PENGARUH SUDUT PENYAYATAN DAN JUMLAH MATA SAYAT ENDMILL CUTTER TERHADAP TINGKAT KEKASARAN
PERMUKAAN BAJA ST 40 HASIL PEMESINAN CNC MILLING TOSURO KONTROL GSK 983 Ma-H
SKRIPSI
Oleh : ZAINUDDIN
K2508087
FAKULTAS KEGURUAN DAN ILMU PENDIDIKAN UNIVERSITAS SEBELAS MARET
SURAKARTA Januari 2013
commit to user
ii
PERNYATAAN KEASLIAN TULISAN
Saya yang bertanda tangan di bawah ini:
Nama : Zainuddin
NIM : K2508087
Jurusan/Program Studi : PTK/Pendidikan Teknik Mesin
menyatakan bahwa skripsi saya yang berjudul
PENYAYATAN DAN JUMLAH MATA SAYAT ENDMILL CUTTER TERHADAP TINGKAT KEKASARAN PERMUKAAN BAJA ST 40 HASIL PEMESINAN CNC MILLING TOSURO KONTROL GSK 983 Ma-H ini benar-benar merupakan hasil karya saya sendiri. Selain itu, sumber informasi yang dikutip dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam daftar pustaka.
Apabila pada kemudian hari terbukti atau dapat dibuktikan skripsi ini hasil jiplakan, saya bersedia menerima sanksi atas perbuatan saya.
iii
PENGARUH SUDUT PENYAYATAN DAN JUMLAH MATA SAYAT ENDMILL CUTTER TERHADAP TINGKAT KEKASARAN
PERMUKAAN BAJA ST 40 HASIL PEMESINAN CNC MILLING TOSURO KONTROL GSK 983 Ma-H
Oleh : ZAINUDDIN
K2508087
Skripsi
Ditulis dan Diajukan Untuk Memenuhi Syarat Mendapatkan Gelar Sarjana Pendidikan Program Studi Pendidikan Teknik Mesin
Jurusan Pendidikan Teknik dan Kejuruan
FAKULTAS KEGURUAN DAN ILMU PENDIDIKAN UNIVERSITAS SEBELAS MARET
SURAKARTA Januari 2013
commit to user
iv
PERSETUJUAN
Skripsi ini telah disetujui untuk dipertahankan Tim Penguji Skripsi Fakultas Keguruan dan Ilmu Pendidikan Universitas Sebelas Maret Surakarta.
Surakarta, 26 Desember 2012
Persetujuan Pembimbing
Pembimbing I
Budi Harjanto, S.T., M.Eng. NIP. 19790116 200501 1 001
Pembimbing II
Danar Susilo Wijayanto, S.T., M.Eng. NIP. 19790124 200212 1 002
v
PENGESAHAN
Skripsi ini telah dipertahankan di hadapan Tim Penguji Skripsi Program Studi Pendidikan Teknik Mesin Jurusan Pendidikan Teknik dan Kejuruan Fakultas Keguruan dan Ilmu Pendidikan Universitas Sebelas Maret Surakarta dan diterima untuk memenuhi persyaratan mendapat gelar Sarjana Pendidikan.
Pada hari : Tanggal :
Tim Penguji Skripsi
Nama Terang Tanda Tangan
Ketua : Yuyun Estriyanto, ST.,M.T.
Sekretaris : Drs. Ranto, M.T.
Anggota I : Budi Harjanto, ST, M.Eng
Anggota II : Danar Susilo Wijayanto, ST.,M.Eng.
Disahkan Oleh :
Fakultas Keguruan dan Ilmu Pendidikan Universitas Sebelas Maret Surakarta Dekan
Prof. Dr. M. Furqon Hidayatullah. M.Pd. NIP. 19600727 198702 1 001
vi
ABSTRAK
Zainuddin. PENGARUH SUDUT PENYAYATAN DAN JUMLAH MATA
SAYAT ENDMILL CUTTER TERHADAP TINGKAT KEKASARAN PERMUKAAN BAJA ST 40 HASIL PEMESINAN CNC MILLING TOSURO KONTROL GSK 983 MA-H. Skripsi, Fakultas Keguruan dan Ilmu Pendidikan
Universitas Sebelas Maret Surakarta. Desember 2012.
Tujuan penelitian ini adalah untuk mengetahui: (1) pengaruh sudut penyayatan endmill cutter terhadap tingkat kekasaran hasil pemesinan CNC milling Tosuro Kontrol GSK 983 Ma-H baja ST 40. (2) pengaruh jumlah mata sayat endmill cutter terhadap tingkat kekasaran hasil pemesinan CNC milling Tosuro Kontrol GSK 983 Ma-H baja ST 40. (3) perpaduan antara sudut penyayatan dan jumlah mata sayat endmill cutter manakah yang menghasilkan tingkat kekasaran yang paling kecil.
Penelitian ini merupakan penelitian eksperimen yang menggunakan dua faktor variabel bebas (sudut penyayatan dan jumlah mata sayat endmill cutter) dan satu variabel terikat (tingkat kekasaran permukaan). Penelitian ini dilaksanakan di Laboratorium Praktek Pemesinan, SMK Warga Surakarta untuk proses pembentukan Benda Uji dan pelaksanaan proses pemesinan menggunakan mesin CNC milling Tosuro 218 Kontrol GSK 983 Ma-H. Pengujian tingkat kekasaran permukaan dilaksanakan di Laboratorium Bahan Teknik Program Diploma Teknik Mesin Sekolah Vokasi Universitas Gadjah Mada. Metode penelitian yang digunakan dalam penelitian ini adalah metode eksperimen dengan teknik deskriptif analitis.
Hasil penelitian menunjukkan bahwa ada pengaruh sudut penyayatan dan pengaruh jumlah Mata Sayat endmill cutter terhadap tingkat kekasaran hasil pemesinan CNC milling Tosuro Kontrol GSK 983 Ma-H Baja ST 40. Perpaduan antara sudut penyayatan dan jumlah Mata Sayat Endmill Cutter terhadap tingkat kekasaran baja ST 40 hasil proses pemesinan dengan mesin CNC milling jenis TS 218 yang paling kecil yaitu pada interaksi antara sudut penyayatan 5° dan 4 mata sayat endmill cutter yaitu sebesar 0,2013 µm dan tingkat kekasaran baja ST 40 hasil proses pemesinan dengan mesin CNC milling jenis TS 218 yang paling besar yaitu pada interaksi antara sudut penyayatan 10° dan 2 mata sayat endmill cutter yaitu sebesar 0,4691 µm. Semakin banyak jumlah mata sayat endmill cutter maka tingkat kekasaran semakin kecil.
Kata kunci : CNC milling, endmill cutter,sudut penyayatan, tingkat kekasaran, baja ST 40.
vii
ABSTRACT
Zainuddin. THE EFFECT OF PRIMARY ANGEL AND THE FLUTE
AMOUNT OF ENDMILL CUTTER TO THE ROUGHNESS LEVEL OF STEEL ST 40 MACHINING RESULT BY TOSURO CNC MILLING CONTROLLED BY GSK 983 Ma-H. Skripsi, Surakarta: Faculty of Teacher
Training and Education Sebelas Maret University, Januari 2012.
The purpose of this study is to determine: (1) the effect of endmill cutter primary angel to the roughness level of steel ST 40 machining result by Tosuro CNC Milling controlled by GSK 983 Ma-H. (2) The effect of the endmill cutter flute amount to the roughness level of steel ST 40 machining result by Tosuro CNC Milling controlled by GSK 983 Ma-H. (3) a combination of primary angel and the flute amount of endmill cutter which produces the smallest level of roughness.
This study is an experiment that uses two-factor variables (angle incision and the number of eyes slice endmill cutter) and one dependent variable (the level of surface roughness). This study was conducted at the Machining Practices Laboratory of SMK Warga Surakarta for the formation of Test Objects and implementation of the machining process using Tosuro CNC Milling controlled by GSK Ma-H. The level of the surface roughness conducted at Engineering Materials Laboratory of Mechanical Engineering Diploma, The Faculty of Engineering, GadjahMada University. The research method used in this study is an experimental method with analytic descriptive analytical techniques.
The results showed that there was primary angel and the flute amount of endmill cutter effect to the roughness level of steel ST 40 machining result by Tosuro CNC Milling controlled by GSK 983 Ma-H. The smallest combination of primary angel and the flute amount of endmill cutter toward the roughness level of steel ST 40 machining results process by TS 218 CNC Milling is on the interaction between primary angel of 5° and 4 flutes of endmill cutter is equal to 0,2013 µm and the greatest of the roughness level of steel ST 40 machining results process by TS 218 CNC Milling is on the interaction between primary angel of 10° and 2 flutes of endmill cutter is equal to 0,4691 µm. The more the amount of endmill cutter the smaller the level of the roughness.
Keywords: CNC milling, endmill cutter, primary angle, roughness level, ST 40 steel.
viii
MOTTO
selesai dari suatu urusan, kejakanlah dengan
sungguh-(QS. Al-Mujaadilah: 11)
(Qs. An-Najm : 39)
Move To Change (Zainuddin)
ix
PERSEMBAHAN
Dengan mengucap puji syukur Alhamdulillah, kupersembahkan karya ini untuk:
Bapak dan Ibu
Doamu yang tiada terputus, kerja keras dan pengorbanan yang tiada henti dan kasih sayang yang tak terbatas. Semuanya membuatku bangga memiliki kalian. Tiada kasih sayang yang seindah dan setulus kasih sayangmu.
Kakak kakakku
Terima kasih telah mendukung dan mendorong langkahku, membantu di saat aku kesusahan dan kekurangan, mengarahkan di saat aku salah jalan, dan menemani di saat aku sendiri.
Teman - teman seperjuangan di SKI FKIP UNS Pabelan 2009-2011 Telah banyak agenda yang kita jalani di masa-masa itu, canda tawa dan amarah telah menggores kebersamaan kita. semoga menjadi jalinan ukhuwah yang tak terlupakan .
Teman - teman Mahasiswa
Terima kasih atas dukungan, doa, dan semangat yang telah kalian berikan padaku. Kebaikan kalian membuatku semakin menghargai persahabatan dan kehidupan.
Almamaterku
x
KATA PENGANTAR
Maha besar Alloh, Tuhan yang tiada sekutu bagi-Nya, dzat yang memiliki kerajaan langit dan bumi, yang telah melimpahkan berbagai kemudahan dalam penyusunan skrpsi ini.
Setelah tahap demi tahap dalam penyusunan skripsi ini akhirnya bisa selesai. Yang pasti semua itu tidak terlepas dari campur tangan-Nya, yang telah memberikan berbagai kemudahan. Dan yang pasti selama proses penyusunan skripsi ini tentunya banyak hal yang bias menjadi tambahan ilmu dan pengalaman terutama bagi penulis sendiri.
Skripsi ini disusun dalam rangka untuk menyelesaikan studi S1 Program Studi Pendidikan Teknik Mesin Jurusan Pendidikan Teknik dan Kejuruan, Fakultas Keguruan dan Ilmu Pendidikan Universitas Sebelas Maret Surakarta.
Penulisan skripsi ini tentunya tidak lepas dari bantuan berbagai pihak, baik yang secara langsung dan tidak langsung, oleh karena itu penulis ingin mengucapkan banyak terima kasih kepada:
1. Dekan Fakultas Keguruan dan Ilmu Pendidikan Universitas Sebelas Maret. 2. Ketua Jurusan Pendidikan Teknik dan Kejuruan Fakultas Keguruan dan
Ilmu Pendidikan Universitas Sebelas Maret Surakarta.
3. Ketua Program Studi Pendidikan Teknik Mesin JPTK FKIP UNS yang telah memberikan persetujuan atas permohonan penyusunan skripsi. 4. Drs. H. Wardoyo selaku Pembimbing Akademik.
5. Bapak Budi Harjanto, S.T, M. Eng. selaku pembimbing I yang telah membantu pikiran, waktu serta bimbingannya sehingga penulisan skripsi ini dapat terselesaikan.
6. Bapak Danar Susilo Wijayanto, S.T, M.Eng. selaku pembimbing II yang telah membantu pikiran, waktu serta bimbingannya sehingga penulisan skripsi ini dapat terselesaikan.
7. Bapak Herman Saputro, M.Pd.,M.T. yang telah memberikan pencerahan dan bimbingannya sehingga skripsi ini dapat terselesaikan.
xi
8. Parjito, S.T. selaku kepala jurusan pemesinan di SMK Warga Surakarta yang telah memberikan ijin tempat untuk penelitian.
9. Ketua Laboratorim Bahan Teknik Program Diploma Teknik Mesin Sekolah Vokasi Universitas Gadjah Mada yang telah memberi ijin untuk melakukan uji kekasaran permukaan.
10. Bapak dan Ibu tercinta yang telah membesarkan dengan kesabaran dan kasih sayang hingga dewasa.
11. Kakak-kakak tersayang yang telah mendukung dan mendorong langkahku, membantu di saat aku kesusahan dan kekurangan, mengarahkan di saat aku salah jalan, dan menemani di saat aku sendiri.
12. Teman teman a
13. Teman teman organisasi dan teman teman bermain yang luar biasa. 14. Semua pihak yang tidak dapat disebutkan satu persatu atas segala
bantuannya dan dorongan motivasi sehingga penulisan skripsi ini dapat terselesaikan.
Penulis menyadari sebagai manusia bahwa masih banyak kekurangan dalam skripsi ini. Untuk itu penulis mengharapkan kritik dan saran yang membangun untuk menyempurnakan skripsi ini. Terakhir semoga skripsi ini dapat bermanfaat bagi penulis maupun bagi para pembaca.
Surakarta, Desember 2012
Penulis
xii DAFTAR ISI
Halaman
HALAMAN JUDUL ... i
HALAMAN PERNYATAAN ... ii
HALAMAN PENGAJUAN ... iii
HALAMAN PERSETUJUAN ... iv
HALAMAN PENGESAHAN ... v
HALAMAN ABSTRAK ... vi
HALAMAN MOTTO ... viii
HALAMAN PERSEMBAHAN ... ix
KATA PENGANTAR ... x
DAFTAR ISI ... xii
DAFTAR TABEL ... xiv
DAFTAR GAMBAR ... xv
DAFTAR LAMPIRAN ... xvi
BAB I PENDAHULUAN A. Latar Belakang ... 1 B. Identifikasi Masalah ... 3 C. Pembatasan Masalah ... 4 D. Perumusan Masalah ... 4 E. Tujuan Penelitian ... 4 F. Manfaat Penelitian ... 5
BAB II LANDASAN TEORI A. Tinjauan Pustaka ... 6 1. Pengertian Mesin CNC ... 6 2. Tool Grinding ... 13 3. Karakteristik ST 40 ... 16 4. Endmill Cutter ... 17 5. Kekasaran ... 19
B. Penelitian Yang Relevan ... 25
C. Kerangka Pemikiran ... 29
xiii
D. Hipotesis ... 30
BAB III METODOLOGI PENELITIAN A. Tempat dan Waktu Penelitian ... 31
1. Tempat Penelitian ... 31
2. Waktu Penelitian ... 31
B. Metode Penelitian ... 31
C. Populasi dan Sampel ... 32
1. Populasi Penelitian ... 32
2. Populasi Penelitian ... 32
D. Teknik Pengumpulan Data ... 33
1. Identifikasi Variabel ... 33
2. Pelaksanaan Penelitian ... 34
3. Desain Eksperimen ... 38
4. Teknik Analisis Data ... 40
E. Langkah Pemesinan ... 40
BAB IV HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN A. Studi Pengukuran Kekasaran Permukaan ... 44
B. Pembahasan Pengukuran Hasil Tingkat Kekasaran Permukaan Baja ST 40 Hasil Pemesinan CNC milling ... 46
1. Sudut Penyayatan ... 46
2. Jumlah Mata Sayat ... 48
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN A. Kesimpulan ... 50 B. Implikasi ... 51 1. Implikasi Teoritis ... 51 2. Implikasi Praktis ... 51 C. Saran ... 52 DAFTAR PUSTAKA ... 53 LAMPIRAN ... 55
commit to user
xiv
DAFTAR TABEL
Tabel Halaman
1. Contoh Blok Program NC ... 8
2. Kecepatan Potong Menurut Bahan ... 9
3. Ukuran Menurut Bahan ... 10
4. Komposisi Penyusun Baja ST 40 ... 17
5. Pengumpulan Data ... 39
6. Data Hasil Pengukuran Nilai Tingkat Kekasaran Baja ST 40 ... 45
7. Hasil Pengukuran Nilai Tingkat Kekasaran Baja ST 40 ... 46
xv
DAFTAR GAMBAR
Gambar Halaman
1. Tool grinding ... 14
2. Sudut-sudut pada Endmill ... 15
3. Desain Endmill Cutter ... 18
4. Desain Sisi Potong Endmill Cutter ... 18
5. Geometri Sisi Potong Endmill Cutter ... 19
6. Tekstur Permukaan Benda Kerja ... 20
7. Hasil Pengukuran Tekstur Kekasaran Permukaan ... 21
8. Surface Roughness Tester ... 25
9. Kerangka Pemikiran ... 30
10. Spesimen Awal ... 35
11. Bagan Aliran Proses ... 35
12. Benda Hasil Pengerjaan ... 38
13. Alur Pemakanan atau Penyayatan Cutter ... 40
14. Alat dan Bahan Penelitian ... 41
15. Proses Menentukan Titik 0 Sumbu X dan Y ... 41
16. Proses Menentukan Titik 0 Sumbu Z ... 42
17. Proses Pemesinan ... 42
18. Proses Penggerindaan Endmill Cutter ... 43
19. Pengujian Kekasaran Permukaan Menggunakan Surforder SE-1700 .. 44
20. Grafik Hubungan Variasi Sudut Penyayatan terhadap Tingkat Kekasaran Baja ST 40 Hasil Pemesinan CNC Milling Jenis TS 218 ... 47
21. Grafik Hubungan Variasi Jumlah Mata Sayat terhadap Tingkat Kekasaran Baja ST 40 Hasil Pemesinan CNC Milling Jenis TS 218 ... 48
xvi
DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran Halaman
1. Spesifikasi CNC Milling TS 218 dan Kontrol GSK 983 Ma-H ... 55
2. Katalog Endmill Cutter 2 Flute ... 56
3. Katalog Endmill Cutter 3 Flute ... 57
4. Katalog Endmill Cutter 4 Flute ... 58
5. Tabel Materialgruppen ... 59
6. Tabel Endmill Cutter Roughing (EMCR) ... 60
7. Roughing End Mills Speed and Feed Data ... 61
8. Data Hasil Pengukuran Nilai Tingkat Kekasaran Baja ST 40 ... 62
9. Print Out Tingkat Kekasaran Surface Roughness Tester ... 63
10. Daftar Kegiatan Seminar Proposal Skripsi Mahasiswa ... 72
11. Surat Keputusan Dekan Fakultas Keguruan dan Ilmu Pendidikan ... 74
12. Surat Permohonan Ijin Penelitian Kepada Rektor UNS ... 76
13. Surat Permohonan Ijin Penelitian di SMK Warga ... 77
14. Surat Keterangan Pelaksanaan Penelitian di SMK Warga ... 78
15. Surat Permohonan Ijin Penelitian di Laboratorium Bahan Teknik Mesin UGM. ... 79
16. Surat Keterangan Pelaksanaan Pengujian di Laboratorium Bahan Teknik Mesin UGM ... 80
17. Foto Pelaksanaan Penelitian ... 81
1
BAB I PENDAHULUAN
A. Latar Belakang Masalah
Dalam perjalanan perkembangan teknik produksi, didapatkan tuntutan-tuntutan produk hasil produksi harus benar-benar sesuai dengan standar yang diberlakukan di pasaran internasional, baik itu dilihat dari bentuk profilnya, kepresisian ukuran, kekasaran permukaan, kekerasan, kelenturan bahan, dan banyak hal yang lain yang harus sesuai dengan standar internasional yang diberlakukan. Hal ini menuntut perlunya dikembangkan ilmu produksi yang berkaitan dengan ilmu merancang, ilmu bahan, ilmu pemesinan, yang itu semua membutuhkan terobosan baru untuk mengejar produk yang laku di pasaran dunia. Salah satu bentuk kemajuan dalam proses produksi adalah dengan ditemukannya mesin perkakas yang berbasis komputer yang lebih dikenal dengan mesin CNC (Komputer Numerical Control).
Mesin milling adalah salah satu mesin yang banyak dipakai di industri-industri manufaktur di antaranya industri-industri otomotif dan industri-industri kedirgantaraan (Aerospace). Mesin milling memiliki karakteristik pahat yang mengalami pergerakan berputar, sedang benda yang dikerjakan dalam keadaan diam.
Dengan menggunakan mesin CNC dapat memproduksi produk dalam jumlah yang besar dan cepat, karena perintah pembuatan produk tersimpan dalam CPU mesin CNC milling dalam bentuk program. Ketika ingin membuat produk/benda kerja yang sama dan dalam jumlah yang banyak, maka program yang tersimpan dalam mesin tinggal dibuka dan dijalankan. Selain jumlah produk yang dapat ditingkatkan kuantitasnya dan waktu produksi dapat dipercepat, mesin CNC milling juga dapat menghasilkan produk dengan tingkat ketepatan ukuran atau kepresisian yang cukup tinggi. Mengingat banyaknya keuntungan yang didapatkan dengan penggunaan mesin CNC milling maka banyak industri dan bengkel pemesinan yang menggunakan mesin CNC milling untuk mendapatkan produksi yang berkualitas.
Suatu proses produksi dengan mesin CNC akan selalu memperhatikan kuantitas dan kualitas produk yang dihasilkan. Untuk kuantitas barang hasil pemesinan dengan mesin frais CNC dapat dilakukan dengan meningkatkan tingkat kecepatan sayat pisau frais, sehingga akan didapatkan proses produksi yang cepat. Kualitas barang hasil pemesinan dengan mesin frais CNC dapat ditinjau salah satunya dari segi tingkat kehalusan produk yang dihasilkan.
Kehalusan suatu produk hasil pemesinan sangat berpengaruh dengan fungsi sebagai apa produk tersebut itu dibuat. Sebagai contoh apabila dua komponen bekerja saling bergesekan, maka tingkat kehalusan antara kedua komponen tersebut berperan sangat penting demi keberlangsungan suatu proses kerja. Komponen yang saling bergesekan akan menyebabkan keausan dan lama-kelamaan akan habis sehingga efisiensi kerja akan menurun. Gesekan akan meningkat apabila permukaan yang saling bergesekan semakin kasar, sehingga suatu komponen dibuat sedemikian rupa sehingga gesekan yang timbul dapat diminimalisir. Mengingat pentingnya tingkat kekasaran permukaan produk mesin CNC milling, maka di setiap gambar benda kerja sering disyaratkan tentang tingkat kekasaran yang harus dipenuhi.
Kepresisian ukuran dalam pemesinan sudah menjadi suatu hal yang mutlak harus dipenuhi karena bagian mesin yang kerjanya saling berhubungan dalam putaran tinggi tidak dapat mentolerir adanya kelonggaran ukuran. Dengan mesin CNC untuk mendapatkan ukuran produk yang presisi dapat dilakukan dengan pemasukn program yang benar ke dalam komputer dan penyetingan mesin yang tepat.
Pada mesin milling konvensional untuk mendapatkan tingkat kekasaran yang sesuai permintaan gambar kerja biasanya hanya menggunakan felling, tetapi pada mesin CNC milling untuk mendapatkan tingkat kekasaran yang sesuai permintaan benda kerja tidak dapat dilakukan dengan jalan perasaan saja, melainkan melalui cara memperbesar dan memperkecil kecepatan spindel mesin dan kedalaman pemakanan, karena besar dan kecilnya kecepatan spindel mesin dan kedalaman pemakanan harus dimasukkan dalam bentuk program. Hal tersebut
menjadi salah satu kendala dalam mesin CNC milling untuk mendapatkan kekasaran permukaan yang sesuai.
Tingkat kekasaran permukaan hasil CNC milling dapat dipengaruhi oleh dua faktor yaitu: 1) faktor yang masuk dalam program seperti: kecepatan pemakanan (F), kecepatan spindel (S) dan kedalaman pemakanan (DoC), (2) faktor yang tidak masuk dalam program seperti: geometri pahat, jumlah mata sayat pahat dan bahan benda kerja.
Penelitian tentang kehalusan permukaan terhadap hasil pemesinan dengan mesin perkakas telah banyak dilakukan, tetapi untuk penelitian tetang faktor yang tidak masuk dalam program belum begitu banyak dilakukan, terutama yang berhubungan dengan geometri pahat dan jumlah mata sayat pahat (endmill). Dari latar belakang masalah tersebut perlu diadakan penelitian yang berhubungan dengan geometri pahat dan jumlah mata sayat pahat yaitu berupa endmill cutter
mata sayat endmill cutter terhadap Tingkat Kekasaran Hasil Pemesinan CNC Milling Tosuro Kontrol GSK 983 Ma-H pada Baja ST 40
tingkat kekasaran menggunakan Surface Roughness Tester Surforder SE 1700.
B. Identifikasi Masalah
Berdasarkan latar belakang masalah di atas, maka dapat diidentifikasi beberapa permasalahan yang dapat mempengaruhi kekasaran baja ST 40 hasil pemesinan dengan mesin CNC milling Tosuro Kontrol GSK 983 Ma-H, yaitu :
1. Masalah penggunaan parameter pemesinan CNC milling seperti spindle speed, feedrate, dan depth of cut berpengaruh terhadap kualitas benda kerja dan kondisi cutter yang digunakan, sehingga perlu dicari formula yang tepat untuk pemesinan.
2. Gesekan antara benda kerja dan cutter akan meningkatkan temperatur pemesinan, sehingga kualitas produk turun dan umur cutter menjadi singkat. 3. Penggunaan material, karakteristik dan geometri cutter berpengaruh terhadap
tingkat ketelitian dan kepresisian benda kerja.
4. Baja ST 40 adalah baja karbon rendah yang mempunyai kekuatan tarik sebesar 40 kg/mm2. Material tersebut sering dipakai sebagai bahan pembuatan komponen-komponen mesin.
C. Pembatasan Masalah
Agar penelitian ini tidak menyimpang dari masalah yang diuraikan di atas, maka permasalahan dibatasi pada pengaruh sudut penyayatan dan jumlah mata sayat endmill cutter terhadap tingkat kekasaran permukaan baja ST 40 hasil pemesinan CNC milling Tosuro kontrol GSK 983 Ma-H dengan media pendingin Dromus (soluble oil). Endmill cutter yang digunakan adalah carbide dengan diameter 6 mm dengan spesifikasi sebagai berikut:
1. DHF DE0602 6.0*2T 2. DHF ITA0603 6.0*3T 3. DHF DE0604 6.0*4T
D. Perumusan Masalah
Atas dasar latar belakang di atas, maka penelitian ini didapat rumusan masalah sebagai berikut:
1. Adakah pengaruh sudut penyayatan endmill cutter terhadap tingkat kekasaran hasil pemesinan CNC milling Tosuro Kontrol GSK 983 Ma-H baja ST 40? 2. Adakah pengaruh jumlah mata sayat endmill cutter terhadap tingkat kekasaran
hasil pemesinan CNC milling Tosuro Kontrol GSK 983 Ma-H baja ST 40? 3. Perpaduan antara sudut penyayatan dan jumlah mata sayat endmill cutter
manakah yang menghasilkan tingkat kekasaran yang paling kecil?
E. Tujuan Penelitian
Tujuan penelitian ini adalah:
1. Mengetahui pengaruh sudut penyayatan endmill cutter terhadap tingkat kekasaran hasil pemesinan CNC milling Tosuro Kontrol GSK 983 Ma-H baja ST 40.
2. Mengetahui pengaruh jumlah mata sayat endmill cutter terhadap tingkat kekasaran hasil pemesinan CNC milling Tosuro Kontrol GSK 983 Ma-H baja ST 40.
3. Mengetahui perpaduan antara sudut penyayatan dan jumlah mata sayat endmill cutter manakah yang menghasilkan tingkat kekasaran yang paling kecil.
F. Manfaat Penelitian 1. Manfaat Praktis
Memberikan sumbangan pemikiran dan bahan pertimbangan pada dunia teknik, khususnya yang berhubungan dengan hasil pemesinan logam dengan menggunakan mesin CNC.
2. Manfaat Teoritis
a. Membangkitkan minat mahasiswa untuk melanjutkan penelitian tentang hasil pemesinan logam dengan menggunakan mesin CNC.
b. Sebagai bahan pustaka di lingkungan Universitas Sebelas Maret Surakarta. c. Sebagai bahan masukan atau referensi untuk mendukung penelitian yang
sejenis.
6
BAB II
LANDASAN TEORI
A. Tinjauan Pustaka 1. Pengertian Mesin CNC
Teknologi berkembang sangat pesat, kehidupan manusia sehari-hari tidak dapat dipisahkan lagi dengan keberadaan alat yang serba canggih. Komputer adalah salah satu contoh alat yang menyerupai otak manusia, yang dapat bekerja supercepat. Dengan komputer, semua mesin perkakas dapat diaplikasikan ke dalamnya, sehingga manusia bekerja lebih praktis dengan adanya kerja dari komputer yang serba otomatis. Perpaduan antara keduanya itulah yang sering dinamakan mesin CNC (Computer Numerical Control). Sistem pengoperasiannya menggunakan program yang dikontrol langsung oleh komputer. Secara umum kontruksi mesin perkakas CNC dan sistem kerjanya lebih sinkron antara komputer dan mekaniknya.
CNC adalah suatu mesin produksi berbasis komputer yang dikendalikan dengan menggunakan bahasa numerik (numerically control), yaitu perintah yang berupa kode huruf dan angka yang dapat dipahami oleh komputer (bahasa pemrograman). Jika pada blok mesin ditulis M03S1000, maka spindel akan berputar dengan kecepatan 1000 rpm.
Pada pekerjaan degan mesin konvensional, informasi pengerjaan diberikan dengan memutar roda tangan, memindahkan tuas atau mengubah saklar mesin. Pada mesin CNC, kode-kode dilakukan dengan cara kendali terpadu dan perintah-perintah yang diterjemahkan pada mesin itu. Program CNC adalah sujumlah urutan logis yang disusun dengan kode-kode huruf dan angka yang bisa dimengerti oleh unit kontrol mesin. Program mesin CNC dibuat khusus untuk mesin tertentu dan untuk pembuatan produk tertentu pula.
Mesin CNC dapat bekerja apabila telah memenuhi keenam syarat, yaitu: 1. Mesin menyala (Swicth On)
2. Mencapai titik acuan (Reference Point) 3. Penggeseran titik nol (Zero Offset)
4. Penetapan pada pahat (Tool Data) 5. Memasukkan data mesin (Machine Data)
6. Memasukkan program CNC (Part Programming)
a. Mesin CNC Milling
Secara garis besar dapat digolongkan menjadi dua, yaitu : mesin CNC milling TU (training unit) dan mesin CNC milling production, keduanya mempunyai prinsip kerja yang sama, namun berbeda dalam penggunaan dan penerapannya. Mesin CNC milling TU yang dilengkapi dengan EPS (eksternal programming system) digunakan untuk latihan dasar pengoperasian dan pemrograman CNC serta pengerjaan yang ringan. Mesin CNC milling production digunakan untuk produksi massal, sehingga diperlukan perlengkapan yang lebih, misal : sistem chuck otomatis, pembuka pintu pembuang tatal otomatis.
b. Prinsip Kerja Mesin CNC Milling
Mesin milling adalah mesin perkakas dengan gerak utama berputar dilakukan alat iris atau pisau milling, gerak suapnya dilakukan oleh benda kerja yang terpasang pada benda kerja.
Mesin CNC milling ini menggunakan sistem persumbuan dengan dasar sistem koordinat kartesius:
saling tegak lurus, maka jari tengah menunjukan sumbu Z, jari telunjuk menunjukkan sumbu Y, dan ibu jari me
Untuk mesin milling vertikal posisi sumbu Z adalah tegak, sumbu Y adalah arah melintang meja, dan sumbu X adalah arah memanjang meja.
Pengoperasian mesin CNC dilaksanakan dengan layanan CNC, dimana proses dikontrol komputer dengan memasukkan data numerik. Sistem ini beroperasi secara otomatis dan dapat menginterpretasikan kode-kode numerik yang berupa huruf, angka dan simbol untuk membuat suatu bentuk dari kerja benda. Program NC adalah suatu urutan perintah yang disusun secara terperinci setiap blok per blok untuk memberitahu mesin CNC tentang apa yang harus dilakukan.
1) Pemrograman NC
Pada prinsipnya sebuah program NC terdiri dari kumpulan perintah. Perintah tersebut ditransfer oleh pengendalian menjadi impuls-impuls pengendali untuk mesin perkakas. Bahasa program NC adalah format perintah dalam satu baris blok dengan menggunakan kode huruf, angka dan symbol. Mesin CNC mempunyai perangkat komputer yang disebut Machine Control Unit (MCU) yakni suatu perangkat yang berfungsi menterjemahkan bahasa kode ke dalam gerakan persumbuan sesuai bentuk benda kerja. Kode-kode bahasa dalam mesin CNC dikenal dengan kode G dan M, kode ini telah distandarkan dalam ISO 1056, DIN 66025, BS 3635 dan RS 274D.
Tabel 1. Contoh Blok Program NC
B G/M X Y Z F S Blok I M03 - - - - S1000 Blok II G01 10 0 0 30
Dari tabel di atas dapat dijelaskan bahwa pada blok I, kode M03 memerintahkan spindel mesin berputar dan S1000 artinya spindel berputar dengan kecepatan 1000 rpm. Pada blok II, kode G01 artinya memerintahkan bergerak dengan penyayatan, X10 menunjukkan arah gerakan penyayatan kesumbu X sejauh 10 mm, dan F30 menunjukkan kecepatan pemakanan kea rah sumbu X sebesar 30 mm/menit.
2) Kecepatan Potong dan Kecepatan Spindel
Gerak utama mesin CNC milling adalah gerak berputar oleh pisau milling. Jumlah kecepatan putaran mesin yang digunakan tergantung dari kecepatan potong dan diameter pisau milling. Kecepatan potong adalah jarak yang ditempuh oleh salah satu gigi dalam m/menit.
Kecepatan potong adalah suatu harga yang diperlukan dalam menentukan kecepatan pada proses penyayatan atau pemotongan benda kerja (Suhardi,
1999:74). Harga kecepatan potong ditentukan oleh jenis alat potong dan jenis benda kerja yang dipotong :
Keterangan :
Vs = kecepatan potong dalam m/menit d = diameter pisau dalam mm S = kecepatan spindel dalam rpm
Kecepatan potong dalam mesin milling dipengaruhi oleh beberapa faktor yaitu:
a) Bahan Benda Kerja atau Material
Semakin tinggi kekuatan bahan yang dipotong, maka harga kecepatan potongnya semakin kecil.
b) Jenis Alat Potong
Semakin tinggi kekuatan alat potongnya, maka harga kecepatan potongnya semakin besar.
c) Besarnya Asutan
Semakin besar jarak pemakanan, maka kecepatan potong semakin kecil.
d) Kedalaman Pemakanan
Semakin tebal pemakanan, maka harga kecepatan potong semakin tinggi.
Tabel 2. Kecepatan Potong Menurut Bahan/Material Benda Kerja
BAHAN Kecepatan potong (ft/menit)
Pahat baja karbon Pahat HSS
Besi Tuang 40-60 80-100 Baja Lunak 30-40 80-100 Baja Perkakas 20-30 60-80 Perunggu 30-80 80-100 Kuningan 100-200 200-400 Alumunium 400-600 600-1000 (Suhardi, 1999:73)
Kecepatan potong dipergunakan untuk menentukan kecepatan putaran spindel, semakin cepat putaran spindel maka akan berpengaruh
terhadap tingkat kekasaran permukaan benda kerja, (Suhardi, 1999:74). Dari kecepatan potong dan diameter benda kerja, maka kecepatan spindel bisa didapatkan dengan persamaan sebagai berikut:
Keterangan :
Vs = Kecepatan potong dalam m/menit d = Diameter pisau dalam mm S = Kecepatan spindel dalam rpm
3) Asutan
Asutan pada mesin CNC milling dapat dilakukan searah jarum jam atau berlawanan dengan jarum. Proses penyayatan pada mesin milling memiliki kesamaan pada proses bubut, rumus empirik gaya dan momen puntir dalam proses milling juga ditentukan oleh tebal geram yang terpotong. Geram yang terjadi pada proses pemakanan pada milling berbentuk koma.
Ukuran asutan dapat dihitung dengan satuan feed tiap putaran, ini tergantung bahan apa yang akan disayat oleh tiap gigi pisau milling. Feed tiap gigi untuk mesin milling dapat dilihat pada Tabel 3 di bawah ini: Tabel 3. Ukuran Menurut Bahan/Material Benda Kerja
BAHAN Feed Tiap Gigi (Inchi)
Besi Tuang 0.015 Baja Lunak 0.012 Baja Perkakas 0.010 Perunggu 0.016 Kuningan 0.020 Alumunium 0.020 (Suhardi, 1999:73)
c. Bagian-bagian Utama Mesin CNC Milling 1) Step Motor
Step motor adalah motor penggerak eretan, masing-masing eretan mempunyai step motor sendiri-sendiri, yaitu penggerak sumbu X,
penggerak sumbu Y, dan penggerak sumbu Z. Jenis dan ukuran masing-masing step motor adalah sama.
2) Motor Utama
Motor utama adalah motor penggerak rumah alat potong (Milling Taper Spindle) untuk memutar alat potong/tool.
3) Eretan (Support)
Eretan adalah gerakan persumbuan jalannya mesin, untuk mesin 3 axis mempunyai 2 fungsi gerakan kerja, yaitu posisi vertikal dan posisi horisontal.
4) Rumah Alat Potong (Milling Taper Spindle)
Rumah alat potong pada mesin milling digunakan untuk menjepit penjepit alat potong (tool holder) pada waktu proses pengerjaan benda kerja. Adapun sumber putaran dihasilkan dari putaran motor utama yang mempunyai kecepatan putar antara 300-2000 putaran/menit. Pada CNC milling hanya memungkinkan menjepit satu alat potong.
5) Ragum
Ragum pada mesin CNC milling digunakan untuk menjepit benda kerja pada waktu proses penyayatan benda kerja berlangsung.
6) Bagian Pengendali/Kontrol
Bagian pengendali/kontrol merupakan blok kontrol mesin CNC dengan tombol-tombol dan saklar yang dilengkapi dengan monitor. Pada bok kontrol merupakan unsur layanan langsung berhubungan dengan operator.
d. Aksesoris mesin CNC milling 1) 3D touch probes
3D touch probes dioperasikan untuk mengukur posisi benda kerja telah terpasang secara tepat
2) Electronic Handwheel
Electronic handwheel Dipakai untuk operasi mesin frais secara manual seperti mesin konvensional
e. Cutting Fluid / Pendingin
Fungsi pendingin adalah untuk mengontrol temperatur pemotongan dan untuk pelumasan. Aplikasi pendingin adalah memperbaiki kualitas benda kerja selama mengalami proses pemotongan secara terus menerus oleh pahat (tool) dan juga memperbaiki umur pahat. Pada proses permesinan dikenal adanya dua macam kondisi pemotongan yaitu kondisi kering (dry machining) dan kondisi basah (wet machining). Pada kondisi kering proses pemotongan benda dilakukan tanpa menggunakan pemberian cairan pendingin pada permukaan benda kerja dan pahat. Pada kondisi basah proses pemotongan dilakukan dengan memberi cairan pendingin pada permukaan pahat dan benda kerja. Diskripsi beberapa karakteristik pendingin atau pelumas:
1) Pendingin dari Bahan Utama Minyak (Oil Based) a) Straight Oil (100% Petroleum Oil)
Straight oil disebut minyak bumi karena tidak ada kandungan air di dalamnya. Kelebihan straight oil adalah kemampuan pelumasan yang sangat baik atau menciptakan lapisan sebagai efek bantalan antara benda kerja dan pahat, melindungi dari karat (rust) dan memperbaiki umur pahat. Kekurangannya adalah sifat melepaskan panasnya buruk dan meningkatkan resiko kebakaran.
b) Soluble Oil (60-90% Petroleum Oil) / Dromus Oil
Soluble oil (hampir sama dengan emulsi, minyak emulsif atau minyak larut air) terdiri dari campuran 60 s/d 90% minyak bumi, emulsifier, dan bahan tambahan lain. Konsentrat ini dicampur dengan air untuk menjadi fluida pemotongan yang dipakai untuk pengerjaan logam. Dromus oil merupakan minyak mineral hasil penyulingan dan aditip. Dromus Oil memberikan pendinginan yang sangat baik, pelumasan dan perlindungan karat digunakan dalam berbagai pengerolan dan pengerjaan mesin. Dromus oil mempunyai kelarutan tingkat tinggi terhadap air sehingga dapat diemulsikan dengan rasio air/minyak dromus, biasanya 20:1 sampai 40:1 dengan demikian memungkinkan dimanfaatkan sebagai pendinginan pada pengerasan baja.
Kelebihannya adalah meningkatkan kemampuan pendinginan dan pelumasan yang baik meskipun campuran minyak dan air, menciptakan lapisan film minyak yang melindungi komponen yang bergerak. Kekurangannya adalah karena bercampur dengan air maka akan menimbulkan masalah karat (rust) atau korosi, masalah kesehatan timbulnya bakteri, dan kabut asap yang dibentuk bisa menciptakan lingkungan kerja yang tidak aman.
2) Fluida Pemotongan dari Bahan Kimia
Fluida pemotongan dari bahan kimia pertama dikenalkan sekitar tahun 1945, ada dua jenis yaitu sintetis dan semi sintetis, memiliki sifat lebih stabil, memperbaiki wettability (kemampuan untuk melumasi).
a) Sintetis (0% Petroleum Oil)
Sintetis tidak mengandung minyak atau mineral yang lain, secara umum terdiri dari pelumas kimia (chemical lubricant) dan inhibitor karat yang larut dalam air. Sintetis didesain untuk memiliki kemampuan pendinginan yang lebih cepat, pelumasan yang lebih baik, mencegah korosi dan mudah dilakukan perawatan. Sintetis ini dianjurkan untuk proses pemesinan dengan kecepatan tinggi.
b) Semi sintetis (2-30% Petroleum Oil)
Semisintetis tersusun oleh soluble oil (minyak sekitar 2 s/d 30%) dan sintetis. Memiliki viskositas lebih rendah dari soluble oil. Inhibitor korosi, mengurangi timbulnya asap dan kabut, dan perlindungan yang baik terhadap korosi.
2. Tool Grinding a. Prinsip Kerja
Tool grinding adalah suatu peralatan pemesinan yang digunakan untuk mengasah pahat endmill maupun mata bor. Gerak utama tools grinding berputar, putaran diperoleh dari motor listrik, putaran tersebut memutarkan roda gerinda yang terpasang pada poros motor. Proses penyayatan terjadi
karena tools disentuhkan secara halus terhadap roda gerinda, bahan abrasive pada roda gerinda akan menyayat/mengikis pisau tersebut.
Gambar 1. Tool Grinding
b. Bagian-bagian Utama Tools Grinding 1) Kepala
a) Tiang/kolom penumpu b) Motor listrik
c) Roda gerinda
d) Pengatur ketinggian mesin e) Pengatur sudut 2) Tools Holder a) Penyangga b) Poros pemegang c) Dudukan pisau d) Piring pembagi e) Pengatur sudut f) Batang pengatur 3) Meja Mesin
a) Meja dengan gerak memanjang b) Meja dengan gerak melintang c) Pembatas gerak memanjang
e) Handel penggerak melintang
c. Cara Menggerinda Pahat End Mill 1) Persiapan
a) Pemeriksaan Roda Gerinda.
(1) Jenis Bahan roda gerinda harus sesuai dengan kebutuhan. (2) Bentuk/kontur roda gerinda harus sesuai dengan kebutuhan,
jika sudah tidak rata/ tidak sesuai lakukan trimming (pengasahan dan pembentukan).
(3) Pemasangan roda gerinda harus yakin kuat.
(4) Putaran roda gerinda harus sentries dan tidak goyang. b) Setting Mesin dan pemasangan tools.
a) Pemasangan tool pada tools holder dengan baik/kuat b) Menyetting tinggi sumbu roda gerinda setinggi sumbu tool
holder
c) Mengatur sudut penggerindaan (5 s/d 9°) d) Mengatur sudut penggerindaan (14 s/d 17°)
2) Pengasahan
Gambar 2. Sudut-sudut pada End Mill
a) Pengasahan End Mill, diuraikan sebagai berikut: mengasah sudut secondary = 14° s/d 17°, menyelesaikan pengasahan pada seluruh sisi sayat, pemindahannya dari satu sisi sayat ke sisi sayat lain diatur memakai piring pembagi.
b) Mengasah sudut primary = 5° s/d 9°, menyelesaikan untuk seluruh mata sayat. Untuk pemindahan menggunakan piring pembagi, lebar permukaan pada sudut ini adalah 2 mm.
c) Pengasahan jangan sampai hangus.
3) Pelepasan Pisau
Setelah pengasahan selesai, pisau dilepas dengan urutan sebagai berikut:
a) Menggeser tool holder menjauh dari roda gerinda.
b) Mengendurkan ikatan poros pengikat dengan cara memutar handle pengikat ke arah kiri.
c) Mendorong dengan hentakan ringan poros pengikat. d) Melepaskan pisau dari dudukannya (collet).
3. Karakteristik ST 40
Penelitian ini menggunakan material baja ST 40 (ukuran 90 x 45 x 30 mm) dengan nilai kekerasan 55,7 HRA. Arti baja jenis ST 40 adalah baja karbon rendah yang mempunyai kekuatan tarik sebesar 40 kg/mm2 .
Baja ST 40 dipilih karena material tersebut sering dipakai sebagai bahan pembuatan komponen-komponen mesin. Baja ini tergolong dalam baja karbon rendah (kandungan karbon di bawah 0,2%) dan sering disebut mild steel. Baja ini memiliki karakteristik kekuatan rendah, keuletannya tinggi dan tidak mampu dikeraskan dengan perlakuan panas kecuali melalui surface hardening, yaitu suatu perlakuan (treatment) yang diterapkan pada suatu logam agar diperoleh sifat-sifat tertentu.
Tabel 4. Komposisi Penyusun Baja ST 40 Unsur Prosentase (%) Fe C Si Mn P S Ni Cr Mo Cu Mg V Ti Nb Al W 98,10 0,129 0,283 0,490 0,094 0,031 0,115 0,114 0,082 0,392 0,001 0,010 0,007 0,019 0,043 0,045
(Sumber: Uji komposisi di PT. Itokoh Ceperindo)
4. Endmill cutter
Pisau jari (endmill) merupakan salah satu jenis cutter mesin CNC milling yang banyak digunakan. Ukuran cutter jenis ini sangat bervariasi, mulai ukuran kecil sampai ukuran besar. Biasanya cutter ini terbuat dari baja kecepatan tinggi (HSS) atau karbida, dan memiliki satu atau lebih alur (flute). Cutter ini dipakai untuk membuat alur pada bidang datar atau pasak dan umumnya dipasang pada posisi tegak (vertikal), namun pada kondisi tertentu dapat juga dipasang pada posisi horisontal.
Gambar 3. Desain Endmill cutter Keterangan :
A : ukuran diameter pemotongan B : diameter batang cutter
C : panjang sisi potong atau panjang flute D : panjang keseluruhan
Gambar 4. Desain Sisi Potong Endmill cutter Keterangan :
a. Flute, ruang antara gigi pemotong chip dan regrinding capabilities. Flute mempunyai alur heliks sepanjang cutter, sedangkan bagian tajam sepanjang tepi cutter dikenal sebagai gigi. Hampir selalu ada satu gigi per flute, tetapi beberapa pemotong memiliki dua gigi per flute.
b. Angle Clearance, sudut yang dibuat untuk pembersihan permukaan dari geram dan garis singgung ke tepi pemotongan.
c. Primary Angle (5° s/d 9°), sudut pada gigi/ujung potong.
d. Secondary Angle (14° s/d 17°), sudut dekat dengan gigi/ujung potong. e. Hook, bagian ujung pemotong yang dibentuk untuk membantu
pembersihan dan berdekatan dengan sudut secondary
Gambar 5. Geometri Sisi Potong Endmill cutter
f. Dish Angle, sudut yang dibentuk oleh tepi pemotongan dan tegak lurus dengan sumbu pemotong. Dish angle digunakan untuk menghasilkan permukaan datar.
g. Gash Angle, sudut yang digunakan untuk menghilangkan fitur bekas sayatan pada benda kerja.
h. Helix Angle, sudut yang dibentuk oleh garis singgung heliks dan sisi potong primary. Alur pisau pemotong CNC milling hampir selalu heliks. Jika alurnya lurus, maka akan berdampak pada pemakanan material sekaligus atau serentak yang menyebabkan getaran dan mengurangi akurasi kualitas permukaan.
i. Rake Angle, sudut pemotong antara muka gigi atau bersinggungan dengan muka gigi dengan suatu titik referensi.
j. Core Diameter, diameter inti dari endmill cutter. k. Tooth Width, lebar gigi/ujung potong endmill cutter. l. Tooth Height, tinggi gigi/ujung potong endmill cutter. 5. Kekasaran
Istilah kekasaran permukaan digunakan secara luas di industri dan biasanya digunakan untuk mengukur kehalusan / kekasaran dari suatu permukaan benda. Standard Amerika B46.1-1947, mendefinisikan mengenai kekasaran permukaan.
Permukaan yang digambarkan dari konsep permukaan metrologi dan terminologi yang telah ada pada standard sebelumnya. Beberapa dibahas dan dikaji mengikuti (Brosheer,1948; Hoinmel,1988; Olivo,1987; ASME,1988).
Tekstur permukaan adalah pola dari permukaan yang menyimpang dari suatu permukaan nominal. Penyimpangan mungkin acak atau berulang yang diakibatkan oleh kekasaran, waviness, lay, dan flaws.
Kekasaran terdiri dari ketidakteraturan dari tekstur permukaan, yang pada umumnya mencakup ketidakteraturan yang diakibatkan oleh perlakuan selama proses produksi. Contoh bentuk tekstur permukaan benda kerja dapat dilihat pada Gambar 6.
Gambar 6. Tekstur Permukaan Benda Kerja (Sumber: Lou, S.M., Chen, C.J. & Li, M.C. 1999)
Jarak kekasaran (roughness width) adalah jarak yang paralel kepada permukaan yang nominal antara punggung bukit / bubungan atau puncak berurutan terhadap pola ajuan utama dari kekasaran permukaan.
Penggalan jarak kekasaran (roughness width cut off) adalah pengukuran rata-rata tingginya kekasaran yang menandakan pengaturan jarak yang terbesar dari ketidakteraturan permukaan berulang. Nilai penggalan jarak kekasaran dinilai dalam perseribu dari suatu inchi. Tabel standar untuk nilai-nilai penggalan jarak kekasaran 0.003, 0.10, 0.030, 0.100, 0.300 dan 1.000 inchi. Jika tidak ada nilai ditetapkan suatu asumsi penilaian / beban maksimum 0.030 inchi.
Waviness yaitu meliputi semua ketidakteraturan yang terjadi pada permukaan. Waviness height adalah jarak puncak tertinggi terhadap lembah. Waviness width adalah pengaturan jarak dari gelombang/lambaian berurutan mencapai puncak atau lembah gelombang/lambaian berurutan lain.
Lay adalah arah dari pola acuan permukaan utama, secara normal ditentukan oleh metode produksi.
Flaws adalah kesalahan tak disengaja tak diduga, dan gangguan tak dikehendaki di dalam topografi yang khas dari suatu permukaan benda.
Kekasaran akhir permukaan benda bisa ditetapkan dihitung dari banyak parameter berbeda. Parameter yang biasa dipakai dalam proses produksi untuk mengukur kekasaran permukaan adalah kekasaran rata-rata (Ra).
Parameter ini adalah juga dikenal sebagai perhitungan nilai kekasaran AA (arithmetic average) atau CLA (center line average). Ra yang bersifat universal dan sebagai parameter internasional kekasaran yang paling sering digunakan. Adapun persamaan matematiknya sebagai berikut:
Dimana:
Ra = Rerata perhitungan dari rata-rata garis L = Panjangnya sampling
y = Ordinat kurva profil
Gambar 5 berikut ini adalah contoh hasil pengukuran tekstur kekasaran permukaan.
Gambar 7. Hasil Pengukuran Tekstur Kekasaran Permukaan (Sumber: Lou, S.M, et al., 1999)
Pengukuran adalah suatu proses mengukur atau menilai sesuatau yang belum diketahui dengan cara membandingkan dengan acuan standar. Pengukuran pada dasarnya ada 2 metode pokok yaitu pengukuran tidak langsung dan langsung. Pengukuran tidak langsung adalah pengukuran yang menggunakan sistem kalibrasi dimana tidak digunakan standar ukuran secara langsung.
Pengukuran langsung adalah pengukuran yang dilakukan secara langsung dengan membandingkan sesuatu dengan standar.
a. Pengukuran Kekasaran Permukaan Tidak Langsung 1) Cara Meraba (Touch Inspection)
Pemeriksaaan kekasaran permukaan dapat dilakukan dengan meraba menggunakan ujungjari. Berdasarkan kepekaan dalam meraba dapat dirasakan halus kasarnya permukaan. Untuk mengetahui tingkat kehalusannya dapat dilakukan dengan membandingkan permukaan yang diperiksa dengan permukaan benda ukur (surface finish comparator). Alat pembanding kehalusan permukaan ini biasanya disusun dalam satu set yang terdiri dari beberapa lempengan terbuat dari baja dengan angka kekasaran yang berbeda - beda. Alat pembanding kekasaran permukaan ini sudah dikelompokkan menurut jenis mesin yaitu mesin bubut, frais, sekrap, dan gerinda.
Untuk membandingkan benda ukur dengan pembandingnya harus diperhatikan jenis mesin yang digunakan untuk membuat komponen tersebut. Benda ukur yang diproses dengan mesin bubut maka pembandingnya juga jenis mesin bubut. Permukaan diperiksa dengan ujung jari, kemudian dengan ujung jari yang sama meraba lempengan pembanding. Bila dirasakan ada salah satu lempengan yang tingkat kekasarannya relatif sama dengan kekasaran permukaan benda ukur maka disimpulkan bahwa kehalusan permukaan benda ukur sama dengan kekasaran permukaan pembanding.
Dengan cara yang sama, pemeriksaan kekasaran dapat juga dilakukan dengan melihat dan monggaruk permukaan benda ukur, kemudian dilanjutkan dengan melihat dan menggaruk permukaan pembanding. Dari
beberapa lempengan pembanding dipilih satu yang dirasakan sama kehalusannya dengan benda ukur.
Dari pemeriksaan kekasaran permukaan dengan meraba melihat dan menggaruk jelas terlihat beberapa kelemahan yaitu dari penentuan besarnya tingkat kehalusan secara tepat yang hanya didasarkan atas kepekaan individu.
2) Pemeriksaaan Kekasaran dengan Foto
Pemeriksaan dengan cara ini adalah mengambil gambar permukaan yang diukur, kemudian gambarnya diperbesar sesuai keperluan. Perbesaran yang diambil secara vertikal. Dengan membandingkan gambar yang sudah diperbesar maka dianalisis kehalusan permukaan benda kerja.
3) Pemeriksaan Kekasaran dengan Mikroskop
Dengan menggunakan mikroskop adalah cara yang lebih baik daripada dengan cara meraba, melihat dan menggaruk. Keterbatasan dengan cara ini adalah pembagian bagian permukaan yang sempit. Untuk itu, pemeriksaannya harus dilakukan berulang - ulang kemudian dicari harga rata rata. Pemeriksaan kehalusan permukaan dengan mikroskop ini termasuk juga cara pengukuran membandingkan, yaitu membandingkan hasil pemeriksaan dengan hasil pengamatan pembanding yang kedua - duanya dilihat dengan mikroskop.
b. Pengukuran Kekasaran Permukaan
1) Pengukuran Kehalusan Permukaan dengan Profilometer
Pemeriksaan kekasaran dengan profilometer adalah salah satu jenis pengukuran kehalusan secara langsung. Sistem kerja profilometer pada dasarnya sama dengan prinsip peralatan gramaphon Perubahan gerakan stilus sepanjang muka ukur dapat dilihat dan dibaca pada bagian amplimeter.
Gerakan stilus bisa kita lakukan dengan tangan dan bisa dengan otomatis yang dilakukan oleh motor penggeraknya. Angka yang ditunjukkan pada bagian skala adalah angka tinggi rata- rata kehalusan.
2) Pengukuran Kekasaran dengan Surftest
Mitutoyo Surftest adalah alat pengukur kehalusan permukaan logam yang ringkas dan mudah dibawa. Mesin pengukur ini mempunyai beberapa kelebihan, yaitu : (l). mudah dioperasikan, (2), murah, (3). ringkas, (4). ramah lingkungan. Bentuknya yang ringkas juga menggunakan baterai isi ulang dapat dibawa kemana - mana dengan tas khusus yang merupakan perlengkapan standar. Dengan surftest pengukuran dapat dilakukan dalam berbagai posisi baik vertikal, horizontal, atas, bawah dan lain - lain. Selain itu juga dilengkapi peralatan tambahan yang memungkinkan pengukuran dalam berbagai bentuk bagian dari logam.
Pengukuran kekasaran pada penelitian ini adalah proses pengukuran kekasaran suatu permukaan benda keria dengan cara membandingkan terhadap acuan standar atau menguji dengan peralatan khusus.
Penelitian ini menggunakan alat ukur surface roughness tester. Bekerjanya alat ini karena adanya detektor yang berupa jarum untuk meraba permukaan yang akan diukur. Jarum tersebut bergerak sepanjang ukuran yang telah ditetapkan pada saat pengaturan awal, sehingga akan didapat beberapa titik sesuai pengaturan yang diinginkan. Pendeteksian dapat dilakukan 3 parameter, Ra, Rz, dan Rmax dalam spesifikasi DIN atau ISO/JIS. Dalam metode DIN ketiga parameter dapat ditentukan dari profil kekesatan yang ditampilkan. ISO/JIS model parameter Ra dapat ditentukan dari profil kekesatan sedangkan parameter Rq dan Rmax ditentukan tidak melalui tampilan. Hasil dari pengukuran tersebut akan muncul dalam bentuk print out setelah alat ukur berhenti sejenak yang berupa grafik maupun angka. Gambar 4 adalah contoh surface roughness tester.
Gambar 8. Surface Roughness Tester
B. Penelitian yang Relevan
Penelitian yang dilakukan ini merujuk pada penelitian-penelitian yang telah dilakukan sebelumnya.
Daniel (2009) meneliti tentang optimasi parameter pemesinan proses CNC frais terhadap hasil kekasaran permukaan dan keausan pahat menggunakan metode taguchi. Dalam penelitian ini metode optimasi yang digunakan dalam penelitian adalah Metode Taguchi dan ANOVA (Analysis of Variance) digunakan untuk mengetahui karakteristik performansi dari parameter pemesinan. Dari hasil optimasi yang telah dilakukan diperoleh bahwa keausan pahat adalah 3,3 ± 0,2 µm dengan kecepatan putaran spindel 2500 rpm, kecepatan pemakanan 0,12 mm/rev, kedalaman pemotongan 1 mm, dan pendingin minyak.
Giyatno (2009) meneliti tentang optimasi parameter proses pemesinan terhadap keausan pahat dan kekasaran permukaan benda hasil proses CNC turning menggunakan metode Taguchi. Dalam penelitian ini, melalui analisis varian terhadap keausan pahat yang digunakan kecepatan pemakanan memiliki kontribusi paling tinggi terhadap keausan pahat, dan kondisi parameter pemesinan paling baik diperoleh pada kecepatan potong rendah, kecepatan makan rendah, kedalaman pemakanan rendah, dan berpendingin dromus dengan nilai prediksi keausan pahat 3±2 µm dan kekasaran permukaan eksperimen konfirmasi 7±2 µm.
Tri Ujan Nugroho (2012) meneliti tentang pengaruh kecepatan pemakanan dan waktu pemberian pendingin terhadap tingkat keausan cutter end mill HSS hasil pemesinan CNC milling pada baja ST 40. Data hasil penelitian dan
commit to user
pengujian diuraikan dengan menggunakan metode diskriptif analitis. Hasil pembahasan dengan metode ini adalah semakin besar kecepatan pemakanan dan semakin lama waktu pemberian pendingin, maka tingkat keausan cutter semakin besar. Tipe keausan cutter endmill yang terjadi yaitu keausan tepi. Keausan mulai tumbuh dengan relatif cepat, kemudian diikuti dengan pertumbuhan yang relatif lambat sampai pada langkah pemotongan terakhir. Tingkat keausan tepi cutter terkecil terjadi saat interaksi kecepatan pemakanan 0,11 mm/rev dengan waktu pemberian pendingin 10 menit yaitu sebesar 562,57 µm, sedangkan tingkat keausan tepi cutter terbesar terjadi saat interaksi kecepatan pemakanan 0,15 mm/rev dengan waktu pemberian pendingin 20 menit yaitu sebesar 958,65µm. Penelitian ini menunjukkan bahwa interaksi antara variasi kecepatan pemakanan dengan variasi waktu pemberian pendingin mempunyai pengaruh tertentu terhadap tingkat keausan cutter endmill HSS hasil pemesinan CNC milling pada baja ST 40.
Dhiah Purbosari (2012) meneliti tentang karakterisasi tingkat kekasaran permukaan baja ST 40 hasil pemesinan CNC milling ZK 7040 efek dari kecepatan pemakanan (feed rate) dan awal waktu pemberian pendingin. Metode penelitian ini menggunakan metode deskriptif analitis dengan variabel bebasnya feed rate dan awal waktu pemberian pendingin,variabel terikatnya tingkat kekasaran permukaan baja ST 40. Hasil penelitian pada feed rate 0,11mm/rev, 0,13mm/rev dan 0,15mm/rev menunjukkan bahwa semakin tinggi feed rate yang digunakan menghasilkan tingkat kekasaran benda kerja semakin kasar. Pada awal waktu pemberian pendingin 10 menit, 15 menit dan, 20 menit menunjukan bahwa semakin lama awal waktu pemberian pendingin yang digunakan dalam proses pemesinan CNC Milling ZK 7040 pada baja ST 40, akan menghasilkan tingkat kekasaran benda kerja semakin kasar. Penelitian ini menghasilkan variasi tingkat kekasaran permukaan antara N6 sampai dengan N8. Tingkat kekasaran benda kerja hasil pemesinan CNC Milling ZK 7040 pada baja ST 40 yang paling kecil pada kondisi sebelum awal pemberian pendingin pada feed rate 0,11 mm/rev dan awal waktu pemberian pendingin 10 menit yaitu sebesar 1,616 µm, sedangkan tingkat kekasaran paling besar terjadi pada feed rate 0,15 mm/rev dan awal waktu
pemberian pendingin 20 menit yaitu sebesar 3,603 µm. Tingkat kekasaran benda kerja hasil pemesinan CNC Milling ZK 7040 pada baja ST 40 yang paling kecil pada kondisi setelah waktu pemberian pendingin pada proses pemesinan CNC milling ZK 7040 terjadi pada feed rate0,11 mm/rev dan awal waktu pemberian pendingin setelah 10 menit yaitusebesar 1,855 µm sedangkan tingkat kekasaran paling besar terjadi pada feed rate0,15 mm/rev dan awal waktu pemberian pendingin setelah 20 menit yaitu sebesar5,782 µm.
Wen-Hsiang Lai (2000) meneliti tentang model kekuatan potong pada operasi end mill. Hasil penelitian ini adalah pengaruh yang paling signifikan terhadap kekuatan adalah ketebalan chip (Tc). Radius dinamis yang disebabkan oleh lari keluar cutter dan kemiringan merupakan titik kunci untuk mempengaruhi ketebalan chip. Pengaruh pemakanan per flute pada kekuatan pemesinan terlihat ketika feedrate meningkat, ketebalan chip seketika juga meningkat, dan kekuatan juga meningkat. Kedalaman radial dan aksial memotong mempengaruhi lebar dan panjang bidang kontak masing-masing. Artinya, ketika kedalaman radial dan aksial memotong meningkat, bidang kontak meningkat, dan kekuatan menjadi lebih besar. Ketika depth of cut meningkat, kekuatan juga meningkat. Selanjutnya, kekuatan X diukur berubah dari nilai-nilai negatif ke nilai positif ketika kedalaman radial potong berubah dari 25% menjadi 75%.
Yong-hyun kim, sung-lim ko (2002) meneliti tentang pengembangan desain dan teknologi manufaktur untuk end mills pada proses pemesinan baja liat. Hasil penelitian ini adalah (1) program simulasi untuk flute heliks grinding dikembangkan dan diterapkan pada desain dan pembuatan mill end dengan memprediksi konfigurasi potong lintang. (2) rake angle yang optimal dan ditentukan sudut clearance, mengingat perubahan dalam permukaan yang salah dalam uji kinerja sesuai dengan perubahan dalam geometri. (3) seluruh proses untuk desain dan pembuatan end mill dengan kinerja pemotongan tinggi disarankan berdasarkan program simulasi flute heliks grinding
Kivanc & Budak (2004) pemodelan struktural end mill untuk kesalahan bentuk dan bentuk analisis stabilitas. Hasil penelitian ini adalah sifat dinamis dan statis dari milling yang sangat penting untuk presisi mesin dan stabilitas
pemotongan. Metode analisis eksperimen yang digunakan untuk menentukan karakteristik ini. Hasil eksperimenini tidak memberikan informasi yang akurat terutama untuk dinamika dan stabilitas pemotongan. Metode eksperimental, di sisi lain, memakan waktu jumlah kemungkinan kombinasi pemegang tool dan tool, geometri alat dan material dalam pengaturan industri. Model analisis yang disajikan dalam karya ini menghilangkan kebutuhan untuk pengukuran fungsi transfer untuk setiap perakitan alat. Model mempertimbangkan geometri kompleks flute dalam pengembangan properti pemotongan melintang. Endmills memiliki flute dan bagian unfluted, yang semakin mempersulit geometri mereka. Karakteristik ini tersegmentasi juga telah dipertimbangkan dalam pemodelan statis dan dinamis. RCSA model telah digunakan untuk menggabungkan dinamika diukur dari pemegang alat / spindel dan mode akhir analitis ditentukan mill. Prediksi baik statis dan dinamis yang dibuktikan sangat akurat. Pendekatan yang disajikan di sini sangat berguna untuk implementasi dalam sistem mesin virtual di mana kesalahan bentuk dan batas stabilitas untuk aplikasi milling dapat ditentukan secara otomatis.
Lou, Chen, dan Li (1999) meneliti tentang teknik perkiraan kekasaran permukaan pada CNC milling. Hasil penelitian ini adalah Kekasaran permukaan (Ra) dapat diprediksi secara efektif oleh menerapkan kecepatan spindle, kecepatan pemakanan, kedalaman potong, dan interaksi dalam beberapa model regresi. Model regresi bisa memprediksi permukaan kekasaran (Ra) dengan rata-rata penyimpangan 9,71% atau 90,29% akurasi dari pelatihan kumpulan data. Model regresi bisa memprediksi permukaan kekasaran (Ra) dari data pengujian ditetapkan yang tidak termasuk dalam analisis regresi berganda dengan persentase rata- rata penyimpangan 9,97% atau akurasi 90,03%. Laju pemakanan adalah yang paling signifikan sebagai parameter pemesinan yang digunakan untuk memprediksi kekasaran permukaan dalam model regresi berganda.
Dari penelitian-penelitian di atas, variabel yang menyebabkan kekasaran permukaan adalah penggunaan variasi parameter pemesinan, jenis perlakuan pemesinan yang kurang optimal dan geometri pahat. Oleh karena itu, penelitian ini mengambil variabel geometri pahat yang berupa sudut penyayatan dan jumlah
mata sayat endmill cutter mengetahui kondisi paling optimal terhadap tingkat kekasaran permukaan.
C. Kerangka Pemikiran
Tingkat kekasaran dari suatu benda hasil pengerjaan pada mesin-mesin perkakas merupakan syarat mutlak yang harus diperhitungkan sebagai upaya bagi perusaan atau bengkel dalam meningkatkan kualitas produknya. Selain itu, diperlukan cara agar mesin perkakas tersebut mampu menghasilkan produk dengan jumlah banyak dalam waktu yang singkat, sehingga biaya produksi dapat ditekan serendah-serendahnya.
Tingkat kekasaran produk dari mesin CNC milling dapat ditentukan oleh sudut penyayatan dan jumlah mata sayat endmill cutter. Pada penelitian ini digunakan benda kerja dari bahan baja ST 40.
Untuk mengetahui secara pasti ada tidaknya pengaruh variasi sudut penyayatan dan jumlah mata sayat endmill cutter terhadap tingkat kekasaran permukaan benda kerja hasil proses milling permukaan CNC milling pada baja ST 40, maka dilakukan pengn datar dengan mesin ukuran tingkat kehalusan dengan surface roughness tester.
Dari tinjauan pustaka yang telah dipaparkan, bisa ditarik kesimpulan diduga ada pengaruh sudut penyayatan dan jumlah mata sayat endmill cutter terhadap tingkat kekasaran hasil proses pemesinan.
Untuk lebih jelasnya, kerangka pemikiran ini dapat digambarkan dalam paradigma berikut:
Gambar 9. Kerangka Pemikiran Dimana:
A = Variasi sudut penyayatan endmill cutter B = Variasi jumlah mata sayat endmill cutter X = Tingkat kekasaran (mikrometer)
D. Hipotesis
Berdasarkan kajian teori dan kerangka pemikiran, maka dapat dirumuskan hipotesis sebagai berikut :
1. Ada pengaruh sudut penyayatan endmill cutter terhadap tingkat kekasaran hasil proses pemesinan CNC milling Tosuro Kontrol GSK 983 Ma-H baja ST 40.
2. Ada pengaruh jumlah mata sayat endmill cutter terhadap tingkat kekasaran hasil proses pemesinan CNC milling Tosuro Kontrol GSK 983 Ma-H baja ST 40.
3. Perpaduan antara sudut penyayatan dan jumlah mata sayat endmill cutter tertentu menghasilkan tingkat kekasaran yang paling kecil.
31
BAB III
METODOLOGI PENELITIAN
A. Tempat dan Waktu Penelitian 1. Tempat Penelitian
Penelitian ini dilaksanakan di:
a. Laboratorium Praktek Pemesinan, SMK Warga Surakarta untuk proses pembentukan benda uji dan pelaksanaan proses pemesinan.
b. Laboratorium Bahan Teknik Program Diploma Teknik Mesin Sekolah Vokasi Universitas Gadjah Mada untuk proses pengujian tingkat kekasaran.
2. Waktu Penelitian
Penelitian ini dilaksanakan pada Bulan Agustus 2012 s/d Januari 2013. Adapun jadwal penelitian adalah sebagai berikut :
1. Seminar proposal penelitian pada tanggal 7 Agustus 2012 2. Revisi proposal penelitian pada tanggal 8 s/d 15 Agustus 2012
3. Perijinan proposal penelitian pada tanggal 18 Agustus s/d 28 September 2012
4. Pelaksanaan penelitian pada tanggal 29 September s/d 20 Oktober 2012 5. Penulisan laporan penelitian pada tanggal 20 Oktober 2012 s/d 10 Januari
2013
B. Metode Penelitian
Pada penelitian ini, metode yang digunakan adalah metode eksperimen. Penelitian eksperimen adalah penelitian yang dilahirkan dengan mengadakan menipulasi obyek penelitian serta adanya kontrol. Menurut Suharsimi Arikunto (1996) Metode eksperimen adalah suatu cara mencari hubungan sebab akibat (hubungan kausial) antara dua faktor yang sengaja ditimbulkan oleh peneliti dengan menyisihkan faktor - faktor yang lain yang bisa mengganggu penelitian. Metode eksperimen yang digunakan adalah metode eksperimen desain acak sempurna model tetap eksperimen faktorial. Desain acak sempurna adalah
