PERBANDINGAN KUALITAS PERMUKAAN PROSES FACING MATERIAL S45C BERDASARKAN VARIASI JUMLAH INSERT DAN FEEDING
Ahmad Baihaqi1)
1)Jurusan Teknik Mesin, Politeknik Negeri Bandung, Bandung Barat 40559 E-mail: [email protected]
Abstrak
Di era perkembangan industi manufaktur saat ini sudah seharusnya sebuah perusahaan manufaktur dapat memenuhi tuntutan produksi produk secara massal dalam waktu yang relatif singkat dengan tetap mempertimbangkan kualitas produk yang baik. Salah satu tolak ukur dari kualitas produk yang paling umum adalah kekasaran permukaan. Kekasaran permukaan dapat dipengaruhi oleh beberapa faktor seperti kondisi pemotongan benda kerja, parameter pemotongan, dan juga pemilihan alat potong, namun penelitian terkait pengaruh penggunaan jumlah sisi potong terhadap kekasaran permukaan masih terbatas terutama di Indonesia. Oleh karena itu untuk memperdalam studi terkait hal tersebut penelitian ini bertujuan untuk membandingkan kualitas permukaan melalui nilai kekasaran permukaan material baja S45C dalam proses facing menggunakan mesin CNC milling melalui beberapa variasi jumlah sisi potong facemill dan feeding atau feed per tooth (fz), sehingga faktor yang mempengaruhi kekasaran pada permukaan dapat dikaji lebih lanjut. Alat potong yang akan digunakan pada proses facing material S45C nantinya adalah cutter facemill dengan insert carbide, nilai Vc (cutting speed) yang digunakan adalah 100 m/min dan variasi nilai feeding (fz) yang dipakai diantaranya 0,15, 0,2, dan 0,25 mm, variasi jumlah insert adalah 6, 3, dan 1. Nilai kekasaran diperoleh dari pengukuran menggunakan alat ukur surface roughness tester Mitutoyo SJ-140. Hasil yang didapatkan adalah variasi nilai fz dan jumlah insert menunjukkan pengaruhnya terhadap nilai kekasaran (Ra) meskipun masih bersifat fluktuatif, dimana pada nilai fz 0,2 memiliki permukaan paling kasar dan pada nilai fz 0,15 paling halus, untuk jumlah insert 3 memiliki permukaan paling kasar dan pada insert 1 memiliki permukaan terhalus.
Kata kunci: Manufaktur, CNC milling, Kekasaran permukaan, S45C, Sisi potong
Abstract
In the current era of development of the manufacturing industry, manufacturing companies must be able to meet the demands of mass product production in a relatively short time while still paying attention to good product quality. One of the most common measures of product quality is surface roughness. Surface roughness can be affected by several factors such as the cutting conditions of the workpiece, cutting parameters, and also the selection of cutting tools. Therefore, to deepen the study related to this matter, this study aims to compare the surface quality through the surface roughness value of S45C steel material in the facing process using a CNC milling machine through several variations in the number of face mill inserts and feeding or feed per tooth (fz), so that the factors affecting surface roughness can be studied further. The cutting tool used in the S45C facing material process will be a face mill cutter with carbide inserts, the Vc (cutting speed) value used is 100 m/min and the variation in the feeding value (fz) used is 0.15, 0.2, and 0.25 mm, the variation number of inserts is 6, 3, and 1. The roughness value is obtained from measurements using a Surface Roughness Tester Mitutoyo SJ-140. The results obtained are variations in fz values and the number of inserts showing their influence on the roughness value (Ra) although they are still fluctuating, where the fz value of 0.2 has the roughest surface and the fz value of 0.15 is the smoothest, for the number of inserts 3 has the roughest surface and on insert 1 has the smoothest surface.
Keywords: Manufacture, CNC Milling, Surface Roughness, S45C, Insert Cutter
PENDAHULUAN
Penggunaan Mesin CNC atau Computer Numerical Control khususnya CNC milling semakin marak dalam perkembangan ilmu pengetahuan dan teknologi di industri manufaktur saat ini dan institusi pendidikan untuk keperluan pengajaran. Dalam proses pemesinan dalam hal ini CNC milling, kualitas hasil pemesinan dapat dilihat dari bentuk yang sesuai, dimensi yang presisi, serta karakteristik permukaan seperti kualitas permukaan pada produk. Dimana untuk memenuhi standar kualitas permukaan ditentukan dari nilai kekasaran pada permukaan benda kerja.
Menurut Sudji (2017), kekasaran permukaan atau pada umumnya disingkat menjadi kekasaran merupakan komponen tekstur permukaan yang dapat diukur dari penyimpangan ke arah permukaan dari bentuk ideal permukaan material. Kekasaran permukaan dapat dipengaruhi oleh beberapa parameter seperti parameter
pemotongan yaitu ketidakteraturan mekanisme kecepatan pemakanan (feed rate), getaran spindel dan juga cacat pada material (La Tahzan, 2015).
Penelitian tentang kekasaran permukaan dan faktor apa saja yang memepengaruhinya sudah banyak dilakukan, Namun kebanyakan dari studi yang ada hanya meniliti terkait pengaruh parameter pemotongan seperti kecepatan pemotongan, kedalaman pemotongan, dan radius nose terhadap kekasaran permukaan sedangkan faktor lainnya belum banyak diteliti yang salah satunya adalah jumlah insert pahat. penelitian ini dengan tujuan untuk memperdalam studi terkait dan mencari kemungkinan adanya faktor lain yang dapat mempengaruhi kekasaran permukaan yang dalam hal ini adalah jumlah insert atau sisi potong cutter. Parameter yang akan digunakan dan dikaji dalam penelitian ini adalah variasi jumlah sisi potong pahat facemill dan feeding (fz) serta pengaruhnya terhadap kekasaran permukaan.
METODE
Parameter Pemotongan 1) Kecepatan potong
Vc =
m/min (1) Keterangan:
Vc = Velocity of cutting (m/min) d = diameter alat potong milling n = kecepatan putar spindel (rpm) 2) Kecepatan Putar
n =
rpm (2)
3) Kecepatan Pemakanan
Vf = n x fz x z mm/min (3)
Keterangan:
Fz = feed per tooth Z = Jumlah insert Alat dan Bahan
Alat dan bahan yang digunakan terdiri dari alat potong yaitu pahat insert LDHT 15T308ER-29 dan Tool Holder A240.63.R.06, lalu material yang digunakan adalah baja S45C dengan standart lain AISI 1045, proses facing dilakukan menggunakan mesin CNC milling Mori Seiki dan surface roughness tester untuk pengukuran nilai kekasaran
Gambar 3. Material S45C
Gambar 1 insert pahat Gambar 2 Tool Holder
Proses Pengujian
Proses pengujian yaitu facing permukaan material S45C dilakukan menggunakan mesin CNC milling dengan skema pengujian sebagai berikut.
Gambar 4. Skema Facing
Proses facing pada material dilakukan untuk mendapatkan sampel untuk pengujian nilai kekasaran permukaan. Proses eksperimen menggunakan beberapa variasi parameter yaitu 3 variasi jumlah insert yakni dengan jumlah 6, 3, dan 1, serta variasi feed per tooth yaitu dengan nilai 0,15, 0,2, dan 0,25 mm/gigi, kecepatan potong yang digunakan adalah 100 m/min konstan dengan kedalaman pemakan 0,3 mm. Skema parameter pengujian secara lengkap dapat dilihat pada tabel di bawah ini.
Tabel 1. Variasi Percobaan Percobaan n (RPM) Fz
(mm/gigi)
Jumlah gigi
(Z) Vf (mm/min)
1 505,25 0,15 6 454,73
2 505,25 0,15 3 227,36
3 505,25 0,15 1 75,79
4 505,25 0,2 6 606,30
5 505,25 0,2 3 303,15
6 505,25 0,2 1 101,05
7 505,25 0,25 6 757,88
8 505,25 0,25 3 378,94
9 505,25 0,25 1 126,31
HASIL DAN PEMBAHASAN Hasil Pengukuran Nilai Kekasaran
Material yang telah dilakukan proses facing selanjutnya dilakukan pengukuran nilai kekasaran permukaan menggunakan surface roughnes tester Mitutoyo SJ-410. Hasil dari pengukuran nilai kekasaran dapat dilihat pada Tabel 2.
Tabel 2. Hasil Pengukuran Kekasaran Percobaan Jumlah Sisi
Potong Fz (mm/gigi) Nilai Kekasaran (μm) Rata-rata Ra (μm)
Ra1 Ra2 Ra3
1 6 0,15 4,845 4,351 4,354 4,517
2 3 0,15 5,142 5,219 5,232 5,198
3 1 0,15 2,347 2,295 2,305 2,316
4 6 0,2 3,485 3,373 3,282 3,38
5 3 0,2 4,818 4,693 4,608 4,706
6 1 0,2 3,124 3,298 3,345 3,256
7 6 0,25 5,799 5,828 5,821 5,816
8 3 0,25 6,278 6,235 6,287 6,267
9 1 0,25 2,965 3,079 3,083 3,042
Analisis dan Pembahasan
Berdasarkan hasil pengukuran nilai kekasaran, maka dibuatlah grafik untuk mengetahui pengaruh dari parameter variasi terhadap kekasaran permukaan lalu dilkukanlah analisis dari grafik tersebut. Grafik pengaruh feed per tooth dan jumlah insert terhadap nilai kekasaran adalah sebagai berikut:
Gambar 5. Grafik pengaruh nilai fz terhadap kekasaran
Dilihat dari grafik 5 diatas merupakan pengaruh peningkatan nilai fz pada tiga kondisi jumah insert dan peningkatan jumlah sisi potong pada tiga kondisi fz (feed per tooth) terhadap nilai Ra, dimana dari kedua grafik diatas nilai Ra tertinggi berada di nilai fz 0,25 pada jumlah insert 3, sedangkan nilai Ra terendah berada di nilai fz 0,15 pada jumlah insert 1. Jika dilihat dari kedua grafik di atas peningkatan nilai fz dan jumlah insert sudah menunjukkan pengaruhnya terhadap nilai kekasaran (Ra), meskipun pada setiap peningkatan kedua variabel tersebut menunjukkan pengaruh yang fluktuatif terhadap nilai Ra. Grafik pengaruh nilai fz terhadap nilai Ra dari tiga garis yang ada, dua garis yaitu pada jumlah insert 3 dan 6 memperlihatkan bahwa nilai kekasaran terendah berada di fz 0,2 dan yang tertinggi berada di fz 0,25, sedangkan pada satu garis lainnya yaitu pada jumlah insert 1 memperlihatkan nilai kekasaran terendah berada di fz 0,15 dan yang tertinggi berada di fz 0,2 yang sedikit berada di atas dari fz 0,25. Selanjutnya pada grafik pengaruh jumlah insert terhadap nilai Ra, ketiga garis pada ketiga kondisi nilai fz yang ada memiliki kecendrungan yang sama yaitu nilai Ra tertinggi berada pada jumlah insert 3, yang terendah pada jumlah insert 1, dan nilai Ra pada insert 6 berada diantaranya.
Gambar 6. Grafik pengaruh jumlah insert terhadap kekasaran
Dari kedua grafik dari gambar 5 dan 6 diatas dapat dilihat bahwa peningkatan jumlah insert pahat dan feed per tooth (fz) pada proses facing berpengaruh terhadap kualitas permukaan material S45C berdasarkan nilai kekasaran (Ra) yang didapat. Meskipun demikian peningkatan nilai fz dan jumlah insert tidak selalu menunjukkan hubungan yang positif pada beberapa kondisi, yang artinya pada setiap perubahan dan peningkatan fz dan jumlah insert tidak selalu linear dengan meningkatnya nilai Ra. Seperti contohnya dapat kita lihat pada gambar 5 bahwa adanya peningkatan nilai Ra pada jumlah insert 1 ke jumlah insert 3, namun terjadi penurunan nilai Ra pada jumlah insert 6. Begitu juga pada gambar 4 yang juga tidak sesuai harapan dimana pada nilai fz 0,2
0 1 2 3 4 5 6 7
0,15 0,2 0,25
Roughness Average
feed per tooth (fz)
Pengaruh nilai fz terhadap Ra (μm)
Z = 6 Z = 3 Z = 1
0 1 2 3 4 5 6 7
1 3 6
Roughness Average (Ra)
Jumlah Gigi (Z)
Pengaruh Jumlah Sisi Potong (Z) Terhadap Nilai Ra (μm)
Fz = 0,15 Fz = 0,2 Fz = 0,25
nilai Ra yang didapat justru lebih kecil dibanding fz 0,15. Dimana seharusnya nilai fz yang semakin tinggi akan membuat nilai kekasaran yang semakin tinggi juga. Hal tersebut diperkuat oleh hasil penelitian dari jurnal Influence of cutting parameters on cutting force and surface finish in turning operation, dimana dihasilkan nilai fz yang semakin tinngi menyebabkan nilai kekasaran permukaan yang lebih tinggi juga dan memiliki pengaruh yang cukup signifikan pada nilai kekasaran permukaan (Raoa, C.J. et. al., 2013). Dari hasil analisis di atas dapat dilihat bahwa memungkinkan adanya faktor-faktor eksternal saat eksperimen berlangsung yang dapat mempengaruhi nilai kekasaran permukaan, faktor-faktor tersebut diantaranya ketidakrataan permukaan, insert tool yang aus, perbedaan ketinggian pada insert.
Setelah menemukan beberapa kemungkinan faktor eksternal yang mempengaruhi kekasaran permukaan sehingga pengaruh parameter variasi terhadap nilai Ra bersifat fluktuatif seperti yang sudah dijelaskan di atas, untuk itu dilakukanlah pengujian ulang dari beberapa variasi parameter percobaan pada Tabel 1 dengan mengeliminasi kemungkinan faktor eksternal yang dapat mempengaruhi nilai kekasaran dengan memastikan kerataan permukaan material dan alat potong dalam kondisi baik. Skema variasi percobaan kali ini seperti pada tabel berikut:
Tabel 3. Variasi percobaan ulang Percobaan Fz
(mm/gigi)
Jumlah gigi (Z)
1 0,15
6
2 0,2
3 0,25
4 0,2 3
5 1
Setelah dilakukan pengujian ulang yaitu facing material S45C, maka dilakukanlah pengukuran nilai kekasaran dari spesimen tersebut, hasil dari pengukuran nilai kekasarannya adalah sebagi berikut:
Tabel 4. Hasil pengujian ulang Percobaan Fz
(mm/gigi)
Jumlah gigi (Z)
Nilai Kekasaran (μm) Rata-rata
Ra1 Ra2 Ra3 Ra (μm)
1 0,15
6
4,146 3,861 3,849 3,95
2 0,2 5,155 4,749 4,586 4,83
3 0,25 5,1 4,689 4,786 4,86
4 0,2 3 2,755 3,47 3,525 3,25
5 1 2,537 2,62 2,509 2,56
Lalu dilakukanlah analisis dari data nilai kekasaran yang telah ada untuk melihat pengaruh dari nilai fz dan jumlah insert pahat terhadap nilai kekasaran permukaan, analisis yang dilakukan adalah pembuatan grafik pengaruh parameter variasi terhadap nilai Ra yang seperti pada gambar berikut:
Gambar 7. Grafik pengaruh nilai fz terhadap Ra 3,95
4,83 4,86
0,00 1,00 2,00 3,00 4,00 5,00 6,00
0,15 0,2 0,25
Roughness Average (Ra)
feed per tooth (fz)
Pengaruh Fz Terhadap Ra
Pada Z = 6
Gambar 8. Grafik pengaruh junlah insert terhadap Ra
Berdasarkan grafik diatas setelah dilakukan analisis dari data nilai kekasaran hasil pengujian ulang untuk meilhat apakah setelah mengeliminasi beberapa kemungkinan faktor eksternal yang mempengaruhi kekasaran dapat menghasilkan hasil yang lebih baik atau tidak, dari analisis tersebut didapatkan bahwa variasi nilai fz dan jumlah insert pahat berpengaruh terhadap kekasaran permukaan dimana peningkatan nilai variasi diikuti juga dengan peningkatan nilai kekasaran (Ra). Artinya kemungkinan faktor eksternal tersebut terbukti berpengaruh terhadap kekasaran permukaan.
PENUTUP Simpulan
Berdasarkan grafik pengaruh nilai fz terhadap nilai kekasaran permukaan (Ra) pada gambar 4.7, dapat dilihat bahwa pengaruh fz pada kekasaran permukaan dari tiga kondisi jumlah insert memiliki kecendrungan jika permukaan terkasar dengan nilai Ra tertinggi berada di nilai fz 0,25 dan permukaan terhalus dengan nilai Ra terendah berada di nilai fz 0,2. Berdasarkan grafik pengaruh jumlah insert pahat terhadap nilai kekasaran permukaan (Ra) pada gambar 4.8, diketahui bahwa pada tiga kondisi nilai fz pengaruh jumlah insert pada nilai Ra memiliki kecenderungan yang sama yaitu permukaan terkasar dengan nilai Ra tertinggi berada pada jumlah insert 3 sedangkan permukaan terhalus dengan nilai Ra terendah berada di jumlah insert 1. Setelah dilakukan pengujian ulang dengan mengeliminasi kemungkinan faktor eksternal, didapatkan grafik hasil analisis pada gambar 4.10 dan 4.11 bahwa variasi parameter fz dan jumlah insert memiliki pengaruh yang linear terhadap nilai kekasaran dimana semakin tinggi nilai fz dan jumlah insert pahat maka nilai kekasaran juga semakin tinggi.
DAFTAR PUSTAKA
AZO Materials. (2012, Juli 5). AZO Materials. Retrieved from Azom:
https://www.azom.com/article.aspx?ArticleID=6130
Dr. C. J. Rao, D. D. (2013). Influence of cutting parameters on cutting force and surface finish in turning operation. Procedia Engineering, 1405 – 1415.
Engin NAS, H. D. (2010). The Influence Of Number Of Inserts And Cutting Parameters On Surface . Technology, 1-7.
Groover, M. P. (2010). Fundamental Of Modern Manufacturing. USA: John Wiley & Sons, Inc.
Kang, W. D. (2020). Effect Of Vibration On Surface Roughness In Finish Turning. Original Scientific Paper, 595-606.
MatWeb. (n.d.). MatWeb. Retrieved from matweb:
https://www.matweb.com/search/DataSheet.aspx?MatGUID=6b29957fc95e426d87dff64d67c59f6c&ck ck=1
2,56
3,25
4,83
0,00 1,00 2,00 3,00 4,00 5,00 6,00
1 3 6
Roughness Average (Ra)
Jumlah Insert
Pengaruh Jumlah insert Terhadap Ra
Pada Fz = 0,2
omesin. (2014, Augustus 4). Guru Teknik Mesin. Retrieved from omesin:
https://www.omesin.com/2018/08/kekasaran-permukaan-atau-tanda.html
Sobron Lubis, S. A. (2014). Pengaruh Parameter Pemotongan Pada Proses Side Milling Dan Face Milling Terhadap Kekasaran Permukaan Logam. 1-11.
Sofyan Ekaputra Afrizon, A. B. (n.d.). Pengaruh JUmlah Mata Sayat Endmill cutter dan Kecapatan Spindel Terhadap Kekasaran Permukaan Baja Karbon Tinggi Pada Proses Frais Konvensional. 1-6.
Walker, J. R. (2019). Machining Fundamentals. USA: The Goodheart-Willcox Company, Inc. .
Walter. (2012). A Compendium Of Expertise In Machining, General Catalouge. Bromsgrove, England: Walter GB LTD.
