BAB I PENDAHULUAN Latar Belakang Kata manufaktur berasal dari bahasa latin manus dan factus yang berarti dibuat dengan tangan. Kata manufacture muncul pertama kali tahun 1576, dan kata manufacturing muncul tahun 1683. Manufaktur, dalam arti yang paling luas, adalah proses merubah bahan baku menjadi produk. Proses ini meliputi (1) perancangan produk, (2) pemilihan material, dan (3) tahap-tahap proses dimana produk tersebut dibuat. Pada konteks yang lebih modern, manufaktur melibatkan pembuatan produk dari bahan baku melalui bermacam-macam proses, mesin dan operasi yang mengikuti perencanaan yang terorganisasi dengan baik untuk setiap aktivitas. Proses manufaktur memerlukan perangkat perkakas dan mesin yang dapat dipergunakan dengan tepat dan ekonomis. Pemilihan mesin dan proses yang tepat sangat menentukan dan bergantung dari jumlah produk yang dibuat untuk memenuhi hasil (out put) tertentu pula (Kalpakjian, 2001). Salah satu proses pemesinan adalah proses bubut (turning proses), operasi pemotongan yang dapat dilakukan menggunakan proes bubut diantaranya strength turning, taper turning, profiling, turining and ecternal grooving, cutting with a form tool, facing, face grooving, boring and interenal grooving, drilling, cutting off, threading serta knurling (Kalpakjian, 2001). Gambar I. 1 Mesin bubut merupakan salah satu metal cutting machine dengan gerak utama berputar, tempat benda kerja dicekam dan berputar pada sumbunya (Suharno, 2012). Gambar I. 1 Mesin Bubut 15
Tiga parameter utama pada setiap proses bubut untuk meningkatkan kekasaran permukaan adalah kecepatan putar spindel (speed), kedalaman potong (depth of cut) dan gerak makan (feed) memiliki pengaruh terhadap keausan pahat dan kekasaran permukaan benda kerja (Zulhendri at al., 2008). Faktor yang lain seperti materil benda kerja dan jenis pahat juga memiliki pengaruh yang cukup besar, tetapi tiga parameter di atas adalah bagian yang bisa diatur oleh operator langsung pada Mesin Bubut (Widarto, 2008). Pada proses pemotongan konvensional dengan mesin perkakas meliputi proses bubut (turning), proses frais (milling), dan sekrap (shaping). Proses pemotongan non konvensional contohnya dengan mesin EDM (electrical discharge machining) dan wire cutting (Rochinm et al, 1993). Dalam proses tersebut harus mempertimbangkan aspek kebutuhan kualitas pemesinan atau produk akhir yang dikehendaki dimana setiap proses yang dilakukan akan berpengaruh besar terhadap karakteristik logam yang akan di proses dan hasil dari pemotongan logam. Kualitas suatu produk pada proses pemotongan logam dilihat dari tingkat kekasaran permukaan (surface roughness) merupakan salah satu karakteristik kualitas yang kritis (critical to quality charactersistecs/ctq) yang menunjukkan kualitas pengerjaan dan kualitas produk (Petropoulos at al., 2009). Salah satu teknologi baru dalam proses permesinan untuk meningkatkan hasil pemotongan logam pada proses bubut non-konvensional diperlukan tool holder dengan teknologi vibrasi dimana hasil dari pemotongan logam akan lebih halus di bandingkan dengan tool holder biasa yang digunakan. Pada penelitian yang dilakukan oleh Rasidi et al., 2014 telah membutikan dengan menggunakan tool holder ultasonic memberikan hasil lebih baik. 16
Hasil Experimental Analysis oleh Rasidi et al., 2014 pada proses Conventional Turning dengan Ultrasonic Assisted Turning, yang dapat dilihat pada Gambar I.2 a dan b sebgai berikut: Gambar I. 2 (a). Surface roughness vs spindle speed for wet and dry machinin, (b). Surface roughness profile vs frequency and amplitude (Rasidi et al., 2014). Percobaan pertama: (a). Conventional Turning, dilakukan percobaan pada mesin bubut konvensional tanpa menggunakan getaran, dimana benda kerja berputar dan pahat potong (cutting tool) dalam keadaan diam, dimana permukaan benda kerja dilakukan pengukuran dengan menggunakan (profilometer). Gambar I.1 dari hasil pengukuran menunjukkan tingkat kekasaran rata-rata dengan kecepatan spindle 540 rpm (Rasidi et al., 2014). Percobaan kedua: (b). Ultrasonic Assisted Turning, dilakukan percobaan pada mesin bubut konvensional dengan getaran frekuensi yang tinggi. Frekuensi lebih dari 20 khz. Dengan kecepatan spindle yang sama pada percobaan pertama tanpa menggunakan getaran. Gambar x menunjukkan hasil dari pemotongan benda kerja lebih bagus (Rasidi et al., 2014). 17
Dalam penelitian ini, Tool holder Ultrasonic Vibration Assisted Turning (UAT), yang telah dirancang menggunakan software dan akan diuji kinerja pemotongan terhadap benda kerja secara langsung dengan menggunakan mesin bubut konvensional. Hal ini dilakukan untuk memastikan presentasi kelayakan berdasarkan integritas permukaan hasil pemotongan tanpa memberikan cairan pendingin (coolant) pemotong, dibandingkan dengan konvensional. Peneliti sebelumnya telah membuktikan dengan konsep Ultrasonic Vibration Assisted Turning memiliki peningkatan yang signifikan dalam proses pemotongan logam dapat dilihat pada tabel 1 (Rasidi et al., 2014). Tabel I. 1 Type of Wear in CT (conventional turning) dan UAT (ultrasonic assisted turning) (Rasidi et al., 2014). Experimental BUE Flank Wear Keterngan Analysis CT (conventional turning) UAT (ultrasonic assisted turning) Continues cutting process, high temperature, low cutting speed, ductile work material Intermittent cutting process, low temperature continuity hammer effect, vibrate in cutting direction Dengan menggunakan UAT memungkinkan tidak terjadi retak (crack) dan hasil pemotogan lebih halus dan bisa mengurangi penggunaan cairan pendingin (coolant) pemotong untuk meredam panas selama proses pemotongan. (Rasidi et al., 2014). Pada Gambar I. 3, memperlihatkan hasil permukaan material atau benda kerja dari proses mesin bubut konvensional dengan menggunakan Untrasonic Assisted Turning memberikan hasil permukaan lebih halus terlihat pada sebelah kiri dan tanpa menggunakan Untrasonic Assisted Turning hasil permukaan lebih kasar terlihat pada sebelah kanan (Gao & Sun, 2015). 18
Experimental ini dilakukan untuk membandingkan hasil dari proses mesin bubut dengan menggunakan Untrasonic Assisted Turning dan tanpa menggunakan Untrasonic Assisted Turning. Dengan Untrasonic Assisted Turning dapat meningkatkan stabilitas Curring yang lebih tinggi dan tingkat kekasaran yang lebih halus (Gao & Sun, 2015). Gambar I. 3 Surface profiles after Conventional Machining and Vibration Assisted Machining (Gao & Sun, 2015). UAT (Ultrasonic Vibration Assisted Turning) merupakan teknologi baru yang dapat meredam suara, getaran pada mesin bubut, dapat mengurangi terjadinya keretakan pada logam, permukaan benda kerja dari hasil pemotongan lebih halus. Ultrasonic Assisted Turning pada proses non-konvensional dimana bertindak sebagai pemotong dengan memberi getaran ultrasonik dengan frekuensi 20 Hz dan amplitude 104 micron. Ultrasonic assisted turning telah menunjukkan hasil yang sempurna dibandingkan dengan proses mesin konvensional (Arka et al., 2014). Ultrasonic Vibration Assisted Turning penerapan baru dalam proses manufaktur yang dapat diaplikasikan pada (1) ultrasonic welding, (2) ultrasonic assisted turning, (3) ultrasonic assisted drilling, (4) ultrasonic assisted milling and ultrasonics are also used in medical applications (Vivekananda et all., 2014). 19
Berdasarkan latar belakang di atas, Tool holder Ultrasonic Vibration Assisted Turning memiliki hasil proses lebih baik dibandingkan Conventional Turning, sehingga pada penelitian ini akan mendesain Tool holder Ultrasonic Vibration Assisted Turning untuk proses permesinan mesin bubut konvensional dengan cara mensimulasikan desain dengan pengujian dari segi stress dan displacement. Dengan menggunakan metode FEM (finite element method). Selanjutnya dilakukan pengukuran, untuk mengukur tingkat kekasaran permukaan pada proses permesinan ada tiga parameter yang dikombinasikan dalam mengidentifikasi kekasaran permukaan optimasi proses bubut dengan menggunakan design of expriment (DOE) dengan menggunakan metode parameter taguchi. Metode taguchi digunakan karena memiliki tingkat keefektifan dibandingkan dengan metode yang lain (Belavendram, 1995). Perumusan Masalah Perumusan masalah dalam tugas akhir ini, sebagai berikut : 1. Bagaimana mendesain Tool holder Ultrasonic Vibration Assisted Turning untuk proses permesinan mesin bubut konvensional? 2. Bagaimana kelayakan desain Tool holder usulan dalam segi stress dan displacement ketika diberikan gaya dari mekanisme kerja dengan menggunakan simulation static analysis? Tujuan Penelitian Tujuan penelitian dalam tugas akhir ini, sebagai berikut: 1. Mendesain Tool holder pada mesin bubut (Lathe Mechine) dengan menggunakan teknologi Ultrasonic Vibration Assisted Turning. 2. Menghasilkan analisis kelayakan terhadap Tool holder dari segi stress dan displacement dengan pemberian beban tertentu dan pengaruh parameter desain dalam mendesain tool holder serta simulasi FEA. Batasan Penelitian Penelitian ini memiliki batasan permasalahan sehingga penelitian akan menjadi lebih fokus dan sesui dengan tujuan penelitian, adapun batasan tersebut: 1. Material yang digunakan dalam pembuatan Tool holder yaitu type 304 Steel. 20
2. Desain tool holder UAT yang dibuat untuk satu proses permesinan. 3. Software simulasi yang digunakan dan untuk membuat desain tool holder yaitu Solidworks 4. Software yang digunakan dalam perhitungan statistik software yang digunakan minitab 17. Manfaat Penelitian Manfaat Penelitian ini sebagai berikut: 1. Manfaat bagi penulis ialah mampu menerapkan ilmu pengetahuan mengenai perancangan produk dan proses permesinan dalam menyelesaikan penelitian ini. 2. Tool holder ini dapat diterapkan pada teknologi Ultrasonic Vibration Assisted Turning yang dapat meredam suara pada proses pemotongan logam mesin bubut. 3. Memberikan referensi bagi perusahaan manufaktur dalam proses permesinan dengan menggunakan Tool holder pada teknologi Ultrasonic Vibration Assisted Turning. Sistematika Penulisan Penelitian ini diuraikan dengan sistematika penulisan sebagai berikut: Bab I Bab II Pendahuluan Pada bab ini berisi uraian mengenai latar belakang penelitian, perumusan masalah, tujuan penelitian, batasan penelitian, manfaat penelitian, dan sistematika penulisan. Tinjauan Pustaka Pada bab ini berisi literatur yang terkat dengan penelitian membuat Tool holder khusus pada teknologi Ultrasonic Vibration Assisted Turning yang dapat meredam suara pada mesin bubut dan mendeteksi keretakan pada logam. Beberapa metode dan teori pendukung lain yang terkait dengan penelitian ini akan dicantumkan pada bab ini. 21
Bab III Bab IV Bab V Bab VI Metode Penelitian Pada bab ini dijelaskan langkah-langkah penelitian secara rinci meliputi: tahap merumuskan masalah penelitian, merumuskan hipotesis, dan mengembangkan model penelitian, mengidentifikasi dan melakukan operasionalisasi variabel penelitian, menyusun kuesioner penelitian, merancang pengumpulan dan pengolahan data, melakukan uji instrumen, merancang analisis pengolahan data. Pengulahan dan Pengumpulan Data Pada bab ini dijelaskan pengumpulan dan pengolahan data yang sudah diperoleh dari hasil observasi dan wawancara user. Pengolahan data dilakukan dengan menggunakan metode-metode yang dikonsepkan pada bab III dan kemudian dianalisis untuk mendapatkan hasil rancangan alternatif konsep terbaik. Analisis Pada bab ini dilakukan analisis hasil akhir dari setiap tahapan dalam desain produk dan mendapatkan hasil pengujian dari pengolahan data, apakah produk layak dari segi kekuatan dan hasil proses permesinan dengan mengukur tingkat kekasaran. Dan analisis dengan menggunakan metode taguchi untuk mengetahui faktor yang mempengaruh dalam mendesain tool holder UAT untuk mendapatkan desain yang optimal. Kesimpulan dan Saran Pada bab ini dijelaskan jawaban dari analisis disimpulkan dan bila ada peluang untuk penelitian selanjutnya dimasukkan kedalam saran. 22