TUGAS SARJANA
PROSES PEMOTONGAN LOGAM
ANALISA GAYA, DAYA, DAN ENERGI
PEMOTONGAN SPESIFIK SERTA KONDISI
PEMOTONGAN MODERAT PADA PEMESINAN
KERING (BAJA KARBON AISI 1045 - PAHAT
KARBIDA TAK BERLAPIS, WC + 6 % Co, TIPE K)
Oleh :
SUPRIADI
NIM : 03 0401 020DEPARTEMEN TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur saya ucapkan kehadirat Allah SWT atas rahmat dan hidayahnya-Nya, penulis dapat menyelesaikan tugas akhir ini tepat pada waktunya.
Penelitian yang berjudul “Analisa Gaya, Daya, Dan Energi Pemotongan
Spesifik Serta Kondisi Pemotongan Moderat Pada Pemesinan Kering (Baja
Karbon AISI 1045 - Pahat Karbida Tak Berlapis, WC + 6 %Co, Tipe K)”
ini dimaksudkan sebagai salah satu syarat untuk menyelesaikan pendidikan sarjana Teknik Mesin Program Regular Departemen Teknik Mesin-Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara.
Selama penulisan laporan ini, penulis banyak mendapat bimbingan dan bantuan dari banyak pihak. Oleh karena itu dalam kesempatan ini penulis ingin menyampaikan ucapan terima kasih kepada :
1. Orang tuaku yang telah banyak memberikan perhatian, doa, nasehat dan dukungan baik moril maupun materil, juga buat adik, dan kakakku
2. Bapak Dr. Ir. Armansyah Ginting, M.Eng selaku dosen pembimbing tugas sarjana ini yang telah banyak membantu menyumbang pikiran dan meluangkan waktunya dalam memberikan bimbingan dalam menyelesaikan tugas sarjana ini.
3. Bapak Dr.Ing-Ir.Ikhwansyah Isranuri selaku Ketua Departemen Teknik Mesin Universitas Sumatera Utara.
4. Bapak Tulus Burhanuddin S, ST.MT selaku Sekretaris Departemen Teknik Mesin Universitas Sumatera Utara.
5. Seluruh anggota tim dalam penelitian ini (Zaldi, Yudhi, bang Nouval, H. Irfandi, Yuki, Juanda, Yetno, Hanafi dan Salman) yang telah banyak membantu dalam penyelesaian Tugas akhir ini.
6. Seluruh staf pengajar dan pegawai administrasi Jurusan Teknik Mesin di Universitas Sumatera Utara, Kak Ismawati, Kak Sonta, Bang Syawal, Bang Nyono, Bang Fauzi, Bang Atin, Bang Rustam dan Bang Marlon yang telah banyak membantu dan memberikan ilmu selama perkuliahan. 7. Pak Sutiman selaku kepala bidang pemesinan BBLKI (Balai Besar Latihan
Kerja Indonesia) tempat melakukan pengujian, yang telah memberi banyak masukkan dan bimbingan yang sangat bermanfaat bagi kesempurnaan penelitian yang kami lakukan.
Penulis menyadari sepenuhnya bahwa tugas sarjana ini masih jauh dari sempurna, karena banyak keterbatasan pengetahuan, pengalaman dan referensi. Untuk itu diperlukan saran dan kritik yang sifatnya membangun untuk kesempurnaan tugas sarjana ini. Semoga tugas sarjana ini bermanfaat dan berguna bagi semua pihak.
Medan, 18 Januari 2008 Penulis
SUPRIADI
DAFTAR ISI
KATA PENGANTAR ... i
DAFTAR ISI ... iii
DAFTAR TABEL ...vi
DAFTAR GAMBAR ...viii
DAFTAR NOTASI ... x BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang ... 1 1.2 Tujuan Penelitian ... 3 1.3 Manfaat Penelitian ... 3 1.4 Batasan Masalah ……….4 1.5 Sistematika Penulisan ... 4
BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Operasi Pembubutan ... 4
2.1.1 Lima Elemen Dasar Pemesinan ... 6
2.1.2 Aplikasi Pada Operasi Pembubutan ... 7
2.1.3 Mekanisme Pembentukkan Geram ... 10
2.1.4 Komponen Gaya dan Kecepatan Pemotongan Orthogonal ... 11
2.1.6 Kondisi Pemotongan Moderat ... 18
2.2 Bahan Pahat ... 19
2.2.1 Bahan Pahat Komersial ... 19
2.2.2 Bahan Pahat Karbida ... 20
2.2.3 Pahat Karbida Pada Operasi Pembubutan ... 22
2.3 Bahan material ... 25
2.3.1 Bahan Logam (Ferrous Metal) ... 25
2.3.2 Bahan Bukan Logam (Non Ferrous Metal) ... 26
2.4 Pemesinan Kering ... 27
2.4.1 Defenisi ... 27
2.4.2 Perkembangan Pemesinan Kering ... 29
BAB III METODOLOGI PENELITIAN 3.1 Bahan Dan Alat...32
3.1.1 Bahan ...32
1. Baja Karbon AISI 1045...32
2. Pahat Karbida Tak Berlapis...33
3.1.2 alat ...35
3.2 Metode Penelitian...38
BAB IV DATA DAN ANALISA 4.1 Data Hasil Pengujian ... 41
4.2 Komponen Gaya Dan Kecepatan Pembentukan Geram ... 46
4.4 Daerah Pemesinan Moderat ... 59
BAB V PROPOSAL HUBUNGAN ANTARA BEBAN GERAM DENGAN GAYA , DAYA DAN ENERGI PEMOTONGAN SPESIFIK 5.1 Pendahuluan ... 64
5.2 Metode Pengolahan Data ... 66
5.3 Beban Geram ... 68
5.3.1 Hubungan Beban Geram Dengan Gaya Pemotongan ... 70
5.3.2 Hubungan Beban Geram Dengan Daya Pemesinan... 80
5.3.3 Hubungan Beban Geram Dengan Energi P. Spesifik ... 84
5.4 Hubungan Beban Geram Dengan Komponen Gaya Pemotongan ... 90
5.4.1 Hubungan Beban Geram Dengan Gaya Potong ... 91
5.4.2 Hubungan Beban Geram Dengan Gaya Makan... 92
5.4.3 Hubungan Beban Geram Dengan Gaya Pemotongan ... 93
5.5 Hubungan Beban Geram Dengan Komponen Daya Pemesinan ... 96
5.5.1 Hubungan Beban Geram Dengan Daya Potong ... 96
5.5.2 Hubungan Beban Geram Dengan Daya Makan... 97
5.5.3 Hubungan Beban Geram Dengan Daya Hilang ... 98
5.5.4 Hubungan Beban Geram Dengan Daya Pemesinan... 99
BAB VI KESIMPULAN DAN SARAN 6.1 Kesimpulan ... 102
6.2 Saran ... 105
DAFTAR PUSTAKA ... 107
DAFTAR TABEL
Tabel 3.1 Komposisi kimia dari Baja karbon AISI 1045 32
Tabel 3.2. Sifat-sifat mekanis dari Baja karbon AISI 1045 32
Tabel 3.3 Geometri pahat karbida 34
Tabel 3.4 Data Teknis Mesin bubut Jhung Metal Machinery Co 36
Tabel 3.5 Bentuk tabel data yang dihasilkan dari pengujian. 40
Tabel 4.1 Data-data hasil pengujian 41
Tabel 4.2 Data pemesinan kondisi 1 41
Tabel 4.3 Data pemesinan kondisi 2 43
Tabel 4.4 Data pemesinan kondisi 4 45
Tabel 4.5 Hasil perhitungan komponen gaya p. geram , f = 0.24 mm/rev 50
Tabel 4.5 Hasil perhitungan komponen gaya p. geram , f = 0.17 mm/rev 51
Tabel 4.7 Perhitungan daya dan efisiensi permesinan untuk karbida tak berlapis (WC + 6% Co) 54
Tabel 5.1 Hubungan antara beban geram (chip load) , dengan gaya (F), daya (N) dan energi pemotongan spesifik 68
Tabel 5.2 Analisa hubungan antara beban geram dengan gaya pemotongan untuk f = 0,24 mm/rev 70
Tabel 5.3 Jumlah kuadrat sisa tebakan awal a0 =2293,07643 dan 162993252 , 0 1 =− a 72
Tabel 5.4 Jumlah kuadrat sisa tebakan baru a0 =2317.48803 dan 165761152 . 0 1 =− a 74 Tabel 5.5 Data hasil pengujian komponen gaya untuk gerak makan
f = 0,24 mm/rev 91 Tabel 5.6 Datahasil pengujian hubungan beban geram dengan komponen
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Proses bubut 8
Gambar 2.2 Teori modern yang menerangkan terjadinya geram 11
Gambar 2.3 Lingkaran Merchant’s 12
Gambar 2.4 Kecepatan geser vs yang ditentukan oleh kecepatan geram vc
dan kecepatan potong v 14 Gambar 3.1 Gambar geometri benda kerja 34 Gambar 3.2 Gambar benda kerja 34 Gambar 3.3 Mata pahat karbida dan lapisannya 35 Gambar 3.4 Mesin bubut Jhung Metal Machinery Co 36 Gambar 3.5 Benda kerja terpasang pada mesin 37
Gambar 3.6 Mikroskop VB 38
Gambar 3.7 Centering 38
Gambar 3.8 Jangka sorong 39 Gambar 3.9 Pemegang mata pahat (Tool holder) 39 Gambar 3.10 Diagram alir penelitian 41
Gambar 4.1. Daerah pemotongan moderat pada pemesinan baja karbon dengan menggunakan pahat karbida tak berlapis (WC + 6% Co, tipe K 62
Gambar 4.2. Daerah pemotongan moderat pada pemesinan baja karbon dengan menggunakan pahat karbida berlapis (WC-TiC-TaC-Co, tipe P) 65
Gambar 5.1 Pengaruh kecepatan potong v dan gerak makan f terhadap
rasio pemampatan geram λh 66
Gambar 5.2 Grafik hubungan Beban Geram dengan Gaya Pemotongan 79 Gambar 5.3 Grafik hubungan Beban Geram dengan Gaya potong untuk
beberapa nilai gerak makan f 80 Gambar 5.4 Grafik hubungan Beban Geram dengan Daya Pemesinan 84 Gambar 5.5 Grafik hubungan Beban Geram dengan Daya Pemesinan untuk
beberapa nilai gerak makan f 85
Gambar 5.6 Grafik hubungan Beban Geram dengan Energi pemotongan
spesifik 89
Gambar 5.7 Grafik hubungan Beban Geram dengan Energi pemotongan spesifik untuk beberapa nilai gerak makan f. 91 Gambar 5.8 Hubungan antara Beban geram dengan komponen Gaya pemesinan untuk gerak makan f = 0,24 mm/rev. 97 Gambar 5.9 Hubungan antara Beban geram dengan komponen Daya pemesinan untuk gerak makan f = 0,24 mm/rev. 103
DAFTAR NOTASI
Lambang Besaran Satuan
a : Kedalaman potong (depth of cut) mm
A : Penampang geram sebelum terpotong mm2
Ashi : Penampang bidang geser mm2
Aγ : Bidang pada pahat dimana geram mengalir (face) mm2
b : Lebar pemotongan (width of cut) mm
Ck : Faktor koreksi terhadap sudut potong Kr
Cv : Faktor koreksi terhadap kecepatan potong Cv
Cvb : Faktor koreksi terhadap keausan tepi VB γ
C : Faktor koreksi terhadap sudut geram γ0
d : Diameter rata-rata mm
dm : Diameter akhir mm
do : Diameter mula mm
E : Modulus elastisitas (modulus of elasticity) Gpa
Esp : Energi pemotongan spesifik J/cm3
f : Gerak makan mm/rev F : Gaya total yang bekerja pada pemotongan logam N
Ff : Gaya makan searah dengan kecepatan makan N
Fs : Gaya geser yang bekerja pada pemotongan logam N
Fsn : Gaya normal pada bidang geser pada pemotongan logam N
γ
F : Gaya gesek pada bidang geram N
n
Fγ : Gaya normal pada bidang geram N
Fp : Gaya radial N
G : Modulus elastisitas geser (shear modulus) GPa h : Tebal geram sebelum terpotong mm
hc : Tebal geram setelah terpotong mm
Kr : Sudut potong utama ( o)
Ks : Gaya potong spesifik N/mm2
Ks1,1 : Gaya potong spesifik referensi N/mm2
Lt : Panjang pemesinan mm
n : Putaran poros utama rpm
Nc : Daya potong kW
Nct : Daya pemotongan total kW
Nf : Daya makan kW
Nmc : Daya pemesinan kW
NmL : Daya yang hilang kW
Nmn : Daya nominal kW
Nmo : Daya idle kW
Nmr : Daya tersedia kW
rc : Radius ujung pahat mm
Sr : Jumlah kuadrat sisa
c
t : Waktu pemotongan min v : Kecepatan potong (cutting speed) m/min
vf : Kecepatan makan m/min
vs : Kecepatan geser pada daerah deformasi utama m/s
v.f : Beban geram (chip load) m2/rpm
VB : Panjang keausan tepi mm
z : Pangkat tebal geram, rata-rata bernilai 0,2
Z : Kecepatan penghasilan geram mm3/min
γo : Sudut geram ( o)
η : Besar sudut gesek ( o)
ηl : Prosentase beban (%)
ηm : Efisiensi mekanis
ηct : Efisiensi pemesinan
λh : Rasio pemampatan tebal geram
λs : Sudut miring ( o)
σ : Standar deviasi
σu : Tegangan tarik (Ultimate tensile strength) Mpa
σy : Tegangan geser (Tensile yield strength) Mpa τshi : Tegangan geser pada bidang geser N/mm2
BAB I PENDAHULUAN
1.1Latar Belakang
Sejak awal proses pemesinan, operasi pemesinan yang berlangsung menggunakan cairan pemotongan adalah lazim dilakukan, hal ini disebut dengan operasi pemesinan basah. Untuk operasi pembubutan, tak kurang dari 20 l/menit cairan pemotongan harus dialirkan pada kawasan pemotongan, yaitu kawasan atau zona dimana terjadi proses pembentukan geram (Chip formation), Kalpajian (1995).
Klocke dan Eisen blatter (1997), melaporkan bahwa tak kurang dari 750.000 galon cairan pemotongan bekas (cairan pemotongan yang sudah habis masa pakai) tercatat sebagai limbah dari industri pemotongan logam di Jerman. Jika hal ini dihubungkan dengan sejumlah negara-negara industri logam di dunia seperti Amerika, Jepang, Inggris, dan lainnya, maka jutaan galon cairan pemotongan bekas akan menjadi limbah. Limbah-limbah ini biasanya akan disimpan di dalam kontainer sebelum ditanam. Jika hal ini berkelanjutan, maka lingkungan akan terganggu dan ini bukan merupakan jalan keluar terbaik.
Dalam publikasinya, Strejith dan Ngoi (2000) ada mengutip dari hasil para pakar pemesinan, yang merekomendasikan harus dilakukan dengan pemesinan kering. Pemesinan kering didefenisikan sebagai operasi pemesinan yang masih boleh menggunakan cairan pemotongan untuk voume yang sangat terbatas, yaitu 50 ml/jam. Namun solusi yang paling baik adalah jika operasi pemesinan dilakukan tanpa cairan pemotongan sama sekali.
Sebagaimana paparan di atas, bahwa lazimnya operasi pemesinan dilakukan dengan pemesinan basah sehinggga karakteristik pemesinan basah sudah dikenal baik selama ini. Berbeda dengan pemesinan basah, dimana informasi mengenai karakteristik pemesinan kering belum banyak dilaporkan bahkan masih banyak yang meragukan, apakah pemesinan kering dapat dilakukan.
Diantara banyak parameter-parameter yang digunakan, untuk mengkarakterisasikan proses pemesinan, maka ada beberapa parameter yang paling signifikan, diantaranya gaya pembentuk geram F, daya N dan efisiensi pemotongan η serta energi pemotongan spesifik Esp.
Disamping itu, perlu mengetahui pula kondisi pemotongan moderat sehingga diketahui efisiensi kesesuaian antara material benda kerja dan pahat yang digunakan. Baja karbon dan karbida adalah material benda kerja dan bahan pahat standar pada operasi pemotongan logam. Hal ini disebabkan oleh banyaknya produk-produk industri logam yang dibuat dari baja karbon dan dimesin dengan pahat karbida. Sebagai contoh, Harahap (2007) melaporkan bahwa industri pemotongan logam di Sumatera Utara atau Usaha Kecil Menengah (UKM) paling banyak menggunakan baja karbon sebagai bahan benda kerja, manakala pahat HSS yang masih banyak digunakan pada industri logam di Sumatera Utara disarankan beliau menggunakan pahat karbida sebagaimana hasil penelitian beliau.
Beliau juga sudah melakukan pemesinan kering baja karbon dengan menggunakan pahat Karbida dan melaporkan kondisi optimum yang dapat dilakukan pada proses pembubutan. Namun demikian, laporan beliau lebih kepada
kondisi pemotongan optimum jika karakteristik pemesinan kering sebagaimana paparan di atas belum dilaporkan.
Dari paparan di atas, maka dirasa perlu untuk mempelajari karakteristik pemesinan kering baja karbon menggunakan pahat karbida, agar didapat informasi mengenai pemesinan kering secara luas dan informatif sehingga pemesinan kering dapat dilakukan dan lingkungan dapat diselamatkan.
1.2 Tujuan
Tujuan dari penelitian ini adalah mengetahui karakteristik pemesinan baja karbon AISI 1045 yang meliputi hubungan beban geram terhadap gaya, dan daya pemesinan serta komponennya dan energi pemotongan spesifik pada pemesinan kering orthogonal menggunakan pahat karbida tak berlapis. Selain itu, juga menyelidiki daerah pemotongan moderat dari kondisi pemesinan di atas bagi mengetahui efisiensi kesesuaian benda kerja dengan jenis pahat yang digunakan.
1.3 Manfaat
Manfaat yang diharapkan dari penelitian ini adalah 1. Untuk Akademis,
dapat memberikan informasi mengenai karakteristik pemesinan baja karbon AISI 1045 pada pemesinan kering orthogonal dengan menggunakan pahat karbida tak berlapis untuk meningkatkan kemampumesinan bahan baja karbon AISI 1045.
dapat dijadikan pertimbangan untuk merencanakan kondisi pemesinan yang optimum sehingga diharapkan dapat meningkatkan produktivitas. 3. Untuk lingkungan,
diharapkan pemesinan kering dapat menjadi solusi pilihan dalam merencanakan pemesinan optimum tanpa mengabaikan kelestarian lingkungan.
1.4 Batasan masalah
1. Bahan benda kerja yang digunakan adalah baja karbon rendah AISI 1045. Dengan kondisi awal tanpa pengerjaan pendahuluan, yaitu bahan yang biasa digunakan dalam industri manufaktur (bukan dalam keadaan ideal).
2. Pahat yang digunakan adalah pahat karbida tak berlapis (WC + 6% Co,
Cast iron cutting grade, tipe K).
1.5 Sistematika penulisan
Tugas sarjana ini disajikan dalam beberapa bab dengan tujuan untuk memudahkan pemaparan masalah dan membentuk alur pembahasan analisa yang mudah dipahami.
BAB I merupakan uraian singkat mengenai latar belakang, tujuan, manfaat, batasan masalah, dan sistematika penulisan.
BAB II menjelaskan tinjauan pustaka yang akan memberikan informasi mengenai lima elemen dasar permesinan, pemotongan orthogonal, sifat dan
ketermesinan dari bahan logam dan non logam, jenis material pahat, serta pemesinan kering dan perkembangannya.
BAB III menjelaskan pengumpulan data, metodologi penelitian, peralatan dan bahan yang digunakan, proses pengerjaan yang dilakukan, serta faktor-faktor penting lainnya yang menunjang penelitian ini.
BAB IV menjelaskan analisa data mengenai karakteristik pemesinan material yang meliputi komponen gaya pembentuk geram, daya dan efisiensi pemotongan, energi pemotongan spesifik, dan kondisi pemesinan moderat.
BAB V menampilkan proposal hubungan antara beban geram (Chipload) dengan gaya dan daya pemesinan serta energi pemotongan spesifik. Pada bab ini akan ditunjukkan hubungan dari parameter-parameter di atas dalam bentuk grafik tiga dimensi dengan beban geram sebagai sumbu x dan variable pemesinan lainnya seperti gaya, dan daya pemesinan serta energi pemotongan spesifik sebagai sumbu y.
BAB VI merupakan kesimpulan dan saran dari semua uraian pembahasan dalam tugas sarjana ini.
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Operasi Pembubutan
2.1.1 Lima Elemen Dasar Pemesinan
Berdasarkan gambar teknik, dimana dinyatakan spesifikasi geometrik suatu produk komponen mesin, salah satu atau beberapa jenis pemesinan seperti proses bubut, proses gurdi dan lain-lain harus dipilih sebagai suatu proses atau urutan proses yang digunakan untuk membuatnya. Bagi suatu tingkatan proses, ukuran objektif ditentukan dan pahat harus membuang sebagian material benda kerja sampai ukuran objektif itu dicapai. Hal ini dapat dilaksanakan dengan cara menentukan penampang geram (sebelum terpotong). Selain itu, setelah berbagai aspek teknologi ditinjau, kecepatan pembuangan geram dapat dipilih supaya waktu pemotongan sesuai dengan yang dikehendaki. Pekerjaan ini akan ditemui dalam setiap perencanaan proses pemesinan. Untuk itu perlu dipahami lima elemen dasar proses pemesinan yaitu : (lit. 4, hal : 13)
1. Kecepatan potong (cutting speed) : v (m/min) 2. Kecepatan makan (feeding speed) : vf (mm/min) 3. Kedalaman potong (depth of cut) : a (mm) 4. Waktu pemotongan (cutting time) : tc (min)
5. Kadar pembuangan material
Elemen proses pemesinan tersebut (v, vf, a, tc, Z) dihitung berdasarkan
dimensi benda kerja dan pahat serta besaran dari mesin perkakas. Oleh sebab itu, rumus yang dipakai dalam setiap proses pemesinan bisa berlainan. Karena dalam penelitian ini penulis menggunakan mesin bubut (turning) maka yang akan dibahas dalam bab ini hanya mengenai elemen dasar proses pemesinan dari mesin bubut (turning).
2.1.2 Aplikasi Pada Operasi Pembubutan
Elemen dasar dari proses bubut (turning) dapat diketahui atau dihitung dengan menggunakan rumus yang dapat diturunkan dengan memperhatikan Gambar 2.1. Kondisi pemotongan ditentukan sebagai berikut :
Benda Kerja : d0 : diameter awal ; mm
dm : diameter luar ; mm
lt : panjang pemesinan ; mm
Pahat : κr : sudut potong utama ; o γ0 : sudut geram ; o
Mesin Bubut : a : kedalaman potong ; mm
= (d0 - dm )/2 ; mm ...…………... 2.1
f : gerak makan ; mm/rev
Gambar 2.1 Proses Bubut (Sumber : Rochim 1993)
Dari Gambar 2.1 terlihat bahwa proses bubut tersebut menggunakan suatu proses pemotongan miring (oblique cutting) yaitu suatu sistem pemotongan dengan gerakan relatif antara pahat dan benda kerja membentuk sudut potong utama κr kurang dari 90º. Kecepatan makan vf dihasilkan oleh pergerakan dari
pahat ke benda kerja.
Elemen dasar dapat dihitung dengan rumus-rumus berikut :
1. Kecepatan Potong v = 1000 n . d . π ; m/min ...…………... 2.2 dimana,
v : kecepatan potong ; m/min d : diameter rata-rata
d = (d0 + dm) /2 ≈ d0 ; mm, ………... 2.3 n : putaran poros utama ; rpm
Kecepatan potong maksimal yang diizinkan tergantung pada :
1. Bahan benda kerja : makin tinggi kekuatan bahan, makin rendah kecepatan potong.
2. Bahan pahat : pahat karbida memungkinkan kecepatan yang lebih tinggi dari pada pahat HSS.
3. Besar asutan : makin besar gerak makan, makin rendah kecepatan potong.
4. Kedalaman potong : makin besar kedalaman potong, makin rendah kecepatan potong.
2. Kecepatan Pemakanan
vf = f . n ; mm/min ...…………... 2.4 dimana,
vf : kecepatan makan ; mm/min f : gerak makan ; mm/rev
n : putaran poros utama (benda kerja) ; rpm
3. Waktu Pemotongan
tc = lt / vf ; min ………... 2.5
dimana,
tc : waktu pemotongan ; min
lt : panjang pemesinan ; mm
vf: kecepatan makan ; mm/min 4. Kecepatan Penghasilan Geram
dimana, penampang geram sebelum terpotong A = f . a ; mm2 maka
Z = f . a . v ...….………... 2.7 dimana,
Z : kecepatan penghasilan geram ; cm3 / min f : gerak makan ; mm/rev
a : kedalaman potong ; mm
Pada Gambar 2.1 diperlihatkan sudut potong utama (κr, principal cutting edge angle) yaitu merupakan sudut antara mata potong mayor dengan kecepatan makan vf. Untuk harga a dan f yang tetap maka sudut ini menentukan besarnya
lebar pemotongan. (b, widh of cut) dan tebal geram sebelum terpotong (h,
underformed chip thicknes) sebagai berikut: a. Lebar pemotongan :
b = a / sin κr ; mm ...………...… 2.8
b. Tebal geram sebelum terpotong :
h = f sin Kr ; mm ...………... 2.9
Dengan demikian penampang geram sebelum terpotong dapat dituliskan sebagai berikut :
A = f . a = b . h ; mm2 ...………... 2.10 Perlu dicatat bahwa tebal geram sebelum terpotong (h) belum tentu sama dengan tebal geram (hc, chip thicknes) dan hal ini antara lain dipengaruhi oleh sudut geram, kecepatan potong dan material benda kerja.
2.1.3 Mekanisme Pembentukan Geram
Logam yang pada umumnya bersifat ulet (ductile) apabila mendapat tekanan akan timbul tegangan (stress) di daerah sekitar konsentrasi gaya penekanan mata potong pahat. Tegangan pada logam (benda kerja) tersebut mempunyai orientasi yang kompleks dan pada salah satu arah akan terjadi tegangan geser (shearing stress) yang maksimum. Apabila tegangan geser ini melebihi kekuatan logam akan terjadi deformasi plastik (perubahan bentuk) yang menggeser dan memutuskan benda kerja diujung pahat pada suatu bidang geser (shear plane). Ilustrasi mengenai mekanisme pembentukan geram ditunjukkan pada gambar 2.2.
Gambar 2.2 Teori modern (yang dianut) yang menerangkan terjadinya geram
2.1.4 Komponen Gaya Dan Kecepatan Pemotongan Orthogonal
Suatu analisa mekanisme pemotongan orthogonal yang dikemukakan oleh Merchant mendasarkan teorinya sebagai suatu sistem yang dipandang sebagai sebuah bidang dan diuraikan menjadi dua buah gaya yang saling tegak lurus.
2.1.4.1 Komponen Gaya Pembentuk Geram
Komponen gaya pembentuk geram dapat diuraikan sebagai berikut : I. Gaya pada proses deformasi material.
1. Gaya geser (Fs)
adalah gaya yang mendeformasi material pada bidang geser.
Fs = F cos (Φ + η – γo) ; N ...………….. 2.11
2. Gaya normal pada bidang geser (Fsn)
adalah gaya yang menyebabkan pahat tetap melekat pada benda kerja. Fsn2 + Fs2 = F2 ; N ... 2.12
II. Gaya dari pengukuran dinamometer. 1. Gaya potong (Fv)
adalah gaya yang bekerja searah dengan kecepatan potong.
) cos( sin ) cos( . . . o o shi v h b F γ η γ η τ − + Φ Φ − = ; N ……….…………. 2.13 2. Gaya makan (Ff)
adalah gaya yang searah dengan kecepatan makan.
Fv2 + Ff2 = F2 ; N …….……... 2.14
III. Gaya yang bereaksi pada bidang geram. 1. Gaya gesek (Fγ)
adalah gaya yang timbul karena aliran geram pada bidang geram.
Fγ = Ff cos γo + Fv sin γo ; N ... 2.15
2. Gaya normal pada bidang geram (Fγn )
adalah gaya yang menyebabkan geram tetap mengalir pada bidang geram.
Fγ2 + Fγn2 =F2 ; N …... 2.16
Komponen gaya di atas dapat dianalisa dengan lingkaran Merchant’s
Gambar 2.3 Lingkaran Merchant’s (Sumber : Rochim 1993 1. sudut geser (Φ) 2 2 45+γ −η = Φ o ………... 2.17 o h o γ λ γ sin cos tan − = Φ ………... 2.18 2. Sudut gesek (η) η = 90 + γo - 2Φ ………... 2.19 dimana,
τshi : tegangan geser pada bidang geser ; N/mm2
Ashi : penampang bidang geser
= A/sin Φ ; mm2
A : penampang geram sebelum terpotong = b.h ; mm2
λh : rasio pemampatan geram
Rumus teoritik di atas diturunkan dalam analisa proses pemotongan orthogonal yang berarti Кr = 90o dan λs = 0o. Pada kondisi di atas, hanya faktor
sudut potong utama Кr dan kondisi bahan yang diperhatikan sedangkan
faktor-faktor koreksi untuk kondisi pemotongan, seperti kecepatan potong, kecepatan makan, dan lain-lain belum dipertimbangkan. Dari paparan di atas, maka kita dapat menggunakan rumus empiris yang lebih kompleks, diantaranya :
Fv = ks. A ; N ………... 2.20
dimana,
ks : gaya potong spesifik ; N/mm2
A : penampang geram sebelum terpotong ; mm2 : b. h = a.f
Gaya potong spesifik ks akan dipengaruhi oleh pahat (jenis dan geometri),
benda kerja (jenis dan kondisi pengerjaan), dan kondisi pemotongan serta jenis proses pemesinan yang dapat berciri spesifik.
ks = ks 1.1.f-z .CK.Cγ.CVB.Cv ; N ………... 2.21
dimana,
ks 1.1 : gaya potong spesifik referensi ; N/mm2
Z : pangkat tebal geram = 0,2
CK : faktor koreksi sudut potong utama Кr
Cγ: faktor koreksi sudut geram γo
CVB : faktor koreksi keausan VB
Cv: faktor koreksi kecepatan potong v
Untuk menentukan harga ks 1.1 dapat diperoleh dari table 8.1 (lit.4, hal :
187) atau dengan korelasi persamaan gaya potong spesifik referensi dengan kekuatan tarik.
dimana,
σu : kekuatan tarik ; N/mm2
2.1.4.2 Komponen Kecepatan Pemesinan
Oleh karena adanya pemampatan tebal geram, maka kecepatan aliran geram selalu lebih rendah dari pada kecepatan potong, seperti terlihat pada gambar 2.4.
Gambar 2.4 Kecepatan geser vs yang ditentukan oleh kecepatan geram
vc dan kecepatan potong v.
Berdasarkan polygon kecepatan di atas, maka 1. Kecepatan geram vc. vc = ) cos( sin ) cos( sin 0 0 φ γ φ φ γ φ − = − v v ………... 2.23 dari persamaan φ γ φ λ sin ) cos( − 0 = h maka diperoleh : h c v v λ = ………...… 2.24 dimana,
v : kecepatan potong ; m/min vc : kecepatan geram ; m/min
vs : kecepatan geser ; m/min 2. Kecepatan geser (vs) φ γ sin cos 0 c s v v = ) cos( cos 0 0 γ φ γ − = v vs ; m/min ... 2.25
2.1.5 Daya dan Efisiensi Pemesinan
Daya pemotongan ditentukan oleh gaya dan kecepatan pemotongannya, daya pemotongan dapat dinyatakan :
Nct = Nc + Nf ………..….2.26
dimana,
Nct : daya pemotongan total ; kW
Nc : daya potong ; kW
Nf : daya makan ; kW
1. Daya potong (Nc)
adalah daya yang dibutuhkan saat pemotongsn berlangsung, jadi daya potong terjadi atau dibutuhkan pada pahat.
Nc = 60000 v Fv ; kW ……… 2.27 2. Daya makan (Nf)
adalah daya yang dibutuhkan agar pahat tetap bergerak melakukan gerak makan searah kecepatan makan.
Nf = 000 . 000 . 60 f fv F ; Kw ………... 2.28
Daya pemotongan Nct adalah daya yang terpakai dalam proses pembentukan
geram, selain daya pemotongan, motor mesin perkakas juga harus menanggung daya yang hilang karena terpakai untuk menggerakkan komponen mesin dan gesekan pada sistem transmisi daya pada mesin tersebut.
Maka daya dalam proses pemesinan Nmc adalah :
Nmc = Nct + Nml ; kW ….………... 2.29
dimana, Nmc : daya pemesinan ; kW
Nml : daya yang hilang ; kW
Oleh karena itu, efisiensi pemesinan dapat didefinisikan sebagai berikut :
ηct = 100 N N mc ct × % ... 2.30
Setiap mesin memiliki karakteristik tertentu yang berhubungan dengan daya. Karakteristik daya tersebut dapat diselidiki dengan mengukur daya idel (idle power) yaitu daya yang dipakai motor listrik sewaktu mesin dijalankan dengan benda kerja dalam keadaan terpasang pada berbagai kecepatan potong dan kecepatan makan dalam keadaan tanpa melakukan pemotongan.
Berdasarkan daya nominal yang tertulis pada motor listrik, maka daya yang tersedia untuk pemesinan adalah
Nmr = Nmn - Nmo ; kW ………... 2.31
dimana,
Nmr : daya tersedia ; kW NmL > Nmo
Nmn : daya nominal ; kW
Nmo : daya idle ; kW
ηm = ×100 mn mv N N % ... 2.32
Umumnya pemilihan motor penggerak disesuaikan dengan kekuatan dan kekakuan dari komponen utama mesin, sehingga diharapkan daya yang tersedia dapat dimanfaatkan sepenuhnya. Tapi dalam prakteknya, daya yang tersedia tidak selalu mungkin sepenuhnya dimanfaatkan karena beberapa kendala teknologi seperti kehalusan produk.
Untuk mengukur sampai seberapa jauh pemanfaatan daya yang tersedia tersebut, dapat dinyatakan dengan persentase beban, yaitu
ηl = ×100 mr ct N N % ... 2.33
Selain dengan efisiensi pemesinan ηc dan persentase beban ηl, maka kondisi
pemesinan juga dapat pula dinilai berdasarkan energi pemotongan specifik Esp.
Esp = Z Nct60000
; J/cm3 ………... 2.34
dimana,
Nct : daya pemotongan total ; kW
Z : kecepatan penghasil geram ; cm3/min
2.1.6 Kondisi Pemotongan Moderat
Kecepatan potong moderat adalah kecepatan potong yang memberikan kondisi dimana keausan tepi mulai terus membesar (pada suatu harga kecepatan potong) dan keausan kawah juga mulai membesar dimana sebelumnya hampir tidak ada terjadi keausan kawah.
Harga kecepatan potong moderat akan turun jika kecepatan makan dipertinggi, jadi kondisi pemotongan moderat merupakan fungsi dari kecepatan potong dan kecepatan makan.
Lebar daerah pemotongan moderat dibatasi oleh garis bawah Rmin, yang
menyatakan saat hilangnya BUE dan garis atas yang menunjukan saat terjadinya deformasi dan laju keausan kawah yang semakin cepat. Pada daerah yang moderat tersebut, hendaknya kondisi pemesinan direncanakan. Hal ini bergantung pada kombinasi pahat dan material benda kerja. Jika daerah pemotongan moderat menjadi lebih sempit, maka dianggap pasangan pahat dan material benda kerja tak sesuai. Dan jika kondisi pemesinan yang direncanakan ternyata jatuh diluar daerah pemesinan moderat, maka harus dilakukan pengubahan, yaitu jika memungkinkan dilakukan pengubahan kecepatan potong v dan gerak makan f secara serentak sedemikian rupa sehingga kecepatan penghasil geram Z tidak berubah.
v = R . f –α atau v.f -α = R ...………... 4.12 dimana,
R : konstanta dari kecepatan potong untuk f sebesar 1 satuan α : pangkat gerak makan = 0,77
kondisi pemesinan yang diharapkan Rmin < v.f –α < Rmax
2.2 Bahan Pahat
2.2.1 Bahan Pahat Komersial
Dalam suatu pemesinan jenis pekerjaan pemesinan yang tertentu diperlukan pahat dari jenis material yang cocok. Keterbatasan kemampuan suatu
jenis material pahat perlu diperhitungkan. Berikut adalah pahat yang sering digunakan menurut urutannya mulai dari material yang relatif lunak sampai dengan yang paling keras sebagai berikut :
1. Baja Karbon Tinggi (High Carbon Steel, Carbon Tool Steels, CTS) 2. HSS (High Speed Steels, Tool Steels)
3. Paduan Cor Nonlogam(Cast Nonferous Alloys, Cast Carbides) 4. Karbida (Cermeted Carbides, Hardmetals)
5. Keramik (Ceramic)
6. CBN (Cubic Boron Nitride)
7. Intan (Sintered Diamons & Natural Diamonds)
2.2.2 Bahan Pahat Karbida
Jenis karbida yang disemen (Cemeted Carbides) merupakan bahan pahat yang dibuat dengan cara menyinter serbuk karbida (nitrida dan oksida) dengan bahan pengikat yang umumnya dari cobalt (Co), dengan cara carburizing masing-masing bahan dasar serbuk Tungsten (wolfram), Titanium, Tantalum dibuat menjadi karbida yang kemudian digiling dan disaring. Campuran serbuk karbida tersebut kemudian dicampur dengan bahan pengikat (Co) dan dicetak tekan dengan memakai bahan pelumas kemudian dipanaskan sampai 1600 0C. Ada tiga jenis bahan utama pahat karbida yaitu :
1. Karbida Tungsten ( WC + Co ) yang merupakan jenis pahat karbida untuk memotong besi tuang.
2. Karbida Tungsten Paduan (WC .TiC +Co; WC-TaC-TiC + Co ; WC –TaC+ Co ; WC-TiC-TiN+Co; TiC + Ni,Mo) merupakan jenis pahat karbida yang digunakan untuk pemotongan baja.
3. Karbida lapis (Coated Cemeted Carbides) merupakan jenis karbida Tungsten yang dilapis. (Rochim 1993).
a. Karbida tungsten (WC + Co)
Karbida tungsten murni merupakan jenis yang paling sederhana terdiri dari karbida tungsten (WC) dan pengikat cobalt ( Co). Jenis yang cocok untuk pemesinan dimana mekanisme keausan pahat terutama disebabkan oleh proses abrasi seperti terjadi pada berbagai besi tuang, apabila digunakan untuk baja akan terjadi keausan kawah yang berlebihan. Untuk pemesinan baja dipakai jenis karbida tungsten paduan ( Destefani 2002). b. Karbida WC-TiC + Co
Pengaruh utama dari TiC adalah mengurangi tendensi dari geram untuk melekat pada muka pahat (BUE : Buit Up Edge) serta menaikkan daya tahan keausan kawah ( Destefani 2002).
c. Karbida WC- TaC- TiC +Co
Penambahan TaC memperbaiki efek samping TiC yang menurunkan
transverse rupture strength. Hot Hardness dan compressive strength
dipertinggi, sehingga ujung pahat tahan terhadap deformasi plastik (Rochim 1993).
d. Karbida WC –TaC + Co
Pengaruh TaC adalah hampir serupa dengan pengaruh TiC, akan tetapi TaC lebih lunak dibandingkan dengan TiC. Jenis ini lebih tahan terhadap
thermal shock cocok untuk pembuatan alur ( Destefani 2002). e. Karbida Lapis (Coated Cemented Carbide)
Jenis karbida lapis ini sedang berkembang dan banyak digunakan dalam berbagai jenis permesinan, pemakainya sekitar 40 % dari seluruh jenis pahat karbida yang digunakan. Material dasarnya adalah karbida tungsten (WC + Co) yang dilapis dengan bahan keramik (karbida, nitrida dan oksida) yang kerastahan terhadap temperatur tinggi ( Destefani 2002 ).
2.2.3 Pahat Karbida Pada Operasi Pembubutan I. Geometri Pahat
Proses pemesinan menggunakan pahat sebagai perkakas potongnya dan geometri pahat tersebut merupakan salah satu faktor terpenting yang menentukan keberhasilan suatu proses pemesinan. Geometri pahat harus dipilih dengan benar disesuaikan dengan jenis material benda kerja, material pahat, dan kondisi pemotongan sehingga salah satu atau beberapa objektif seperti tingginya umur pahat, rendahnya gaya atau daya pemotongan, halusnya permukaan, dan ketelitian geometri produk dapat tercapai. Untuk itu, disini akan dibahas optimisasi geometri pahat bubut yaitu sudut-sudut pahat ditinjau dalam sistem referensi orthogonal karena dalam sistem referensi yang lain efeknya akan sama.
1. Sudut Bebas (α)
fungsinya adalah mengurangi gesekan antara bidang utama Aα dengan bidang transien dari benda kerja sehingga temperatur tinggi akibat gesekan dapat dihindari sehingga aus tepi tidak cepat terjadi.
Gerak makan f akan menentukan harga sudut bebas, semakin besar gerak makan maka gaya pemotongan akan semakin besar sehingga untuk memperkuat
pahat dibutuhkan sudut penampang βo yang besar yaitu dengan memperkecil
sudut bebas α bila sudut geram γ tetap.
Sebagai petunjuk umum dalam pemesinan baja, harga sudut bebas dipilih sesuai dengan gerak makan, yaitu :
f ≤ 0,2 mm/rev, maka αo = 12o
f > 0,2 mm/rev, maka αo = 8o
2. Sudut Geram (γ)
Sudut geram adalah sudut dari bidang geram terhadap bidang normal. Sama seperti sudut bebas, sudut geram juga memiliki harga optimum. Untuk kecepatan potong tertentu, sudut geram yang besar akan menurunkan rasio pemampatan tebal geram λh yang mengakibatkan kenaikan sudut geser Ф yang
besar akan menurunkan penampang bidang geser Ashi sehingga gaya potong
menurun, tapi sudut geram γ yang terlalu besar akan menghambat proses perambatan panas sehingga temperatur naik, hal ini mengakibatkan menurunnya umur pahat T.
3. Sudut Miring (λ)
Sudut miring mempengaruhi arah aliran geram, bila berharga nol maka arah aliran geram tegak lurus mata potong. Dengan adanya sudut miring, maka panjang kontak antara pahat dan benda kerja menjadi lebih diperpanjang. Temperatur bidang kontak akan mencapai harga minimum bila λs = + 5o untuk
proses penghalusan (finishing) dan -5o untuk proses pengasaran (roughing).
4. Sudut Potong Utama (kr)
Sudut potong utama mempunyai peran antara lain :
2. Menentukan panjang mata potong yang aktif atau panjang kontak antara geram dengan bidang pahat, dan
3. Menentukan besarnya gaya radial Fx
Gaya radial akan membesar dengan pengecilan kr, hal ini akan
menyebabkan lenturan yang besar ataupun getaran sehingga menurunkan ketelitian geometri produk dan hasil pemotongan terlalu kasar.
5. Sudut Potong Bantu (k’r)
Pada prinsipnya, sudut potong bantu dapat dipilih sekecil mungkin karena selain memperkuat ujung pahat, maka kehalusan produk dapat dipertinggi. Yang menjadi kendala adalah kekakuan sistem pemotongan karena k’r yang kecil akan
mempertinggi gaya radial Fx, sebagai petunjuk :
1. sistem pemotongan yang kaku, k’r = 5o s.d 10o
2. sistem pemotongan yang lemah, k’r = 10o s.d 20o
6. Radius Pojok (rє)
Radius pojok berfungsi untuk memperkuat ujung pertemuan antara mata potong utama S dengan mata potong minor S’ dan selain itu menentukan kehalusan permukaan hasil pemotongan
Untuk rє yang relatif besar, maka bersama-sama dengan gerak makan yang dipilih sehingga mempengaruhi kehalusan permukaan produk.
II. Kondisi Pemotongan
Pada dasarnya dalam setiap proses pemesinan ada tiga variabel proses yang perlu ditetapkan harganya yaitu kedalaman potong a, gerak makan f, dan kecepatan potong v, untuk menghasilkan produk sesuai dengan geometri dan toleransi yang diminta. Sesuai dengan urutan proses yang direncanakan, jelas
perlu ditentukan terlebih dahulu jenis mesin perkakas dan pahatnya (material pahat disesuaikan dengan material benda kerja, geometri pahat disesuaikan dengan kondisi proses yang direncanakan). Kemudian tiga variabel proses di atas harus dipilih supaya kecepatan penghasilan geram setinggi mungkin. Kecepatan penghasilan geram yang tinggi dapat dicapai dengan menaikkan ketiga variabel proses tersebut dengan urutan yaitu kedalaman potong (sebesar mungkin) ditentukan terlebih dahulu dengan memperhatikan dimensi bahan dan dimensi produk (dimensi akhir), kekakuan sistem, dan dimensi mata potong pahat, sehingga langkah pemotongan sependek mungkin (satu atau beberapa langkah pengasaran dan mungkin diperlukan langkah akhir yang berupa penghalusan). Gerak makan ditentukan sebesar mungkin, tergantung pada gaya pemotongan maksimum yang diizinkan (defleksi) serta tingkat kehalusan permukaan yang diminta (tidak selalu harus halus), kecepatan potong harus ditentukan supaya daya pemotongan (Nc) tidak melebihi daya tersedia (Nmr) serta umur pahat diharapkan
sesuai dengan batasan yang akan ditentukan kemudian. Prosedur penentuan harga ketiga variabel proses ini pada umumnya dapat dilaksanakan dengan mudah pada proses pemesinan dimana tidak terjadi fluktuasi gaya.
2.3 Bahan Material
Secara garis besar material bahan dapat dikelompokkan kedalam dua jenis, yaitu bahan logam (Ferrous Metal) dan bahan bukan logam (Non Ferrous Metal).
2.3.1. Bahan Logam (Ferrous Metal)
Pada umumnya dapat dibagi kedalam : besi tuang yang terdiri dari kandungan karbon yang relatif tinggi dan baja yang biasanya dengan 1 % C atau
kurang. yang kemudian dapat dibagi atas baja karbon dengan kandungan karbon rendah, menengah dan tinggi, paduan baja rendah dan tinggi, dan baja perkakas.
1. Baja (Steel)
Beberapa sifat baja, diantaranya :
1. Modulus elastisitasnya : 28.106 – 30.106 lb/inch2
2. Kekerasan dipengaruhi kandungan karbon bukan paduan.
3. Ketangguhan baja untuk kekerasan yang seragam dalam volumenya bergantung pada jumlah dan jenis paduan.
Baja adalah logam yang memiliki batas pertahanan. Kegagalan material biasanya disebabkan pembebanan yang berulang, tegangan untuk material dapat tahan di bawah pembebanan konstan jauh di bawah pembebanan statik.
2. Baja Karbon (Carbon Steel)
Faktor utama yang mempengaruhi sifat dari baja karbon adalah kandungan karbon dan mikrostruktur yang ditentukan oleh komposisi baja, seperti : C, Mn, Si, P, S, dan elemen sisanya seperti O2H2 dan N. Dan dengan pengerjaan akhir,
pengerolan, penempaan dan perlakuan panas.
Baja karbon biasa dalam fase perilitic, dalam kondisi penuangan, pengerolan, dan penempaan. Dalam kondisi hypo eutectoid adalah ferrite dan pearlite. Dan hypo eutectoid adalah cementite dan pearlite.
3. Baja Paduan (Steel Alloy)
adalah paduan dari besi dan karbon yang berisi elemen paduan satu atau lebih, yaitu 1.65% Mn; 0.6 % Si; 0.6 % Cu; atau paduan spesifik yang mencapai 3.99 % Al, B, dan lain-lain.
Baja paduan dapat menghasilkan kekuatan, kegetasan, dan keuletan yang lebih baik dari baja karbon. Baja paduan sesuai untuk tegangan tinggi dan beban kejut.
Pengaruh paduan elemen dan baja paduan adalah sebagai berikut : 1. Ni : menghasilkan keuletan, tahan korosi, dan kekerasan yang lain. 2. Cr : tahan korosi, keuletan, dan kemampuan pengerasan.
3. SiO2 : menghasilkan ketahanan, oksida temperatur tinggi, menaikkan
temperatur kristis. Pada perlakuan panas, meningkatkan kecenderungan dekaburisasi dan gravitasi.
4. Baja Perkakas (Tool Steel)
Baja perkakas sama seperti baja paduan karbon tinggi, dengan sifat tahan aus dan kejut, keras, tangguh dan ulet yang didapat dari perlakuan panas, dan pabrifikasi. Baja perkakas biasanya dikombinasikan dengan besi dari satu atau lebih elemen berikut :
0.8-1.3% C; 0.2-1.6% Mn; 0.5-2.0% Si; 0.25-1.4% Cr; 1.5-2.0% T; 0.15-3.0% Vn; 0.8-5.0% Mo; dan 0.75-1.2% Co.
Kekerasan dipengaruhi oleh kecepatan pendinginan, dari di atas temperatur kritis ke temperatur transformasi kebutuhan (sekitar 1160 0F).
5. Baja Tahan Karat (Stainless Steel)
Sifat terpenting adalah ketahan korosi, yang berhubungan dengan lapisan tipis CrO2 yang terbentuk di atas permukaan. Lapisan tersebut hanya tahan
terhadap oksidasi seperti asam nitrit, tapi tidak pada penyerongan bahan, seperti asam hidrochloris, dan banyak garam halogen.
Ada 5 jenis besi tuang, diantaranya besi tuang kelabu besi tuang ulet, lunak, paduan tinggi dan putih. Dan yang paling terkenal besi tuang kelabu dan ulet. Variasi jenis di atas ditentukan kandungan karbon. Sifat mekanik besi tuang, yaitu :
1. Kekuatan tarik, yang dipengaruhi oleh kecepatan pendinginan dalam cetakan.
2. Kekuatan tekan, kekuatan tekan besi tuang kelabu biasanya 3-5 kali kekuatan tariknya dan tegangan gesernya sama dengan tegangan tariknya. 3. Modulus Elastisitas, dalam menentukan modulus elastisitas dari besi tuang
kelabu biasanya digunakan slope dari kurva defleksi pembebanan pada 25 % tegangan tarik sehingga dianjurkan memilih besi tuang dengan modulus elastisitas yang rendah pada aplikasi yang membutuhkan ketahanan kenaikan temperatur yang tiba-tiba.
4. Kekerasan, kekerasan besi tuang kelabu bervariasi dengan tegangan tariknya.
2.4 Pemesinan Kering (Dry Machining) 2.4.1 Definisi
Pemesinan kering atau dalam dunia manufakturing dikenal dengan pemesinan hijau (Green Machining) merupakan suatu cara proses pemesinan atau pemotongan logam tanpa menggunakan cairan pendingin melainkan menggunakan partikel udara sebagai media pendingin selama proses pemesinan berlangsung untuk menghasilkan suatu produk yang diinginkan dengan maksud
untuk mengurangi biaya produksi, meningkatkan produktivitas serta ramah lingkungan.
Mengingat persaingan dalam dunia manufakturing begitu ketatnya maka penelitian terhadap teknologi pemesinan hijau (green machining) terus dilakukan, karena walaupun teknologi pemesinan hijau (green machining) terus berkembang akan tetapi teknologi yang ada sekarang ini hanya mampu digunakan untuk proses dengan pemakanan yang kecil sehingga biasanya hanya dipakai untuk proses penghalusan (finishing).
2.4.2 Perkembangan Pemesinan Kering
Saat ini pengembangan pemesinan kering (Green machining) hangat dibicarakan di kalangan orang teknologi pemesinan. Pemesinan kering pada industri manufaktur sekarang ini masih sedikit sekali atau boleh dikatakan masih dalam tahap uji coba, ini disebabkan karena belum tegaknya undang-undang lingkungan hidup dan masih minimnya pahat yang direkomendasi untuk pemesinan kering, sehingga industri manufaktur masih tetap bertahan pada sistem yang lama yaitu pemesinan basah ( Molinary & Nouari 2003, Grzesik & Nieslony 2003 ). Ada tiga faktor yang menyebabkan pemesinan kering menjadi menarik dibicarakan yaitu :
1. Pemesinan kering hanya dipilih untuk mengatasi masalah pemutusan atau penguraian rantai ikatan kimia yang panjang dengan waktu paruh yang sangat lama (non biodegradable) yang potensial untuk merusak lingkungan. 2. Teknik pemesinan kering sangat potensial untuk mengurangi biaya produksi.
pemotongan (7-20) % dari biaya pahat total. Jumlah ini adalah dua sampai empat kali lebih besar dari biaya pahat potong.
3. Salah satu cara pemesinan yang tidak menimbulkan limbah dan pengabutan udara serta tidak menimbulkan sisa pada serpihan adalah pemesinan kering (Sreejith & Ngoi 2000, Sokovic & Mijanovic 2001).
Keuntungan utama dari cairan pemotongan adalah untuk mengurangi panas dan gesekan yang ditimbulkan sepanjang daerah pemotongan serta juga bermanfaat untuk membersihkan serpihan dari daerah pemotongan. Jika cairan pemotongan tidak digunakan pada proses pemesinan maka kedua keuntungan di atas tidak diperoleh mengakibatkan koefisien gesekan serta suhu pemotongan meningkat sehingga akan menimbulkan keausan pada pahat yang disebabkan difusi pahat. Mekanisme keausan pahat ditunjukkan dalam pemotongan kering beban kerja tinggi (beban termal) Sebaliknya dalam perspektif pahat sebagai material yang rapuh, pemotongan kering memberikan manfaat untuk menghindari tegangan termal yang umumnya diindikasikan oleh keretakan sisir (comb crack) pada permukaan pahat potong (Che Haron 2001).
Pahat potong dioptimalkan dengan pemilihan material pahat bersalut dan geometri pahat yang sesuai. Material yang tahan terhadap suhu yang tinggi dan keausan tinggi adalah karbida, sermet, keramik, CBN dan PCD. Tujuan penggunaan pemesinan kering ini, untuk mencapai peningkatan kemampuan mesin dengan mengurangi koefisien gesekan dan panas selama proses pemotongan. Sekarang ini material yang berlapis telah ditemukan menjamin suksesnya pemesinan kering. Studi literatur menyatakan bahwa pengaruh cairan pemotongan yang digunakan terhadap dampak lingkungan pertama sekali
dianalisa dan dipublikasikan (Klocke and Eisenblatter 1997). Mereka melaporkan bahwa pemesinan kering dapat dilakukan dengan hasil yang diharapkan pada besi tuang, karbon dan baja tuangan. Graham (2000) juga melaporkan bahwa perubahan dari pemesinan yang menggunakan cairan pemotongan ke pemesinan kering dapat dilakukan untuk beberapa logam seperti baja, besi tuang dan aluminium. Sreejith and Ngoi (2000) di dalam papernya berjudul pemesinan kering untuk masa yang akan datang sangat diharapkan.
Graham (2000), Sreejth and Ngoi (2000) melaporkan bahwa pemesinan yang sukses untuk masa yang akan datang adalah pemesinan kering dengan menggunakan pahat potong karbida berlapis, CBN, Sialon dan PCD. CBN dan PCD telah banyak digunakan untuk pemesinan kering kecepatan tinggi 1000 m/menit. Dalam kasus baja paduan, beberapa peneliti melaporkan bahwa karbida berlapis keramik, CBN dan PCD sangat potensial digunakan (Che Haron et al 2001, Grzesik & Nieslony 2003).
Pemesinan kering meniadakan kebutuhan untuk pembuangan dan pembelian cairan pendingin, menghapus ditutupnya produksi pembersih pemesinan dan meningkatkan keselamatan dan kesehatan pekerja. Pemesinan kering juga akan memberikan lebih bersih lingkungan benda kerja seperti tak adanya minyak yang melekat pada benda kerja. Selain itu, geram akan menjadi tak terkontaminasi. Keuntungan biaya dari pemesinan kering meliputi tanpa pendingin, tanpa pompa pendingin, tak ada pembelian filter dan tak ada penjualan pembersih geram (Bulloch 2004).
BAB III
METODE PENELITIAN
3.1. Bahan dan Alat 3.1.1 Bahan
Material yang digunakan pada penelitian ini yaitu :
1. Baja karbon (AISI 1045)
Komposisi kimia dan sifat mekanik dari Baja karbon AISI 1045 dapat dilihat pada tabel 3.1 dan table 3.2.
Tabel 3.1 Komposisi kimia dari Baja karbon AISI 1045
C (%) Mn (%) P (%) S (%)
0,43-0,50 0.60-0.90 <=0.040 <=0.050
Sumber : Tools and inserts for turning ( Ceratizit):
Tabel 3.2. Sifat-sifat mekanik dari Baja karbon AISI 1045
Sumber : eFunda Properties of Carbon Steel AISI 1045
Baja karbon sering digunakan sebagai bahan paduan dlam pembuatanbatang penghubung, die block, kabel dan lain-lain.
Sifat Mekanis Baja Karbon AISI 1045 (T25oC)
Tegangan luluh (σy) 505 Mpa
Tegangan batas (σu) 250.103 psi, 1725 Mpa
Kekuatan tarik 585 Mpa
Kekerasan 179 HB
Modulus elastisitas (E) 210 Gpa
Kerapatan massa (ρ) 0.33 lb/in3, 9.13 g/cm3 Berat spesifik (γ) 8.03 (x1000 kg/m3)
Panas spesifik 0.12 BTU/lboF, 502 J/kgoC Konduktifitas panas (K) 30 BTU/hr.ftoF, 52 W/moC
Material bahan yang digunakan berbentuk selinder pejal dengan diameter 80 mm dan panjang 500 mm, sebagaimana ditunjukkan pada gambar 3.1 dan 3.2.
Gambar 3.1 Gambar geometri benda kerja
Gambar 3.2 Gambar benda kerja
2. Pahat karbida tak berlapis
Pahat potong yang digunakan adalah pahat karbida tak berlapis (WC + 6% Co) yang diproduksi oleh PLANSEE dengan pengenal CNMG 120412 EN-TM. Geometri dan sifat mekanik dari pahat karbida tak berlapis ditunjukkan pada tabel 3.3 dan 3.4.
Tabel 3.3 Geometri Pahat Karbida
Geometri Pahat Satuan
Sudut Potong Utama
80 o Sudut Geram 6 o Toleransi d = 0.05-0.10 mm; m = 0.08-0.20 mm; Bentuk Permukaan Atas
IK ≥ ¼ inc Panjang Sisi Potong
L = 12 mm; d = 12.7 mm Tebal MataPahat
s = 4.76 mm Radius Pojok
r = 1,2 mm Sumber : Tools and inserts for turning ( Ceratizit)
Gambar 3.3 Mata Pahat Karbida dan Lapisannya
Tabel 3.4 sifat-sifat mekanis pahat karbida tak berlapis
Kekerasan 90 HRA, 1800HK
Kekuatan tekan 150.103 psi, 1050 Mpa Kekuatan kejut 3 in.lb, 0.34 J Modulus elastisitas 75.106 psi, 520 Gpa Densitas 10 g/cm3, 0.36 lb/in3 Titik leleh 2250 oF, 1400 oC
Konduktifitas thermal 42 W/m.oC
Batas kondisi pemesinan yang dianjurkan dalam pemesinan baja karbon menggunakan pahat karbida tak berlapis adalah sebagai berikut :
Kecepatan potong (v) = 180-250 m/min Gerak makan (f) = 0.15-0.35 mm/rev Kedalaman potong (a) = 1.0-4.0 mm
Sumber : www.Plansee.com
3. 1 .2 Alat
Peralatan yang digunakan dalam eksperimen ini adalah :
1. Mesin Bubut Konvensional
Gambar 3.4 Mesin bubut Jhung Metal Machinery Co
Data teknik dari mesin bubut Jhung Metal Machinery Co ditunjukkan pada tabel 3.4.
7 4 3 6 2 1 5
Tabel 3.5 Data Teknis Mesin bubut Jhung Metal Machinery Co
Daya (N) 8.7 kW
Torsi 6600 N
Diameter penjepit maksimum (mm) 158
Ukuran (mm) 530 x 1100
Putaran (rpm) 1440 1730
Voltase (v) 220/330 220/330
Ampere (A) 14.0/8.11 13.5/7.82
Frekuensi (Hz) 50 60
Motor listrik High effisiensi, 3 phase.
Induction motor.
Sumber : Data mesin BBLKI
2. Benda kerja terpasang
Penampang dari benda kerja terpasang ditunjukkan pada gambar 3.5.
Gambar 3.5 Benda kerja terpasang pada mesin
Keterangan
1. Putaran poros utama (spindle) 4. Pemegang pahat (tool holder) 2. Pencekam benda kerja (chuck) 5. Kepala lepas (tailstock)
3. Pahat (tool) 6. Benda kerja (work piece) 7. Tempat dudukan pahat (tool post) dan tool holder
3. Mikroskop VB
Gambar 3.6 Mikroskop VB
4. Pemusatan (Centering) benda kerja
adalah membuat lubang dudukan kepala lepas (tail stock) yang digunakan sebagai sumbu putar ketika benda kerja berputar untuk melakukan pemesinan sebagaiman ditunjukkan pada gambar 3.7.
Gambar 3.7 Centering benda kerja
5. Jangka Sorong
Jangka sorong digunakan untuk mengukur diameter benda kerja sebelum dan setelah pemesinan pada tiap fase. Jangka sorong dapat dilihat pada gambar 3.8.
6. Pemegang Pahat (Tool Holder)
digunakan untuk memegang mata pahat (insert). Adapun jenis pemegang pahat yang digunakan adalah pemegang pahat PCLNR 2525 M13 seperti ditunjukkan pada gambar 3.9.
Gambar 3.9 Pemegang mata pahat (Tool holder)
3. 2 Metode
Penelitian ini dilakukan dengan metode eksperimental dengan menggunakan mesin perkakas bubut (turning). Variabel kondisi pemesinan seperti kecepatan potong, kedalaman potong, dan gerak makan disesuaikan dengan batas kondisi pemesinan baja karbon AISI 1045 menggunakan pahat karbida tak berlapis dan kemampuan mesin bubut yang digunakan sebagaimana ditunjukkan pada tabel 3.6.
Tabel 3.6 Kondisi pemesinan
No putaran(n) Gerak makan (f) Kedalaman(a) Diameter(d)
1 950 rpm 0,24 mm/rev 2,0 mm 80 mm
2 950 rpm 0,17 mm/rev 1,2 mm 65 mm
3 650 rpm 0,24 mm/rev 2,0 mm 80 mm
4 650 rpm 0,17 mm/rev 1,2 mm 65 mm
Urutan langkah kerja pada penelitian ini dapat disajikan dalam bagan alir pada gambar 3.10.
Mulai penelitian Pengajuan tema penelitian dan penelusuran literatur
Penyelidikan unjuk kerja maksimum mesin
n = 950 rpm, f = 0.24 mm/rev, a = 2 mm
Penyelidikan ketermesinan baja karbon AISI 1045 dengan pahat karbida tak berlapis : v = 180-250 m/min, f = 0.15-0.35 mm/rev, a = 1.0-4.0 mm
Penentuan kondisi pemotongan n = (650-950) rpm, f = (0.17-0.24) mm/rev, dan a = (1.2-2.0) mm
Pemesinan kering orthogonal
Pengumpulan data hasil eksperimen :
•Tebal geram (λh) •Waktu pemesinan (tc)
Survey ketersediaan alat : • Mesin bubut
• Mikroskop
• jangka sorong, dll
Penyediaan bahan : • Baja karbon AISI 1045 • Pahat karbida tak
Gambar 3.10 Diagram alir pengujian pemesinan
Untuk menghindari beban kejut yang terlalu besar maka dibuat jalan masuk pahat (entry path) sepanjang 5 mm untuk setiap langkah pemotongan baru. Dari hasil pengujian yang dilakukan, maka akan diperoleh data-data hasil pengujian yang dapat disajikan pada tabel hasil seperti pada tabel 3.7.
Menganalisa data hasil eksperimen bagi menghasilkan gaya (F), daya (N), beserta komponennya dan energi p. spesifik (Esp)
Menyusun proposal pembentukan beban geram dan
hubungannya dengan F, N, beserta komponennya dan Esp
Menghasilkan grafik hubungan beban geram dengan F, N, beserta komponennya dan Esp
untuk beberapa nilai f
Kesimpulan :
• Gaya F ~ 1/(v.f), Daya N ~ (v.f) • Esp~ (v.f) untuk f ≤ 0.294 mm/rev dan
Esp~ 1/(v.f) untuk f ≥ 0.352 mm/rev
• Pahat karbida tak berlapis menunjukan perfoma yang lebih rendah dari karbida berlapis pada pemesinan baja karbon AISI 1045.
Selesai penelitian
Penyelidikan kondisi pemotongan moderat pada pemesinan baja karbon AISI 1045
dengan pahat karbida tak berlapis
Membandingkan kondisi pemotongan moderat pada pemesinan baja karbon AISI 1045 menggunakan pahat karbida berlapis.
Tabel 3.7 Bentuk tabel data yang dihasilkan dari pengujian. Kondisi Variabel 1 2 3 4 5 6 7 8 1 v (m/min) hc (mm) 2 v (m/min) hc (mm) 4 v (m/min) hc (mm)
Data hasil pengujian pada tabel 3.7 tidak dapat langsung digunakan untuk menjabarkan karakteristik pemesinan yang dibutuhkan sehingga harus dianalisa terlebih dahulu. Analisa data hasil pengujian pada tabel 3.7 akan disajikan pada bab iv, data dan analisa.
BAB IV
DATA DAN ANALISA
4.1 Data Hasil Pengujian
Dari hasil pengujian pemesinan baja karbon AISI 1045 dengan menggunakan pahat karbida tak berlapis sesuai dengan kondisi pemotongan yang telah dipaparkan pada tabel 3.6, maka diperoleh data hasil pemesinan sebagaimana tersaji pada table 4.1.
Tabel 4.1 Data-data hasil pengujian
Kondisi Variabel 1 2 3 4 5 6 7 8 1 v (m/min) 238,6 226,7 214,8 202,8 190,9 179 167 155,2 hc (mm) 0,443 0,445 0,45 0,456 0,463 0,473 0,485 0,5 2 v (m/min) 193,9 186,7 179,6 172,4 165,3 158,1 150,9 143,8 hc (mm) 0,299 0,3 0,311 0,315 0,321 0,329 0,333 0,34 4 v (m/min) 132,6 127,7 122,8 117,9 113,1 108,2 103,3 98,4 hc (mm) 0,353 0,359 0,365 0,37 0,378 0,385 0,391 0,4
Data hasil pengujian pada tabel 4.1 tidak dapat langsung digunakan untuk mencapai tujuan penelitian ini sebagaimana yang telah dipaparkan pada Bab I sebelumnya, oleh karena itu berikut akan disajikan analisa dari data hasil pengujian di atas. Analisa data hasil pemesinan pada kondisi I ditunjukkan pada tabel 4.2.
Tabel 4.2 Data pemesinan kondisi 1
Dia (mm) 80 76 72 68 64 60 56 52
v (m/min) 238,6 226,7 214,8 202,8 190,9 179 167 155,2 hc (mm) 0,443 0,445 0,45 0,456 0,463 0,473 0,485 0,5
Nilai hc (tebal geram) didapat dari pengukuran langsung dengan
menggunakan mikroskop VB. Kemudian dengan menggunakan persamaan rasio pemampatan geram, maka didapat harga λh seperti di atas.
h hc h =
λ ....………. 4.1
dimana,
λh : rasio pemampatan geram
hc : tebal geram ; mm
h : tebal geram sebelum terpotong ; mm 1. Tebal geram sebelum terpotong (h)
h = f sin Kr = 0,24 sin 90o
h = 0,24 mm
2. Panjang pemesinan tiap fase (Lt) = 458 mm
3. Kecepatan pemakanan (vf)
vf = f.n ; m/min, ...………... 4.2
= 0,24 . 950 vf = 228 mm/min
dimana,
vf : kecepatan pemakanan ; mm/min
f : pemakanan ; mm/rev n : putaran ; rpm
1. waktu pemesinan teori (tc,teori) min 01 , 2 228 458 , , = = = teori c f t teori c t v L t
2. waktu pemesinan praktek (tc,praktek)
tc,praktek = 2,567 min
5. Lebar pemotongan (b) b = a/sin Kr = 2/ sin 90o
b = 2 mm
6. Rasio kerampingan pemotongan (δ) δ = b/h = 2/0,24 = 8,33
Analisa data hasil pemesinan pada kondisi II ditunjukkan pada tabel 4.3.
Tabel 4.3 Data pemesinan kondisi 2
Dia (mm) 65,0 62,6 60,2 57,8 55,4, 53,0 50,6 48,2 v (m/min) 193,9 186,7 179,6 172,4 165,3 158,1 150,9 143,8
hc (mm) 0,299 0,30 0,311 0,315 0,321 0,329 0,333 0,34 λh 1,76 1,79 1,83 1,855 1,89 1,935 1,96 2,0
1. Tebal geram sebelum terpotong (h) h = f sin Kr =0,17 sin 90o
h = 0,17 mm
2. Panjang pemesinan tiap fase (Lt) = 467 mm
3. Kecepatan pemakanan (vf)
n f vf = .
4. Waktu pemesinan (tc)
1. waktu pemesinan teori (tc,teori)
min 89 , 2 5 , 161 467 , , = = = teori c f t teori c t v L t
2. waktu pemesinan praktek (tc,praktek)
tc,praktek = 3,517 min
5. Lebar pemotongan (b)
b = a/sin Kr = 1,2/ sin 90o
b = 1,2 mm
6. Rasio kerampingan pemotongan (δ) δ = b/h = 1,2 / 0,17 δ = 7,06
kondisi 3
Untuk kondisi pemotongan 3, yaitu :
n = 650 rpm a = 2 mm f = 0,24 mm/rev
Dinyatakan tidak dapat dijalankan, setelah dua kali percobaan pemesinan. Hal ini karena kondisi pemesinan dianggap terlalu berat, dimana putaran mesin terlalu kecil untuk melayani gerak makan f dan kedalaman potong a sedemikian besar.
Selain itu, hal ini disebabkan juga oleh cacat produk dari material benda kerja yang digunakan, dimana material yang digunakan memiliki kekerasan yang tidak merata baik antara kulit luar dengan bagian dalam bahan maupun sepanjang kulit luar bahan.
Kedua hal di atas menyebabkan pemesinan untuk kondisi ketiga tidak dapat berjalan dengan ideal, yang ditandai dengan getaran yang sangat besar sehingga diputuskan diberhentikan untuk kebaikan proses pemesinan.
Fenomena pemesinan ini akan dibahas secara lebih terperinci oleh rekan saya yang juga ikut melaksanakan pengujian pemesinan ini. Analisa data hasil pemesinan pada kondisi III ditunjukkan pada tabel 4.4.
Tabel 4.4 Data pemesinan kondisi 4
Dia (mm) 65,0 62,6 60,2 57,8 55,4 53,0 50,6 48,2 v (m/min) 132,6 127,7 122,8 117,9 113,1 108,2 103,3 98,4 hc (mm) 0,353 0,359 0,365 0,370 0,378 0,385 0,391 0,40 λh 2,075 2,115 2,145 2,18 2,225 2,265 2,30 2,35
1. Tebal geram sebelum terpotong (h) h = f sin Kr = 0,17 sin 90o
h = 0,17 mm
2. Panjang pemesinan tiap fase (Lt) = 467 mm
3. Kecepatan pemakanan (vf) n f vf = . = 0,17 . 650 vf = 110,5 mm/min 4. Waktu pemesinan (tc)
1. waktu pemesinan teori (tc,teori)
min 226 , 4 5 , 110 467 , , = = = teori c f t teori c t v L t
2. waktu pemesinan praktek (tc,praktek)
5. Lebar pemotongan (b)
b = a/sin Kr = 1,2/ sin 90o
b = 1,2 mm
6. Rasio kerampingan pemotongan (δ) δ = b/h =1,2 / 0,17
δ = 7,06
4.2 Komponen Kecepatan dan Gaya Pembentukan Geram
Dari proses pemesinan yang telah dijalankan sesuai kondisi pemotongan yang ditentukan sebelumnya, maka diperoleh data-data hasil pengujian pada tabel 4.1. Data-data hasil pengujian ini selanjutnya akan dianalisa lebih lanjut bagi menghasilkan analisa untuk menjabarkan komponen kecepatan dan gaya pembentukan geram pada penelitian ini.
Untuk perhitungan awal, maka ditentukan kondisi pemesinan sebagai berikut : f = 0,24 mm/rev a = 2,0 mm
v = 238,6 m/min λh= 1,845
kr = 90o γo = 6o α = 5o
Dari kondisi di atas, analisa komponen gaya dan kecepatan akan diberikan sebagai berikut : 1. sudut geser (Φ) 0 0 sin cos tan γ λ γ φ − = h 0 0 6 sin 845 , 1 6 cos tan − = φ 0 = φ
Dari persamaan : 2 2 45 γ0 η φ = + − Maka diperoleh : 2. sudut gesek (η) η = 90o + γ0 - 2Φ η = 90o + 6o – 2 (29,73224o) η = 36,5355o
Untuk perhitungan komponen gaya, digunakan rumus empiris sebagai berikut : Fv = ks . A
dimana,
ks = ks1.1 . f -z . Ck Cγo CVB Cv
Untuk menentukan gaya potong spesifik referensi (ks1.1), maka dapat
digunakan rumus pendekatan berikut : ks1.1 = 144 σu0,37
Baja karbon (AISI 1045) memiliki kekerasan : 179 BHN, maka diperkirakan memiliki kekuatan tarik (σu) sebesar :
σu = 2,93 HB1,03 σu = 2,93 (179)1,03 σu = 612,78 N/mm2
sehingga diperoleh gaya potong spesifik referensi (ks1.1), yaitu :
ks1.1 = 144 σu0,37
= 144 (612,78)0,37 ks1.1 = 1547,625 N/mm2
3. Gaya potong spesifik (ks)
dimana,
Ck = 1 untuk kr = 90o Cγo = 1,0 untuk γ0 = 6o
CVB = 1,04 untuk VB = 0,1 mm Cv = 1,0 untuk v > 200 m/min,
Maka diperoleh :
ks = (1547,625) (0,24)-0,2 (1) (1,04) (1,0) (1,0)
ks = 2141,195 N/mm2
sehingga didapat gaya potong (Fv)
Fv = ks A dimana, A = a.f = b.h
Fv = (2141,195) (0,24) (2,0)
Fv = 1027,774 N
Dari persamaan : Fv = F cos (η-γo), maka didapat
4. Gaya pemotongan (F) F = ) cos(η−γ0 v F F = 8596 , 0 774 , 1027 ) 6 5355 , 36 cos( 774 , 1027 = − F = 1193,262 N 5. Gaya makan (Ff)
Dari persamaan : F2 = Fv2 + Ff 2, diperoleh :
Ff = 2 2 2 2 ) 774 , 1027 ( ) 262 , 1193 ( − = −Fv F Ff = 606,2633 N 6. Gaya geser (Fs) Fs = F cos (Φ + η - γ0) Fs = 1193,262 cos (29,73224 + 36,5355 – 6)o
7. Gaya geser normal pada bidang geser (Fsn) F2 = Fs2 + Fsn2 Fsn = 2 2 2 2 ) 7951 , 591 ( ) 262 , 1193 ( − = −Fs F Fsn = 1036,172 N
8. Gaya gesek pada bidang geram (Fγ) Fγ = Ff cos γ0 + Fv sin γ0
Fγ = 606,2633 cos 6o + 1027,774 sin 6o Fγ = 710,3738 N
9. Gaya normal pada bidang geram (FγN)
F2 = Fγ2 + FγN2 FγN = 2 2 2 2 ) 3738 , 710 ( ) 262 , 1193 ( − = −Fγ F FγN = 958,7716 N 10. Kecepatan geram (vc) vc = ) cos( sin 0 γ φ φ − v vc = ) 6 73224 , 29 cos( 73224 , 29 sin ) 6 , 238 ( − vc = 129,2641 m/min
11. Kecepatan geser pada bidang geram (vs)
vs = 73224 , 29 sin 6 cos ) 8 , 128 ( sin cos 0 = φ γ c v vs = 259,2129 m/min
Dari model perhitungan di atas, maka didapat tabel hasil yang dapat dilihat pada table 4.5 dan tabel 4.6
