pengaruh kecepatan potong tinggi terhadap...
TRANSCRIPT
PENGARUH KECEPATAN POTONG TINGGI TERHADAP KUALITAS PERMUKAAN BENDA KERJA
PADA PROSES BUBUT
Disusun oleh:
ROSEHAN 86.99.03.05.5X
PROGRAM PASCASARJANA BIDANG ILMU TEKNIK PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN
UNIVERSITAS INDONESIA
JULI, 2001
PENGARUH KECEPATAN POTONG TINGGI
TERHADAP KUALITAS PERMUKAAN BENDA KERJA PADA PROSES BUBUT
Disusun oleh:
ROSEHAN 86.99.03.05.5X
TESIS INI DIAJUKAN UNTUK MELENGKAPI SEBAGIAN PERSYARATAN MENJADI MAGISTER TEKNIK
PROGRAM PASCASARJANA BIDANG ILMU TEKNIK PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN
UNIVERSITAS INDONESIA
JULI, 2001
PERNYATAAN KEASLIAN TESIS
Saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa tesis dengan judul:
“Pengaruh kecepatan potong tinggi terhadap kualitas permukaan benda kerja pada proses bubut”
yang dibuat untuk melengkapi sebagian persyaratan menjadi Magister Teknik
pada Program Studi Teknik Mesin Program Pascasarjana Universitas
Indonesia, sejauh yang saya ketahui bukan merupakan tiruan atau duplikasi
dari tesis yang sudah dipublikasikan dan atau pernah dipakai untuk men-
dapatkan gelar Magister di lingkungan Universitas Indonesia maupun di
Perguruan Tinggi atau Instansi manapun, kecuali yang sumbernya dicantum-
kan sebagaimana mestinya.
Jakarta, 04 Juli 2001
(Rosehan)
NPM. 86.99.03.05.5X
ii
PERSETUJUAN
Tesis dengan judul:
“Pengaruh kecepatan potong tinggi terhadap kualitas permukaan benda kerja pada proses bubut”
Dibuat untuk melengkapi persyaratan kurikulum program Magister Bidang
Ilmu Teknik Universitas Indonesia guna memperoleh gelar Magister Teknik
pada program Pascasarjana studi Teknik Mesin.
Tesis ini dapat disetujui untuk diajukan dalam sidang Ujian Tesis.
Dosen Pembimbing II
Ir. Henky S. Nugroho, MT
Jakarta, 30 Juli 2001
Dosen Pembimbing I
Dr. Ir. Danardono A.S.
iii
UCAPAN TERIMA KASIH
Syukur Alhamdulillah penulis ucapkan kehadirat Allah Yang Maha Esa,
telah melimpahkan rahmatNya. Sehingga penulis dapat menyelesaikan Tesis ini.
Tesis ini disusun untuk memenuhi salah satu syarat menjadi Magister
Teknik pada program Studi Teknik Mesin Program Pascasarjana Universitas
Indonesia. Tugas ini membahas tentang pengaruh kecepatan potong tinggi
pada proses pembubutan.
Dengan selesainya Tesis ini, penulis menyampaikan ucapan terima kasih
kepada:
1. Bapak Dr. Ir. Danardono A.S. dan Ir. Henky S. Nugroho, MT, selaku
pembimbing penulis dalam menyelesaikan Tesis ini
2. Bapak Dr. Ir. Yanuar, selaku Ketua Program Studi Teknik Mesin
Program Pasca Sarjana Universitas Indonesia.
3. Bapak Ir. Sofyan D., MT, selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin Universitas
Tarumanagara.
4. Istriku Anna Resha R. serta anak-anakku R.G. Margareka, Rizhsky D.,
R.A. Ramadhan yang selalu memberikan dukungan moril.
5. Ayah, Ibu serta adik-adik yang ikut memberikan dorongan moril.
6. Iwan Santoso, dan semua pihak yang tidak bisa penulis sebutkan satu
persatu yang telah memberikan bantuan sehingga terwujudnya Tesis ini.
Akhir kata dengan selesainya penulisan Tesis ini, dapat dimanfaatkan
sebagaimana mestinya.
Jakarta, 04 Juli 2001
Penulis,
(Rosehan)
NPM. 86.99.03.05.5X
iv
ABSTRAKSI
Tesis ini meneliti pengaruh kecepatan potong tinggi dengan
menggunakan mesin perkakas MAZAK QUICK TURN 8N terhadap kualitas
permukaan. Data yang diperoleh dari penelitian ini adalah beban pada
sumbu–sumbu mesin, kekasaran permukaan dan tebal geram.
Proses pemesinan adalah pelepasan material dari permukaan benda
kerja menggunakan pahat potong. Untuk memperbesar pelepasan material
dilakukan dengan cara meningkatkan kecepatan potong (cutting speed) di
atas 600 m/min. Pada proses pemesinan banyak pengaruh yang akan timbul
seperti; keausan pahat, gaya pemotongan, temperatur pemotongan, bentuk
geram yang akan dihasilkan, hasil akhir dari permukaan benda kerja dan
biaya produksi.
Kecepatan potong tinggi membentuk geram yang mempengaruhi
kualitas permukaan benda kerja. Kualitas permukaan selain dipengaruhi oleh
parameter pemesinan dan kondisi pemesinan juga dipengaruhi oleh geometri
pahat.
v
ABSTRACTION
This thesis is to investigate the effect of high cutting speed to the
surface quality with the help of MAZAK QUIK TURN 8N machine tools. The
data get from this research are the load of respective machine axis, surface
roughness, and chips formation.
Machining process is defined as material removal from the surface of
the work pieces using cutting tools. The cutting speed that are higher than
600 m/min could increase the rate of chips removal. Generally, machining
process mush influences such as: tool wear, cutting force, cutting
temperature, chips formation, surface finish and production cost.
High speed cutting will produces chips that affect the surface finish of
the work pieces. In addition to influenced by machining parameter, the surface
quality is affected by geometry as well.
vi
DAFTAR ISI
Judul i
Pernyataan Keaslian Tesis ii
Persetujuan iii
Ucapan Terima Kasih iv
Abstraksi v
Abstraction vi
Daftar Isi vii
Daftar Gambar ix
Daftar Tabel x
Daftar Simbol xi
BAB I: PENDAHULUAAN 1
1.1. Latar Belakang Masalah 1
1.2. Pokok Permasalahan 2
1.3. Pembatasan Masalah 3
1.4. Tujuan Penelitian 3
1.5. Metode Penelitian 3
1.7. Sistematika Penulisan 4
BAB II: LANDASAN TEORI 5 2.1. Pengertian Proses Pemesinan 5
2.2. Elemen Dasar Proses Pemesinan 5
2.3. Mekanisme Pembentukan Geram 6
2.3.1. Komponen gaya pembentukan geram 7
2.3.2. Sistem pemotongan miring (oblique cutting) 9
2.3.3. Daya pemotongan 10
2.4. Rasio Pemotongan 10
2.5. Geometri Pahat 12
2.5.1. Bagian-bagian pahat 12
2.5.2. Luas penampang potong 13
vii
2.6. Kekasaran permukaan 14
2.6.1. Kekasaran Ideal 14
2.6.2. Kekasaran sesungguhnya 15
2.6.3. Parameter permukaan 15
BAB III: METODE PENELITIAN 18
3.1. Alat dan Material Penelitian 19
3.2. Rancangan Penelitian 19
3.2.1. Penentuan material benda kerja dan pahat 19
3.2.2. Program NC 20
3.2.3. Rancangan tabel data percobaan 20
3.2.4. Rancangan proses pemesinan 21
3.2.5. Pengukuran 21
3.3. Prosedur Pengujian 22
3.3. Parameter dan Variabel yang ditentukan 24
3.4. Analisa Korelasi dan Regresi 24
BAB IV: PENGUMPULAN DAN PENGOLAHAN DATA 24
4.1. Data Mesin 24
4.2 Data Material 24
4.3. Data Pemesinan 24
4.4. Data Pahat 26
4.5. Data Hasil Pengamatan 27
4.6. Analisa Model Regresi 27
4.7. Pengolahan Data 30
BAB V: ANALISA DAN PERHITUNGAN 32 5.1. Gaya Pemotongan 32
5.2. Sudut Geser 33
5.3. Kekasaran Permukaan 34
BAB VI: KESIMPULAN 37
DAFTAR PUSTAKA 38
LAMPIRAN A. 40
LAMPIRAN B. 48
viii
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1. Parameter proses bubut 6
Gambar 2.2. Diagram gaya pemotongan (lingkaran Merchant) 7
Gambar 2.3. Pemotongan tegak dan miring 9
Gambar 2.4. Komponen gaya potong dalam ruang 10
Gambar 2.5. Geometri geram terhadap kedalaman potong 11
Gambar 2.6. Kinematika dari proses pelepasan geram 11
Gambar 2.7. Pahat dan sisipan pahat 12
Gambar 2.8. Geometri permukaan kekasaran ideal pada pembubutan 15
Gambar 2.9. Ilustrasi profil permukaan 16
Gambar 3.1. Skema langkah penelitian 18
Gambar 3.2. Ilusrasi Prosedur Percobaan 23
Gambar 4.1. Grafik data beban sumbu-sumbu terhadap kecepatan potong 28
Gambar 4.2. Grafik data kekasaran permukaan terhadap kecepatan potong 28
Gambar 4.3. Grafik data tebal geram, terhadap kecepatan potong 29
Gambar 5.1. Grafik gaya-gaya pemotongan terhadap kecepatan potong 32
Gambar 5.2. Geometri permukaan terhadap radius pahat 34
Gambar 5.3. Grafik kekasaran permukaan terhadap kecepatan potong 35
Gambar 5.4. Geometri pahat sisipan 36
Gambar 5.5. Ilustrasi sudut geser pada benda kerja 36
ix
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1. Beberapa profil teoritis dengan harga parameter 16
Tabel 2.2. Panjang sampel terhadap kekasaran permukaan 17
Tabel 3.1. Rancangan tabel data penelitian 21
Tabel 4.1. Data pemesinan 26
Tabel 4.2. Data pengamatan 27
Tabel 4.3. Data prediksi 30
Tabel 4.4. Hasil perhitungan kecepatan geram dan kecepatan sudut 31
Tabel 4.5. Hasil perhitungan torsi aktual dan gaya-gaya pemotongan. 31
Tabel 5.1. Gaya-gaya pemotongan terhadap kecepatan potong 33
Tabel 5.2. Kecepatan geram, kecepatan geser, sudut geser dan sudut gesek terhadap kecepatan potong 34
x
DAFTAR SIMBOL
α : sudut geram [ o ]
β : sudut gesek [ o ]
γ : sudut potong bantu [ o ]
εr : sudut potong samping [ o ]
κ : sudut.potong utama [ o ]
φ : sudut geser [ o ]
µ : koefisien gesek
τs : tegangan geser pada bidang geser [N/mm2]
Ag : luas penampang geram [mm2]
As : luas bidang geser [mm2]
ap : kedalaman potong [mm]
d : diameter rata-rata [mm]
do : diameter mula [mm]
dm : diameter akhir [ mm ]
F : gaya gesek [N]
Fc : gaya potong [N]
Ff : gaya makan [N]
Fn : gaya normal pada bidang geser [N]
fn : gerak makan (feed) [mm/r]
Fr : gaya radial [N]
Fs : gaya geser [N]
hmax : tinggi maksimum ketidakrataan [µm]
Lt : panjang potong [mm]
n : putaran poros utama [min-1]
N : gaya normal pada bidang geram [N]
P : daya motor [kW]
Pc : daya potong [kW]
Pf : daya gerak makan [kW]
xi
Px : beban sumbu X [ % ]
Ps : beban poros utama [ % ]
Pz : beban sumbu Z [ % ]
R : gaya total [N]
Ra : kekasaran permukaan [µm]
Rg : kedalaman perataan [µm]
Rp : kekasaran rata-rata kwadratis [µm]
Rt : kekasaran total [µm]
rc : rasio pemotongan [mm]
rβ : radius pahat [mm]
t : tebal geram setelah pemotongan [mm]
to : tebal geram sebelum dipotong [mm]
ts : tebal geram pada daerah geser [mm]
tc : waktu pemotongan [menit]
T : Torsi [kgf-m]
Vc : kecepatan potong [m/min]
Vf : kecepatan gerak makan [mm/min]
Vg : kecepatan alir geram [m/min]
Vs : kecepatan geser [m/min]
xii
BAB I PENDAHULUAN
1.1. LATAR BELAKANG MASALAH Proses pemesinan adalah pelepasan material dari permukaan benda
kerja menggunakan pahat potong. Bertambahnya permintaan untuk
memperbesar produktivitas dengan biaya produksi rendah, maka dilakukan
dengan cara meningkatkan kecepatan potong (cutting speed) di atas 600
m/min. Teknologi kecepatan potong tinggi (high speed cutting) merupakan
salah satu cara untuk meningkatkan produktivitas. Pemesinan komponen
dilakukan dengan meningkatkan volume pelepasan material benda kerja,
merupakan suatu pengurangan waktu pemesinan yang berarti.
Proses pemesinan dengan kecepatan tinggi dapat dilakukan mesin
bubut, mesin frais, mesin drilling dan mesin boring. Pada proses pemesinan
ini banyak pengaruh yang akan timbul seperti; keausan pahat, gaya
pemotongan, temperatur pemotongan, bentuk geram yang akan dihasilkan,
hasil akhir dari permukaan benda kerja dan biaya produksi. Pengaruh yang
ditimbulkan saling berkaitan satu sama lain.
Pada mesin perkakas, bidang utama riset adalah perkembangan dari
pengaruh material alat potong, geometri alat potong dan kondisi pemotongan
terhadap kualitas benda kerja. Riset dilakukan Dipl.-Ing. Philipp Andrae
dengan judul “High Speed Cutting”, yaitu meneliti tentang alat potong end
mills menggunakan mata potong spiral terbuat dari polycrystalline cubic boron
nitride (PCBN) yang baru dikembangkan dari jenis mata potong end mills
PCBN dengan mata potong lurus 14). Sedangkan Essam El-Magd dan
Christoph Treppmann, mensimulasikan pemeriksaan dari bentuk geram pada
proses pemotongan kecepatan tinggi menggunakan Split Hopkinson Bar Test
dengan judul riset “Simulation of Chip Root Formation at High Cutting Rates
by Means of Split-Hopkinson Bar Test”, Hasil photomicrographts bentuk
geram pada kecepatan potong tinggi, merupakan dasar dari penelitian
pembentukan geram selama proses kecepatan potong tinggi 15). Penelitian
1
dilakukan oleh Hans Kurt Tonshoff, Raouf Ben Amor dan Philipp Andrae
berjudul “Chip Formation in High Speed Cutting (HSC)”, yaitu menghitung dan
mengevaluasi karateristik dasar gaya pemotongan dan bentuk geram pada
kecepatan potong tinggi. Perubahan gaya pemotongan, aliran material, dan
geseran material berlebihan pada kecepatan potong dianalisis 16). D.Y. Jang
dan A. Seireg dengan judul, “Machining Parameter Optimization for Specified
Surface Conditions” meneliti prosedur umum pemilihan parameter pemesinan
pada mesin yang melakukan pelepasan material maksimum untuk beberapa
ketentuan kualitas permukaan dan umur pahat 6).
Penelitian ini dilakukan pada kecepatan potong (Vc) bervariasi antara
600 m/min sampai 1350 m/min, menyelidiki pengaruh kecepatan potong tinggi
terhadap kekasaran permukaan benda kerja. Besar beban pemotongan pada
sumbu utama, sumbu X dan sumbu Z didapat dari kontrol mesin, sedangkan
tebal geram diperoleh dari pengukuran geram yang dihasilkan. Data-data
yang diperoleh akan dianalisa untuk menyelidiki sejauh mana kecepatan
potong tinggi mempengaruhi kekasaran permukaan. Diharapkan dari
penelitian ini akan diperoleh data pemesinan yang diperlukan untuk
perencanaan proses pemesinan maupun kemampuan dari mesin perkakas
tersebut.
1.2. POKOK PERMASALAHAN
Proses pembubutan termasuk dalam klasifikasi proses pemotongan
dengan mesin perkakas menggunakan pahat bermata potong tunggal.
Komponen mesin banyak diproduksi dari proses pembubutan yang
memerlukan ketelitian. Adapun ketelitian ini meliputi karateristik geometri
mencakup dimensi bentuk sempurna dan kekasaran permukaan benda kerja.
Secara teoritis kekasaran permukaan (Ra) merupakan fungsi dari gerak
makan (fn) dan geometri pahat untuk berbagai kecepatan potong (Vc).
Berdasarkan pada suatu simulasi dinamik, kekasaran permukaan merupakan
fungsi kecepatan potong (Vc), kedalaman potong (ap), gerak makan (fn),
radius pahat (rβ) dan frekwensi pribadi pahat 6). Kekasaran permukaan benda
kerja juga dipengaruhi oleh kekerasan material, geometri produk, keausan
pahat, cairan emulsi dan kemampuan mesin perkakas melakukan
2
pemotongan. Kecepatan potong tinggi akan mempengaruhi sudut geser (φ),
sudut geser merupakan fungsi dari gaya pemotongan yang mempengaruhi
kekasaran permukaan.
1.3. PEMBATASAN MASALAH
Batasan masalah yang dilakukan, antara lain:
1. Pengujian dilakukan pada satu jenis benda kerja dengan kekerasan 177
BHN berbentuk silindris.
2. Mesin bubut yang digunakan adalah mesin bubut CNC merk Mazak type
Turn 8N menggunakan kontrol Mazatrol type T Plus.
3. Kecepatan potong ditetapkan antara 600 m/min sampai 1350 m/min.
4. Variabel yang berpengaruh terhadap kekasaran permukaan, adalah:
kecepatan potong (Vc),
5. Pahat bubut yang digunakan Cemented Carbide CNMG 120408-WF new
grade GC4015,
6. Kriteria penggantian pahat ditetapkan dari beban potong dan kekasaran
permukaan.
7. Menggunakan cairan emulsi sebagai media pendingin.
1.4. TUJUAN PENELITIAN
Mengkaji secara exprimental pengaruh kecepatan potong (Vc) terhadap
kekasaran permukaan (Ra).
1.5. METODE PENELITIAN
Pada dasarnya penelitian ini dititik beratkan pada proses pembubutan
dengan kecepatan potong tinggi terhadap material benda kerja.
Untuk memperoleh dan mengumpulkan data serta informasi yang
dibutuhkan digunakan beberapa metode penelitian:
1. Penelusuran yang berkaitan dengan penelitian ini baik berupa jurnal
textbook dan sebagainya.
2. Melakukan pengamatan langsung proses pemesinan dan pengukuran
kekasaran permukaan benda kerja, tebal geram serta pengecekan
keausan pahat.
3
3. Pengumpulan data, pemilihan yang terdiri dari:
spesifikasi mesin bubut, geometri dan bahan pahat, material benda kerja
1.6. SISTEMATIKA PENULISAN BAB I : Pendahuluan
Berisi latar belakang masalah, pokok permasalahan, pembatasan
masalah, tujuan penelitian, metode penelitian, metode pembahasan
dan sistematika penulisan .
BAB II : Landasan teori
Pada bab ini membahas mengenai pengertian proses pemesinan,
elemen dasar proses pemesinan, mekanisme pembentukan geram,
rasio pemotongan, geometri pahat, kekasaran permukaan.
BAB III : Metode Penelitian
Pada bab ini berisi proses pengujian yang akan dilakukan meliputi
bahan, alat utama yang akan digunakan, dan prosedur pengujian.
BAB IV : Pengumpulan dan Pengolahan Data
Data-data yang diperoleh, Data hasil pengamatan, Analisa model
regresi dan pengolahan data.
BAB V : Analisa dan perhitungan
Bab ini menguraikan hasil pengujian dan analisa data dari hasil yang
diperoleh. Dari hasil pengolahan data akan dibandingkan dengan
perhitungan teoritis.
BAB VI : KESIMPULAN
Berisikan kesimpulan yang diperoleh dari hasil pengujian
dihubungkan dengan teori.
DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN
4
BAB II LANDASAN TEORI
2.1. PENGERTIAN PROSES PEMESINAN Mesin bubut merupakan salah satu mesin pekakas industri digunakan
untuk memotong benda kerja berbentuk silinder dengan pahat bermata
potong tunggal. Selain memotong, mesin bubut dapat pula digunakan untuk
membuat ulir, menghaluskan permukaan, membuat profil, dan untuk
membuat lubang dalam.
Macam-macam proses dapat dilakukan oleh mesin bubut, yaitu:
- bubut silindrik (turning)
- bubut muka (facing)
- bubut alur (grooving)
- pemotongan (cut off)
- meluaskan lubang (boring)
- bubut bentuk (forming)
- bubut silindrik dengan menumpu (box turning)
- bubut inti (trepanning)
Prinsip kerja mesin bubut, yaitu benda kerja dipegang oleh pencekam
yang terdapat pada poros utama (spindle). Benda kerja ini bergerak berputar
pada poros utama, sedangkan pahat ditempatkan pada dudukan pahat
bergerak translasi melakukan gerak potong (feed). Pada mesin bubut CNC
gerak potong, putaran spindel, kecepatan potong konstan dan kedalaman
potong diatur melalui kontrol terprogram, sehingga mesin dapat melakukan
proses pemotongan presisi tinggi.
2.2. ELEMEN DASAR PROSES PEMESINAN Kondisi pemotongan pada mesin bubut dapat ditentukan variabel-
variabelnya sebagai berikut:
Benda kerja: do : diameter mula; [ mm ]
dm : diameter akhir ; [ mm ]
Lt : panjang pemotongan; [ mm ]
5
Pahat: κ : sudut potong utama; [ o ]
γ : sudut geram; [ o ]
Mesin bubut : ap : kedalaman potong; [ mm ]
fn : gerak makan; [ mm/r ]
n : putaran poros utama; [rpm]
dmdo
fn
n
ap
κγ
Gambar 2.1. Parameter proses bubut. Rumus-rumus elemen dasar mesin bubut adalah sebagai berikut:
Kecepatan potong:
Kecepatan potong dikelompokan menjadi tiga tingkatan, yaitu; 600 m/min –
1800 m/min, disebut kecepatan tinggi (high speed); 1800 m/min – 18.000
m/min , kecepatan sangat tinggi (very high speed); lebih besar 18.000 m/min
kecepatan teramat sangat tinggi (ultra high speed) 1).
1000
... ndc
π=V 2.1
di mana; d: diameter rata-rata
Kecepatan gerak potong:
V 2.2 nfnf .=
Waktu pemotongan:
f
tc V
L=t 2.3
2.3. MEKANISME PEMBENTUKAN GERAM
Pemotongan terjadi karena adanya gerakan relatif antara pahat
dengan benda kerja, di mana sisi potong pahat melakukan penestrasi pada
benda kerja disebabkan oleh tekanan yang besar diberikan kepada benda
6
kerja melalui sisi potong pahat. Akibat dari pergerakkan relatif dan penestrasi
dilakukan oleh pahat pada benda kerja, maka bagian logam yang terkena
penestrasi tadi akan terlepas.
2.3.1. Komponen gaya pembentukan geram Ditinjau dari sistem pemotongan pahat bubut terbagi menjadi:
1. sistem pemotongan miring (oblique cutting system)
2. sistem pemotongan tegak (orthogonal cutting system)
Pada sistem pemotongan tegak merupakan penyederhanaan dari sistem
pemotongan miring di mana gaya dan komponennya hanya dianalisa pada
satu bidang, maka gaya total (R) dapat diuraikan menjadi dua komponen
gaya yang saling tegak lurus, antara lain 2):
1. Ditinjau terhadap proses deformasi material, yaitu; gaya geser (Fs) dan
gaya normal (Fn) pada bidang geser.
2. Dapat diketahui arah dan besarnya dengan cara membuat dinamometer
(alat ukur gaya) yang mengukur dua komponen, yaitu; gaya potong (Fc)
yang searah dengan kecepatan potong dan gaya makan (Ff) searah
dengan kecepatan gerak potong.
3. Gaya total (R) yang bereaksi pada bidang geram, yaitu gaya gesek (F)
dan gaya normal (N) pada bidang geram.
c
Ff
FsFc
Fn
R FN
bendakerja
pahat
α
φ
β
Gambar 2.2. Diagram gaya pemotongan (lingkaran Merchant).
Lihat diagram gaya pada gambar 2.2., dapat dinyatakan persamaan gaya-
gaya yang terjadi 2):
F 2.4 φ⋅−φ⋅= sinFcosF fcs
F 2.5 φ⋅+φ⋅= cosFsinF fcn
7
F 2.6 α⋅+α⋅= cosFsinF fc
N 2.7 α⋅−α⋅= sinFcosF fc
di mana:
F 2.8 )tan(Fcf α−β⋅=
Koefisien gesek pada geram-muka pahat dapat diperoleh sebagai berikut:
β=α⋅−α⋅α⋅+α⋅
== −1tansinFcosF
cosFsinFNF
fc
fcµ
maka:
α⋅−α⋅+
=tanFFtanFF
fc
cfµ 2.9
Kekuatan geser dari material sepanjang bidang geser selama berlangsung
operasi pemotongan. Tegangan geser (dinamik), dengan demikian kekuatan
benda kerja merupakan faktor penentu pada proses pemesinan. Persamaan
tegangan geser bekerja sepanjang bidang geser dapat dihitung berikut ini:
s
ss A
F=τ
Di mana As adalah luas dari bidang geser; As = Ag / sin φ , Ag adalah luas
penampang potong. Dengan mensubsitusikan persamaan 2.4, maka:
g
fcs A
sin]sinFcosF[ φφ⋅−φ⋅=τ 2.10
Dari gambar 2.2, terlihat bahwa,
F )cos(Rs α−β+φ⋅=
sehingga,
)cos(
Fs
α−β+φ=R
di mana , φ
τ=⋅τ=sinA
AF gsss
maka,
)cos(sin
Ags
α−β+φ⋅
φ
⋅τ=
1R 2.11
Dari gambar 2.2, terlihat bahwa,
F 2.12 )cos(Rc α−β⋅=
8
maka,
)cos(
)cos(sin
Agsc α−β+φ
α−β⋅
φ
⋅τ=F 2.13
2.3.2. Sistem pemotongan miring (oblique cutting) Sistem pemotongan tegak (orthogonal cutting) terjadi bila sudut potong
utama κ = 90o, seperti pada gambar 2.3.(a). Sistem pemotongan tegak dapat
dianalisa komponen gaya yang terjadi dianggap pada suatu bidang.
Sedangkan dalam sistem pemotongan miring (oblique cutting) sudut potong κ
≠ 90o, seperti pada gambar 2.3.(b). komponen gaya terjadi dianggap dalam
ruang.
benda kerja
pahat
geram
(a) (b) Gambar 2.3. Pemotongan tegak dan miring. (a) Tegak. (b) Miring
Dalam sistem pemotongan miring gaya pemotongan dianggap dalam
ruang yang akan diuraikan menjadi tiga komponen seperti pada gambar 2.4.
Besarnya komponen gaya dapat diukur dengan menggunakan dynamometer
yang diletakkan pada gagang pemegang pahat sisipan atau mesin dilengkapi
dengan pengukuran beban pada sumbu-sumbu. Tiga komponen gaya
pemotongan yang terjadi di dalam ruang; Fc, Ff, dan Fr, seperti ditunjukkan
pada gambar 2.4. Gaya potong (Fc) searah dengan kecepatan potong, gaya potong
merupakan komponen yang menghasilkan gaya terbesar dari komponen gaya
lainnya, yaitu ± 99% dari energi yang dibutuhkan selama proses.
Gaya makan (Ff) searah dengan gerak memanjang, gaya makan (feed force)
ini merupakan gerakan pahat melakukan pemotongan yang menentukan hasil
akhir permukaan benda kerja. Besarnya gaya makan ini berkisar 40% dari
gaya potong. Gaya radial (Fr) terjadi searah sumbu X atau kedalaman potong.
9
Gaya ini secara nyata sangat kecil, yaitu 20% dari gaya potong atau 50% dari
gaya makan. 2).
Fc Fr
FfVf
Vc
pahat
geram
benda kerja
Gambar 2.4. Komponen gaya potong dalam ruang
2.3.3. Daya pemotongan
Daya pemotongan dalam proses pembentukan geram ditentukan oleh
gaya pemotongan dengan kecepatan pemotongan, atau momen puntir pada
pahat dengan putaran sumbu utama. Momen puntir dan gaya potong dapat
diukur secara langsung dengan memakai dinamometer. Daya potong untuk
proses bubut terlihat pada persamaan berikut 3):
00060.VF cc
c⋅
=P 2.14
dan
00000060 ..
VF fff
⋅=P 2.15
2.4. RASIO PEMOTONGAN Dapat dilihat pada gambar 2.2., selama dilakukan pemotongan,
material benda kerja dibagian ujung pahat menerima pemampatan, dan
mengakibatkan tebal geram menjadi lebih besar dari tebal geram sebelum
terpotong. Rasio dari to/t disebut rasio pemotongan (rc) dan dapat dijabarkan
sebagai berikut 2):
)cos(sin
)cos(tsint
ttr
s
soc α−φ
φ=
α−φ⋅φ⋅
== 2.16
Persamaan di atas dapat ditulis berikut ini:
10
α⋅−α⋅
=φsinr
cosr
c
c
1tan 2.17
Pada persamaan 2.4., sudut geser φ dapat dihitung bila sudut geram α, tebal
pemotongan dan tebal geram diketahui.
α
φ
α
(φ-α)
to
bendakerja
pahat
ts
tc
Gambar 2.5. Geometri geram terhadap kedalaman potong
Hubungan antara kecepatan terhadap tebal geram dengan meng-
anggap lebar geram konstan, maka dapat dilihat persamaannya sebagai
berikut 2):
tVtV goc ⋅=⋅
atau
co
c
g rtt
VV
== 2.18
dapat ditulis juga seperti berikut ini:
)cos(sinVrVV cccg α−φ
φ=⋅= 2.19
to φ
tc
(90°-φ+α)
(φ-α)
(90°-α)Vc
VgVs
φ
(φ-α)
α
Gambar 2.6. Kinematika dari proses pelepasan geram
Karena adanya pemampatan tebal geram, maka kecepatan aliran
geram selalu lebih rendah daripada kecepatan potong. Pada gambar 2.6.
11
menunjukkan kecepatan aliran geram Vg dan kecepatan potong Vc.
Berdasarkan penjumlahan vektor kecepatan, maka kecepatan elemen geram
ditunjukkan oleh vektor kecepatan geser Vs. Berdasarkan segitiga kecepatan
maka dapat dibuat persamaan sebagai berikut 2):
φ=
α−=
α+φ− sinV
)sin(V
)sin(V gsc
9090
Persamaan ini dapat juga ditulis dalam bentuk:
φ=
α=
α−φ sinV
cosV
)cos(V gsc
maka kecepatan geser dapat dihitung dengan persamaan:
φα
sincosVV gs = 2.20
2.5. GEOMETRI PAHAT
Pada mesin perkakas, pahat dibagi menjadi dua jenis, yaitu; pahat
bermata potong tunggal (single point cutting tool) dan bermata potong
majemuk (multi point cutting tool). Pahat bermata potong tunggal umumnya
digunakan untuk pahat bubut dan pahat sekrap, sedangkan bermata potong
majemuk umumnya digunakan pada mesin frais dan mesin drilling.
2.5.1 Bagian-bagian pahat Secara sistematik pahat dibedakan menjadi tiga bagian pokok, yaitu;
eleman, bidang aktif, dan mata potong pahat. Beberapa bagian dari pahat
dapat didifinisikan sebagai berikut (lihat gambar 2.7) :
ab
c
AκSκ
Aγ
Sγ
Aα
AαA’α
Gambar 2.7., Pahat dan sisispan pahat 4)
12
Elemen pahat:
a : pemegang/gagang (shank), bagian pahat untuk dipasang pada
mesin pekakas sekaligus pemegang pahat sisipan.
b : pahat sisipan (inserts tool)
c : dudukan (shim) pahat sisipan
Bidang pahat merupakan permukaan aktif pahat, setiap pahat mempunyai
bidang aktif ini sesuai dengan jumlah mata potongnya. Tiga bidang aktif dari
pahat:
Aκ : bidang utama (mayor flank), bidang yang menghadap permukaan
transien dari benda kerja.
Aγ : bidang bantu (minor flank), bidang yang menghadap permukaan
terpotong dari benda kerja.
Aα : bidang geram (face), bidang di atas di mana geram mengalir.
Mata potong pahat adalah tepi dari bidang geram yang aktif memotong. Ada
dua jenis mata potong yaitu:
Sκ : mata potong utama (mayor cutting edge), garis perpotongan antara
bidang geram (Aα) dan bidang utama (Aκ).
Sγ : mata potong bantu (minor cutting edge), garis perpotongan antara
bidang geram (Aα) dan bidang bantu (Aγ).
Pertemuan antara mata potong utama dan mata potong bantu pada pojok
pahat. Untuk memperkuat pahat maka pojok pahat dibuat melingkar dengan
jari-jari tertentu . Radius pahat (rβ) secara bersamaan dengan kondisi
pemotongan yang dipilih akan menentukan kehalusan permukaan hasil
proses pemesinan.
2.5.2 Luas penampang potong Berdasarkan geometri pahat radius, kedalaman potong dan kecepatan
gerak, maka luas penampang geram sebelum terpotong dapat dihitung
dengan persamaan berikut 5):
))f.(rr(f.afA nnpng22 5050 ⋅−−⋅⋅−⋅= ββ 2.21
13
2.6. KEKASARAN PERMUKAAN Dalam industri pemesinan, proses pemotongan logam merupakan
suatu proses yang sangat penting, di mana proses tersebut dapat merubah
suatu geometri menjadi geometri produk yang diinginkan. Pemesinan
konvensional dibandingkan pemesinan dengan kecepatan potong tinggi
menunjukan pengurangan waktu produksi dan mengakibatkan suatu
peningkatan effisiensi proses manufaktur. Oleh karena itu kecepatan potong
tinggi sangat berarti secara ekonomis. Kualitas permukaan komponen dapat
dicapai teknologi kecepatan potong tinggi yang dipergunakan pada banyak
bidang manufaktur. Kecepatan potong tinggi mengurangin waktu kontak
antara pahat dengan benda kerja, Dikarnakan kontak yang rendah dapat
dicapai, beban panas pada bahan pahat berkurang dan mengakibatkan umur
pahat bertambah.
Kemampuan mencapai suatu ketentuan kekasaran pada permukaan
yang dibubut kerapkali merupakan kebutuhan utama, pada pembubutan
memanjang didifinisikan profil puncak ke profil dasar, nilai hmax didapat
berdasarkan pada suatu simulasi dinamik yang merupakan fungsi kecepatan
potong (Vc), kedalaman potong (ap), gerak makan (fn), radius pahat (rβ) dan
frekwensi pribadi (x), sebagaimana ditunjukan pada persamaan berikut ini 6):
Untuk x lebih besar 150 Hz:
βr
fn2
max3.124 ⋅
=h 2.22
2.6.1. Kekasaran Ideal Kekasaran ideal menunjukan hasil akhir yang baik dapat diberikan oleh
proses pemesinan, gambar 2.8. berikut ditunjukan geometri permukaan dari
pembubutan permukaan menggunakan pahat tanpa radius dan pahat dengan
radius. Pada gambar 2.8.a, tinggi maksimum ketidakrataan dapat dihitung
dengan. persamaan:
Pahat tanpa radius, tinggi maksimum 7):
γκ cotcotmax += nfh 2.23
Pahat radius seperti pada gambar 2.8.b, tinggi ketidak rataan dapat dihitung
dengan persamaan:
14
Pahat radius, tinggi maksimum 8):
βrfh n
⋅=
8
2
max 2.24
(a) pahat tanpa radius (b) pahat radius
Gambar 2.8. Geometri permukaan kekasaran ideal pada pembubutan 2.6.2. Kekasaran sesungguhnya
Pada operasi sebenarnya, beberapa variasi faktor yang merugikan
mempengaruhi hasil akhir. Diantaranya yang sangat penting; pembentukan
dari BUE (built-up edge) dan getaran. Bila kondisi pemotongan dipilih dengan
tepat, chatter (getaran) dapat dihindari. Setelah formasi BUE tergantung pada
kondisi pemotongan (kering atau basah) dan kecepatan potong itu
diperkirakan. Untuk suatu kondisi pemotongan, kekasaran sesungguhnya
akan berubah-ubah terhadap kecepatan potong. Kecuali untuk kecepatan
potong sangat rendah, intensitas formasi BUE berkurang terhadap kecepatan
potong, dan juga tinggi maksimum dari ketidakrataan permukaan juga
diakibatkan penurunan kecepatan potong 8).
2.6.3. Parameter permukaan Untuk memperoleh profil suatu permukaan, maka jarum peraba (stylus)
dari alat ukur harus digerakkan mengikuti lintasan yang berupa garis lurus
dengan jarak yang telah ditentukan terlebih dahulu. Panjang lintasan ini
disebut dengan panjang pengukuran (tranversing length). Sesaat setelah
jarum bergerak dan sesaat sebelum jarum berhenti maka secara elektronis
alat ukur melakukan perhitungan berdasarkan data yang dideteksi oleh jarum
peraba. Bagian dari panjang pengukuran dilakukan analisa dari profil
permukaan disebut dengan panjang sampel (sampling length).
15
profil terukur
panjang sampel, L(mm)
Rt
Rp
profil referensiprofil tengah
profil dasar
Gambar 2.9. ilustrasi profil permukaan 9)
Berdasarkan profil-profil seperti pada gambar, maka dapat didefinisikan
beberapa parameter permukaan, yaitu yang berhubungan dengan dimensi
pada arah tegak, yaitu 9):
1. kedalaman total (peak to valley height/total height), Rt (µm); adalah jarak
antara profil referensi dan referensi dasar,
2. kedalaman perataan (depth of surface smoothness/peak to mean line), Rp
(µm); adalah jarak rata-rata antara profil referensi dengan profil tengah,
3. kekasaran rata-rata aritmetis (mean roughness index/center line average,
CLA), Ra (µm); adalah harga rata-rata aritmetis dari harga absolutnya
jarak antara profil terukur dengan profil tengah,
4. kekasaran rata-kwadratis (root mean square height), Rg (µm); adalah akar
dari jarak kwadrat rata-rata antara profil terukur dengan profil tengah.
Secara teoritis dapat dimisalkan bentuk suatu profil permukaan, kemudian
menghitung parameter permukaan berdasarkan rumus matematisnya. Tabel
berikut ini adalah contoh beberapa bentuk profil teoritis dengan perbandingan
harga-harga parameter.
Tabel 2.1. Beberapa profil teoritis dengan harga parameter 9)
Bentuk profil teoritis t
p
RR
t
a
RR
t
g
RR
a
g
RR
profil sinusiodal
0.5 0.318 0.353 1.11
profil segitiga
0.5 0.25 0.289 1.15
profil parabolis orde ke 2
0.33 0.667
0.256 0.256
0.298 0.298
1.16 1.16
profil parabolis orde ke 4
0.2 0.8
0.214 0.214
0.266 0.266
1.23 1.23
profil distribusi gauss
0.5 0.25 0.33 1.25
16
Panjang sampel yang harus digunakan sewaktu mengukur kekasaran
permukaan adalah 0.8 mm. Harga suatu parameter permukaan dapat
berubah jika dipergunakan panjang sampel yang berlainan. Oleh karena itu
dianjurkan untuk menggunakan suatu panjang sampel yang tertentu sesuai
dengan tingkat harga kekasaran Ra sebagaimana tabel 2.2. berikut ini :
Tabel 2.2. Panjang sampel terhadap kekasaran permukaan 9) Harga kekasaran, Ra [mm] Angka kelas kekasaran Panjang sampel [mm]
50 25
N 12 N 11 8
12.5 6.3
N 10 N 9 2.5
3.2 1.6 0.8 0.4
N 8 N 7 N 6 N 5
0.8
0.2 0.1 0.05
N 4 N 3 N 2
0.25
0.025 N 1 0.08
17
BAB III METODE PENELITIAN
Seperti telah dijelaskan di bab I, penelitian ini bertujuan menyelidiki
pengaruh kecepatan potong tinggi pada proses pembubutan menggunakan
mesin bubut CNC.
Penelitian ini terdiri dari tiga tahap percobaan, yaitu:
1. Percobaan pertama, melakukan proses pembubutan memanjang dengan
parameter, kedalam potong (ap) konstan dan gerak makan (fn) sedangkan
kecepatan potong (Vc) bervariasi, melakukan pembacaan beban sumbu-
sumbu mesin.
2. Percobaan Kedua, melakukan pengukuran terhadap benda kerja dan
melakukan analisis terhadap data yang diperoleh dari hasil pengukuran.
3. Percobaan Ketiga , melakukan pengukuran tebal geram dari hasil
pemotongan.
Pada bab ini diuraikan langkah-langkah dari penelitian tersebut. Secara
skematik langkah-langkah penelitian diberikan pada gambar 3.1.
Tujuan PenelitianUntuk mengetahui pengaruh
kecepatan potong tinggi
Percobaan IMelakukan pembubutan
memanjang
Percobaan IIMelakukan pengukurankekasaran permukaan
Percobaan IIIPengukuran tebal geram
Kesimpulan
Analisis
Program NCBeban sumbu X,
Z dan poros utama(spindel)
ap, fn, Vc, d
Tebal geram, tc
Kekasaranpermukaan, Ra
Gambar 3.1. Skema langkah penelitian
18
3.1. ALAT DAN MATERIAL PENELITIAN Alat digunakan dalam penelitian ini adalah sebagai berikut:
1. mesin bubut CNC Mazak Turn 8N, kontrol type Maztrol Tplus,
2. pahat negative wiper insert, kode CNMG 120408-WF new grade 4015,
3. alat ukur kekasaran permukaan Surftest 211, merk Mitutoyo,
4. alat ukur dimensi, outside micrometers,
5. material benda kerja, baja dengan kekerasan 177 BHN,
Proses pemesinan dan pengukuran benda kerja dilakukan di laboratorium
CNC Universitas Tarumanagara.
3.2. RANCANGAN PENELITIAN
Untuk mengetahui pengaruh kecepatan potong (Vc) terhadap
kekasaran permukaan akhir benda kerja, dengan melakukan suatu
percobaan, berdasarkan urut-urutan dari penelitian ini adalah sebagai
berikut:
1. menentukan material benda kerja yang akan digunakan,
2. menentukan pahat yang akan digunakan,
3. menentukan geometri percobaan,
4. membuat program NC,
5. membuat rancangan tabel pengambilan data percobaan,
6. melakukan proses pemesinan sesuai rancangan yang telah dibuat dan
7. melakukan pengukuran.
3.2.1. Penentuan material benda kerja dan pahat Material dipilih baja carbon S55C. Setelah benda kerja dilakukan
pengerjaan awal dengan perataan terlebih dahulu, dimensi benda kerja
menjadi diameter 88 mm panjang 160 mm. Pengerjaan awal ini bertujuan
untuk memperoleh stabilitas benda kerja pada saat putaran tinggi.
Pemilihan grade pahat berdasarkan material benda kerja, variabel
pemesinan dan jenis pengerjaan. Geometri pahat ditentukan oleh bentuk
geometri pemotongan dan jenis gagang pahat (shank) yang tersedia untuk
pahat sisipan dengan grade tersebut. Sehingga didapat pahat sisipan dengan
kode sisipan; CNMG 120408-WF new grade GC4015 menggunakan gagang
pahat PCLNR 2020K12.
19
3.2.2. Program NC Program NC yang dibuat berdasarkan bentuk geometri produk dan
parameter pemesinan. Bentuk dari geometri produk yang akan dicoba adalah
berbentuk silindris dengan panjang 160 mm diameter bervariasi dari 88 mm
sampai 58 mm. Parameter pemesinan diantaranya;
gerak makan, fn: 0.2 mm/r (konstan); kedalaman potong, ap: 0.5 mm (konstan);
kecepatan potong, Vc bervariasi antara 1350 m/min sampai 600 m/min.
Putaran poros utama (spindel) secara otomatis diprogram akan mengikuti Vc
dan d (diameter).
Program NC:
G92X110Z90; G50S5000; M06T01; M03M08; G97S1350; nilai S berubah 1350 sampai 600 G00X88Z2; nilai X berubah 88 sampai 58 M00 G01Z-80; G01X88; G00Z2; M09M05MO6T03; G28X0Z0; M02
3.2.3. Rancangan tabel data percobaan
Data percobaan ada tiga kelompok terdiri dari pembacaan pada kontrol
mesin saat proses pemesinan berlangsung, pengukuran kekasaran
permukaan dilakukan benda kerja terpasang. Sedangkan pengukuran tebal
geram dilakukan setelah proses pemesinan selesai.
Pada penelitian ini dilakukan delapan kali percobaan untuk setiap
tingkat kecepatan potong dengan pengukuran sampel yang dilakukan
sebanyak lima kali untuk setiap percobaan. Sedangkan data beban pada
sumbu-sumbu setiap kali percobaan hanya dilakukan satu kali pembacaan.
Data pemesinan, mesin, material dan pahat sisipan juga disertakan pada
tabel, ini bertujuan agar data yang diambil tidak tertukar.
Dari data yang dikumpulkan tersebut, maka tabel data penelitian dibuat
menjadi tiga kelompok yang disatukan seperti pada tabel 3.1. berikut ini:
20
Tabel 3.1. Rancangan tabel data penelitian kec. pot. : m/min put. spindel : min-1 diameter : mm gerak makan : 0.2 m/r dalam pot. : 0.5 mm panjang pot. : 80 mm
mesin bubut : Mazak Turn 8N kontrol : Mazatrol TPlus material : kekerasan : teg. tarik : pahat sisipan : CNMG 120408-WF
Beban 1 2 3 4 5 6 7 8 Px % Pz % Ps %
Kekasaran 1 2 3 4 5 6 7 8 Ra µm Geram 1 2 3 4 5 6 7 8
t mm
3.2.4 Rancangan proses pemesinan
Proses pemesinan dilakukan dari diameter 88 mm dengan kecepatan
potong 1350 m/min, setiap penurun diameter 2 mm kecepatan potong
diturunkan 50 m/min. Sehingga kecepatan potong menjadi 1300 m/min untuk
diameter 86 mm. Pada saat proses pemesinan dilakukan penstabilan putaran
spindel terlebih dahulu, pendingin diaktipkan, gerak makan, kecepatan potong
konstan, pemotongan dan pemosisian pahat dilakukan dengan menggunakan
program. Setiap kali berakhir proses pemotongan diperhatikan kondisi fisik
dari sisipan pahat yang juga dilihat dari hasil data yang diambil, ini berguna
untuk memutuskan penggantian pahat.
3.2.5. Pengukuran Pengukuran terdiri dari dua kelompok, yaitu; pengukuran kekasaran
permukaan dan pengukuran tebal geram setelah pemotongan.
Pengukuran kekasaran permukaan menggunakan Surftest 211, merk
Mitutoyo dengan panjang sampel pengukuran 0.8 mm 9) sesuai dengan
kekasaran permukaan pengerjaan pembubutan antara 0.4 µm - 6.3 µm 9).
Sebelum pengukuran dilakukan pengujian alat ukur pada sampel kalibrasi
21
terlebih dahulu. Data pengukuran yang terbaca pada batasan yang ektrim
diganti dengan pengukuran yang baru.
Pengukuran tebal geram dilakukan dengan outside micrometer, pengukuran
dilakukan berulang-ulang dengan mengabaikan ukuran yang ektrim.
3.3. PROSEDUR PENGUJIAN 1. Menyiapkan benda kerja dengan ukuran panjang 160 mm dan diameter
89 mm dengan center drill pada kedua ujung benda kerja sebanyak (4)
empat batang.
2. Menyiapkan pahat yang digunakan pada penelitian, yaitu melakukan
penyetelan posisi pahat (setting tool), untuk memperoleh data
penggeseran pahat (offset tools).
3. Meng-input-kan program NC.
4. Mengkalibrasi Surftest pada sampel standar menggunakan panjang
sampel 0.8 mm dengan standarisai ISO.
5. Memasang benda kerja pada cekam spindel dan tail stock diposisikan
supaya dapat menumpu pada bagian ujung benda kerja.
6. Meratakan diameter benda kerja hingga menjadi 88.5 mm menggunakan
kecepatan potong normal Vc 200 m/min.
7. Membersihkan tempat penampungan geram.
8. Menutup pintu pengaman.
9. Menjalankan mesin dengan program yang terlebih dahulu memeriksa
program.
10. Membaca beban sumbu utama, sumbu X, dan sumbu Z pada saat
melakukan pemotongan.
11. Pengumpulan geram ke dalam kantong-kantong yang sudah disiapkan
sebelumnya dengan indentitas kecepatan potong (Vc), material.
12. Pengukuran kekasaran permukaan dengan menggunakan Surftest,
terlebih dahulu permukaan dibersihkan menggunakan tissue. Pengukuran
dilakukan lima sampel, data ektrim dibuang sehingga pengukuran
terkadang lebih dari lima kali.
13. Program dilakukan editing pada pada blok 5 (lima) kecepatan potong dan
blok 6 (enam) diameter benda kerja.
22
14. Kembali keurutan no. 7 (tujuh), dan seterusnya hingga kecepatan potong
600 m/min.
15. Membalik benda kerja dengan mencekam pada bagian yang dipotong
sebelumnya dan tail stock diposisikan supaya dapat menumpu pada
bagian ujung benda kerja..
16. Kembali keurutan no 6, dan seterusnya hingga pemotongan dapat
diselesaikan untuk satu batang.
17. Pengukuran tebal geram dilakukan dengan micrometer, setelah proses
pemotongan berakhir Pengukuran dilakukan lima sampel, data ektrim
dibuang sehingga pengukuran terkadang lebih dari lima kali.
Benda kerja:do, L
MESIN BUBUT CNC
Geometri &MaterialPahat
κr , γo , ao,re ,κr', as
ProsesPemotonganPenghalusan
ProdukPercobaan
Prediksi
DataBenda kerja
Kontrol Mesin
Surfacetester
YA
Program NC
TIDAK
Putaran ( n );Beban sumbuUtama, X, Z
Kondisipemotongan
, ap, fn, Vc
Geram
Kekasaran (R a)
DATA-DATAPs, Px, Pz, Ra, do, Vc, tc
Dikum-pulkan
Micrometer
Tebal geram ( t )
SELESAI
Gambar 3.2. Ilustrasi prosedur Percobaan
23
3.4. PARAMETER DAN VARIABEL YANG DITENTUKAN Parameter dan variabel yang ditentukan dalam penelitian ini antara
lain:
1. gerak makan (fn),
2. kecepatan potong (Vc),
3. kedalaman potong (ap),
4. geometri dan material benda kerja, dan
5. geometri dan material pahat
Parameter dan variabel yang diukur dalam penelitian ini antara lain
meliputi:
1. beban pada sumbu X (Px),
2. beban pada sumbu Z (Pz),
3. beban pada sumbu poros utama (Ps),
4. kekasaran permukaan (Ra), dan
5. tebal geram (t)
3.5. ANALISA KORELASI DAN REGRESI
Analisa korelasi dan regresi sederhana merupakan salah satu metode
statistik yang digunakan untuk menentukan hubungan (korelasi) antara dua
variabel (x dan y) serta menentukan persamaan garis regresi, di mana
perubahan nilai variabel yang satu akan mempengaruhi nilai variabel lainnya.
Variabel x merupakan variabel independen, sedangkan variabel y merupakan
variabel dependen.
24
BAB IV PENGUMPULAN DAN PENGOLAHAN DATA
Mesin perkakas yang digunakan dalam mengerjaan akhir (finishing)
pada proses pemesinan pembubutan memanjang (turning), menggunakan
mesin CNC Mazak Turn 8N dengan kontrol Mazatrol TPlus dan pahat sisipan
CNMG 120408-WF new grade GC4015. Kontrol mesin dilengkapi dengan
kontrol beban pada sumbu-sumbunya.
4.1. DATA MESIN
Mesin perkakas digunakan pada penelitian ini mempunyai data
sebagai berikut:4):
mesin bubut CNC : Mazak
tipe : Turn 8N
kontrol : Mazatrol T Plus
putaran maximum : 6000 min-1
daya motor, (P) : 7.5 kW, pada putaran 750 min-1 sampai 6000 min-1
torsi konstan, (T) : 9.0 kgf-m, pada putaran 60 min-1 sampai 750 min-1
4.2. DATA MATERIAL
Data material S50C diperoleh dari hasil uji kekerasan dan uji tarik pada
laboratorium.
Kekerasan : 177 BHN
Tegangan tarik : 597 N/mm2
4.3. DATA PEMESINAN
Kondisi operasi pemesinan untuk pengerjaan akhir pada proses
pembubutan memanjang dengan material S50C adalah sebagai berikut:
diameter pemotongan (d) : 88 mm s/d 58 mm
panjang pemotongan (Lt) : 80 mm
kedalaman potong (ap) : 0.5 mm
25
kecepatan potong (Vc) : 1350 m/min s/d 600 m/min
gerak makan (fn) : 0.2 mm/r
Kriteria penggantian pahat : beban pemotongan
Data pemesinan untuk setiap tingkat kecepatan potong dapat dilihat pada
tabel 4.1. berikut ini: Tabel 4.1. Data pemesinan mesin : Turning CNC gerak makan : 0.2 mm/r tipe mesin : Turn 8N dalam pot. : 0.5 mm kontrol : : Mazatrol Tplus panjang pot. : 80 mm
No. Vc [m/min] d [mm] n [r/min] Vf [mm/min
1 1350 88 4883.15 976.63 2 1300 86 4811.65 962.33 3 1250 84 4736.74 947.35 4 1200 82 4658.18 931.64 5 1150 80 4575.69 915.14 6 1100 78 4488.98 897.80 7 1050 76 4397.69 879.54 8 1000 74 4301.47 860.29 9 950 72 4199.91 839.98
10 900 70 4092.55 818.51 11 850 68 3958.29 795.77 12 800 66 3858.29 771.66 13 750 64 3730.19 746.04 14 700 62 3593.61 718.76 15 650 60 3448.35 689.67 16 600 58 3292.85 658.57
4.4. DATA PAHAT
Dari refrensi didapat data pahat sisipan, dengan gagang pemegang
sebagai berikut:
pembuat : Sandvik Coromont
material : Cemented Carbide
kode sisipan : CNMG 120408-WF new grade GC4015
kode pemegang pahat : PCLNR 2020K12
sudut potong bantu (γ) : 3o
sudut potong utama (κ) : 92o radius pahat (rβ) : 0.8 mm
sudut potong samping (εr) : -3o sudut geram (α) : -4o
26
4.5. DATA HASIL PENGAMATAN Data hasil percobaan berikut ini adalah data hasil pembacaan rata-rata
dari lima sampel pengukuran setiap percobaan yang dilakukan. Percobaan
dilakukan sebanyak delapan kali untuk setiap tingkat kecepatan potong (lihat
lampiran A). Data pengamatan pada tabel 4.2 merupakan hasil rata-rata.
Tabel 4.2. Data pengamatan material : S50C gerak makan : 0.2 mm/r kekerasan : 177 BHN dalam pot. : 0.5 mm tegangan tarik : 597 N/mm2 panjang pot. : 80 mm
No. Vc [m/min] Px [%] Pz [%] Ps [%] Ra [mm] t [mm]
1 1350 15.90 15.90 120.38 0.32 0.333
2 1300 16.00 14.60 114.63 0.34 0.337 3 1250 16.10 14.00 117.25 0.41 0.341 4 1200 16.40 14.10 115.50 0.57 0.351 5 1150 16.60 14.90 108.00 0.62 0.342 6 1100 17.00 13.30 104.38 0.66 0.349 7 1050 17.60 12.50 98.75 0.77 0.364 8 1000 18.60 12.40 97.38 0.82 0.365 9 950 19.00 12.40 94.50 0.88 0.361
10 900 19.80 12.00 88.63 0.94 0.351 11 850 19.10 12.00 85.00 0.98 0.381 12 800 19.80 11.90 80.75 1.00 0.383 13 750 20.10 12.30 79.38 1.07 0.384 14 700 21.90 11.50 65.50 1.11 0.389 15 650 21.40 11.60 62.38 1.28 0.378 16 600 22.20 11.40 57.40 1.38 0.383
4.6. ANALISA MODEL REGRESI
Untuk melihat hubungan antara variabel satu dengan yang lain
digunakan model regresi. Hubungan linier antara variabel satu dengan yang
lainnya dalam bentuk ketergantungan (dependency) satu dengan yang lain.
Di mana variabel x disebut variabel independen dan variabel y disebut
variabel dependen karena nilai x tergantung pada y, sedangkan nilai x bebas.
Garis regresi populasi dalam praktek tidak dapat ditentukan secara
tepat, oleh karena itu perlu dicari estimatsi dari garis tersebut dengan
menggunakan data yang ada. Sehingga garis estimasi dapat dihitung dengan
persamaan power sebagai berikut; bxcy ⋅=
27
Koefisien determinasi R2 , ini merupakan proporsi variabilitas dependen dari
sampel yang diterangkan oleh hubungan linier-nya dengan variabel
independen. Dan nilai R2 ini adalah kuadran koefisien korelasi sampel.
Koefisien determinasi
( )SSTSSER −= 12
di mana: SSE dan ∑ −= 2)YY( ii
∑ ∑−= )n/)Y(()Y(SST Ii22
Sehingga untuk mencari hubungan antara x dan y dapat digunakan model
regresi. Untuk itu perlu dicari nilai estimasi-nya dapat diperoleh dengan
menggunakan prosedur yang sudah dibahas atau juga digunakan program
komputer.
0.00
20.00
40.00
60.00
80.00
100.00
120.00
550 650 750 850 950 1050 1150 1250 1350 1450Kecepatan potong; Vc [m/min]
Beba
n su
mbu
; Ps,
Px,
Pz
[%
Px [%] Pz [%] Ps [%]
Gambar 4.1. Grafik data beban sumbu-sumbu terhadap kecepatan potong
0.30
0.50
0.70
0.90
1.10
1.30
1.50
550 650 750 850 950 1050 1150 1250 1350 1450Kecepatan potong; Vc [m/min]
Keka
sara
n, R
a [u
m]
Ra [um]
Gambar 4.2. Grafik data kekasaran permukaan terhadap kecepatan potong
28
0.325
0.340
0.355
0.370
0.385
0.400
550 650 750 850 950 1050 1150 1250 1350 1450Kecepatan potong; Vc [m/min]
Teba
l ger
am, t
[mm
t [mm]
Gambar 4.3. Grafik data tebal geram terhadap kecepatan potong
Dari pengolahan data didapat koefisien determinasi dan persamaan
hubungan antara x dan y, seperti berikut ini.
Beban pada sumbu X, Px : y = 389.28 (x)
-0.4447
R2 = 0.9607
Beban pada sumbu Z, Pz :
y = 1.0772 (x)0.3618
R2 = 0.8033
Beban pada sumbu utama, Ps :
y = 0.1863 (x)0.9032
R2 = 0.9732
Kekasaran permukaan, Ra :
y = 61601 (x)-1.6503
R2 = 0.8759
Tebal geram, t :
y = 1.3117 (x)-0.1881
R2 = 0.8234
Dengan menggunakan persamaan di atas., dapat dihitung data prediksi
seperti pada tabel 4.3 berikut ini:
29
Tabel 4.3. Data prediksi
material : S50C gerak makan : 0.2 mm/r kekerasan : 177 BHN dalam pot. : 0.5 mm tegangan tarik : 597 N/mm2 panjang pot. : 80 mm
No. Vc [m/min] Px [%] Pz [%] Ps [%] Ra [mm] t [mm]
1 1350 15.78 14.62 125.18 0.420 0.338
2 1300 16.05 14.62 120.98 0.447 0.340 3 1250 16.33 14.22 116.77 0.477 0.343 4 1200 16.63 14.01 112.55 0.511 0.346 5 1150 16.95 13.79 108.30 0.548 0.348 6 1100 17.29 13.57 104.04 0.589 0.351 7 1050 17.65 13.35 99.76 0.636 0.354 8 1000 18.04 13.11 95.46 0.690 0.358 9 950 18.45 12.87 91.14 0.751 0.361
10 900 18.90 12.62 86.79 0.821 0.365 11 850 19.39 12.36 82.43 0.902 0.369 12 800 19.92 12.10 78.03 0.997 0.373 13 750 20.50 11.82 73.62 1.109 0.378 14 700 21.14 11.53 69.17 1.243 0.383 15 650 21.85 11.22 64.69 1.404 0.388 16 600 22.64 10.90 60.18 1.603 0.394
4.7. PENGOLAHAN DATA Untuk menganalisa sejauh mana yang mempengaruhi kualitas
kekasaran permukaan benda kerja pada kecepatan potong tinggi, maka
kecepatan geram mengalir dan kecepatan geser terjadi harus diketahui.
Kecepatan geram dan kecepatan geser dapat dihitung dengan persamaan
2.18 dan 2.19 yang terlebih dahulu diketahui sudut geser dan sudut gesek.
Sudut gesek dan sudut geser dihitung menggunakan persamaan 2.17. Hasil
perhitungan kecepatan geram dan kecepatan geser dapat dilihat pada tabel
4.4. Selain kecepatan geram dan kecepatan geser juga dianalisis pengaruh
dari gaya-gaya berkerja pada pahat potong serta tegangan geser terjadi pada
benda kerja, guna perhitungan ini diperlukan daya potong terjadi dihitung
menggunakan persamaan:
sc PPP ⋅= . 4.1
menggunakan persamaan 2.14, gaya potong dapat dihitung.
Hasil perhitungan daya aktual dan gaya-gaya pemotongan pada tabel berikut:
30
Tabel 4.4. Hasil perhitungan kecepatan geram dan kecepatan sudut. material : S50C gerak makan : 0.2 mm/r kekerasan : 177 BHN dalam pot. : 0.5 mm tegangan tarik : 597 N/mm2 panjang pot. : 80 mm
No. Vc [m/min] φ [deg] β [deg] Vg [m/min] Vs [m/min]
1 1350 31.62 30.76 798.82 1519.92
2 1300 31.46 31.07 764.71 1461.53 3 1250 31.23 31.54 728.86 1402.37 4 1200 31.00 32.00 693.64 1343.51 5 1150 30.85 32.30 660.92 1285.80 6 1100 30.62 32.75 626.78 1227.46 7 1050 30.40 33.20 593.22 1169.41 8 1000 30.11 33.78 558.66 1110.93 9 950 29.89 34.21 526.32 1053.45 10 900 29.61 34.78 493.15 995.63 11 850 29.33 35.33 460.70 938.14 12 800 29.06 35.88 428.95 880.98 13 750 28.72 36.55 396.83 823.68 14 700 28.40 37.21 365.54 766.76 15 650 28.07 37.85 335.05 710.19 16 600 27.70 38.60 304.57 653.66
Tabel 4.5. Hasil perhitungan daya potong aktual dan gaya-gaya pemotongan. material : S50C gerak makan : 0.2 mm/r kekerasan : 177 BHN dalam pot. : 0.5 mm tegangan tarik : 597 N/mm2 panjang pot. : 80 mm
No. Vc [m/min] Pc [ Nm ] Fc [N] Ff [N] R [N] Fs [N] Fn [N]
1 1350 9.39 417.27 210.41 467.32 245.01 397.94
2 1300 9.07 418.78 214.06 470.31 245.48 401.17 3 1250 8.76 420.37 219.21 474.09 245.80 405.40 4 1200 8.44 422.06 224.42 478.02 246.20 409.74 5 1150 8.12 423.78 228.22 481.33 246.81 413.23 6 1100 7.80 425.62 233.54 485.48 247.30 417.77 7 1050 7.48 427.54 238.93 489.77 247.85 422.43 8 1000 7.16 429.57 245.83 494.94 248.29 428.16 9 950 6.84 431.72 251.39 499.57 248.99 433.11
10 900 6.51 433.95 258.46 505.09 249.57 439.12 11 850 6.18 436.39 265.69 510.91 250.29 445.41 12 800 5.85 438.92 273.00 516.89 251.06 451.82 13 750 5.52 441.72 281.96 524.04 251.85 459.55 14 700 5.19 444.66 291.06 531.45 252.74 467.51 15 650 4.85 447.85 300.38 539.26 253.79 475.81 16 600 4.51 451.35 311.41 548.36 254.88 485.52
31
BAB V ANALISIS
5.1. GAYA PEMOTONGAN Gaya pemotongan bereaksi pada pahat dan benda kerja, selanjutnya
akan mempengaruhi mesin perkakas dan juga mengakibatkan lenturan pada
benda kerja itu sendiri. Lenturan diakibatkan gaya pemotongan yang besar
akan berakibat kesalahan bentuk produk dan terkadang mengakibatkan
getaran (chatter) yang dapat mempercepat keausan pahat. Besar gaya-gaya
pemotongan ini sangat dipengaruhi oleh goemetri pahat, kedalaman potong
dan material benda kerja. Pahat yang sudah aus akan meningkatkan gaya
pemotongan dan kualitas permukaan benda kerja kurang baik. Dari kenaikan
gaya-gaya pemotongan dan kualitas kekasaran permukaan dapat di tentukan
saat penggantian pahat. Pada gambar 5.1. grafik gaya-gaya pemotongan
makin menurun pada kecepatan potong tinggi. Tanda-tanda keausan pahat
200
250
300
350
400
450
500
550 650 750 850 950 1050 1150 1250 1350 1450Kecepatan potong; Vc [m/min]
Gay
a-ga
ya, F
c, F
t, Fs
, Fn
Fs Fc Ff Fn
Gambar 5.1. Grafik gaya-gaya pemotongan
terhadap kecepatan potong dapat dilihat dari perubahan peningkatan tajam gaya gerak makan dan beban
spindel akan menurun, selanjutnya berakibat kualitas kekasaran permukaan
tidak merata.
Penurunan gaya-gaya pemotongan pada kecepatan potong tinggi disebabkan
motor spindel bekerja dengan daya konstan pada putaran antara 750 min-1
sampai 6000 min-1. Ini dapat dibuktikan dengan persamaan 2.14 berikut :
32
00060.VFP cc
c⋅
=
Pengurangan gaya gerak makan pada putaran tinggi berpengaruh positip
terhadap kehalusan permukaan pada kasus gerak makan memanjang.
Penurunan gaya gerak makan berpengaruh dengan pengurangan beban
mekanik pada pahat potong di zona geser pada tepi potong (cutting edge)
pahat. Sebagai pembanding dari gaya-gaya potong tersebut dapat dilihat
pada tabel berikut ini:
Tabel 5.1. Gaya-gaya pemotongan terhadap kecepatan potong. Gaya-gaya pemotongan
No. Vc [m/min] Fc [N] Ft [N] Fs [N] Fn [N]
1 1350 417.27 210.41 340.02 243.61
2 1100 425.62 233.54 351.10 242.42 3 850 436.39 265.69 365.49 240.39 4 600 451.35 311.41 384.96 237.74
5.2. SUDUT GESER
Sudut geser(φ) dihitung dengan mengukur rasio pemotongan (rc) di
mana sudut geram (α) sudah diketahui. Sudut geser akan mengecil jika tebal
geram membesar ini disebabkan pada kecepatan potong tinggi ratio
pemotongan meningkat (lihat persamaan 2.16). Besar sudut geser akan
mempengaruhi gaya potong, karna gaya potong (Fc) merupakan fungsi dari
sudut geser (lihat persamaan 2.13). Perubahan ratio pemotongan sangat
dipengaruhi sekali oleh kecepatan potong ini terlihat dari perubahan tebal
geram dihasilkan. Pada pembentukan geram pahat bergerak dengan
kecepatan potong (Vc) dan geram mengalir dengan kecepatan geram (Vg)
pada sisi pahat dengan sudut geram (α).
Berdasarkan penjumlahan vektor kecepatan, maka kecepatan elemen
geram yang baru terbentuk relatif terhadap benda kerja ditunjukan oleh
kecepatan geser (Vs) dengan sudut geser (φ). Peningkatan kecepatan potong,
akan diikuti dengan peningkatan kecepatan geram, sehingga kecepatan
geser dan sudut geser meningkat (lihat tabel 5.2).
Pada tabel 5.2, kecepatan geser lebih besar dibandingkan dengan kecepatan
potong, ini disebabkan sudut geram negatif 4o atau sama dengan 0o. Sudut
33
geser meningkat diakibatkan kecepatan potong tinggi pada material yang
Tabel 5.2. Kecepatan geram, kecepatan geser, sudut geser dan sudut gesek terhadap kecepatan potong
No. Vc [m/min] φ [deg] β [deg] Vg [m/min] Vs [m/min]
1 1350 31.62 30.76 798.82 1519.92
2 1100 30.62 32.75 626.78 1227.46 3 850 29.33 35.33 460.70 938.14 4 600 27.70 38.60 304.57 653.66
dipotong. Sudut geser merupakan tempat terjadi proses geser terus menerus
setiap mulai memotong pada bentuk yang baru, yang merupakan proses
deformasi plastis. Sebelum terbentuk deformasi plastis pada benda kerja
terlebih dahulu terjadi proses yield, yaitu antara elastis dan plastis. Semakin
besar sudut geser terbentuk maka lapisan yield akan semakin mendekati titik
potong pahat.
5.3. KEKASARAN PERMUKAAN
Seperti telah dibahas kekasaran permukaan sangat dipengaruhi oleh
geometri pahat, pengaruh ini disebut dengan kekasaran permukaan ideal.
Mengingat bentuk pahat tidak sama dengan pahat digunakan pada penelitian,
maka persamaan 2.23 dan 2.24 tidak dapat digunakan.
Untuk pendekatan kedalaman total sesungguhnya, maka dapat digambarkan
geometri permukaan terhadap posisi radius pahat seperti pada gambar 5.2.
h
rβ
fnγ
Gambar 5.2. Geometri permukaan terhadap radius pahat
Sehingga diturunkan rumus sebagai berikut:
Kedalaman total:
1000))))osin(90r
)tan(fr(sin(arcsinr(rh
n
mak ⋅γ+γ+⋅γ⋅−
⋅−=β
β
ββ 5.1
34
di mana: rβ : radius pahat [mm]
fn : gerak makan [mm/r]
γ : sudut potong bantu [ o ]
Bila diketahui; r : 0.8 mm, f : 0.2 mm/r, dan γ : 3o, maka:
hmak = 5.551 µm
Kekasaran permukaan rata-rata dapat dihitung dengan pendekatan sebagai
berikut 9):
t)teoritis(a R.R ⋅= 2560 5.2
di mana : Rt = hmax
Sehingga:
Ra(teoritis)= 1.421 µm
y = 61601x-1.6503
0.350
0.550
0.750
0.950
1.150
1.350
1.550
1.750
550 650 750 850 950 1050 1150 1250 1350 1450Kecepatan potong; Vc [m/min]
Keka
sara
n, R
a [u
m]
Ra
Gambar 5.3. Grafik kekasaran permukaan terhadap kecepatan potong
Pada tabel 4.3 dan gambar 5.3, Ra = 1.421 µm berada pada kecepatan
potong kurang dari 650 m/min. Kecepatan potong lebih tinggi 650 m/min
sampai dengan 1350 m/min, kekasaran permukaan rata-rata menurun tajam
sekali mengikuti peningkatan kecepatan potong. Kestabilan kekasaran ideal
sangat dipengaruhi oleh material benda kerja dan rigiditas pemegang pahat
sisipan. Geometri pahat sisipan akan mempengaruhi gaya yang bekerja pada
titik potong. Pahat yang digunakan mempunyai sudut potong utama 92o,
sudut potong bantu 3o dan sudut potong samping negatif 3o.(lihat gambar 5.4)
Sudut potong samping (side cutting edge angle) ini mengakibatkan gaya
radial relatip kecil atau beban terhadap sumbu X relatif lebih kecil, sehingga
35
bagian pahat lebih rigid, mengakibatkan getaran ditimbulkan relatif kecil 3).
Pada kecepatan potong lebih tinggi 650 m/min kekasaran permukaan
dipengaruhi kecepatan potong, sehingga kekasaran permukaan tidak
tergantung geometri pahat atau disebut dengan kekasaran sesungguhnya.
3°
80°
0.119°
4°
95°
Gambar 5.4. Geometri pahat insert.6)
Peningkatan kecepatan potong akan memperbesar sudut geser terjadi (lihat
tabel 5.2), sehingga penampang bidang geser mengecil (lihat gambar 5.5).
Pengecilan bidang geser akan mengakibatkan gaya potong akan menurun
pada kecepatan potong yang sama. Pada gaya potong yang sama, dengan
bidang geser mengecil akan mengakibatkan tegangan geser dinamik terjadi
meningkat. Hal ini kekuatan benda kerja seakan-akan menjadi lebih rendah,
dibanding saat kecepatan potong rendah.
φ1 Pahat
Geram
Tegangan TarikTegangan Tekan
LapisanElastis-Plastis
φ2
Gambar 5.5. Ilustrasi sudut geser pada benda kerja
36
BAB VI KESIMPULAN
1. Sudut geser membesar seiring dengan peningkatan kecepatan potong
(tabel 4.4.), ini terlihat dari mengecilnya tebal geram (t) pada kecepatan
potong lebih tinggi (tabel 4.3).
2. Kekasaran permukaan (Ra) pada kecepatan potong antara 600 m/min
sampai 1350 m/min menurun sangat tajam (gambar 5.3.), tidak
tergantung geometri pahat.
3. Korelasi antara Ra vs Vc pada kecepatan potong antara 600 m/min
sampai 1350 m/min dengan kekerasan material 177 BHN, sebagai
berikut: 6503161601 .
ca VR −⋅=
37
DAFTAR PUSTAKA
[1] Kalpakjian. S., “Manufacturing Engineering and Technology”, Addison
Wesley Publishing Company, Chicago, (1995) [2] Sherif D. EL Wakil, “Processes and Design for Manufacturing”,
Prentice-Hall, Inc Englewood Cliffs, New Jerey, (1989) [3] Rochim Taufiq, “Teori & Teknologi Proses Pemesinan”. FTI ITB,
Bandung, (1993) [4] Sandvik Coromant, “Metalworking Products Turning Tools”, Stibo
Graphic, Denmark, (2001) [5] Nair R., Danai. K. and Malkin S., “Turning Process Indentification
Through Force Transients”, Journal Engineering for Industry, Vol. 114, (1992)
[6] Jang. D.Y. and Seireg. A, “Machining Parameter Optimization for
Specified Surface Condition”, Journal Engineering for Industry, Vol. 114, (1992)
[7] Venkatesh. V.C, Kattan. I.A, Hoy. D, Ye. C.T. and Vankirk. J.S, “An
Analysis Cutting Tools with Negative Side Cutting Edge Angles”, Journal Materials Processing Technology, Vol. 58, (1996)
[8] Ghosh A. and Mallik A.K., “Manufacturing Science”, Ellis Horwood
Limited, England, (1986) [9] Rochim Taufiq dan Sri Hardjoko W., “Spesifikasi Geometris Metrologi
Industri & Kontrol Kualitas”. FTI ITB, Bandung, (1985) [10] Mazak, “Operating Manual for Quick Turn 8N”, Yamazaki Mazak
Corporation, publication no. H147SG0010E, (1994) [11] Adiningsih Sri, Dr., “Statistik”, BPFE-Yogyakarta, Yogyakarta, (1998) [12] Black J.T., “Mechanics of Chip Formation”, Metals Handbook Ninth
Editon, Vol. 16, Machining, ASM International, USA, (1998) [13] Cohen Paul H., “Force, Power, and Stresses in Machining”, Metals
Handbook Ninth Editon, Vol. 16, Machining, ASM International, USA, (1998)
38
[14] Philipp Andrae, Dipl.-ing. “High Speed Cutting (HSC)”, http://ifwpc8.ifw.uni-hannover.de/Bereich3/Forschen/36_le.htm
[15] Essam El-Magd, Cristoph Treppmann, “Simulation of Chip Formation at
High Speed Cutting Rates by Means of Split-Hopkinson Bar Test ”, http://www.ndt.net/abstract/mp/data/1999113.htm.
[16] Hans Kurt T., Raouf Ben Amor, Philipp Andrae, “Chip Formation in
High Speed Cutting (HSC)”, Technical Paper, Society Manufacturing Engineers, Dearborn, (1999)
[17] Kalpakjian. S., “Manufacturing Processes for Engineering Material”,
Addison Wesley Publishing Company, Chicago, (1991)
39
Lampiran A
D A T A P E N G A M A T A N
Mesin : Turning CNC Mazak Benda kerja : Silindris feed : 0.2 mm/rTipe mesin : Turning 8N / Mazatrol Tplus Material : S50C dalam pot. : 0.5 mmInsert tool : CNMG 120408-WF Kekerasan : 177 BHN panjang pot. : 80 mmGrade : New GC4015 Tegangan tarik : 597 N/sqmm
Kec. makan : 977.13 mm/min dia. : 88 mm Kec. makan : 962.82 mm/min dia. : 86 mmPut. Spindel : 4885.6 1/min Kec. Potong : 1350 m/min Put. Spindel : 4814.1 1/min Kec. Potong : 1300 m/min
Beban 1 2 3 4 5 6 7 8 Beban 1 2 3 4 5 6 7 8Px % 16 16 15 14 17 18 14 17 Px % 15 14 17 16 15 16 18 17Pz % 16 16 15 17 15 15 17 16 Pz % 12 15 13 14 16 15 16 16Ps % 117 120 118 122 120 123 119 124 Ps % 118 112 115 110 107 116 120 119
Kekasaran 1 2 3 4 5 6 7 8 Kekasaran 1 2 3 4 5 6 7 8Ra µm 0,28 0,21 0,27 0,20 0,31 0,45 0,34 0,46 Ra µm 0,24 0,31 0,32 0,4 0,32 0,36 0,33 0,43
Geram 1 2 3 4 5 6 7 8 Geram 1 2 3 4 5 6 7 8
t mm 0,335 0,335 0,335 0,335 0,335 0,330 0,330 0,330 t mm 0,345 0,320 0,345 0,335 0,335 0,325 0,345 0,345
D A T A P E N G A M A T A N
Mesin : Turning CNC Mazak Benda kerja : Silindris feed : 0.2 mm/rTipe mesin : Turning 8N / Mazatrol Tplus Material : S50C dalam pot. : 0.5 mmInsert tool : CNMG 120408-WF Kekerasan : 177 BHN panjang pot. : 80 mmGrade : New GC4015 Tegangan tarik : 597 N/sqmm
Kec. makan : 947.8 mm/min dia. : 84 mm Kec. makan : 932.1 mm/min dia. : 82 mmPut. Spindel : 4739 1/min Kec. Potong : 1250 m/min Put. Spindel : 4660.6 1/min Kec. Potong : 1200 m/min
Beban 1 2 3 4 5 6 7 8 Beban 1 2 3 4 5 6 7 8Px % 15 15 18 15 18 15 18 15 Px % 15 17 17 17 17 17 16 15Pz % 11 12 14 16 15 13 15 16 Pz % 11 12 16 14 16 13 15 16Ps % 114 114 120 118 120 114 120 118 Ps % 109 112 116 114 120 115 120 118
Kekasaran 1 2 3 4 5 6 7 8 Kekasaran 1 2 3 4 5 6 7 8Ra µm 0,30 0,46 0,29 0,36 0,41 0,49 0,47 0,52 Ra µm 0,34 0,61 0,50 0,64 0,51 0,64 0,62 0,73
Geram 1 2 3 4 5 6 7 8 Geram 1 2 3 4 5 6 7 8
t mm 0,330 0,340 0,335 0,350 0,350 0,330 0,355 0,340 t mm 0,360 0,340 0,360 0,340 0,345 0,350 0,350 0,365
D A T A P E N G A M A T A N
Mesin : Turning CNC Mazak Benda kerja : Silindris feed : 0.2 mm/rTipe mesin : Turning 8N / Mazatrol Tplus Material : S50C dalam pot. : 0.5 mmInsert tool : CNMG 120408-WF Kekerasan : 177 BHN panjang pot. : 80 mmGrade : New GC4015 Tegangan tarik : 597 N/sqmm
Kec. makan : 915.6 mm/min dia. : 80 mm Kec. makan : 1100 m/min dia. : 78 mmPut. Spindel : 4578 1/min Kec. Potong : 1150 m/min Put. Spindel : 4491 1/min Kec. Potong : 1100 m/min
Beban 1 2 3 4 5 6 7 8 Beban 1 2 3 4 5 6 7 8Px % 15 17 17 17 18 16 18 15 Px % 19 17 15 15 20 17 14 19Pz % 16 16 16 14 12 15 14 16 Pz % 13 13 13 14 12 14 13 14Ps % 107 107 107 112 106 108 110 107 Ps % 103 103 105 107 100 106 104 107
Kekasaran 1 2 3 4 5 6 7 8 Kekasaran 1 2 3 4 5 6 7 8Ra µm 0,48 0,67 0,61 0,73 0,50 0,59 0,71 0,65 Ra µm 0,78 0,86 0,59 0,72 0,51 0,60 0,62 0,62
Geram 1 2 3 4 5 6 7 8 Geram 1 2 3 4 5 6 7 8
t mm 0,340 0,360 0,345 0,350 0,335 0,340 0,330 0,335 t mm 0,360 0,365 0,350 0,340 0,350 0,340 0,345 0,340
D A T A P E N G A M A T A N
Mesin : Turning CNC Mazak Benda kerja : Silindris feed : 0.2 mm/rTipe mesin : Turning 8N / Mazatrol Tplus Material : S50C dalam pot. : 0.5 mmInsert tool : CNMG 120408-WF Kekerasan : 177 BHN panjang pot. : 80 mmGrade : New GC4015 Tegangan tarik : 597 N/sqmm
Kec. makan : 915.6 mm/min dia. : 76 mm Kec. makan : 860.7 mm/min dia. : 74 mmPut. Spindel : 4400 1/min Kec. Potong : 1050 m/min Put. Spindel : 4304 1/min Kec. Potong : 1000 m/min
Beban 1 2 3 4 5 6 7 8 Beban 1 2 3 4 5 6 7 8Px % 15 15 14 16 21 19 23 18 Px % 18 16 17 16 22 23 18 19Pz % 12 13 14 13 12 12 12 12 Pz % 12 12 12 13 13 13 12 12Ps % 97 98 97 98 100 99 103 98 Ps % 92 93 92 95 100 100 103 104
Kekasaran 1 2 3 4 5 6 7 8 Kekasaran 1 2 3 4 5 6 7 8Ra µm 0,64 0,74 0,70 0,72 0,89 0,77 0,90 0,80 Ra µm 0,78 0,90 0,77 0,89 0,73 0,83 0,79 0,89
Geram 1 2 3 4 5 6 7 8 Geram 1 2 3 4 5 6 7 8
t mm 0,365 0,365 0,365 0,345 0,375 0,375 0,370 0,350 t mm 0,380 0,365 0,375 0,380 0,375 0,375 0,365 0,375
D A T A P E N G A M A T A N
Mesin : Turning CNC Mazak Benda kerja : Silindris feed : 0.2 mm/rTipe mesin : Turning 8N / Mazatrol Tplus Material : S50C dalam pot. : 0.5 mmInsert tool : CNMG 120408-WF Kekerasan : 177 BHN panjang pot. : 80 mmGrade : New GC4015 Tegangan tarik : 597 N/sqmm
Kec. makan : 840.4 mm/min dia. : 72 mm Kec. makan : 819 mm/min dia. : 70 mmPut. Spindel : 4202 1/min feed : 950 m/min Put. Spindel : 4094.6 1/min Kec. Potong : 900 m/min
Beban 1 2 3 4 5 6 7 8 Beban 1 2 3 4 5 6 7 8Px % 18 19 18 16 23 19 19 20 Px % 23 21 21 22 17 18 20 16Pz % 12 12 12 12 12 13 13 13 Pz % 12 12 12 12 12 12 12 12Ps % 96 95 94 95 87 96 96 97 Ps % 90 90 92 90 83 86 91 87
Kekasaran 1 2 3 4 5 6 7 8 Kekasaran 1 2 3 4 5 6 7 8Ra µm 0,76 0,92 0,82 0,92 0,83 0,9 0,92 0,97 Ra µm 1,03 1,03 0,96 1,02 0,82 0,8 0,97 0,92
Geram 1 2 3 4 5 6 7 8 Geram 1 2 3 4 5 6 7 8
t mm 0,350 0,340 0,360 0,375 0,370 0,370 0,360 0,360 t mm 0,355 0,340 0,340 0,345 0,340 0,360 0,365 0,365
D A T A P E N G A M A T A N
Mesin : Turning CNC Mazak Benda kerja : Silindris feed : 0.2 mm/rTipe mesin : Turning 8N / Mazatrol Tplus Material : S50C dalam pot. : 0.5 mmInsert tool : CNMG 120408-WF Kekerasan : 177 BHN panjang pot. : 80 mmGrade : New GC4015 Tegangan tarik : 597 N/sqmm
Kec. makan : 796.2 mm/min dia. : 68 mm Kec. makan : 772.1 mm/min dia. : 66 mmPut. Spindel : 3981 1/min Kec. Potong : 850 m/min Put. Spindel : 3860 1/min Kec. Potong : 800 m/min
Beban 1 2 3 4 5 6 7 8 Beban 1 2 3 4 5 6 7 8Px % 20 20 23 22 16 19 17 16 Px % 18 20 19 20 18 19 16 20Pz % 12 12 12 12 12 12 12 12 Pz % 12 11 11 11 13 11 14 12Ps % 87 87 92 91 73 86 84 80 Ps % 68 83 85 84 85 82 87 72
Kekasaran 1 2 3 4 5 6 7 8 Kekasaran 1 2 3 4 5 6 7 8Ra µm 1,03 1,01 1,09 1,10 0,83 0,99 0,87 0,88 Ra µm 0,98 1,03 0,99 1,13 0,98 0,93 1,01 0,98
Geram 1 2 3 4 5 6 7 8 Geram 1 2 3 4 5 6 7 8
t mm 0,375 0,385 0,385 0,395 0,385 0,365 0,385 0,370 t mm 0,385 0,375 0,385 0,385 0,385 0,375 0,385 0,385
D A T A P E N G A M A T A N
Mesin : Turning CNC Mazak Benda kerja : Silindris feed : 0.2 mm/rTipe mesin : Turning 8N / Mazatrol Tplus Material : S50C dalam pot. : 0.5 mmInsert tool : CNMG 120408-WF Kekerasan : 177 BHN panjang pot. : 80 mmGrade : New GC4015 Tegangan tarik : 597 N/sqmm
Kec. makan : 746.42 mm/min dia. : 64 mm Kec. makan : 719.1 mm/min dia. : 62 mmPut. Spindel : 3732.1 1/min Kec. Potong : 750 m/min Put. Spindel : 3596 1/min Kec. Potong : 700 m/min
Beban 1 2 3 4 5 6 7 8 Beban 1 2 3 4 5 6 7 8Px % 19 20 18 22 20 19 22 21 Px % 23 21 21 24 20 23 21 22Pz % 11 11 11 12 13 13 14 13 Pz % 11 11 11 12 12 12 11 12Ps % 65 70 78 82 85 83 87 85 Ps % 66 66 66 67 59 67 66 67
Kekasaran 1 2 3 4 5 6 7 8 Kekasaran 1 2 3 4 5 6 7 8Ra µm 0,99 1,05 1,12 1,10 1,07 1,07 1,05 1,13 Ra µm 1,14 1,08 1,07 1,09 1,10 1,12 1,14 1,13
Geram 1 2 3 4 5 6 7 8 Geram 1 2 3 4 5 6 7 8
t mm 0,395 0,385 0,385 0,385 0,380 0,380 0,380 0,385 t mm 0,400 0,375 0,390 0,400 0,375 0,385 0,390 0,400
D A T A P E N G A M A T A N
Mesin : Turning CNC Mazak Benda kerja : Silindris feed : 0.2 mm/rTipe mesin : Turning 8N / Mazatrol Tplus Material : S50C dalam pot. : 0.5 mmInsert tool : CNMG 120408-WF Kekerasan : 177 BHN panjang pot. : 80 mmGrade : New GC4015 Tegangan tarik : 597 N/sqmm
Kec. makan : 690 mm/min dia. : 60 mm Kec. makan : 658.91 mm/min dia. : 58 mm: 58 mmPut. Spindel : 3450 1/min Kec. Potong : 650 m/min Put. Spindel : 3294.5 1/min Kec. Potong : 600 m/min
Beban 1 2 3 4 5 6 7 8 Beban 1 2 3 4 5 6 7 8Px % 20 23 22 22 19 24 20 21 Px % 20 24 22 23 22 22 21 24Pz % 12 12 12 11 12 11 12 11 Pz % 12 11 11 11 12 11 12 11Ps % 61 70 69 63 55 63 58 60 Ps % 50 60 58 62 57 52 56 64
Kekasaran 1 2 3 4 5 6 7 8 Kekasaran 1 2 3 4 5 6 7 8Ra µm 1,23 1,33 1,27 1,32 1,22 1,42 1,20 1,24 Ra µm 1,31 1,45 1,38 1,42 1,27 1,36 1,33 1,53
Geram 1 2 3 4 5 6 7 8 Geram 1 2 3 4 5 6 7 8
t mm 0,380 0,385 0,370 0,355 0,390 0,375 0,385 0,380 t mm 0,375 0,375 0,380 0,375 0,375 0,390 0,405 0,390
LAMPIRAN B
STANDARD SPECIFICATION OF THE MACHINE B-1. Principle Specification
Specification
Item Description Unit Y M C S.E. Asia
T-Plus EIA EIA
Capacity Chuck size Inch 6”
Maximum swing mm (in.) φ 490 (19.1/4)
Standard machining diameter mm (in.) φ 160 (6.30)
Maximum machining diameter mm (in.) *1 φ 160 (6.30)
Bar work capability mm (in.) φ 40 (1.57)
Distance between spindle end and turret end face
mm (in.) 100 - 390 (3,94 - 15,35)
Maximum machining length (Distance from Z-Axis zero point)
mm (in.) 285 (11.22)
Maximum support weight Kg (lbs) 25 (55.12) [chuck work] 30 (66,14) [Shaft work]
Main Rotating speed Without chuck rpm 6000 5000 4000 spindle With chuck 6000 5000 4000
Bore mm (in.) φ 50 (1.97)
Motor output (30-min. rating) kW (HP) 7.5 (10) 5.5 (7.3)
Maximum torque Kgf-m(ft-lbs) 9.8 (70.9) 9.0 (65.1) 8.0 (57.9)
Turret Number of tools pcs 8(8D turret) 12(12D turret)
8 (8D turret)
Tool size OD turning ID turning
mm (in.) 20 x 20 x 100 (3/4 x 3/4 x 3/4) 25 (1.00)
Indexing time One potion Full turn
sec 0.28 0.58
Feed axes Rapid feed rate X/Z m/min (IPM)
30.5/33 (1200/1300)
30/30 (1181/1181)
Rapid feed time constant
X/Z msec 90/90 80/70
Indexing time Z mm (in.) 100 (3.75) Indexing time X 290 (11.40)
*1 With 8D turret:
With 12D turret: φ 160 (6.30) φ 110 (4.33)
48
Specification
Item Description Unit Y M C S.E. Asia
T-Plus EIA EIA
Tailstock Tailstock type - Manual tailstock
Tailstock movement stroke mm (in.) 325 (12.80)
Tail spindle diameter mm (in.) φ 55 (2.17)
Tail spindle hole taper - M. T. No. 4
Max. tail spindle thrust power kgf (lbs) 150 (331)
Tailstock center type - Dead center
Tail spindle movement stroke mm (in.) 95 (3.74)
Other Coolant tank capacity L (in3) 100 (6102)
Power requirement kVA 21.812 16.7 13.7
Overall dimensions
Tool size Spindle centre height
mm (in.) 1000 (39.37)
Overal length 2007 (79.02) 1870 (73.62)
Overal width 1330 (52.37)
Overall height 1920 (75.59) 1810 (71.26)
Floor space requirement m2 (ft2) 2.67 (28.74) 2.49 (26.80)
Machine weight kg (lbs) 2650 (5842)
49
B-2. Spindle Speed – Motor Output Characteristic Curve
50