KAJIAN GAYA PEMOTONGAN DAN KEKASARAN PERMUKAAN PADA PROSES PEMBUBUTAN BERBAGAI MATERIAL MENGGUNAKAN PAHAT HSS SKRIPSI Diajukan sebagai salah satu syarat Untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik Oleh : ANZIZAN KURNIAWAN NIM. I1408504 JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SEBELAS MARET SURAKARTA 2013
HALAMAN PENGESAHAN KAJIAN GAYA PEMOTONGAN DAN KEKASARAN PERMUKAAN PADA PROSES PEMBUBUTAN BERBAGAI MATERIAL MENGGUNAKAN PAHAT HSS Disusun oleh Anzizan Kurniawan NIM. I1408504 Dosen Pembimbing I Dosen Pembimbing II Zainal Arifin, ST, MT Didik Djoko Susilo, ST, MT NIP. 197303082000031001 NIP. 197203131997021001 Telah dipertahankan di hadapan Tim Dosen Penguji pada hari 1. Purwadi Joko Widodo, ST, M. Kom NIP. 197301261997021001 2. Heru Sukanto, ST, MT NIP. 197207311997021001.... Mengetahui Ketua Jurusan Teknik Mesin Koordinator Tugas Akhir Didik Djoko Susilo ST, MT Wahyu Purwo Raharjo, ST. MT NIP197203131997021001 NIP. 197202292000121001
MOTTO Hidup adalah perjuangan, Buatlah sejarahmu sendiri Lakukanlah sesuatu dengan tekun, giat, dan semangat, pasti impian akan tercapai Tidak ada yang tidak mungkin bila kita berusaha dan berdoa PERSEMBAHAN Bapak dan ibu terima kasih atas doa doanya yang takkan sanggup terbalaskan, Terima kasih untuk jerih payah dan pengorbananmu karena akan jadi hal yang tak terbalaskan demi putramu ini. Pak Zainal dan Pak Didik terima kasih atas bimbingan dan nasehatnya serta mengenalkan kami dengan dunia permesinan yang kami yakin sangat bermanfaat. Teman-teman transfer angkatan 2008 Aji, Ari, Angga, Gandung, Ivan, Kamega, Alfian, Tyo, Wahyu, Wawan, Arifin dan Endri (Laboratorium Proses Produksi), serta Mas Dwi fotokopi Teknik Mesin UNS. Teman-teman D3, S1 reguler maupun non reguler dan transfer Teknik Mesin UNS yang senantiasa memberikan saran dan dukungan dalam menyelesaikan tugas akhir ini. ii
HALAMAN PENGESAHAN KAJIAN GAYA PEMOTONGAN DAN KEKASARAN PERMUKAAN PADA PROSES PEMBUBUTAN BERBAGAI MATERIAL MENGGUNAKAN PAHAT HSS Disusun oleh : ANZIZAN KURNIAWAN NIM. I1408504 Dosen Pembimbing I Dosen Pembimbing II Zainal Arifin, ST. MT. Didik Djoko Susilo, ST. MT. NIP. 197303082000031001 NIP. 197203131997021001 Telah dipertahankan di hadapan Tim Dosen Penguji pada hari jumat tanggal 22 November 2013. 1. Purwadi Joko Widodo, ST. M. Kom. NIP. 197301261997021001 2. Heru Sukanto, ST. MT. NIP. 197207311997021001.... Mengetahui Ketua Jurusan Teknik Mesin Koordinator Tugas Akhir Didik Djoko Susilo, ST. MT. Wahyu Purwo Raharjo, ST. MT. NIP. 197203131997021001 NIP. 197202292000121001 iii
KAJIAN GAYA PEMOTONGAN DAN KEKASARAN PERMUKAAN PADA PROSES PEMBUBUTAN BERBAGAI MATERIAL MENGGUNAKAN PAHAT HSS Anzizan kurniawan Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik, Universitas Sebelas Maret Surakarta, Indonesia E-mail : anzizan@gmail.com Abstrak Penelitian ini mengkaji pengaruh parameter pemotongan terhadap gaya pemotongan dan kekasaran permukaan pada tiga jenis material yaitu, baja karbon AISI 1015, alumunium 6061, dan nilon. Pengujian dilakukan dengan alat ukur gaya (dinamometer) pada mesin bubut dengan pahat HSS. Parameter pemotongan yang diteliti meliputi kecepatan potong dan gerak pemakanan. Pengukuran gaya dilakukan pada arah tangensial dan aksial. Pengujian kekasaran permukaan menggunakan roughness tester tipe stylus SJ-201 Mitutoyo. Hasil penelitian menunjukkan bahwa peningkatan nilai cutting speed menyebabkan gaya potong meningkat, karena bidang geser menjadi semakin besar untuk semua material. Peningkatan feeding akan mengakibatkan gaya potong semakin besar, ini disebabkan tebal bidang geser yang terpotong semakin besar untuk semua material. Gaya potong terbesar untuk baja karbon AISI 1015 sebesar 250.5 N, Alumunium 6061 sebesar 11.6 N, dan nilon sebesar 57.8 N, yang semuanya terjadi pada cutting speed 29 mm/menit dan feeding 0.228 mm/rev. Peningkatan nilai cutting speed untuk semua jenis material akan mengakibatkan benda kerja semakin halus, ini karena putaran spindel (rpm) semakin cepat sehingga jarak antar lintasan (pitch) pahat menjadi rapat. Peningkatan nilai feeding untuk semua jenis material akan mengakibatkan benda kerja semakin kasar, ini disebabkan semakin besar feeding menyebabkan pergeseran pahat juga besar sehingga jarak antar lintasan (pitch) pahat menjadi renggang. Tingkat kekasaran permukaan terbaik di dapat material alumunium 6061 pada cutting speed 29 mm/menit dan feeding 0.082 mm/rev yaitu 1,44 µm. Kata kunci : gaya potong, kekasaran permukaan, parameter pemotongan, dynamometer. iv
STUDY ON CUTTING FORCES AND SURFACE ROUGHNESS IN A TURNING PROCESS SOME MATERIALS WITH HSS TOOL Anzizan kurniawan Mechanical Engineering Department Engineering Faculty, Sebelas Maret University Surakarta, Indonesia E-mail : anzizan@gmail.com Abstract This research studies the effect of cutting parameters on the cutting force and surface roughness for three kinds of materials, namely, AISI 1015 steel, 6061 aluminum, and nylon. Test was performed by force-measuring instrument (dynamometer) in the turning machine with HSS tool. Cutting parameters that studied were cutting speed and motion feeds. Force measurement were performed on tangential and axial direction. The surface roughness test used roughness tester type stylus Mitutoyo SJ-201. The result of the research showed that increasing cutting force make higher cutting force, because shear field become larger for all material. Increasing feeding will lead to greater cutting force, is due to the cut thickness shear field increases for all material. The greatest cutting force for AISI 1015 steel, 6061 alumunium and nylon are 250.5, 115.6 and 57.8 N, respectively become from the cutting speed of 29 mm/min and feeding 0.228 mm/rev. Increasing cutting speed for all material make surface quality better, because spindle rotation speed (rpm) faster so the pitch become closer. Increasing feeeding for all material make surface quality worse, because higher feeding make cutting tool displacement more wide so the pitch become more wide to. Best surface roughness can be 6061 aluminum material on the cutting speed of 29 mm/min and feeding 0.082 mm/rev is 1.44 µm. Keywords: cutting force, surface roughness, cutting parameters, dynamometer. v
KATA PENGANTAR Puji syukur penulis panjatkan kepada Allah SWT, yang telah memberikan rahmat-nya kepada penulis, sehingga dapat menyelesaikan skripsi yang berjudul Kajian Gaya Pemotongan Dan Kekasaran Permukaan Pada Proses Pembubutan Berbagai Material Menggunakan Pahat HSS. Dalam kesempatan ini, penulis ingin menyampaikan ucapan terima kasih dan penghargaan yang sebesar-besarnya kepada semua pihak yang telah membantu kepada: 1. Bapak Zainal Arifin, ST, MT selaku Pembimbing I dan Bapak Didik Djoko Susilo, ST, MT selaku Pembimbing II, atas bimbingan, kesabaran, nasehat dan ilmu pengetahuan yang telah diberikan dan diajarkan. 2. Bapak-bapak dosen dan staf karyawan di lingkungan Teknik Mesin UNS, atas nasehat, saran dan ilmu yang diajarkan. 3. Bapak dan Ibu serta saudara-saudaraku yang selalu menyayangiku, menasehati, memperhatikan, dan membimbingku dengan penuh kesabaran. 4. Teman-teman transfer angkatan 2008 Aji, Ari, Angga, Gandung, Ivan, Kamega, Alfian, Tyo, Wahyu, Wawan, Arifin dan Endri (Laboratorium Proses Produksi), serta Mas Dwi fotokopi Teknik Mesin UNS. 5. Temen-temen D3, S1 reguler maupun non reguler dan transfer Teknik Mesin UNS yang senantiasa memberikan saran dan dukungan dalam menyelesaikan tugas akhir ini. 6. Semua pihak yang belum sempat disebutkan, yang telah membantu menyelesaikan laporan tugas akhir ini. Penulis menyadari bahwa dalam skripsi ini masih terdapat banyak kekurangan. Oleh karena itu, bila ada saran, koreksi dan kritik demi kesempurnaan skripsi ini, akan penulis terima dengan ikhlas dan dengan ucapan terima kasih. Dengan segala keterbatasan yang ada, penulis berharap skripsi ini dapat digunakan sebagaimana mestinya. Surakarta, September 2013 vi
DAFTAR ISI Penulis HALAMAN JUDUL... i HALAMAN SURAT PENUGASAN... ii HALAMAN PENGESAHAN... iii ABSTRAK... iv ABSTRACT... v KATA PENGANTAR... vi DAFTAR ISI... vii DAFTAR TABEL... ix DAFTAR GAMBAR... x DAFTAR LAMPIRAN.. xi BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Masalah 1 1.2 Perumusan Masalah.. 2 1.3 Batasan Masalah... 2 1.4 Tujuan 3 1.5 Manfaat. 3 1.6 Sistematika Penulisan 3 BAB II LANDASAN TEORI 2.1 Tinjauan Pustaka... 5 2.2 Mesin Bubut...... 6 2.2.1 Pengertian Mesin Bubut...... 6 2.2.2 Bagian-bagian Utama Mesin Bubut..... 7 2.2.3 Perencanaan dan Perhitungan Proses Bubut.... 8 2.2.4 Pemotongan Orthogonal...... 11 2.2.5 Komponen Gaya Pembentuk Geram.. 11 2.2.6 Gaya Potong dan Dynamometer Bubut... 13 2.3 Material Pahat dan Pahat Bubut HSS... 15 2.4 Material Benda Kerja..... 17 2.4.1 Baja Karbon..... 17 2.4.2 Alumunium..... 19 2.4.3 Nilon... 21 2.5 Kekasaran Permukaan..... 22 BAB III PELAKSANAAN PENELITIAN 3.1 Proses Penelitian... 24 3.2 Bahan dan Alat...... 27 3.2.1 Bahan.... 27 3.2.2 Alat.... 29 3.3 Uji Nilai Tingkat Kekasaran.... 32 BAB IV DATA DAN ANALISA 4.1 Data Penelitian..... 33 4.2 Analisa Hasil Percobaan....... 35 4.2.1 Analisa data hubungan cutting speed dengan gaya tangensial (F c ) dan gaya aksial (F a )... 35 4.2.2 Analisa data hubungan commit feeding to user dengan gaya tangensial (F c ) vii
dan gaya aksial (F a )... 38 4.2.3 Analisa data hubungan cutting speed dengan kekasaran permukaan... 40 4.2.4 Analisa data hubungan feeding dengan kekasaran Permukaan... 41 4.3 Pembahasan....... 42 4.3.1 Hubungan cutting speed dan feeding terhadap gaya potong.. 42 4.3.2 Hubungan cutting speed dan feeding terhadap kekasaran permukaan... 43 4.3.3 Pendekatan validasi baja karbon AISI 1015 untuk mencari cutting speed dan gaya potong spesifik (K c ) pada alumunium 6061 dan nilon... 44 BAB V PENUTUP 5.1 Kesimpulan..... 46 5.2 Saran.... 46 DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN viii
DAFTAR TABEL Halaman Tabel 2.1 Jenis pahat HSS... 1 Tabel 2.2 Komposisi kimia aluminium... 19 Tabel 2.3 Sifat sifat mekanik dari aluminium... 20 Tabel 2.4 Kekasaran permukaan... 23 Tabel 3.1 Kondisi permesinan... 26 Tabel 3.2 Komposisi kimia baja karbon AISI 1015... 27 Tabel 3.3 Sifat sifat mekanik dari baja karbon AISI 1015.. 28 Tabel 3.4 Komposisi kimia alumunium 6061. 28 Tabel 3.5 Sifat sifat mekanik dari alumunium 6061 28 Tabel 3.6 Sifat sifat mekanik dari nilon... 29 Tabel 3.7 Spesifikasi pahat HSS. 29 Tabel 3.8 Data teknis mesin bubut sanwa CO632A.. 30 Tabel 4.1 Hasil pengujian baja karbon AISI 1015... 34 Tabel 4.2 Hasil pengujian alumunium 6061... 34 Tabel 4.3 Hasil pengujian nilon... 35 Tabel 4.4 Hasil perhitungan untuk nilon... 45 ix
DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Bagian-bagian mesin bubut..... 8 Gambar 2.2 Proses bubut... 9 Gambar 2.3 Proses pemotongan orthogonal... 11 Gambar 2.4 Lingkaran Merchants... 13 Gambar 2.5 Gaya-gaya pemotongan... 14 Gambar 2.6 Dynamometer bubut... 15 Gambar 2.7 Pahat HSS... 17 Gambar 3.1 Diagram alir penelitian... 24 Gambar 3.2 Dimensi benda kerja... 28 Gambar 3.3 Skema rangkaian dynamometer pada mesin bubut... 30 Gambar 3.4 Rangkaian dynamometer pada mesin bubut... 30 Gambar 3.5 Hardware data akusisi advantech USB-4716... 31 Gambar 3.6 Roughness tester... 31 Gambar 4.1 Hubungan cutting speed dengan gaya tangensial (Fc)... 36 Gambar 4.2 Hubungan cutting speed dengan gaya aksial (Fa)... 37 Gambar 4.3 Hubungan feeding dengan gaya tangensial (Fc)... 38 Gambar 4.4 Hubungan feeding dengan gaya aksial (Fa)... 39 Gambar 4.5 Hubungan cutting speed dengan kekasaran permukaan... 40 Gambar 4.6 Hubungan feeding dengan kekasaran permukaan... 41 Gambar 4.7 Lingkaran Merchants... 42 Gambar 4.8 Jarak antar lintasan (pitch) saat proses pembubutan... 44 x
DAFTAR LAMPIRAN Lampiran 1 Material benda kerja dan alat Lampiran 2 Tabel data dan Westermann Lampiran 3 Foto pengambilan data kekasaran xi