3.1 Tahapan Penelitian
Langkah-langkah penelitian yang dilakukan pada penelitian ini mengikuti diagram alir yang ditunjukkan oleh Gambar 3.1 sebagai berikut:
Rancangan eksperimen: Material: SKD 11 yang belum mengalami perlakuan panas Pendingin: Soluble oil (20% emulsi dan 80% air)
Variabel Proses:
- Tipe abrasif (A46HV dan GC46HV) n = 3000 rpm
Dimensi roda gerinda = 200 mm x 32 mm x 25 mm - Kedalaman potong (0.01 mm, 0.03 mm, 0.06 mm) - Kecepatan makan (150 mm/s, 200 mm/s, 250 mm/s) Variabel Respon:
- Gaya Potong
- Integritas Permukaan Benda Kerja (surface burning, kekasaran permukaan, kepadatan retakan)
- Mode Pembentukan Geram Rancangan Percobaan:
- Faktorial 2 x 3 x 3
Gambar 3.1 Diagram alir metodologi penelitian Mulai
Studi pustaka
30
Pelaksanaan eksperimen dan pengambilan data: - Gaya potong - Surface burning - Kekasaran permukaan - Kepadatan retakan - Bentuk geram Analisis bentuk geram Analisis kepadatan retakan
Analisis pengaruh variabel proses dan perbedaan tipe
abrasif terhadap respon
Penarikan kesimpulan dan pemberian saran Analisis surface burning Analisis kekasaran permukaan Analisis gaya potong Visual check Mitutoyo surftest SEM SEM
Gambar 3.1 Diagram alir metodologi penelitian (lanjutan) 3.2 Variabel-variabel dalam Penelitian
Data yang digunakan pada penelitian ini merupakan data primer yang diperoleh dari hasil eksperimen. Faktor-faktor yang digunakan pada penelitian ini adalah sebagai berikut:
Selesai A
31 a. Faktor/Variabel Kontrol
Faktor kontrol merupakan variabel yang dapat dikendalikan dan nilainya dapat ditentukan berdasarkan tujuan dari penelitian yang dilakukan dan pertimbangan yang lain. Faktor kontrol yang digunakan pada penelitian ini adalah:
a. Tipe abrasif (A46HV dan GC46HV).
b. Kedalaman potong (0.01 mm, 0.03 mm, 0.06 mm). c. Kecepatan makan (150 mm/s, 200 mm/s, 250 mm/s). b. Variabel Respon
Variabel respon merupakan respon yang akan diamati dalam penelitian. Variabel respon pada penelitian ini adalah:
a. Gaya potong.
b. Integritas permukaan benda kerja (surface burning, kekasaran permukaan, kepadatan retakan).
c. Mode pembentukan geram. c. Faktor/Variabel Konstan
Faktor konstan merupakan faktor yang tidak diteliti dalam penelitian. Nilai faktor ini dijaga selalu konstan agar tidak berubah selama percobaan, sehingga tidak mempengaruhi hasil penelitian secara signifikan. Faktor-faktor yang menjadi faktor konstan pada penelitian ini adalah:
a. Metode pendinginan menggunakan soluble oil dengan persentase emulsi 20% dan air 80%.
b. Putaran roda gerinda 3000 rpm. d. Faktor Noise
Faktor noise adalah faktor gangguan yang memiliki pengaruh terhadap respon, tetapi sangat sulit untuk dikendalikan. Faktor-faktor yang mungkin menjadi noise dalam penelitian ini adalah temperatur cairan pendingin dan konsentrasi geram dalam cairan pendingin. Faktor-faktor ini tidak dimasukkan ke dalam rancangan percobaan, sehingga pengambilan data dilakukan dengan replikasi untuk mengatasi pengaruh faktor noise pada hasil penelitian.
32 3.3 Bahan dan Peralatan Penelitian
Bahan dan peralatan yang digunakan pada penelitian ini adalah sebagai berikut:
3.3.1 Bahan Penelitian 1. Benda Kerja
Material yang digunakan adalah baja perkakas SKD-11 yang memiliki kekerasan sebesar 32 HRC dengan dimensi 40 mm x 10 mm x 5 mm. Gambar 3.2 menunjukkan material benda kerja yang digunakan.
Gambar 3.2 Benda Kerja
Komposisi kimia dan sifat mekanik dari SKD-11 dapat dilihat pada Tabel 3.1 dan Tabel 3.2 sebagai berikut,
Tabel 3.1 Komposisi Kimia SKD 11 (AISI D2) Jenis Kimia Persentase (%)
Carbon 1.59 Silicon 0.38 Manganese 0.35 Phosphorus 0.024 Chromium 11.68 Nickel 0.36 Molybdenum 0.67 Sulphur 0.015 Copper 0.03 Vanadium 0.39 Sumber: Fathallah dkk., 2009
33
Tabel 3.2 Sifat Mekanik SKD 11 (AISI D2)
Properties Nilai
Ultimate Tensile (MPa) 1850
Yield Strength (MPa) 1530
Elongation (%) 3.6
Sumber: Fathallah dkk., 2009 2. Roda Gerinda
Penelitian ini menggunakan roda gerinda dengan tipe abrasif yang berbeda. Spesifikasi roda gerinda pada penelitian ini ditunjukkan pada Tabel 3.3.
Tabel 3.3 Spesifikasi Roda Gerinda
Kodifikasi A46HV GC46HV
Jenis Alluminum Oxide Green Silicone
Ukuran grit 46 46 Dimensi: Diameter luar (mm) Diameter dalam (mm) Tebal (mm) 200 32 25 200 32 25 Maksimum putaran (RPM) 3350 3200 3.3.2 Peralatan Penelitian
Peralatan yang digunakan pada penelitian ini adalah mesin gerinda permukaan, peralatan ukur dan peralatan bantu. Peralatan tersebut dapat dijelaskan sebagai berikut:
1. Mesin Gerinda Permukaan
Mesin gerinda permukaan yang digunakan pada penelitian ini adalah mesin gerinda permukaan yang berada di Laboratorium Proses Manufaktur Jurusan Teknik Mesin ITS, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3.3. Mesin tersebut memiliki spesifikasi sebagai berikut:
Jenis Mesin : Surface Grinding
Model : KGS818AHD
Dimensi meja kerja : 200 x 500 mm Kecepatan putaran : 3000 rpm
34
Secara detil, spesifikasi mesin gerinda permukaan model KGS818AHD dapat dilihat pada Lampiran A.
Gambar 3.3 Mesin gerinda permukaan model KGS818AHD 2. Peralatan Ukur
a. Scanning Electron Microscope (SEM)
Pengamatan kepadatan retakan pada penelitian ini dilakukan dengan menggunakan SEM EVO MA10 seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3.4. Alat ini digunakan untuk mengamati partikel dengan perbesaran sampai 150.000 kali dengan resolusi kedalaman 3-100 nanometer.
35 b. Surface Roughness Tester
Pengukuran angka kekasaran permukaan pada penelitian ini dilakukan dengan menggunakan Mitutoyo Surftest 301 seperti ditunjukkan oleh Gambar 3.5. Alat ini memiliki kecermatan sebesar 0,01 μm.
Gambar 3.5 Mitutoyo surftest 301 c. Dinamometer
Dinamometer yang digunakan dalam penelitian ini adalah dinamometer merek Kistler tipe 9272 yang memiliki sensor piezoelectric. Dinamometer ini digunakan untuk pengukuran gaya normal dan gaya tangensial (Fz dan Fx) pada saat proses penggerindaan. Dinamometer Kistler 9272 ditunjukkan pada Gambar 3.6, sedangkan spesifikasi dari dinamometer Kistler 9272 dapat dilihat pada Tabel 3.4.
Gambar 3.6. Dinamometer KISTLER tipe 9272. (Instruction Manual Kistler 9272)
36
Tabel 3.4 Spesifikasi dinamometer Kistler 9272
Spesifikasi Simbol Satuan Ukuran
Jarak Pengukuran Fx, Fy kN +5 Fz kN -5…20 Mz N.m +200 Sensitifitas Fx, Fy pC/N -7.8 Fz pC/N -3.5 Mz pC/N.cm -1.6 Frekuensi Pribadi fnx, fny kHz 3.1 fnz kHz 6.3 fn (Mz) kHz 4.2 Temperatur pengukuran oC 0…70 Tinggi Mm 70 Diameter Mm 100 Diameter dalam Mm 15 Berat Kg 4.2
Sumber: Instruction Manual Kistler 9272
d. Data Acquisition System (DAQ)
DAQ yang digunakan dalam penenelitian ini adalah DAQ Kistler tipe 5697A yang digunakan bersama dengan perangkat lunak DynoWare dan dihubungkan ke komputer lewat USB. DAQ ini dapat mengolah dan memperbesar sinyal dan memiliki 8 channel output dengan resolusi yang tinggi. DAQ ini juga dapat mengukur sampel hingga frekuensi 125 kS/s, sehingga dapat dilakukan pengukuran pada proses dinamis. DAQ Kistler tipe 5697A ditunjukkan pada Gambar 3.7.
37
Gambar 3.7 DAQ Kistler tipe 567A ( www.kistler.com)
e. Charge Amplifier
Charge Amplifier tipe 5070A ini memiliki 8 channel input yang digunakan untuk pengukuran gaya penggerindaan dengan dinamometer Kistler. Charge Amplifier tipe 5070A ini ditunjukkan pada Gambar 3.8.
Gambar 3.8 Charge Amplifier tipe 5070A (www.kistler.com)
f. Komputer
Komputer digunakan untuk menampilkan data hasil pengukuran gaya gerinda. Komputer juga dilengkapi dengan perangkat lunak DynoWare. Spesifikasi minimum komputer untuk pengambilan data
38
ini adalah Pentium II 500 MHz, RAM 64 Mb, Harddisk 100 Mb, CD Room dan 1 slot USB untuk DAQ.
g. Peralatan Bantu
Peralatan bantu yang digunakan pada penelitian ini adalah: Mistar ingsut
Alat ini digunakan untuk mengukur dimensi benda kerja. Alat ini mempunyai kecermatan sebesar 0,05 mm.
Meja rata
Meja rata digunakan untuk meletakkan spesimen uji pada saat pengukuran kekasaran permukaan.
3.4 Prosedur Penelitian
Langkah-langkah percobaan yang akan dilakukan pada penelitian ini adalah sebagai berikut:
1. Persiapan spesimen dengan dimensi 40 mm x 10 mm x 5 mm. 2. Balancing dan dressing terhadap roda gerinda.
3. Persiapan komputer dan melakukan instalasi perangakat lunak DynoWare.
4. Pasang kabel konektor USB dan kabel power untuk DAQ, serta pasang juga kabel analog dan kabel power untuk charge amplifier.
5. Nyalakan DAQ dan charge amplifier selama 30 menit untuk warming up. 6. Masukkan data sensitifitas sesuai dengan data kalibrasi berdasarkan
sertifikat kalibrasi.
7. Pasang dinamometer pada meja mesin gerinda permukaan tanpa menggunakan elektromagnet, tetapi digantikan dengan jig.
8. Pasang spesimen pada jig yang sudah dipasang pada dinamometer. 9. Hidupkan mesin gerinda permukaan dan menseting faktor-faktor yang
telah ditetapkan sesuai dengan rancangan eksperimen.
10. Lakukan proses penggerindaan dengan mode plunge surface grinding down cut dengan satu kali pemakanan.
39
11. Selama proses penggerindaan dilakukan pengukuran gaya normal dan gaya tangensial (Fx dan Fz) berdasarkan seting faktor yang telah ditentukan dengan menggunakan dinamometer.
12. Lakukan dressing pada roda gerinda pada setiap penggantian spesimen. 13. Kumpulkan geram hasil percobaan pada setiap pergantian variabel proses
ke dalam cawan.
14. Keluarkan dan keringkan benda kerja setelah proses pemotongan selesai. 15. Ukur kekasaran permukaan dengan menggunakan surface roughness
tester.
16. Amati dan ambil data surface burning yang terbentuk pada permukaan benda kerja
17. Persiapkan alat foto SEM.
18. Tempatkan benda kerja hasil proses gerinda permukaan pada meja alat foto SEM.
19. Amati dan ambil gambar morfologi permukaan benda kerja dengan alat foto SEM.
20. Ukur kepadatan retakan yang ada di permukaan benda kerja pada hasil foto SEM dengan menggunakan perangkat lunak AutoCAD.
21. Tempatkan geram hasil proses gerinda permukaan pada meja alat foto SEM.
22. Amati dan ambil gambar geram dari tiap kombinasi variabel proses. 23. Lakukan analisis dari data yang sudah didapat.
3.5 Pengukuran dan Pengambilan Data 3.5.1 Pengamatan Surface Burning
Surface burning adalah salah satu fenomena yang terjadi pada proses gerinda permukaan, yaitu hasil permukaan yang tampak hangus akibat kesalahan pemilihan parameter proses gerinda. Pengamatan surface burning pada penelitian ini dilakukan dengan cara visual check. Benda kerja setelah selesai proses penggerindaan diletakkan diatas meja dengan penerangan yang cukup kemudian diamati secara visual dan dicatat muncul tidaknya fenomena surface burning beserta kuantitas besar kecilnya surface burning.
40 3.5.2 Pengukuran Gaya Penggerindaan
Gaya penggerindaan yang terjadi selama proses gerinda permukaan selalu berubah setiap saat. Pengukuran gaya penggerindaan pada penelitian ini menggunakan dinamometer Kistler tipe 9272 dan dari hasil data gaya yang didapatkan diambil rata-ratanya. Gaya yang terjadi pada proses gerinda permukaan adalah gaya normal (Fz) dan gaya tangensial (Fx). Dari data gaya yang dihasilkan dinamometer maka selanjutnya dilakukan penjumlahan vektor gaya Fx dan vektor gaya Fz. Persamaan 3.1 menunjukkan cara mendapatkan gaya resultan (F) yang terjadi pada proses gerinda permukaan.
= +
3.5.3 Pengukuran Kekasaran Permukaan
Angka kekasaran permukaan yang diamati adalah kekasaran aritmatika (Ra) yang dinyatakan dalam μm. Permukaan benda kerja yang merupakan hasil proses gerinda permukaan diukur kekasaran permukaannya dengan arah tegak lurus terhadap arah penggerindaan benda kerja. Pengukuran dilakukan tiga kali yaitu pada awal, tengah dan akhir penggerindaan untuk setiap spesimen dengan panjang pengukuran 5 mm. Skema pengukuran kekasaran permukaan yang dilakukan ditunjukkan oleh Gambar 3.9.
Gambar 3.9 Skema dan arah proses penggerindaan dan pengukuran kekasaran. Arah pengukuran kekasaran permukaan Arah penggerindaan (3.1) Lebar = 10 mm 5 mm
41 3.5.4 Pengambilan Foto Kepadatan Retakan
Sebelum kepadatan retakan diukur, benda kerja diamati terlebih dahulu dengan menggunakan SEM. Pengambilan foto retakan pada permukaan benda kerja dilakukan secara acak. Setelah retakan tersebut terlihat pada monitor, kemudian diambil foto pada masing-masing spesimen dan disimpan. Selanjutnya pengukuran kepadatan retakan dilakukan pada setiap foto dengan menggunakan perangkat lunak AutoCAD dengan cara menghitung rasio kepadatan retakan permukaan (KRP). Perhitungan KRP pada penelitian ini dilakukan dengan menggunakan persamaan 2.2.
3.5.5 Pengambilan Foto Bentuk Geram
Proses pemesinan gerinda permukaan, seperti halnya proses pemesinan yang lain, juga menghasilkan geram sebagai material yang terbuang. Perbedaan parameter proses pemesinan gerinda menghasilkan bentuk geram yang berbeda-beda. Geram hasil percobaan tiap variabel proses diambil dan dimasukkan kedalam cawan dan dikeringkan, selanjutnya geram dibersihkan dari debu roda gerinda dengan cara menggesekkan magnet pada geram. Setelah bersih selanjutnya geram diamati dengan SEM dan diambil foto tiap variabel proses.
3.6 Rancangan Percobaan
Rancangan percobaan faktorial pada penelitian ini yang mencangkup tiga faktor dimana salah satu faktor terdiri dari dua level dan dua faktor yang lain terdiri dari tiga level, atau disebut faktorial 2 x 3 x 3. Gaya penggerindaan, surface burning, kekasaran permukaan, kepadatan retakan dan bentuk geram menjadi respon dari hasil percobaan. Rancangan percobaan ini juga melakukan 2 kali replikasi pada gaya potong dan kekasaran permukaan. Tabel 3.5 merupakan tabel isian untuk percobaan yang akan dilaksanakan.
42 Tabel 3.5 Isian Rancangan Percobaan
Variabel proses Respon
Tipe abrasif Kecepatan makan (mm/s) Kedalaman potong (mm) Gaya Kekasaran permukaan Surf. burn Kepadatan retakan Bentuk geram Rep. 1 Rep. 2 Rep. 1 Rep. 2 A46HV 150 0.01 0.03 0.06 200 0.01 0.03 0.06 250 0.01 0.03 0.06 GC46HV 150 0.01 0.03 0.06 200 0.01 0.03 0.06 250 0.01 0.03 0.06
43