BAB IV HASIL DAN DISKUSI
4.3 Diskusi
4.3.1 Perilaku Pertumbuhan Aus Pahat
Selama proses pemesinan berlangsung terjadi interaksi antara pahat dengan benda kerja dimana benda kerja terpotong sedangkan pahat mengalami gesekan. Gesekan yang dialami pahat oleh permukaan geram yang mengalir dan permukaan benda kerja yang telah terpotong. Akibat gesekan ini pahat pmengalami keausan. Keausan pahat ini akan makin membesar sampai batas tertentu sehingga pahat tidak apat dipergunakan lagi atau pahat telah mengalami kerusakan. Lamanya waktu untuk mencapai batas keausan ini yang didefinisikan sebagai umur pahat(Tool Life), dengan demikian kecepatan pertumbuhan keausan menentukan laju saat berakhirnya masa guna pahat. Keausan pahat tidak ahanya dipengaruhi oleh geometri dari pahat itu sendiri, tetapi juga dipengaruhi oleh semua faktor yang berkaitan dengan proses pemesinan antara lain material benda kerja, material dari pahat, kondisi pemotongan (kecepatan potong, kedalaman potong dan gerak pemakanan).
Pada penelitian ini kondisi pemotongan dirancang dengan memvariasikan harga dari masing-masing parameter (v, f, dan a) menjadi 8 kondsisi pemotongan. Dari 8 kondisi pemotongan tersebut dibagi menjadi 2 golongan yaitu High dan Low.
Kondisi pemotongan pertama berdasarkan Tabel 4.1 yaitu pada kondisi HHH dengan kecepatan pemotongan tinggi (high), kedalaman potong yang tinggi (high), dan gerak
pemakanan yang tinggi (high) juga. Kondisi ini dikatakan sebagai kondisi yang paling ekstrim diantara 8 kondisi pemotongan tersebut.
Ketika pahat pertama kali memotong benda kerja terjadi reduksi kecepatan yang signifikan. Pada saat awal pemotongan kondisi 1 ini terjadi pertumbuhan aus yang cepat yang dialami oleh pahat. Ini terjadi karena pahat mengalami beban yang besar. Setelah pembubutan dilakukan satu kali, pahat hanya mengalami goresan yang hanya terjadi aus dibagian hidung pahat saja dan mengikis bagian kulit luar yang diakibatkan oleh aliran geram yang melewati bidang pahat. Ketika dilakukan pembubutan selanjutnya pahat mengalami pertumbuhan konstan setara dengan bertambahnya waktu kondisi pemotongan.
Kondisi ini terjadi dikisaran menit ke 1 sampai menit ke 3. Pada saat diukur dijumpai keausan yang sudah mulai Nampak merata (VB uniform). Ketika dilakukan pembubutan kembali pahat mengalami pertumbuhan keausan yang tiba-tiba. Keausan tersebut terjadi secara cepat dan ditandai dengan criteria terjadinya getaran, penurunan kekasaran permukaan termesin, adanya kenaikan gaya potong. Kenaikan gaya potong akan mengakibatkan kegagalan dari pahat.
Kondisi pemotongan kedelapan berdasarkan Tabel 4.1 adalah pada kondisi LLL, yaitu dengan kecepatan potong yang renda (low) sebesar 65m/min, kedalaman potong rendah (low) yaitu 1mm dan gerak makan yang rendah (low) sebesar 0.1mm/min. Pada kondisi pemotongan ini pahat juga mengalami beban yang kecil karena kondisi pemotongannya berada di variabel yang rendah. Kondisi pemotongan yang seperti ini pertumbuhan keausan terjadi secara lambat. Keausan mula yang dialami menyebabkan beberapa kekasaran permukaan pada sisi pahat. Semakin besar nilai kekasaran dari permukaan sisi pahat, semakin tinggi gesekan pada pahat dan benda kerja. Panas yang dihasilkan akibat gesekan dari pahat akan semakin besar yang dapat menyebabkan kegagalan dari pahat. Keausan mula ini terjadi pada menit ke 1 sampai dengan menit ke 20. Pada kondisi ini pahat hanya mengalami gesekan dan goresan akibat dari gesekan antara benda kerja dan pahat. Gesekan tersebut hanya mengikis kulit luar dari pahat. Keausan ini terjadi secara mendadak dari saat pahat pertama digunakan. Setelah melewati keadaan ini pahat mengalami pertumbuhan aus yang konstan sejalan dengan bertambahnya waktu pemotongan. Pada kondisi ini terjadi di menit ke 20 sampai menit ke 25. Pahat mengalami keausan yang sudah hampir merata dimana bagian
kulit sudah terkikis semua (bukan hanya mengalami goresan), dan ditemui VB sudah uniform. Dimenit ke 26 sampai ke menit ke 52 pahat mengalami pertumbuhan keausan yang sangat cepat. Apabila pembubutan terus dilakukan maka dikhawatirkan akan terjadi kegagalan dari pahat dan merusak benda kerja. Ternyata pertumbuhan aus pahat pada kondisi LLL membutuhkan waktu sebesar 52 menit untuk mencapai keausan 0.307mm.
Berdasarkan pengujian yang telah dilakukan, terdapat fasa-fasa pada pertumbuhan keausan. Fas keausan dapat dibagi menjadi 3 fasa (phase) yaitu: initial wear, gradual wear dan abrupt wear.
Merujuk pada Rajshekhar dalam Limianto (2016) menyebutkan bahwa keausan dapat dibagi dalam 3 fasa yang berbeda seperti ditemukan dalam pengujian. Dimulai dengan pertumbuhan yang relatif cepat sesaat setelah pahat digunakan. Keadaan ini disebut sebagai fase initial wear (keausan mula). Initial wear menyebabkan beberapa kekasaran permukaan pada keausan sisi tepi (flank wear). Semakin besar nilai kekasaran dari permukaan keausan sisi tepi, semakin tinggi gesekan pada pahat dan benda kerja, maka panas yang dihasilkan akan semakin besar yang bisa menyebabkan gagal pahat. Pada fasa keausan mula ini (initial wear) pahat hanya mengalami goresan-goresan kecil pada sisi pahat. Goresan ini diakibatkan oleh aliran geram yang melewati sisi padat pada saat proses bubut berlangsung. Pada saat geram melewati sisi pahat terjadi tarik menarik dengan partikel kecil pahat.
Setelah itu diikuti dengan pertumbuhan linear dimana pertumbuhan pahat konstan dengan bertambahnya waktu pemotongan (jumlah waktu yang digunakan untuk proses memotong). Keadaan ini dikenal dengan sebutan fase gradual wear (keausan konstan). Pahat mengalami goresan yang terus-menerus sehingga kulit luar dari pahat terkikis semua (bukan hanya goresan). Seiring bertambahnya waktu pembubutan keausan yang dialami pahat semakin membesar dan melebar. Keausan sudah hampir merata (VB uniform).
Setelah melewati fasa gradual maka pertumbuhan yang cepat akan terjadi lagi. Pertumbuhan keausan yang cpat ini diakibatkan karena pahat mengalami gesekan yang sangat lama antara pahat dan benda kerja, dan juga akibat aliran geram pada sisi pahat. Pertumbuhan keausan yang cepat ini dianggap sebagai batas umur dari pahat. Saat proses pemesinan berangsung bahwa pahat telah mencapai batas keausan yang telah ditetapkan (umurnya) dari kriteria berikut:
- Adanya kenaikan gaya potong,
- Terjadinya getaran/chatter, yaitu benda hasil bubutan tidak lagi mulus. - Penurunan kehalusan permukaan hasil pemesinan, dan/atau
- Perubahan dimensi/geometri produk.
Keadaan ini dikenal sebagai fase sudden wear/ very-rapid wear. Saat pahat mengalami fase ini, pahat mengalami keausan yang sangat cepat. Jika pembubutan terus dilanjutkan maka akan menunjukkan kegagalan pahat tersebut. Kerusakan fatal seperti ini tidak boleh terjadi sebab gaya pemotongan akan sangat tinggi sehingga dapat merusak keseluruhan dari pahat, mesin, dan benda kerja, serta dapat membahayakan operator yang menggunakan mesin tersebut.
4.3.2 STUDI PADA KEAUSAN PAHAT DAN KRITERIA UMUR PAHAT
Pengujian dilakukan dengan 8 kondisi pemotongan yang berbeda, yang dapat diklasifikasikan dengan High dan Low. Sehingga didapatkan plot grafik seperti pada gambar 4.40 dam 4.41.
Gambar 4.42 Plot kondisi High
-0,05 0,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30 0,35 0,00 5,00 10,00 15,00 20,00 25,00 VB(mm) Tool Life(min) HHH HHL HLH HLL Poly. (HHH) Poly. (HHL) Poly. (HLH) Poly. (HLL)
Plot pada grafik kondisi high menunjukkan bahwa pahat pengujian pertama waktu yang diperlukan untuk mencapai kriteria aus 0.3mm kurang dari 5 menit. Pada pengujian 1 ini pahat mengalami keadaan yang sangat ekstrim yaitu kecepatan potong, kedalaman potong dan gerak makan dalam kondisi paling tinggi atau HHH. Untuk mencapai VB kriteria dalam kondisi pemotongan high dibutuhkan waktu dengan rentang antara 5 menit sampai dengan 20 menit.
Gambar 4.43 Plot kondisi Low
Selanjutnya adalah kondisi pemotongan low. Pada kondisi ini pahat tidak mengalami beban yang begitu berat. Seperti pada gambar 4.41, untuk mencapai VB kriteria dalam kondisi pemotongan Low dibutuhkan rentang waktu antara 10 menit sampai dengan 45 menit. Grafik yang paling landai adalah kondisi pemotongan LLL. Dimana kecepatan potong rendah, kedalaman potong rendah dan gerak makan yang rendah. Pada pengujian kondisi LLL pahat mengalami fasa initial wear yang paling lama yaitu sekitar menit ke 20, sedangkan untuk LHH pahat mengalami fasa intial wear yang paling cepat sekitar 4menit 30detik. Sedangkan untuk kondisi LHL dan LLH diperlukan waktu sekitar 10 menit untuk mencapai kondisi initial wear. Kriteria umur pahat pada kondisi low ada pada sekitaran 0.22mm.
Berdasarkan gambar diatas, terdapat 2 jenis plot grafik yang berbeda yaitu kondisi pemotongan high dan kongisi pemotongan low. Penggolongan kondisi pemotongan ini
0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35 0 10 20 30 40 50 60 VB(mm) Tool Life(min) LLL LHH LHL LLH Poly. (LLL) Poly. (LHH) Poly. (LHL) Poly. (LLH)
dilakukan berdasarkan kecepatan pemotongan, yaitu suatu harga yang diperlukan dalam menentukan kecepatan pada proses penyayatan atau pemotongan benda kerja. Kedalaman potong yaitu kedalaman yang dilakukan dalam sekali proses pemububutan. Serta gerak makan dari suatu proses pembubutan.
4.3.3 Diskusi umur pahat saat VB = 0.22mm
Persamaan 4.1 merupakan persamaan linear dengan nilai F sebesar 64,49 menunjukkan model tersebut memiliki pengaruh yang signifikan terhadap tc. Sebagai tambahan variabel A (v) juga memiliki pengaruh terhadap persamaan 4.1. Pada gambar 4.43 Normal Probability Plot menunjukkan bahwa penyebaran dari data residual antara nilai TL aktual terhadap yang diprediksikan menyerupai suatu garis diagonal yang melintang dari sisi kiri bagian bawah grafik menuju sisi kanan atas. Agar penyebaran dari nilai residual mendekati normal, maka dipasangkan garis diagonal pada grafik tersebut.
Pada Gambar 4.42 Plot Perturbation menunjukkan dan membandingkan pengaruh variabel kondisi pemotongan terhadap Tool Life dengan memperhatikan sumbu x, yaitu:
1. TL semakin menurun dengan bertambahnya kecepatan potong (A), 2. TL semakin menurun dengan bertambahnya pemakanan (B), 3. TL semakin menurun dengan bertambahnya kedalaman potong (C).
Pada Gambar 4.44 mengilustrasikan pengaruh dua faktor yaitu f (B) dan v (A) terhadap TL dengan nilai a sebesar 0.088 (dalam logaritma) yang dijaga konstan. Hal ini dapat dilihat pada gambar bahwa dengan kecepatan potong yang tinggi dan pemakanan yang tinggi akan menghasilkan nilai TL yang lama.
Gambar 4.45 Normal Probability Plot (VB=0.22mm) 1,721 0,737 Residuals N orm al % P rob abi lit y
Normal Plot of Residuals
-0,02 -0,01 0 0,01 0,02 1 5 10 20 30 50 70 80 90 95 99
Gambar 4.46 Pengaruh Log f dan Log v terhadap Log TL (VB= 0.22mm)
4.3.4 ANOVA untuk variable respon aus pahat
Hasil data eksperimen dari proses pembubutan dalam skala aus pahat (Vb) akan ditunjukkan pada tabel 4.14. Data eksperimen tersebut akan diregresi dan dianalisa oleh software design expert. Hasil analisa yang memeperlihatkan model temperatur tersebut tidak signifikan terhadap eksperimen dengan nilai F = 7,05. Dengan catatan nilai p-value (Prob>F) lebih besar daripada 0,05, maka pemodelan tersebut tidak signifikan. Dikarenakan data yang dihasilkan tidak signifikan maka diambil nilai yang terendah dari p-value yaitu model BC.
1,721 0,737 X1 = A: log v X2 = B: log f Actual Factor C: log a = 0,088 -1 -0,9646 -0,9292 -0,8938 -0,8584 -0,823 1,812 1,821 1,83 1,839 1,848 1,857 1,866 1,875 0,6 0,8 1 1,2 1,4 1,6 1,8 2 T L A: log v B: log f
Tabel 4.9 Analysis of Variance untuk VB
Sum of Mean F p-value
Source Squares df Square Value Prob > F
Model 0,013 6 2,202E-003 7,05 0,2807 not
significant A-v 4,205E-004 1 4,205E-004 1,35 0,4529
B-f 5,445E-004 1 5,445E-004 1,74 0,4127 C-a 2,244E-003 1 2,244E-003 7,18 0,2274 AB 1,922E-003 1 1,922E-003 6,15 0,2440 AC 1,352E-003 1 1,352E-003 4,33 0,2853 BC 6,728E-003 1 6,728E-003 21,53 0,1351 Residual 3,125E-004 1 3,125E-004
Cor Total 0,014 7
Std. Dev. 0,018 R-Squared 0,9769
Mean 0,26 Adj R-Squared 0,8383
C.V. % 6,77 Pred R-Squared -0,4789
Hasil analisis dari software ini menghasilkan persamaan sebagai berikut:
Vb = 2,95750 – 0,029950v – 14,15000f – 1,24100a + 0,12400vf + 0,010400va + 4,64000fa
