7 ruslan dalimonthe

Ruslan Dalimunthe: Pengaruh Kecepaatan Potong Terhadap Umur Pahat HSS Pada ProsesPembubutan AISI 4340 139

Jurnal Sains dan Inovasi 5 (2) 139-145(2009)

PENGARUH KECEPATAN POTONG TERHADAP UMUR PAHAT HSSPADA PROSES PEMBUBUTAN AISI 4340

Ruslan DalimuntheDosen Fakultas Teknik Universitas Sang Bumi Ruwa Jurai

ABSTRAKOperasi pemotongan logam merupakan salah satu aktifitas yang sering dilakukan dalam industri manufaktur, khususnyauntuk memproduksi bagian-bagian pemesanan. Untuk menghasilkan produk yang baik dalam pemesinan digunakan pahatpotong sebagai alat bantu, pahat HSS merupakan pahat yang sering digunakan dalam penelitian serta industri. Pahat tidakdapat digunakan terus menerus maka penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh kecepatan potong terhadapumur pahat HSS pada proses pembubutan AISI 4340, mengetahui laju keausan pada proses pembubutan AISI 4340, danmenentukan kecepatan (optimal) untuk proses pembubutan AISI 4340 oleh pahat HSS. Dalam penelitian ini prosespemotongan dilakukan pada meterial baja karbon medium yang memiliki kekerasan 95,9 HRB dengan empat variasikecepatan potong yaitu v1= 18,01 m/min, v2 = 15,68 m/min, v3 = 24,55 m/min, v4 = 20,28 m/min. Hasil yang diperoleh daripenelitian menunjukkan bahwa besarnya kedalaman potong membuat pabat semakin cepat aus dan pada penggunaankecepatan yang cukup tinggi resiko kegagalan pada pahat relatif besar. Tingginya kecepatan potong (v) menurunkari fungsiumur pahat, hal ini dapat dilihat pada penelitian ini bahwa umur pahat tertinggi berada pada kecepatan potong 15,68m/min. Dari tingginya umur pahat yang didapat pada kecepatan 15,68 m/min maka kecepatan potong (v) dikatakan optimaluntuk pembubutan AISI 4340 menggunakan pahat High Speed Steel (HSS), dengan diameter benda kerja (d) 27 mm,putaran spindel (n) 185 rpm dan kedalaman potong (a) sebesar 2 mm________________________Keywords: Kecepatan Potong,Pahat HSS

PENDAHULUANOperasi pemotongan logam

merupakan salah satu aktifitas yangsering dilakukan dalam industrimanufaktur, khususnya untukmemproduksi bagian-bagian permesinan.Proses pemotongan logam merupakansuatu proses yang digunakan untukmengubah logam dasar menjadikomponen mesin dengan menggunakanpahat sebagai komponen utamanya.

HSS (High Speed Steel) merupakanjenis material yang banyak digunakansebagai pahat potong. HSS pertama kaliditemukan pada tahun 1898 merupakanbaja paduan tinggi dengan unsur paduanchrom (Cr) dan TungstenlWolfram (W).Melalui proses penuangan (moltenmetallurgy) kemudian diikuti pengerolanataupun penempaan baja ini dibentukmenjadi batang atau silinder. Padakondisi lunak (annealed) bahan tersebutdapat diproses secara pemesinan menjadiberbagai bentuk pahat potong. Setelahproses laku panas dilaksanakan,kekerasannya cukup tinggi sehingga

dapat digunakan pada kecepatan potongyang cukup tinggi sampai dengan 3 kalikecepatan potong pahat Carbon Tolls Steel(CTS) yang dikenal pada saat itu sekitar10 m/min, sehingga dinamakan dengan"Baja Kecepatan Tinggi". Bila telah auspahat HSS dapat diasah sehingga matapotongnya tajam kembali. Karena sifatkeuletan yang relatif baik maka sampaisaat ini berbagai jenis HSS masih tetapdigunakan .

Beberapa penelitian yangmenggunakan pahat HSS telah dilakukan,salah satunya mengenai keausan danumur pahat pada proses pembubutan bajakarbon rendah dengan menggunakanpahat HSS. Keausan pahatberdasarkanpada nilai keausan tepi vskritis yaitu 0,3 mm. Penelitian tersebutdilakukan dengan gerak makan (f)= 0,125mm/rev dan kedalaman potong (a) = 1mm (konstan) dengan variasi kecepatanpotong, menunjukkan bahwa umur pahattertinggi pada kecepatan potong 6,93m/min sebesar 4187,65 detik dan umur



pahat terendah pada kecepatan potong47,1 m/min sebesar 1471,488 detik.Dan penelitian yang dilakukan padaproses pembubutan dengan masing-masing variasi kecepatan potong, variasilaju pemakanan dan variasi tebal potongmenunjukkan umur pahat bubut HSSyang dilapisi Titanium Nitrida relatif lebihtahan lama (meningkat) biladibandingkan dengan pahat yang tidakdilapisi. Penyebab lain dari keausan pahatHSS ini adalah tingginya kecepatanpotong menyebabkan pahat makin cepatpanas .

Seperti yang telah dijelaskansebelumnya pahat HSS merupakan pahatyang paling sering digunakan dalampenelitian-penelitian dilaboratorium.Dalam prakteknya pahat memiliki umurdan tidak dapat digunakan terus menerus.Faktor-faktor yang menentukan umurpahat adalah geometri pahat, jenismaterial benda kerja dan pahat, kondisipemotongan (kecepatan potong,kedalaman potong dan gerak makan),cairan pendingin dan jenis prosespemesinan [6]. Untuk menentukankeausan pada pahat potongnya operatormesin melakukan secara visual ataumeraba pada bagian ujung mata pahat,cara ini yang sering dilakukan di industridikarenakan keterbatasan alat danefisiensi waktu untuk memenuhikeinginan konsumen.Tabel 1. Beberapa unsur yang membentuk HSS .

No Unsur Keterangan1. Tungsten

/wolfram (W)Dapat membentuk karbida yaitu paduan yangsangat keras (Fe4W2C) yang menyebabkankenaikan temperatur untuk proses hardening dantempering. Dengan demikian hot hardnessdipertinggi.

2. Chromium(Cr)

Menaikkan hardanability dan hot harness. Chormmerupakan elemen pembentukan karbida, akantetapi Cr menaikkan sensitivity terhadap overheating.

3. Vanadium(V)

Mempunyai efek yang sama seperti W aka tetapilebih terasa (2% W dapat digantikan oleh 1% Mo).Dengan menambah 0,4% sampai 0,9% Mo dalamHSS dengan paduan-paduan utama W (W-HSS)dapat dihasilkan HSS yang mampu menahan bebankejut. Keruhiannya adalah lebih sensitif terhadapoverheating (hangusnya ujung-ujung yang runcing)sewaktu dilakukan proses heatreatment.

4. Molybdenum(Mo)

Menurunkan sensitivity terhadap overheating sertamenghaluskan besar butir. Vanadium jugamenipakan elemen pembentukan karbida.

5. Cobalt (Co) Bukan elemen pembentuk karbida. Ditambahkandalam HSS untuk menaikkan hot hardness dantahanan keausan. Besar butir menjadi lebih halussehingga ujung-ujung yang runcing tetapterpelihara selama heat treatment pada temperaturtinggi.

Sudut-sudut Pahat BubutAda beberapa sudut-sudut yang

memegang peranan penting dalam prosespemesinan sehingga menghasilkanproduk yang diinginkan.

Gambar : Nama-nama permukaan dansudut-sudut pahat bubut (11)

Keterangan :A = Bidang Pembuangan Geram = Sudut Bebas UjungA = Bidang Bebas = Sudut BajiA = Bidang Bebas Ujungo = Sudut Geram OrthogonalS = Sisi Potong = Sudut PotongS = Sisi Potong Ujungo = Sudut Bebas Othogonal

METODE PENELITIANAdapun benda kerja yang

digunakan dalam penelitian ini adalahporos AISI 4340 dengan panjang 580 mmdan berdiameter 33 mm. denganspesifikasi diperlihatkan pada tabel 1.Tabel 2. Spesifikasi benda kerjaNo Spesifikasi Keterangan1 Jenis Material AISI43402 Komposisi 0,37 0,43 % C; 0,7 0,9 % Cr; 96 % Fe;

0,7 % Mn; 0,2 0,3 Mo; 1,83 Ni; 0,23 %Si; Maks 0,035 % P; Maks 0,04 % S. [15]

3 Kekuatantarik

900 110 N/mm2

4 Kekerasan 95,9 HRB

Tabel 3. Spesifikasi pahat HSSNo Spesifikasi Keterangan1 Jenis Material Pahat HSS (High Speed Steel)2 Tipe Bohler MO3 Dimensi 5/8 in x 6 in4 Kekerasan 60HRC5 Sudut Bebas Orthogonal (oo) 12o6 Sudut Geram Orthogonal (yo) 12o7 Sudut Bebas (a) 8o8 Sudut potong Utama (Kr) 90o9 Sudut Potong Bantu (K/) 7o



Peralatan dan Instrument PengujianDalam penelitian ini diperlukan

beberapa alat yang digunakan, mesinbubut yang dapat mewakili untukpenelitian ini diperlihatkan pada Tabel.Tabel 4. Mesin BubutNo Spesifikasi Keterangan1 Jenis Material Pahat Mesin Bubut Konvensional2 Tipe Pinocho S-90 / 2003 Putaran Spindel 40 2200 rpm4 Maks Turning Diameter 0 200 mm5 Tool Size 25 x 25 mm6 Daya mesin 4 kW

Gambar 4. Mesin bubut Pinochio tipe S-90/200

Mesin GerindaMesin gerinda merupakan mesin

untuk mengasah dan digunakanmembentuk sudut-sudut pahat sesuaidengan heometri yang digunakan olehBalai Latihan Kerja.Alat Uji Kekerasan

Alat uji kekerasan adalah alat yangdiginakan untuk megetahui nilaikekerasan HSS dan benda kerja padapenelitian ini.Pada pengukuran kekerasan menurutRockwell, sebuah benda pendesak ditekandalam dua tingkat benda kerja yangdikerjakan licin. Maka kedalamanpendesakan yang tetap merupakanukuran untuk kekerasan, yang sekaligusdapat dibaca pada jam ukur.Sudut antara dua permukaan objek ukurdapat diukur melalui bayangan yangterbentuk pada kaca buram dari profilproyektor (Gambar. 2). Setelah bayangandifokuskan (diperjelas garis tepinya)dengan cara mengatur letak benda ukur

di depan lensa kondensor dari profilproyektor, maka sudut dari dua tepibayangan yang akan ditentukan besarnyadapat ditentukan.

Gambar 2. Profil proyektorProsedur PenelitianMetode yang digunakan untuk penelitianini adalah metode eksperimental, terbagidalam beberapa tahapan berikut:Penyiapan Pahat dan Benda Kerja

Penelitian ini menggunakanmaterial pahat HSS Bohler MO yanggeometri sudutnya telah dibentuk,disesuaikan dengan spesifikasi yangdigunakan oleh BLK sedangkan bendakerjanya adalah AISI 4340 dengantegangan tarik yang telah diketahui. Daritegangan tarik benda kerja yang telahdiketahui dikonversikan dengan Tabel 1,diperoleh sudut geram orthogonal (o).Sudut bebas orthogonal (o) dipilih 12,berdasarkan pada besarnya gerak makan.

Gambar 3. Alat uji kekerasan permukaan



Pengukuran dapat dilakukan denganbentuk sebuah kerucut intan dengansudut puncak 120 dan ujungnya yangdibulatkan sebagai benda desak. Maka inidisebut rockwell-C (dari bahasa Inggrisyaitu Cone), dinyatakan dengan HRC.Biasanya metode ini dipakai untuk bahan-bahan yang keras. Pengukuran dapat jugadilakukan dengan sebuah peluru bajakecil yang keras dengan diameter 1/16"(1,59 mm) sebagai benda pendesak makaini disebut Rockwell-B (B dari bahasaInggris yaitu Ball), dinyatakan denganHRB. Rockwell-B terutama dipakai untukbahan-bahan yang lunak sepertialmunium, tembaga dan baja lunak. PadaHRB di ukur lagi pendesakan yang tetapdari peluru setelah dibebani 100 kgf (=981N).Profil ProyektorProfil Proyektor digunakan untuk melihatberapa besar keausan tepi vB yang terjadiakibat proses pemesinan yang dialamioleh pahat HSS dengan menggunakanpembesaran 50X.Karena gerak makan pada penelitian inisebesar 0.05 mm/rev. Dan pemilihansudut K,' sebesar 7 karena diasumsipemotongan kaku dan ' sebesar 8.Pemilihan Variabel Permesinan,Kecepatan Potong (v) dan Kedalamanpotong ()

Kecepatan potong yang digunakanpada penelitian ini adalah:1. V1 = 18,01 m/min2. V2= 15,68 m/min3. V3 = 24,55 m/min4. V4 = 20,28 m/minuntuk memperoleh kecepatan potong (v)yang telah ditentukan di atas, denganmenggunakan rumus (1) dan (2)dilakukan pemilihan dua kecepatanspindle yaitu 185 dan 340 rpm danpenyesuaian diameter benda kerja.Kedalaman potong yang digunakan

konstan yaitu 2 mm, disesuaikan denganpekerjaan yang dilakukan.Harga batas keausan tepi untuk materialpahat HSS dan benda kerja baja antara 0,3mm hingga 0,8 mm. Maka dalampenelitian ini ditetapkan harga bataskeausan tepi (VB) sebesar 0,3 mm.Proses pembubutan dan pengujiankeausan tepiProses pengambilan data keausari tepi vBdiambil pada setiap panjang pemesinan(lt) adalah 100 mm pada masing-masingkecepatan potong (v). Kemudian keausanmata pahat dilihat dengan menggunakanprofil proyektor dengan pembesaran 50X.Umur pahat (T) pada masing-masingkecepatan potong didapatkan dengan cararegresi linier.Prosedur Pengambilan DataAdapun data-data yang akan diperolehdari penelitian ini adalah :Tabel 6. Data Keausan tepi (VB) pada variasi

kecepatan potongNo Sampel 1 2 3 4 51 v1 = 18,01 m/min VB1 VB2 VB3 VB4 VB52 v2 = 15,68 m/min VB6 VB7 VB8 VB9 VB103 v3 = 24,55 m/min VB11 VB12 VB13 VB14 VB154 v4 = 20,28 m/min VB16 VB17 VB18 VB19 VB20

Tabel 7: Umur PahatKecepatan potong(v, m/min)

18,01m/min

15,68m/min

24,55m/min

20,28m/min

Sampel pada Vbmax(0,3 mm)

Sv1 Sv2 Sv3 Sv4Waktu pemotongan(tc, dtk)

tv1 tv2 tv3 tv4Umur pahat (T, dtk) Tv1 Tv2 Tv3 Tv4

HASIL DAN PEMBAHASANUji Kekerasan Benda Kerja dan PahatDengan menggunakan uji kekerasanRockwell-B dengan pembebanan 100 kgf,didapat data nilai kekerasan benda kerjapada 5 titik, seperti Tabel 7.



Tabel 8. Data uji kekerasan Rockwell-BTitik HRB1 962 97.53 964 955 95

Rata-rata HRB 95.9Untuk mengetahui kekerasan pahat,digunakan uji kekerasan Rockwell-Cdengan pembebanan 150 kgf, didapat datanilai kekerasan pahat pada 3 titik sepertipada Tabel 9.Tabel 9. Data uji kekerasan Rockwell-C

Titik HRC1 762 763 76

Rata-rata HRC 764.2. Bahan dan Geometri PahatPahat yang digunakan adalah pahat HSStipe Bhler Mo Rapid 1200. nilai tegangangtarik (



Gambar 7. Grafik hubungan keausan tepi VB terhadapjumlah sampel pada kecepatan potong yangbervariasi.

Gambar 8. Grafik hubungan waktu potong tc dengankeausan tepi vb

Kecepatan Potong (m/min)

Gambar 9. Hubungan Sampel dengan kecepatanpotong

Tabel 12. Umur PahatKecepatan potong(v, m/min)

18,01 15,68 24,55 20,28Sampel padaVbmax (3 mm)

5,263 5,346 5 5,01Waktu pemotong-an (tc, dtk)

648,6 648,6 352,8 352,8Umur pahat(T, dtk)

3413,58 3467,42 1764 1767,53

Kecepatan potong (m/min)Gambar 10. Hubungan antara umur pahat dengan kecepatan

potong

Banyak sampel yang telah dikerjakandikalikan dengan waktu pemotongan (tc)akan didapatkan umur pahat padamasing-masing kecepatan potong. DariGambar 10 di atas dapat dilihat umurpahat menurun dengan bertambahnyawaktu pemotongan, kedalaman potongserta kecepatan potong. Pada saat awaldigunakan pertumbuhan keausan relatifcepat dengan membentuk pola linier.Pada kecepatan yang tinggi pahat dapatmengerjakan dengan waktu relatif cepattetapi temperatur pahat meningkatmembuat keausan pahat akan cepatterjadi. Kedalaman potong yang relatifbesar juga membuat umur pahat menurunkarena beban yang diberikan cukup besardan permukaan kontak yang luasmenimbulkanpahat cepat aus. Dari Gambar 10 di atasdapat dilihat umur pahat tertinggi padapenelitian ini pada kecepatan potong15,68 m/min sebesar 4048,56 detik danumur pahat terendah pada kecepatanpotong 24,55 m/min sebesar 1764 detik.Hal ini menunjukkan dengan kedalamanpotong sebesar 2 mm serta kecepatanyang tinggi akan menurunkan umurpahat.

SIMPULAN DAN SARANSimpulanDari hasil pembahasan dan analisis yangtelah dilakukan dalam penelitian ini makadapat diambil beberapa kesimpulan yaitu:1. Besarnya kedalaman potong

rnembuat pahat semakin cepat ausdan pada penggunaan kecepatanyang cukup tinggi resiko kegagalanpada pahat relatif besar.

2. Tingginya kecepatan potong (v)menurunkan fungsi umur pahat, halini dapat dilihat pada penelitian ini



bahwa urnur pahat tertinggi beradapada kecepatan putong 15,68 m/min.

3. Dari tingginya umur pahat yangdidapat pada kecepatan 15,68 m/minmaka kecepatan potong (v) dikatakanoptimal untuk pembubutan AISI 4340menggunakan pahat High Speed Steel(HSS), dengan diameter benda kerja(d) 27 mm, putaran spindel (n) 185rpm dan kedalamam potong (a)sebesar 2 mm.

SaranDari penelitian yang telah dilakukan,maka saran-saran yang dapat diberikanuntuk1. Pada pembubutan dengan kombinasi

pahat High Speed Steel (HSS) denganbenda keija AISI 4340 kecepatanoptimal adalah 15,58 m/min karenapahat menunjukkan umur yang tinggiyang memungkinkan pahat dapatdigunakan cukup lama.

2. Penelitian perlu dikembangkandengan memvariasikan kedalamanpotong dan pemotongan denganmenggunakan pendingin (coolant).

DAFTAR PUSTAKABoothroyd, G., 1975, Fundamentals of

Metals Machinmg and Machine Tools.Mc Graw Hill, Tokyo, Japan.

Cakir, M. C., dan Isik, Y., 2004, DetectingTool Breakage In Turning AISI 1050Steel Using Coated and UnocoatedCutting Tools, Journal of MaterialProcessing Technology.

Donaldson, C., LeCain, G.H., dan Goold,V. C., 1976, Tool Design. McGrawHill Publishing Company. Ltd., NewDelhi.

Groove, M.P., 1997 Fundamental ofModern Manufacturing. PranticeHall.

Hamni, S., 2005, Penentuan Pahat Potongpada Mesin CNC BerdasarkanPertumbuhan Keausan Tepi denganMetode Linier. Laporan PenelitianTeknik Mesin, UniversitasLampung, Bandar Lampung.

Ibrahim, G.A., Mudjijana, dan Sujitno, T.,2004, Pengaruh Tebal PotongTerhadap Laju Keausan Pahat BubutHSS Yang Dilapisi TiN Dengan TeknikSputtering DC. Seminar NasionalPerkembangan Riset dan Teknologidi Bidang Industri, Yogyakarta.

Kalpakjian, S., 1997, ManufacturingProcesses for Enginering Materials.Addison Wesley Logman, Inc.,Canada, USA.

Krar, S.F., Rapisarda, M., dan Check, A.F.,1997, Machine Tool andManugacturing Tecchnologi. DalmarPublisher, USA.

Rochim, T., 1993, Teori dan TeknologiProses Pemesinan. ITB, Bandung.

7 ruslan dalimonthe

Documents