PENGARUH FEED MOTION KONDISI CHATTER TERHADAP

KEKASARAN PERMUKAAN BENDA KERJA PROSES BUBUT

Muchammad Tegar Lazuardhy, Endi Sutikno, Erwin Sulistyo

Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas BrawijayaJalan MT. Haryono 167, Malang 65145, IndonesiaE-mail : muchammad.tegar.lazuardhy@gmail.com

Abstrak

Proses pembubutan adalah suatu proses yang digunakan untuk mengubah dimensi benda kerja silindris dengan cara memotong permukaan benda kerja yang berputar pada mesin dengan menggunakan pahat potong. Dalam penelitian ini dilakukan proses pembubutan menggunakan mesin bubut yang bertujuan untuk mengetahui pengaruh feed motion kondisi chatter terhadap kekasaran permukaan benda kerja dengan menggunakan baja S45C sebagai materialnya. Dari penelitian ini diperoleh data berupa amplitudo getaran yang terjadi selama proses pembubutan dan kekasaran permukaan benda kerja. Dari hasil penelitian ini diperoleh kekasaran permukaan paling rendah adalah pada feed motion 0,045 mm/rev dengan nilai kekasaran permukaan 5,47 m. Untuk data amplitudo getaran paling rendah juga terjadi pada feed motion 0,045 mm/rev dengan nilai sebesar 121,4875 m/s2. Semakin besar feed motion akan menghasilkan gaya yang juga semakin besar yang mempengaruhi amplitudo getaran selama proses pembubutan dan akan memperbesar nilai kekasaran permukaan benda kerja.Kata kunci: Feed motion, gaya potong, amplitudo getaran, kekasaran permukaan

PENDAHULUAN

Proses pemesinan pada mesin bubut adalah terjadinya gerak reatif antara pahat dan benda kerja akan menghasilkan variasi chip yang berakibat pada perubahan gaya, sehingga amplitudo getaran terus membesar dengan cepat. Amplitudo yang membesar akan menimbulkan suara yang melengking yang berasal dari pahat yang memotong benda kerja. Bertambahnya amplitudo yang terjadi juga disebabkan karena energi yang dipakai pemotongan akan diserap oleh sistem. Energi yang mengeksitasi getaran tersebut berasal dari proses pemotongan itu sendiri disebut getaran eksitasi diri atau lebih dikenal dengan chatter.

Chatter adalah getaran yang terjadi saat pahat bergerak ke arah benda kerja pada proses pemotongan (Zelinski, 2005:1). Chatter harus dihindari karena dapat menurunkan kualitas permukaan bahkan mengakibatkan kesalahan geometri. Penyebab chatter bermacam-

macam, salah satunya parameter pemotongan. Dalam penelitian ini, parameter pemotongan yang dipakai adalah feed motion. Feed motion yang besar akan menimbulkan getaran. Getaran akan mempengaruhi kualitas produk yang dihasilkan salah satunya kekasaran permukaan.

Kekasaran permukaan (surface roughness) suatu produk permesinan dapat mempengaruhi beberapa fungsi produk tersebut seperti gesekan permukaan, perpindahan panas, kemampuan penyebaran pelumasan, pelapisan, dan lain-lain. Maka, dalam praktek di lapangan seringkali yang pertama kali ditetapkan adalah tingkat kekasaran yang diinginkan, kemudian berdasarkan tingkat kekasaran yang diinginkan tersebut dilakukan proses permesinan untuk mendapatkan tingkat kekasaran tersebut, dengan menentukan parameter pemotongan yaitu kedalaman pemakanan (depth of cut), laju pemakanan

1

(feed motion), dan kecepatan potong (cutting speed).

TINJAUAN PUSTAKATeori Pemotongan Logam

Ada dua macam pemotongan logam yaitu dengan cara memotong terpisah (menggunakan pisau atau gergaji) dan pembuangan chip. Pada proses pemotongan pembuangan chip menggunakan pahat sebagai alat potongnya. Ada dua macam pahat yang digunakan pada proses pemotongan, yaitu pahat single point dan pahat multiple point. Pahat single point seperti yang terdapat pada mesin bubut. Pahat multiple point terdiri dari dua atau lebih pahat single point disusun menjadi satu pahat. Pahat multiple point terdapat pada mesin milling. Pemotongan logam sangat erat hubungannya dengan pahat orthogonal, pahat orthogonal adalah pahat potong yang sisi potongnya tegak lurus terhadap arah potong. (B.H Amstead, dkk, 1987:450).

Gaya PemotonganSuatu analisis mekanisme

pembentukan geram yang dikemukakan oleh Merchant mendasarkan teorinya atas model pemotongan sistem tegak (orthogonal system). Tergantung dengan cara penguraiannya gaya dibagi menjadi tiga macam, yaitu :1. Gaya total (F), ditinjau dari proses

deformasi material, dapat diuraikan menjadi dua komponen, yaitu : Fs ; gaya geser yang

mendeformasikan material pada bidang geser sehingga melampaui batas elastik

Fsn ; gaya normal pada bidang geser yang menyebabkan pahat tetap menempel pada benda kerja

2. Gaya total (F), dapat diketahui arah dan besarnya dengan cara membuat dinamometer (alat ukur gaya dimana pahat dipasang padanya dan alat

tersebut dipasang pada mesin perkakas) yang mengukur dua komponen gaya, yaitu :Fv ; gaya potong, searah dengan

kecepatan potongFf ; gaya makan, searah dengan

kecepatan makan3. Gaya total (F) yang beraksi pada

bidang geram (A, face, bidang pada pahat dimana geram mengalir) diuraikan menjadi dua komponen untuk menentukan koefisien gesek geram terhadap pahat, yaitu :F ; gaya gesek pada bidang

geramFn ; gaya normal pada bidang

geramKarena berasal dari satu gaya yang

sama mereka dapat dilukiskan pada suatu lingkaran dengan diameter yang sama dengan gaya total (F), seperti gambar 1. Lingkaran tersebut digambarkan persis di ujung pahat sedemikian rupa sehingga semua komponen menempati lokasi seperti yang dimaksud. Gambar ini merupakan sistem gaya pada pemotongan orthogonal.

Gambar 1: Lingkaran Gaya Pemotongan (Lingkaran Merchant)Sumber : Taufiq Rochim, 1993: 27

Sewaktu pemotongan mulai berlangsung, gaya potong Fv akan membesar. Daerah di muka potong akan menderita tegangan geser dengan orientasi dan harga yang bervariasi. Salah satu bidang akan menderita tegangan geser yang terbesar dan dengan naiknya gaya potong maka tegangan geser pada bidang tersebut (bidang geser) akan melampaui batas (yield) sehingga terjadi deformasi plastik yang menyebabkan terbentuknya

2

geram. Bila hal ini telah terjadi maka gaya potong telah mencapai harga maksimum (tidak mungkin naik lagi).

Proses BubutPada proses bubut benda kerja

dipegang oleh pencekam yang dipasang pada ujung poros utama (spinde), lihat gambar 2.

Gambar 2: Mesin Bubut (Lathe Machine)Sumber : Taufik Rochim, 1993: 14.

Elemen dasar dari proses bubut dapat diketahui atau dihitung dengan menggunakan rumus yang dapat diturunkan dengan memperhatikan gambar 2. Kondisi pemotongan ditentukan sebagai berikut:Benda kerja;do = diameter awal (mm)dm = diameter akhir (mm)lt = panjang pemesinan (mm)Insert;kr = sudut potong utama (°)γo = sudut geram (°)Mesin bubut;a = kedalaman pemotongan (mm)f = gerak makan (mm/rev)n = putaran poros utama (rpm/min)

Pada gambar 3 diperlihatkan sudut potong utama (kr, principal cutting edge angle) yang Besarnya sudut tersebut ditentukan oleh geometri pahat dan cara pemasangan pahat pada mesin perkakas (orientasi pemasanganya). Untuk harga a dan f yang tetap maka sudut ini menentukan besarnya lebar pemotongan (b, width of cut) dan tebal geram sebelum terpotong (h, undeformed chip thickness) sebagai berikut:

a. Lebar pemotongan:

;(mm)

b. Tebal geram sebelumnya yang terpotong :

;(mm)

Gambar 3 Proses BubutSumber : Taufik Rochim, 1993: 15

GetaranGetaran adalah gerakan bolak-balik

melalui titik kesetimbangan. Kesetimbangan di sini maksudnya adalah keadaan dimana suatu benda berada pada posisi diam jika tidak ada gaya yang bekerja pada benda tersebut. Getaran mempunyai amplitudo (jarak simpangan terjauh dengan titik tengah) yang sama.

Getaran yang dialami oleh mesin disebabkan karena adanya sumber penyebab getaran yang kemudian diteruskan ke seluruh bagian/komponen mesin yang bersangkutan. Sumber getaran ini dapat berasal dari dalam mesin itu sendiri. Contohnya, ketidak-seimbangan gaya yang disebabkan titik berat benda kerja atau pahat tidak pada sumbu putar, ball bearing yang rusak, belt yang bergetar, dan sebagainya. Getaran yang terjadi karena sumber-sumber getaran yang tersebut di atas dinamakan sebagai getaran eksitasi paksa (forced excited vibration). Getaran pada proses permesinan sangat merugikan. Pada proses finishing akan mengurangi ketelitian dimensi, bentuk serta kehalusan suatu produk.

Kekasaran Permukaan

3

Kekasaran permukaan digambarkan oleh kualitas akhir pemesinan dan kondisi fisik dari lapisan permukaan metal pada saat komponen tersebut dibuat.

Kualitas lapisan permukaan dan permukaan akhir komponen mesin mempengaruhi sifat fungsionalnya secara luas. Karakteristik fungsional komponen mesin bergantung pada kualitas:

a. Ketahanan aus permukaan gesek.

b. Kekuatan fatigue komponen.c. Kekuatan interferensi dari

material dasar.d. Ketahanan korosi permukaan,

dll.Satu faktor penting yang

mempengaruhi kualitas lapisan permukaan yang harus diperhatikan adalah getaran pemesinan, pahat, dan pengerjaan selama pemesinan. Getaran juga menurunkan kapasitas produksi, menurunkan umur pahat, dan menyebabkan keausan dini pahat mesin. Permukaan akhir bergantung pada beberapa faktor, berikut ini adalah faktor yang paling berpengaruh pada permukaan akhir:

a. Material benda kerja.b. Jenis mesin.c. Kekakuan sistem yang terdiri

dari pahat mesin, fixture, pahat potong dan benda kerja.

d. Jenis, bentuk, material, dan ketajaman pahat potong.

e. Kondisi pemotongan.f. Jenis coolant yang digunakan.

METODE PENELITIANMetode penelitian yang digunakan

adalah metode penelitian eksperimental nyata (true experimental research). Jenis penelitian ini digunakan untuk menguji pengaruh dari suatu perlakuan terhadap proses. Pengaruh dari beberapa perlakuan yang berbeda terhadap suatu percobaan akan dibandingkan sehingga diperoleh suatu kejadian yang saling berhubungan.

Variabel Penelitian

Variabel BebasVariabel bebas adalah variabel

yang besarnya ditentukan oleh peneliti dan harganya dapat diubah-ubah dengan metode tertentu untuk mendapatkan nilai variabel terikat dari obyek penelitian, sehingga dapat diperoleh hubungan antara keduanya. Variabel bebas dalam penelitian yaitu feed motion dengan variasi 0,045; 0,090; 0,140; 0,180 (mm/rev).

Variabel TerikatVariabel terikat adalah variabel

adalah variabel yang nilainya tergantung dari variabel bebas dan diketahui setelah dilakukan penelitian. Dengan adanya hubungan antara variabel bebas dan terikat akan menghasilkan perubahan nilai dari variabel terikat tersebut. Variabel terikat dalam penelitian ini adalah kekasaran permukaan hasil proses pembubutan.

Variabel terkontrolVariabel terkontrol adalah variabel

yang nilainya ditentukan peneliti dan dikondisikan konstan. Dalam penelitian ini variabel terkontrolnya adalah

a. Cutting speed yang dipakai sebesar 25,12 m/min

b. Depth of cut yang dipakai sebesar 1 mm

Instalasi Penelitian

Gambar 4 Instalasi Penelitian Alat-alat yang digunakan :1. Mesin bubut2. Surface Roughness SJ 3013. Vernier Caliper

4

Bahan yang digunakan :Material yang digunakan sebagai spesimen uji dalam penelitian ini adalah baja S45C dengan komposisi sebagai berikut:

Tabel 1 Komposisi S45CNo. Unsur Prosentase

(%)1 Karbon (C) 0,44

2 Silikon (Si) 0,21

3 Mangan (Mn) 0,63

4 Pospor (P) 0,015

5 Chromium (Cr) 0,13

6 Nikel (Ni) 0,02

7 Copper (Cu) 0,02

HASIL DAN PEMBAHASAN

Gambar 5 Grafik hubungan antara feed motion dengan amplitudo dan kekasaran permukaan rata-rata hasil pembubutan

Analisa Pengaruh Feed Motion Terhadap Amplitudo Getaran Hasil Pembubutan

Adanya pengaruh yang nyata antara feed motion terhadap amplitudo getaran yang dihasilkan dapat dilihat pada gambar 4.2, dimana pada feed motion 0,045 mm/rev menghasilkan amplitudo getaran sebesar 121,4875 m/s2, pada feed motion 0,09 mm/rev menghasilkan

amplitudo getaran sebesar 205,1468 m/s2, pada feed motion 0,14 mm/rev menghasilkan amplitudo getaran sebesar 252,055 m/s2, dan pada feed motion 0,18 mm/rev menghasilkan amplitudo getaran sebesar 286,8183 m/s2.

Pada grafik dapat dilihat bahwa semakin besar feed motion, maka amplitudo getaran yang dihasilkan akan semakin besar. Hal ini dikarenakan semakin besar feed motion maka akan berpengaruh terhadap gaya potong yang dikenakan pada benda kerja. Hal ini dapat dilihat pada geram yang terbentuk selama proses pembubutan. Hubungan antara geram dengan gaya potong dapat dilihat pada rumus (Taufiq Rochim, 1993 : 28) :

F = shi . b . h

(4.1)Keterangan :F = Gaya potong (N)shi = Tegangan geser pada bidang

geser (N/mm2)b = Lebar pemotongan (mm)h = Tebal geram sebelum

pemotongan (mm) = Sudut geseko = Sudut geram = Sudut geserDari rumus di atas dapat dilihat bahwa geram yang dihasilkan berbanding lurus dengan gaya potong yang dikenakan pada benda kerja.

Gaya yang dihasilkan dari proses pemotongan oleh pahat menyebabkan pahat tersebut bergetar. Getaran pada pahat akan meningkat seiring dengan bertambahnya gaya potong yang dihasilkan. Hal ini dapat dilihat pada rumus (Boothroyd, 1981 : 198) :

Keterangan :av = Amplitudo getaran Fo = Nilai puncak gaya pengganggu

dibagi massa (N/kg)

5

ωf = Frekuensi gaya angularωn = Frekuensi angular natural dari

sistemCc = Koefisien redamanDari rumus di atas dapat dilihat bahwa gaya berbanding lurus dengan amplitudo getaran yang dihasilkan. Semakin besar gaya yang dihasilkan maka amplitudo yang dihasilkan juga akan semakin besar.

Analisa Pengaruh Feed Motion Terhadap Kekasaran Permukaan Hasil Pembubutan

Feed motion berpengaruh terhadap kekasaran permukaan hasil pembubutan dapat dilihat pada gambar 5, dimana pada dimana pada feed motion 0,045 mm/rev menghasilkan nilai kekasaran permukaan rata-rata sebesar 5,47 m, pada feed motion 0,09 mm/rev menghasilkan nilai kekasaran permukaan rata-rata sebesar 6,32 m, pada feed motion 0,14 mm/rev menghasilkan nilai kekasaran permukaan rata-rata sebesar 6,87 m, dan pada feed motion 0,18 mm/rev menghasilkan nilai kekasaran permukaan rata-rata sebesar 7,63 m.

Kenaikan nilai kekasaran permukaan rata-rata disebabkan oleh meningkatnya variasi dari feed motion yang juga meningkat. Feed motion memiliki peranan terhadap kekasaran permukaan dikarenakan feed motion adalah jarak yang ditempuh pahat perputaran. Artinya semakin besar feed motion semakin besar jarak yang disayat pahat setiap satu keliling benda kerja, sehingga antar puncak tiap sayatan semakin jauh yang menyebabkan kekasaran permukaan semakin besar.

Hubungan antara feed motion dengan kekasaran permukaan dapat dilihat pada rumus :

Keterangan : Ra = Harga kekasaran rata-rata (m)f = Feed motion (mm/rev)re = Tool nose radius (mm)

Dari rumus di atas dapat dilihat bahwa feed motion berbanding lurus dengan kekasaran rata-rata. Semakin besar feed motion maka kekasaran rata-rata yang dihasilkan juga akan semakin besar.

KESIMPULAN DAN SARANKesimpulan

Dari penelitian tentang pengaruh feed motion kondisi chatter terhadap kekasaran permukaan benda kerja ini didapatkan kesimpulan bahwa nilai amplitudo getaran yang semakin meningkat seiring dengan feed motion yang semakin besar. Demikian juga dengan hubungan antara feed motion dengan kekasaran permukaan. Semakin besar feed motion maka kekasaran permukaan benda kerja akan semakin meningkat. Hal ini ketika semakin besar feed motion menyebabkan jarak antar puncak sayatan pada benda kerja semakin jauh sehingga kekerasan permukaannya semakin besar.

Nilai amplitudo getaran terendah terdapat pada variasi feed motion 0,045 mm/rev sebesar 121,4875 mm/s2. Sedangkan nilai terendah kekasaran permukaan sebesar 5,47 m juga terjadi pada variasi feed motion 0,045 mm/rev.

SaranBerdasarkan penelitian yang telah

dilakukan, peneliti menyarankan untuk penelitian selanjutnya perlu dilakukan :

1. Penelitian lebih lanjut untuk mencari gaya pemotongan dengan menggunakan geram (chip) hasil pembubutan.

2. Penelitian lebih lanjut dengan mengubah radius pahat potong untuk mendapatkan kekasaran permukaan yang optimal.

DAFTAR PUSTAKAAnonymous 1. 2012. Getaran.

http://id.wikipedia.org/wiki/Getaran. (diakses 30 Agustus 2012).

6

Anonymous 2. 2012. Pengukuran Kekasaran Permukaan. http://staff.uny.ac.id/sites/default/ files /Pengukuran%20Kekasaran%20Permukaan.pdf. (diakses 09 September 2012).

Amstead, B. H., Ostwald, Phillip E., & Begeman, Myron L. 1987. Manufacturing Process. New York: John Wiley & Sons.

Boothroyd, Geoffrey. 1981. Fundamentals of Metal Machining and Machine Tools. Washington D.C: Scripta Book Company.

Chen, Mung. 1972. Self-induced Chatter Vibration of Lathe Machine. Tesis tidak dipublikasikan. Vancouver: University of British Columbia.

Doyle, Lawrence E., Morris, Joe L., Leach, James L. & Schrader, George F. 1961. Manufacturing Process and Materials for Engineers. New Jersey: Prentice-Hall, Inc.

Eynian, Mahdi., Onozuka, Hideaki & Altintas, Yusuf. 2007. Chatter in Turning With Process Damping. http://www.aspe.net/publications/Annual_2007/POSTERS/5PROCESS/2MA CHN/2267.PDF . (diakses 5 Agustus 2012).

Ganguli, Abhijit. 2005. Chatter Reduction Through Active Vibration Damping. Tesis tidak dipublikasikan. Brusel: Université Libre De Bruxelles.

Hernadewita, Hendra & Herman. 2006. Analisis Pengaruh Kondisi Pemotongan Benda Kerja (Panjang Penjuluran) Terhadap Kekasaran Permukaan Pada Mesin Bubut Gallic

16N. Jurnal Teknik Mesin. Volume 3, No. 1: 59.

Hendra. 2006. Pengaruh Sinyal Getaran Pada Mesin Bubut Gallic 16N Dengan Menggunakan Multychannel Spectrum Analyzer. Jurnal Teknik Mesin. Volume 3, No. 2: 100.

Inman, Daniel J. 1996. Engineering

Vibration. Toronto: Prentice-Hall, Inc.

Ivana Kovačić. 1998. The Chatter Vibration in Metal Cutting Theoretical Approach. The Scientific Journal. Volume 1. No. 5: 581.

Kelly, S. Graham. 1993. Fundamentals of

Mechanical Vibration. Singapore:

McGraw-Hill Book Co.

Maslov, D., Danilevsky, V. & Sasov, V. 1967. Engineering Manufacturing Processes in Machine and Assembly Shops. Terjemahan Nicholas Weinstein. Moscow: Mir Publishers.

Nur, Ichlas. 2011. Pengaruh Kecepatan Potong Terhadap Getaran Mesin Perkakas. Jurnal Poli Rekayasa. Volume 6, No. 2: 112-118.

Rochim, Taufiq. 1993. Teori dan Teknologi Proses Pemesinan. Jakarta: Higher Education Development Support Projrct.

Sugondo, Amelia., Siahaan, Ian H., & Kristanto, Bobby. 2008. Studi Pengaruh Kedalaman Pemakanan Terhadap Getaran Dengan Menggunakan Mesin Bubut Chien Yeh CY 800 Gf. Makalah dalam Seminar Nasional-VII. Kampus

7

ITENAS. Bandung, 28-29 Oktober 2008.

Suhariyono, Edi. 2008. Pengaruh Panjang Pahat (Tool Overhang) dan Gerak Pemakanan Terhadap Kekerasan Permukaan Benda Kerja Pada Proses Pembubutan. Jurnal Al ‘Ulum. Vol 37 No. 3: 18.

Thien Nga Ting, Sheila. 2009. Effect of Cutting Speed and Depth of Cut on Surface Roughness of Mild Steel in Turning Operation. http://umpir.ump.edu.my/822/1/Thien% 2C_Shiela_Nga_Ting.pdf . (diakses 07 Agustus 2012).

Thomson, William T. 1995. Teori Getaran Dengan Penerapan. Terjemahan Lea Prasetio. Jakarta: Airlangga.

Venkatesh, V. C. & Chandrasekaran, H. 1987. Experimental Techniques in Metal Cutting. New Delhi: Prentice-Hall of India Private Limited.

Wahyudie., Ilham Ary & Suhardjono. 2011. Analisa Dinamik dan Pengujian Fungsi Transfer Sistem Getaran Pada Proses Bubut Slender Bar. Journal Manutech. Volume 3 No. 1: 52.

8