Kajian Dan Optimasi Kondisi Pemotongan Dengan Suhu Pemotongan Pada Pembubutan Baja AISI 4340 Menggunakan Pahat Karbida PVD Berlapis

(1)

KAJIAN DAN OPTIMASI KONDISI PEMOTONGAN DENGAN

SUHU PEMOTONGAN PADA PEMBUBUTAN BAJA

AISI 4340 DENGAN MENGGUNAKAN

PAHAT KARBIDA PVD BERLAPIS

SKRIPSI

Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

DANIEL CUACA 120401045

DEPARTEMEN TEKNIK MESIN

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN

(2)

KAJIAN DAN OPTIMASI KONDISI PEMOTONGAN DENGAN

SUHU PEMOTONGAN PADA PEMBUBUTAN BAJA

AISI 4340 DENGAN MENGGUNAKAN

PAHAT KARBIDA PVD BERLAPIS

DANIEL CUACA 120401045

Telah Disetujui dari Hasil Seminar Skripsi Periode ke-889, pada tanggal 25 Januari 2017

Telah Disetujui Oleh:

Pembimbing

(3)

KAJIAN DAN OPTIMASI KONDISI PEMOTONGAN DENGAN

SUHU PEMOTONGAN PADA PEMBUBUTAN BAJA

AISI 4340 DENGAN MENGGUNAKAN

PAHAT KARBIDA PVD BERLAPIS

DANIEL CUACA 120401045

Diketahui/ Disahkan: Disetujui Oleh:

Departemen Teknik Mesin Dosen Pembimbing,

Fakultas Teknik USU

Ketua,

(4)

KAJIAN DAN OPTIMASI KONDISI PEMOTONGAN DENGAN

SUHU PEMOTONGAN PADA PEMBUBUTAN BAJA

AISI 4340 DENGAN MENGGUNAKAN

PAHAT KARBIDA PVD BERLAPIS

DANIEL CUACA 120401045

Telah Disetujui Oleh:

Pembimbing/ Penguji

Prof. Dr. Ir. Armansyah Ginting, MEng.

NIP. 196808071995011001

Pembanding I, Pembanding II,

Ir. Alfian Hamsi, M.Sc. Ir. Syahrul Abda, M.Sc.

NIP. 195609101987011001 NIP. 195708051988111001

Diketahui Oleh :

Ketua Departemen Teknik Mesin

Ketua

Dr. Ing. Ir. Ikhwansyah Isranuri

(5)

KAJIAN DAN OPTIMASI KONDISI PEMOTONGAN DENGAN

SUHU PEMOTONGAN PADA PEMBUBUTAN BAJA

AISI 4340 DENGAN MENGGUNAKAN

PAHAT KARBIDA PVD BERLAPIS

DANIEL CUACA 120401045

Telah Disetujui dari Hasil Seminar Skripsi Periode ke-889, pada tanggal 25 Januari 2017

Pembanding I, Pembanding II,

(6)

DEPARTEMEN TEKNIK MESIN AGENDA :2415/TS/2016

MATA PELAJARAN: PEMOTONGAN LOGAM

SPESIFIKASI : Melakukan survey pada Usaha Kecil Menengah (UKM) yang bergerak dalam bidang pemotongan logam. Pada saat melakukan survey, kumpulkan berbagai informasi proses produksi pembuatan sebuah komponen oleh UKM tersebut seperti:

1. Tipe operasi pemesinan yang dilakukan; 2. Bahan benda kerja yang digunakan;

3. Bahan pahat dan geometri pahat yang digunakan; 4. Kondisi pemotongan yang digunakan;

5. Teknologi pemotongan yang digunakan;

6. Data – data produksi, seperti waktu produksi, ongkos produksi dan hal – hal lain yang mendukung.

Tujuan dari survey pada UKM dan sebagai outcomes dari penulisan tugas akhir ini adalah untuk meningkatkan produktifitas UKM dalam memproduksi suatu komponen.

Berdasarkan hal tersebut, maka kepada Saudara ditugaskan melaksanakan studi dengan metode eksperimental untuk membahas perihal:

1. Lakukan kajian eksperimental berbasis Design of Experiment

(DOE) untuk mempelajari performa pahat karbida PVD berlapis yang digunakan pada pemesinan kering dan keras baja AISI 4340. 2. Performa pahat direpresentasikan dengan respon variabel

temperatur (T) dan aus tepi (VB) dan kemudian kembangkan model matematika dari respon tersebut.

DIBERIKAN TANGGAL : Agustus 2016 SELESAI TANGGAL : Januari 2017

KETUA DEPARTEMEN Medan, Januari 2017

TEKNIK MESIN Dosen PEMBIMBING

(7)

KARTU BIMBINGAN

TUGAS SARJANA MAHASISWA

No: 2415 / TS / 2016

Program Studi : Teknik Produksi

Mata Pelajaran : Pemotongan Logam

Judul : Kajian dan optimasi kondisi pemotongan dengan suhu pemotongan

pada pembubutan baja AISI 4340 menggunakan pahat karbida PVD

berlapis.

Tanggal : Oktober 2016 Selesai : Januari 2017

Dosen Pembimbing : Prof. Dr. Ir. Armansyah Ginting, M.Eng Nama Mhs: Daniel Cuaca

NIP. 196808071995011001 NIM : 120401052

No Tanggal Kegiatan Asistensi Bimbingan Tanda Tangan

1 4 Oktober 2016 Survey lokasi penjualan pahat insert dan bahan

2 16 Oktober 2016 Survey lokasi penelitian

3 25 Oktober 2016 Percobaan mesin CNC di lokasi penelitian

4 26 Oktober 2016 Penentuan kondisi pemotongan, studi literatur

5 30 November 2016 Asistensi data penelitian

6 6 Desember 2016 Asistensi BAB I dan BAB II

7 9 Desember 2016 Asistensi BAB III

8 19 Desember 2016 Asistensi BAB IV, Design Expert

9 Asistensi keseluruhan dan perbaikan

10 ACC seminar

Catatan: Diketahui

1. Kartu ini harus diperlihatkan Ketua Departemen Teknik Mesin

kepada Dosen pembimbing

setiap asistensi

2. Kartu ini harus dijaga bersih

(8)

v

ABSTRAK

Pembubutan keras merupakan proses pemesinan yang dilakukan pada benda kerja dengan nilai kekerasan lebih dari 45 HRC. Pembubutan keras ini biasanya dilakukan dengan lingkungan yang kering, berarti tidak membutuhkan cairan pendingin. Dengan hilangnya cairan pendingin maka ongkos produksi akan menurun dan akan lebih ramah lingkungan. Namun dengan hilangnya cairan pemotongan, temperatur pemotongan akan meningkat dibandingkan dengan adanya cairan pemotongan. Naiknya temperatur akan menyebabkan tingkat keausan pahat yang semakan tinggi, maka dengan itu pemilihan pahat sebaiknya dilakukan dengan benar. Pembubutan ini digunakan untuk membantu industri kecil dan menengah dalam menentukan pemilihan pahat dan kondisi pemotongan yang terbaik. Benda kerja yang digunakan dalam penelitian ini adalah AISI 4340 dengan proses pengerasan (45-50 HRc). Pahat yang digunakan adalah pahat karbida berlapis, dengan lapisan berupa TiCN dan diproses dengan metode PVD (Physical Vapor Deposition). Alat yang digunakan untuk pengukuran temperatur adalah video Ir Termometer. Proses pembubutan dilakukan dengan 8 kondisi pemotongan dengan penggabungan kondisi low dan high. Hasil penelitian ini menunjukkan bahwa kecepatan potong merupakan kondisi yang paling signifikan mempengaruhi temperatur diikuti oleh kedalaman potong dan pemakanan. Hasil optimasi yang diberikan adalah v = 65 m/min; f = 0,1 mm/rev; a = 1mm; Temperatur = 179,552 C; Vb = 0,30075 mm.

(9)

vi

ABSTRACT

Hard turning is a type of machining process that be done for workpieces that have hardness more than 45 HRC. This turning is usually done in dry environment, means that no coolant is needed. With the lost of cutting fluid, the cost of production will be reduced and more environment friendly. But with the lost of cutting fluid, the temperature will rise more than using the cutting fluid. Increase of cutting temperature will increase the rate of insert’s wear, so chosing the right type of insert is necessary. This turning is done for helping the small and medium enterprise in chosing the right insert and machining parameters. The workpieces used in this experiment is AISI 4340 with hardening between 45-50 HRc. The insert used is coated carbide, with TiCN layer and processed with Physical Vapor Deposition Method. Video Ir Thermometer is used to measured temperature occurred in the process. The turning process is done in 8 cutting conditions with high and low mixed conditions. The experiment showed that cutting speed is the most significant variable and followed by deph of cut and feed. The optimation result given is v = 65 m/min; f = 0,1 mm/rev; a = 1mm; Temperature = 179,552 C; Vb = 0,30075 mm.

(10)

vii

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur kami panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa karena atas

berkat dan karunia-Nya kami dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini yang berjudul “KAJIAN DAN OPTIMASI KONDISI PEMOTONGAN DENGAN SUHU PEMOTONGAN PADA PEMBUBUTAN BAJA AISI 4340 MENGGUNAKAN

PAHAT KARBIDA PVD BERLAPIS”.

Kami menyadari sepenuhnya bahwa dalam penulisan laporan tugas akhir

ini kami banyak mendapatkan bantuan dari berbagai pihak baik secara moril

maupun materiil. Oleh karena itu pada kesempatan ini kami ucapkan terima kasih

kepada semua pihak yang telah membantu kami dalam proses penulisan laporan

3. Ir. Tugiman, M.T. selaku Koordinator skripsi Departemen Teknik

Mesin.

4. Prof. Dr. Ir. Armansyah Ginting, M.Eng. selaku Dosen Pembimbing

Tugas Akhir yang telah banyak meluangkan waktunya dalam

membimbing penulisan laporan tugas akhir ini.

5. Ayah dan Ibu serta keluarga kami yang senantiasa memberikan

dukungan dan bantuan berupa moril maupun materil.

6. SMKN 1 Percut Sei Tuan yang telah memberikan kesempatan serta

dukungan kepada kami untuk belajar menggunakan mesin bubut CNC.

7. Bapak Saragih yang telah banyak meluangkan waktunya serta

mengijinkan kami untuk menggunakan mesin bubut CNC dan

membantu kami selama penelitian di SMKN 1 Percut Sei Tuan.

8. Bapak Rahmat yang telah banyak meluangkan waktunya serta

mengijinkan kami untuk menggunakan mesin bubut CNC dan

(11)

viii

9. Seluruh staf dan teknisi di SMKN 1 Percut Sei Tuan yang telah

memberikan bantuan dan kerja sama.

10.Teman - teman yang telah memberikan semangat maupun bantuan.

11.Semua pihak yang tidak dapat disebutkan satu per satu yang telah

memberikan bantuan sehingga laporan tugas akhir ini dapat

terselesaikan.

Kami juga menyadari bahwa dalam penulisan laporan tugas akhir ini

terdapat kekurangan. Oleh karena itu, kritik dan saran yang membangun guna

menyempurnakan laporan tugas akhir ini sangat kami harapkan.

Semoga laporan tugas akhir ini dapat dimanfaatkan sebaik baiknya dalam

menumbuhkan suasana ilmiah dan kreatifitas dalam pengembangan teknologi

tepat guna di lingkungan Teknik Mesin USU khusunya dan di lingkungan

Universitas Sumatera Utara umumnya agar berguna bagi kemjuan bangsa dan

negara.

Medan, Januari 2017

(12)

ix

1.4. Sistematika Penelitian ... 3

BAB II TINJAUAN PUSTKA ... 4

3.2.1. Peralatan proses pembubutan ... 16

(13)

x

3.3.1. Metode eksperimen ... 20

3.3.2. Software design expert dan ANOVA ... 22

BAB IV HASIL ANALISA DAN DISKUSI ... 25

4.1. Data Hasil Eksperimen ... 25

4.1.1. Data run 1 ... 25

4.1.2. Data run 2 ... 26

4.1.3. Data run 3 ... 28

4.1.4. Data run 4 ... 29

4.1.5. Data run 5 ... 30

4.1.6. Data run 6 ... 31

4.1.7. Data run 7 ... 32

4.1.8. Data run 8 ... 34

4.2. Suhu Pemotongan Rata Rata pada 8 Kondisi ... 35

4.3. Model Matematika pada Respon Temperatur ... 39

4.4. Analisa Hubungan Kondisi Pemotongan Dengan Temperatur ... 41

4.5. Optimasi Kondisi Pemotongan ... 43

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ... 47

5.1. Kesimpulan ... 47

5.2. Saran ... 47

DAFTAR PUSTAKA ... xiv

(14)

xi

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1. Keausan pada pahat ... 5

Gambar 2.2. Mesin bubut ... 7

Gambar 2.3. Proses bubut ... 8

Gambar 2.4. Design faktorial bentuk geometri ... 14

Gambar 3.1. Benda kerja ... 15

Gambar 3.2. Spesifikasi pahat PVD ... 16

Gambar 3.3. Mesin bubut CNC ... 17

Gambar 3.4. Set-up mesin ... 17

Gambar 3.5. Tool holder ... 18

Gambar 3.6. Mikroskop dinolite ... 18

Gambar 3.7. Extexh Ir Thermometer ... 19

Gambar 3.8. Software Design Expert ... 22

Gambar 3.9. Diagram proses eksperimen ... 23

Gambar 3.10. Sambungan diagram proses eksperimen ... 24

Gambar 4.1. Grafik temperatur pada run 1 ... 26

Gambar 4.9. Grafik temperatur rata rata 8 run ... 36

Gambar 4.10. Normal plot of residual ... 42

Gambar 4.11. Grafik perturbation ... 42

Gambar 4.12. grafik 3d surface ... 43

Gambar 4.13 Hasil optimasi design expert bentuk bar ... 45

(15)

xii

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1. Kadar komposisi kimia ... 10

Tabel 2.2. Sifat mekanis bahan ... 10

Tabel 3.1. Spesifikasi pahat PVD ………16

Tabel 3.2. Rentang data eksperimen ………21

Tabel 3.3. Tabel susunan kondisi pemotongan menurut design expert ... 21

Tabel 3.4. Tabel kondisi pemotongan untuk eksperimen ... 22

Tabel 4.1. Data run 1 ... 26

Tabel 4.9. Data kondisi pemotongan dengan suhu rata rata ... 36

Tabel 4.10. Analisa terhadap kecepatan potong ... 37

Tabel 4.11. Analisa terhadap laju pemakanan ... 38

Tabel 4.12. Analisa terhadap kedalaman potong ... 39

Tabel 4.13. Analysis of Variance ... 40

Tabel 4.14 Batas kondisi optimasi ... 44

(16)

xiii

DAFTAR NOTASI

a Kedalaman potong mm

D0 Diameter mula-mula mm

Dm Diameter akhir mm

d Diameter awal mm

f Pemakanan mm/rev

lt Panjang pemesinan mm

n Putaran benda kerja Rpm

Vc Keceptan potong mm/min

Vf Laju pemakanan mm/min