LAJU KOROSI RETAK TEGANG PADA BAJA KARBON

TORSI, Volume VII, No. 2, Juli 2009 Pengaruh Cairan Pendingin ... (Aan Sukandar, Enang Suma A)

PENGARUH CAIRAN PENDINGIN EMULSI PADA KEAUSAN PAHAT BUBUT JENIS HSS

Aan Sukandar1) Enang Suma A2)ABSTRAKTujuan penelitian ini adalah untuk mengetahui pengaruh cairan pendingin pada proses pemotongan logam yang dilakukan oleh pahat bubut. Pahat bubut akan mengalami keausan setelah digunakan dalam waktu tertentu. Untuk mengurangi laju keausan yang dialami oleh pahat maka diperlukan suatu cairan pendingin. Dalam penelitian ini, cairan pendingin yang digunakan yaitu emulsi dengan perbanding 1 : 30. Berdasarkan hasil pengujian, diperoleh bahwa umur pahat yang menggunakan cairan emulsi 1 : 30 yaitu 0,47 menit dengan keausan tepi 0,31 mm. Panas yang timbul akibat proses pemotongan benda kerja oleh pahat, gesekan yang dialami oleh pahat selama proses pemotongan berlangsung dan adanya geram yang ikut menempel pada pahat, menyebabkan pahat mengalami perubahan bentuk dan struktur akibatnya pahat mengalami keausan/kerusakan pada daerah mata potongnya.

ABSTRACT

The objective of this research is to understand the effects of coolant on the metal cutting process done by lathe machine. Lathe machine will be worn out until it reaches a certain period. To decrease the worn out rate, coolant is needed. In this research, the coolant used is at the ratio 1:30. Based on the experiment, the age of the tool lathe with applied emulsion 1:30 will be 0.47 minutes with tip worn out 0.31 mm. The exhibited heat, as a result of the cutting process and debris stuck to the tool lathe are the causes of structural and shape change at which tip is broken.

Key word : coolant, emulsion, worn out, tool lathePENDAHULUAN

1,2) Dosen Jurusan Pendidikan Teknik Mesin FPTK UPI Jl. Dr. Setiabudhi No. 207 Bandung

Sebagai alat untuk menghasilkan mesin perkakas atau untuk menghasilkan komponen-komponen atau perlengkapan dari mesin perkakas tersebut, suatu industri memerlukan sebuah mesin untuk memproduksinya. Salah satu mesin perkakas yang digunakan adalah mesin bubut. Proses pengerjaan pembubutan tak lepas dari adanya factor kecepatan potong, gerak makan, pelumasan, geometri pahat dan kondisi mesin. Faktor-faktor ini memiliki pengaruh terhadap hasil dari pembubutan. Dalam hal ini, factor yang paling utama dan pada umumnya terjadi di lapangan adalah kondisi dari pahat bubut yang digunakan. Pada saat proses pembubutan timbul suatu panas karena adanya pergeseran dan gesekan yang terjadi langsung antara pahat dengan benda kerja. Panas yang terjadi pada saat proses pembubutan ini akan menyebabkan pahat rusak/aus, hal ini akan berpengaruh pada hasil bubutan dan waktu yang diperlukan untuk menyelesaikan pekerjaan. Untuk menghindari hal tersebut, maka diperlukan suatu cairan pendidingin atau pelumas untuk mengurangai pahat agar tidak cepat rusak/aus, sehingga membantu meningkatkan masa pemakaian pahat tersebut. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh dan efektifitas dari pemakaian cairan pendingin dengan kekentalan tertentu terhadap laju keausan pahat bubut jenis High Speed Steel (HSS).

KARAKTERISTIK PAHAT BUBUT

Pahat bubut adalah salah satu alat yang berfungsi untuk memotong atau menyayat (removal) benda kerja yang terpasang terhadap bentuk yang diinginkan. Berbagai bentuk penyayatan ini ditentukan oleh jenis, bahan dan bentuk pahat. Adapun jenis-jenis material pahat yang umum digunakan adalah : (1) HSS dan (2) High Carbon Steel (HCS)

(1) High Speed Steel (HSS)

High Speed Steel merupakan pahat baja potong cepat yang berdasarkan standard DIN 17007, AISI M41 pahat ini memeiliki komposisi yaitu 0,92 % C, 4 % Cr, 5 % Mo, 1,8 V, 5 % Co, dan 6,5 % W dengan kekerasan berkisar antara 54 sampai dengan 56 HRc. Pahat ini umumnya digunakan untuk pembubutan bahan yang berkadar karbon rendah sampai dengan sedang dan cocook untuk bahan-bahan yang bukan logam. (2) High Carbon Steel (HCS)

High Carbon Steel pahat ini merupakan pahat potong baja karbon tinggi yang berdasar standar AISI D2 atau ASAB XW41, memiliki komposisi sebagai berikut 1,6 %C, 1,5 % Cr, 0,6 % Mo, 0,1 % V dan 0,5% W dengan kekerasan berkisar antara 62 sampai 64 HRc. Pahat jenis ini digunakan untuk pembubutan bahan yang keras dengan kadar karbon tinggi.

Dalam melakukan pengujian ini, material pahat yang digunakan adalah pahat jenis HSS ukuran 1/2 x 4 inchi sebanyak 6 buah dengan karakteristik yang sama dan dari pabrik yang sama,. Pengujian pemesinan yang dilakukan terhadap pahat adalah proses pembubutan silindris dengan kecepatan potong yang sama, dimana material benda kerja yang dibubut adalah baja 48 Cr Mo 4, berdiameter 29 mm dan panjang 100 mm. Selama proses pembubutan berlangsung diberi cairan pendingin emulsi 1 : 30 dimana minyak emulsi berwarna putih, dibuat dengan cara melarutkan dalam air dengan perbandingan 1 bagian minyak emulsi dan 30 bagian air.

LANGKAH PENELITIANSkema penelitian

Gambar 1. Skema penelitian

BAHAN a. Data benda kerjaMaterial yang digunakan untuk dibubut dalam penelitian ini adalah baja 48 Cr Mo 4, dengan harga kekerasan 96,7 HRB u = 740 N/mm, 29 mm dan panjang 100 mm.

Baja dengan u = 740 N/mm, mempunyai harga ks 11 = 1650 N/mm. Sehingga gaya potong spesifikasinya dapat dihitung dengan persamaan :

Ks = Ks 11. b(i-j) + h (i+j)

Nilai (I j) = - 0,04 dan (i + j) = 0,36. Sehingga besar ks = 750,2 N. Jadi besar gaya potong Fv = ks x A = 84 N.

b. Data pahat bubut

Dimensi dan geometri pahat yang digunakan dalam penelitian ini, yaitu sebagai berikut :

Sudut geram orthogonal ( 0 ) = 10oSudut bebas orthogonal ( 0 ) = 8oSudut bebas Bantu ( 0 ) = 8oSudut potong utama ( r ) = 90oSudut potong minor ( r )

= 10oSudut miring ( s )

= 14oc. Data komposisi material pahat

Data komposisi kimia diperlukan untuk mengetahui komposisi dan unsur yang terdapat dalam material pahat HSS, sehingga dapat diketahui pengaruhnya terhadap sifat fisik pahat terutama kekerasannya serta sifat lain yang berpengaruh terhadap laju keausan pahat.

Hasil pemeriksaan dengan menggunakan alat Spektometer pada pahat jenis HSS dapat dilihat pada tabel berikut :

Tabel 1. Data Komposisi Kimia Material Pahat Bubut Jenis HSS

NoUNSURKOMPOSISI (%)

1C0,84

2Si0,11

3Cr3,59

4Mo3,28

5V1,94

6W3,92

7Co0,11

Dari hasil pemeriksaan komposisi dan unsur kimia tersebut, maka pahat yang digunakan dalam pengujian ini tergolong dalam AISI DESIGNATION katagori M-2 dengan aplikasi untuk turning carbon steel.

d. Data pengujian kekeraan

Data harga kekerasan pahat merupakan hasil pengujian kekerasan mikro yang dilakukan pada pahat, dengan pembebanan sebesar 150 kg skala Rockwell. Pengujian dilakukan pada bidang geram sampai kebagian tengah dari bidang geram. Adapun harga kekerasan pahat 64,2 HRc.

e. Data pemesinan

Data pemesinan merupakan data tentang mesin, kondisi pemotongan dan cairan pendingin yang digunakan selama proses pembubutan untuk pengujian laju keausan.

Data mesin :

Type

: EMCO Maximat V 13

Daya

: 4 KW

Buatan

: Austria

Feed range

: 0,045 s/d 0,630 mm/rev

Spindle speed range: 30 s/d 2500 rpm

Spindle hole diameter: 40 mm

Data kondisi pemotongan :

Kecepatan potong (Cs): 40,07 m/min

Putaran spindle (n)

: 440 rpm

Gerak makan (f)

: 0,112 mm/rev

Dalam pemotongan (a): 1 mm

Data pendingin :

Emulsi

: Berwarna putih, dibuat dengan cara melarutkan

minyak kedalam air dengan perbandingan 1 : 30.

Laju kecepatan cairan pendingin : 500 l/jam, menggunakan pompa aquarium merk Aquila P 1200.

f. Data umur dan keausan pahat

Data ini diperoleh melalui proses pemesinan dengan melakukan pembubutan dengan berdasarkan data pemesinan di atas, dimana untuk panjang pemotongan tertetu, proses pembubutan diberhentikan untuk mengukur besarnya harga keausan tepi (VB) yang terjadi pada pahat akibat pemakaian cairan pendingin tersebut. Pengukuran keausan tepi dilakukan dengan menggunakan alat Toolmakers Microscope type CAT 7069 dengan pemebesaran 20 x. data hasil proses pemesinan dapat dilihat pada tabel berikut :

Tabel 2. Hasil proses pemesinan dengan pemakaian

cairan pendingin emulsi 1 : 30.

Panjang Pemotongan(LT) mmWaktu Pemotongan (Lt) menitKeausan Tepi (VB) mm pada komposisi cairan pendingin Emulsi 1 :30

200,190,15

300,270,19

400,370,24

500,470,31

Pada tabel 2 dapat dilihat umur pahat (T) seccara empirik/hasil pengujian. Kriteria saat berakhirnya umur pahat pada harga keausan VBmax = 0,31 mm dengan menggunakan cairan pendingin emulsi 1 : 30 didapat Tc = 0,47 menit dan VB = 0,31 mm.

HASIL PERCOBAAN DAN PEMBAHASAN

1. Penentuan umur pahat (T) secara regresi

Pengolahan data dimaksudkan untuk menentukan umur pahat (T) untuk cairan pendingin yang dimaksud secara regresi.

Tabel 3. Data perhitungan umur pahat dengan cairan

pendingin emulsi 1 : 30No. DataLog tc

x iLog VB

y i

Y xi yi

1-0,721-0,8240,5200,6790,594

2-0,569-0,7210,3240,5200,410

3-0,432-0,6200,1870,3840,268

4-0,328-0,5090,1080,2600,167

-2,050-2,6741,1390,2601,439

X =

Y =

SSx =

SSy =

SPxy =

SPDxy = SPxy-

SSDx = SSx -

SSDy = SSy -

= Y = - 0,669

b =

Persamaan regresinya adalah :

Y = a + b (x X)

Y = a + bx bX = - 0,669 + 0,761x (0,761. -0,513)

Y = - 0,278 + 0,761x

Untuk batas harga keausan tepi maksimum (VB max ) ditentukan sebesar 0,3 mm, maka log VB = - 0,523. Dengan mensubtitusikan ke dalam persamaan regresi di atas akan

didapat :

-0,523 = - 0,278 + 0,761

Karena x = T, maka umur pahatnya adalah :

Log T = - 0,322

T = 10 0,322 = 0,47 menit

2. Penentuan umur pahat (T) secara grafis

Gambar 2. Penentuan Umur pahat Menggunakan cairan

pendingin emulsi 1 : 30 secara grafis

Untuk batas harga keausan tepi maksimum (VB max ) ditentukan sebesar 0,3 mm, maka log VB = - 0,523. Umur pahat dapat diperkirakan secara interpolasi pada grafik log VB dan log Tc sebagai berikut :

EMBED Equation.3

0,126 =

x = - 0,328 0,013

- 0,314

maka umur pahat (T) = 10-304 = 0,46 menit

Setelah melakukan pengujian laju keausan pahat melalui proses pembubutan dengan menggunakan data-data yang telah ditentukan, maka mata potong pahat mengalami keausan (kerusakan). Keausan yang dialami oleh pahat dapat dilihat pada gambar berikut

Gambar 3. Photo keausan pahat menggnakan photo stereo

dengan pembesaran 38 x.

Sedangkan berdasarkan hasil pengolahan data diperoleh umur pahat (T), untuk proses pembubutan dengan menggunakan data pemesinan yang telah ditentukan dengan cara menggunakan persamaan garis regresi dan secara grafis.

Data umur pahat (T) secara empirik (hasil proses pembubutan) dan umur pahat (T)dari hasil pengolahan data dapat dilihat pada tabel 5.1 dan tabel 5.2 berikut :

Tabel 4. Umur pahat secara empirik (hasil proses pembubutan)

Komposisi Cairan PendinginKec Potong (Cs)

Mm/minUmur Pahat (T)

MenitKeausan Tepi (VB)

mm

Emulsi 1 : 3040,070,470,31

Tabel 5. Umur pahat secara regresi dan grafis

Cairan PendinginSecara RegresiSecara Grafis

T Emulsi 1 : 300,470,46

Umur pahat yang diperoleh secara regresi dan secara grafis perbedaannya tidak terlalu jauh, hal ini disebabkan karena kecepatan potong yang digunakan pada proses pembubutan adalah sama sehingga pada grafik tidak terdapat fungsi kemiringan linier melainkan fungsi garis lurus dari log v terhadap log T.

Hasil pengujian keausan pahat melalui proses pembubutan, dapat dilihat pada gambar di bawah ini :

Gambar 4. Grafik Laju Keausan Tepi pada Pahat dengan Pemakaian

Cairan Pendingin Emulusi 1 : 30

Dari grafik hasil pengujian terlihat bahwa laju keausan bertambah besar/naik seiring dengan bertambahnya waktu pemotongan (Tc).KESIMPULAN

Berdasarkan hasil percobaan dan pembahasan yang telah dilakukan dapat diambil beberapa kesimpulan sebagai berikut :

1. Hasil analisa komposisi pahat bubut yang digunakan jenis HSS konvensional dengan standard AISI katagori M-2, dimana elemen utamanya adalah Molybdenum (Mo), Chromium (Cr), Wolfram (W), Vanadium (V), dan Carbon (C). Dengan harga kekerasan Hardnes Rockwell 64,2 HRc.

2. Benda kerja yang dipakai adalah baja berstruktur 48 Cr Mo 4, dengan harga kekerasan 96,7 HRB.

3. Dengan menggunakan data kondisi pemotongan :

Kecepata potong (Vc) = 40,07 m/min.

Putaran spindle (n) = 440 rpm.

Dalam pemotongan (a) = 1 mm.

Gerak makan (f) = 0,112 mm/put.

Umur mata potong pahat (T) adalah sebagai berikut :

T Emulsi 1:30 = 0,47 menit dengan keausan tepi 0,26 mm.

4. Baik secara empirik (hasil proses pembubutan) maupun secara regresi dan garafis (hasil pengolahan data), menunjukan bahwa laju keausan bertambah besar/naik seiring dengan bertambahnya waktu pemotongan (Tc).

DAFTAR PUSTAKA

ASM, Metals Handbook, Vol. 1, 1990, Properties and Selection, Irons, Steels and High Perfomance Alloys, American Society for Metal, Ohio.

Frank W. Wilson, 1984. Fudamental of Tool Design, Englwood Clifts, New Jersey.

Rochim, Taufik, 1993, Teori dan Teknologi Proses Permesinan, ITB, Bandung.

Steve F. Krar, 1991, Technology of Machine Tools, Mc Graw-Hill: Publishing

Company.

Surdia, Tata, 1992, Pengetahuan Bahan Teknik, Pradnya Paramita, Jakarta.

Benda Kerja 48 CrMo 4

29 x 100 mm

Pemeriksaan awal material pahat :

-Komposisi

-Kekerasan

Proses Pembubutan

Cs = 40,07m/min

A =1 mm

F = 0,112 mm/put

Cairan Pendinginan emulsi 1 : 30

Pemeriksaan akhir material pahat

Keausan pahat

Struktur Makro

Data hasil pengujian

Kesimpulan

Material pahat

jenis HSS x 4 inchi

1011

_1287235276.unknown

_1287236557.unknown

_1287237415.unknown

_1287239279.unknown

_1287239520.unknown

_1287239783.unknown

_1287238469.unknown

_1287237064.unknown

_1287237192.unknown

_1287236847.unknown

_1287236184.unknown

_1287236255.unknown

_1287235911.unknown

_1287235022.unknown

_1287235098.unknown

_1287234953.unknown