Embed Size (px)
DESCRIPTION
Jurnal Kekasaran Permukaan
Citation preview
1
PENGARUH SPINDLE SPEED, FEED RATE, DAN KEMIRINGAN PAHAT PADA
PROSES PEMAKANAN CONVENTIONAL MIRING MENGGUNAKAN PAHAT
END MILL TERHADAP KEKASARAN PERMUKAAN
Anggi Astriana Rizkiani, Achmad As’ad Sonief, Purnami Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Brawijaya
Jalan MT. Haryono 167, Malang 65145, Indonesia
E-mail:[email protected]
Abstrak Proses milling merupakan salah satu proses pemotongan yang sering digunakan dalam suatu proses
produksi. Dalam suatu proses milling masih dimungkinkan untuk penerapan beberapa strategi untuk
menghasilkan parameter yang lebih optimum sehingga didapatkan kualitas permukaan yang lebih baik yaitu
dengan proses pemakanan miring (oblique). Penelitian ini menggunakan pahat ball nose end mill dari bahan karbida dengan pemakanan conventional
miring pada benda kerja alumunium 6061. Menggunakan 3 variasi spindle speed yaitu 700, 800, dan 900 rpm; 3
variasi feed rate yaitu 100, 200, dan 300 mm/min; serta 3 variasi kemiringan pahat yaitu 1°, 3°, dan 5°. Masing
– masing spesimen diuji kekasaran permukaannya (Ra).
Hasil dari penelitian ini diolah menggunakan Multiple Regression Linier untuk mendapatkan model
matematis dari proses pemesinan yang dilakukan. Hasil yang didapatkan berupa persamaan Ra = 0.513 –
0.001x1 + 0.006X2 – 0.017x3 dimana nilai x1 adalah koefisien spindle speed, x2 adalah koefisien feed rate, dan
x3 adalah koefisien kemiringan pahat dengan koefisien regresi kesesuaian terhadap data hasil pengujian adalah
98.9 persen. Hal ini dapat digunakan untuk memprediksi nilai kekasaran permukaan untuk memilih parameter
yang sesuai yaitu spindle speed, feed rate, dan kemiringan pahat. Feed rate memiliki pengaruh positif
(berbanding lurus) terhadap kekasaran permukaan sedangkan spindle speed dan kemiringan pahat memiliki
pengaruh negatif (berbanding terbalik).
Kata Kunci: pemotongan logam, milling, end mill, feed rate, spindle speed, kemiringan pahat, kekasaran
permukaan, multiple regression linier
PENDAHULUAN
Pada proses milling terdapat
parameter pemotongan dan geometri pahat
yang dapat mempengaruhi hasil kekasaran
permukaan pada hasil akhir produk.
Kekasaran permukaan merupakan faktor
utama untuk evaluasi produk dapat
diterima atau tidak. Kekasaran permukaan
adalah salah satu penyimpangan yang
disebabkan oleh kondisi pemotongan dari
proses pemesinan. Setiap permukaan yang
telah mengalami proses pemesinan akan
mengalami kekasaran permukaan tertentu,
misalnya mengkilat, halus maupun kasar.
Dan proses pemesinan ini akan
menentukan kekasaran permukaan pada
level tertentu. Jika kekasaran permukaan
yang tinggi akan mengakibatkan kinerja
komponen pasangan produk yang
dihasilkan akan terganggu. Ketika alat
sumbu normal terhadap bidang
pemotongan, permukaan mesin yang
dihasilkan dapat menjadi kasar dan
keausan pahat bisa parah ke mendekati nol
daerah kecepatan potong. Dalam hal ini,
menyesuaikan sudut kemiringan mesin
dapat meningkatkan kinerja alat dan
kekasaran permukaan [4].
Maka dari itu diperlukan penelitian
lebih lanjut untuk mengetahui pengaruh
parameter pemotongan menggunakan
pahat end mill pada pemakanan milling
terhadap kekasaran permukaan. Parameter
pemotongan optimum yang digunakan
pada penelitian ini yaitu pengaruh
kecepatan spindle dan kecepatan
pemakanan pada proses pemakanan
conventional. Dari sini didapat pengaruh
spindle speed dan feed rate pada proses
pemakanan conventional miring
menggunakan pahat end mill terhadap
kekasaran permukaan.
Adapun tujuan dari penelitian ini
adalah Mengetahui seberapa besar
kekasaran permukaan pada proses
pemakanan conventional miring
2
menggunakan pahat end mill untuk masing
– masing parameter dan Mencari
kombinasi kecepatan spindle, kecepatan
pemakanan, dan sudut kemiringan pahat
end mill yang dapat memperkecil
kekasaran permukaan.
TINJAUAN PUSTAKA
Proses Milling
Pengefraisan (milling) merupakan
salah satu proses pemotongan yang paling
serbaguna untuk pembuatan komponen –
komponen dengan bentuk bukan rotational
[6]. Mesin milling merupakan suatu
proses dimana alat potong berputar pada
sumbunya dan melakukan pemakanan
terhadap benda kerja. Proses pemakanan
dilakukan satu kali atau dua kali putar
dengan satu atau lebih mata pahat dengan
benda kerja di letakkan diam dan dijepit
pada ragum, hal ini kemudian dimakankan
dengan pahat yang berputar.
Mekanisme Milling
Mekanisme milling dapat dibedakan
berdasarkan arah rotasi pahat yaitu up
milling dan down milling. Pada
pengefraisan naik (up milling atau
conventional milling) gerak
pengumpanannya berlawanan dengan
perputaran pisau dan pada proses
pengefraisan turun (down milling atau
climb milling) gerak pengumpanannya
searah dengan perputaran pisau, dalam hal
ini pemotongan diawali pada permukaan
dengan ketebalan tatal yang dibutuhkan
cukup tinggi dan konstruksi mesin harus
kuat serta dilengkapi dengan transmisi
yang bebas slip balik.
Parameter Pemotongan
Kecepatan pemakan dihitung
berdasarkan ketebalan geram yang dapat
dipotong oleh setiap gigi pahat, biasanya
disebut pemakanan per gigi. Untuk
menghitung kecepatan pemakanan dapat
digunakan satuan µm/put atau mm/menit.
Persamaan untuk mencari kecepatan
pemakanan (feed rate) adalah:
[4]
Dimana :
Sz = pemakanan tiap gigi (mm/gigi)
Z = jumlah gigi potong pahat
N = putaran spindle mesin (rpm)
Sm = Kecepatan pemakanan (mm/mnt)
End Mill
Pahat end mill memiliki diameter
kecil (tapered shank) dan juga diameter
yang besar (straight shank) yang terpasang
pada poros mesin milling. Pahat dapat
bergerak pada sumbu tegak lurus terhadap
permukaan benda kerja maupun
pemakanan miring dengan pemakanan
meruncing atau melengkung. Dalam hal
ini, pengaturan sudut kemiringan
pemesinan dapat meningkatkan kinerja
alat dan permukaan kekasaran [2].
Penempatan alat pemotong dibedakan
sesuai dengan sudut kemiringan antara alat
(θ), putaran spindle (C.W. atau clockwise)
dan arah pemakanan (Feed) pada
pemakanan conventional. Dapat dilihat
pada gambar 1.
Gambar 1 Strategi Proses End Mill
Kekasaran Permukaan
Salah satu karakteristik geometris
yang ideal dari suatu komponen adalah
permukaan yang halus [4]. Angka
kekasaran (ISO roughness number) dan
panjang sampel standart dapat dilihat pada
tabel 1.
3
Tabel 1 Angka kekasaran [5]
METODE PENELITIAN
Penelitian ini dilakukan dengan
menggunakan metode penelitian
eksperimental (experimental research),
yaitu melakukan pengamatan untuk
mencari data sebab-akibat dalam suatu
proses melalui eksperimen sehingga dapat
mengetahui pengaruh putaran spindel dan
kecepatan pemakanan terhadap kekasaran
permukaan dan parameter pemotongan
pada proses pemotongan miring dengan
cara Conventional menggunakan pahat
End Mill.
Variabel Penelitian
Variabel bebas
Dalam penelitian ini variabel bebas
yang digunakan adalah :
Spindle speed : 700, 800, 900 rpm
Feed rate : 100, 200, 300 mm/min
Sudut kemiringan pahat : 1°; 3°; 5°
Variabel terikat
Variabel terikat dalam penelitian ini
adalah kekasaran permukaan.
Variabel terkontrol
Variabel terkontrol dalam penelitian
ini adalah :
Axial depth of cut : 0.5 mm
Diameter pahat : 10 mm
Prosedur Penelitian
Benda kerja dengan ukuran 10x5 cm
dan tebal 1.5 cm. Dilakukan pemotongan
dengan parameter yang telah ditentukan
dan dilakukan pengukuran kekerasan
menggunakan Surftest Tester Mitutoyo SJ
– 301. Data yang telah didapatkan
kemudian dianalisa menggunakan Multiple
Regression Linear dan analisa grafik.
Sehingga didapatkan pengaruh spindle
speed dan feed rate pada proses
pemakanan conventional miring
menggunakan pahat end mill terhadap
kekasaran permukaan.
HASIL DAN PEMBAHASAN
Didapatkan hasil pengukuran
kekasaran permukaan pada proses
pemakanan conventional miring terhadap
parameter pemotongan spindle speed dan
feed rate yang ditunjukkan dalam tabel 2.
Tabel 2 Tabel hasil uji kekasaran permukaan dengan pahat conventional
Variabel Kemiringan
Pahat
Spindle Speed
(rpm)
Feed Rate
(mm/min)
1° 3° 5°
Kekasaran Permukaan (µm)
700
100 0.68000 0.63667 0.62333
200 1.27000 1.17667 1.16667
300 2.01000 1.98333 1.98000
800
100 0.65000 0.63333 0.62000
200 1.21000 1.16333 1.13667
300 1.86333 1.84333 1.82667
900
100 0.62000 0.60333 0.58667
200 1.19000 1.11667 1.06667
300 1.83333 1.74000 1.69667
4
Pengolahan data menggunakan
model regresi berganda (multiple regresi
linier) digunakan untuk menjelaskan
hubungan antara variabel bebas dengan
variabel terikat.
Tabel 3 Multiple Linear Regression : Model Summary pada proses pemakanan conventional
miring (hasil SPSS)
Dari tabel 3 dapat diketahui bahwa
nilai Multiple R sebesar 0.994 dan R2 =
0.989. data tersebut mengindikasikan
bahwa kemampuan variabel independen
untuk menjelaskan variasi pada variabel
dependen Ra adalah 98.9 persen
Tabel 4 Hasil Tes ANOVA (hasil SPSS)
Hasil olah data dengan ANOVA
(analysis of variance) seperti yang
ditunjukkan pada tabel 4. Berdasarkan
tabel output Model Summary dan ANOVA
di atas diperoleh harga koefisien korelasi
atau R = 0.994 dan F = 665.695,
sedangkan tingkat alpha yang ditetapkan
sebesar 5%. Degree of Freedom yang
didapatkan dalam perhitungan tersebut
yaitu df1 = 3 dan df2 = 23. Oleh karena itu
didapatkan nilai F tabel sebesar 3.0280.
Karena F hitung > F tabel, yaitu 665.695 >
3.0280, maka H0 yang menyatakan tidak
ada pengaruh ditolak. Sebagai hasilnya H1
diterima yang berarti ada pengaruh.
Tabel 5 Multiple Linear Regression : Coefficient pada proses pemakanan conventional miring (hasil SPSS)
Berdasarkan tabel 5 yang digunakan
untuk membuat persamaan garis
regresinya adalah besaran koefisien beta
(lihat tabel Coefficient diatas pada kolom
Unstandardized Coefficient B) disebutkan
bahwa nilai konstan b0 = 0.513, nilai b1 = -
0.001, b2 = 0.006, dan b3 = -0.017. dengan
demikian dapat ditentukan bahwa
5
Estimeted Regression Equation untuk
seluruh data adalah :
Ra = 0.513 – 0.001x1 + 0.006x2 – 0.017x3
Maka model regresi tersebut
diinterpretasikan sebagai berikut :
1. Harga koefisien b1 = -0.001, berarti
apabila nilai x1 spindle speed
mengalami kenaikan sebesar satu point,
sementara variabel independen lainnya
tetap, maka tingkat Ra kekasaran
permukaan tersebut akan berkurang
sebesar 0.001 persen.
2. Harga koefisien b1 = 0.006, berarti
apabila nilai x2 feed rate mengalami
kenaikan sebesar satu point, sementara
variabel independen lainnya tetap, maka
tingkat Ra kekasaran permukaan
tersebut akan bertambah sebesar 0.006
persen.
3. Harga koefisien b1 = -0.017, berarti
apabila nilai x3 kemiringan pahat
mengalami kenaikan sebesar satu point,
sementara variabel independen lainnya
tetap, maka tingkat Ra kekasaran
permukaan tersebut akan berkurang
sebesar 0.017 persen
Gambar 2 Grafik hubungan antara feed rate dan spindle speed dengan kekasaran permukaan
pada pemakanan conventional dengan kemiringan pahat 5°
Pada Gambar 2 tersebut dapat dilihat
bahwa dengan seiring bertambahnya feed
rate maka akan mempengaruhi kekasaran
permukaan pada hasil benda kerja. Pada
grafik terlihat semakin tinggi feed rate
maka semakin tinggi pula kekasaran
permukaan yang dihasilkan pada benda
kerja. Hal ini menunjukkan bahwa
semakin tinggi feed rate maka geram yang
dihasilkan akan semakin tebal, hal ini
terbukti mempengaruhi kekasaran
permukaan hasil benda kerja, dimana
semakin tinggi feed rate maka semakin
tinggi pula kekasaran permukaan yang
dihasilkan.
Pada grafik diatas juga terlihat
adanya perubahan spindle speed dengan
variasi 700, 800, dan 900 rpm. Pada feed
rate yang sama terlihat beda kekasaran
permukaan pada tiap spindle speed. Maka
dapat disimpulkan bahwa semakin besar
spindle speed maka semakin kecil nilai
kekasaran permukaan benda kerja pada
pemakanan conventional dengan
kemiringan pahat 5°. Hal ini disebabkan
semakin cepat spindle speed maka
pemakanan yang terjadi semakin banyak
pada tiap gigi nya.
6
Gambar 3 Grafik hubungan antara kemiringan pahat dan spindle speed dengan kekasaran
permukaan pada pemakanan conventional dengan nilai feed rate 100 mm/min
Pada gambar 3 merupakan hubungan
antara kemiringan pahat dan spindle speed
dengan kekasaran permukaan pada
pemakanan conventional dengan nilai feed
rate 100 mm/min dapat dilihat bahwa
dengan seiring bertambahnya kemiringan
pahat maka akan mempengaruhi kekasaran
permukaan pada hasil benda kerja. Pada
grafik terlihat semakin tinggi kemiringan
maka semakin rendah kekasaran
permukaan yang dihasilkan pada benda
kerja. Hal ini terjadi pada setiap
pemakanan yang dilakukan. Pada proses
kemiringan pahat 5° memiliki nilai
kekasaran permukaan yang paling rendah,
kemudian 3°, dan yang memiliki
kekasaran permukaan paling tinggi adalah
1°. Hal ini dipengaruhi oleh bentuk pahat
yaitu ball nose end mill, dimana ujung
pahat memiliki radius sehingga ujung dari
pahat memiliki pertemuan antara 2 mata
pahat sehingga ketika digunakan ujung
mata pahat tersebut menjadikan kekasaran
permukaan yang semakin tinggi. Namun
dengan semakin ditambahnya kemiringan
pahat dalam proses pemakanannya, maka
ujung dari mata pahat tersebut telah
bergeser sesuai dengan kemiringan dari
pahat yang telah diatur di awal, sehingga
hal itu menyebabkan kekasaran permukaan
yang lebih rendah ketika pahat dari
pemakanan tersebut dimiringkan.
Pada grafik diatas juga terlihat
adanya perubahan spindle speed dengan
variasi 700, 800, dan 900 rpm. Pada
kemiringan pahat yang sama terlihat beda
kekasaran permukaan pada tiap spindle
speed. Maka dapat disimpulkan bahwa
semakin besar spindle speed maka
semakin kecil nilai kekasaran permukaan
benda kerja pada pemakanan conventional
dengan feed rate 100 mm/min. Hal ini
disebabkan semakin cepat spindle speed
maka pemakanan yang terjadi semakin
banyak pada tiap gigi nya.
7
Gambar 4 Grafik Hubungan antara Kekasaran Permukaan dengan Proses Pemotongan
Conventional dengan Kemiringan Pahat 1°, 3°, Dan 5°
Keterangan grafik :
Proses 1 = feed rate 100 mm/min; spindle speed 900 rpm
Proses 2 = feed rate 100 mm/min; spindle speed 800 rpm
Proses 3 = feed rate 100 mm/min; spindle speed 700 rpm
Proses 4 = feed rate 200 mm/min; spindle speed 900 rpm
Proses 5 = feed rate 200 mm/min; spindle speed 800 rpm
Proses 6 = feed rate 200 mm/min; spindle speed 700 rpm
Proses 7 = feed rate 300 mm/min; spindle speed 900 rpm
Proses 8 = feed rate 300 mm/min; spindle speed 800 rpm
Proses 9 = feed rate 300 mm/min; spindle speed 700 rpm
Gambar 4 merupakan hubungan
antara urutan proses dan kekasaran
permukaan dimana sumbu x adalah urutan
proses parameter permukaan dan sumbu y
adalah kekasaran permukaan hasil benda
kerja. Pada grafik hubungan antara
kekasaran permukaan dengan proses
pemotongan conventional dengan
kemiringan pahat 1°, 3°, dan 5° pada
perlakuan feed rate dan spindle speed yang
sama memiliki nilai kekasaran permukaan
yang berbeda. Pada proses kemiringan
pahat 5° memiliki nilai kekasaran
permukaan yang paling rendah, kemudian
8
3°, dan yang memiliki kekasaran
permukaan paling tinggi adalah 1°. Hal ini
dipengaruhi oleh bentuk pahat yaitu ball
nose end mill, dimana ujung pahat
memiliki radius sehingga ujung dari pahat
memiliki pertemuan antara 2 mata pahat
sehingga ketika digunakan ujung mata
pahat tersebut menjadikan kekasaran
permukaan semakin tinggi. Namun dengan
semakin ditambahnya kemiringan pahat
dalam proses pemakanannya, maka ujung
dari mata pahat tersebut telah bergeser
sekian derajat sesuai dengan kemiringan
dari pahat yang telah diatur di awal,
sehingga hal itu menyebabkan kekasaran
permukaan yang lebih rendah ketika pahat
dari pemakanan tersebut dimiringkan.
Dalam penelitian ini, nilai kekasaran
permukaan yang paling rendah terdapat
pada parameter kemiringan pahat 5°
dengan nilai feed rate 100 mm/min dan
spindle speed 900 rpm. Hal ini sesuai
dengan grafik sebelumnya dimana
semakin tinggi nilai feed rate maka nilai
kekasaran permukaan nya semakin tinggi
pula serta semakin tinggi spindle speed
dan kemiringan pahat maka nilai
kekasaran permukaan nya semakin
menurun.
KESIMPULAN
Berdasarkan hasil pengujian dan
pengolahan data penelitian dapat diambil
beberapa kesimpulan sebagai berikut :
1. Feed rate, spindle speed, dan
kemiringan pahat berpengaruh terhadap
kekasaran permukaan hasil benda kerja.
Persamaan regresi untuk
memprediksi kekasaran permukaan
dalam menentukan nilai parameter
potongan untuk spindle speed, feed
rate, dan kemiringan pahat, yaitu:
Ra = 0.513 – 0.001x1 + 0.006x2 –
0.017x3
Feed rate memiliki pengaruh positif
(berbanding lurus) terhadap
kekasaran permukaan sedangkan
spindle speed dan kemiringan pahat
memiliki pengaruh negatif
(berbanding terbalik).
Parameter yang paling berpengaruh
terhadap kekasaran permukaan hasil
benda kerja adalah kemiringan
pahat, dimana koefisien dari
kemiringan pahat diperoleh
berdasarkan pada persamaan regresi
yang telah didapat.
2. Nilai kekasaran permukaan yang paling
rendah didapatkan pada parameter
spindle speed 900 rpm, feed rate 100
mm/min, dan kemiringan pahat 5°
dengan nilai kekasarannya 0.58667 µm.
DAFTAR PUSTAKA
[1] Dimitrios Vakondios , Panagiotis
Kyratsis , Suleyman Yaldiz ,
Aristomenis Antoniadis. 2011.
Influence of milling strategy on the
surface roughness in ball end
millingof the aluminum alloy Al7075-
T6. Measurement Journal, Elsevier
Ltd. All rights reserved.
[2] Handoko , B. Tulung Prayoga. 2008.
Studi Paramater Pemesinan Optimum
Pada Operasi Cnc End Milling
Surface Finish Bahan Aluminium.
Prosiding Seminar Nasional Teknoin,
Bidang Teknik Mesin, Yogyakarta, 22
Nopember 2008, ISBN:978-979-3980-
15-7.
[3] Munadi,Sudji. 1988. Dasar-dasar
metrologi. Jakarta: Proyek
pengembangan lembaga pendidikan
tenaga kependidikan
[4] Rochim, Taufiq. 2001. Spesifikasi,
Metrologi & Kontrol Kualitas
Geometrik. Bandung:ITB Bandung
[5] Schey, John A. 2009. Proses
Manufaktur (Introduction of
Manufacturing Process). Yogyakarta :
Andi
[6] Sonief, Achmad As’ad, Fikri
Fakhrudin. 2013. Pengaruh
Parameter Pemotongan Pada
Optimalisasi Permesinan Cnc End
Mills Terhadap Kekasaran
Permukaan Bahan Aluminium. Jurnal
Teknik UB
