Produktivitas Permesinan Keras Bahan Baja Dengan Pahat Cvd Karbida Berlapis : Studi Kasus Pada Produksi Shaft Thresher

(1)

PRODUKTIVITAS PEMESINAN KERAS BAHAN BAJA DENGAN PAHAT CVD KARBIDA BERLAPIS : STUDI KASUS PADA PRODUKSI

SHAFT THRESHER

SKRIPSI

Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi Syarat Memperolah Gelar Sarjana Teknik

ENDA PRATAMA PUTRA 120401059

DEPARTEMEN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN

(2)

PRODUKTIVITAS PERMESINAN KERAS BAHAN BAJA DENGAN PAHAT CVD KARBIDA BERLAPIS : STUDI KASUS PADA PRODUKSI

SHAFT THRESHER

ENDA PRATAMA PUTRA NIM. 120401059

Diketahui / Disyahkan Disetujui oleh : Departemen Teknik Mesin Dosen Pembimbing, Fakultas Teknik USU

Ketua,

Dr. Ir. Muhammad Sabri, MT.

NIP. 1963 2306 1989 021001 NIP. 1968 0807 1995 011001

(3)

SHAFT THRESHER

Telah Diperiksa dan Disetujui Dari Hasil Seminar Skripsi Periode ke 895 pada Tanggal 22 Maret 2017

Disetujui Oleh:

Dosen Pembanding I Dosen Pembanding II

Ir. Alfian Hamsi, M.Sc.

(4)

SHAFT THRESHER

Telah Disetujui Oleh : Dosen Pembimbing

NIP. 1968 0807 1995 011001 Prof. Dr. Ir. Armansyah Ginting, M.Eng.

Dosen Pembanding I Dosen Pembanding II

Ir. Alfian Hamsi, M.Sc.

NIP : 1956 0910 1987 011001 NIP : 1954 0320 1981 021001 Ir. Abdul Halim Nasution, M.Sc.

Diketahui Oleh : Departemen Teknik Mesin

Ketua,

(5)

SHAFT THRESHER

Telah Diperiksa dan Disetujui Dari Hasil Seminar Skripsi Periode ke 895 pada Tanggal 22 Maret 2017

Disetujui Oleh : Dosen Pembimbing

(6)

TUGAS SARJANA

NAMA : ENDA PRATAMA PUTRA

NIM : 120401059

MATA PELAJARAN : PROSES PEMESINAN LANJUT

SPESIFIKASI : Survey pada industry pemotongan logam kecil dan

menengah UKM di kota Medan yang menerima pesanan

komponen mesin pengolahan pabrik kelapa sawit, setelah

dilakukan survey lapangan dikumpulkan informasi proses

produksi dan pesanan apa yang sering diterima oleh

UKM seperti :

1. Tipe operasi pemesinan yang dilakukan;

2. Bahan benda kerja yang digunakan;

3. Bahan pahat dan geometri pahat yang digunakan;

4. Kondisi pemotongan dan teknologi pemotongan;

5. Data-data produksi seperti, waktu produksi, ongkos

produksi, dan hal-hal lain yang mendukung.

Tujuan utama dilakukan terkait survey dan sebagai

outcomes dari penulisan skripsi adalah “kontribusi teknologi pemesinan kepada UKM untuk tujuan meningkatkan produktivitas UKM dalam memproduksi komponen pabrik kelapa sawit yang dipesan olah pabrik kelapa sawit (PKS)”.

Paparan hasil survey sebagai latar belakang pokok

bahasan pada skripsi saudara. Berdasarkan hal tersebut,

maka kepada saudara ditugaskan melaksanakan studi

(7)

Lakukan proses perencanaan pada komponen mesin

pengolahan kelapa sawit dari penelitian variasi kondisi

pemotongan guna mendapatkan hasil produksi yang

optimum

DIBERIKAN TANGGAL : Oktober 2016

SELESAI TANGGAL : Maret 2017

KETUA DEPARTEMEN Medan, Maret 2017

TEKNIK MESIN DOSEN PEMBIMBING

(8)

KARTU BIMBINGAN

TUGAS SRJANA MAHASISWA

No : 2438 / TS / 2017

Program Studi : Teknik Produksi

Mata Pelajaran : Proses Pemesinan Lanjut

Judul : Produktivitas Pemesinan Keras Bahan Baja Dengan Pahat Karbida Berlapis :

Studi Kasus Pada Produksi Shaft Thresher

Tanggal : Oktober 2016 Selesai : Februari 2017

Dosen Pembimbing : Prof. Dr. Ir. Armansyah Ginting, M.Eng Mahasiswa : Enda Pratama

NIP. 196808071995011001 NIM : 120401059

No Tanggal Kegiatan Asistensi Bimbingan TandaTangan

1 _{17-21 Oktober 2016} _{Survey usaha kecil menengah}

2 _{24 Oktober 2016} _{Persentasi hasil survey UKM}

3

1 November 2016

Penetapan kasus Shaft Thresher pada

penelitian

4

7 November 2016

Pemilihan pahat CVD insert carbide

TeaguTec

5 _{21-25 November 2016} _{Survey Mesin CNC}

6 _{5-9 Desember 2016} _{Penentuan Kondisi Pemotongan}

7

12-30 Desember 2016

Asistensi BAB I, BAB II, dan BAB

III

8 _{2-13 Januari 2017} _{Pembahasan hasil penelitian}

9

16-27 Januari 2017

Asistensi BAB IV, dan simulasi

pemotongan

10 _{1-10 Februari 2017} _{Asistensi keseluruan dan perbaikan}

11 _{22 Maret 2017} _{ACC Seminar}

(9)

1. Kartu ini harus diperlihatkan kepada dosesn pembimbing

setiap asistensi

2. Kartu ini harus dijaga bersih dan rapi

Diketahui

Ketua Departemen Teknik Mesin

(10)

ABSTRAK

Proses pemotongan logam merupakan suatu proses yang digunakan untuk

mengubah bentuk produk dari logam (komponen mesin) dengan cara memotong.

Selain itu proses pemotongan logam merupakan kegiatan terbesar yang dilakukan

pada industry manufaktur, proses ini mampu menghasilkan komponen yang

kompleks dengan akurasi geometri dan dimensi yang tepat. Dalam survey di

usaha kecil dan menengah banyak menerima pesanan pembubutan shaft thresher

untuk pemisah tandan kelapa sawit dengan buahnya. Proses pembubutan masih

menggunakan pemesinan basah (menggunakan cairan pendingin). Akhir-akhir ini

banyak yang beralih dari pemesinan basah ke pemesinan kering (tanpa cairan

pendingin). Dalam penelitian ini disusun proses perencanaan pembuatan shaft thresher dengan hasil pada penelitian yang dilakukan yaitu mencari kondisi pemotongan yang optimum untuk mendapatkan waktu dan ongkos produksi yang

efektif, dari kecepatan potong (v) m/min, gerak makan (f) mm/rev, dan kedalaman potong (a) mm, dengan variasi nilai maximum dan minimum dari kondisi pemotongan tersebut. Bahan yang digunakan adalah baja AISI 4340 dengan

kekerasan (>40 HRc), pahat yang digunakan adalah CVD karbida berlapis dari

brand TeaguTec. Setelah disusun proses perencanaan maka didapat hasil optimum

diperoleh hasil studi kasus 1 untuk waktu produksi cepat yaitu 4102.6 menit tetapi

ongkos produksi tinggi Rp 29.877.596,- dibandingkan dengan studi kasus 2

waktu produksi lama 4944.6 menit ongkos produksi Rp 29.737.596,-.

Kata kunci : Proses pembubutan, Pemesinan kering, AISI 4340, CVD karbida

(11)

ABSTRACT

Metal cutting is a process used to convert from metal products (engine parts) by deducting. Besides process of metal cutting is the largest activity undertaken in manufacturing industry. This process is able to produce complex components with accuracy the exact geometry and dimensions. In a survey on small and medium workshops received many orders turning shaft thresher to saparete oil palm fruit bunches. The process of turning still use wet machining (use coolant). Lately many have changed from the machining wet to dry machining (without coolant). In this study sought planning process making shaft thresher by a factor on the research conducted is looking for the cutting condition are optimum to get the time and cost effective production, from cutting speed (v) m/min, feedrate (f) mm/rev, and the depth of cut (a) mm, in variation maximum and minimum values of the cutting conditions. Material used are AISI 4340 steel with the hardness (45-50 HRc). Tool used is CVD coated carbide of brand TaeguTec. Having prepared the planning process, obtain optimum results obtained by the case study 1 for fast production time is 4102.6 minutes but high production costs IDR 29,877,596 as compared with case study 2 4944.6 minutes long production time production costs IDR 29,737,596.

(12)

KATA PENGANTAR

Puji syukur penulis ucapkan kehadirat Allah SWT yang telah memberikan

rahmat dan karunia-Nya, sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini dengan

judul “PRODUKTIVITAS PEMESINAN KERAS BAHAN BAJA DENGAN

PAHAT CVD KARBIDA BERLAPIS : STUDI KASUS PADA PRODUKSI

SHAFT THRESHER”.

Skripsi ini disusun untuk memenuhi syarat menyelesaikan Pendidikan

Strata 1 (S1) pada Departemen Teknik Mesin Sub Bidang Produksi, Fakultas

Teknik, Universitas Sumatera Utara.

Dalam menyelesaikan skripsi ini banyak kesulitan yang penulis hadapi,

namun berkat dorongan, semangat, doa dan bantuan baik materil, moril, dan

maupun spirit dari berbagai pihak akhirnya kesulitan itu dapat diatasi. Untuk itu

sebagai manusia yang harus berterima kasih, dengan penuh ketulusan hati penulis

mengucapkan terima kasih kepada :

1. Bapak Prof. Dr. Ir. Armansyah Ginting, M.Eng. selaku dosen

pembimbing, yang dengan penuh kesabaran dan telah memberikan

bimbingan dan motivasi kepada penulis.

2. Bapak Dr. Ir. Muhammad Sabri, MT. selaku Ketua Departemen Teknik

Mesin Fakultas Teknik Univesitas Sumatera Utara.

3. Bapak Terang Ukur H.S Ginting Manik, ST, MT. selaku Sekretaris

Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik Univesitas Sumatera Utara.

4. Bapak Ir. Tugiman, MT selaku koordinator tugas akhir Departemen

Teknik Mesin Fakultas Teknik Univesitas Sumatera Utara.

5. Kedua orang tua penulis, Irwansyah dan Mariani serta kedua adik penulis

Ekky Prima dan Faris Nazarian yang selalu memberi semangat, doa, dan

memotivasi penulis.

6. Seluruh staf pengajar dan staf tata usaha Departemen Teknik Mesin yang

membimbing dan membantu segala keperluan penulis selama masa

(13)

7. Teman satu team penelitian, Gunawan, Reza, Daniel, Robert, Pieter dan

Herdianto

8. Seluruh rekan-rekan stambuk 2012 terkhusus Akbar, Agung, Aqqil, Aldi

Wira, Fadlan, Kyvlan, Wahyu, Bangun, Noto, Safrul, Tammam, Zykrie,

Denny, Ari, Sigit, Satria, Rananda, Yazid, Nofiqbal, Yusmar, Ardian

Syahputra, Ramadhan dan masih banyak lagi yang tidak bisa penulis

sebutkan namanya satu persatu yang selalu memberikan dukungan dalam

menyelesaikan tugas akhir ini.

9. SMK N 1 Percut Sei Tuan, Jurusan Teknik Mesin Produksi, Pak Saragih

selaku kepala jurusan, Pak Rahmad selaku kepala bengkel serta Bang

Yasin dan Khairul selaku laboran bengkel.

10.Dan terakhir semua pihak yang tidak bisa penulis sebutkan namanya satu

persatu yang telah banyak memberikan bantuan terhadap penulis dalam

menyelesaikan tugas akhir ini

Penulis menyadari bahwa masih banyak kekurangan dari penulisan skripsi ini,

baik dari materi maupun teknik penyajiannya, mengingat kurangnya pengetahuan

dan pengalaman penulis. Oleh karena itu, kritik dan saran yang membangun

sangat penulis harapkan sebagai motivasi dalam rangka pengembangan diri

menjadi lebih baik.

Semoga skripsi ini dapat dimanfaatkan sebaik-baiknya dalam menumbuhkan

suasana ilmiah dan kreatifitas dalam pengembangan teknologi tepat guna di

lingkungan Departemen Teknik Mesin USU khususnya dan di lingkungan

Universitas Sumatera Utara umumnya agar berguna bagi kemajuan bangsa dan

negara.

Medan, Februari 2017

Penulis

Enda Pratama Putra

(14)

DAFTAR ISI

1.5Sistematika Penulisan ... 3

BAB II TINJAUAN PUSTAKA ... 4

2.1Produktivitas Pada Proses Pemesinan ... 4

2.1.1 Waktu produksi ... 4

2.1.2 Ongkos produksi ... 7

2.2Pemesinan Keras ... 13

2.2.1 Operasi turning ... 14

2.2.2 Pemesinan kering... 17

(15)

2.7Simulasi Proses Pemesinan ... 27

4.2Kondisi Pemotongan Optimum ... 48

4.2.1 Optimasi kekasaran permukaan ... 48

4.2.2 Optimasi suhu pemotongan ... 48

4.2.3 Optimasi umur pahat ... 49

4.2.4 Nilai maximum VMR ... 49

4.3Produktivitas Pahat ... 49

4.3.1 Geometri benda kerja (shaftthresher) ... 49

4.3.2 NC Program shaftthresher ... 50

4.4Studi Kasus Pada Shaft Thresher ... 52

(16)

4.4.2 Studi kasus 2 nilai rough machining (volume material

rate) untuk umur pahat terlama dan nilai kekasaran

permukaan (Ra) terendah ... 61

4.4.3 Ongkos produksi ... 69

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ... 72

5.1Kesimpulan ... 72

5.2Saran ... 74

DAFTAR PUSTAKA ... 75

(17)

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 :Bagian-bagian mesin bubut konvensional ... 14

Gambar 2.2 :Bagian-bagian mesin bubut CNC ... 14

Gambar 2.3 :Ilustrasi proses pembubutan ... 15

Gambar 2.4 :Ilustrasi skematik proses pembubutan ... 16

Gambar 2.5 :Biaya produksi pemesinan secara umum ... 19

Gambar 2.6 :Thresher pada pengolahan pabrik kelapa sawit ... 23

Gambar 2.7 :Row material shaft thresher baja AISI 4340 ... 25

Gambar 2.8 :Operator sedang membubut shaft thresher ... 25

Gambar 2.9 :Shaft thresher setelah disassembly ... 26

Gambar 3.1 :Alat ukur kekasaran permukaan ... 33

Gambar 3.2 :Alat ukur suhu pemotongan ... 34

Gambar 3.3 :Microskop Dino-Lite ... 35

Gambar 3.4 :Stopwatch ... 35

Gamabr 3.5 :Mesin CNC GSK 928 Tea ... 36

Gambar 3.6 :Pahat CVD karbida TeaguTec ... 36

Gambar 3.7 Toolholder MSDNN 2020 K12 ... 37

Gambar 3.8 Bahan baja AISI 4340 ... 40

Gambar 3.9 :Lembar kerja software mastercam 2017 ... 40

Gambar 3.10 :Lembar kerja software swansoft ... 41

(18)

Gambar 3.12 :Sambungan Bagan Alir Metodologi Penelitian ... 45

Gambar 4.1 :Geometri Shaft thresher ... 50

Gambar 4.2 :Benda kerja sebelum proses pemesinan ... 50

Gambar 4.3 :Pahat dan tailstock terpasang ... 51

(19)

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 : Jenis Karbida Berlapis ... 22

Tabel 2.2 : Luas area perkebunan Provinsi Sumatera Utara ... 23

Tabel 2.3 : Produksi perkebunan Provinsi Sumatera Utara ... 23

Tabel 2.4 : Kondisi Pemotongan Pada Bengkel Bubut Anda dan Mustika Engineering ... 24

Tabel 3.1 : Komposisi Kimia Baja AISI 4340 ... 38

Tabel 3.2 : Sifat Fisik Baja AISI 4340 ... 38

Tabel 3.3 : Sifat Mekanik Baja AISI 4340 ... 39

Tabel 3.4 : Variasi 8 Kondisi Pemotongan ... 42

Tabel 4.1 : Hasil Data Penelitian 8 Kondisi pemotongan ... 46

Tabel 4.2 : Hasil Penelitian Perhitungan MRR dan VMR ... 47

Tabel 4.3 : Pembubutan tahap pertama shaft thresher studi kasus 1 ... 54

Tabel 4.4 : Pembubutan tahap kedua bagian 1 studi kasus 1 ... 55

Tabel 4.8 : Pembubutan tahap ketiga bagian 1 studi kasus 1 ... 58

(20)

Tabel 4.12 : Pembubutan tahap pertama shaft thresher studi kasus 2 ... 62

(21)

DAFTAR PERSAMAAN

Persamaan 2.1 : Komponen waktu yang dipengaruhi oleh variabel proses ... 4

Persamaan 2.2 : Waktu pergantian dan pemasangan pahat ... 5

Persamaan 2.3 : Waktu non produktif ... 5

Persamaan 2.4 : Waktu pemesinan perproduk ... 6

Persamaan 2.5 : Ongkos total ... 9

Persamaan 2.6 : Ongkos salah satu proses produksi ... 9

Persamaan 2.7 : Ongkos material ... 9

Persamaan 2.8 : Ongkos produksi ... 10

Persamaan 2.9 : Ongkos persiapan dan peralaan khusus ... 10

Persamaan 2.10 : Ongkos pemesinan ... 11

Persamaan 2.11 : Ongkos operasi pertahun ... 11

Persamaan 2.12 : Ongkos pahat tanpa pengasahan ... 12

Persamaan 2.13 : Ongkos pahat asa ... 13

Persamaan 2.14 : Kedalaman potong ... 16

Persamaan 2.15 : Kecepatan potong ... 17

(22)

Persamaan 2.17 : Waktu pemotongan ... 17

Persamaan 2.18 : Kecepatan penghasil geram ... 17

Persamaan 4.1 : Material Removal Rate (MRR) ... 47

Persamaan 4.2 : Volume Material Rate (VMR) ... 47

Persamaan 4.3 : Putaran mesin ... 52

(23)

DAFTAR NOTASI

a = kedalaman potong / depth of cut (mm)

AISI = American Iron and Steel Institute

CVD = Chemical Vapor Deposition

�0 = diameter awal (mm)

f = gerak makan / feedrate (mm/rev)

lt = panjang pemesinan (mm)

MF = medium finish

n = putaran poros mesin (rpm)

�� = pembubutan / roughning

Ra = kekasaran permukaan / surface roughness (mikronmeter)

�� = waktu pemotongan / cutting time (menit) v = kecepatan potong / cutting speed (m/min)

VB = aus pahat / flank wear (mm)

vf = kecepatan makan / feedrate speed (mm/min)