digilib.uns.ac.id/Pengaruh... · perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id Saya yang bertanda tangan...

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

PENGARUH KECEPATAN PEMAKANAN DAN WAKTU PEMBERIAN

PENDINGIN TERHADAP TINGKAT KEAUSAN CUTTER END MILL

HSS HASIL PEMESINAN CNC MILLING

PADA BAJA ST 40

SKRIPSI

Oleh :

TRI UJAN NUGROHO

K2508081

FAKULTAS KEGURUAN DAN ILMU PENDIDIKAN

UNIVERSITAS SEBELAS MARET

SURAKARTA

Juli 2012


commit to user

ii

PERNYATAAN KEASLIAN TULISAN

Saya yang bertanda tangan di bawah ini:

Nama : Tri Ujan Nugroho

NIM : K2508081

Jurusan/Program Studi : PTK/Pendidikan Teknik Mesin

menyatakan bahwa skripsi saya yang berjudul “PENGARUH KECEPATAN

PEMAKANAN DAN WAKTU PEMBERIAN PENDINGIN TERHADAP

TINGKAT KEAUSAN CUTTER END MILL HSS HASIL PEMESINAN

CNC MILLING PADA BAJA ST 40” ini benar-benar merupakan hasil karya

saya sendiri. Selain itu, sumber informasi yang dikutip dari penulis lain telah

disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam daftar pustaka.

Apabila pada kemudian hari terbukti atau dapat dibuktikan skripsi ini hasil

jiplakan, saya bersedia menerima sanksi atas perbuatan saya.

Surakarta, 24 Juli 2012

Penulis,

Tri Ujan Nugroho


commit to user

iii

PENGARUH KECEPATAN PEMAKANAN DAN WAKTU PEMBERIAN

PENDINGIN TERHADAP TINGKAT KEAUSAN CUTTER END MILL

HSS HASIL PEMESINAN CNC MILLING

PADA BAJA ST 40

Oleh :

TRI UJAN NUGROHO

K2508081

Skripsi

Diajukan untuk Memenuhi Salah Satu Persyaratan Mendapatkan Gelar

Sarjana Pendidikan Program Studi Pendidikan Teknik Mesin

Jurusan Pendidikan Teknik dan Kejuruan

FAKULTAS KEGURUAN DAN ILMU PENDIDIKAN

UNIVERSITAS SEBELAS MARET

SURAKARTA

Juli 2012


commit to user

iv

PERSETUJUAN

Skripsi ini telah disetujui untuk dipertahankan di hadapan Tim Penguji

Skripsi Fakultas Keguruan dan Ilmu Pendidikan Universitas Sebelas Maret

Surakarta.

Surakarta, 27 Juli 2012

Pembimbing I,

Herman Saputro, S.Pd., M.T., M.Pd.

NIP. 19820811 200604 1 001

Pembimbing II,

Yuyun Estriyanto, S.T., M.T.

NIP. 19780113 200212 1 009


commit to user

v

PENGESAHAN

Skripsi ini telah dipertahankan di hadapan Tim Penguji Skripsi Fakultas

Keguruan dan Ilmu Pendidikan Universitas Sebelas Maret Surakarta dan diterima

untuk memenuhi salah satu persyaratan mendapatkan gelar Sarjana Pendidikan.

Hari : Selasa

Tanggal : 31 Juli 2012

Tim Penguji Skripsi:

Nama Terang Tanda Tangan

Ketua : Drs. Subagsono, M.T. _____________

Sekretaris : Danar Susilo Wijayanto, S.T., M.Eng. _____________

Anggota I : Herman Saputro, S.Pd., M.T., M.Pd. _____________

Anggota II : Yuyun Estriyanto, S.T., M.T. _____________

Disahkan oleh

Fakultas Keguruan dan Ilmu Pendidikan

Universitas Sebelas Maret

a.n. Dekan

Pembantu Dekan 1,

Prof. Dr. rer. nat. Sajidan, M.Si.

NIP 19660415 119103 1 002


commit to user

vi

ABSTRAK

Tri Ujan Nugroho. PENGARUH KECEPATAN PEMAKANAN DAN

WAKTU PEMBERIAN PENDINGIN TERHADAP TINGKAT KEAUSAN

CUTTER END MILL HSS HASIL PEMESINAN CNC MILLING PADA

BAJA ST 40. Skripsi. Fakultas Keguruan dan Ilmu Pendidikan Universitas

Sebelas Maret Surakarta, Juli 2012.

Tujuan penelitian ini adalah untuk mengetahui pengaruh variasi

kecepatan pemakanan, variasi waktu pemberian pendingin, dan interaksi antara

kecepatan pemakanan dan waktu pemberian pendingin terhadap tingkat keausan

cutter end mill HSS hasil pemesinan CNC milling pada baja ST 40.

Penelitian ini merupakan penelitian eksperimen yang menggunakan dua

faktor variabel bebas (kecepatan pemakanan dan waktu pemberian pendingin) dan

satu variabel terikat (tingkat keausan cutter end mill HSS). Penelitian dan

pengujian yang dilakukan terdiri dari beberapa tahap, di antaranya pemesinan

dengan mesin CNC milling, pengukuran suhu pemotongan atau suhu cutter,

penimbangan berat cutter, pengambilan foto makro keausan cutter, penghitungan

luas bidang aus cutter, dan pengukuran tingkat keausan cutter.

Data hasil penelitian dan pengujian diuraikan dengan menggunakan

metode diskriptif analitis. Hasil pembahasan dengan metode ini adalah semakin

besar kecepatan pemakanan dan semakin lama waktu pemberian pendingin, maka

tingkat keausan cutter semakin besar. Tipe keausan cutter end mill yang terjadi

yaitu keausan tepi. Keausan mulai tumbuh dengan relatif cepat, kemudian diikuti

dengan pertumbuhan yang relatif lambat sampai pada langkah pemotongan

terakhir. Tingkat keausan tepi cutter terkecil terjadi saat interaksi kecepatan

pemakanan 0,11 mm/rev dengan waktu pemberian pendingin 10 menit yaitu

sebesar 562,57 µm, sedangkan tingkat keausan tepi cutter terbesar terjadi saat

interaksi kecepatan pemakanan 0,15 mm/rev dengan waktu pemberian pendingin

20 menit yaitu sebesar 958,65µm. Penelitian ini menunjukkan bahwa interaksi

antara variasi kecepatan pemakanan dengan variasi waktu pemberian pendingin

mempunyai pengaruh tertentu terhadap tingkat keausan cutter end mill HSS hasil

pemesinan CNC milling pada baja ST 40.

Kata kunci: CNC milling, kecepatan pemakanan, waktu pemberian pendingin,

cutter end mill, flank wear


commit to user

vii

ABSTRACT

Tri Ujan Nugroho. THE INFLUENCE OF FEEDRATE AND TIMING OF

COOLING TO RATE WEAR OF HSS END MILL CUTTER IN MACHINING

RESULT CNC MILLING WITH ST 40 STEEL. Skripsi, Surakarta: Faculty of

Teacher Training and Education. Sebelas Maret University, July 2012.

The purpose of this research was to determine the influence of feedrate

variation, timing of cooling variation, and the interaction between feedrate and

timing of cooling to rate wear of HSS end mill cutter in machining result CNC

milling with ST 40 steel.

This research is an experimental research using two factor independent

variable (feedrate and timing of cooling) and one dependent variable (rate wear

of HSS end mill cutter). Research and testing to be performed consists of several

stages, machining with CNC milling machines, measurement temperature cutting

or temperature cutter, weighing cutter, macro image capture of cutter wear,

calculation of cutter wear broad field, and measurement rate wear of cutter.

The results data of this research described using descriptive analytic

method. The results of discussion with this method was enhancement of feedrate

and enhancement timing of cooling the rate wear cutter increases. Type of end

mill cutter wear that occurs is flank wear. Wear began to grow relatively quickly

and then followed by a relatively slow growth to a certain cutting. The smallest

edge of the cutter rate wear occurs when interaction feedrate 0.11 mm/rev with a

timing of cooling 10 minutes value is 562.57 μm, while the largest edge of the

cutter rate wear occurs when interaction feedrate 0.15 mm/rev with a timing of

cooling 20 minutes value is 958.65 μm. This research suggests that interaction

between feedrate and timing of cooling has a certain influence to rate wear of

HSS end mill cutter in machining result CNC milling with ST 40 steel.

Keywords: CNC milling, feedrate, timing of cooling, end mill cutter, flank wear


commit to user

viii

MOTTO

“Hai orang-orang yang beriman, bertakwalah kepada Allah dengan sebenar-

benar takwa kepada-Nya”

(Q.S. Al Imran : 102)

“Sesungguhnya Allah tidak akan mengubah nasib suatu kaum, sehingga mereka

mengubah keadaan yang ada pada diri mereka sendiri”

(Q.S. Ar Ro’du :11)

“Orang yang terbaik di antara kalian adalah orang yang paling baik akhlaknya”

(H.R. Muslim)

“Barang siapa menempuh suatu jalan untuk mencari ilmu, maka Allah akan

memudahkan padanya jalan menuju ke surga”

(H.R. Muslim)

“Sukses adalah menjalani hidup dalam rencana sendiri, bukan menjalani hidup

dalam rencana orang lain”

(Tri Ujan Nugroho)


commit to user

ix

PERSEMBAHAN

Teriring syukurku pada-Mu, kupersembahkan karya ini untuk:

”Bapak dan Ibu”

Doamu yang tiada terputus, kerja keras dan pengorbanan yang tiada henti

dan kasih sayang yang tak terbatas. Semuanya membuatku bangga memiliki

kalian. Tiada kasih sayang yang seindah dan setulus kasih sayangmu. Kalian yang

terbaik, kalian yang selalu ada dihatiku dan kalian adalah segalanya.

Kakak-kakakku

Terima kasih telah mendukung dan mendorong langkahku, membantu di saat aku

kesusahan dan kekurangan, mengarahkan di saat aku salah jalan, dan menemani

di saat aku sendiri.

Saudara-saudaraku (keluarga besar)

Terima kasih karena kalian semua telah membantu di setiap kehidupanku sejauh

ini, membimbingku dalam banyak hal, dan doa kalian melancarkan setiap

langkahku.

Sahabat-sahabat dan teman-temanku

Terima kasih atas dukungan, doa, dan semangat yang telah kalian berikan

padaku. Kebaikan kalian membuatku semakin menghargai persahabatan dan

kehidupan.

Almamaterku Tercinta


commit to user

x

KATA PENGANTAR

Segala puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT atas

limpahan rohmat, taufik, hidayah, dan karunia-Nya, sehingga penulis dapat

menyelesaikan skripsi ini. Skripsi ini berjudul ”PENGARUH KECEPATAN

PEMAKANAN DAN WAKTU PEMBERIAN PENDINGIN TERHADAP

TINGKAT KEAUSAN CUTTER END MILL HSS HASIL PEMESINAN

CNC MILLING PADA BAJA ST 40”.

Skripsi ini disusun untuk memenuhi sebagian dari persyaratan dalam

mendapatkan gelar Sarjana Pendidikan pada Program Pendidikan Teknik Mesin

Jurusan Pendidikan Teknik dan Kejuruan, Fakultas Keguruan dan Ilmu

Pendidikan, Universitas Sebelas Maret, Surakarta. Skripsi ini dapat diselesaikan

tidak lepas dari berbagai pihak, oleh karena itu penulis mengucapkan terima kasih

kepada yang terhormat:

1. Dekan Fakultas Keguruan dan Ilmu Pendidikan Universitas Sebelas Maret

yang telah memberikan ijin menyusun skripsi.

2. Ketua Jurusan Pendidikan Teknik dan Kejuruan FKIP UNS yang telah

memberikan persetujuan atas permohonan penyusunan skripsi.

3. Ketua Program Studi Pendidikan Teknik Mesin JPTK FKIP UNS yang telah

memberikan persetujuan atas permohonan penyusunan skripsi.

4. Drs. H. Wardoyo selaku Pembimbing Akademik.

5. Herman Saputro, S.Pd., M.T., M.Pd. selaku Dosen Pembimbing I, yang selalu

memberikan pengarahan dan bimbingan dengan penuh kesabaran.

6. Yuyun Estriyanto, S.T., M.T. selaku Dosen Pembimbing II, yang selalu

memberikan motivasi dan bimbingan dengan penuh kesabaran.

7. Parjito, S.T. selaku kepala jurusan pemesinan di SMK Warga Surakarta yang

telah memberikan ijin tempat untuk penelitian.

8. Lilik Dwi Setyana, S.T., M.T. selaku staff Laboratorium Bahan Teknik D3,

Universitas Gadjah Mada Yogyakarta yang telah mendampingi pengujian

dalam penelitian ini.


commit to user

xi

9. Maruto, S.T. Laboratorium Material, Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik,

Universitas Sebelas Maret, Surakarta yang telah membantu dalam pengujian

spesimen penelitian ini.

10. Teman-teman seperjuangan PTM’08 terima kasih atas kerjasama dan

bantuannya.

11. Semua pihak yang penulis tidak bisa sebutkan satu persatu.

Penulis menyadari sepenuhnya bahwa skripsi ini masih banyak

kekurangan. Sehingga penulis mengharapkan kritik dan saran yang sifatnya

membangun dari semua pihak. Apabila dalam pelaksanaan penelitian dan

penyusunan skripsi ini terdapat kesalahan dan hal yang tidak berkenan, penulis

sampaikan mohon maaf yang sebesar-besarnya.

Surakarta, Juli 2012

Penulis


commit to user

xii

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL.........................................................................................

HALAMAN PERNYATAAN..........................................................................

HALAMAN PENGAJUAN..............................................................................

HALAMAN PERSETUJUAN..........................................................................

HALAMAN PENGESAHAN...........................................................................

HALAMAN ABSTRAK...................................................................................

HALAMAN MOTTO.......................................................................................

HALAMAN PERSEMBAHAN........................................................................

KATA PENGANTAR.......................................................................................

DAFTAR ISI.....................................................................................................

DAFTAR TABEL.............................................................................................

DAFTAR GAMBAR........................................................................................

DAFTAR LAMPIRAN.....................................................................................

DAFTAR SINGKATAN DAN LAMBANG....................................................

BAB I PENDAHULUAN ............................................................................

A. Latar Belakang Masalah...............................................................

B. ldentifikasi Masalah.....................................................................

C. Pembatasan Masalah....................................................................

D. Perumusan Masalah.....................................................................

E. Tujuan Penelitian.........................................................................

F. Manfaat Penelitian.......................................................................

BAB II LANDASAN TEORI........................................................................

A. Tinjauan Pustaka..........................................................................

1. Mesin CNC...........................................................................

2. Pendingin (Coolant).............................................................

3. Jenis-jenis Cutter Mesin CNC Milling.................................

B. Penelitian yang Relevan...............................................................

C. Kerangka Berpikir........................................................................

i

ii

iii

iv

v

vi

viii

ix

x

xii

xv

xvi

xx

xxi

1

1

3

4

4

4

5

6

6

6

16

19

28

30

Halaman


commit to user

xiii

D. Hipotesis.......................................................................................

BAB III METODE PENELITIAN...................................................................

A. Tempat dan Waktu Penelitian......................................................

1. Tempat Penelitian.................................................................

2. Waktu Penelitian...................................................................

B. Material Penelitian.......................................................................

1. Baja ST 40.............................................................................

2. Cutter End Mill….................................................................

C. Peralatan Penelitian......................................................................

1. Mesin Gergaji Potong...........................................................

2. Timbangan Digital................................................................

3. Infrared Thermometer...........................................................

4. Mesin CNC Milling…...........................................................

5. Zoom Stereo Microscope......................................................

6. Alat Uji Keausan Cutter........................................................

D. Variabel Penelitian.......................................................................

1. Variabel Bebas......................................................................

2. Variabel Terikat....................................................................

3. Varibel Kontrol….................................................................

E. Pelaksanaan Penelitian.................................................................

1. Diagram Alir Penelitian........................................................

2. Urutan Langkah Penelitian...................................................

3. Desain Penelitian..................................................................

F. Analisis Data................................................................................

BAB IV HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN.................................

A. Langkah Pemesinan.....................................................................

B. Pengukuran Suhu Cutter..............................................................

C. Penimbangan Cutter End Mill......................................................

D. Studi Tingkat Keausan Cutter End Mill.......................................

1. Pengambilan Foto Makro......................................................

2. Pengukuran Luas Bidang Aus Cutter…...............................

31

32

32

32

32

33

33

34

34

34

35

35

36

37

37

38

38

38

38

40

40

41

44

46

48

48

49

51

53

53

54


commit to user

xiv

3. Pengukuran Tingkat Keausan Cutter....................................

E. Studi Pengaruh Kecepatan Pemakanan dan Waktu Pemberian

Pendingin terhadap Tingkat Keausan Cutter End Mill................

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN..........................................................

A. Kesimpulan..................................................................................

B. Implikasi.......................................................................................

1. Implikasi Teoritis..................................................................

2. Implikasi Praktis...................................................................

C. Saran.............................................................................................

DAFTAR PUSTAKA.......................................................................................

LAMPIRAN......................................................................................................

57

70

73

73

74

74

74

75

76

78


commit to user

xv

DAFTAR TABEL

Tabel

2.1 Susunan Pemrograman NC......................................................................

3.1 Hasil Uji Komposisi Baja ST 40.............................................................

3.2 Desain Eksperimen Faktorial Kecepatan Pemakanan dan Waktu

Pemberian Pendingin terhadap Keausan Cutter End Mill.......................

4.1 Rata-rata Hasil Pengukuran Suhu Cutter End Mill..................................

4.2 Rata-rata Hasil Penimbangan Berat Cutter End Mill..............................

4.3 Rata-rata Hasil Pengukuran Luas Bidang Aus Cutter End Mill..............

4.4 Data Hasil Pengukuran Keausan Tepi Cutter End Mill...........................

4.5 Rata-rata Hasil Pengukuran Tingkat Keausan Cutter End Mill.............

13

33

45

50

52

55

59

70

Halaman


commit to user

xvi

DAFTAR GAMBAR

Gambar

2.1 Sistem Persumbuan pada Mesin CNC Milling.......................................

2.2 Motor Utama CNC Milling.....................................................................

2.3 Motor Step..............................................................................................

2.4 Meja Mesin.............................................................................................

2.5 Spindle....................................................................................................

2.6 Ragum.....................................................................................................

2.7 Coolant Hose..........................................................................................

2.8 Bagian Pengendali (Controll) ................................................................

2.9 Speed dan Feed Cutter End Mill.............................................................

2.10 Pemotongan dengan Pendingin ..............................................................

2.11 Jenis-jenis Cutter untuk Pemesinan CNC Milling.................................

2.12 Cutter End Mill.......................................................................................

2.13 Desain Cutter End Mill...........................................................................

2.14 Desain Sisi Potong Cutter End Mill........................................................

2.15 Geometri Sisi Potong Cutter End Mill....................................................

2.16 Kondisi Distribusi Suhu .........................................................................

2.17 Karakteristik Keausan pada Pahat..........................................................

2.18 Pertumbuhan Keausan Tepi untuk Gerak Makan Tertentu dan

Kecepatan Potong yang Berbeda...........................................................

2.19 Harga Eksponen n pada PersamaanTaylor.............................................

8

9

10

10

11

11

12

12

15

16

19

20

20

21

21

24

26

27

28

Halaman


commit to user

xvii

2.20 Kerangka Pemikiran Penelitian.............................................................

3.1 Cutter End Mill......................................................................................

3.2 Mesin Gergaji Potong............................................................................

3.3 Timbangan Digital.................................................................................

3.4 Infrared Thermometer...............................................................................

3.5 Mesin CNC Milling...............................................................................

3.6 Zoom Stereo Microscope.......................................................................

3.7 Mikro Vickers Machine..........................................................................

3.8 Diagram Alir Proses Penelitian..............................................................

3.9 Potongan Benda Kerja.................................................................................

3.10 Hasil Pengefraisan Awal.............................................................................

3.11 Benda Kerja dan Cutter End Mill Hasil Pengerjaan Mesin CNC

Milling....................................................................................................

4.1 Alur Pemakanan atau Penyayatan Cutter..............................................

4.2 Pengukuran Suhu Cutter dengan Infrared Thermometer......................

4.3 Interaksi Waktu Pemberian Pendingin dengan Kecepatan Pemakanan

terhadap Temperatur Cutter..................................................................

4.4 Penimbangan Cutter End Mill...............................................................

4.5 Interaksi Kecepatan Pemakanan dengan Waktu Pemberian Pendingin

terhadap Berat Aus Cutter End Mill.....................................................


terhadap Berat Aus Cutter End Mill.....................................................

4.7 Pengambilan Foto Makro Cutter dengan Zoom Stereo Microscope......

4.8 Pengukuran Luas Bidang Aus Cutter dengan Milimeter Block.............


terhadap Luas Aus Cutter End Mill......................................................

30

34

34

35

36

36

37

38

40

41

42

43

48

49

50

51

52

53

54

55

56


commit to user

xviii


terhadap Luas Aus Cutter End Mill.......................................................

4.11 Pengukuran Keausan Tepi Cutter End Mill..............................................

4.12 Foto Pengukuran Keausan Tepi Cutter dari Monitor............................

4.13. Foto Data Hasil Pengukuran Keausan Tepi Cutter................................

4.14 Foto Makro Sisi Potong Cutter End Mill Hasil Pemesinan CNC

Milling pada Feedrate (f) 0,11 mm/rev dan Waktu Pemberian

Pendingin (t) 10 menit..........................................................................



Pendingin (t) 10 menit. ........................................................................






















56

57

58

58

61

62

63

64

65

66

67

68

69


commit to user

xix


terhadap Keausan Cutter End Mill........................................................


terhadap Keausan Cutter End Mill........................................................

4.25 Pertumbuhan Keausan Tepi Cutter.......................................................

70

71

71


commit to user

xx

DAFTAR LAMPIRAN

Lampiran

1. Katalog Mesin CNC Milling, Cutter End Mill HSS, dan Pendingin

(Coolant)....................................................................................................

2. Program Kerja CNC Milling......................................................................

3. Data Hasil Pengukuran Suhu Cutter End Mill HSS pada Pemesinan

CNC Milling..............................................................................................

4. Data Hasil Penimbangan Berat Cutter End Mill dengan Timbangan

Digital........................................................................................................

5. Data Hasil Pengukuran Luas Bidang Aus Cutter End Mill.......................

6. Daftar Kegiatan Seminar Proposal Skripsi Mahasiswa.............................

7. Surat Keputusan Dekan FKIP tentang Ijin Penyusunan Skripsi...............

8. Surat Permohonan Ijin Penelitian kepada Rektor UNS............................

9. Surat Permohonan Ijin Penelitian di SMK Warga....................................

10. Surat Keterangan Pelaksanaan Penelitian di SMK Warga........................

11. Surat Permohonan Ijin Penelitian di Laboratorium Pendidikan Teknik

Bangunan UNS..........................................................................................

12. Surat Permohonan Ijin Penelitian di Laboratorium Bahan Teknik Mesin

UGM..........................................................................................................

13. Surat Keterangan Pelaksanaan Pengujian di Laboratorium Bahan

Teknik Mesin UGM...................................................................................

14. Surat Permohonan Ijin Penelitian di Laboratorium Material Teknik

Mesin UNS................................................................................................

15. Surat Keterangan Pelaksanaan Pengujian di Laboratorium Material

Teknik Mesin UNS....................................................................................

16. Foto Pelaksanaan Penelitian......................................................................

79

83

92

96

106

107

109

111

112

113

114

115

116

117

118

119

Halaman


commit to user

xxi

DAFTAR SINGKATAN DAN LAMBANG

Pemakaian

pertama kali

Singkatan Nama pada halaman

CNC Computer Numerically Controll

MCU Machine Controll Unit

HRA Hard Rockwell A

Lambang

Vs Kecepatan potong (cutting speed)

d Diameter pahat

S Putaran spindle.

f Kecepatan pemakanan (feedrate)

n Jumlah putaran spindle

Vf Kecepatan pemotongan (cutting speed)

Lo Ukuran atau panjang awal

Li Ukuran atau panjang akhir

a Kedalaman pemakanan (depth of cut)

CT Konstanta umur pahat Taylor

Vc Kecepatan potong (cutting speed)

T Lamanya waktu pemotongan (cutting time)

n Harga eksponen Taylor

VB Keausan tepi (flank wear)

Ra Rata-rata aritmetik

1

13

33

14

14

14

15

15

15

16

16

16

27

27

27

27

27

46


commit to user

1

BAB I

PENDAHULUAN

A. Latar Belakang Masalah

Perkembangan ilmu pengetahuan dan teknologi saat ini menuntut industri

manufaktur harus mampu bersaing di pasar regional maupun internasional.

Beberapa faktor penting yang menjadi fokus perhatian di antaranya peningkatan

kualitas produk, kecepatan proses manufaktur, penurunan biaya produksi, aman

dan ramah lingkungan.

Kualitas produk manufaktur proses pemesinan selalu dikaitkan dengan

dimensi, toleransi, dan nilai dari produk yang dihasilkan. Oleh karena itu,

dibutuhkan mesin yang dapat menghasilkan produk dengan kualitas terbaik, salah

satunya adalah penggunaan mesin CNC (Computer Numerically Control). Mesin

ini memiliki banyak kelebihan dibandingkan dengan mesin konvensional, di

antaranya mempunyai ketelitian tinggi, ketepatan dimensi, waktu produksi yang

lebih efektif, dan produktivitas tinggi. Salah satu jenis mesin CNC yang

digunakan adalah mesin CNC milling, yaitu mesin milling yang diprogram secara

numerik dengan komputer.

Hasil pengerjaan mesin CNC milling sangat bergantung pada parameter

pemesinan yang digunakan, seperti kecepatan potong (cutting speed), kecepatan

pemakanan (feedrate), kedalaman pemotongan (depth of cut), material benda

kerja, karakteristik pahat atau pisau potong, pendinginan dan lainnya. Di antara

parameter-parameter tersebut yang mempunyai peranan penting dalam pemesinan

adalah karakteristik pahat. Hal ini dikarenakan hampir seluruh pemesinan

menggunakan pahat dalam bekerja. Selain itu, pahat juga menentukan kualitas

produk yang dihasilkan, seperti tingkat kekasaran, ketelitian, dan kepresisian

produk. Penggunaan pahat yang tepat dapat meningkatkan efektifitas dan efisiensi

proses pemesinan terutama dalam hal waktu dan biaya produksi.

Di dalam proses pemesinan logam, umur pahat dipengaruhi oleh keausan

mata potong pahat yang terjadi akibat gesekan antara mata pahat dan benda kerja.

Penetapan parameter pemotongan didasarkan pada jenis pahat, material benda


commit to user

2

kerja dan parameter putaran atau gerakan mesin. Penggunaan parameter

pemotongan yang tidak tepat akan menyebabkan pahat mudah aus, sehingga

mempengaruhi proses produksi karena pahat akan sering diganti dan biaya

produksi menjadi lebih tinggi.

Selama proses permesinan berlangsung terjadi interaksi antara pahat

dengan benda kerja, di mana benda kerja terpotong sedangkan pahat mengalami

gesekan dan keausan. Keausan pahat ini akan semakin besar sampai batas tertentu,

sehingga pahat tidak dapat digunakan lagi. Lamanya waktu untuk mencapai batas

keausan ini didefinisikan sebagai umur pahat (tool life). Data mengenai umur

pahat sangat diperlukan dalam perencanaan pemesinan suatu produk, contohnya

pada produksi komponen keberapa pahat harus diganti. Hal ini dapat diketahui

dengan menghitung waktu total yang diperlukan untuk memotong satu produk,

kemudian dibandingkan dengan umur pahat yang dipakai. Contoh lainnya sampai

batas keausan yang bagaimana dari pahat, sehingga tidak mengganggu kualitas

produk, karena pahat yang mengalami keausan akan mempengaruhi kualitas

produk yang dihasilkan.

Di samping penggunaan pahat, parameter pemesinan yang harus

diperhitungkan salah satunya adalah fluida pemotongan atau pendingin (coolant).

Aplikasi fluida pemotongan adalah memperbaiki kualitas produk selama proses

pemotongan secara terus menerus oleh pahat dan juga memperbaiki umur pahat,

sehingga pahat tahan lama. Pendingin berfungsi untuk menurunkan temperatur

pemotongan dan pelumasan. Penurunan temperatur oleh pendingin ini tergantung

pada jenis pendingin yang digunakan, besarnya debit aliran pendingin, dan waktu

pemberian pendingin. Pemberian pendingin dengan debit yang sesuai dan waktu

yang tepat akan menghemat penggunaan cairan pendingin, sehingga dapat

menekan biaya produksi dari sektor penggunaan pendingin.

Pada mesin CNC milling, temperatur dikontrol dengan pemberian

pendingin yang akan mengenai benda kerja dan pahat, sehingga temperatur bisa

dijaga. Temperatur benda kerja yang terjaga dapat memperbaiki kualitas maupun

penampilan benda kerja, sedangkan penurunan temperatur pada pahat dapat

memperlambat keausan pada pahat. Namun penggunaan pendingin juga bisa


commit to user

3

menyebabkan masalah di lingkungan, karena pendingin mengandung bahan kimia

yang sulit diurai oleh lingkungan, contohnya penggunaan cairan pendingin yang

tidak ditampung dan mengalir di sungai akan mencemari air sungai.

Dari latar belakang yang telah diuraikan, maka penelitian ini lebih

menitik beratkan pada penggunaan variasi parameter pemesinan (kecepatan

pemakanan dan pendinginan), serta pengaruhnya terhadap tingkat keausan pahat

yang digunakan. Oleh karena itu, penelitian ini mengambil judul: “PENGARUH

KECEPATAN PEMAKANAN DAN WAKTU PEMBERIAN PENDINGIN

TERHADAP TINGKAT KEAUSAN CUTTER END MILL HSS HASIL

PEMESINAN CNC MILLING PADA BAJA ST 40”.

B. ldentifikasi Masalah

Berdasarkan latar belakang masalah yang sudah diuraikan, maka dapat

diidentifikasi beberapa permasalahan yang mempengaruhi tingkat keausan cutter

end mill HSS hasil pemesinan CNC milling, di antaranya:

1. Masalah penggunaan parameter pemesinan CNC milling seperti spindle

speed, feedrate, dan depth of cut berpengaruh terhadap kualitas benda kerja

dan kondisi cutter yang digunakan, sehingga perlu dicari formula yang tepat

untuk pemesinan.

2. Gesekan antara benda kerja dan cutter akan meningkatkan temperatur

pemesinan, sehingga kualitas produk turun dan umur cutter menjadi singkat.

3. Penggunaan material, karakteristik dan geometri cutter berpengaruh terhadap

tingkat ketelitian dan kepresisian benda kerja.

4. Penggunaan cairan pendingin yang berlebihan dapat meningkatkan biaya

produksi dan mencemari lingkungan sekitar.

5. Pemberian cairan pendingin yang terlambat menyebabkan temperatur cutter

cepat naik, sehingga cutter mudah aus.


commit to user

4

C. Pembatasan Masalah

Agar penelitian yang dilakukan lebih mengarah pada tujuan yang akan

dicapai dan tidak menyimpang dari permasalahan, maka dari beberapa

permasalahan yang timbul dibatasi pada:

1. Penggunaan parameter pemesinan yaitu kecepatan pemakanan (feedrate)

yang sesuai dengan karakteristik cutter end mill HSS hasil pemesinan CNC

milling pada baja ST 40.

2. Penggunaan parameter pemesinan yaitu pemberian pendingin (coolant) pada

jangka waktu tertentu guna menurunkan temperatur cutter end mill HSS hasil

pemesinan CNC milling pada baja ST 40.

D. Perumusan Masalah

Berdasarkan identifikasi masalah dan pembatasan masalah di atas, maka

dapat dirumuskan pokok permasalahan dari penelitian yang akan dilakukan, yaitu:

1. Adakah pengaruh kecepatan pemakanan terhadap tingkat keausan cutter end

mill HSS hasil pemesinan CNC milling pada baja ST 40?

2. Adakah pengaruh waktu pemberian pendingin terhadap tingkat keausan cutter

end mill HSS hasil pemesinan CNC milling pada baja ST 40?

3. Manakah variasi yang paling optimal antara kecepatan pemakanan dan waktu

pemberian pendingin terhadap tingkat keausan cutter end mill HSS hasil

pemesinan CNC milling pada baja ST 40?

E. Tujuan Penelitian

Berdasarkan perumusan masalah tersebut, tujuan yang hendak dicapai

dari penelitian ini adalah:

1. Mengetahui pengaruh variasi kecepatan pemakanan terhadap tingkat keausan

cutter end mill HSS hasil pemesinan CNC milling pada baja ST 40.

2. Mengetahui pengaruh variasi waktu pemberian pendingin terhadap tingkat

keausan cutter end mill HSS hasil pemesinan CNC milling pada baja ST 40.


commit to user

5

3. Mengetahui variasi yang paling optimal antara kecepatan pemakanan dan

waktu pemberian pendingin terhadap tingkat keausan cutter end mill HSS

hasil pemesinan CNC milling pada baja ST 40.

F. Manfaat Penelitian

Penelitian ini diharapkan akan memberikan manfaat sebagai berikut:

1. Manfaaat Teoritis

a. Menambah khasanah ilmu pengetahuan khususnya dalam bidang

penggunaan parameter pemesinan dan pengaruhnya terhadap cutter atau

pisau potong.

b. Sebagai literatur atau bahan referensi untuk penelitian selanjutnya.

c. Sebagai bahan pustaka di lingkungan Universitas Sebelas Maret Surakarta

khususnya di Program Studi Pendidikan Teknik Mesin.

2. Manfaat Praktis

a. Dapat digunakan sebagai referensi dalam menentukan kecepatan

pemakanan dan waktu pemberian pendingin dalam pemesinan CNC

milling pada baja ST 40 guna memperpanjang umur cutter end mill HSS

dengan menghambat keausannya.

b. Memberikan kontribusi ilmiah kepada industri manufaktur berupa tolak

ukur parameter yang tepat untuk kondisi cutter end mill HSS pada operasi

pemesinan CNC milling dengan material baja ST 40.

c. Sebagai bahan masukan bagi pengguna atau operator mesin CNC milling

dalam peningkatan kualitas dan kuantitas produk pemesinan.


commit to user

6

BAB II

LANDASAN TEORI

A. Tinjauan Pustaka

1. Mesin CNC

Mesin CNC (Computer Numerically Controll) dibuat pada tahun

1952 oleh John Pearseon dari Institut Teknologi Massachusetts untuk

membuat benda kerja khusus yang rumit. Pada tahun 1973 mesin CNC masih

sangat mahal, sehingga sedikit perusahaan yang mempunyai keberanian

dalam mempelopori investasi dalam teknologi ini. Baru pada tahun 1975

produksi mesin CNC mulai berkembang pesat yang dipacu oleh

perkembangan mikroprosesor, sehingga volume unit pengendali dapat lebih

ringkas. Dewasa ini penggunaan mesin CNC hampir terdapat di segala

bidang, seperti di bidang pendidikan dan riset atau penelitian, serta sudah

banyak juga digunakan dalam kehidupan sehari-hari masyarakat.

a. Pengertian Mesin CNC

Mesin CNC (Computer Numerically Controll) adalah suatu

mesin yang menggunakan sistem pengendali program secara numerik

dengan komputer. Secara numerik dikarenakan program yang digunakan

adalah kode alfanumerik (terdiri alfabet/huruf dan nomor/angka) untuk

menginstruksi tool dan posisinya sesuai dengan bentuk benda kerja.

Mesin CNC dioperasikan dengan memasukkan program yang

selanjutnya akan bekerja secara otomatis. Pada pengerjaan produk yang

sama hanya diperlukan satu program saja, namun jika dilanjutkan dengan

produk yang lain maka dilakukan penggantian atau pengubahan program.

Sistem CNC ini digunakan untuk mengendalikan mesin dengan jumlah

produk masal, ketelitian tinggi, dan kecepatan yang tinggi pula. Nama-

nama pengendali (controlller) mesin CNC yang bisa dijumpai, misalnya

Emcotronic (Austria), Maho dan Sinumeric (Jerman), Fanuc (Jepang),

dan Cincinnati (Amerika).


commit to user

7

b. Pengoperasian Mesin CNC

Secara umum cara mengoperasikan mesin CNC adalah dengan

memasukkan perintah numerik melalui tombol-tombol yang tersedia

pada panel instrumen mesin. Setiap jenis mesin CNC mempunyai

karakteristik tersendiri sesuai dengan pabrik yang membuat mesin

tersebut. Secara garis besar cara mengoperasikan mesin CNC dapat

dilakukan dengan dua macam cara, yaitu :

1) Sistem Absolut

Pada sistem ini titik awal penempatan alat potong digunakan sebagai

acuan, yaitu menetapkan titik referensi yang berlaku tetap selama

proses operasi mesin berlangsung. Pada mesin CNC bubut titik

referensinya diletakkan pada sumbu atau pusat benda kerja yang

akan dikerjakan, sedangkan pada mesin CNC frais titik referensinya

diletakkan pada pertemuan antara dua sisi pada benda kerja yang

akan dikerjakan.

2) Sistem Incremental

Pada sistem ini titik awal penempatan alat potong yang digunakan

sebagai acuan adalah selalu berpindah sesuai dengan titik aktual

yang dinyatakan terakhir. Pada mesin bubut maupun mesin frais

diberlakukan cara yang sama. Setiap kali suatu gerakan pada proses

pengerjaan benda kerja berakhir, maka titik akhir dari gerakan alat

potong itu dijadikan sebagai titik awal gerakan alat potong pada

tahap berikutnya.

c. Mesin CNC Milling

Mesin CNC milling adalah mesin milling yang pergerakan meja

mesin (sumbu X dan Y), serta spindel (sumbu Z atau rumah cutter)

dikendalikan oleh suatu program (Sujanayogi, 2010 : 25). Program

tersebut berisi langkah-langkah perintah yang harus dijalankan oleh

mesin CNC. Program bisa dibuat langsung pada mesin CNC (huruf per

huruf atau angka per angka) yang hasil programnya disebut dengan


commit to user

8

program NC (Numerically Controll). Kelemahan pembuatan program NC

langsung pada mesin adalah waktu yang dibutuhkan sangat lama dan

mesin tidak bisa digunakan saat pembuatan program NC berlangsung.

Mesin CNC milling dikontrol oleh komputer, sehingga semua

gerakan akan berjalan secara otomatis sesuai dengan perintah program

yang diberikan. Oleh karena itu, dengan program yang sama mesin ini

dapat diperintahkan untuk mengulangi proses pelaksanaan program

secara terus-menerus (Joko Darmanto, 2007: 15).

Secara garis besar mesin CNC milling dapat digolongkan

menjadi dua, yaitu mesin CNC milling TU (Training Unit) dan mesin

CNC milling PU (Production Unit). Keduanya mempunyai prinsip kerja

yang sama, namun berbeda dalam penggunaannya. Mesin CNC milling

TU digunakan untuk mengerjakan pekerjaan ringan dan tidak terlalu

rumit, sedangkan mesin CNC milling PU digunakan untuk mengerjakan

pekerjaan masal karena mesin ini dilengkapi dengan aksesoris yang lebih

kompleks seperti chuck otomatis dan toolpost otomatis.

d. Prinsip Kerja Mesin CNC Milling

Mesin CNC milling menggunakan sistem persumbuan dengan

dasar sistem koordinat kartesius (arah jarum jam). Sistem persumbuan

pada mesin CNC sudah diatur berdasarkan standar ISO, seperti yang

ditunjukkan pada Gambar 2.1 berikut:

Gambar 2.1. Sistem Persumbuan pada Mesin CNC Milling

(Sumber: Widarto, 2008:196)


commit to user

9

Prinsip kerja mesin CNC milling adalah dengan gerak utama

berputar dilakukan oleh alat potong atau cutter, sedangkan gerak

makannya dilakukan oleh benda kerja yang terpasang pada meja kerja.

Arah gerakan persumbuan mesin CNC milling di antaranya sumbu X

untuk arah memanjang meja, sumbu Y untuk arah melintang meja, dan

sumbu Z untuk arah tegak atau vertikal spindel.

e. Bagian-Bagian Utama Mesin CNC Milling

1) Motor Utama

Motor utama adalah motor penggerak rumah alat potong yang

berfungsi memutar alat potong (cutting tool). Motor ini menggunakan

jenis arus searah (DC) dengan kecepatan yang dapat berubah-ubah.

Gambar 2.2 menunjukkan bentuk motor utama pada CNC milling.

Gambar 2.2. Motor Utama CNC Milling

2) Motor Step

Motor step adalah motor penggerak eretan, yaitu gerak persumbuan

jalannya mesin. Mesin 3 axis mempunyai tiga fungsi gerakan kerja,

yaitu posisi horisontal (sumbu X), melintang (sumbu Y), dan vertikal

(sumbu Z). Bentuk step motor dapat dilihat pada Gambar 2.3 berikut:


commit to user

10

Gambar 2.3. Motor Step

3) Meja Mesin

Meja mesin CNC milling bisa bergerak dalam dua sumbu yaitu sumbu

X dan sumbu Y. Pada masing-masing sumbunya dilengkapi dengan

motor penggerak, ball screw plus bearing dan guide way slider untuk

akurasi pergerakannya. Gambar 2.4 menunjukkan gambar meja mesin

CNC milling.

Gambar 2.4. Meja Mesin

4) Rumah Alat Potong (Spindle)

Rumah alat potong digunakan untuk menjepit pemegang alat potong

(tool holder) pada saat proses pengerjaan benda kerja. Pada mesin

CNC milling hanya memungkinkan menjepit satu alat potong. Bentuk

spindel mesin CNC milling ditunjukkan pada Gambar 2.5.


commit to user

11

Gambar 2.5. Spindle

5) Ragum

Ragum pada mesin CNC milling digunakan untuk menjepit benda

kerja. Biasanya ragum dilengkapi dengan stopper yang fungsinya

untuk batas pegangan benda kerja. Gambar 2.6 menunjukkan bentuk

ragum pada mesin CNC milling.

Gambar 2.6. Ragum

6) Coolant Hose

Setiap mesin pasti dilengkapi dengan sistem pendinginan untuk cutter

dan benda kerja. Pendingin yang paling umum digunakan yaitu

coolant dan udara bertekanan melalui selang yang dipasang pada blok

spindle. Bentuk coolant hose dapat dilihat pada Gambar 2.7 berikut:


commit to user

12

Gambar 2.7. Coolant Hose

7) Bagian Pengendali (Controll)

Bagian pengendali merupakan panel kontrol mesin CNC milling yang

dilengkapi dengan monitor. Panel kontrol adalah kumpulan tombol-

tombol panel yang terdapat pada bagian depan mesin dan berfungsi

untuk memberikan perintah-perintah khusus pada mesin, seperti

memutar spindel, menggerakan meja, mengubah setting parameter,

dan lain-lain. Bagian pengendali mesin CNC milling ditunjukkan pada

Gambar 2.8.

Gambar 2.8. Bagian Pengendali (Controll)

f. Pemrograman CNC Milling

Pengoperasian mesin CNC milling dilaksanakan melalui kontrol

komputer secara otomatis dengan memasukkan data numerik. Program


commit to user

13

CNC milling terdiri atas sejumlah kode-kode perintah yang tersusun

dalam bentuk kombinasi huruf dan angka, serta tanda (titik dan minus).

Mesin CNC mempunyai perangkat komputer yang disebut Machine

Controll Unit (MCU), yaitu suatu perangkat yang berfungsi

menerjemahkan bahasa numerik ke dalam bentuk gerakan persumbuan.

Tabel 2.1 di bawah ini merupakan salah satu contoh blok program NC.

Tabel 2.1. Susunan Pemrograman NC

N G /M X Y Z F S

Blok I N01 M03 - - - - S1000

Blok II N02 G01 20 10 -1 100

dan

seterusnya

Dari Tabel 2.1 dapat dijelaskan bahwa pada blok I, kode M03

memerintahkan spindel mesin berputar dan S1000 artinya spindel

berputar dengan kecepatan 1000 rpm. Pada blok II, kode G01 artinya

memerintahkan spindel bergerak dengan penyayatan., X20 menunjukkan

arah gerakan penyayatan ke sumbu X sejauh 20 mm, Y10 menunjukkan

arah gerakan penyayatan ke sumbu Y sejauh 10 mm, Z-1 menunjukkan

kedalaman pemakanan 1 mm, dan F100 menunjukkan kecepatan

pemakanan sebesar 100 mm/rev.

g. Parameter Pemesinan CNC Milling

1) Kecepatan Potong

Kecepatan potong adalah suatu harga yang diperlukan dalam

menentukan kecepatan pada proses penyayatan atau pemotongan

benda kerja (Suhardi, 1999 : 74). Harga kecepatan potong ditentukan

oleh jenis dan ukuran alat potong, seperti pada rumus berikut:


commit to user

14

Vs = 𝜋 𝑥 𝑑 𝑥 𝑆

1000 (m/menit)

Keterangan:

Vs = kecepatan potong (m/menit)

d = diameter cutter (mm)

S = putaran spindel (rpm)

2) Putaran Spindel

Kecepatan potong digunakan untuk menentukan kecepatan putaran

spindel. Semakin cepat putaran spindel, maka akan berpengaruh

terhadap tingkat keausan cutter. Putaran spindel utama mesin

merupakan putaran cutter dalam satuan rpm. Dari kecepatan potong

dan diameter benda kerja, kecepatan spindel bisa dihitung dengan

rumus:

S = 𝑉𝑠 𝑥 1000

𝜋 𝑥 𝑑 (rpm)

Keterangan:

S = putaran spindel (rpm)

d = diameter cutter (mm)

Vs = kecepatan potong (m/menit)

3) Pemakanan (Feed)

Pemakanan (feed) adalah kecepatan gerak dari cutter dalam satuan

mm/put atau in/rev. Rata-rata kecepatan pemakanan merupakan

kecepatan linier dari cutter sepanjang benda kerja dalam satuan

mm/menit atau inch/menit. Kecepatan pemakanan berhubungan

dengan ketebalan geram yang dihasilkan.

Feeding untuk proses CNC milling dibedakan menjadi tiga

tipe, yaitu :

a) Feed per minute, yaitu pergerakan meja dalam mm pada waktu

1 menit (mm/menit).


commit to user

15

b) Feed per cutter revolution, yaitu pergerakan meja dalam mm

pada 1 kali putaran cutter (mm/rev).

c) Feed per tooth, yaitu pergerakan meja dalam mm selama waktu

cutter yang berputar pada benda kerja dari satu mata potong ke

mata potong berikutnya (mm/tooth).

Dalam penelitian ini penentuan feedrate didasarkan pada Gambar 2.9

yang menggunakan mm/rev dengan rumus sebagai berikut:

f = 𝑉𝑓

𝑛 (mm/rev)

Keterangan:

f = feedrate (mm/rev)

n = jumlah putaran (rpm)

Vf = kecepatan potong (mm/menit)

Gambar 2.9. Tabel Speed dan Feed Cutter End Mill

(Sumber : Katalog Cutter End Mill)


commit to user

16

4) Kedalaman Pemakanan (Depth of Cut)

Kedalaman pemakanan (depth of cut) merupakan ketebalan

pemakanan yang dilakukan oleh cutter dalam satuan mm atau inchi.

a = Lo – Li (mm)

Keterangan:

Lo = ukuran atau panjang awal (mm)

Li = ukuran atau panjang akhir (mm)

a = kedalaman pemakanan (mm)

2. Pendingin (Coolant)

Fungsi pendingin adalah untuk mengontrol temperatur pemotongan

dan pelumasan. Aplikasi pendingin adalah memperbaiki kualitas benda kerja

selama mengalami proses pemotongan (material removal) secara terus

menerus oleh cutter dan memperbaiki umur cutter.

Pada permesinan dikenal adanya dua macam kondisi pemotongan

yaitu kondisi kering (dry machining) dan kondisi basah (wet machining).

Pada kondisi kering pemotongan benda dilakukan tanpa pemberian cairan

pendingin, sedangkan pada kondisi basah pemotongan dilakukan dengan

memberi cairan pendingin pada permukaan benda kerja dan cutter. Gambar

2.10 menunjukkan pemotongan dalam kondisi basah.

Gambar 2.10. Pemotongan dengan Pendingin

(Sumber: Widarto, 2008:298)


commit to user

17

Cairan pendingin pada proses pemesinan memiliki fungsi langsung

dan tak langsung. Fungsi langsung pendingin yaitu fungsi yang dikehendaki

oleh perencana pemesinan atau operator mesin perkakas. Fungsi tak langsung

pendingin yaitu fungsi yang menguntungkan dengan adanya penerapan cairan

pendingin tersebut.

a. Fungsi langsung cairan pendingin adalah :

1) Melumasi proses pemotongan pada kecepatan potong rendah.

2) Mendinginkan benda kerja khususnya pada kecepatan potong tinggi.

3) Membuang geram dari daerah pemotongan.

b. Fungsi tak langsung cairan pendingin adalah :

1) Melindungi permukaan yang disayat dari korosi.

2) Memudahkan pengambilan benda kerja, karena bagian yang panas

telah didinginkan.

Pemakaian cairan pendingin biasanya mengefektifkan proses

pemesinan. Ada beberapa karakteristik pendingin, walaupun dari beberapa

produsen mesin perkakas masih mengijinkan pemotongan tanpa cairan

pendingin. Berikut ini merupakan beberapa karakteristik pendingin, yaitu:

a. Pendingin dari Bahan Utama Minyak (Oil Based)

1) Straight Oil (100% Petroleum Oil)

Disebut minyak bumi (straight oil), karena tidak ada kandungan air di

dalamnya. Kelebihan straight oil adalah kemampuan pelumasan yang

sangat baik atau menciptakan lapisan sebagai efek bantalan antara

benda kerja dan pahat, melindungi dari karat, dan memperbaiki umur

cutter. Kekurangannya adalah sifat melepaskan panasnya buruk dan

meningkatkan resiko kebakaran.

2) Soluble Oil (60 s/d 90% Petroleum Oil)

Soluble oil (hampir sama dengan minyak emulsi atau minyak larut air)

terdiri dari campuran 60 s/d 90% minyak bumi, emulsifier, dan bahan

tambahan lain. Minyak ini dicampur dengan air untuk menjadi cairan

pendingin yang dipakai dalam pengerjaan logam. Kelebihannya

adalah kemampuan pendinginan dan pelumasan yang baik.


commit to user

18

Kekurangannya adalah karena bercampur dengan air maka akan

menimbulkan masalah karat atau korosi, timbulnya bakteri, dan kabut

asap yang dibentuk bisa menciptakan lingkungan tidak sehat.

b. Pendingin dari Bahan Kimia

Cairan pendingin dari bahan kimia pertama kali dikenalkan

sekitar tahun 1945. Terdapat dua jenis cairan pendingin, yaitu sintetis dan

semi sintetis yang memiliki sifat lebih stabil dan kemampuan untuk

melumasi (wettability).

1) Sintetis (0% Petroleum Oil)

Sintetis tidak mengandung minyak atau mineral lain. Secara umum

terdiri dari pelumas kimia (chemical lubricant) yang larut dalam air.

Sintetis didesain untuk kemampuan pendinginan yang lebih cepat,

pelumasan yang baik, mencegah korosi, dan mudah dilakukan

perawatan. Pendingin sintetis dianjurkan untuk pemesinan dengan

kecepatan tinggi.

2) Semisintetis (2 s/d 30% Petroleum Oil)

Semisintetis tersusun oleh soluble oil (minyak sekitar 2 s/d 30%) dan

sintetis. Semisintetis memiliki viskositas lebih rendah dari soluble oil,

tapi dapat mengurangi timbulnya asap dan kabut, serta perlindungan

yang baik terhadap korosi.

c. Waktu Pemberian Pendingin

Waktu pemberian pendingin merupakan kapan atau waktu

keberapa pendingin akan diberikan pada proses pemesinan. Dalam hal ini

pemotongan atau penyayatan tanpa pendingin (dry machining)

dilaksanakan terlebih dahulu, baru dalam jeda waktu penyayatan tertentu

pendingin baru diberikan. Waktu pemberian pendingin diberikan sesuai

dengan karakteristik cutter dan benda kerja, serta parameter pemesinan

yang digunakan.


commit to user

19

3. Jenis-Jenis Cutter Mesin CNC Milling

Cutter atau alat potong mesin CNC milling terdiri dari beberapa

bentuk dan berbagai ukuran. Ada yang memiliki pelapis, serta bersudut

pembuang geram dan jumlah sisi potong yang banyak. Pemilihan cutter

dilakukan berdasarkan pada bentuk benda kerja, serta mudah atau

kompleksnya benda kerja yang akan dibuat. Adapun jenis-jenis cutter mesin

CNC milling dapat dilihat pada Gambar 2.11 berikut:

Gambar 2.11. Jenis-Jenis Cutter untuk Pemesinan CNC Milling

(Sumber: Widarto, 2008: 203)


commit to user

20

a. Pisau Jari (End Mill)

Pisau jari (end mill) merupakan salah satu jenis cutter mesin CNC

milling yang banyak digunakan. Ukuran cutter jenis ini sangat bervariasi,

mulai ukuran kecil sampai ukuran besar. Biasanya cutter ini terbuat dari

baja kecepatan tinggi (HSS) atau karbida, dan memiliki satu atau lebih alur

(flute). Cutter ini dipakai untuk membuat alur pada bidang datar atau

pasak dan umumnya dipasang pada posisi tegak (vertikal), namun pada

kondisi tertentu dapat juga dipasang pada posisi horisontal. Gambar 2.12

merupakan salah satu jenis cutter end mill yang banyak digunakan.

Gambar 2.12. Cutter End Mill

Gambar 2.13 berikut ini merupakan kriteria bagian utama dari

cutter end mill.

Gambar 2.13. Desain Cutter End Mill

Keterangan :

A : ukuran diameter pemotongan

B : diameter batang cutter

C : panjang sisi potong atau panjang flute

D : panjang keseluruhan


commit to user

21

Sedangkan Gambar 2.14 dan Gambar 2.15 menunjukkan kriteria

desain cutter end mill.

Gambar 2.14. Desain Sisi Potong Cutter End Mill

Keterangan :

1) Flute, ruang antara gigi pemotong chip dan regrinding capabilities.

Flute mempunyai alur heliks sepanjang cutter, sedangkan bagian

tajam sepanjang tepi cutter dikenal sebagai gigi. Hampir selalu ada

satu gigi per flute, tetapi beberapa pemotong memiliki dua gigi per

flute.

2) Angle Clearance, sudut yang dibuat untuk pembersihan permukaan

dari geram dan garis singgung ke tepi pemotongan.

3) Primary Angle (5° s/d 9°), sudut pada gigi/ujung potong.

4) Secondary Angle (14° s/d 17°), sudut dekat dengan gigi/ujung potong.

5) Hook, bagian ujung pemotong yang dibentuk untuk membantu

pembersihan dan berdekatan dengan sudut secondary.

Gambar 2.15. Geometri Sisi Potong Cutter End Mill


commit to user

22

6) Dish Angle, sudut yang dibentuk oleh tepi pemotongan dan tegak

lurus dengan sumbu pemotong. Dish angle digunakan untuk

menghasilkan permukaan datar.

7) Gash Angle, sudut yang digunakan untuk menghilangkan fitur bekas

sayatan pada benda kerja.

8) Helix Angle, sudut yang dibentuk oleh garis singgung heliks dan sisi

potong primary. Alur pisau pemotong CNC milling hampir selalu

heliks. Jika alurnya lurus, maka akan berdampak pada pemakanan

material sekaligus atau serentak yang menyebabkan getaran dan

mengurangi akurasi kualitas permukaan.

9) Rake Angle, sudut pemotong antara muka gigi atau bersinggungan

dengan muka gigi dengan suatu titik referensi.

10) Core Diameter, diameter inti dari cutter end mill.

11) Tooth Width, lebar gigi/ujung potong cutter end mill.

12) Tooth Height, tinggi gigi/ujung potong cutter end mill.

b. Bahan Pahat HSS

Pada tahun 1898 ditemukan jenis baja paduan tinggi yang diberi

nama High Speed Steels (HSS). HSS merupakan paduan dari 0,75% s/d

1,5% Carbon (C), 4% s/d 4,5% Chromium (Cr), 10% s/d 20% Tungsten

(W) dan Molybdenum (Mo), 5% lebih Vanadium (V), dan lebih dari 12%

Cobalt (Co).

Mulai dari proses penuangan (molten metallurgy), kemudian

diikuti pengerolan dan penempaan baja ini dibentuk menjadi batang atau

silinder. Dalam kondisi lunak baja ini dapat diproses secara pemesinan

menjadi berbagai bentuk pahat. Setelah proses perlakuan panas dilakukan

kekerasannya cukup tinggi, kemudian dapat digunakan pada kecepatan

potong yang tinggi sampai 3 kali kecepatan potong pahat CTS (Carbon

Tool Steels) yang dikenal pada saat itu sekitar 10 m/min, sehingga

dinamakan baja kecepatan tinggi.


commit to user

23

Berikut ini komposisi campuran penyusun pahat HSS:

1) Tungsten (T) atau Wolfram (W)

Tungsten dan wolfram dapat membentuk karbida, yaitu paduan yang

sangat keras melalui proses hardening dan tempering.

2) Chromium (Cr)

Krom merupakan salah satu komposisi pembentuk karbida, tetapi

menaikkan sensivitas overheating.

3) Vanadium (V)

Vanadium juga merupakan elemen pembentuk karbida yang dapat

menurunkan sensivitas overheating.

4) Molydenum (Mo)

Molydenum memiliki efek yang sama dengan Wolfram, tetapi 2% W

dapat digantikan 1% Mo. Selain itu Molydenum dalam HSS lebih liat,

sehingga mampu menahan beban kejut. Kekurangannya adalah sensitif

terhadap overheating (hangusnya ujung yang runcing) pada waktu

dilakukan heattreatment.

5) Cobalt (Co)

Cobalt bukan elemen pembentuk karbida. Cobalt ditambahkan dalam

HSS untuk menaikkan hot hardness dan tahan aus. Besar butir pahatr

menjadi lebih halus, sehingga ujung yang runcing tetap terpelihara

selama heattreatment pada temperatur tinggi.

c. Keausan Pahat

Gesekan yang dialami pahat dengan permukaan benda kerja yang

terpotong mengakibatkan pahat mengalami keausan. Keausan pahat ini

semakin membesar sampai batas tertentu pahat tidak dapat dipergunakan

lagi atau mengalami kerusakan karena temperatur yang tinggi, maka

permukaan aktif dari pahat akan mengalami keausan. Keausan tergantung

juga pada jenis material pahat, benda kerja yang dipilih, geometri pahat

dan fluida yang digunakan sebagai pendingin (Kalpakjian, 1995).


commit to user

24

Di dalam proses pemesinan kondisi pemotongan mesin CNC

milling, khususnya cutter dari HSS banyak mengalami keausan yang lebih

cepat karena tanpa diberi pendingin dan saat diberi pendingin terus

menerus mengakibatkan kondisi pendinginan tidak terkontrol dengan baik

karena saat temperatur tinggi atau rendah pendingin tetap mengalir.

Kondisi distribusi suhu pada saat pemotongan bahan baja lunak

dengan menggunakan pahat HSS dapat dilihat pada Gambar 2.8 berikut:

Gambar 2.16. Kondisi Distribusi Suhu

(Sumber: Widarto, 2008: 213)

Tahapan keausan pahat dapat dibagi menjadi dua, yaitu:

1) Keausan bagian muka pahat yang ditandai dengan pembentukan

kawah/lekukan (crater) sebagai hasil dari gesekan serpihan (chip)

sepanjang muka pahat.

2) Keausan pada bagian sisi pahat (flank) yang terbentuk akibat gesekan

dengan benda kerja pada feeding tertentu.

Tipe keausan pahat dapat dikelompokkan menjadi beberapa jenis,

di antaranya:

1) Aus Tepi (Flank Wear)

Aus tepi yaitu keausan pada bidang mayor atau utama. Keausan tepi

dapat diukur dengan menggunakan mikroskop dengan mengatur

bidang mata potong, sehingga tegak lurus dengan bidang optik. Dalam


commit to user

25

hal ini besarnya keausan tepi dapat diketahui dengan mengukur

panjang VB (mm), yaitu jarak antara mata potong sebelum terjadi

keausan sampai ke garis rata-rata bekas keausan bidang utama.

2) Aus Kawah (Crater Wear)

Keausan pada bidang geram disebut keausan kawah (crater wear).

Keausan kawah hanya dapat diukur dengan menggunakan alat ukur

kekasaran permukaan. Dalam hal ini sensor alat ukur digeserkan pada

bidang geram.

3) Deformasi Plastis

Aus pahat berupa deformasi plastis disebabkan tekanan temperatur

yang tinggi pada bidang aktif pahat, di mana kekerasan dan kekuatan

material pahat akan turun bersama dengan naiknya temperatur.

4) Pengelupasan (Flaking)

Pengelupasan merupakan bentuk aus pahat yang letaknya sama

dengan aus tepi (flank wear), tetapi bentuknya lebih kecil dan halus.

5) Penyerpihan (Chipping)

Penyerpihan merupakan bentuk cacat kecil pada pahat yang terletak

pada sisi mata pahat (cutting edge).

6) Built Up Edge

Built up edge terjadi karena material benda kerja menyatu dengan

mata pahat.


commit to user

26

Penjelasan lebih lanjut tentang karakteristik keausan pahat dapat

dilihat pada Gambar 2.17 berikut:

(a) Keausan tepi (flank wear)

(b) Keausan Kawah (Crater Wear)

(c) Deformasi Plastis (d) Penyerpihan (Chipping)

(e) Built Up Edge

Gambar 2.17. Karakteristik Keausan pada Pahat

(Sumber: Saputro, 2010: 17)


commit to user

27

Kriteria pahat dapat digunakan untuk memprediksi umur pahat jika

konstanta dan kecepatan potong diketahui. Umur pahat ditentukan oleh

batas keausannya. Keausan tepi (VB) dianggap sebagai fungsi pangkat

(power function) dari waktu pemotongan (T) dan bila digambarkan pada

skala dobel logaritma, maka mempunyai hubungan linier. Persamaan

kriteria umur pahat ditemukan oleh F.W. Taylor dan sering disebut dengan

“Taylor’s tool life equation”. Persamaan tersebut dapat dilihat pada rumus

berikut:

Vc. Tn = CT

Keterangan:

CT = konstanta umur pahat Taylor (mm atau µm)

Vc = kecepatan potong (mm/menit)

T = Lama waktu pemotongan (menit)

n = harga eksponen

Grafik pertumbuhan keausan tepi pahat ditunjukkan pada Gambar

2.18 berikut:

Gambar 2.18. Pertumbuhan Keausan Tepi untuk Gerak Makan

Tertentu dan Kecepatan Potong yang Berbeda

(Sumber: Yohanes, 2010:146)


commit to user

28

Harga eksponen untuk persamaan tersebut dapat dilihat pada

Gambar 2.19 di bawah ini:

Gambar 2.19. Tabel Harga Eksponen n pada PersamaanTaylor

(Sumber: Yohanes, 2010:146)

Faktor-faktor yang mempengaruhi keausan pahat antara lain :

a) Pemakanan pahat pada benda berja yang bahannya lebih keras.

b) Kecepatan putar pahat dan gerakan benda kerja yang terlalu tinggi.

c) Penggunaan fluida pendingin yang tidak efisien.

d) Adanya kerak-kerak pada permukaan benda kerja.

B. Penelitian yang Relevan

Penelitian yang dilakukan ini merujuk pada penelitian-penelitian yang

telah dilakukan sebelumnya.

Daniel (2009) meneliti tentang Optimasi Parameter Pemesinan Proses

CNC Frais terhadap Hasil Kekasaran Permukaan dan Keausan Pahat

Menggunakan Metode Taguchi. Dalam penelitian ini metode optimasi yang

digunakan dalam penelitian adalah Metode Taguchi dan ANOVA (Analysis of

Variance) digunakan untuk mengetahui karakteristik performansi dari parameter

pemesinan. Dari hasil optimasi yang telah dilakukan diperoleh bahwa keausan

pahat adalah 3,3 ± 0,2 µm dengan kecepatan putaran spindel 2500 rpm, kecepatan

pemakanan 0,12 mm/rev, kedalaman pemotongan 1 mm, dan pendingin minyak.


commit to user

29

Turnad L. Ginta (2009) melakukan penelitian tentang Peningkatan Umur

Pahat pada Proses End Milling Ti-6Al-4V Melalui Preheating Benda Kerja.

Penelitian ini tentang perbaikan umur pahat pada proses end milling paduan

titanium Ti-6Al-4V melalui pemanasan awal benda kerja. Semua percobaan

dilakukan di bawah suhu kamar dan pemanasan awal pada 315o, 450

o, dan 650

oC.

Keausan tepi dianggap sebagai kriteria untuk kegagalan alat potong dan diukur

menggunakan Hisomet II mikroskop toolmaker. Kesimpulannya bahwa

pemanasan awal benda kerja secara signifikan dapat meningkatkan umur pahat

dengan paduan Titanium Ti-6Al-4V.

Giyatno (2009) meneliti tentang Optimasi Parameter Proses Pemesinan

terhadap Keausan Pahat dan Kekasaran Permukaan Benda Hasil Proses CNC

Turning Menggunakan Metode Taguchi. Dalam penelitian ini, melalui analisis

varian terhadap keausan pahat yang digunakan kecepatan pemakanan memiliki

kontribusi paling tinggi terhadap keausan pahat, dan kondisi parameter pemesinan

paling baik diperoleh pada kecepatan potong rendah, kecepatan makan rendah,

kedalaman pemakanan rendah, dan berpendingin dromus dengan nilai prediksi

keausan pahat 3±2 µm dan kekasaran permukaan eksperimen konfirmasi 7±2 µm.

Yudi (2012) melakukan sebuah Kajian Keausan Pahat CBN pada Proses

Pembubutan Kecepatan Tinggi Kondisi Potong Keras dan Kering Bahan AISI

4140. Penelitian ini bertujuan untuk menyelidiki kajian keausan pahat CBN pada

proses pembubutan kecepatan tinggi. Dari hasil penelitian, diperoleh bahwa

mode-mode kegagalan yang terjadi adalah aus sisi (flank wear), aus kawah (crater

wear), pengelupasan (flaking), dan penyerpihan (chipping), sedangkan pada

kecepatan potong yang melewati batas maksimum yaitu pada V=267 m/menit

akan terjadi patahan (fracturing catastrophic failure).

Dari penelitian-penelitian di atas, variabel yang menyebabkan keausan

pahat adalah penggunaan variasi parameter pemesinan dan jenis perlakuan

pemesinan yang kurang optimal. Oleh karena itu, penelitian ini mengambil

variabel parameter pemesinan yang berupa kecepatan pemakanan dan waktu

pemberian pendingin untuk mengetahui kondisi paling optimal terhadap tingkat

keausan cutter end mill.


commit to user

30

C. Kerangka Berpikir

Di dalam proses pemesinan, keausan pahat merupakan salah satu faktor

penting di dalam memperkirakan perkerjaan seperti presisi, akurasi dan surface

finish. Kondisi pemotongan pada mesin CNC milling khususnya cutter end mill

banyak mengalami keausan yang lebih cepat karena variasi kecepatan pemakanan

dan waktu pemberian pendingin secara terus menerus, sehingga kondisi

pendinginan tidak terkontrol dengan baik. Oleh karena itu pengaturan kecepatan

pemakanan dan waktu pemberian pendingin dibutuhkan untuk memprediksi

tingkat keausan cutter end mill pada pengerjaan bahan baja ST 40.

Untuk mengetahui secara pasti ada tidaknya pengaruh kecepatan

pemakanan dan waktu pemberian pendingin terhadap tingkat keausan cutter end

mill hasil pemesinan CNC milling pada baja ST 40, maka dilakukan pengukuran

tingkat keausan cutter dengan menggunakan Mitutoyo Toolmaker Microscope

atau Mikro Vickers Machine. Untuk lebih jelasnya, kerangka pemikiran penelitian

ini dijelaskan pada Gambar 2.20.

Gambar 2.20. Kerangka Pemikiran Penelitian

Keterangan :

X1 (X11, X12, X13) = variasi kecepatan pemakanan (mm/rev)

X2 (X21, X22, X23) = variasi waktu pemberian pendingin (menit)

Y = tingkat keausan cutter end mill (µm)

X11

X13

X12

X23

Y

X21

X22

X1

X2


commit to user

31

D. Hipotesis

Hipotesis adalah pernyataan awal yang merupakan dugaan mengenai apa

saja yang sedang diamati dan diteliti dalam usaha untuk memahaminya. Fungsi

hipotesis yaitu untuk menguji kebenaran suatu teori, memberikan gagasan baru

untuk mengembangkan suatu teori, dan memperluas pengetahuan peneliti

mengenai suatu gejala yang sedang dipelajari.

Berdasarkan rumusan masalah dan kerangka pemikiran di atas dapat

diambil hipotesis sebagai berikut:

1. Ada pengaruh kecepatan pemakanan terhadap tingkat keausan cutter end mill

hasil pemesinan CNC milling pada material baja ST 40.

2. Ada pengaruh waktu pemberian pendingin terhadap tingkat keausan cutter

end mill hasil pemesinan CNC milling pada material baja ST 40.

3. Variasi yang paling optimal diperoleh antara kecepatan pemakanan rendah

dan waktu pemberian pendingin lebih cepat terhadap tingkat keausan cutter

end mill hasil pemesinan CNC milling pada material baja ST 40.


commit to user

32

BAB III

METODE PENELITIAN

A. Tempat dan Waktu Penelitian

1. Tempat Penelitian

Penelitian ini akan dilaksanakan di:

a. Laboratorium CNC SMK Warga Surakarta untuk pemesinan CNC milling.

b. Laboratorium Pendidikan Teknik Bangunan, Jurusan Pendidikan Teknik

dan Kejuruan, Fakultas Keguruan dan Ilmu Pendidikan, Universitas

Sebelas Maret untuk penimbangan cutter end mill.

c. Laboratorium Bahan Teknik, Program Teknik Mesin, Sekolah Vokasi,

Universitas Gadjah Mada Yogyakarta untuk pengambilan foto makro

keausan cutter end mill.

d. Laboratorium Material, Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik,

Universitas Sebelas Maret untuk pengukuran keausan cutter end mill.

2. Waktu Penelitian

Penelitian ini telah dilaksanakan dalam waktu ± 5 bulan, mulai dari

bulan Maret sampai dengan bulan Juli 2012. Adapun jadwal kegiatan

penelitian yang telah dilaksanakan sebagai berikut:

a. Pengajuan judul : 22 Maret 2012

b. Penyusunan proposal : 23 Maret 2012 sampai 4 Mei 2012

c. Seminar proposal : 14 Mei 2012

d. Revisi proposal : 16 Mei 2012 sampai 25 Mei 2012

e. Perijinan : 28 Mei 2012 sampai 1 Juni 2012

f. Penelitian : 4 Juni 2012 sampai 23 Juni 2012

g. Analisis data : 25 Juni 2012 sampai 7Juli 2012

h. Penulisan laporan : 9 Juli 2012 sampai 21 Juli 2012


commit to user

33

B. Material Penelitian

Material penelitian merupakan bahan yang digunakan dalam penelitian

atau objek yang diteliti untuk diambil datanya. Material yang digunakan pada

penelitian ini meliputi:

1. Baja ST 40

Penelitian ini menggunakan material baja ST 40 (ukuran 100 x 45 x

45 mm) dengan nilai kekerasan 55,7 HRA. Arti baja jenis ST 40 adalah baja

karbon rendah yang mempunyai kekuatan tarik sebesar 40 kg/mm2. Tabel 3.1

berikut adalah hasil pengujian komposisi penyusun baja ST 40.

Tabel 3.1 Hasil Uji Komposisi Baja ST 40

Unsur Prosentase (%)

Fe 98,10

C 0,129

Si 0,283

Mn 0,490

P 0,094

S 0,031

Ni 0,115

Cr 0,114

Mo 0,082

Cu 0,392

Mg 0,001

V 0,010

Ti 0,007

Nb 0,019

Al 0,043

W 0,045

(Sumber: Uji komposisi di PT. Itokoh Ceperindo)

Baja ST 40 dipilih karena material tersebut sering dipakai sebagai

bahan pembuatan komponen-komponen mesin. Baja ini tergolong dalam baja

karbon rendah (kandungan karbon di bawah 0,2%) dan sering disebut mild

steel. Baja ini memiliki karakteristik kekuatan rendah, keuletannya tinggi dan

tidak mampu dikeraskan dengan perlakuan panas kecuali melalui surface

hardening.


commit to user

34

2. Cutter End Mill

Penelitian ini menggunakan cutter end mill HSS tipe “KOBE”

produksi Jepang dengan ukuran geometri 12x12x26x83, primary angle 8°,

secondary angle 16°, helix angle 30o, gash angle 30

o, dish angle 3

o, lebar sisi

mata potong 2 mm, dan tinggi sisi mata potong 1 mm. Jenis cutter end mill

yang digunakan dapat dilihat pada Gambar 3.1 berikut:

Gambar 3.1. Cutter End Mill

C. Peralatan Penelitian

Peralatan-peralatan yang digunakan pada penelitian ini meliputi:

1. Mesin Gergaji Potong

Mesin gergaji merupakan mesin yang digunakan untuk memotong

panjang suatu benda. Spesimen benda kerja yang akan dikerjakan dalam

pemesinan dipotong dengan menggunakan mesin gergaji tersebut sesuai

dengan ukuran yang diinginkan. Gambar 3.2 merupakan mesin gergaji potong

yang digunakan untuk pemotongan benda kerja pada penelitian ini.

Gambar 3.2. Mesin Gergaji Potong


commit to user

35

2. Timbangan Digital

Timbangan digital adalah timbangan elektronik yang digunakan

untuk menghitung muatan dengan ketelitian tinggi. Timbangan yang

digunakan adalah “AND ELECTRONIC BALANCE FX-400” dengan

ketelitian 0,001 gram dan beban maksimal 410 gram. Timbangan ini

digunakan untuk mengetahui berat cutter yang hilang karena mengalami

keausan. Timbangan digital yang digunakan ditunjukkan pada Gambar 3.3.

Gambar 3.3. Timbangan Digital

3. Infrared Thermometer

Infrared thermometer atau sering disebut termometer inframerah,

merupakan salah satu alat yang digunakan untuk mengukur suhu atau

temperatur suatu objek. Termometer inframerah dapat mengukur suhu tanpa

kontak fisik dengan objek ukur. Prinsip dasar termometer inframerah adalah

bahwa semua benda memancarkan energi inframerah. Semakin panas suatu

benda maka molekulnya semakin aktif dan semakin banyak energi inframerah

yang dipancarkan. Termometer inframerah terdiri dari sebuah lensa yang

fokus untuk mengumpulkan energi inframerah dari objek ke alat pendeteksi

atau detektor. Detektor akan mengkonversi energi menjadi sebuah sinyal

listrik yang ditampilkan dalam unit suhu. Infrared thermometer yang

digunakan dilihat pada Gambar 3.5.


commit to user

36

Gambar 3.4. Infrared Thermometer

Alat ini digunakan untuk mengetahui besarnya suhu atau temperatur

pemotongan pada waktu cutter end mill menyayat benda kerja. Setelah

mengetahui jumlah energi inframerah yang dipancarkan oleh objek dan

emisinya, maka temperatur objek dapat dibedakan.

4. Mesin CNC Milling

Mesin CNC milling adalah mesin milling yang diprogram secara

numerik dengan komputer. Mesin CNC milling yang digunakan adalah tipe

ZK 7040 dengan kontrol “SIEMENS SINUMERIK 802S”. Gambar 3.4

merupakan jenis mesin CNC milling tipe ZK 7040.

Gambar 3.5. Mesin CNC Milling Tipe ZK 7040


commit to user

37

5. Zoom Stereo Microscope

Zoom stereo microscope merupakan jenis mikroskop yang biasa

digunakan untuk pembesaran benda yang berukuran relatif besar. Mikroskop

ini memiliki perbesaran hingga 100 kali. Benda yang diamati dengan

mikroskop ini dapat dilihat secara 3 dimensi. Mikroskop yang digunakan

dalam penelitian ini adalah “OLYMPUS U-PMTVC” buatan Jepang.

Mikroskop ini digunakan untuk pengambilan foto makro mata potong cutter.

Pengambilan foto makro ini dimaksudkan untuk mengetahui jenis keausan

cutter yang terbentuk dan juga mengambil gambar keausan yang nantinya

digunakan untuk mengukur luas bidang cutter yang aus. Bentuk dari zoom

stereo microscope dapat dilihat pada Gambar 3.6 berikut:

Gambar 3.6. Zoom Stereo Microscope

6. Alat Uji Keausan Cutter

Alat yang digunakan untuk mengukur keausan tepi adalah mitutoyo

toolmaker microscope, akan tetapi dapat juga menggunakan mikro vickers

machine, yang sebenarnya merupakan salah satu alat ukur kekerasan logam.

Alat uji keausan cutter atau mikro vickers machine ini memiliki ketelitian

0,01µm, digunakan untuk mengukur tingkat atau nilai keausan cutter end

mill. Alat uji keausan cutter tersebut ditunjukkan pada Gambar 3.7.


commit to user

38

Gambar 3.7. Mikro Vickers Machine

D. Variabel Penelitian

Menurut Sugiyono (2011: 38) “Variabel penelitian adalah segala sesuatu

yang berbentuk apa saja yang ditetapkan oleh peneliti untuk dipelajari, sehingga

diperoleh informasi tentang hal tersebut, kemudian ditarik kesimpulannya”.

Dalam penelitian ini terdapat tiga variabel, yaitu:

1. Variabel Bebas

Variabel bebas merupakan variabel yang mempengaruhi atau yang

menjadi sebab perubahannya atau timbulnya variabel dependen (terikat)

(Sugiyono, 2011: 39). Pada penelitian ini variabel bebasnya adalah:

1) Variasi kecepatan pemakanan 0,11 mm/rev; 0,13 mm/rev; dan 0,15

mm/rev.

2) Variasi waktu pemberian pendingin 10 menit, 15 menit, dan 20 menit.

2. Variabel Terikat

Variabel terikat merupakan variabel yang dipengaruhi atau yang

menjadi akibat, karena adanya variabel bebas (Sugiyono, 2011: 39). Dalam

penelitian ini variabel terikatnya adalah tingkat keausan cutter end mill.

3. Varibel Kontrol

Variabel kontrol adalah variabel yang dikendalikan atau dibuat

konstan, sehingga hubungan variabel independen terhadap dependen tidak


commit to user

39

dipengaruhi oleh faktor luar yang tidak diteliti (Sugiyono, 2011: 41). Dalam

penelitian ini variabel kontrolnya adalah:

1) Cutter end mill HSS DIN844 4F 12x12x26x83 merek “KOBE” produksi

Jepang.

2) Material logam baja ST 40 dengan tingkat kekerasan 55,7 HRA.

3) Jenis mesin CNC milling tipe ZK 7040 dengan kontrol “SIEMENS

SINUMERIK 802S”.

4) Cairan pendingin yang digunakan adalah minyak dromus B.

5) Kecepatan spindel yang digunakan 1150 rpm.

6) Kedalaman pemakanan (depth of cut) yang digunakan 1 mm.

7) Ukuran benda kerja (baja ST 40) 100 mm x 45 mm x 45 mm.

8) Suhu cutter atau temperatur pemotongan.


commit to user

40

E. Pelaksanaan Penelitian

1. Diagram Alir Penelitian

Tahap eksperimen dalam penelitian ini dapat digambarkan dengan

diagram alir eksperimen sebagai berikut:

Gambar 3.8. Diagram Alir Penelitian

Proses Pemesinan

(Pengerjaan Benda Uji)

Cutter End Mill

Analisis Data dan Kesimpulan

t. p

ember

ian p

endin

gin

10

mnt

Feedrate

0,11 mm/rev

Eksperiment

Feedrate

0,13 mm/rev

Feedrate

0,15 mm/rev

t. p

ember

ian p

endin

gin

15

mnt

t. p

ember

ian p

endin

gin

15

mnt

t. p

ember

ian p

endin

gin

10

mnt

t. p

ember

ian p

endin

gin

10

mnt

t. p

ember

ian p

endin

gin

20

mnt

t. p

ember

ian p

endin

gin

15

mnt

t. p

ember

ian p

endin

gin

20

mnt

t. p

ember

ian p

endin

gin

20

mnt

Keausan Cutter End Mill

Mulai

Selesai


commit to user

41

2. Urutan Langkah Penelitian

Eksperimen atau penelitian ini dilakukan menggunakan mesin CNC

milling tipe ZK 7040 dengan kontrol “SIEMENS SINUMERIK 802S”.

Urutan langkah eksperimen selanjutnya adalah:

a. Memeriksa kondisi mesin CNC milling agar siap digunakan.

b. Menyiapkan cutter end mill HSS DIN844 4F 12x12x26x83.

c. Menyiapkan material benda kerja dari baja ST 40.

d. Menyiapkan cairan pendingin (dromus B) dengan mengisikannya pada

blok pendingin mesin CNC milling.

e. Memotong material benda kerja dengan ukuran panjang 100 mm, lebar

45 mm, dan tinggi 45 mm. Potongan material benda kerja dapat dilihat

pada Gambar 3.9 berikut:

Gambar 3.9. Potongan Benda Kerja

f. Memasukkan program atau perintah kerja pada mesin CNC milling

sesuai dengan bentuk pemakanan yang diinginkan. Perintah kerja atau

program CNC pada penelitian ini adalah:


commit to user

42

G54

G158 X0 Y0 Z0

G90 G95

M03 S1150

T1D1

N01 G00 X-3 Y14

N02 G00 Z0

N03 G01 Z-1 F(…)

N04 G01 X100 Y14

N05 G00 Z10

N06 G00 X-3 Y28

N07 G01 Z-1 F(...)

N08 G01 X100 Y28

N09 G00 Z1

N10 G00 X-3 Y42

N11 G01 Z-1 F(…)

N12 G01 X100 Y42

N...dan seterusnya

M05

G500

M30

Pada waktu pemberian pendingin, pemrograman CNC milling

sebagai berikut:

N16 G00 Z10

N17 M08

N18 G01 Z-2 F(...)

N19 G01 X100 Y14

N...dan seterusnya

M09

G00 Z100

M05

G500

M30

Keterangan: (…) menunjukkan variabel yang akan diuji sesuai tingkat

desain eksperimen.

g. Memasang benda kerja pada ragum dengan tepat dan memasang cutter

end mill pada spindel mesin.

h. Memulai proses pengerjaan pembuatan benda kerja dengan pengefraisan

awal. Hasil dari pengefraisan awal dapat dilihat pada Gambar 3.10.

Gambar 3.10. Hasil Pengefraisan Awal


commit to user

43

i. Mengerjakan pembuatan benda kerja melalui pemesinan CNC milling.

j. Melakukan pengukuran suhu cutter dengan infrared thermometer.

k. Setelah proses pemesinan selesai, maka benda uji dan cutter end mill

dilepas untuk dilakukan penimbangan, pengambilan foto makro, dan

pengukuran tingkat keausan cutter. Gambar 3.11 berikut merupakan hasil

pemesinan benda kerja dan cutter yang akan diuji.

Gambar 3.11. Benda Kerja dan Cutter End Mill Hasil

Pengerjaan Mesin CNC Milling

l. Melaksanakan uji keausan cutter end mill menggunakan zoom stereo

microscope dan mitutoyo toolmaker microscope atau mikro vickers

machine pada setiap spesimen untuk mendapatkan data yang diinginkan.


commit to user

44

Zoom stereo microscope menggunakan dua buah lensa, yaitu lensa

objektif dan lensa okuler. Lensa okuler berfungsi untuk memperoleh

fokus pada gambar yang akan diambil. Lensa objektif berfungsi untuk

memperbesar gambar dari lensa okuler. Cara menggunakan alat ini yaitu:

1) Lampu dinyalakan sebagai cahaya dengan menekan tombol “ON”.

2) Spesimen diletakkan pada “stage plate”.

3) Pembesaran gambar yang diinginkan dipilih dengan memutar “zoom

control knop”.

4) Gambar dilihat dari “eyepiece” pada lensa okuler.

5) Gambar difokuskan dengan memutar “focusing knop”.

6) Setelah didapat gambar yang diinginkan, maka pemotretan dilakukan

dengan menekan “expose atau capture”.

3. Desain Penelitian

Penelitian eksperimen adalah penelitian yang digunakan untuk

mencari pengaruh perlakuan tertentu terhadap yang lain dalam kondisi yang

terkendalikan. Desain eksperimen adalah langkah-langkah lengkap yang perlu

diambil sebelum eksperimen dilakukan supaya data yang semestinya

diperlukan dapat diperoleh, sehingga akan membawa kepada analisis objektif

dan kesimpulan yang berlaku untuk persoalan-persoalan yang sedang dibahas

(Sugiyono, 2011: 72).

Penelitian ini menggunakan desain eksperimen faktorial, yaitu

dengan mengkombinasikan masing-masing taraf faktor yang ada. Penelitian

ini menggunakan dua variabel bebas yaitu X1 dan X2. Faktor pertama (X1)

adalah variasi kecepatan pemakanan, yaitu 0,11 mm/rev, 0,13 mm/rev dan

0,15 mm/rev. Faktor kedua (X2) adalah variasi waktu pemberian pendingin,

yaitu 10 menit, 15 menit dan 20 menit. Setiap variasi perlakuan dilakukan

tiga kali replikasi. Replikasi dilakukan pada kesembilan sampel, maka secara

umum jumlah data pengukuran ada 27 data. Desain eksperimen penelitian ini

dapat dilihat pada Tabel 3.1 berikut:


commit to user

45

Tabel 3.2. Desain Eksperimen Faktorial Kecepatan Pemakanan dan Waktu

Pemberian Pendingin terhadap Keausan Cutter End Mill

Taraf

Faktor X1

Jumlah

keseluruhan

Rata-rata

keseluruhan

Kecepatan pemakanan

(mm/rev)

0,11 0,13 0,15

Fak

tor

X2 :

Wak

tu p

emb

eria

n p

end

ingin

(m

enit

)

10

Y111 Y121 Y131

Y112 Y122 Y132

Y113 Y123 Y133

Jumlah J110 J120 J130 J100

Rata-rata 𝑌 110 𝑌 120 𝑌 130 𝑌 100

15

Y211 Y221 Y231

Y212 Y222 Y232

Y213 Y223 Y233

Jumlah J210 J220 J230 J200

Rata-rata 𝑌 210 𝑌 220 𝑌 230 𝑌 200

20

Y311 Y321 Y331

Y312 Y322 Y332

Y313 Y323 Y333

Jumlah J310 J320 J330 J300

Rata-rata 𝑌 310 𝑌 320 𝑌 330 𝑌 300

Jumlah

keseluruhan J010 J020 J030 J000

Rata-rata

keseluruhan 𝑌 010 𝑌 020 𝑌 030 𝑌 000


commit to user

46

F. Analisis Data

Analisis data yang digunakan dalam penelitian ini adalah deskriptif

analitis. Data-data yang terkumpul dari hasil penelitian dideskripsikan dalam

bentuk kata dan kalimat ilmiah, kemudian dianalisis pengaruhnya terhadap

kondisi variabel penelitian. Analisis data terhadap tingkat keausan cutter end mill

pada penelitian ini dibagi menjadi beberapa tahap, di antaranya:

1. Tahap I : Langkah Pemesinan

Dalam langkah pemesinan akan dijelaskan gerak penyayatan cutter.

Gerak penyayatan dilakukan dalam satu arah gerak pemakanan, yaitu dari sisi

kiri ke sisi kanan.

2. Tahap II : Pengukuran Suhu Cutter End Mill

Pengukuran suhu cutter dilakukan untuk memperoleh data suhu

cutter tiap variasi pemotongan. Data yang diperoleh dianalisis dengan metode

deskriptif analitis. Berdasarkan analisis tersebut akan didapatkan suhu cutter

minimum dan maksimum saat penyayatan atau pemakanan, serta laju

kenaikan suhu cutter pada variasi pemotongan tertentu.

3. Tahap III : Penimbangan Cutter End Mill

Penimbangan berat cutter dilakukan untuk memperoleh data berat

aus cutter dan rata-rata aritmetik (Ra) berat cutter yang hilang karena

mengalami keausan. Data yang diperoleh dianalisis dengan metode deskriptif

analitis untuk mendapatkan berat aus cutter minimum dan maksimum hasil

pemesinan CNC milling, serta laju keausan berat cutter pada variasi

pemotongan tertentu.

4. Tahap IV : Studi Tingkat Keausan Cutter End Mill

Studi tingkat keausan cutter end mill mencakup pengambilan foto

makro, pengukuran luas bidang aus cutter, dan pengukuran tingkat keausan

cutter.

a) Pengambilan foto makro dimaksudkan untuk mengetahui jenis keausan

cutter yang terbentuk dan juga mengambil gambar keausan yang

nantinya akan digunakan untuk mengukur luas bidang cutter yang aus.


commit to user

47

b) Pengukuran luas bidang aus cutter dilakukan untuk memperoleh data luas

bidang cutter yang aus dan rata-rata aritmetik (Ra) luas bidang cutter

yang hilang karena mengalami keausan. Data yang diperoleh dianalisis

dengan metode deskriptif analitis untuk mendapatkan luas bidang aus

cutter minimum dan maksimum, serta laju keausan luas bidang cutter

pada variasi pemotongan tertentu.

c) Pengukuran tingkat keausan cutter dilakukan untuk memperoleh data

tingkat keausan cutter dan rata-rata aritmetik (Ra) keausan cutter. Data

yang diperoleh dianalisis dengan metode deskriptif analitis untuk

mendapatkan tingkat keausan cutter minimum dan maksimum, serta laju

keausan cutter pada variasi pemotongan tertentu.

5. Tahap V : Studi Pengaruh Kecepatan Pemakanan dan Waktu Pemberian

Pendingin terhadap Tingkat Keausan Cutter End Mill

Hasil pengujian keausan cutter pada tahap-tahap sebelumnya

diperoleh rata-rata aritmetik (Ra) keausan cutter end mill dari beberapa segi

pengukuran. Data rata-rata aritmetik (Ra) hasil pengujian keausan tersebut,

kemudian dibuat grafik pengaruh kecepatan pemakanan dan waktu pemberian

pendingin terhadap tingkat keausan cutter end mill. Grafik yang dibuat

dianalisis dengan metode deskriptif analitis untuk mendapatkan hasil yang

paling optimal dari penggunaan kecepatan pemakanan dan waktu pemberian

pendingin terhadap tingkat keausan cutter end mill.


commit to user

48

BAB IV

HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN

Seperti yang telah diuraikan pada BAB III, penelitian ini merupakan

penelitian eksperimen yang menggunakan dua faktor variabel bebas, yaitu X1 dan

X2. Faktor pertama (X1) adalah variasi kecepatan pemakanan, yaitu 0,11 mm/rev,

0,13 mm/rev, dan 0,15 mm/rev. Faktor kedua (X2) adalah variasi waktu

pemberian pendingin, yaitu 10 menit, 15 menit dan 20 menit. Untuk variabel

terikatnya adalah tingkat keausan cutter end mill HSS hasil pemesinan CNC

milling pada baja ST 40. Hasil penelitian dan pembahasan yang diuraikan meliputi

langkah pemesinan yang berupa alur pemakanan atau penyayatan cutter pada

benda kerja, pengukuran suhu dengan infrared thermometer, penimbangan cutter,

dan studi pengaruh kecepatan pemakanan dan waktu pemberian pendingin

terhadap tingkat keausan cutter end mill HSS hasil pemesinan CNC milling.

A. Langkah Pemesinan

Pemesinan dilakukan dengan memakai cutter end mill HSS “KOBE”

dengan geometri 12 x 12 x 26 x 83 pada baja ST 40 menggunakan mesin CNC

milling “SIEMENS SINUMERIK 802S“ tipe ZK 7040. Langkah penyayatan

cutter dilakukan dengan satu arah gerak pemakanan, yaitu dari sisi kiri ke sisi

kanan. Bentuk lintasan cutter dapat dilihat pada Gambar 4.1 berikut:

Gambar 4.1. Alur Pemakanan atau Penyayatan Cutter


commit to user

49

Penelitian dan pengujian tingkat keausan cutter end mill HSS dilakukan

dari beberapa segi pengukuran, mulai dari suhu cutter, berat cutter yang hilang,

serta tingkat keausan cutter (luas bidang aus dan tingkat keausan).

B. Pengukuran Suhu Cutter

Pengukuran suhu cutter dilakukan dengan menggunakan infrared

thermometer tipe “KRISBOW KW06-280” saat pemesinan. Termometer ini

mempunyai kemampuan pengukuran sampai ± 500 oC (932

oF) dan perbandingan

jarak penembakan adalah 8 : 1 dengan ukuran objek tembak. Pengukuran atau

penembakan termometer dilakukan pada jarak 96 mm. Jarak ini didapat dari

perbesaran skala termometer dikalikan dengan diameter cutter. Pengukuran suhu

cutter dengan termometer ini dapat dilihat pada Gambar 4.2 berikut:

Gambar 4.2. Pengukuran Suhu Cutter dengan Infrared Thermometer

Pengukuran suhu dengan infrared thermometer dilakukan untuk

mengetahui besarnya kenaikan suhu yang terjadi pada cutter setiap menit

pemakanan atau penyayatan. Pengukuran dilakukan pada dua kondisi pemakanan,

yaitu sebelum pemberian pendingin (dry machining) dan sesudah pemberian

pendingin (wet machining). Penembakan suhu dilakukan setiap menit langkah

pemakanan pada semua variasi pemakanan. Tabel 4.1 merupakan rata-rata hasil

pengukuran suhu cutter dengan infrared thermometer, sedangkan untuk data suhu

cutter selengkapnya dapat dilihat pada Lampiran 3.


commit to user

50

Tabel 4.1. Rata-rata Hasil Pengukuran Suhu Cutter End Mill

Waktu pemberian

pendingin (menit)

Kecepatan pemakanan (mm/rev)

0,11 0,13 0,15

10 33-35-40-39-43-48-

51-52-55-59-30-27 34-39-43-47-49-54-

56-61-64-68-32-28 36-40-43-49-54-57-

60-66-71-76-33-28

15

32-34-38-39-43-47-

51-53-56-60-65-66-

70-75-74-36-28

35-40-43-48-50-54-

58-61-66-69-73-77-

80-85-88-39-29

36-40-45-47-53-57-

61-67-72-77-78-81-

88-90-97-41-28

20

33-36-40-40-45-50-

54-55-59-64-69-68-

72-77-80-83-88-93-

95-99-45-29

36-39-43-48-50-55-

57-61-64-69-73-78-

81-85-88-94-97-103-

106-111-46-29

36-40-43-48-53-57-

60-65-71-76-78-82-

87-91-97-102-105-

105-110-116-47-29

Berdasarkan Tabel 4.1 tersebut dapat dilihat kenaikan suhu pada setiap

variasi pemakanan berbeda-beda. Suhu cutter terendah sebelum pemberian

pendingin terjadi pada interaksi kecepatan pemakanan 0,11 mm/rev dengan waktu

pemberian pendingin 10 menit yaitu sebesar 59 oC, sedangkan suhu cutter

tertinggi sebelum pemberian pendingin terjadi pada interaksi kecepatan


sebesar 116 oC. Pengaruh kecepatan pemakanan dan waktu pemberian pendingin

pada temperatur cutter lebih jelasnya dapat dilihat pada Gambar 4.3.

Gambar 4.3. Interaksi Waktu Pemberian Pendingin dengan Kecepatan

Pemakanan terhadap Temperatur Cutter

0

20

40

60

80

100

120

140

0 5 10 15 20 25

Su

hu

Cu

tter

(oC

)

Waktu Pemberian Pendingin (menit)

f (0,15 mm/rev)

f (0,11 mm/rev)

f (0,13 mm/rev)


commit to user

51

Menurut data hasil pengukuran suhu cutter pada Tabel 4.1 dan Gambar

4.3 di atas dapat disimpulkan bahwa semakin besar kecepatan pemakanan dan

semakin lama waktu pemberian pendingin, maka suhu cutter juga akan

meningkat. Hal ini dikarenakan hampir seluruh energi pemotongan diubah

menjadi panas melalui gesekan, tetapi besarnya suhu cutter sesudah pemberian

pendingin pada semua variasi pemakanan cenderung sama. Dari hasil pengukuran

suhu ini menunjukkan bahwa variasi kecepatan pemakanan dan variasi waktu

pemberian pendingin mempunyai karakteristik dan pengaruh tertentu terhadap

temperatur cutter end mill HSS.

C. Penimbangan Cutter End Mill

Penimbangan cutter dilakukan untuk mengetahui berapa berat cutter

yang hilang atau aus karena bergesekan dengan benda kerja. Pengukuran berat

cutter dilakukan sebelum dan sesudah pemesinan dengan timbangan digital “AND

ELECTRONIC BALANCE FX-400” dengan ketelitian 0,001 gram dan beban

maksimal 410 gram. Penimbangan dilakukan di dalam ruangan yang tertutup

karena timbangan ini sangat sensitif terhadap pengaruh dari luar, contohnya angin

dan getaran. Sebelum menimbang cutter harus dibersihkan terlebih dahulu dari

minyak pelumas, geram, maupun kotoran yang menempel agar data berat cutter

yang dihasilkan lebih akurat dan teliti. Cara penimbangan cutter dapat dilihat pada

Gambar 4.4 di bawah ini:

Gambar 4.4. Penimbangan Cutter End Mill


commit to user

52

Penimbangan berat cutter harus dilakukan pada kondisi baik dan tenang.

Apabila kondisi timbangan tidak normal seperti menunjukkan angka berat padahal

tidak ada beban di atasnya, maka dapat di atasi dengan menekan tombol “re-zero”

atau dengan restart timbangan. Rata-rata hasil penimbangan berat cutter

ditunjukkan pada Tabel 4.2 dan data selengkapnya dapat dilihat pada Lampiran 4.

Tabel 4.2. Rata-rata Hasil Penimbangan Berat Cutter End Mill

Waktu pemberian

pendingin (menit)


0,11 0,13 0,15

10 0,017 gram 0,019 gram 0,021 gram

15 0,022 gram 0,024 gram 0,0243 gram

20 0,028 gram 0,0303 gram 0,0353 gram

Berdasarkan Tabel 4.2 dapat dilihat bahwa pengurangan berat cutter

terkecil terjadi pada interaksi kecepatan pemakanan 0,11 mm/rev dengan waktu

pemberian pendingin 10 menit yaitu sebesar 0,017 gram, sedangkan pengurangan

berat cutter terbesar terjadi pada interaksi kecepatan pemakanan 0,15 mm/rev

dengan waktu pemberian pendingin 20 menit yaitu sebesar 0,0353 gram.

Penjelasan lebih lanjut mengenai pengurangan berat cutter dapat dilihat pada

Gambar 4.5 dan Gambar 4.6 berikut:

Gambar 4.5. Interaksi Kecepatan Pemakanan dengan Waktu Pemberian

Pendingin terhadap Berat Aus Cutter End Mill

0,01

0,015

0,02

0,025

0,03

0,035

0,04

0,1 0,12 0,14 0,16

Ber

at

Au

s C

utt

er(g

ram

)

Feedrate (mm/rev)

t (10 menit)

t (15 menit)

t (20 menit)


commit to user

53

Gambar 4.6 Interaksi Waktu Pemberian Pendingin dengan Kecepatan

Pemakanan terhadap Berat Aus Cutter End Mill

Menurut grafik pada Gambar 4.5 dan Gambar 4.6 dapat disimpulkan

bahwa semakin besar kecepatan pemakanan dan semakin lama waktu pemberian

pendingin, maka pengurangan berat cutter atau berat aus juga semakin besar.

Pengurangan berat aus bukan hanya terjadi pada salah satu sisi potong cutter,

tetapi pada semua sisi mata potong. Hal ini menunjukkan bahwa variasi kecepatan

pemakanan dan variasi waktu pemberian pendingin mempunyai pengaruh tertentu

terhadap pengurangan berat cutter end mill HSS..

D. Studi Tingkat Keausan Cutter End Mill

Identifikasi tingkat keausan cutter end mill HSS hasil pemesinan CNC

milling dilakukan dalam beberapa tahap pengujian, diantaranya:

1. Pengambilan Foto Makro

Pengambilan foto makro keausan cutter end mill dilaksanakan di

Laboratorium Bahan Teknik, Program Diploma Teknik Mesin, Sekolah

Vokasi, Universitas Gadjah Mada. Alat yang digunakan adalah zoom stereo

microscope dengan spesifikasi “OLYMPUS U-PMTVC” buatan Jepang.

Pengambilan foto makro dimaksudkan untuk mengetahui jenis keausan cutter

yang terbentuk dan juga mengambil gambar keausan yang nantinya akan

digunakan untuk mengukur luas bidang cutter yang aus.

0,01

0,015

0,02

0,025

0,03

0,035

0,04

5 10 15 20 25

Ber

at

Au

s C

utt

er(g

ram

)


f (0,11 mm/rev)

f (0,13 mm/rev)

f (0,15 mm/rev)


commit to user

54

Pengambilan foto makro hanya dilakukan pada salah satu mata

potong cutter yang dinilai paling aus. Langkah awal pengambilan foto makro

dilakukan dengan menyalakan lampu sebagai sumber cahaya, kemudian

cutter dipasang pada “stage plate”. Perbesaran gambar diatur pada skala 32 :

1 dengan memutar “zoom control knoop”. Setelah itu gambar difokuskan

dengan memutar “focusing knop”, dan langkah akhir pemotretan dilakukan

dengan menekan “expose atau capture”. Langkah pengambilan foto makro

ini dapat dilihat pada Gambar 4.7 berikut:

Gambar 4.7. Pengambilan Foto Makro Cutter dengan Zoom Stereo

Microscope

2. Pengukuran Luas Bidang Aus Cutter

Pengukuran luas bidang aus cutter dilakukan dengan menggunakan

kertas milimeter blok. Langkah awal pengukuran yaitu gambar hasil dari foto

makro (cutter baru dan cutter aus atau yang sudah digunakan) di print out

pada kertas milimeter blok, kemudian dibandingkan dan dihitung luas bidang

cutter yang aus. Hasil prin out dari foto makro cutter dapat dilihat pada

Gambar 4.8.


commit to user

55

Gambar 4.8. Pengukuran Luas Bidang Aus Cutter dengan Milimeter Block

Pengukuran dan perhitungan luas bidang aus dilakukan secara

manual. Awalnya foto cutter yang baru diberi batasan garis pada salah satu

ujung mata potongnya, kemudian batasan garis tersebut dicopy dan diletakkan

pada ujung cutter yang aus. Secara teliti luas bidang aus dihitung dengan cara

luas bidang aus cutter dari kertas milimeter dibagi kuadrat perbesaran foto

makro cutter. Perhitungan tersebut dapat dirumuskan sebagai berikut:

Luas bidang aus dari kertas milimeter

Luas bidang aus cutter =

(Perbesaran skala foto makro)2

Rata-rata hasil perhitungan luas bidang aus cutter dengan rumus di

atas dapat dilihat pada Tabel 4.3, sedangkan data hasil pengukuran luas

bidang aus cutter selengkapnya dapat dilihat pada Lampiran 5.

Tabel 4.3. Rata-rata Hasil Pengukuran Luas Bidang Aus Cutter End Mill

Waktu pemberian

pendingin (menit)


0,11 0,13 0,15

10 0,1087 mm2

0,1188 mm2 0,1276 mm

2

15 0,1370 mm2 0,1510 mm

2 0,1630 mm

2

20 0,1721 mm2 0,1783 mm

2 0,1901 mm

2


commit to user

56

Berdasarkan data pada Tabel 4.3 dapat diketahui bahwa luas bidang

aus cutter terkecil terjadi pada interaksi kecepatan pemakanan 0,11 mm/rev

dengan waktu pemberian pendingin 10 menit yaitu sebesar 0,1087 mm2,

sedangkan luas bidang aus cutter terbesar terjadi pada interaksi kecepatan


sebesar 0,1901 mm2. Penjelasan lebih lanjut dapat dilihat pada Gambar 4.10

dan Gambar 4.11, yaitu dengan mengubah data tabel ke dalam bentuk grafik.


Pendingin terhadap Luas Aus Cutter End Mill


Pemakanan terhadap Luas Aus Cutter End Mill

0,1

0,11

0,12

0,13

0,14

0,15

0,16

0,17

0,18

0,19

0,2

0,1 0,12 0,14 0,16

Lu

as

Au

s C

utt

er (

mm

2)

Feedrate (mm/rev)

t (10 menit)

t (15 menit)

t (20 menit)

0,1

0,11

0,12

0,13

0,14

0,15

0,16

0,17

0,18

0,19

0,2

5 10 15 20 25

Lu

as

Au

s C

utt

er (

mm

2)


f (0,11 mm/rev)

f (0,13 mm/rev)

f (0,15 mm/rev)


commit to user

57

Grafik pada Gambar 4.9 dan Gambar 4.10 memberikan penjelasan

lebih lanjut mengenai pengaruh kecepatan pemakanan dan waktu pemberian

pendingin terhadap luas bidang aus cutter hasil pemesinan CNC milling.

Menurut data pada gambar-gambar tersebut dapat disimpulkan bahwa

semakin besar kecepatan pemakanan dan semakin lama waktu pemberian

pendingin maka luas bidang aus cutter semakin besar.

3. Pengukuran Tingkat Keausan Cutter

Berdasarkan hasil dari pengambilan foto makro, jenis atau tipe

keausan cutter yang terjadi adalah keausan tepi (flank wear). Alat yang

digunakan untuk mengukur keausan tepi adalah mitutoyo toolmaker

microscope, tetapi dapat juga menggunakan mikro vickers machine yang

sebenarnya merupakan salah satu alat ukur kekerasan logam.

Pengukuran keausan tepi dilakukan dengan meletakkan cutter pada

landasan jepit dengan posisi tegak lurus sumbu optik. Besarnya keausan tepi

dapat diketahui dengan mengukur panjang aus VB (mm), yaitu jarak antara

mata potong sebelum terjadi keausan (mata potong terdekat sebagai referensi)

sampai ke garis rata-rata bekas keausan pada bidang utama. Gambar 4.11

berikut menunjukkan cara pengukuran keausan tepi cutter.

Gambar 4.11. Pengukuran Keausan Tepi Cutter End Mill


commit to user

58

Pengukuran keausan tepi menggunakan mikro vickers machine tipe

“HIGHWOOD HWMMT-X7” di Laboratorium Material, Jurusan Teknik

Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Sebelas Maret. Kelemahan pengukuran

keausan tepi dengan alat ini adalah tidak bisa mengambil gambar keausan tepi

cutter dalam bentuk file, namun hanya bisa diambil melalui foto dari monitor.

Foto visual pengukuran keausan tepi cutter dapat dilihat pada Gambar 4.12

dan Gambar 4.13, serta data hasil pengukuran disajikan dalam Tabel 4.4.

Batas pengukuran

Gambar 4.12. Foto Pengukuran Keausan Tepi

Cutter dari Monitor

Angka hasil pengukuran

Gambar 4.13. Foto Data Hasil Pengukuran

Keausan Tepi Cutter


commit to user

59

Tabel 4.4. Data Hasil Pengukuran Keausan Tepi Cutter End Mill

Taraf

Faktor x1

Jumlah

keseluruhan

Rata-rata

keseluruhan

Kecepatan pemakanan

(mm/rev)

0,11 0,13 0,15

Fa

kto

r x

2 :

wa

ktu

pem

ber

ian

pen

din

gin

(m

enit

)

10

603,15 640,63 713,97

562,57 673,12 746,86

613,42 656,33 753,27

Jumlah 1779,14 1970,08 2214,10 5963,32

Rata-rata 593,04 656,69 738,03 662,58

15

775,81 810,72 843,79

783,70 829,68 837,58

790,62 815,80 828,09

Jumlah 2350,13 2456,20 2509,46 7315,79

Rata-rata 783,37 818,73 836,48 812,86

20

889,34 923,33 908,44

870,54 889,72 951,94

859,87 911,08 958,65

Jumlah 2619,75 2724,13 2819,03 8162,91

Rata-rata 873,25 908,04 939,67 906,98

Jumlah

keseluruhan 21.442,02

Rata-rata

keseluruhan 794,14


commit to user

60

Berdasarkan data hasil pengukuran tingkat keausan tepi cutter end

mill hasil pemesinan CNC milling pada baja ST 40 diperoleh tingkat keausan

tepi cutter terkecil terjadi saat interaksi kecepatan pemakanan 0,11 mm/rev

dengan waktu pemberian pendingin 10 menit yaitu sebesar 593,04 µm,

sedangkan tingkat keausan tepi cutter terbesar terjadi saat interaksi kecepatan


sebesar 939,67 µm.

Besarnya pengaruh parameter pemesinan yang digunakan dalam

penelitian ini dapat diperjelas melalui hasil foto makro keausan cutter end

mill yang dijabarkan dengan menggunakan metode diskriptif analitis.

Pengambilan foto makro dilakukan dengan pembesaran 32 kali dari ukuran

sebenarnya. Hasil foto makro dapat dilihat pada Gambar 4.14 sampai dengan

Gambar 4.22.


commit to user

61

Batas aus cutter

End Mill 1 End Mill 2

Keausan tepi (flank wear)

End Mill 3

Gambar 4.14. Foto Makro Sisi Potong Cutter End Mill Hasil Pemesinan

CNC Milling pada Feedrate (f) 0,11 mm/rev dan Waktu

Pemberian Pendingin (t) 10 menit

Berdasarkan pengamatan foto makro sisi mata potong cutter end mill

hasil pemesinan CNC milling dengan kecepatan pemakanan 0,11 mm/rev dan

waktu pemberian pendingin 10 menit terlihat tipe keausan cutter yang terjadi

adalah keausan tepi (flank wear) dengan tingkat keausan rata-rata 593,04 µm.


commit to user

62

Batas aus cutter



End Mill 3









commit to user

63

Batas aus cutter



End Mill 3









commit to user

64

Batas aus cutter



End Mill 3









commit to user

65

Batas aus cutter



End Mill 3









commit to user

66

Batas aus cutter



End Mill 3









commit to user

67

Batas aus cutter



End Mill 3









commit to user

68

Batas aus cutter



End Mill 3









commit to user

69

Batas aus cutter



End Mill 3









commit to user

70

E. Studi Pengaruh Kecepatan Pemakanan dan Waktu Pemberian Pendingin

terhadap Tingkat Keausan Cutter End Mill

Hasil pengujian tingkat keausan cutter menunjukkan adanya perbedaan

keausan yang timbul akibat penggunaan variasi parameter pada proses machining.

Besarnya pengaruh variasi parameter ini dapat diketahui dari Tabel 4.5 yang

merupakan rata-rata hasil pengukuran tingkat keausan cutter.

Tabel 4.5. Rata-Rata Hasil Pengukuran Tingkat Keausan Tepi Cutter End Mill

Waktu pemberian

pendingin (menit)


0,11 0,13 0,15

10 593,04 µm 656,69 µm 738,03 µm

15 783,37 µm 818,73 µm 836,48 µm

20 873,25 µm 908,04 µm 939,67 µm

Besarnya pengaruh variasi parameter dapat diperjelas lagi dengan data

hasil pengukuran tingkat keausan tepi cutter yang disajikan dalam bentuk grafik,

seperti pada Gambar 4.23 dan Gambar 4.24. Grafik ini dibuat untuk mengetahui

pengaruh antara perbedaan kecepatan pemakanan dan waktu pemberian pendingin

terhadap tingkat keausan cutter.


Pendingin terhadap Keausan Cutter End Mill

500550600650700750800850900950

1000

0,1 0,12 0,14 0,16

Kea

usa

n T

epi

(µm

)

Feedrate (mm/rev)

t (10 menit)

t (15 menit)

t (20 menit)


commit to user

71


Pemakanan terhadap Keausan Cutter End Mill

Grafik pada Gambar 4.23 dan Gambar 4.24 memberikan perbandingan

antara pengaruh masing–masing variasi kecepatan pemakanan dan variasi

pemberian pendingin terhadap tingkat keausan cutter. Kecepatan pertumbuhan

keausan tepi ini menentukan laju umur cutter. Pertumbuhan keausan tepi (flank

wear) dimulai dengan pertumbuhan yang relatif cepat sesaat setelah cutter

digunakan, kemudian diikuti pertumbuhan relatif lambat yang linier dengan

bertambahnya kecepatan pemakanan dan waktu pemberian pendingin. Hal ini

sesuai dengan grafik pertumbuhan keausan tepi pada Gambar 4.25 berikut:

Gambar 4.25. Pertumbuhan Keausan Tepi Cutter

(Sumber: Budiman, 2007 :23)

500

550

600

650

700

750

800

850

900

950

1000

5 10 15 20 25

Kea

usa

n T

epi

(µm

)


f (0,11 mm/rev)

f (0,13 mm/rev)

f (0,15 mm/rev)


commit to user

72

Berdasarkan hasil pengujian dan pengukuran tingkat keausan cutter yang

digunakan untuk pemesinan, keausan mulai tumbuh dengan relatif cepat pada

awal penggunaan yang diikuti dengan pertumbuhan yang relatif lambat sampai

pada pemotongan yang telah ditentukan. Keausan cutter terjadi karena adanya

gesekan antara cutter dan benda kerja yang mengakibatkan terjadinya peningkatan

temperatur, sehingga pergerakan antar partikel pada cutter menjadi lebih cepat.

Pergerakan antar partikel yang semakin cepat mengakibatkan ikatannya

cenderung melemah, sehingga mudah terlepas karena adanya beban impak yang

berasal dari benturan cutter dengan benda kerja saat dilakukan penyayatan.


commit to user

73

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

A. Kesimpulan

Dari penelitian yang telah dilaksanakan dapat diambil kesimpulan

sebagai berikut:

1. Semakin tinggi feedrate yang digunakan dalam pemesinan CNC milling pada

baja ST 40 maka laju kenaikan suhu cutter atau temperatur pemotongan juga

semakin tinggi. Hal ini juga berlaku pada lamanya waktu pemberian

pendingin terhadap laju kenaikan suhu cutter. Dalam waktu pemberian

pendingin yang sama, laju kenaikan suhu cutter pada feedrate 0,11 mm/rev

adalah ± 3,33 oC, feedrate 0,13 mm/rev adalah ± 3,75

oC, dan feedrate 0,15

mm/rev adalah ± 4 oC.

2. Semakin tinggi feedrate dan semakin lama waktu pemberian pendingin yang

digunakan dalam pemesinan CNC milling pada baja ST 40 maka laju berat

aus cutter semakin besar. Pengurangan berat cutter terkecil terjadi pada

interaksi feedrate 0,11 mm/rev dengan waktu pemberian pendingin 10 menit

yaitu sebesar 0,017 gram, sedangkan pengurangan berat cutter terbesar terjadi

pada interaksi feedrate 0,15 mm/rev dengan waktu pemberian pendingin 20

menit yaitu sebesar 0,0353 gram.

3. Semakin besar feedrate dan semakin lama waktu pemberian pendingin yang

digunakan dalam pemesinan CNC milling maka luas bidang aus cutter juga

semakin besar. Luas bidang aus cutter terkecil terjadi pada interaksi feedrate

0,11 mm/rev dengan waktu pemberian pendingin 10 menit yaitu sebesar

0,1087 mm2, sedangkan luas bidang aus cutter terbesar terjadi pada interaksi

feedrate 0,15 mm/rev dengan waktu pemberian pendingin 20 menit yaitu

sebesar 0,1901 mm2.

4. Data hasil pengukuran tingkat keausan cutter end mill hasil pemesinan CNC

milling pada baja ST 40 diperoleh tipe keausan cutter yaitu keausan tepi

(flank wear). Tingkat keausan tepi cutter paling kecil terjadi saat interaksi

feedrate 0,11 mm/rev dengan waktu pemberian pendingin 10 menit yaitu


commit to user

74

sebesar 593,04 µm, sedangkan tingkat keausan tepi cutter paling besar terjadi

saat interaksi feedrate 0,15 mm/rev dengan waktu pemberian pendingin 20

menit yaitu sebesar 939,67 µm. Keausan tepi ini mulai tumbuh dengan relatif

cepat, kemudian diikuti dengan pertumbuhan yang relatif lambat sampai pada

pemotongan yang telah ditentukan.

B. Implikasi

Berdasarkan hasil penelitian yang didukung oleh landasan teori yang

sudah diuraikan maka timbul beberapa implikasi, di antaranya:

1. Implikasi Teoritis

Penelitian ini bertujuan mengetahui pengaruh kecepatan pemakanan,

waktu pemberian pendingin dan hasil yang paling optimal dari penggunaan

kedua parameter tersebut terhadap tingkat keausan cutter end mill HSS hasil

pemesinan CNC milling pada baja ST 40. Semakin tinggi kecepatan

pemakanan dan semakin lama waktu pemberian pendingin yang digunakan,

maka cutter semakin aus. Variasi paling optimal merupakan tingkat keausan

terkecil yang terjadi saat interaksi feedrate 0,11 mm/rev dengan waktu

pemberian pendingin 10 menit yaitu sebesar 593,04 µm, sedangkan tingkat

keausan terbesar terjadi saat interaksi feedrate 0,15 mm/rev dengan waktu

pemberian pendingin 20 menit yaitu sebesar 939,67 µm.

2. Implikasi Praktis

Penelitian ini dapat digunakan sebagai masukan dalam menentukan

variasi tingkat kecepatan pemakanan dan waktu pemberian pendingin yang

sesuai dengan karakteristik cutter end mill dan kondisi pemotongan. Selain

itu, juga sebagai bahan acuan bagi industri pemesinan atau manufaktur dalam

menentukan kombinasi parameter pemotongan yang tepat guna menghambat

keausan cutter end mill, memperpanjang umur cutter end mill, menghemat

biaya produksi, dan mencegah pencemaran lingkungan.


commit to user

75

C. Saran

Menurut hasil penelitian dan implikasi yang timbul, maka disampaikan

saran-saran sebagai berikut:

1. Penelitian ini terbatas pada 3 variasi feedrate, 3 variasi waktu pemberian

pendingin, dan 3 replikasi tiap interaksi parameter, sehingga hasil penelitian

masih memiliki keterbatasan pada jumlah bahan dan peralatan yang dipakai.

Oleh karena itu, perlu dilakukan penelitian lagi dengan memperbanyak

variasi parameter pemesinan dan replikasi yang digunakan.

2. Pengujian dan pengukuran tingkat keausan cutter end mill pada penelitian ini

hanya dilakukan pada salah satu sisi mata potong saja, sehingga perlu

dilakukan penelitian lanjutan dengan menguji dan mengukur semua sisi mata

potong cutter end mill agar hasil penelitian lebih spesifik dan akurat.

3. Pada kecepatan pemakanan (feedrate) tinggi kondisi cutter end mill

cenderung aus, dengan keadaan seperti ini perlu dilakukan penelitian lebih

lanjut untuk mengetahui panjang umur cutter end mill dan getaran pada

proses pemesinan.

4. Penelitian yang dilaksanakan terbatas pada dua parameter pemesinan yaitu

penggunaan feedrate dan waktu pemberian pendingin terhadap tingkat

keausan cutter end mill HSS tipe “KOBE”, sehingga perlu adanya penelitian

lanjutan yang membahas tentang parameter-parameter lain dan pengaruhnya

terhadap jenis cutter yang lain.

digilib.uns.ac.id/Pengaruh... · perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id Saya yang bertanda tangan...

Documents

Transcript of digilib.uns.ac.id/Pengaruh... · perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id Saya yang bertanda tangan...