PEMODELAN TEMPERATUR PAHAT POTONG HSS PADA PROSES BUBUT ...· Bubut dimensi pahat berukuran 4’ x

download PEMODELAN TEMPERATUR PAHAT POTONG HSS PADA PROSES BUBUT ...· Bubut dimensi pahat berukuran 4’ x

of 28

  • date post

    19-Mar-2019
  • Category

    Documents

  • view

    227
  • download

    1

Embed Size (px)

Transcript of PEMODELAN TEMPERATUR PAHAT POTONG HSS PADA PROSES BUBUT ...· Bubut dimensi pahat berukuran 4’ x

TesisTesisPEMODELAN TEMPERATUR PAHAT POTONG PEMODELAN TEMPERATUR PAHAT POTONG HSS PADA PROSES BUBUT DENGAN METODE

TOOL TERMOKOPEL TIPE-K DENGAN MATERIAL St 41

Mochamad MasudMochamad Mas ud

2107 201 007

PembimbinggIr. Bambang Pramujati, MSc Eng., Ph.DDr. Ir. Agus Sigit Pramono, DEA

Latar Belakang

Pada proses pemesinan hampir seluruh energiPada proses pemesinan, hampir seluruh energipemotongan diubah menjadi panas. Panas yang timbulcukup besar dan karena luas bidang terlalu kecil makap gtemperatur pahat pada permukaan bidang aktif pahat,akan sangat tinggi. Karena temperatur yang tinggi, makapahat akan mengalami keausan.Faktor kerusakan dan keausan pahat pada proses bubut

dipengaruhi oleh:dipengaruhi oleh:Geometri pahat, Jenis material benda kerja dan pahat,kondisi pemotongan (Kecepatan potong, kedalamankondisi pemotongan (Kecepatan potong, kedalamanpotong dan gerak makan) dan sebagainya.

PenelitianPenelitian SebelumnyaSebelumnya

Pemodelan menggunakan finite elemen untuk mengetahuid b d b b l h Wdistribusi temperatur pemotongan pada proses bubut oleh W.Grzesik (2005) pada gambar 1.1 menunjukkan bahwabesarnya distribusi temperatur pahat sekitar permukaanbidang aktif pahat.

Gambar 1.1 Hasil temperatur pemotongan untuk tipe pahat P20 tanpa pelapis karbid dan TiC/Al2O3/TiN dengan pelapis karbid.

Pada metode ini tidak dapat mengetahui temperaturPada metode ini tidak dapat mengetahui temperatur(T2) pada fungsi jarak, tetapi hanya diketahui padatemperatur bidang aktif pahat (T1) saja.p g p ( ) j

Analisa pengukuran temperatur pemotongan padaproses bubut dengan metode termokopel yangp g p y gditempelkan pada pahat jenis HSS (Agus Iswantoko,2004). Metode ini ada kelemahannya padapenempatan sensor termokopel sulit didekat ujungpahat.

1. Memodelkan temperatur pahat bubut jenisp p jHSS menggunakan finite-element method(FEM) dengan bantuan program ANSYS.( ) g p g

2. Mengetahui temperatur pahat bubut denganmetode tool termokopel tipe K yangmetode tool termokopel tipe K yangdimasukkan pada pahat secara eksperimenyang dilengkapi data akuisisi.yang dilengkapi data akuisisi.

Memprediksi atau mengestimasi temperatur pahatyang dihasilkan dapat digunakan untuk mengontrol

d d k hpendingin dan mengurangi keausan pahat .

Temperatur pemotongan mempunyai pengaruh Temperatur pemotongan mempunyai pengaruhbesar terhadap umur pahat dan permukaan bendakerja, oleh karena itu dalam proses pemesinanj , p ptemperatur mempunyai korelasi terhadap lajukeausan pahat yang merupakan salah satuparameter dalam menentukan umur pahat tersebut.Pahat yang mengalami keausan akan

hi k t liti d k dih ilkmempengaruhi ketelitian produk yang dihasilkan.

Sudut Geometri Pahat Bubut

R k d i dRekomendasi sudutpahat pada prosesbubutbubut

Sumber panas di dalam proses pemotongan : Daerah pembentukan geram di area ini mengalami

deformasi plastis dan patah/putus pada logamyang dimesin. Didaerah ini meliputi semua aliranpermukaan, mendasari sumber panas pertama (Q1)

Daerah gesekan antara geram dan permukaan alatpotong, mendasari sumber panas kedua (Q2)

Daerah gesekan antara permukaan alat potong danbenda kerja yang dimesin dengan kecepatan

d i b k i (Q3)potong, mendasari sumber panas ketiga (Q3)

Gambar 1.3 Daerah Sumber Panas pada Pemotongan

Sumber panas yang terbawah

Q Q +Q +Q [W ] Q=Qc+Qs+Qw [Watt] Dimana : Qc=panas yang terbawah oleh geram dengan prosentase sekitarc p y g g g p

75% Qs= panas yang merambat melalui pahat dengan prosentase sekitar

20% Qw=panas yang melalui benda kerja dengan prosentase sekitar 5%

Rumus temperatur pahat potong

E=Temperatur pahatks=Merupakan perkalian dari gaya potong spesifik referensi (ks11) dengan lebarpemotongan dan harga tebal geram sebelum terpotong mempunyai hargapemotongan dan harga tebal geram sebelum terpotong mempunyai hargapangkat i dan j yaitu :ks= ks11 . bi-j . h-(i+j)

w = konduktivitas panas benda kerja (W/m.C0)w p j ( )Cvw=Spesifik panas volumetrik benda kerja KJ/m3.C0.Cvw = w . cwH = w . Cvw = besaran panas terpaduPerhitungan waktu pemotongan (tc) teoritis :tc = lt/vf (detik)

Gambar Pemodelan Pahat Gambar Pemodelan Pahat

Bubut dimensi pahat berukuran 4 x atau 101.6 mm x 12.7 mm. Sudut potong pahat HSS (material steel) : 900

Properti material alat potong HSS untuk simulasiTemperatur :Temperatur :

K d kti it = 50 W/ KKonduktivitas panas = 50 W/mKDensity = 8600 kg/m3

/ 0Spesifik panas = 485J/kg0C

Elemen tipe pada pahat adalah thermal mass solid226 dan Meshing menggunakan mesh tool, set line.A h l dAnalisa thermal Steady-State.

Contoh hasil temperatur pahat HSS padatemperatur maksimum 429 0Ctemperatur maksimum 429 C.

MINIMUM VALUESMINIMUM VALUESNODE 13507VALUE 25.004

MAXIMUM VALUESNODE 508VALUE 429.00 (T1)

Nilai TemperaturNODE 13758VALUE 45 437 (T )VALUE 45.437 (T2)

T b l h l l h HSS

Jarak (T1) ke (T2) Pahat (xi) adalah18 mm

T (T ) T (T )

Tabel hasil simulasi temperatur pahat HSS

Temperatur (T1) Temperatur (T2)

1 429 0C 45,44 0C

2 373 0C 42 86 0C2 373 0C 42,86 0C

3 340 0C 41,57 0C

4 296 0C 39 99 0C4 296 C 39,99 C

5 271 0C 37,33 0C

6 233 0C 35,83 0C,

Pengujian secara eksperimen

Pengujian ini menggunakan metode tool termokopel Pengujian ini menggunakan metode tool termokopeltipe-K didukung dengan peralatan data akuisisi. Software yang digunakan adalah Lab VIEW untuky g gmembuat program grafik temperatur pahat.

Data akuisisi menggunakan USB DAQgg

Gambar proses eksperimen dalam pengambilandata temperatur pahat HSSdata temperatur pahat HSS

Tool termokopel

Display program lab view

Kabel termokopel

USB DAQ

Tabel Hasil temperatur eksperimen menggunakan data akuisisi

Putaran TTTTTTT ratT t ( 0C) rataporos utama(rpm) 1 2 3 4 5

440 45,87 46,96 45,95 45,09 46,10 45,99

Temperatur ( 0C) rata-rata

260 40,54 41,95 41,17 41,18 40,31 41,03

110 35,74 35,50 35,11 35,42 36,13 35,58

Dengan parameter variabel tetap :

1 mm = kedalaman potong (a)

0,360 mm = gerak makan (f)

Perbandingan temperatur eksperimend t t i l idengan temperatur simulasi

Tempera TemperaturTemperatur eksperimen Temperatur Simulasi

110 45,99 45,44

260 41,03 41,57

440 35 58 35 83440 35,58 35,83

Analisa menggunakan statistik two-sample t berkesimpulan bahwa :Perbandingan data eksperimen dengan data simulasi padatemperatur pahat dikatakan sama.

Kesimpulan

Berdasarkan analisa dan pembahasan diperoleh kesimpulan sebagai berikut:

1. Dari hasil simulasi mendapatkan persamaan matematik model1. Dari hasil simulasi mendapatkan persamaan matematik modelregresi :Temperatur (T2) = 24.56 + 0.04925 Temperatur (T1).

2. Analisa hasil perbandingan eksperimen dengan simulasi padatemperatur pahat dikatakan sama.

Hasil node-node pada pahat HSS di temperatur(T2)(T2)

410410

Feeding dan putaran spindel padai b b t ti i t V13mesin bubut tipe maximat V13

Putaran Spindel Putaran Spindel

/min RI RII RIII RIV SI SII SIII SIV1 30 50 90 155 260 440 740 12301 30 50 90 155 260 440 740 12302 65 110 190 320 540 900 1500 2500

Feeding

A B C D E 0,045 0,090 0,180 0,360, , , ,F 0,056 0,112 0,225 0,450G 0,070 0,140 0,281 0,562, , , ,H 0,084 0,168 0,337 0,675K 0,098 0,196 0,393 0,787, , , ,H 0,067 0,135 0,270 0,540K 0,078 0,157 0,315 0,630, , , ,