TUGAS SARJANA PROSES PEMOTONGAN LOGAM VOLUME BAHAN TERBUANG SEBAGAI PARAMETER ALTERNATIF UMUR PAHAT OLEH: LILIK SULAIMANSYAH NIM : 020401007 DEPARTEMEN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2007
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA DEPARTEMEN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK MEDAN 2007 TUGAS SARJANA PROSES PEMOTONGAN LOGAM VOLUME BAHAN TERBUANG SEBAGAI PARAMETER ALTERNATIF UMUR PAHAT OLEH: LILIK SULAIMANSYAH NIM : 020401007 Disetujui oleh: Dosen Pembimbing, Dr. Ir. Armansyah Ginting, M.Eng NIP. 132 126 843
KATA PENGANTAR Alhamdullillah, puji dan syukur saya ucapkan kehadirat Allah SWT atas rahmat dan hidayah-nya, penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini tepat pada waktunya. Tugas Akhir ini adalah salah satu syarat yang harus dipenuhi untuk menyelesaikan program studi S-1 di Departemen Teknik Mesin, Fakultas Teknik,. Penulis memilih Tugas Akhir ini dalam bidang Pemotongan Logam dengan judul VOLUME BAHAN TERBUANG SEBAGAI PARAMETER ALTERNATIF UMUR PAHAT Pada kesempatan yang baik ini juga, penulis ingin mengucapkan terimakasih kapada : 1. Bapak Dr. Ir. Armansyah Ginting, M.Eng selaku dosen pembimbing tugas sarjana ini, yang telah banyak membantu sumbangan pikiran dan meluangkan waktunya dalam memberikan bimbingan untuk penulisan tugas sarjana ini. 2. Bapak Ir. Alfian Hamsi, M.Sc, selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin. 3. Bapak Tulus Burhanuddin Sitorus, S.T, M.T, selaku Sekretaris Jurusan Teknik Mesin. 4. Seluruh staf pengajar dan pegawai administrasi Jurusan Teknik Mesin di. 5. Orang tua saya, buat bapak dan ibu saya tercinta yang telah banyak memberikan perhatian, doa dan dukungan baik moril maupun materil, juga buat kakak dan adikku. i
6. Herry, Rahman, Reza selaku teman diskusi dan rekan setim dalam penelitian ini terimakasih atas semua bantuannya. 7. Kepada senior dan teman-teman penulis yang telah banyak membantu penulis dalam kuliah. Semoga Allah SWT membalas perbuatan baik yang telah mereka lakukan. Akhir kata, syukur pada Allah SWT dan semoga tugas sarjana ini bermanfaat dan berguna bagi kita semua. Medan, Juli 2007 Penulis ( Lilik Sulaimansyah ) NIM : 020401007 ii
DAFTAR ISI Halaman KATA PENGANTAR... i DAFTAR ISI... iii DAFTAR TABEL... vi DAFTARGAMBAR... viii DAFTAR NOTASI... xi BAB I PENDAHULUAN... 1 1.1 Latar Belakang... 1 1.2 Tujuan... 2 1.3 Manfaat... 3 1.4 Sistematika Penulisan... 3 BAB II TINJAUAN PUSTAKA... 5 2.1 Elemen Dasar Pemotongan... 5... 2.2 Proses Pembuangan Bahan (Metal Removal Process)... 10 2.2.1 Komponen Gaya Pembentuk Geram... 11 2.2.2 Sudut Geser dan Rasio Pemampatan Tebal Geram... 15 2.3 Pemotongan Orthogonal... 19 2.4 Analisis Teoritik Umur Pahat... 21 2.5 Rumus Empirik Umur Pahat... 29 2.6 Pembahasan Atas Rumus Empirik Umur Pahat... 32 2.7 Hubungan Antara Umur Pahat (T) Dengan Volume Bahan Terbuang (Q)... 34 iii
BAB III METODE PENELITIAN... 35 3.1 Bahan dan Alat... 35 3.1.1 Bahan... 35 3.1.2 Alat... 36 3.2 Metode... 38 3.3 Pengumpulan Data... 44 3.4 Variabel Yang Diamati... 45 3.5 Analisa Regresi... 45 3.6 Volume Bahan Terbuang (Q) Sebagai Parameter Alternatif Umur Pahat (T)... 52 BAB IV HASIL DAN DISKUSI... 53 4.1 Model Matematika... 53 4.1.1 Model Matematika Y... 53 4.1.2 Model Matematika Q... 55 4.2 Pengaruh Kondisi Pemotongan (v, f, a) Terhadap Volume Bahan Terbuang (Q)... 56 4.2.1 Pengaruh Laju Pemotongan (v) Terhadap Volume Bahan Terbuang (Q)... 57 4.2.2 Pengaruh Pemakanan (f) Terhadap Volume Bahan Terbuang (Q)... 60 4.2.3 Pengaruh Kedalaman Potong (a) Terhadap Volume Bahan Terbuang (Q)... 63 4.3 Diagram Kendali Volume Bahan Terbuang... 66 4.3 Hubungan Antara Aus Tepi (VB) Dengan Performa Pahat (Q)... 69 iv
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN... 75 5.1 Kesimpulan... 75 5.2 Saran... 76 DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN v
DAFTAR TABEL Tabel 2.1 Besaran fisik... 26 Tabel 2.2 Harga m dan n untuk berbagai jenis pahat... 29 Tabel 3.1 Komposisi kimia dari material benda kerja... 33 Tabel 3.2 Sifat mekanik material benda kerja... 33 Tabel 3.3 Komposisi Kimia dan Sifat Mekanik Pahat Karbida Berlapis titanium nitrida... 34 Tabel 3.4 Data Teknis Mesin CNC Emcoturn -242... 35 Tabel 3.5 Kondisi pemotongan... 35 Tabel 3.6 Faktor dan level dalam eksperimen... 36 Tabel 3.7 Standar Array L 9... 37 Tabel 3.8 Parameter yang diukur untuk V B = 0,1mm...41 Tabel. 3.9 Parameter yang diukur untuk V B = 0,3 mm...41 Tabel 3.10 Parameter yang diukur untuk V B = 0,6 mm... 42 Tabel 3.11 Hasil eksperimen... 44 Tabel 3.12 Volume bahan terbuang (Q) hasil eksperimen... 44 Tabel 3.13 Skema perhitungan untuk menyelesaikan persamaan normal...51 Tabel 4.1 Olahan data volume bahan terbuang pada VB = 0.1 mm... 54 Tabel 4.2 Nilai b 1, b2, b3... 45 Tabel 4.3 Kondisi pemotongan (v, f, a) untuk perubahan volume bahan terbuang (Q) secara eksperimen dan pemodelan untuk aus tepi VB = 0.1 mm... 56 vi
Tabel 4.4 Kondisi pemotongan (v, f, a) untuk perubahan volume bahan terbuang (Q) secara eksperimen dan pemodelan untuk aus tepi VB = 0.3 mm... 57 Tabel 4.5 Kondisi pemotongan (v, f, a) untuk perubahan volume bahan terbuang (Q) secara eksperimen dan pemodelan untuk aus tepi VB = 0.6 mm... 53 Tabel 4.6 Data untuk diagram kendali Q rata-rata dan standar deviasi (s)... 67 Tabel 4.7 Ragam aus tepi (VB) dengan volume bahan terbuang (Q) hasil Eksperimen... 71 Tabel 4.8 Ragam aus tepi (VB) dengan volume bahan terbuang (Q) hasil pemodelan... 71 vii
DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Proses Bubut... 7 Gambar 2.2 Teori tradisional (awal) yang menerangkan terjadinya geram... 10 Gambar 2.3 Teori modern (yang dianut) yang menerangkan terjadinya geram... 11 Gambar 2.4. Lingkaran Merchant s... 13 Gambar 2.5 Sudut geser Ф sebagai fungsi dari rasio pemampatan tebal geram λ h... 17 Gambar 2.6 Arah kecepatan geser (v s ), kecepatan aliran geram (v c ) dan kecepatan potong (v)... 18 Gambar 2.7 Proses pemotongan orthogonal... 19 Gambar 2.8 Garis-garis isoterm pada geram dan pahat sewaktu proses pemotongan berlangsung... 24 Gambar 3.1 Gambar benda kerja (bahan baja paduan kelas tinggi)... 36 Gambar 3.2 EMCOTURN 242... 36 Gambar 3.3 Benda kerja terpasang pada mesin... 37 Gambar 3.4 Gaya yang bekerja pada proses bubut... 38 Gambar 3.5 Termokopel dan temperature control indicator... 38 Gambar 3.6 Bentuk hubungan antara variabel... 46 Gambar 3.8 Pola perubahan nilai variabel... 47 Gambar 4.1 Grafik laju pemotongan vs volume bahan terbuang pada VB = 0.1mm... 58 viii
Gambar 4.2 Grafik laju pemotongan vs volume bahan terbuang pada VB = 0.3 mm... 58 Gambar 4.3 Grafik laju pemotongan vs volume bahan terbuang pada VB = 0.6 mm... 59 Gambar 4.4 Grafik laju pemotongan vs volume bahan terbuang pada VB = 0.1, 0.3 dan 0.6 mm... 59 Gambar 4.5 Grafik pemakanan vs volume bahan terbuang pada VB = 0.1 mm... 61 Gambar 4.6 Grafik pemakanan vs volume bahan terbuang pada VB = 0.3 mm... 61 Gambar 4.7 Grafik pemakanan vs volume bahan terbuang pada VB = 0.6 mm... 62 Gambar 4.8 Grafik pemakanan vs volume bahan terbuang pada VB = 0.1, 0.3 dan 0.6 mm... 62 Gambar 4.9 Grafik kedalaman potong vs volume bahan terbuang pada VB = 0.1 mm... 64 Gambar 4.10 Grafik kedalaman potong vs volume bahan terbuang pada VB = 0.3 mm... 64 Gambar 4.11 Grafik kedalaman potong vs volume bahan terbuang pada VB = 0.6 mm... 65 Gambar 4.12 Grafik kedalaman potong vs volume bahan terbuang pada VB = 0.1, 0.3 dan 0.6 mm... 65 Gambar 4.13 Diagram kendali standar deviasi (s)... 68 Gambar 4.14 Diagram kendali volume bahan terbuang rata-rata (Q )... 68 ix
Gambar 4.15 Aus tepi pada saat VB = 0.1 mm... 69 Gambar 4.15 Aus tepi pada saat VB = 0.3 mm... 70 Gambar 4.15 Aus tepi pada saat VB = 0.6 mm... 70 Gambar 4.16 Variasi kenaikan VB terhadap Q dari hasil eksperimen... 73 Gambar 4.17 Variasi kenaikan VB terhadap Q dari hasil model yang Dikembangkan... 73 x
DAFTAR NOTASI a : Kedalaman potong (depth of cut) mm a c : Tebal geram yang tidak terdeformasi (h) mm a w : Lebar pemotongan atau lebarnya geram (b) mm A : Penampang geram sebelum terpotong mm 2 A shi : Penampang bidang geser mm 2 Aγ : Bidang pada pahat dimana geram mengalir (face) mm 2 b : Lebar pemotongan (width of cut) mm b 0 -b 3 : Koefesien c : Temperatur o C C C T C k C v C vb : Konstanta : Konstanta : Faktor koreksi terhadap sudut potong Kr : Faktor koreksi terhadap kecepatan potong Cv : Faktor koreksi terhadap keausan tepi VB C γ : Faktor koreksi terhadap sudut geram Cγ d : Diameter rata-rata mm d m : Diameter akhir mm d o : Diameter mula mm E : Modulus elastisitas (modulus of elasticity) Mpa f : Gerak makan mm/rev F : Gaya total yang bekerja pada pemotongan logam N F f : Gaya makan searah dengan kecepatam makan N xi
F s : Gaya geser yang bekerja pada pemotongan logam N F sn : Gaya normal pada bidang geser pada pemotongan logam N F v : Gaya potong searah dengan kecepatan potong N F γ : Gaya gesek pada bidang geram N F γ n : Gaya normal pada bidang geram N G : Modulus elastisitas geser (shear modulus) MPa h : Tebal geram sebelum terpotong mm h c : Tebal geram setelah terpotong mm K r : Sudut potong utama ( o ) K : Konduktifitas panas (thermal conductivity) W/m.K Ks : Gaya potong spesifik N/mm 2 Ks 1,1 : Gaya potong spesifik referensi N/mm 2 LCL : Lower Control Limit Q : Volume Bahan Terbuang dm 3 Q t : Panas total yang dihasilkan perdetik W Q sh : Panas yang dihasilkan perdetik pada bidang geser W Q γ : Panas yang dihasilkan perdetik pada bidang geram W Q α : Panas yang dihasilkan perdetik pada bidang utama W s : Standar deviasi T : Umur pahat min t c : Waktu pemotongan min UCL : Upper Control Limit V : Kecepatan potong (cutting speed) m/min xii
Vc : Kecepatan potong pada daerah deformasi utama m/s V f : Kecepatan makan m/min V o : Kecepatan potong x rasio pemotongan m/min Vs : Kecepatan geser pada daerah deformasi utama m/s VB : Panjang keausan tepi mm X Y : Nilai yang diobservasi : Nilai yang dicari untuk setiap nilai X z : Pangkat tebal geram, rata-rata bermilai 0,2 Z : Kecepatan penghasilan geram mm 3 /mnt Z : Distribusi normal γ o : Sudut geram ( o ) η : Besar sudut gesek ( o ) λ h : Rasio pemampatan tebal geram σ u : Tegangan tarik (Ultimate tensile strength) Mpa σ y : Tegangan geser (Tensile yield strength) Mpa τ shi : Tegangan geser pada bidang geser N/mm 2 µ : Poisson s ratio ρ : Densitas gr/cm 3 Φ : Sudut geser xiii
Abstrak Proses Pembuangan Material (Metal Removal Process) atau lebih dikenal dengan Pemotongan Logam merupakan proses yang digunakan untuk mengubah bentuk benda kerja menjadi suatu produk dengan cara memotong. Dari pemotongan yang dilakukan, akan terbentuk geram atau serpihan (chip) yang berasal dari bagian benda kerja yang terpotong demi dihasilkannya produk dengan dimensi dan bentuk yang diinginkan sesuai dengan desain. Geram yang terbentuk dari pemotongan dapat dikelompokan kepada beberapa kelas yaitu: 1. Geram kontiniu, 2. Geram terputus, 3. Geram bersegmen 4. Geram built-up edge. Saat pemotongan berlangsung, pada bidang kontak antara geram dan pahat akan mengalami kenaikan temperatur akibat kalor yang terkonsentrasi pada kawasan pemotongan. Bidang kontak tersebut akan menerima beban temperatur dan tekanan yang sangat tinggi, sehingga pahat akan mengalami keausan yang akibatnya dapat menyebabkan masa pakai pahat (umur pahat) berakhir. Umur pahat yang mengindikasikan rentang waktu masa pakai pahat untuk memotong, lazim dihubungkan dengan rumus Taylor.