BAB III METODE PENELITIAN
3.3. Peralatan
3.3.1. Mesin Bubut Konvensional
Pemesinan dilakukan pada mesin bubut konvensional Merk EMCO Tipe
Maximat V13 dapat dilihat pada Gambar 3.4. Spesifikasi dari mesin bubut
konvensional Merk EMCO Tipe Maximat V13 dapat dilihat pada Tabel 3.4.
Gambar 3.4. Mesin Bubut Konvensional Merk EMCO Tipe Maximat V13
Tabel 3.4. Spesifikasi Mesin Bubut Konvensional Merk EMCO Tipe Maximat V13
Daya 1,7/2,2 kW (2,3/3,0 hp)
Voltase (v) 220 380 440
Putaran (rpm) 1230 1500
Panjang pemesinan maksimum (mm) 850
Diameter Penjepit maksimum (mm) 158
Jumlah Putaran 16
Frekuensi (Hz) 50 60
Sumber: Data Mesin Politeknik Medan (2010)
3.3.2. Fixed Steady
Fixed Steady merupakan peralatan yang berfungsi untuk membuat lubang dudukan kepala lepas (tail stock) yang digunakan sebagai sumbu putar ketika benda
kerja berputar untuk melakukan pemesinan. Fixed Steady dapat dilihat pada Gambar
3.5.
3.3.3. Tool Holder
Tool holder merupakan peralatan yang digunakan sebagai pemegang pahat potong. Jenis tool holder yang digunakan dalam penelitian ini adalah Merk Sandvick
dengan kode Tool Holder Sandvick Coromant Tipe DTGNR/L2020 M 16. Tool
holder yang digunakan dapat dilihat pada Gambar 3.6.
Gambar 3.6. Tool Holder Sandvick Coromant
Keterangan kode dari Tool Holder Sandvick Coromant Tipe DTGNR/L2020
M 16 adalah sebagai berkut:
D = Sisipan (insert) dipasang dengan penjepitan
T = Sisipan (insert) berbentuk segitiga (triangular)
G = Bentuk pemegang tipe G
N = Sudut bebas 0
R = Arah pahat ke kanan
o
2020 = Tinggi dan lebar gagang (shank) masing-masing 20mm
M = Panjang pemegang pahat 150 mm
16 = Ukuran sisipan 16 mm
3.3.4. Mikroskop USB Digital Rax Vision
Untuk mengambil data gambar keausan yang terjadi pada pahat setelah proses
pemesinan digunakan mikroskop USB Digital Rax Vision. Mikroskop ini dapat
memperbesar gambar hingga 200 kali pembesaran. Mikroskop USB Digital Rax
Vision dapat dilihat pada Gambar 3.7. Spesifikasi dari mikroskop USB Digital Rax dapat dilihat pada Lampiran 5.
Gambar 3.7. Mikroskop USB Digital Rax Vision
3.3.5. Scanning Electron Microscopy (SEM)
Mikroskop elektron mempunyai perbesaran sampai 100 ribu kali, elektron
digunakan sebagai pengganti cahaya. Mikroskop elektron mempunyai dua tipe, yaitu
Scanning Electron Microscopy (SEM) dan Transmission Electron Microscopy
Scanning Electron Microscopy (SEM). Scanning Electron Microscopy (SEM) digunakan untuk studi detil arsitektur permukaan sel (atau struktur renik lainnya), dan
obyek diamati secara tiga dimensi. Dalam Penelitian ini Scanning Electron
Microscopy seperti yang terlihat pada Gambar 3.8 digunakan untuk pengamatan munculnya lapisan putih (white layer) pada benda kerja.
Gambar 3.8. Scanning Electron Microscopy (SEM)
Spesifikasi dari peralatan Scanning Electron Microscopy (SEM) Merk
OXFORD dengan Tipe LEO 420i adalah sebagai berikut:
a. Model : 6599 e. Serial : 26911 – 1380 – 01
b. Det. Area : 10 mm2
c. Window : ATW 2 g. ATT. 2 : 0120113
f. ATT. 1 : 32CC38810
d. Resol : 133 ev h. Bias : -500 V
3.3.6. Mikroskop Optik
Mikroskop optik yang terlihat pada Gambar 3.9 digunakan untuk
memperhatikan perubahan struktur mikro dari benda kerja termesin. Spesifikasi dari
mikroskop optik antara lain:
a. Merk : NIKON - JAPANS
b. Model : MZ 445
c. Tipe : Sistem untuk Pembesaran Optik
d. Batas Pembesaran : 0,8 kali-3,5 kali ( Rasio Pembesaran: 4.4 : 1)
e. Objektif Tambahan : AL 0.5 kali dan 0.7 kali (optional)
Gambar 3.9. Mikroskop Optik 3.3.7. Microhardness Test
Peralatan microhardness test yang terlihat pada Gambar 3.10 digunakan untuk
menguji nilai perubahan kekerasan mikro dari benda kerja termesin.
Spesifikasi dari microhardness Test antara lain: a. Merk : ZWICK b. Model : 3202 c. Rentang pengukuran : 5-3000HV d. Gaya pengujian : -10, 25, 50, 100, 200, 300, 500, 1000gf e. Skala Vickers : HV001, HV0025, HV005, HV01, HV02, HV03, HV05 dan HV1
f. Pembesaran-pembesaran mengukur sistim : 400X, 100X
j. Sumber optis : 12V/ 20W
k. Persediaan daya : 220V/ 110V AC, 50Hz/ 60Hz
3.4 Metode Penelitian
Sesuai dengan tujuan utama dan hasil penelitian yang ingin diperoleh, yaitu
analisa untuk mendapatkan keutuhan sub-permukaan benda kerja termesin dari aspek
topografi maka metode pengamatan metalograpi dan pengukuran kekerasan dari
benda uji yang digunakan pada penelitian ini adalah pengamatan langsung dengan
kondisi perlakuan pemesinan miring (oblique). Kondisi pemotongan dan pengambilan
data dilakukan dengan cara inkremental yaitu pengamatan langsung dilakukan pada
setiap segmen perlakuan dengan kondisi pemotongan yang ditentukan, yaitu dalam
hal ini variasi perlakuan pemotongan setiap laju pemotongan (v) terhadap kedalaman 46
potong (a) dan gerak makan (f) untuk memperoleh daerah moderat. Sedangkan cara
pengamatan tidak langsung diluar metode penelitian ini. Kondisi perlakuan
pemotongan diperlihatkan seperti pada Gambar 3.11.
Gambar 3.11 Metode Pemotongan Orthogonal dan Miring (Oblique)
3.4.1. Variabel yang diamati
Adapun variabel bebas dalam penelitian ini yaitu laju pemotongan (v), gerak
makan (f), dan kedalaman potong (a). Sedangkan variabel terikat adalah sebagai
respon variabel yang diamati yaitu sebagai respon variabel yang diamati yaitu nilai
waktu pemotongan (tc) dan kekerasan Vickers (HV) permukaan benda termesin serta
lapisan putih (twl) yang terjadi.
Penetapan kondisi pemotongan disesuaikan dengan kemampuan pahat dan
mesin untuk pekerjaan pemesinan paduan baja keras dengan tingkat pemesinan
finishing.
3.4.2. Pengumpulan Data
Metode pengumpulan data yang dilakukan pada penelitian ini adalah metode
tinggi dengan tiga variabel bebas yaitu laju pemotongan (v), gerak makan (f), dan
kedalaman potong (a).
Pengkajian dilakukan dengan kriteria bahwa pencatatan kekasaran permukaan
akan dihentikan apabila pengukuran aus tepi pahat (VB) lebih besar atau sama
dengan 0,3 mm. Batas 0,3 mm diadopsi dari standar pengujian pahat tunggal pada
proses pembubutan mengikut ISO-3685 (1995). Desain pengujian dengan metode
CCF (Cubic Center Face) dapat diperlihatkan seperti pada Tabel 3.5. Tabel 3.5. Desain Pengujian dengan Metode CCF
No v (m/min) f (mm/put) a (mm) 1 200,000 0,100 0,300 2 250,000 0,100 0,300 3 200,000 0,150 0,300 4 250,000 0,150 0,300 5 200,000 0,100 1,000 6 250,000 0,100 1,000 7 200,000 0,150 1,000 8 250,000 0,150 1,000 9 182.955 0,125 0,700 10 267.045 0,125 0,700 11 225,000 0,100 0,700 12 225,000 0,150 0,700 13 225,000 0,125 0,700 14 225,000 0,125 0,700 15 225,000 0,125 0,700 16 225,000 0,125 0,700 17 225,000 0,125 0,700 18 225,000 0,125 0,700 19 225,000 0,125 0,700 20 225,000 0,125 0,700 48
3.4.3. Rancangan Kegiatan Pemesinan
Untuk mendapatkan data karakteristik keutuhan sub-permukaan benda kerja
termesin pada proses pemotongan, maka kondisi pemotongan ditetapkan bervariasi.
Dengan menetapkan dan mengubah beberapa variabel kondisi pemotongan, seperti
kecepatan potong (v), gerak makan (f) dan kedalaman potong (a), maka akan
dihasilkan variabel terikat aus pahat (VB), waktu pemotongan (tc), perubahan
struktur mikro, pembentukan lapisan putih (white layer) dan perubahan kekerasan
benda kerja termesin. Permasalahan akibat getaran, gaya potong dan daya potong
serta jumlah panas akibat pemotongan yang terjadi diluar pembahasan ini.
Dimensi awal benda kerja yang digunakan adalah batang silinder dengan
diameter 75 mm dan panjang 245 mm. Serangkaian pekerjaan eksperimen untuk
melihat kemampuan pahat terhadap benda kerja dilakukan pemotongan benda kerja
dengan kondisi pemotongan seperti Tabel 3.5. Selanjutnya akan dilihat dan diambil
kondisi minimum dan maksimum dari masing-masing laju pemotongan (v). Setiap
kondisi pemesinan, pemotongan dimulai dari pinggir benda kerja dan berhenti apabila
aus tepi pahat (VB) mencapai 0,3 mm yang dianggap batas umur pahat atau nilai
kekasaran permukaan Ra = 1,6µm seperti yang telah dijelaskan diatas.
Tahapan pengambilan dan pengolahan data adalah:
1. Ukur geometri pahat atau gunakan data pihak pembuat pahat.
2. Set up mesin dan uji jalan kemudian hentikan uji jalan mesin.
3. Pasang benda kerja pada chuck mesin
5. Atur/sesuaikan putaran mesin dan gerak makan.
6. Jalankan mesin dan potong sekeliling permukaan luar benda kerja 2 × 0,5 mm untuk mendapatkan permukaan yang bersih.
7. Ganti pahat karbida dengan pahat CBN (Cubic Boron Nitride) sesuai
dengan yang direncanakan untuk dipakai pada penelitian.
8. Atur parameter pemotongan mesin dengan kondisi pemotongan pertama.
9. Jalankan mesin dan ukur waktu potongnya.
10. Periksa dan ukur aus tepi pahat dengan Mikroskop USB Digital Rax
Vision.
11. Catat/buat tabel untuk data yang diukur.
12. Ulangi pemotongan pada kondisi yang sama, Lakukan lagi langkah 9
sampai langkah 12. Pemotongan dihentikan bila aus tepi pahat (VB)
mencapai 0,3 mm yang dianggap batas umur pahat atau nilai kekasaran
permukaan Ra = 1,6 m.
13. Ganti pahat kedua kemudian atur kondisi pemotongan kedua lalu lakukan
lagi pengukuran seperti langkah 9 sampai langkah 12.
Ulangi langkah yang sama sampai kondisi pemotongan seperti pada Tabel
3.7 semuanya terpenuhi.
14. Untuk pengukuran dan pengamatan perubahan struktur mikro
(mikrostruktur), pembentukan lapisan putih (white layer) dan perubahan
kekerasan benda kerja termesin yang terjadi pada permukaan benda kerja 50
termesin, sampel diambil dari potongan permukaan benda kerja termesin
dari setiap kondisi pemotongan lalu dibentuk dan diproses sedemikian
rupa sehingga dapat diamati menggunakan mikroskop optik, Scanning
Electron Microscopy (SEM) dan microhardness test.
15. Analisa metalurgi sub-permukaan benda kerja termesin di tentukan oleh
kondisi pemotongan terbaik sesuai variasi pemotongan yang
direncanakan.
Proses pemesinan dilakukan dengan mesin bubut dengan set–up peralatan
seperti pada Gambar 3.12.
Keterangan gambar:
1. Pahat Potong
2. Benda kerja
3. Chuck
Gambar 3.12 Set-Up Mesin
3.4.4. Kerangka Konsep Penelitian
Untuk memperoleh jawaban dan pencapaian tujuan penelitian ini maka
kerangka konsep penelitian dan pemesinan ini digambarkan secara skematik seperti
yang terlihat pada Gambar 3.13. 3
Gambar 3.13 Kerangka Konsep Penelitian
Pakar-pakar pemesinan merekomendasikan Pemesinan Laju Tinggi, Pemesinan Keras dan Pemesinan Kering.
Membandingkan antara kecepatan potong (v), gerak makan (f), kedalaman potong (a) dan keausan pahat (VB) terhadap nilai kekerasan benda kerja
Mulai
Permasalahan :
Isu strategis industri pemotongan logam.
Produktifitas tinggi :
1. Pemesinan laju tingg (PLT) : V >>> 2. Pemesinan keras : HRC >>>
Keselamatan lingkungan :
Pemesinan kering, cairan pemotongan <<<
Variabel terikat :
1. HV= kuantitatif
2. Perubahan mikrostuktur (microstructure alteration) pembentukan lapisan putih (white layer) = kualitatif
Variabel bebas :
v,f,dan a = konstan
Cairan Pemotongan (-) = konstan
AISI 4140, CBN (Tipe CB 7015) = konstan Keausan Pahat = konstan
Tebal Sampel (t) = konstan Bubut = konstan
Hasil yang diperoleh adalah perumusan keutuhan sub – permukaan :
Metalurgi sub – permukaan (surface metallurgy) atau sub – permukaan yang meliputi : 1. Perubahan kekerasan mikro (microhardness alteration),
2. Perubahan struktur mikro (microstructure alteration), dan 3. Pembentukan lapisan putih (white layer).
Selesai