4.2. Analisis dan Diskus
4.2.1. Perilaku pertumbuhan aus pahat
Selama proses permesinan 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 mengalami keausan. Keausan pahat ini akan makin membesar sampai batas tertentu sehingga pahat tidak dapat 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 hanya 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 12 kondisi pemotongan. Dari 12 kondisi pemotongan tersebut dibagi menjadi 3 golongan yaitu High, Low, dan Medium.
Kondisi pemotongan pertama bedasarkan Tabel 4.1 yaitu pada kondisi HHH dengan kecepatan pemotongan tinggi (high), kedalaman potong yang tinggi (high), dan gerak makan yang tinggi (high) juga. Kondisi ini dikatakan sebagai kondisi yang paling ektrim diantara 12 kondisi pemotongan tersebut. Ketika pahat pertama kali memotong benda kerja terjadi reduksi kecepatan yang secara 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 di bagian 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 2 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 kriteria terjadinya getaran, penurunan kekasaran permukaan termesin, adanya kenaikan gaya potong. Kenaikan gaya potong akan akan mengakibatkan kegagalan dari pahat.
Kondisi pemotongan kedua bedasarkan Tabel 4.1 adalah pada kondisi LLL, yaitu dengan kecepatan potong yang rendah (low), kedalaman potong yang rendah (low) yaitu 1.5 mm, dan gerak makan yang juga rendah (low) 0.14 mm/rev. Pada kondisi pemotongan ini pahat 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 bebrapa 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 1 sampai menit ke 6. Pada kondisi ini pahat hanya mengalami gesekan darn goresan akibat dari gersekan 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 secara gardual yaitu pertumbuhan aus yang konstan sejalan dengan bertambahnya waktu pemotongan. Pada kondisi ini terjadi di menit 7 sampai menit ke 16. Pahat mengalami keausan yang sudah hampir merata dimana bagian kulit sudah terkikis semua (bukan hanya mengalami goresan),dan ditemui Vb sudah uniform. Dimenit 18 sampai menit 21 pahat megalami pertumbuhan keausan yang sangat cepat. Apabila pembubutan terus dilakukan maka dikhawatirkan akan terjadi kegagalan ari pahat dan merusak benda kerja. Ternyata pertumbuhan aus pahat pada kondisi LLL membutuhkan waktu lebih 21 menit untuk mencapai keausan 0.265 mm.
Kondisi pemotongan selanjutnya adalah kondisi M2M2M yaitu pada kecepatan potong tengah 2 (medium), kedalam potong tengah 2 (medium), dan gerak makan tengah (medium). Pada pengujian ini terdapat pada Tabel 4.1 pengujian yang ke 9.Pengujian ini didapatkan kondisi pemotongan yang operasional. Pertumbuhan aus pahat secara mula yang pendek, pada keadaan ini pahat hanya mengalami goresan-goresan kecil pada sisi muka pahat. Ini disebabkan oleh aliran geram yang mengenai bagian sisi muka dari pahat. panjang sisi muka yang terkena aus adalah sama dengan kedalaman pemotongan. Pada kondisi pemotongan 9 kedalaman potongnya adalah 2 mm yang berarti panjang sisi pahat yang terkena aus adalah lebih kurang 2 mm. Semakin keujung keausan yang dialami semakin mengecil. Setelah mengalami keausan mula, pahat mengalami pertumbuhan keausan yang konstan dimana pertumbuhan keausan yang dialami oleh pahat adalah pertumbuhan yang linear sebanding dengan bertambahnya waktu pemotongan. Jadi pertumbuhannya tidak terjadi secara tiba-tiba melainkan konstan. Pada kondisi ini sisi pahat telah mengalami keausan secara uniform,berkisar antara 0.16 mm s/d 0.19 mm. Goresan yang dialami pada saat mula-mula keausan semakin membesar sehingga membentuk keausan yang uniform namun belum sempurna. Dan pertumbuhan keausan sangat cepat terjadi . Pada kondisi ini pahat mengalami pertumbuhan yang cepat kembali, ini dianggap sebagai batas dari umur pahat. Tepi pahat telah mengalami keausan yang sudah uniform dan juga terlihat terdapat aus maksimal (Vb max). apabila pembubutan terus dilakukan dikhawatirkan nantinya dapat merusak geometri dari pahat dan juga dapat merusak benda kerja.
Bedasarkan pengujian yang telah dilakukan, terdapat fasa-fasa pada pertumbuhan keausan. Fasa keausan dapat dibagi menjadi 3 fasa (phase) yaitu;
initial wear, gradual wear dan sudden wear.
Merujuk pada penelitian sebelumnya yang dilakukan oleh Rajshekhar, (2013) menyebutkan bahwa keausan dapat dibagi dalam 3 fasa yang berbeda seperti ditemukan pada 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 yang dialami oleh pahat hanya mengikis kulit luar dari 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 unifrom).
Setelah melewati fasa gradual maka pertumbuhan yang cepat akan terjadi lagi. Pertumbuhan keausan yang cepat 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 permesinan berlangsung 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 permesinan, 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 melayani mesin tersebut.
-0.05 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 0.5 0 5 10 15 20 VB time (min)
High
pengujian 1 pengujian 6 pengujian 7 pengujian 8 Poly. (pengujian 1) Poly. (pengujian 6) Poly. (pengujian 7) Poly. (pengujian 8)Pada pertumbuhan aus pahat ini faktor yang paling berpengaruh adalah kecepatan potong. Bahwa dengan meningkatnya kecepatan potong (v) maka keausan pahat akan meningkat juga dan umur pahat akan menurun.