan adalah KISTLER tipe 9272 Mesin gurdi yang digunakan adalah KMR-700 DS - Pahat gurdi memiliki 2 alur Jenis pahat gurdi yang digunakan adalah straight shank twist drill Proses pemesinan kering
Asumsi Penelitian Faktor-faktor yang tidak diteliti dianggap selalu konstan dan tidak berpengaruh secara signifikan terhadap hasil penelitian. Tidak ada interaksi antar faktor. Material yang digunakan memiliki kehomogenan sifat mekanik dan komposisi kimia. Mesin bekerja dalam kondisi baik. Alat ukur yang digunakan dalam keadaan layak dan terkalibrasi.
Tujuan Penelitian - Mengetahui besar kontribusi dari variabel-variabel proses seperti kecepatan potong, gerak makan, dan sudut ujung pahat dalam mengurangi variasi secara serentak dari respon gaya tekan, torsi dan keausan tepi pahat. - Mengetahui kombinasi dari parameter-parameter proses gurdi sehingga dapat meminimumkan respon gaya tekan, torsi dan keausan tepi pahat.
Sebagai bahan referensi berkaitan dengan gaya tekan, torsi dan keausan tepi pahat pada proses gurdi. Manfaat Penelitian Bagi industri manufaktur dan masyarakat dapat digunakan untuk menentukan parameter proses secara tepat yang sesuai dengan bahan benda kerja yang akan dikerjakan. Sebagai bahan referensi bagi penelitian sejenisnya dalam rangka pengembangan pengetahuan tentang optimasi parameter proses gurdi.
START Identifikasi masalah Studi Pustaka Penetapan perumusan masalah dan tujuan penelitian Perencanaan eksperimen: Parameter proses: Kecepatan potong (5,98, 16,18 dan 29,94m/menit) Gerak makan (0,07,, 0,13 dan 0,22 mm/putaran) Sudut ujung pahat (102, 118 dan 134 ) Respon: Gaya tekan (N) Torsi (Nm) Keausan tepi pahat (mm) A
A Pemilihan matriks ortogonal Persiapan eksperimen: Mesin gurdi Pahat gurdi Material benda kerja Measureoscope Dinamometer dan instalasi kelengkapannya Mistar ingsut Bevel protractor Pemegang pahat Pelaksanaan eksperimen proses gurdi disertai dengan pengukuran gaya tekan dan torsi B
B Pengukuran keausan tepi pahat Optimasi multi respon dengan menggunakan kombinasi metode Taguchi-GRA Pembahasan hasil Penarikan kesimpulan dan pemberian saran END
Peralatan Mesin gurdi radial KMR-700 DS Dinamometer KISTLER tipe 9272 dan instalasi iperlengkapan Nikon Measurescope Mistar ingsut Bevel protractor Pemegang pahat untuk pengukuran keausan tepi pahat gurdi Bahan Baja S50C berdimensi 170x20x25 mm Pahat HSS: diameter 14 mm, sudut puntir 30º, 2 mata potong, sudut bebas samping 19º, sudut ujung pahat 102º, 118º dan 134º
Parameter Proses Parameter Unit Level 1 2 3 Kecepatan potong m/min 598 5,98 16,1818 29,9494 Gerak makan mm/put 0,07 0,13 0,22 Sudut ujung pahat derajat 102 118 134 Parameter Respon Parameter Gaya tekan (Fz) Torsi (Mz) Keausan tepi pahat (VB) Unit N Nm mm
Derajat Kbb Kebebasan No Parameter proses Jumlah level (k) υ fl (k-1) 1 Kecepatan potong (m/min) 3 2 2 Gerak makan (mm/put) 3 2 3 Sudut ujung pahat (derajat) 3 2 Total derajat kebebasan 6 Matriks No Kec. Potong (v) Ger. Makan (f) Sud. Ujung Pahat (PA) 1 1 1 1 Ortogonal L 9 2 1 2 2 3 1 3 3 4 2 1 2 5 2 2 3 6 2 3 1 7 3 1 3 8 3 2 1 9 3 3 2
No Kombinasi faktor Fz (N) Mz (Nm) v f PA replikasi replikasi replikasi replikasi 1 2 1 2 Fz (N) Mz (Nm) VB (mm) 1 1 1 1 2011 1922 7.29 7.81 1966.5 7.55 0.17 2 1 2 2 2923 2986 11.02 11.24 2954.5 11.13 0.149 3 1 3 3 4998 5051 17.06 17.1818 5024.55 17.1212 0.086086 4 2 1 2 2201 2274 7.05 7.25 2237.5 7.15 0.107 5 2 2 3 2487 2672 9.93 10.53 2579.5 10.23 0.082 6 2 3 1 3815 3970 17.03 17.80 3892.5 17.42 0.102 7 3 1 3 1573 1539 6.21 6.45 1556 6.33 0.102 8 3 2 1 2645 2706 10.87 11.24 2675.5 11.06 0.105 9 3 3 2 3740 3714 17.14 17.26 3727 17.20 0.065
1 2 3 4 Menghitung Grey Relational Grade (GRG)
5 6 7
Kesimpulan Kontribusi Faktor Kecepatan potong (v) sebesar 70,75% Gerak makan (f) sebesar 24,98% Sudut ujung pahat (PA) sebesar 3,68% Pengaturan Kombinasi Faktor Kecepatan potong (v) pada 5,98 m/menit Gerak makan (f) pada 0,22 mm/putaran Sudut ujung pahat (PA) pada 102º
Saran 1 Perawatan mesin konvensional dan peralatan pendukung penelitian perlu dilakukan agar penelitian mendapatkan hasil yang baik. 2 Pada penelitian selanjutnya disarankan untuk mengganti pahat gurdi yang menggunakan tangkai lurus dengan pahat gurdi yang menggunakan tangkai tirus (taper) agar pada saat proses penggurdian tidak terjadi slip pada arbor dan pahat gurdi.
Tosun (2006) Material : AISI 4140 Pahat : Diameter 5 mm Parameter proses : Jenis material pahat (HSS, HSS berlapis TiN dan karbida), kecepatan putar spindel (450, 1120 dan 1800 rpm), gerak makan (0,1, 0,2 dan 0,3 mm/rev), sudut ujung gp pahat (90,, 118 dan 130 ) ) Respon : Ketinggian burr dan kekasaran permukaan Rancangan percobaan : Orthogonal array L 9 Metode optimasi : Grey Relational Analysis (GRA) Hasil : Ketinggian burr dan kekasaran permukaan yang rendah dicapai pada kecepatan putar spindel 1800 rpm, gerak makan 0,1 mm/rev, sudut ujung pahat 118 dan jenis material pahat karbida.
Ranganathan et al. (2012) Material Pahat Parameter proses Respon : Glass Fibre Reinforced Polymer (GFRP) : Tungsten carbide dengan diameter 12 mm : Kecepatan putar spindel (600, 900, 1200 dan 1600 rpm), gerak makan (0,04, 0,08, 0,12 dan 0,16 mm/rev) : Kekasaran permukaan, faktor delaminasi, gaya tekan dan torsi Rancangan percobaan : Orthogonal array L 16 Metode optimasi : Grey Relational Analysis (GRA) Hasil : Gerak makan memberikan kontribusi sebesar 76,3 % dan kecepatan putar spindel memberikan kontribusi sebesar 22,7 % terhadap semua respon. Seting yang dapat meminimalkan semua respon dicapai pada proses gurdi dengan gerak makan 0,16 mm/rev dan kecepatan putar spindel 1600 rpm.
Haq et al. (2008) Material Pahat Parameter proses Respon : Al/SiC metal matrix composite : HSS berlapis TiN dengan diameter 10 mm : Kecepatan potong (35,18,56,54 dan 87,96 m/min), gerak makan (0,05, 0,125 dan 0,20 mm/rev), sudut ujung gp pahat (90,, 115 dan 140 ) ) : Kekasaran permukaan, gaya tekan dan torsi Rancangan percobaan : Orthogonal array L 9 Metode optimasi : Grey Relational Analysis (GRA) Hasil : Sudut ujung pahat memberi kontribusi sebesar 43,21 %, diikuti oleh kecepatan potong sebesar 28,64 % dan gerak makan sebesar 26,2121 % untuk meminimalkan kekasaran permukaan, gaya tekan dan torsi. Kombinasi variabel proses yang dapat meminimumkan semua respon adalah sudut ujung pahat 90, gerak makan 0,2 mm/rev dan kecepatan potong 87,96 m/min.
Gaya Tekan Torsi
Keausan Tepi Pahat
Derajat Kebebasan Derajat kebebasan dari matriks ortogonal (υ mo ) Derajat kebebasan dari faktor dan level (υ fl ) Matriks Ortogonal Pemilihan matriks ortogonal yang sesuai ditentukan oleh jumlah derajat g y g j j kebebasan dari jumlah faktor dan jumlah level faktor
Rasio S/N untuk masing-masing respon No Fz (N) Mz (Nm) VB (mm) SNRA_Fz SNRA_Mz SNRA_VB 1 1966,5 7,55 0,17-65,8739-17,5566 15,3910 2 2954,55 11,1313 0,149-69,4097-20,9299 16,5363 3 5024,5 17,12 0,086-74,0219-24,6701 21,3100 4 2237,5 7,15 0,107-66,9953-17,0843 19,4123 5 2579,5 10,23 0,082-68,2307-20,1975 21,7237 6 3892,5 17,42 0,102-71,8046-24,8185 19,8280 7 1556 6,33 0,102-63,8402-16,0260 19,8280 8 2675,5 11,06 0,105-68,5481-20,8712 19,5762 9 3727 17,20 0,065-71,4272-24,7106 23,7417 Semakin kecil semakin baik (smaller the better)
Normalisasi rasio S/N untuk masing-masing respon No xi_fz xi_mz xi_vb 1 0,1997 0,1741 1,0000 2 0,5470 0,5577 0,8629 3 1,0000 0,9831 0,2912 4 0,3099 0,1204 0,5184 5 0,4312 0,4744 0,2417 6 0,7822 1,0000 0,4687 7 0,0000 0,0000 0,4687 8 0,4624 0,5511 0,4988 9 0,7452 0,9877 0,0000 Semakin kecil semakin baik (smaller the better)
Deviation sequence No delta_fz delta_mz delta_vb 1 0,8003 0,8259 0,0000 2 0,4530 0,4423 0,1371 3 0,0000 0,0169 0,7088 4 0,6901 0,8796 0,4816 5 0,5688 0,5256 0,7583 6 0,2178 0,0000 0,5313 7 1,0000 1,0000 0,5313 8 0,5376 0,4489 0,5012 9 0,2548 0,0123 1,0000
Grey Relational Coefficient Grey Relational Grade No GRC_Fz GRC_Mz GRC_VB 1 0,3845 0,3771 1,0000 2 0,5247 0,5306 0,7848 3 1,0000 0,9673 0,4136 4 0,4201 0 0,3624 0,5094 5 0,4678 0,4875 0,3973 6 0,6966 1,0000 0,4848 7 0,3333 0,3333 0,4848 8 0,4819 0,5269 0,4994 9 0,6624 0,9760 0,3333 GRG 0.5872 0.6134 0.7937 0.4306 0.4509 0.7271 0.3838 0.5027 0.6573
Faktor Proses Level 1 Level 2 Level 3 Selisih KOMBINASI FAKTOR UNTUK RESPON OPTIMUM Kecepatan potong 0,6647 0,5362 0,5146 0,1501 Gerak makan 0,4672 0,5223 0,7260 0,2588 Sudut ujung pahat 0,6057 0,5671 0,5428 0,0629 Rata-rata 0,572 Level Faktor 0,8 Faktor Tingkat Level Nilai Level Kecepatan potong Level 1 5,98 m/menit Gerak makan Level 3 0,22 mm/putaran Sudut ujung pahat Level 1 102 de Grey Rel lational Gra 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 Kecepatan potong Gerak makan Sudut ujung pahat Rata-rata 01 0,1 0 A1 A2 A3 B1 B2 B3 C1 C2 C3
ANAVA Sumber DF SS MS F P v 2 0,0395 0,0198 192,233 0,005 f 2 0,1115 0,0558 541,7476 0,002 PA 2 0,0060 0,0030 29,1262 0,033 Error 2 0,0002 0,0001 Total 8 0,1573 Persen Kontribusi Sumber DF SS MS F P Persen kontribusi (%) v 2 0,0395 0,0198 192,233 0,005 24,98 f 2 0,1115 0,0558 541,7476 0,002 70,75 PA 2 0,0060 0,0030 29,1262 0,033 3,68 Error 2 0,0002 0,0001 0,58 Total 8 0,1573 100,00
DATA HASIL EKSPERIMEN KONFIRMASI Kombinasi faktor proses Mz VB Fz (N) No v f PA (Nm) (mm) 1 1 3 1 4200 17,88 0,149 2 1 3 1 4313 18,56 0,152 3 1 3 1 4238 18,92 0,151 Rata-rata 4250,3 18,45 0,151 INTERVAL KEYAKINAN 95% GRG min max GRG optimasi 0,8255 0,8799 GRG konfirmasi 0,8229 0,8971
Semakin kecil semakin baik (smaller the better) Tertuju pada nilai tertentu (nominal is best) ) Semakin besar semakin baik (larger the better)
Semakin kecil semakin baik (smaller the better) Tertuju pada nilai tertentu (nominal is best) Semakin besar semakin baik (larger the better)
deviation sequence grey relational coefficient
Grey Relational Grade
DATA HASIL EKSPERIMEN KONFIRMASI Faktor Kombinasi Awal Level Nilai Kecepatan potong 2 19,78 m/menit Gerak Makan 2 0,13 mm/put Sudut ujung pahat 2 118 PERBANDINGAN KOMBINASI AWAL DENGAN KOMBINASI OPTIMUM GRC_ Fz GRC_ Mz GRC_ VB GRG Kombinasi awal 0,5139 0,5120 0,5741 0,5333 Kombinasi optimum 0,7779 1,12881288 0,8022 0,9030 Peningkatan nilai GRG 69,31%