PENGARUH SUDUT ORIENTASI ANTARA PAHAT DAN BENDA KERJA TERHADAP BATAS STABILITAS CHATTER PADA PROSES BUBUT ARAH PUTARAN COUNTER CLOCKWISE

OlehAgus Susanto

BIDANG KEAHLIAN SISTEM MANUFAKTURJURUSAN TEKNIK MESINFAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRIINSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBERSURABAYA 2011

Dosen PembimbingProf. Dr. Ing. Ir. Suhardjono, M .Sc

Inovasi proses manufaktur

Mesin perkakas mempunyai performansi tinggi

Kendala, akibatkan kriteria deformasi statis maupun perilaku dinamik

Chatter

Efeknya; akurasi dimensi, surface finish, mempercepat keausan pahat, & patah dini.

Chatter tidak boleh terjadi dan ketika proses pemotongan sedang berlangsung harus dalam keadaan stabil

Perlu mengetahui batas stabilitas chatter sehingga dapat digunakan untuk memprediksi, mengkontrol, dan menghindari chatter.

LATAR BELAKANG

Mengalami chatter

Tidak chatter

Peneliti kasus stabilitas chatter

Knight (1972), some effects of tool geometry and cutting conditions terhadap terjadinya chatter pada proses bubut

Bason dan Yung (2002) berusaha mengetahui model chatterdan mengeliminasinya pada face turning

Lin (2008), berusaha menemukan kondisi stabilitas terbaik pada proses bubut untuk austenitic stainless steel

Suhardjono (2006) meneliti pengaruh kecepatan potong terhadap chatter dan membandingkan kekasaran permukaan sebelum dan sesudah terjadi chatter.

Suzuki, dkk (2010) meneliti stabilitas chatter pada proses plunge cutting dengan arah bubut clockwise (cw) dan counter clockwise (ccw).

Tingkat kestabilan, ditentukan oleh sudutorientasi antara pahat dan benda kerjadalam arti penempatan relatif pahat padatool post mesin bubut terhadap benda kerjayang dicekam

Koenigsberger

I

II

III

IV

Daerah Optimum Penempatan Pahat (Sumber: Koenigsberger dan Tlusty)

DASAR TEORI

METODE PENELITIAN

Tidak

Studi Literatur

Persiapan Benda Kerja dan alat bantu

Persiapan perangkat eksperimen

Set-up Pengujian Eksitasi

Pengujian Eksitasi

Pengolahan dan analisa frekuensi pribadi

Nilai Koherensi 0.95-1?

Merumuskan masalah

Analisa system getaran yang sesuai dengan eksperimen

Sesuai

A

Mulai

Pengolahan dan Analisa Data

Kesimpulan

Set-up pengujian pemotongan, yaitu memilih orientasi sudut

Pengujian pemotongan sampai kedalaman tertentu setiap sudut orientasi hingga terjadi chatter.

Pengukuran harga respon getaran setiap pemotongan

A

Selesai

1. Peralatan Eksperimen

Mesin bubut : Emco Maximat V13Putaran spindle : 260 (rpm) (ccw)Feeding : 0,056 (mm/putaran)

Alat bantu tersebut

2. Uji Pemotongan

Tujuan untuk mencari besarnya kedalaman potong kritis (alim) dan batas stabilitas chatter.

Set-up

Tool positioningThree jaw & chuck

150 mm

Benda kerja

Tool , tool post, dan Accelerometer

Arah feeding

VARIABEL SET-UP

Benda kerja Mildstell ST 41

Ø 38,1 mm (1,5 inchi)

Panjang bebas pencekaman 150 mm

Panjang pencekaman 50 mm.

Pahat potong HSS, κr = 45o, γ = 15o

Kecepatan putaran spindle 260 rpm

Feeding 0,056 mm/putaran

Kedalaman potong (+) 0,25 mm

Arah putaran spindle counter clockwise (ccw)

Kondisi pemotongan Pemotongan tanpa coolant (dry machining)

Tipe proses bubut Proses bubut lurus (straight turning)

Parameter Pemesinan

HASIL EKSPERIMEN

1. UJI EKSITASI

2. UJI PEMOTONGAN

Grafik Fungsi Respon Frekuensi (FRF) arah vertikal Grafik Fungsi Respon Frekuensi (FRF) arah horisontal

1. UJI EKSITASI

2. UJI PEMOTONGAN

Variasi amplitudo getaran akibat variasi kedalaman potong pada sudut orientasi 0˚

Variasi amplitudo getaran akibat variasi kedalaman potong pada sudut orientasi 150˚

Chatter

Chatter

tidak Chatter tidak Chatter

Variasi amplitudo getaran akibat variasi kedalaman potong pada sudut orientasi 30˚

Chatter

tidak Chatter

SudutOrientasi

KedalamanPotong (mm)

Amplitudo(mm/s2)

FrekuensiChatter (Hz)

0˚

0.25 0.0463

0.5 0.12860.75 0.1538

1 0.17561.25 4.1431 260

15˚

0.25 0.0633

0.5 0.07470.75 0.1789

1 0.22071.25 0.43051.5 4.0886 228

30˚

0.25 0.07370.5 0.11430.75 0.1661

1 0.17871.25 0.18961.5 0.19771.75 0.1986

2 0.20622.25 0.20712.5 0.21232.75 0.2137

3 0.21763.25 0.22193.5 0.24533.75 0.2468

4 0.25734.25 0.25974.5 19.25 338

45˚

0.25 0.1055

0.5 0.1257

0.75 0.1359

1 0.2121

1.25 0.2368

1.5 0.2435

1.75 3.6398

2 19.51 311

60˚

0.25 0.09320.5 0.14320.75 0.1673

1 0.16821.25 0.26511.5 0.29471.75 11.447 282

75˚

0.25 0.03190.5 0.12170.75 0.1506

1 0.16031.25 0.25441.5 0.26511.75 4.9391 234

90˚

0.25 0.02620.5 0.15390.75 0.1904

1 0.20111.25 0.21771.5 0.32791.75 0.3711

2 0.37462.25 0.49472.5 0.67412.75 16.36 298

Rangkuman hasil eksperimen

105˚

0.25 0.025980.5 0.046280.75 0.2264

1 0.31241.25 0.33831.5 12.35 251

120˚

0.25 0.04310.5 0.04620.75 0.1951

1 0.58821.25 13.18 282

135˚0.25 0.12710.5 13.49 250

150˚0.1 0.03740.2 0.09660.25 8.665 236

165˚

0.05 0.037040.1 0.055410.25 0.13580.5 4.183 234

180˚

0.25 0.02980.5 0.07270.75 0.0987

1 6.91 260

Sudut OrientasiKedalaman

Potong (mm)Amplitudo(mm/s2)

FrekuensiChatter (Hz)

Sambungan…

ANALISA DAN PEMBAHASAN

1. Pengaruh Kedalaman Potong terhadap Batas Stabil pd Sudut yang Sama2. Perbedaan Stabilitas Chatter akibat Perubahan Sudut Orientasi

1. Pengaruh Kedalaman Potong terhadap Batas Stabil pd Sudut yang Sama

F

Ff

Fv

DoC ΔF Chatter

Asumsi ;Mata potong sangat tajam sehingga tidak menggaruk benda kerja Deformasi yang terjadi hanya pada dua dimensi, sehigga potong yang dianalisa terjadi pada bidang datar (bukan ruang) Distribusi tegangan yang terjadi merata pada bidang geser

Beda amplitudo

FFv

o =−> )cos( γη

FFs

o =−+Φ> )cos( γη)cos()cos(.

o

oFsFvγηγη−+Φ−

=shishiAFs τ.=

Fs

)cos(.sin)cos(.

sin.

sin.

o

o

rrshi

faFvγη

γηκκ

τ−+ΦΦ

−=

Gaya potong akibat aksi-reaski BK-Pahat Gaya akibat deformasi material

AKsF .=

hbA .=>

F

Ff

Fv

rfh

danr

ab

κ

κ

sin

sin

=

=

rf

raKsF

κκ sin.

sin.=

putmmfr

/056.0deg45

==κ

2^/2100,41 mmNKsDINST ===>

NmmmmmmNF oo 108045sin

056.0.45sin

5.4/2100 2 ==

Sudut

Orientasi

Kedalaman

Potong (mm)

Gaya Potong

(N)

0˚

0.25 60

0.5 120

0.75 180

1 240

1.25 300

15˚

0.25 60

0.5 120

0.75 180

1 240

1.25 300

1.5 360

Rangkuman Pengaruh kedalaman potong terhadap fluktuasi gaya potong

30˚

0.25 60

0.5 120

0.75 180

1 240

1.25 300

1.5 360

1.75 420

2 480

2.25 540

2.5 600

2.75 660

3 720

3.25 780

3.5 840

3.75 900

4 960

4.25 1020

4.5 1080

45˚

0.25 60

0.5 120

0.75 180

1 240

1.25 300

1.5 360

1.75 420

2 480

60˚

0.25 60

0.5 120

0.75 180

1 240

1.25 300

1.5 360

1.75 420

75˚

0.25 60

0.5 120

0.75 180

1 240

1.25 300

1.5 360

1.75 420

90˚

0.25 60

0.5 120

0.75 180

1 240

1.25 300

1.5 360

1.75 420

2 480

2.25 540

2.5 600

2.75 660

105˚

0.25 60

0.5 120

0.75 180

1 240

1.25 300

1.5 360

120˚

0.25 60

0.5 120

0.75 180

1 240

1.25 300

150˚

0.1 24

0.2 48

0.25 60

165˚

0.05 12

0.1 24

0.25 60

0.5 120

180˚

0.25 60

0.5 120

0.75 180

1 240

90˚

0.25 60

0.5 120

0.75 180

1 240

1.25 300

1.5 360

1.75 420

2 480

2.25 540

2.5 600

2.75 660

105˚

0.25 60

0.5 120

0.75 180

1 240

1.25 300

1.5 360

120˚

0.25 60

0.5 120

0.75 180

1 240

1.25 300

Sudut OrientasiKedalaman

Potong (mm)

Gaya Potong

(N)

Sambungan…

135˚0.25 60

0.5 120

Temuan Kedalaman Potong Kritis (alimit) dan Pengaruhnya terhadap Peningkatan Stabilitas Pemotongan

2. Perbedaan Stabilitas Chatter akibat Perubahan Sudut Orientasi

Karena pergeseran orientasi sudut menyebabkan arah modus getar dari pahat sebagai sistem yang mengeksitasi benda kerja berubah.

Arah modus getar ini disebut dengan direktional factor (u) (Koenigsberger, Tlusly, & Insperger ,dkk) (besarnya dapat ditentukan)

direktional factor (u) merupakan faktor penentu dari besarnya blim

min)(...21

lim ωGRuKsb −=

Perubahan modus getar akibat perubahan orientasi pahat (Tlusty & Koenigsberger)

Perubahan modus getar secara teori

Cara menentukan directional factor untuk mengetahui besarnya blim pendekatan

Sistem pemotongan dan arah modus getar menurut Tlusly

Menurut Koenigsberger & Tlusly

)cos(.cos βαα −=u

Modus getar & menentukan directional factor pada penenelitian

xy

=αcos

Fx

=− )cos( αβ)cos(.cos αβα −=

Fy

)cos(.cos αβα −=u

)cos(.cos βαα −=u

min)(...21

lim ωGRuKsb −=

Batas stabilitas secara teoritis

200 210 220 230 240 250

1− 10 3−×

0

1 10 3−×

Hre1 Ω( )

Hre2 Ω( )

Hre3 Ω( )

Hre4 Ω( )

Hre5 Ω( )

Hre6 Ω( )

Hre7 Ω( )

Ω

200 210 220 230 240 250

1− 10 3−×

0

1 10 3−×

Hre8 Ω( )

Hre9 Ω( )

Hre10 Ω( )

Hre11 Ω( )

Hre12 Ω( )

Hre13 Ω( )

Ω

Menentukan harga pendekatan blim

)cos(.cos αβα −=umin)(...2

1lim ωGRuKs

b −=

Sudut

orientasi (α)Ks (N/mm2) u.RG(ω)

arah ccw

0o 2100 3,5723.10-4 1.3330

15o 2100 3,0623. 10-4 1.5550

30o 2100 1,8637. 10-4 2.5550

45o 2100 3,5723. 10-4 6.0000

60o 2100 2,2557. 10-4 2.1111

75o 2100 2,5555. 10-4 2.1112

90o 2100 3,5723. 10-4 5.0000

105o 2100 2,8582. 10-4 1.6660

120o 2100 3,5723.10-4 1.3330

135o 2100 3,9318. 10-4 1.2112

150o 2100 4,7619. 10-4 1.0000

165o 2100 3,8968. 10-4 1.2220

180o 2100 2,7827. 10-4 1.7112

)(...21

lim ωGRuKsb −=

Perhitungan nilai blimit scr teoritis

Diagram polar stabilitas (nilai pendekatan)

Diagram polar stabilitas hasil eksperimen

PERBANDINGAN

Perbedaan?1. Lebar pemotongan kritis (blim) tidak sama

Disebabkan oleh Ks.Ks = 2100N/mm2

Ks = Ks11.f-0.2.Cκ.Cγ.CVB.CvKs11 = Gaya potong spesifik referensi (144. 2) = 568 N/mm2

f-0.2 = feeding-tebal gram = 0.056-0.2 = 1.8Cκ = faktor koreksi κr = 45o = 1.102 (pahat karbida)Cγ = faktor koreksi sudut geram = 15o = 0.91CVB = faktor keausan pahat = 0.3 (HSS)Cv = faktor kecepatan potong, v = 26 m/menit = 1.11

Ks = 334 N/mm2

2. Perbedaan grafik kestabilan.

σ

KESIMPULAN DAN SARAN

1. Terdapat perbedaan stabilitas chatter, frekuensi chatter, dan kedalaman potongkritis setiap sudut orientasi pada proses bubut arah putaran counter clockwise,dimana stabilitas tertinggi terdapat pada sudut orientasi 30o dan terendah pada150o, sehingga terjadi peningkatan batas stabilitas sebesar 21 kali antara stabilitastertinggi dan stabilitas terendah

2. Proses bubut konvensional (normal) menggunakan sudut 0o, jika kondisipemotongan ini dirubah menjadi sudut orientasi 30o maka tingkat stabilitas prosespemotongan akan meningkat menjadi 4.25 kali dari proses pemotongan normal.

3. Kedalaman potong kritis : (0o = 1 mm), (15o =1.25 mm),(30o =4.25 mm), 45o = 1.75mm), (60o =1.5 mm), (75o adalah 1.5 mm), (90o =2.5 mm),(105o =1.25 mm), (120o =1mm), (135o =0.25 mm), (150o = 0,2 mm),(165o =0.25 mm), dan (180o =0,75 mm).

TERIMAKASIH