analisis kekasaran permukaan dan kebulatan …digilib.unila.ac.id/54910/3/skripsi tanpa bab...
TRANSCRIPT
ANALISIS KEKASARAN PERMUKAAN DAN KEBULATAN PADA
PEMESINAN DRILL PADUAN MAGNESIUM MENGGUNAKAN
METODE TAGUCHI
(Skripsi)
Oleh
RIZKY RAHMADANI
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS LAMPUNG
BANDAR LAMPUNG
2018
i
ABSTRAK
ANALISIS KEKASARAN PERMUKAAN DAN KEBULATAN PADA
PEMESINAN DRILL PADUAN MAGNESIUM MENGGUNAKAN
METODE TAGUCHI
Oleh
RIZKY RAHMADANI
Magnesium adalah salah satu logam yang mempunyai kelebihan yaitu memiliki
densitas ringan dan mampu mesin yang baik, sehingga membuat magnesium
sekarang semakin dikenal luas di bidang industri manufaktur seperti bidang
otomotif dan biomedik. Namun magnesium sangat mudah menyala karena
magnesium memiliki titik nyala yang rendah dan reaktif terhadap oksigen. Selain
dari aspek suhu pemesinan, hal yang harus diperhatikan juga yaitu pada aspek kekasaran
permukaan karena dapat mempengaruhi koefisien gesek dari suatu komponen apabila
komponen tersebut dipasangkan dengan komponen lainnya. Tujuan dari penelitian ini
adalah untuk mendapatkan parameter yang menghasilkan nilai kekasaran dan
kebulatan terbaik dan untuk mendapatkan parameter yang paling berpengaruh terhadap
kekasaran dan kebulatan pada pemesinan drill paduan magnesium. Pada penelitian ini
dilakukan pemesinan drill mengunakan metode Taguchi dengan kondisi pemesinan drill
yaitu kecepatan putar (n); 405 rpm dan 890 rpm, gerak makan (f); 0,1 mm/rev dan 0,3
mm/rev, point angle; 45º dan 65º, lubrikan; tidak menggunakan dan minyak kelapa sawit.
Jenis pahat yang digunakan adalah pahat twist drill HSS dengan diameter 12 mm. Hasil
ANOVA menunjukkan bahwa parameter yang memberikan pengaruh signifikan
terhadap kekasaran permukaan adalah lubrikan dengan nilai P 0,003 dan nilai F
86,98, diikuti oleh kecepatan putar dengan nilai P 0,031 dan nilai F 14,86.
Sedangkan parameter yang memberikan pengaruh signifikan terhadap kebulatan
adalah lubrikan dengan nilai P 0,025 dan nilai F 17,51. Penggunaan kecepatan putar
yang tinggi yaitu 890 rpm, gerak makan yang rendah yaitu 0,1 mm/rev, point angle
yang besar yaitu 65° dan lubrikan dengan MQL minyak kelapa sawit memberikan
hasil kekasaran permukaan dan kebulatan lubang yang terbaik.
______
Kata kunci: Magnesium AZ31, pemesinan drill, kekasaran permukaan, kebulatan,
metode Taguchi
ii
ABSTRACT
ANALYSIS OF SURFACE ROUGHNESS AND ROUNDNESS IN
DRILL MACHINING OF MAGNESIUM ALLOY USING
TAGUCHI METHOD
By
RIZKY RAHMADANI
Magnesium is one of the metals that has the advantages of having light density and
good machineability, making magnesium more famous in manufacturing industries
such as the automotive and biomedical fields. But magnesium is very flammable
because magnesium has a low flash point and reactive to oxygen. Apart from
machining temperature aspects, the aspect of surface roughness must also be
considered because it can affect the coefficient of friction of a component if the
component is paired with other components. The purpose of this study is to obtain
parameters that produce the best roughness and roundness values and to get the
parameters that most influence the roughness and roundness in the machining drill
alloy magnesium. In this study drill machining using the Taguchi method with drill
machining conditions is rotational speed (n); 405 rpm and 890 rpm, feed motion (f);
0,1 mm/rev and 0,3 mm/rev, point angle; 45º and 65º, lubricant; not use and palm
oil. The type of tool used is HSS twist drill with a diameter of 12 mm. The ANOVA
results show that the parameters that have a significant effect on surface roughness
are lubricants with P value of 0,003 and F value of 86,98, rotational speed with P
value of 0,031 and F value of 14,86. While the parameters that have a significant
effect on the roundness are lubricants with P value of 0,025 and F value of 17,51.
The use of high rotating speed is 890 rpm, low feed motion is 0,1 mm/rev, large
point angle is 65° and palm oil lubricant with MQL gives the best surface roughness
and roundness results.
______
Key words: Magnesium AZ31, drill machining, surface roughness, roundness,
Taguchi method
ANALISIS KEKASARAN PERMUKAAN DAN KEBULATAN PADA
PEMESINAN DRILL PADUAN MAGNESIUM MENGGUNAKAN
METODE TAGUCHI
Oleh
RIZKY RAHMADANI
Skripsi
Sebagai Salah Satu Syarat untuk Mencapai Gelar
SARJANA TEKNIK
Pada
Jurusan Teknik Mesin
Fakultas Teknik Universitas Lampung
JURUSAN TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS LAMPUNG
BANDAR LAMPUNG
2018
iv
Judul Skripsi : ANALISIS KEKASARAN PERMUKAAN DAN
KEBULATAN PADA PEMESINAN DRILL
PADUAN MAGNESIUM MENGGUNAKAN
METODE TAGUCHI
Nama Mahasiswa : Rizky Rahmadani
Nomor Pokok Mahasiswa : 1315021059
Program Studi : Teknik Mesin
Fakultas : Teknik
MENYETUJUI
1. Komisi Pembimbing
Dr. Gusri Akhyar Ibrahim, S.T., M.T. Ir. Arinal Hamni, M.T.
NIP 19710817 199802 1 003 NIP 19641228 199603 2 001
2. Ketua Jurusan Teknik Mesin
Ahmad Su’udi, S.T., M.T.
NIP 19740816 200012 1 001
v
MENGESAHKAN
1. Tim Penguji
Ketua Penguji : Dr. Gusri Akhyar Ibrahim, S.T., M.T. ____________
Anggota Penguji : Ir. Arinal Hamni, M.T. ____________
Penguji Utama : Dr. Ir. Yanuar Burhanuddin, M.T. ____________
2. Dekan Fakultas Teknik
Prof. Drs. Suharno, M.S., M.Sc., Ph.D.
NIP 19620717 198703 1 002
Tanggal Lulus Ujian Skripsi: 11 Desember 2018
vi
PERNYATAAN PENULIS
SKRIPSI INI DIBUAT SENDIRI OLEH PENULIS DAN BUKAN HASIL
PLAGIAT SEBAGAIMANA DIATUR DALAM PASAL 36 PERATURAN
AKADEMIK UNIVERSITAS LAMPUNG DENGAN SURAT KEPUTUSAN
REKTOR NO.458/UN26/DT/2016.
YANG MEMBUAT PERNYATAAN
RIZKY RAHMADANI
NPM. 1315021059
vii
RIWAYAT HIDUP
Penulis bernama Rizky Rahmadani, dilahirkan di
Prabumulih Sumsel pada tanggal 17 Januari 1996 dari
pasangan Rizal Sinarta, S.Pd. dan Rohasada (Almh), Erlen
Srijaya, S.Ag. Penulis adalah anak kedua dari empat
bersaudara yaitu kakak Ridho Anggie Pranata, S.T., adik
Rizka Damaiati dan Rasikah Aqiila Sausan Renasya.
Penulis menyelesaikan Pendidikan Sekolah Dasar di SDN 11 Prabumulih tahun
2007, Pendidikan Sekolah Menengah Pertama di SMPN 2 Prabumulih tahun 2010
dan Pendidikan Sekolah Menengah Atas di SMAN 7 Prabumulih tahun 2013.
Pada tahun 2013 penulis terdaftar sebagai mahasiswa Teknik Mesin Fakultas
Teknik Universitas Lampung melalui jalur SBMPTN. Selama menjadi mahasiswa,
penulis aktif dalam organisasi Himpunan Mahasiswa Teknik Mesin (HIMATEM)
Universitas Lampung di bidang Kreativitas pada periode 2014-2015 dan 2015-
2016. Pada tahun 2016, penulis melaksanakan Kerja Praktik di PT. Bukit Asam
(Persero) Tbk. Tanjung Enim dengan judul “Analisa Kerusakan Shaft Pada Drive
Pulley BW 1200 di Satuan Kerja Bengkel Utama PT. Bukit Asam (Persero) Tbk.
Tanjung Enim Sumatera Selatan” Pada tahun 2018, penulis menjadi asisten
praktikum Mesin Perkakas Produksi dan melakukan penelitian di bidang
konsentrasi Produksi dengan judul “Analisis Kekasaran Permukaan dan Kebulatan
Pada Pemesinan Drill Paduan Magnesium Menggunakan Metode Taguchi” dengan
bimbingan Bapak Dr. Gusri Akhyar Ibrahim, S.T., M.T., Ibu Ir. Arinal Hamni, M.T.
dan Bapak Dr. Ir. Yanuar Burhanuddin, M.T.
viii
MOTTO
“Barang siapa yang yang bertakwa kepada Allah, niscaya Dia akan membukakan
jalan keluar baginya dan memberinya rezeki dari arah yang tidak disangka-
sangkanya” (QS. At-Talaq: 2-3)
“Dan tidaklah Aku ciptakan jin dan manusia melainkan untuk beribadah
(bertauhid) kepadaKu” (QS. Az-Zariyat: 56)
“Dan tiadalah kehidupan dunia ini melainkan senda gurau dan main-main. Dan
sesungguhnya akhirat itulah yang sebenarnya kehidupan, sekiranya mereka
mengetahui” (QS. Al-‘Ankabut: 64)
“Maka barang siapa yang mengerjakan kebaikan seberat zarrah, niscaya dia akan
melihat balasannya, dan barang siapa mengerjakan kejahatan seberat zarrah,
niscaya dia akan melihat balasannya” (QS. Al-Zalzalah: 7-8)
“Jika Allah menolongmu, maka tidak ada yang dapat mengalahkanmu”
(QS. Ali ‘Imran: 160)
“Aku tidak takut doaku ditolak tapi yang lebih aku takutkan aku tidak diberi
hidayah untuk terus berdoa” (Umar Bin Khattab)
“Jika kamu tidak dapat menahan lelahnya belajar, maka kamu harus sanggup
menahan perihnya kebodohan” (Imam Syafi’i)
“Biasakanlah yang benar. Bukan membenarkan kebiasaan”
Tidak semua adat dan kebiasaan itu benar. Tapi AL QUR’AN dan SUNNAH
sudah pasti benar
“Campakkan kecerdasan anda apabila sudah berhadapan dengan perkataan Allah
dan perkataan Rasulullah, tak mungkin kecerdasan anda melebihi kebenaran Allah
dan melebihi kebenaran Rasulullah”
“Celaan manusia tidak akan merendahkan kita disisi Allah dan pujian manusia
tidak akan membuat derajat kita menjadi tinggi di sisi Allah”
كيف ا خاف من ا لفقر و انا عبد ا لغير
“Bagaimana aku takut miskin sedangkan aku adalah hamba dari yang maha kaya”
“When all things went dark and you search for a light to see things clearly. That
light is HIDAYAH, you don’t wait it, you search for it”
ix
SANWACANA
Assalamu’alaikum Warahmatullahi Wabarakatuh
Bismillahirrahmanirrahim, segala puji bagi Allah هلالج لج yang selalu
memberikan rahmat dan hidayah-Nya kepada penulis sehingga penulis selalu
mendapat kelancaran dan kemudahan dalam penulisan skripsi ini. Shalawat serta
salam selalu tercurahkan kepada junjungan Nabi besar kita Nabi Muhammad ملسو هيلع هللا ىلص,
serta para keluarga dan sahabat Nabi hingga akhir zaman.
Alhamdulillahirabbil’alamin, akhirnya penulis dapat menyelesaikan
penulisan skripsi ini sebagai salah satu syarat dalam meraih gelar sarjana teknik
pada jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Lampung. Skripsi ini
berjudul “Analisis kekasaran permukaan dan kebulatan pada pemesinan drill
paduan magnesium menggunakan metode Taguchi”. Dalam proses penyusunan
skripsi ini, penulis banyak mendapat bimbingan, motivasi, bantuan, dukungan dan
doa dari berbagai pihak. Untuk itu penulis mengucapkan terima kasih kepada:
1. Orang tua penulis Bapak Rizal Sinarta, S.Pd. dan Ibu Rohasada (Almh), Ibu
Erlen Srijaya, S.Ag.
2. Kakak Ridho Anggie Pranata, S.T. (Anggi), adik Rizka Damaiati (Ika) dan adik
Rasikah Aqiila Sausan Renasya (Nasya), serta seluruh keluarga penulis.
3. Esiana Istiroga (Oci)
x
4. Bapak Prof. Dr. Ir. Hasriadi Mat Akin, M.P. Selaku Rektor Universitas
Lampung.
5. Bapak Prof. Drs. Suharno, M.S., M.Sc., Ph.D. Selaku Dekan Fakultas Teknik
Unversitas Lampung.
6. Bapak Ahmad Su’udi, S.T., M.T. Selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin
Universitas Lampung.
7. Bapak Dr. Gusri Akhyar Ibrahim, S.T., M.T. Selaku dosen pembimbing utama.
8. Ibu Ir. Arinal Hamni, M.T. Selaku dosen pembimbing kedua.
9. Bapak Dr. Ir. Yanuar Burhanuddin, M.T. Selaku dosen pembahas.
10. Bapak Nafrizal, S.T., M.T. Selaku dosen pembimbing akademik.
11. Seluruh dosen dan karyawan jurusan Teknik Mesin.
12. Alan Suseno, Agung Wibowo, Taufik Hidayatullah, Indra Marwah, M. Kresna
Ismoyo S.N.F, M. Baharudianto, Rizki Rian Toni T, Nurcahya Nugraha, Aloi
dan seluruh teman-teman Teknik Mesin khususnya Teknik Mesin 2013 yang
tidak bisa penulis sebutkan satu-persatu “Salam Solidarity Forever”.
13. Dan semua pihak yang telah membantu dalam penyusunan skripsi ini yang
tidak bisa penulis sebutkan satu-persatu.
Terimakasih penulis ucapkan atas bantuan yang diberikan sehingga
terselesaikannya skripsi ini. Semoga skripsi ini dapat bermanfaat bagi kita semua.
Amin.
Wassalamu’alaikum Warahmatullahi Wabarakatuh.
Bandar Lampung, Desember 2018
Penulis,
Rizky Rahmadani
xi
DAFTAR ISI
Halaman
ABSTRAK .............................................................................................................. i
HALAMAN JUDUL ............................................................................................ iii
HALAMAN PERSETUJUAN ............................................................................ iv
HALAMAN PENGESAHAN ................................................................................ v
PERNYATAAN PENULIS ................................................................................. vi
RIWAYAT HIDUP ............................................................................................. vii
HALAMAN MOTTO ........................................................................................ viii
SANWACANA ..................................................................................................... ix
DAFTAR ISI ......................................................................................................... xi
DAFTAR GAMBAR .......................................................................................... xiv
DAFTAR TABEL .............................................................................................. xvi
I. PENDAHULUAN ............................................................................................ 1
1.1 Latar Belakang ........................................................................................... 1
1.2 Tujuan ........................................................................................................ 4
1.3 Batasan Masalah ........................................................................................ 4
1.4 Sistematika Penulisan ................................................................................ 5
II. TINJAUAN PUSTAKA .................................................................................. 6
2.1 Magnesium (Mg) ..................................................................................... 6
xii
2.1.1 Sifat fisik magnesium .................................................................. 7
2.1.2 Sifat mekanik magnesium ............................................................ 7
2.1.3 Penandaan paduan magnesium .................................................... 8
2.2 Pemesinan ................................................................................................ 9
2.3 Pemesinan Drill ..................................................................................... 10
2.4 Mesin Drill ............................................................................................ 12
2.5 Pahat Drill HSS ..................................................................................... 13
2.6 Parameter Proses Pemesinan Drill ........................................................ 14
2.7 Minimum Quantity Lubrication (MQL) ............................................... 16
2.8 Kekasaran Permukaan ........................................................................... 17
2.9 Kebulatan ............................................................................................... 18
2.10 Design and Analysis of Experiment (DOE) ........................................... 19
2.10.1 Trial and error ........................................................................... 20
2.10.2 One factor at a time (OFAT) ..................................................... 20
2.10.3 Full factorial .............................................................................. 21
2.10.4 Fractional factorial ................................................................... 23
2.11 Metode Taguchi ..................................................................................... 23
2.11.1 Orthogonal array ...................................................................... 24
2.11.2 Rasio S/N (Signal-to-Noise ratio) ............................................. 27
2.12 Analysis of Variance (ANOVA) ............................................................ 28
III. METODOLOGI PENELITIAN ................................................................. 32
3.1 Waktu dan Tempat Penelitian ............................................................... 32
3.1.1 Waktu penelitian ........................................................................ 32
3.1.2 Tempat penelitian ...................................................................... 32
3.2 Alur Penelitian ....................................................................................... 32
3.3 Alat dan Bahan ...................................................................................... 34
3.3.1 Paduan magnesium AZ31 .......................................................... 34
3.3.2 Pahat drill HSS .......................................................................... 35
3.3.3 Mesin CNC milling .................................................................... 36
3.3.4 Alat minimum quantity lubrication CEN YING type CEN 01 .. 38
3.3.5 Bahan lubrikan (pelumas) .......................................................... 39
3.3.6 Surface roughness tester ............................................................ 40
3.3.7 Profile projector ........................................................................ 41
xiii
3.4 Prosedur Penelitian ................................................................................ 41
3.4.1 Persiapan bahan ......................................................................... 41
3.4.2 Persiapan mesin CNC ................................................................ 42
3.4.3 Penempatan alat CEN YING type CEN 01 ............................... 43
3.4.4 Proses pemesinan drill ............................................................... 44
3.4.5 Pengukuran kekasaran permukaan menggunakan surface
roughness tester ......................................................................... 48
3.4.6 Pengukuran kebulatan lubang menggunakan profile projector . 49
3.4.7 Pengambilan data ....................................................................... 50
IV. HASIL DAN PEMBAHASAN ..................................................................... 52
4.1 Data Hasil Pengukuran Kekasaran Permukaan ........................................ 52
4.2 Analisis Nilai Kekasaran Permukaan ........................................................ 53
4.2.1 Analisis varian (ANOVA) untuk kekasaran permukaan ............ 54
4.2.2 Analisis Taguchi untuk kekasaran permukaan ............................ 58
4.3 Data Hasil Pengukuran Kebulatan Lubang ............................................... 63
4.4 Analisis Kebulatan Lubang ......................................................................... 66
4.4.1 Analisis varian (ANOVA) untuk kebulatan lubang .................... 66
4.4.2 Analisis Taguchi untuk kebulatan lubang .................................... 70
V. SIMPULAN DAN SARAN ........................................................................... 74
5.1 Simpulan ........................................................................................................ 74
5.2 Saran............................................................................................................... 75
DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................... 76
LAMPIRAN .......................................................................................................... 79
xiv
DAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambar 2.1 Penandaan paduan magnesium ......................................................... 8
Gambar 2.2 Macam-macam proses pemesinan: Bubut (turning atau lathe),
frais (milling), sekrap (planning, shaping), gurdi (drilling),
gerinda (grinding), bor (boring), pelubang (punching press)
dan gerinda permukaan (surface grinding) .................................... 10
Gambar 2.3 Proses pemesinan drill .................................................................... 11
Gambar 2.4 Mesin drill ...................................................................................... 12
Gambar 2.5 Geometri pahat twist drill ............................................................... 13
Gambar 2.6 Exsternal MQL supply dan internal MQL supply .......................... 16
Gambar 2.7 Sistem suplai MQL ......................................................................... 17
Gambar 2.8 Bentuk profil kekasaran permukaan ............................................... 18
Gambar 2.9 Penulisan matriks orthogonal array ............................................... 25
Gambar 3.1 Diagram alir penelitian ................................................................... 33
Gambar 3.2 Material magnesium AZ31 ............................................................. 34
Gambar 3.3 Dimensi benda kerja ....................................................................... 34
Gambar 3.4 Pahat drill HSS diameter 12 mm dengan point angle 450 dan 650 . 36
Gambar 3.5 Mesin CNC milling......................................................................... 36
Gambar 3.6 Alat CHEN YING type CEN 01 ..................................................... 38
xv
Gambar 3.7 Surface roughness tester................................................................. 40
Gambar 3.8 Profile projector ............................................................................. 41
Gambar 3.9 Persiapan bahan .............................................................................. 42
Gambar 3.10 Persiapan mesin CNC ..................................................................... 42
Gambar 3.11 Penempatan alat CHEN YING type CEN 01 ................................. 43
Gambar 3.12 Proses pemesinan drill .................................................................... 44
Gambar 3.13 Langkah-langkah membuat matriks orthogonal array................... 47
Gambar 3.14 Memasukkan jumlah level dan faktor ............................................ 47
Gambar 3.15 Pengukuran kekasaran permukaan menggunakan surface
roughness tester .............................................................................. 48
Gambar 3.16 Pengukuran kebulatan lubang menggunakan profile projector ...... 49
Gambar 4.1 Hasil pemesinan drill paduan magnesium ...................................... 53
Gambar 4.2 Grafik main effects plot for SN ratios untuk kekasaran
permukaan ............................................................................................. 59
Gambar 4.3 Grafik main effects plot for SN ratios untuk kebulatan lubang ...... 71
xvi
DAFTAR TABEL
Halaman
Tabel 2.1 Sifat fisik magnesium ............................................................................ 7
Tabel 2.2 Matriks orthogonal array standar 2 Level .......................................... 26
Tabel 3.1 Sifat fisik magnesium .......................................................................... 35
Tabel 3.2 Spesifikasi mesin CNC milling .......................................................... 37
Tabel 3.3 Spesifikasi alat minimum quantity lubrication ................................... 39
Tabel 3.4 Spesifikasi surface roughness tester ................................................... 40
Tabel 3.5 Parameter proses pemesinan drill. ...................................................... 44
Tabel 3.6 Perhitungan total derajat kebebasan .................................................... 45
Tabel 3.7 Matriks orthogonal array standar 2 level ........................................... 46
Tabel 3.8 Desain matriks orthogonal array L8 (24) metode taguchi ................... 47
Tabel 3.9 Data hasil pengukuran nilai kekasaran permukaan ............................ 50
Tabel 3.10 Data hasil pengukuran kebulatan lubang ............................................ 51
Tabel 4.1 Parameter proses pemesinan drill ....................................................... 52
Tabel 4.2 Data hasil pengukuran nilai kekasaran permukaan ............................. 52
Tabel 4.3 Hasil analisis varian (ANOVA) untuk kekasaran permukaan ............ 54
Tabel 4.4 Perbandingan keputusan penerimaan hipotesis nilai P ....................... 56
Tabel 4.5 Perbandingan keputusan penerimaan hipotesis nilai F ....................... 56
Tabel 4.6 Respons table for SN ratios untuk kekasaran permukaan ................... 59
xvii
Tabel 4.7 Level yang memberikan nilai kekasaran permukaan terbaik .............. 62
Tabel 4.8 Parameter proses pemesinan drill ....................................................... 63
Tabel 4.9 Data hasil pengukuran kebulatan lubang ............................................ 63
Tabel 4.10 Hasil analisis varian (ANOVA) untuk kebulatan lubang .................... 66
Tabel 4.11 Perbandingan keputusan penerimaan hipotesis nilai P ....................... 68
Tabel 4.12 Perbandingan keputusan penerimaan hipotesis nilai F ....................... 69
Tabel 4.13 Respons table for SN ratios untuk kebulatan lubang .......................... 70
Tabel 4.14 Level yang memberikan nilai kebulatan lubang terbaik ..................... 73
1
BAB I. PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Magnesium merupakan salah satu elemen terbanyak yang membentuk berat dari
kulit bumi yaitu sebanyak 2%, serta magnesium merupakan unsur terlarut
terbanyak nomor tiga pada air laut. Magnesium adalah salah satu jenis logam
yang memiliki karakteristik sama dengan aluminium namun magnesium
memiliki titik cair yang lebih rendah dibandingkan aluminium (Ansyori, 2015).
Magnesium adalah jenis logam yang dikategorikan sebagai logam ringan di
antara beberapa logam ringan lain yang biasa digunakan di berbagai bidang
seperti bidang pemesinan. Magnesium ditemukan dalam 60 jenis mineral,
diantaranya yang utama adalah dalam bentuk dolomit, magnesit dan carnalit
yang biasa dijadikan produk komersial (Ibrahim, 2014).
Magnesium mempunyai kelebihan yaitu memiliki densitas ringan, rasio
kekuatan terhadap berat yang tinggi dan mampu mesin yang baik sehingga
membuat magnesium sekarang semakin dikenal luas di bidang industri
manufaktur seperti pada komponen pesawat terbang dan bidang biomedik.
Magnesium juga diaplikasikan di bidang otomotif karena mampu menurunkan
berat komponen dan mengurangi berat keseluruhan dari kendaraan, demikian
juga bila digunakan untuk komponen pesawat dapat mengurangi berat
keseluruhan rangka pesawat (Ibrahim, 2014).
2
Disamping memiliki sifat ringan, keuletan dan ketahanan korosi yang baik,
namun magnesium sangat mudah menyala karena magnesium reaktif terhadap
oksigen, magnesium menyala pada suhu 553ºC (Burhanuddin dkk., 2015).
Selain dari aspek suhu pemesinan, untuk meningkatkan produktivitas pemesinan
juga harus memperhatikan aspek kekasaran permukaan. Karena kekasaran
permukaan merupakan salah satu karakteristik kualitas yang penting pada proses
pemesinan. Kekasaran permukaan dikatakan penting dikarenakan dapat
mempengaruhi koefisien gesek dari suatu komponen apabila komponen tersebut
dipasangkan dengan komponen lainnya (Ibrahim dkk., 2015).
Proses pemesinan drill sangat menentukan kualitas dari permukaan benda kerja atau
komponen yang akan dibuat, bahkan dianggap sebagai faktor yang paling krusial
disamping sifat mampu mesin paduan magnesium (Chong dan Shih, 2002).
Pemilihan jenis pahat drill yang digunakan, baik material pahat ataupun geometri
pahat drill sangat berkontribusi signifikan terhadap kualitas permukaan komponen
hasil pemesinan drill (Ibrahim, 2014). Pada penelitian yang telah dilakukan Chong
dan Shih (2002) dengan parameter kecepatan putaran (n); 405 rpm, 890 rpm,
gerak makan (f); 0,1 mm/rev, 0,2 mm/rev, 0,3 mm/rev dan kemiringan mata
pahat; 35°, 55°, 80° didapatkan hasil yaitu penggunaan pahat drill bermata dua (twist
drill), pemilihan kemiringan mata pahat sebesar 55° dan pengunaan kecepatan
putaran 405 rpm serta pemakanan pada 0,1 mm/rev memberikan pengaruh yang baik
terhadap kualitas nilai kekasaran permukaan yang dihasilkan dan struktur mikro hasil
pemesinan.
3
Pada penelitian yang telah dilakukan oleh Ibrahim dkk. (2014) dengan
menggunakan metode Taguchi, dengan parameter kecepatan putaran (n); 635
rpm, 970 rpm, 1420 rpm, gerak makan (f); 0,10 mm/rev, 0,18 mm/rev, 0,24
mm/rev dan diameter mata pahat; 10 mm, 12 mm, 14 mm didapatkan bahwa
kondisi pemilihan parameter pemesinan yang menghasilkan nilai kekasaran
permukaan minimum adalah pada diameter mata pahat 14 mm, pemakanan 0,1
mm/rev dan kecepatan putaran 970 rpm. Keadaan ini menghasilkan nilai
kekasaran minimum sebesar 0,99 µm. Sehingga dapat dikatakan bahwa gerak
makan yang rendah menghasilkan nilai kekasaran yang rendah dan kecepatan
putar yang tinggi menghasilkan nilai kekasaran yang rendah (Ibrahim dkk.,
2014). Nilai kekasaran permukaan magnesium juga dipengaruhi oleh nose
radius, getaran yang timbul saat pemesinan, gaya pemotongan dan
ketidakpresisian pahat (Ibrahim, 2014).
Pada penelitian yang telah dilakukan oleh Embrijakto (2018) dengan
menggunakan metode Taguchi, dengan parameter kecepatan putaran (n); 405
rpm, 890 rpm, gerak makan (f); 0,1 mm/rev, 0,2 mm/rev, 0,3 mm/rev, point
angle; 45º, 55 º, 65º, lubrikan; sintesis, kelapa sawit dan kedelai. Didapatkan bahwa
nilai kekasaran permukaan dipengaruhi oleh adanya kontribusi point angle 18,9
%, lubrikan 14,5 % dan diikuti oleh kecepatan putar dan gerak makan. Dimana point
angle nya adalah 65º dengan lubrikan sintesis. Sedangkan nilai kebulatan
dipengaruhi oleh point angle 45º dan signifikan terkuat terjadi jika ada interaksi
antara gerak makan 0,2 mm dengan pelumas sintesis. Embrijakto (2018)
menyarankan pada penelitian berikutnya menggunakan selisih sudut yang lebih
besar sehingga perbedaan akan menjadi kelihatan.
4
Dari penelitian yang dilakukan oleh Chong dan Shih (2002), Ibrahim dkk.
(2014) dan Embrijakto (2018) rentang level parameter yang digunakan terlalu
kecil. Oleh karena itu perlu adanya penelitian yang menggunakan parameter
dengan rentang level yang jauh atau besar sehingga hasil yang didapatkan lebih
kelihatan atau signifikan. Maka pada penelitian ini akan dilakukan analisis kekasaran
permukaan dan kebulatan lubang pada pemesinan drill paduan magnesium
mengunakan metode Taguchi, dengan kondisi pemesinan drill yaitu kecepatan putar
(n); 405 rpm dan 890 rpm, gerak makan (f); 0,1 mm/rev dan 0,3 mm/rev, point angle;
45º dan 65º, lubrikan; tidak menggunakan dan minyak kelapa sawit. Dengan
memperbesar rentang level parameter yang digunakan dan dengan mengaplikasikan
metode Taguchi diharapkan akan mendapatkan parameter yang menghasilkan nilai
kekasaran dan kebulatan lubang terbaik pada pemesinan drill paduan magnesium
dan mendapatakan parameter yang paling berpengaruh terhadap kekasaran dan
kebulatan lubang pada pemesinan drill paduan magnesium.
1.2 Tujuan
Adapun tujuan dari penelitian ini adalah:
1. Mendapatkan parameter yang menghasilkan nilai kekasaran dan kebulatan
lubang terbaik pada pemesinan drill paduan magnesium.
2. Mendapatkan parameter yang paling berpengaruh terhadap kekasaran dan
kebulatan lubang pada pemesinan drill paduan magnesium.
1.3 Batasan Masalah
Untuk menjaga arah tujuan dari penelitian ini maka penulis membatasi
pembahasan masalah pada kriteria berikut:
5
1. Material yang akan digunakan adalah magnesium AZ31 dengan dimensi
160 x 120 x 20 mm.
2. Pemesinan drill dilakukan dengan mesin CNC milling.
3. Pahat yang digunakan adalah pahat jenis twist drill HSS dengan diameter
12 mm.
1.4 Sistematika Penulisan
Adapun sistematika penulisan pada penelitian ini yaitu sebagai berikut:
Bab I. Pendahuluan berisikan latar belakang dari penelitian, tujuan dari
penelitian, batasan masalah penelitian dan sistematika penulisan yang
digunakan pada penelitian.
Bab II. Tinjauan Pustaka berisikan dasar-dasar teori pemesinan drill dan
penjelasan berbagai parameter yang digunakan sebagai landasan penelitian.
Bab III. Metodologi Penelitian berisikan alat dan bahan yang digunakan dalam
penelitian, pemilihan parameter pada penelitian dan prosedur penelitian.
Bab IV. Hasil Dan Pembahasan berisikan data hasil penelitian serta
pembahasan dan analisis yang telah dilakukan.
Bab V. Penutup berisikan simpulan yang diambil dari hasil analisis yang telah
dilakukan dan saran yang diberikan.
Daftar Pustaka berisikan daftar sumber-sumber yang menjadi referensi.
Lampiran berisikan perhitungan dan perlengkapan laporan penelitian.
6
BAB II. TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Magnesium (Mg)
Magnesium adalah salah satu jenis logam ringan yang memiliki karakteristik
hampir sama dengan aluminium akan tetapi magnesium memiliki titik cair
yang lebih rendah dibandingkan dengan aluminium. Sama seperti pada
aluminium, magnesium juga sangat mudah bereaksi dengan oksigen. Hanya
saja perbedaan antar keduanya yaitu magnesium memiliki permukaan yang
keropos, hal ini disebabkan oleh kelembaban udara. Unsur air dan garam pada
kelembaban udara sangat mempengaruhi ketahanan lapisan oxid pada
magnesium yang berfungsi melindungi dari korosi. Lapisan oxid yang
terbentuk pada permukaan magnesium hanya mampu melindungi dari udara
yang kering (Sudjana, 2008).
Magnesium dan paduannya merupakan logam yang paling ringan diantara
logam-logam lainnya yang digunakan di berbagai bidang industri seperti
komponen pesawat terbang dan mobil. Sifat mekanik paduan magnesium
tidak kalah dibandingkan dengan paduan aluminium, yaitu magnesium
memiliki sifat mampu mesin yang sangat baik walaupun juga memiliki
kekurangan yaitu mudah menyala. Dalam hal ini diperlukan perhatian yang
khusus mengenai proses pemesinannya (Surdia dan Saito, 1999).
7
2.1.1 Sifat fisik magnesium
Adapun sifat fisik dari magnesium dapat dilihat pada Tabel 2.1 yang
ada di bawah.
Tabel 2.1. Sifat fisik magnesium
Titik cair, K 922 K
Titik didih, K 1380 K
Energi ionisasi 1 738 kJ/mol
Energi ionisasi 11 1450 kJ/mol
Kerapatan massa (ρ) 1,74 g/cm3
Jari-jari atom 1,60 A
Kapasitas panas 1,02 J/gK
Potensial ionisasi 7,646 Volt
Konduktivitas kalor 156 W/mK
Entalpi penguapan 127,6 kJ/mol
Entalpi pembentukan 8,95 kJ/mol
(Sumber: Andriyansyah, 2014)
2.1.2 Sifat mekanik magnesium
Selain memiliki sifat fisik, magnesium juga memiliki sifat mekanik.
Adapun sifat mekanik dari magnesium yaitu magnesium murni
memiliki kekuatan tarik sebesar 110 N/mm2 dalam bentuk hasil
pengecoran (Saputra, 2017).
8
2.1.3 Penandaan paduan magnesium
Penandaan dari paduan magnesium yaitu ditetapkan sebagai berikut
(Kalpakjian dan Schmid, 2001):
1. Huruf pertama dan kedua yaitu unsur paduan pertama dan kedua.
2. Angka setelah huruf pertama dan kedua yaitu persentase dari unsur
paduan pertama dan kedua.
3. Huruf (kecuali I dan O) yaitu standar paduan dengan variasi yang
kecil.
4. Simbol untuk sifat material dicontohkan dengan paduan AZ91C-
T6:
a. Unsur paduan pertama yaitu aluminium 9% dan unsur paduan
kedua yaitu seng 1%.
Gambar 2.1. Penandaan paduan magnesium
(Sumber: Buldum et al, 2011)
b. Huruf C yaitu adalah huruf dengan urutan ketiga, memberikan
arti bahwa paduan ini merupakan yang ketiga dari standar,
setelah huruf A dan huruf B yang merupakan paduan pertama
dan paduan kedua yang standar berturut-turut.
c. T6 yaitu memberikan arti bahwa larutan ini telah direaksikan
dan masa artifiasial.
9
2.2 Pemesinan
Pemesinan adalah salah satu dari proses produksi yang prosesnya
menggunakan mesin perkakas dengan memanfaatkan gerakan relatif antara
pahat dengan benda kerja yang bertujuan untuk membuang sebagian material
yang tidak diperlukan dari benda kerja. Material yang dibuang inilah
dinamakan dengan chip, sehingga dengan dibuangnya sebagian dari material
akan menghasilkan bentuk yang diinginkan (Widarto, 2008). Untuk
membuang sebagian material yang tidak diperlukan dari benda kerja maka
diperlukan perkakas. Pada proses pemesinan ini perkakas yang digunakan
bersifat tajam karena berfungsi untuk membuang material dengan menyayat
benda kerja (Kalpakjian dan Schmid, 2001).
Proses pemesinan dibedakan menjadi dua macam yaitu yang pertama proses
pemesinan untuk membentuk benda kerja dengan permukaan yang datar
tanpa memutar benda kerja dan yang kedua proses pemesinan untuk
membentuk benda kerja yang silindris dengan memutar benda kerja. Adapun
proses pemesinan yang pertama yaitu proses sekrap (shaping), gurdi
(drilling), frais (milling), proses slot (sloting), proses menggergaji (sawing)
dan proses pemesinan roda gigi (gear cutting). Sedangkan proses pemesinan
yang kedua yaitu proses bubut dan macam-macam proses yang dilakukan
dengan menggunakan mesin bubut (turning atau lathe) (Widarto, 2008).
Proses manufaktur dengan cara memisahkan atau membuang sebagian dari
bahan dikenal dengan proses pemesinan. Material dalam bentuk chip
10
dipisahkan dari benda kerja secara mekanik menggunakan pahat dengan
beberapa mata potong seperti pahat mata potong satu pada bubut, pahat mata
potong dua pada milling atau pahat dengan beberapa mata potong lainnya.
Adapun macam-macam proses pemesinan dapat dilihat pada Gambar 2.2.
Gambar 2.2. Macam-macam proses pemesinan: Bubut (turning atau lathe),
frais (milling), sekrap (planning, shaping), gurdi (drilling), gerinda
(grinding), bor (boring), pelubang (punching press)
dan gerinda permukaan (surface grinding)
(Sumber: Purnomo, 2017).
2.3 Pemesinan Drill
Proses pemesinan drill atau proses gurdi adalah salah satu proses pemesinan
yang sangat sederhana di bandingkan proses pemesinan lainnya. Pada
workshop biasanya proses pemesinan drill ini dinamakan proses bor,
walaupun sebenarnya istilah bor ini kurang tepat. Proses pemesinan drill
adalah salah satu proses pemesinan untuk membuat lubang dengan
menggunakan pahat drill (twist drill), sedangkan proses bor (boring)
mempunyai arti yang berbeda yaitu proses memperbesar lubang.
11
Gambar 2.3. Proses pemesinan drill
(Sumber: Widarto,2008)
Pada proses pemesinan drill, chip diharuskan keluar melalui alur helix yang
ada pada pahat drill. Proses pendinginan pada pemesinan drill menjadi sangat
sulit dikarenakan ujung dari pahat drill menempel pada bahan yang terpotong.
Proses pendinginan pada pemesinan drill dapat dilakukan dengan
menyemprotkan cairan pendingin pada benda kerja, disiram dengan cairan
pendingin, atau cairan pendingin dialirkan melalui lubang di tengah pahat
drill. Karakteristik proses pemesinan drill sedikit berbeda dengan proses
pemesinan lainnya, yaitu (Widarto, 2008):
1. Chip diharuskan keluar melalui alur helix yang ada pada pahat drill.
2. Chip yang keluar bisa menyebabkan sebuah kendala apabila ukurannya
besar dan berkelanjutan.
3. Proses pemesinan drill sulit dilakukan ketika pembuatan lubang dalam.
4. Proses pendingin pada pemesinan drill untuk lubang yang dalam
dilakukan dengan mengalirkan cairan pendingin melalui lubang ditengah
pahat drill.
12
2.4 Mesin Drill
Mesin yang digunakan untuk melakukan proses drill adalah mesin drill
(drilling machine). Mesin drill dibagi menjadi beberapa macam yaitu mesin
drill portable (mesin drill tangan), mesin drill peka, mesin drill vertikal,
mesin drill radial, mesin drill turret dan mesin drill spindel jamak (Begeman
et al., 1987). Adapun bagian utama mesin drill adalah sebagai berikut:
1. Spindle pada mesin drill berfungsi untuk memutar pahat drill.
2. Drill head pada mesin drill berfungsi untuk menopang mekanisme
penggerak pahat drill dan menghantarkan ke benda kerja.
3. Lengan radial pada mesin drill radial berfungsi sebagai tempat dimana
motor penggerak dan drill head terpasang, lengan radial ini bisa bergerak
naik turun dan berputar.
4. Meja pada mesin drill berfungsi sebagai tempat benda kerja dicekam dan
berfungsi sebagai penopang semua bagian dari mesin drill, meja ini
terbuat dari material besi cor dengan stabilitas dan kekuatan yang tinggi.
Gambar 2.4. Mesin drill
(Sumber: Groover, 2010)
13
2.5 Pahat Drill HSS
Pada proses pemesinan dengan pekerjaan pemesinan tertentu diperlukan
pahat drill dari jenis material yang cocok dan perlu diperhitungkan
ketangguhan dan kekerasan material pahat yang akan digunakan. Berikut
adalah pahat yang sering digunakan mulai dari material yang relatif lunak
sampai dengan material yang paling keras (Kalpakjian dan Schmid, 2001):
1. Baja karbon tinggi (high carbon steel, carbon tool steels, CTS)
2. HSS (high speed steels, tool steels)
3. Paduan cor non logam (cast nonferous alloys, cast carbides)
4. Karbida (cermeted carbides, hardmetals)
5. Keramik (ceramic)
6. CBN (cubic boron nitride)
7. Intan (sintered diamons, natural diamonds)
Pahat drill high speed steels (HSS) adalah paduan dari 0,75%-1,5% carbon
(C), 4%-4,5% chromium (Cr), 10%-20% tungsten (W) dan molybdenum
(Mo), 5% lebih vanadium (V) dan cobalt (Co) lebih dari 12% (Wibowo dan
Ibrahim, 2014). Geometri dari pahat drill yang digunakan pada proses
pemesinan drill dapat dilihat pada Gambar 2.7.
Gambar 2.7. Geometri pahat twist drill
(Sumber: Groover, 2010)
14
2.6 Parameter Proses Pemesinan Drill
Adapun beberapa parameter yang ada pada proses pemesinan drill adalah
sebagai berikut (Widarto, 2008):
1. Putaran pahat drill (n)
Gerakan utama pada mesin drill adalah gerakan putaran pahat drill yang
merupakan gerakan putaran spindel pada mesin drill. Besarnya putaran
spindel yang diperlukan ditentukan oleh benda kerja yang digunakan,
material pahat drill dan diameter pahat drill yang digunakan. Putaran
pahat drill ini diukur dalam satuan rpm.
2. Kecepatan potong (v):
v = (π d n) / 1000; m / menit ..................................................... (2.1)
Dimana:
v = Kecepatan potong
π = Ketetapan 3,14
d = Diameter pahat
n = Putaran pahat drill
3. Gerak makan (f)
Gerak makan (feeding) merupakan jarak yang ditempuh oleh pahat drill
setiap pahat drill berputar satu kali. Besarnya gerak makan ditentukan
oleh kekuatan mesin drill, material pahat drill, material dari benda kerja
yang digunakan serta untuk mendapatkan hasil kekasaran yang rendah.
Gerak makan ini diukur dalam satuan mm/rev.
15
4. Waktu pemotongan (tc)
Waktu pemotongan adalah waktu yang dibutuhkan untuk menyelesaikan
suatu proses pemesinan.
tc = lt / 2 f.n; menit .................................................................. (2.3)
Dimana:
tc = Waktu pemotongan
lt = Panjang benda kerja
f = Gerak makan
n = Putaran pahat drill
5. Kecepatan pembentukan chip (Z)
Chip adalah potongan dari material yang terlepas dari benda kerja oleh
pahat drill. Kecepatan pembentukan chip ini dihitung berdasarkan
geometri pahat drill serta gerak makan dan putaran pahat drill yang
digunakan pada proses pemesinan drill. Oleh karena itu rumus yang
dipakai untuk menghitung setiap elemen proses pemesinan dapat
berbeda.
Z = (π d2 / 4) (2 f n / 1000); cm³/ menit .....................................(2.4)
Dimana:
Z = Kecepatan pembentukan chip
π = Ketetapan 3,14
d = Diameter pahat
f = Gerak makan
n = Putaran pahat drill
11,985
16
2.7 Minimum Quantity Lubrication (MQL)
Minimum quantity lubrication (MQL) adalah salah satu teknik lubrikasi atau
pelumasan dengan kuantitas minimum dimana lubrikan dan udara bertekanan
disemprotkan ke kontak antara benda kerja dan pahat. Teknik MQL ini bisa
memperpanjang umur pahat karena dapat mengurangi gesekan yang terjadi
pada saat proses pemesinan sehingga dapat mengurangi temperatur pahat dan
benda kerja. Dalam MQL, penggunaan fluida lubrikasi sangatlah kecil yaitu
kurang dari 500 ml/jam sehingga membuat pahat, benda kerja, chip, mesin
dan lingkungannya tetap relatif kering.
MQL merupakan teknologi terbaru dalam pemesinan yang memiliki
keunggulan dalam segi ekonomi, keselamatan dan lingkungan, dengan
megurangi penggunaan coolant lubricant dalam pemesinan. Media suplai
MQL dibedakan menjadi dua macam, yaitu exsternal MQL supply dan
internal MQL supply (Basuki, 2014).
Gambar 2.5. Exsternal MQL supply dan internal MQL supply
(Sumber: Basuki, 2014)
17
Gambar 2.6. Sistem suplai MQL
(Sumber: Basuki, 2014)
2.8 Kekasaran Permukaan
Kekasaran permukaan adalah ketidakteraturan karakteristik permukaan
berupa guratan yang dapat terlihat pada profil permukaan. Adapun penyebab
kekasaran permukaan terjadi karena beberapa macam faktor, diantaranya
yaitu dimensi dan geometri pahat, mekanisme parameter pemotongan, cacat
pada material benda kerja dan kerusakan pada aliran chip. Kekasaran
permukaan benda kerja sangat mempengaruhi kualitas dari produk yang
dihasilkan. Kekasaran permukaan dapat diartikan sebagai jarak rata-rata dari
profil ke garis tengah dan dapat juga diartikan sebagai jarak dari lembah
terdalam ke puncak tertinggi pada profil permukaan sebagai ukuran dari
kekasaran permukaan.
Cara pengukuran kekasaran pada profil permukaan yaitu dengan
menggunakan surface roughness tester. Stylus (berupa jarum) pada surface
roughness tester diatur sehingga berada dalam posisi stabil dan tegak lurus
terhadap permukaan benda kerja yang akan diukur. Setelah stylus sudah stabil
18
barulah pengambilan nilai kekasaran dilakukan dengan menekan tombol start
pada alat dan stylus akan bergerak dengan konstan. Bentuk profil kekasaran
permukaan dapat dilihat pada Gambar 2.8.
Gambar 2.8. Bentuk profil kekasaran permukaan
(Sumber: Hadimi, 2008)
Gambar 2.8 menunjukkan bentuk dari profil kekasaran, terdapat keterangan
yaitu Ra, Rp dan Rt yang akan dijelaskan di bawah ini (Hadimi, 2008):
1. Kekasaran total adalah jarak antara profil referensi dengan profil dasar,
dinyatakan dengan Rt (µm).
2. Kekasaran perataan adalah jarak rata-rata profil referensi dengan profil
terukur, dinyatakan dengan Rp (µm).
3. Kekasaran rata-rata aritmatik adalah rata-rata aritmatik dari jarak antara
profil terukur dengan profil tengah, dinyatakan dengan Ra (µm).
2.9 Kebulatan
Kebulatan adalah kondisi dari perkisaran sebuah permukaan dimana semua
titik dari permukaan akan berpotongan dengan garis yang tegak lurus
terhadap garis sumbu, dimana garis tersebut berjarak sama dari sumbunya.
19
Pembuatan lubang dengan kebulatan yang sempurna sangat sulit untuk
dilakukan, sehingga dapat dipastikan bahwa akan terjadi suatu ketidakbulatan
pada lubang yang dibuat. Walaupun secara visual suatu lubang sudah terlihat
berbentuk bulat, tapi apabila dilakukan pembesaran maka akan terlihat suatu
ketidakbulatan terjadi pada lubang tersebut. Sehingga ketidakbulatan yang
terjadi harus ditolelir dalam batasan tertentu sesuai dengan fungsi dan tujuan
dari sebuah lubang yang akan dibuat. Hal-hal yang menyebabkan terjadinya
ketidakbulatan pada lubang yang akan dibuat berhubungan dengan proses
pembuatannya adalah sebagai berikut (Dwiyono, 2014):
1. Pencekaman pahat yang tidak center.
2. Getaran yang diakibatkan oleh gaya pemotongan yang lumayan besar yang
terjadi pada benda kerja.
3. Tekanan ragum pada benda kerja yang berdinding tipis.
2.10 Design and Analysis of Experiment (DOE)
Design and analysis of experiments (DOE) atau biasa disebut dengan desain
eksperimen atau perancangan percobaan adalah ilmu statistik yang telah
banyak digunakan oleh berbagai industri di belahan dunia. Aplikasi dari
DOE dapat digunakan dalam bidang manufaktur, engineering, science dan
juga dalam bidang manajemen. DOE adalah teknik yang melibatkan proses
perencanaan dan desain suatu percobaan, sehingga data yang tepat dapat
dikumpulkan dan diolah secara statistik sehingga didaptakan kesimpulan
yang benar (Putra, 2010).
20
Fryman (2002) membagi jenis-jenis percobaan ke dalam 4 bagian, yaitu
trial and error, one factor at a time (OFAT), full factorial dan fractional
factorial.
2.10.1 Trial and error
Pendekatan trial and error adalah metode dimana salah satu faktor
dimanipulasi atau diubah tanpa memperdulikan faktor lainnya.
Kelemahan metode ini adalah tidak terlalu terbukti kebenarannya,
memakan waktu yang lama, biaya yang tinggi dan tidak efisien.
2.10.2 One factor at a time (OFAT)
One factor at a time (OFAT) sering digunakan oleh para ahli teknik
industri pada industri manufaktur umumnya. Metode OFAT disebut
juga sebagai pendekatan tradisional dalam melakukan suatu
percobaan. Dalam metode OFAT, salah satu faktor akan diubah-ubah
sementara faktor lainnya ditetapkan pada nilai konstan. Percobaan
dengan metode OFAT ini membutuhkan intuisi yang tinggi,
keberuntungan dan pengalaman dari orang yang melakukan
percobaan. Kelemahan dari percobaan dengan metode OFAT ini
adalah hasil yang diharapkan terkadang tidak tercapai, tidak efisien
karena memakan waktu yang lama dan dapat memberikan
kesimpulan salah dalam percobaan. Tetapi, dari sekian banyak
keuntungan yang bisa didapatkan dengan menggunakan metode
DOE, pendekatan OFAT masih popular digunakan dibeberapa
industri-industri untuk menentukan penyetelan parameter yang baik.
Adapun beberapa alasannya adalah:
21
1. Kebanyakan orang masih berprinsip untuk mengukur pengaruh
dari suatu faktor adalah dengan mengubah nilai faktor tersebut
sementara faktor lainnya dibiarkan tetap.
2. Percobaan dengan OFAT dapat dilakukan dengan mudah dan
tidak membutuhkan pengetahuan analisis statistika yang kuat.
3. Dengan menggunakan OFAT, kesimpulan percobaan dapat
segera bisa ditarik dengan melakukan beberapa percobaan dan
membandingkan hasil yang terbaik dari setiap percobaan.
4. Kebanyakan suatu organisasi belum siap menggunakan metode
statistika tingkat lanjut seperti menggunakan metode DOE.
5. Ahli science dan ahli teknik pada universitas jarang diajarkan
statistika sampai ke tingkat DOE. Kebanyakan dari mereka hanya
diajarkan teori probabilitas, distribusi probabilitas dan
matematika.
2.10.3 Full factorial
Percobaan full factorial sangat berbeda dengan percobaan-percobaan
lainnya yang sudah dijelaskan sebelumnya, dimana pada percobaan
full factorial ini setiap kombinasi faktor dan level diujicobakan
semua. Oleh karena itu, metode ini akan memiliki keuntungan
dibandingkan dua metode sebelumnya, sebab kesimpulan yang
didapatkan akan lebih akurat dikarenakan setiap kombinasi faktor
diujicobakan. Tetapi, kelemahan dari metode full factorial ini adalah
waktu yang diperlukan dan biaya yang dikeluarkan akan lebih besar
22
karena menjalankan semua kombinasi faktor. Penggunaan metode
DOE seperti dalam factorial design dipercaya lebih akurat dan
memiliki banyak kelebihan dibandingkan dengan pendekatan OFAT
(one factor at a time). Adapun kelebihan dari metode DOE
dibandingkan dengan metode OFAT adalah sebagai berikut (Antony,
1998):
1. Metode DOE dapat mempelajari pengaruh dua atau lebih faktor
dari suatu percobaan secara bersamaan. Hal ini jauh lebih efektif
dibandingkan dengan pendekatan OFAT yang hanya meneliti
satu faktor setiap melakukan percobaan.
2. Metode DOE memerlukan lebih sedikit sumber daya (resources)
seperti waktu, biaya material, jumlah percobaan yang diperlukan
dan lainnya.
3. Percobaan OFAT tidak rnemperhitungkan adanya hubungan atau
interaksi antar faktor. Oleh sebab itu, hasil akhir dari pendekatan
OFAT tidak akan menggambarkan kondisi yang sebenarnya.
Sebaliknya dengan metode DOE dapat memperhitungkan adanya
pengaruh hubungan atau interaksi antar faktor.
4. Metode DOE lanjutan bisa digunakan untuk mencari strategi
terbaik dalam menetapkan nilai untuk tiap level dalam suatu
faktor. Hal ini dikenal dengan istilah response surface method.
5. Metode DOE dapat membangun suatu model matematis yang
akurat untuk memperkirakan berapa hasil yang bisa dicapai
apabila nilai dari tiap level faktor diubah.
23
2.10.4 Fractional factorial
Dikarenakan banyaknya jumlah percobaan yang harus dilakukan
pada metode full factorial, sehingga membuat metode tersebut tidak
selalu bisa digunakan pada semua percobaan, apalagi dengan adanya
keterbatasan waktu dalam melakukan suatu percobaan. Oleh karena
itulah ada metode yang disebut dengan fractional factorial. Metode
ini akan menjalankan hanya sebagian saja dari setiap kombinasi yang
mungkin. Percobaan fractional factorial adalah salah satu metode
yang paling banyak dipakai dalam peningkatan proses dan
pengembangan produk. Penggunaan utama dari metode fractional
factorial ini adalah untuk menyeleksi kombinasi percobaan
(screening experiments). Salah satu metode yang menggunakan
fractional factorial adalah metode Taguchi.
2.11 Metode Taguchi
Metode Taguchi adalah metode yang dibuat oleh Dr. Genichi Taguchi saat
memperbaiki sistem telekomunikasi di Jepang pada tahun 1949. Metode ini
bertujuan untuk memperbaiki kualitas produk dan proses serta untuk
menekan sumber daya dan biaya seminimal mungkin. Metode ini
menitikberatkan pada pencapaian target tertentu dan mengurangi variasi
suatu proses atau produk dengan menggunakan desain parameter. Metode
ini dilakukan menggunakan ilmu statistika yaitu apabila ada sejumlah
parameter yang diperkirakan akan mempengaruhi proses, maka dengan
prinsip statistika bisa dihitung seberapa besar peran dari masing-masing
parameter tersebut dalam mempengaruhi hasil dari proses tersebut.
24
Dengan menggunakan metode Taguchi bisa ditarik kesimpulan parameter
mana saja yang hanya merupakan gangguan (noise) dan parameter mana
saja yang dominan mempengaruhi proses (control factor). Dengan
diketahuinya parameter yang dominan, maka dapat dilakukan suatu optimasi
pada parameter yang dominan tersebut. Sehingga dapat diperoleh proses
yang optimum, oleh karena itulah disebut desain parameter (Putra, 2010).
2.11.1 Orthogonal array
Orthogonal array merupakan sebuah matriks fractional factorial
yang menjamin suatu perbandingan yang seimbang antara level-level
dari faktor ataupun interaksinya pada kombinasi yang dihasilkan.
Orthogonal array digunakan untuk menentukan berapa jumlah
minimal eksperimen yang bisa memberikan informasi sebanyak
mungkin semua faktor yang mempengaruhi parameter. Pemilihan
kombinasi level dan faktor untuk suau ekperimen adalah bagian
terpenting dalam orthogonal array.
Orthogonal array merupakan matriks angka-angka yang disusun ke
dalam sejumlah kolom dan baris. Setiap kolom menyatakan faktor
pada suatu kondisi yang dapat berubah dari suatu percobaan ke
percobaan lainnya dan setiap baris menyatakan level dari sebuah
faktor pada setiap run order. Array disebut dengan orthogonal
dikarenakan setiap level dari sebuah faktor berimbang dan bisa
dipisahkan dalam percobaan dari pengaruh faktor yang lain. Adapun
bentuk umum dari penulisan matriks orthogonal array dapat dilihat
25
pada Gambar 2.9. Adapun bentuk umum dari penulisan matriks
orthogonal array yaitu dapat dilihat pada Gambar 2.9.
Ln (XY)
Gambar 2.9. Penulisan matriks orthogonal array
(Sumber: Roy, 1990)
Keterangan gambar:
L : Rancangan bujur sangkar latin
n : Menunjukkan banyaknya baris atau eksperimen
X : Menunjukkan banyaknya level yang digunakan
Y : Menunjukkan banyaknya faktor yang digunakan
Banyaknya level yang dipakai dalam sebuah faktor digunakan untuk
memilih orthogonal array. Jika pada sebuah faktor jumlah level
yang dipakai sebanyak dua level maka harus memilih orthogonal
array dua level dan begitu juga seterusnya. Matriks orthogonal
array standar dengan 2 level mempunyai beberapa pilihan matriks
orthogonal array yang dapat dilihat pada Tabel 2.2.
Nomor baris Nomor level
Nomor kolom
26
Tabel 2.2. Matriks orthogonal array standar 2 level
Matriks orthogonal array standar 2 level
L4 (23) L8 (2
7) L12 (211) L16 (2
15) L32 (231) L64 (2
63)
Pemilihan jenis orthogonal array yang akan dipakai pada percobaan
didasarkan pada jumlah total dari derajat kebebasan. Adapun
persamaan untuk menghitung total dari derajat kebebasan adalah
sebagai berikut:
Total dof = (Banyaknya faktor) x (Banyaknya level – 1)…(2.5)
Setelah dilakukan perhitungan total derajat kebebasan, selanjutnya
yaitu memilih matriks orthogonal array yang sesuai. Pemilihan
matriks orthogonal array yang cocok atau sesuai dengan eksperimen
adalah total derajat kebebasan pada matriks orthogonal array standar
yaitu pada Tabel 2.2 harus lebih besar atau sama dengan perhitungan
total derajat kebebasan pada eksperimen (Soejanto, 2009).
Adapun beberapa manfaat dari orthogonal array adalah sebagai
berikut (Putra, 2010):
1. Kesimpulan yang didapat bisa menjangkau ruang lingkup faktor
kendali dan masing-masing levelnya secara keseluruhan.
2. Dapat menghemat pelaksanaan percobaan karena tidak
menggunakan prinsip full factorial experiment, akan tetapi
menggunakan prinsip fractional factorial experiment. Artinya,
tidak semua kombinasi level harus dilakukan melainkan hanya
beberapa saja. Untuk menentukan level mana yang harus
27
dilakukan dalam pengambilan data, maka harus mengacu pada
model orthogonal array yang standar.
3. Mudah dalam menganalisis data.
2.11.2 Rasio S/N (Signal-to-Noise ratio)
Taguchi memperkenalkan pendekatan rasio S/N untuk meneliti
pengaruh faktor noise terhadap variasi yang timbul. Jenis dari rasio
S/N tergantung pada karakteristik yang diinginkan. Karakteristik
kualitas yang digunakan dalam metode Taguchi ada 3 jenis, yaitu
sebagai berikut (Zulhendri, 2008):
1. Smaller the better
Karakteristik kualitas dimana semakin rendah nilainya, maka
kualitas semakin baik. Contohnya adalah kekasaran permukaan.
S/N = -10 log [1
𝑛 ∑ 𝑦𝑖
2𝑛𝑖=1 ] ……………………………(2.6)
Dimana:
n = Jumlah tes di dalam percobaan
2. Large the Better
Karakteristik kualitas dimana semakin besar nilainya, maka
kualitas semakin baik. Contohnya kekuatan material.
S/N = -10 log [1
𝑛 ∑
1
𝑦𝑖2
𝑛𝑖=1 ]….…………………….……(2.7)
3. Nominal the better
Karakteristik kualitas dimana ditetapkan suatu nilai nominal
tertentu, jika nilainya semakin mendekati nilai nominal tertentu
28
tesebut maka kualitasnya semakin baik. Contohnya adalah
ukuran produk dimana semakin mendekati ukuran nominal yang
ditetapkan, maka kualitasnya semakin baik.
S/N = -10 log.Ve (untuk variansi saja)…………….……(2.8)
S/N = -10 log [𝑉𝑚−𝑉𝑒
𝑉𝑒 ] (rata-rata dan variansi)………(2.9)
2.12 Analysis of Variance (ANOVA)
Analysis of variance (ANOVA) merupakan teknik yang memungkinkan
untuk menguji perbedaaan variasi pengaruh satu faktor dari sampel yang
diambil. Dengan menggunakan ANOVA dapat ditarik kesimpulan apakah
sampel yang diambil memiliki kesamaan rata-rata atau tidak. Analysis of
variance (ANOVA) digunakan untuk mencari besarnya pengaruh dari setiap
parameter kendali terhadap suatu proses. Besarnya efek tersebut bisa
diketahui dengan membandingkan nilai sum of square dari suatu parameter
kendali terhadap seluruh parameter kendali.
Analysis of variance (ANOVA) pada metode Taguchi digunakan sebagai
metode statistik untuk menginterpretasikan data-data hasil percobaan.
ANOVA merupakan teknik perhitungan yang memungkinkan secara
kuantitatif mengestimasikan kontribusi dari setiap faktor pada semua
pengukuran respon. Analysis of variance (ANOVA) yang digunakan pada
desain parameter berguna untuk membantu mengidentifikasikan kontribusi
faktor sehingga akurasi perkiraan model bisa ditentukan. ANOVA yang
29
digunakan dalam hasil eksperimen dengan metode Taguchi pada umumnya
adalah ANOVA dua arah. ANOVA dua arah adalah data percobaan yang
terdiri dari dua level atau lebih dan dua faktor atau lebih (Putra, 2010).
Berikut merupakan persamaan untuk menghitung jumlah kuadrat, rata-rata
kuadrat, derajat kebebasan, nilai F dan nilai probabilitas. (Soejanto, 2009):
1. Jumlah kuadrat (sum of square)
Jumlah kuadrat setiap faktor, contoh untuk faktor A:
SSA = 𝐴1
2
𝑛𝐴1
+ 𝐴2
2
𝑛𝐴2
+ … 𝐴𝑛
2
𝑛𝐴𝑛
- 𝑇2
𝑁 ….…………………….(2.10)
Dimana:
A1 = Jumlah nilai data pada faktor A level 1
A2 = Jumlah nilai data pada faktor A level 2
𝑛𝐴1= Banyak data pada faktor A level 1
𝑛𝐴2= Banyak data pada faktor A level 2
T = Jumlah seluruh nilai data
N = Banyak data keseluruhan
2. Derajat kebebasan (degree of freedom)
Derajat kebebasan setiap faktor, derajat kebebasan total dengan error
dan derajat kebebasan error.
Va = Banyak level pada faktor A – 1 ...………………………..(2.11)
Vt = Total semua level – 1 ...…………………………………..(2.12)
Ve = Vt – (Va + Vb + … Vn) …………………………………(2.13)
30
Dimana:
Va = Derajat kebebasan faktor A
Vt = Derajat kebebasan total
Ve = Derajat kebebasan error
3. Rata-rata kuadrat (mean square)
Rata-rata kuadrat setiap faktor, contoh untuk faktor A:
MSA = 𝑆𝑆𝐴
𝑉𝐴 …………………………………………………….(2.14)
4. Jumlah kuadrat total
SST = ∑ 𝑦2 …………………………………………………….(2.15)
Dimana:
y = Nilai data
5. Jumlah kuadrat karena rata-rata
SSm = n �̅�2 ……………………………………………………(2.16)
Dimana:
n = Banyak data
6. Jumlah kuadrat error
SSe = SST – SSm – SSfaktor………………………………………(2.17)
Dimana:
SSfaktor = SSA + SSB + … SSn …………………………………..(2.18)
31
7. Rata-rata kuadrat error
MSe = 𝑆𝑆𝑒
𝑉𝑒 ……………………………………………………..(2.19)
8. Nilai F
Pengaruh masing-masing faktor dapat dilihat dari nilai F. Dimana untuk
melakukan pengujian nilai F ini akan dibandingkan dengan F pada tabel
statistik (terlampir). Jika nilai F hitung > F tabel maka faktor tersebut
memberikan pengaruh yang signifikan. Sebaliknya, jika nilai F hitung <
F tabel maka faktor tersebut tidak memberikan pengaruh secara
signifikan. Nilai F dihitung dari pembagian rata-rata kuadrat dengan
rata-rata kuadrat error. Contoh untuk faktor A:
FA = 𝑀𝑆𝐴
𝑀𝑆𝑒 ……………………………………………………...(2.20)
9. Nilai probabilitas
Nilai P atau nilai probabilitas dapat diartikan sebagai peluang kesalahan
yang diamati dari suatu uji statistik. Proses analisis nilai P selalu
dibandingkan dengan α yaitu nilai signifikasi atau juga disebut sebagai
nilai kesalahan maksimum yang dapat diterima. Contoh pada suatu
penelitian yang meggunakan tingkat signifikasi 0,05 berarti jika nilai P <
0,05 maka faktor tersebut memberikan pengaruh yang signifikan.
Sebaliknya, jika nilai P > 0,05 maka faktor tersebut tidak memberikan
pengaruh secara signifikan.
32
BAB III. METODOLOGI PENELITIAN
3.1 Waktu dan Tempat Penelitian
Adapun waktu dan tempat dilaksanakannya penelitian ini adalah sebagai
berikut:
3.1.1 Waktu penelitian
Penelitian ini dilaksanakan mulai dari bulan Januari tahun 2018 sampai
dengan bulan November tahun 2018.
3.1.2 Tempat penelitian
Pemotongan bahan paduan magnesium dilakukan di Laboratorium
Teknologi Produksi Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik Universitas
Lampung. Pemesinan drill paduan magnesium dilakukan di
Laboratorium CNC SMK Negeri 2 Bandar Lampung. Sedangkan
pengukuran kekasaran permukaan dan pengukuran kebulatan lubang
dilakukan di Laboratorium Metrologi Industri Jurusan Teknik Mesin,
Fakultas Teknik Universitas Lampung.
3.2 Alur Penelitian
Secara garis besar, alur pelaksanaan penelitian ditunjukkan pada diagram alir
Gambar 3.1.
33
Gambar 3.1. Diagram alir penelitian
Studi literatur: Magnesium AZ31, pemesinan drill,
parameter pemesinan drill, kekasaran permukaan,
kebulatan, metode Taguchi
Pemilihan bahan magnesium AZ31, pahat HSS dan
mesin CNC.
Melakukan pemesinan drill
dengan menggunakan desain
metode Taguchi
1. Mengukur kekasaran permukaan menggunakan alat
surface roughness tester
2. Mengukur kebulatan lubang dengan menggunakan
profile projector
Data hasil pengujian berupa nilai kekasaran
permukaan dan kebulatan lubang
Penulisan laporan
Simpulan
Analisis data dan pembahasan
Mulai
Selesai
Pemilihan parameter pemotongan:
n: 405 rpm dan 890 rpm
f : 0,1 mm/rev dan 0,3 mm/rev
point angle: 45º dan 65º
lubrikan: tidak menggunakan dan
minyak kelapa sawit
34
3.3 Alat dan Bahan
Adapun alat dan bahan yang digunakan pada penelitian ini adalah sebagai
berikut:
3.3.1 Paduan magnesium AZ31
Paduan magnesium AZ31 dengan dimensi 160 x 120 x 20 mm. Dapat
dilihat pada Gambar 3.2 dan Gambar 3.3.
Gambar 3.2. Material magnesium AZ31
Gambar 3.3. Dimensi benda kerja
35
Material magnesium memiliki karakteristik mekanik yaitu memiliki
kekuatan tarik sebesar 110 N/mm2 dalam bentuk hasil pengecoran
(casting) (Saputra, 2017). Material magnesium juga memiliki
karakterisitik fisik yang dapat dilihat pada Tabel 3.1.
Tabel 3.1. Sifat fisik magnesium
Titik cair, K 922 K
Titik didih, K 1380 K
Energi ionisasi 1 738 kJ/mol
Energi ionisasi 11 1450 kJ/mol
Kerapatan massa (ρ) 1,74 g/cm3
Jari-jari atom 1,60 A
Kapasitas panas 1,02 J/gk
Potensial ionisasi 7,646 Volt
Konduktivitas kalor 156 W/mK
Entalpi penguapan 127,6 kJ/mol
Entalpi pembentukan 8,95 kJ/mol
(Sumber: Andriyansyah, 2014)
3.3.2 Pahat drill HSS
Pahat drill HSS berfungsi sebagai alat untuk melubangi magnesium
paduan AZ31. Pahat drill high speed steels (HSS) merupakan paduan
dari 0,75%-1,5% carbon (C), 4%-4,5% chromium (Cr), 10%-20%
tungsten (W) dan molybdenum (Mo), 5% lebih vanadium (V), dan
cobalt (Co) lebih dari 12% (Wibowo dan Ibrahim, 2014).
36
Gambar 3.4. Pahat drill HSS diameter 12 mm dengan
point angle 450 dan 650
3.3.3 Mesin CNC milling
Mesin CNC milling adalah mesin yang mampu melakukan banyak
tugas dibandingkan dengan mesin perkakas lainnya. Mesin
CNC milling mampu meratakan permukaan datar maupun berlekuk
serta juga dapat digunakan untuk membuat lubang (Saputra, 2017).
Gambar 3.5. Mesin CNC milling
1 3
2
4
Z
Y
X
5
12
12
45°
65°
37
Keterangan gambar:
1. Spindle yaitu bagian dimana cutter terpasang. Spindle ini berfungsi
memutar cutter yang nantinya akan membentuk benda kerja sesuai
dengan bentuk yang diinginkan.
2. Table yaitu tempat benda kerja yang akan diproses.
3. Control Panel yaitu tempat dimana operator mengontrol gerakan
mesin.
4. Tempat penampungan chip yaitu tempat dimana chip dari proses
pemesinan akan ditampung.
5. Axis X Y Z merupakan sumbu dari arah gerak mesin, ada juga axis
A, B, C yaitu merupakan rotary axis yang memutar sumbu axis X Y
Z.
Tabel 3.2. Spesifikasi mesin CNC milling
Merk FOCUS ESEMKA VMC – L540
Serial no FT – 087
Spindle motor 1,5 HP
Number of axis 3
X axis travel 290 mm
Y axis travel 180 mm
Z axis travel 235 mm
ATC 8 Tools
Tool type BT30
Spindle speed 4000 rpm
38
3.3.4 Alat minimum quantity lubrication CEN YING type CEN 01
CEN YING type CEN 01 adalah jenis mesin yang dapat dikendalikan
oleh programmable logic controller (PLC) yang memiliki alat kontrol
tekanan dan telah ditetapkan sebesar 1 Kg/cm2, saat suhu mencapai
100°C sensor akan menghentikan kerja motor. Cara kerja alat ini yaitu
dengan memompakan oli yang ada di dalam tempat penampungan
keluar dengan bantuan motor listrik. Setelah terpompa keluar, oli akan
masuk ke dalam spray gun betemu dengan udara yang berasal dari
kompresor sehingga menghasilkan minimum quantity lubrication.
Gambar 3.6. Alat CHEN YING type CEN 01
Keterangan gambar:
1. Untuk menghubungkan mesin CHEN YING type CEN 01 dengan
arus listrik.
2. Tempat keluaran oli yang sudah terpompa dari dalam tabung.
1
5
4
3
2
39
3. Tekanan keluaran yang akan diperlihatkan oleh pressure gauge.
4. Tempat memasukkan oli ke dalam tabung penampungan.
5. Tempat penampungan oli.
Tabel 3.3. Spesifikasi alat minimum quantity lubrication
Merk CHEN YING
Type CEN 01
Discharge volume 0,3 L / min
Maximum pressure 15 kgf/cm2
Tank capacity 2 L
Consumption power 30 ± 3 W
Maximum operation time 4 min
Volt 1 Ø 220 V, 1A 50 Hz
3.3.5 Bahan lubrikan (pelumas)
Adapun bahan lubrikan yang digunakan pada penelitian ini adalah
menggunkan minyak kelapa sawit. Minyak kelapa sawit bersifat semi
solid dan memiliki ketahanan yang baik terhadap panas dan oksidasi
dalam jangka waktu yang cukup lama. Suhu dapat mempengaruhi nilai
densitas minyak kelapa sawit, dimana suhu yang semakin tinggi akan
menurunkan nilai densitas minyak kelapa sawit (Sinaga, 2011). Pada
penelitian yang telah dilakukan oleh Saputra (2017) didapatkan hasil
bahwa penggunaan minimum quantity lubrication (MQL) dengan
minyak kelapa sawit pada pemesinan frais magnesium AZ31
menghasilkan nilai kekasaran permukaan yang rendah.
40
3.3.6 Surface roughness tester
Surface roughness tester ini berfungsi untuk mengukur kekasaran dari
suatu permukaan dengan standar propertis pengukuran Ra, Rz, Rq dan
dengan ketelitian alat 0.01 µm. Pengukuran kekasaran permukaan
diperoleh dari sinyal pergerakan stylus berbentuk diamond yang
bergerak sepanjang garis lurus pada permukaan sebagai indikator
pengukur kekasaran. Prinsip kerja alat ini adalah dengan menggunakan
transducer dan diolah dengan microprocessor. Gambar dan spesifikasi
alat yang digunakan dapat dilihat pada Gambar 3.7 dan Tabel 3.4.
Gambar 3.7. Surface roughness tester
Tabel 3.4. Spesifikasi surface roughness tester
Merk Mitutoyo SJ-210
Pabrikasi Japan
Ketelitian 0,01 mm
41
3.3.7 Profile projector
Profile projector disini berfungsi sebagai alat untuk mengukur
kebulatan lubang.
Gambar 3.8. Profile projector
3.4 Prosedur Penelitian
Adapun prosedur dari penelitian ini adalah sebagai berikut:
3.4.1 Persiapan bahan
Paduan magnesium dipotong terlebih dahulu menjadi ukuran yang
sudah ditentukan. Pada saat akan dilakukan proses pemesinan drill,
spesimen tidak boleh bergerak dengan memastikan spesimen sudah
dicekam dengan kuat.
42
Gambar 3.9. Persiapan bahan
3.4.2 Persiapan mesin CNC
Memasang pahat twist drill HSS pada mesin CNC, setelah itu
memastikan semua komponen berjalan dengan baik dan tidak ada
kendala pada mesin maupun spindel.
Gambar 3.10. Persiapan mesin CNC
43
3.4.3 Penempatan alat CHEN YING type CEN 01
Meletakkkan alat CHEN YING type CEN 01 dekat dengan mesin CNC
milling agar ujung spray dari alat CHEN YING type CEN 01 sebagai
pembuat minimum quantity lubrication (MQL) dapat langsung menuju
kontak antara pahat dengan benda kerja.
Gambar 3.11. Penempatan alat CHEN YING type CEN 01
Keterangan gambar:
1. Tuas magnet untuk merekatkan ujung spray MQL.
2. Ujung spray yaitu tempat keluarnya minyak dengan kuantitas
minimum.
3. Meja kerja untuk meletakkan benda kerja selama proses
pemesinan.
4. Spindle yaitu bagian dimana cutter terpasang. Spindle ini berfungsi
memutar cutter yang nantinya akan membentuk benda kerja sesuai
dengan bentuk yang diinginkan.
1
4
3
2
44
3.4.4 Proses pemesinan drill
Setelah persiapan mesin CNC, maka proses pemesinan drill paduan
magnesium dapat dilakukan. Pelaksanaan penelitian ini dilakukan untuk
mendapatkan nilai kekasaran pada permukaan benda kerja dan untuk
mendapatkan nilai kebulatan lubang dari hasil pemesinan drill paduan
magnesium. Pada proses permesinan ini menggunakan pahat twist drill
HSS berdiameter 12 mm untuk semua parameter pemesinan yang
digunakan.
Gambar 3.12. Proses pemesinan drill
Tabel 3.5. Parameter proses pemesinan drill
Parameter pemotongan Satuan Level (tingkatan)
1 2
Kecepatan putar (n) rpm 405 890
Gerak makan (f) mm/rev 0,1 0,3
Sudut pahat (point angle) º 45 65
Lubrikan - Tidak
menggunakan
Minyak kelapa
sawit
45
Pada penelitian ini dilakukan pengambilan data menggunakan metode
desain eksperimen taguchi dengan menggunakan 4 faktor yang masing-
masing faktor terdiri dari 2 level, sebagaimana terlihat pada tabel 3.5.
Berdasarkan banyaknya variabel bebas dan jumlah level yang
ditunjukkan pada Tabel 3.6, dilakukan perhitungan derajat kebebasan
untuk menentukan matriks orthogonal array yang digunakan. Langkah
awal yaitu pemilihan matriks orthogonal array untuk menentukan
banyaknya kombinasi unit percobaan yang dapat memberi informasi
sebanyak mungkin dari semua faktor yang mempengaruhi respon.
Matriks orthogonal array yang akan digunakan harus memiliki derajat
kebebasan yang sama atau lebih besar dari pada total derajat kebebasan
faktor dan level yang telah ditetapkan. Adapun perhitungan total
derajad kebebasan dapat dilihat pada Tabel 3.6.
Tabel 3.6. Perhitungan total derajat kebebasan
Variabel bebas Jumlah level (k) Derajat kebebasan (dof)
(k-1)
Faktor A 2 1
Faktor B 2 1
Faktor C 2 1
Faktor D 2 1
Total derajat kebebasan (dof) 4
Total derajat kebebasan juga bisa dihitung dengan menggunakan
persamaan:
Total dof = (Banyaknya faktor) x (Banyaknya level – 1)
= 4 x (2-1)
= 4 Derajat kebebasan
46
Adapun pilihan matriks orthogonal array standar untuk 2 level yaitu
dapat dilihat pada tabel 3.7.
Tabel 3.7. Matriks orthogonal array standar 2 level
Matriks orthogonal array standar 2 level
L4 (23) L8 (2
7) L12 (211) L16 (2
15) L32 (231) L64 (2
63)
Maka untuk memilih matriks orthogonal array yang cocok atau sesuai
dengan eksperimen yaitu dengan menghitung total derajat kebebasan
matriks orthogonal array standar 2 level.
Perhitungan derajat kebebasan L4 (23):
Total dof = (Banyaknya faktor) x (Banyaknya level – 1)
= 3 x (2-1)
= 3 Derajat kebebasan
Perhitungan derajat kebebasan L8 (27):
Total dof = (Banyaknya faktor) x (Banyaknya level – 1)
= 7 x (2-1)
= 7 Derajat kebebasan
Dari hasil perhitungan derajat kebebasan diperoleh 4 derajat kebebasan
yang berada diantara 3 derajat kebebasan dan 7 derajat kebebasan.
Memilih matriks orthogonal array yang cocok atau sesuai dengan
eksperimen adalah derajat kebebasan pada matriks orthogonal array
standar harus lebih besar atau sama dengan perhitungan derajat
kebebasan pada eksperimen (4 derajat kebebasan). Jadi, matriks
orthogonal array yang dipilih adalah L8 (24).
47
Adapun langkah-langkah membuat matriks orthogonal array design L8
(24) dengan software minitab adalah sebagai berikut:
Gambar 3.13. Langkah-langkah membuat matriks orthogonal array
Gambar 3.14. Memasukkan jumlah level dan faktor
Tabel 3.8. Desain matriks orthogonal array L8 (24) metode Taguchi
Run order Kecepatan
putar (n)
Gerak
makan (f)
Sudut pahat
(point angle) Lubrikan
1 1 1 1 1
2 1 1 2 2
3 1 2 1 2
4 1 2 2 1
5 2 1 1 2
6 2 1 2 1
7 2 2 1 1
8 2 2 2 2
48
3.4.5 Pengukuran kekasaran permukaan menggunakan surface
roughness tester
Adapun pengukuran kekasaran permukaan menggunakan surface
roughness tester dapat dilihat pada Gambar 3.15.
Gambar 3.15. Pengukuran kekasaran permukaan
menggunakan surface roughness tester
Setelah proses pemesinan dilakukan, surface roughness tester
diletakkan pada permukaan benda uji kemudian stylus (berupa jarum)
diatur sehingga berada dalam posisi stabil pada pembacaan skala
tekanan terhadap permukaan objek yang akan diukur, setelah posisi
surface roughness tester sudah stabil barulah pengambilan nilai
kekasaran dilakukan dengan menekan tombol start pada alat dan stylus
akan bergerak dengan konstan sesuai dengan sumbu horizontal dan
sejajar dengan benda uji (berada dalam garis lurus). Pengambilan nilai
kekasaran permukaan magnesium dilakukan sebanyak tiga kali dari
setiap pengujian.
49
3.4.6 Pengukuran kebulatan lubang menggunakan profile projector
Adapun pengukuran kebulatan lubang menggunakan profile projector
dapat dilihat pada Gambar 3.16.
Gambar 3.16. Pengukuran kebulatan lubang
menggunakan profile projector.
Menyiapkan alat ukur profile projector yang sudah dikalibrasi, setelah
itu menyiapkan spesimen pada meja ukur, lalu mengatur jarak sumbu x-
y pada titik acuan spesimen secara vertikal dan horizontal selanjutnya
ukur diameter lubang. Pengukuran dilakukan empat kali pada setiap
lubang.
50
3.4.7 Pengambilan data
Data yang telah didapatkan dengan menggunakan surface roughness
tester dan profile projector menunjukkan nilai kekasaran dan nilai
kebulatan dari tiap-tiap parameter yang diujicobakan. Setelah itu data
tersebut dimasukkan ke dalam tabel perbandingan acuan agar dapat
dianalisis. Selanjutnya data yang telah dimasukkan ke dalam tabel
ditampilkan dalam bentuk grafik untuk melihat karakterisasi tiap faktor
yaitu kecepatan putar, gerak makan, point angle dan lubrikan terhadap
kekasaran permukaan dan terhadap kebulatan lubang. Tabel yang
digunakan sebagai acuan pengambilan data ditunjukkan pada Tabel 3.9
untuk nilai kekasaran permukaan dan Tabel 3.10 untuk kebulatan
lubang.
Tabel 3.9. Data hasil pengukuran nilai kekasaran permukaan
Run
order
Kecepatan
putar (n)
Gerak
makan
(f)
Sudut
pahat
(point
angle)
Lubri
kan
Nilai kekasaran
(Ra) (µm) Rata-
rata
(Ra)
(µm) Ra
1
Ra
2
Ra
3
1 405 0,1 45 TM
2 405 0,1 65 MKS
3 405 0,3 45 MKS
4 405 0,3 65 TM
5 890 0,1 45 MKS
6 890 0,1 65 TM
7 890 0,3 45 TM
8 890 0,3 65 MKS
Pengambilan data untuk kekasaran permukaan pada setiap kondisi
pemotongan dilakukan sebanyak tiga kali untuk mendapatkan hasil
yang maksimal.
51
Tabel 3.10. Data hasil pengukuran kebulatan lubang
Run
order
Kecepatan
putar (n)
Gerak
makan
(f)
Sudut
pahat
(point
angle)
Lubri
kan
Gambar dan
diameter (mm) Nilai
kebu
latan
(mm) D1 D2 D3 D4
1 405 0,1 45 TM
2 405 0,1 65 MKS
3 405 0,3 45 MKS
4 405 0,3 65 TM
5 890 0,1 45 MKS
6 890 0,1 65 TM
7 890 0,3 45 TM
8 890 0,3 65 MKS
Pengambilan data untuk kebulatan lubang pada setiap kondisi
pemotongan dilakukan sebanyak empat kali untuk mendapatkan hasil
yang maksimal.
74
BAB V. SIMPULAN DAN SARAN
5.1 Simpulan
Adapun simpulan yang dapat diambil dari penelitian ini adalah sebagai berikut:
1. Hasil ANOVA menunjukkan bahwa parameter yang memberikan pengaruh
signifikan terhadap kekasaran permukaan pada pemesinan drill paduan
magnesium adalah lubrikan dengan nilai P 0,003 dan nilai F 86,98, diikuti
oleh kecepatan putar dengan nilai P 0,031 dan nilai F 14,86.
2. Penggunaan kecepatan putar yang tinggi yaitu 890 rpm, gerak makan yang
rendah yaitu 0,1 mm/rev, point angle yang besar yaitu 65° dan lubrikan
dengan MQL minyak kelapa sawit memberikan hasil kekasaran permukaan
yang terbaik.
3. Hasil ANOVA menunjukkan bahwa parameter yang memberikan pengaruh
signifikan terhadap kebulatan lubang pada pemesinan drill paduan
magnesium adalah lubrikan dengan nilai P 0,025 dan nilai F 17,51.
4. Penggunaan kecepatan putar yang tinggi yaitu 890 rpm, gerak makan yang
rendah yaitu 0,1 mm/rev, point angle yang besar yaitu 65° dan lubrikan
dengan MQL minyak kelapa sawit memberikan hasil kebulatan lubang
yang terbaik.
75
5.2 Saran
Dalam penelitian ini peneliti memasukkan saran yang diberikan untuk
dikembangkan dan harapannya mendapatkan hasil yang lebih maksimal, yaitu
pada pengukuran kebulatan lubang dapat dilakukan dengan menggunakan
coordinate measuring machine (CMM) sehingga kebulatan pada bagian dalam
lubang dapat diukur.
76
DAFTAR PUSTAKA
Andriyansyah. 2014. Pengaruh Parameter Pemotongan Terhadap Kekasaran
Permukaan Dalam Pengefreisan Magnesium Tersuplai Udara Dingin.
Skripsi. Jurusan Teknik Mesin. Universitas Lampung. Bandar Lampung.
Ansyori, Anang. 2015. Pengaruh Kecepatan Potong dan Makan Terhadap Umur
Pahat Pada Pemesinan Freis Paduan Magnesium. Jurnal Mechanical,
Volume 6, Nomor 1.
Antony, Jiju. 1998. Some Key Things Industrial Engineers Should Know About
Experimental Design. Logistics Information Management. Vol. 11.
Basuki, Budi. 2014. Pengaruh Metode Minimum Lubrication Keausan Pahat dan
Kekasaran Permukaan Benda Kerja AISI 4340. Jurnal Teknologi, Volume
7, Nomor 2, 112-117.
Begeman, M.L., Ostwald, P.F., dan Amstead, B.H. 1987. Manufacturing Processes.
8th Edition. Singapore: John Wiley and Sons. Inc.
Buldum, Berat Baris., SIK, Aydin., dan Ozkul, Iskender. 2011. Investigation of
Magnesium Alloys Machinability. International Journal of Electronics,
Mechanical and Mechatronic Engineering Vol 2 Num 3 pp(261-268).
Burhanuddin, Y., Setiawan F., Harun, S., dan Fitriawan, H. 2015. Pemodelan
Penyalaan Pada Proses Bubut Kering Magnesium AZ31 Menggunakan
Jaringan Syaraf Tiruan. Proceeding Seminar Nasional Tahunan Teknik
Mesin XIV (SNTTM XIV).
Chong, K.Z., dan Shih, T.S. 2002. Optimizing Drilling Conditions for AZ61A
Magnesium Alloy. Materials transactions, Vol. 43, No. 8 pp. 2148 to 2156.
Dwiyono, Emil. 2014. Pengaruh Kedalaman Potong Terhadap Kebulatan Pada
Pembubutan Material Baja JISS S45C. Tugas Akhir. Fakultas Teknik.
Universitas Muhammadiyah. Jember.
Embrijakto, R.D. 2018. Kajian Pemesinan Bor Material Magnesium Menggunakan
Metode Taguchi. Tesis. Program Pascasarjana Magister Teknik Mesin.
Universitas Lampung. Bandar Lampung.
77
Fryman, Mark A. 2002. Quality and Process Improvement. New York: Delmar.
Groover, M.P. 2010. Fundamentals of Modern Manufacturing Materials,
Processes and Systems. 4th Edition. New York: John Wiley and Sons. Inc.
Hadimi. 2008. Pengaruh Perubahan Kecepatan Pemakanan Terhadap Kekasaran
Permukaan Pada Proses Pembubutan. Jurnal Ilmiah Semesta Teknika, Vol.
11, No. 1, 18-28.
Ibrahim, G.A. 2014. Analisa Nilai Kekasaran Permukaan Magnesium Yang Difreis
Dalam Kondisi Tersuplai Udara Dingin. Jurusan Teknik Mesin. Universitas
Lampung. Bandar Lampung.
Ibrahim, G.A. 2014. Identifikasi Nilai Kekasaran Permukaan Pada Pemesinan
Paduan Magnesium. Jurnal Mechanical, Volume 5, Nomor 1.
Ibrahim, G.A., Harun, S., dan Doni, A.R. 2015. Analisa Nilai Kekasaran
Permukaan Paduan Magnesium AZ31 Yang Dibubut Dengan Menggunakan
Pahat Potong Berputar. Proceeding Seminar Nasional Tahunan Teknik
Mesin XIV (SNTTM XIV).
Ibrahim, G.A., Subagio, A., Hamni, A., dan Lestari, S.M.P. 2014. Analisa Nilai
Kekasaran Permukaan Magnesium AZ31 Menggunakan Metode Taguchi.
Jurusan Teknik Mesin. Universitas Lampung. Bandar Lampung.
Kalpakjian, S., dan Schmid, S.R. 2001. Manufacturing Engineering and
Technology. 4th Edition. Prentice Hall: Pearson Education. Inc.
Purnomo, Bagus. 2017. Analisa Nilai Kekasaran Permukaan Magnesium AZ31
Yang Dibubut Menggunakan Pahat Putar Dan Udara Dingin. Skripsi.
Jurusan Teknik Mesin. Universitas Lampung. Bandar Lampung.
Putra, Mirza Perdana. 2010. Identifikasi Solusi Alternatif Terhadap Keputusan
Investasi Mesin Produksi Menggunakan Metode Design of Experiments.
Skripsi. Jurusan Teknik Industri. Universitas Indonesia. Depok.
Roy, Ranjit K. 1990. A Primer on the Taguchi Method. Michigan: Dearbon.
Saputra, Robby. 2017. Pengaruh Penambahan Pelumas Pada Pemesinan Frais
Dengan Metode Pelumasan Berkualitas Minimum (MQL) Terhadap Nilai
Kekasaran Permukaan Magnesium AZ31. Skripsi. Jurusan Teknik Mesin.
Universitas Lampung. Bandar Lampung.
Sinaga, R.A. 2011. Kajian Mutu Minyak Sawit Kasar dan Analisis Karakteristik
Olein Serta Stearin Sebagai Hasil Fraksinasinya. Skripsi. Fakultas
Teknologi Pertanian. Institut Pertanian Bogor. Bogor.
78
Soejanto, Irwan. 2009. Desain Eksperimen Dengan Metode Taguchi. Yogyakarta:
Graha Ilmu.
Sudjana, Hardi. 2008. Teknik Pengecoran Logam Jilid 1. Jakarta: Direktorat
Pembinaan Sekolah Menengah Kejuruan. Departemen Pendidikan
Nasional.
Surdia, Tata., dan Saito, Shinroku. 1999. Pengetahuan Bahan Teknik. Jakarta:
Pradnya Paramita.
Wibowo, Dodi., dan Ibrahim, G.A. 2014. Pengeboran Baja ASTM A1011
Menggunakan Pahat High Speed Steel Dalam Kondisi Dilumasi Cairan
Minyak. Jurnal Mechanical, Volume 5, Nomor 2.
Widarto. 2008. Teknik Pemesinan Jilid 2. Jakarta: Direktorat Pembinaan Sekolah
Menengah Kejuruan. Departemen Pendidikan Nasional.
Zulhendri, dan Yusri. 2008. Penggunaan Metode Parameter Taguchi Dalam
Mengidentifikasi Kekasaran Permukaan Optimum Proses Bubut. Jurnal
Teknik Mesin. Vol. 5, No. 2, ISSN 1829-8958.