Feedback

Keutuhan Permukaan Baja AISI 4140 Pada Pemesinan Laju Tinggi, Keras Dan Kering Menggunakan Pahat CBN

Informasi dokumen
Keutuhan Permukaan Baja AISI 4140 Pada Pemesinan Laju Tinggi, Keras Dan Kering Menggunakan Pahat CBN TESIS OLEH   Berta Br Ginting 087015001/TM FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2011 Universitas Sumatera Utara Keutuhan Permukaan Baja AISI 4140 Pada Pemesinan Laju Tinggi, Keras Dan Kering Menggunakan Pahat CBN TESIS Untuk Memperoleh Gelar Magister Teknik Dalam Program Studi Teknik Mesin Pada Program Magister Teknik Mesin Universitas SumaterUtara OLEH   Berta Br Ginting  087015002/TM FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2011 Universitas Sumatera Utara ABSTRAK Penelitian ini terfokus pada keutuhan permukaan (surface integrity) logam paduan AISI 4140 berkekerasan ~ 55 HRC yang dikerjakan dibawah proses pembubutan laju tinggi, keras dan kering yang dikaji secara eksperimen. Metode pengumpulan data yang digunakan pada penelitian ini adalah metode CCF (Cubic Center Face). Dampak kecepatan potong, laju pemakanan dan kedalaman potong terhadap kekasaran permukaan (Ra) dan terhadap topografi permukaan yaitu corak permukaan (lay) dan cacat permukaan (defect) yang terjadi pada permukaan benda termesin akan diteliti . Nilai Ra rata-rata terkecil didapat = 0,97 m yaitu pada kecepatan potong (V) = 200 m/min, laju pemakanan (f) = 0,1 mm/put dan kedalaman pemakanan (a) = 0,3 mm. Nilai Ra rata-rata terbesar didapat = 2,09 m yaitu pada kecepatan potong (V) = 225 m/min, laju pemakanan (f) = 0,1 mm/put dan kedalaman pemakanan (a) = 0,7 mm. Topografi corak permukaan (lay) dari permukaan benda termesin memperlihatkan bahwa lay yang ditemukan memiliki pola arah yang sejajar dengan kecepatan potong (V) dan tegak lurus dengan kecepatan pemakanan (Vf). Sedangkan topografi cacat permukaan (defect) yang ditemukan ada empat jenis cacat yaitu cacat feed mark, , pembentukan lapisan chip, tearing surface dan kotoran (microchip). Kondisi pemotongan yang direkomendasikan untuk pemotongan logam AISI 4140 yang berkekerasan ~ 55 HRC dengan pahat CBN dengan kondisi pemesinan laju tinggi dan kering adalah pada kondisi pemotongan tingkat magnitude minimum. Kata kunci : Corak permukaan, cacat permukaan, kekasaran permukaan, Ra, kondisi pemotongan Universitas Sumatera Utara ABSTRACT This study is focused on the surface integrity of AISI 4140 alloy which has the hardness of -55 HRC worked on the turning process under high, hard, and dry speed which was examined experimentally. Data collecting method used in this study is the CCF (Cubic Center Face) method. The impact of the velocity of cutting, the feeding rate, the depth of cutting on the surface roughness (Ra) and on the surface topography; that is, surface feature (lay) and surface defects (Defect) which occur on the surface of the object will be studied. The average value of the smallest Ra = 0.97 m; that is, at the velocity of cutting (V) = 200 m/min, at the feeding rate (f) = 0.1 mm/put, and the depth of feeding (a) = 0.3 mm. The average value of the largest Ra = 2.09 m; that is, at the velocity of cutting (V) = 225 mm/min, at the feeding rate (f) = 0.1 mm/put, and at the depth of feeding (a) = 0.7 mm. The topography surface feature (lay) on the surface of the object shows that the lay has direction pattern which is paralleled with the velocity of cutting (V); whereas the topography of surface defect has four types of defect; namely, feed mark defect, the forming of chip layer, tearing surface, and dirt (microchip). The recommended cutting condition for the cutting of metal ASIDSI 4140 which has the hardness of 55 HRC with CBN chisel in the high and dry speed of machinery condition is the cutting condition of minimum magnitude level. Keywords: Lay, Defect, Surface Roughness, Ra, Cutting Condition Universitas Sumatera Utara KATA PENGANTAR Puji syukur kehadirat Tuhan Yang Maha Esa dan Maha Pengasih atas limpahan berkat dan karuniaNya yang telah diberikan kepada penulis sehingga tesis ini dapat diselesaikan dengan baik dengan judul “Keutuhan Permukaan Baja AISI 4140 Pada Pemesinan Laju Tinggi, Keras Dan Kering Menggunakan Pahat CBN”. Penulisan tesis ini adalah sebagai hasil penelitian dalam rangka menyelesaikan pendidikan Pascasarjana Jurusan Teknik Mesin bidang Manufaktur, pada Sekolah Magister Teknik Mesin FT-USU. Penulisan dan penelitian tesis ini terlaksana dan dapat terwujud berkat bimbingan, petunjuk dan arahan serta dorongan dari berbagai pihak terutama Bapak Prof. Dr. Ir. Armansyah Ginting M.Eng, selaku ketua komisi pembimbing, Bapak Dr.Nasruddin, MN. M.Eng.Sc. dan Bapak Ir.Syahrul Abda, MSc yang masing-masing sebagai anggot komisi pembimbing. Selain dari pada itu, penulis juga mengucapkan terima kasih yang sebesarbesarnya kepada semua pihak yang telah banyak membantu penulis baik secara moril maupun materil, langsung maupun tidak langsung dalam mewujudkan tesis ini terutama kepada Bapak Prof. Dr. Ir. Bustami Syam, MSME dan Bapak Dr. Eng. Indra, MT serta kepada rekan-rekan mahasiswa/i pasca sarjana teknik mesin terutama mahasiswa bidang keahlian “manufaktur”, kepada adik-adik mahasiswa S1 Teknik Mesin USU dan kepada rekan-rekan sejawat di Polmed yang telah memberikan sumbang saran serta dorongan sehingga terselesaikan tesis ini. Universitas Sumatera Utara Secara khusus penulis menyampaikan terima kasih kepada suami terkasih , ibunda serta anakku tercinta yang telah memberikan doa, dukungan pengertian dan semangat kepada penulis sejak awal kuliah hingga penyelesaian tesis ini. Tidak ada yang sempurna di dunia ini, oleh sebab itu penulis mohon saran dan kritik yang membangun dari pihak-pihak yang terlibat untuk dapat membantu memperbaiki dan melengkapi kesempurnaan tesis ini. Atas bantuan dan perhatiannya diucapkan terima kasih. Medan, 16 Juli 2011 Penulis, Bertha Ginting  Universitas Sumatera Utara DAFTAR RIWAYAT HIDUP 1. Nama : Ir Berta Br Ginting 2. Nama lengkap : Ir Berthalina Br Ginting 3. Jenis kelamin : Perempuan 4. Tempat / tgl. Lahir : Kabanjahe (Kab.Karo) / 26 September 1963 5. Agama : Kristen Protestan 6. Alamat : Jl.Setia Budi No. 194 Kelurahan Tanjung Rejo, Kecamatan Medan Sunggal, Medan. e-mail: berthaginting@yahoo.co.id 7. Prog.studi / Bid. keahlian : Teknik Mesin / Manufaktur 8. Pendidikan : Tamat SD tahun 1975 : Tamat SMP tahun 1979 : Tamat SMA tahun 1982 : Tamat Diploma III Politeknik USU Medan Jur Mesin thn 1985. : Training Didaktik di PEDC Bandung Jur Mesin, September 1985 s/d Desember 1986. : Tamat Sarjana Teknik Mesin USU Medan tahun 1995 Universitas Sumatera Utara : Sekolah Pasca Sarjana Jurusan Teknik Mesin USU Medan tahun 2008 sampai sekarang. 10. Pekerjaan : Staf Pengajar Jurusan Teknik Mesin Politeknik Negeri Medan sejak bulan Desember thn 1986 sampai sekarang. 11. Alamat Kantor : Jl. Almamater no.1 Kampus USU Medan 12. Pengalaman lain : Training Fabrikasi di PT PAL Surabaya tahun 1998 Training Alat-Alat Laboratorium di University Technology Malaysia – Kuala Lumpur tahun 1988. 13. Pengalaman Penelitian: Sebagai Ketua Peneliti dengan judul penelitian sebagai berikut: 13.1. Pengujian Koefisien Gesek terhadap Pipa PVC yang Diperjualbelikan di Pasaran Kotamadya Medan, tahun 1997. 13.2. Perbandingan Pemotongan Baja 60 dengan Dua Jenis Perkakas (Pahat) Potong, tahun 1999. 13.3. Rancangan Alat Bantu Pengiris Bawang, tahun 2000. 13.4. Perancangan Pompa Irigasi untuk suatu daerah luas 70 Ha, tahun 2001. 13.5 Uji Kekakuan dan Uji Lentur terhadap Baja Lunak (Mild Steel) yang dijual dipasaran Kotamadya Medan, tahun 2003. 13.6. Uji Performansi Mesin Pengupas Kulit Kacang Tanah ditinjau dari Putaran Rotor Pengupas, tahun 2005. Universitas Sumatera Utara 13.7. Study Pengaruh Kedalaman Pemakanan Terhadap Getaran dan Kekasaran Permukaan pada Proses Pembubutan Dengan Menggunakan Mesin Bubut Celtic 14 Indonesia, tahun 2009. Sebagai Anggota Peneliti dengan judul penelitian: 13.8. Pengaruh Ke-aus-an Elektroda Tembaga Terhadap Pembuatan Lubang pada Plat Baja dengan Mesin EDM, tahun 2007. 13.9. Pengaruh Perubahan Besar Arus (IP) Terhadap Waktu Pengerjaan dan Kekasaran Permukaan pada Mesin EDM, tahun 2008. 14. Karya Ilmiah yang dipublikasikan di majalah JURNAL ILMU dan REKAYASA TEKNOLOGI INDUSTRI (JIRTI) yang diterbitkan Fakultas Teknologi Industri Universitas Mpu Tantular, Jakarta adalah sbb: 14.1. Metode Pemilihan Refrigran dan Kegunaannya, vol.1, no.4, Oktb.2001 (sebagai anggota). 14.2. Analisa Bahan dan Pengecatan, vol.5, no.1, April 2002 (sebagai anggota) 14.3. Rancang Bangun Peralatan Penjernih Oli Bekas, vol.9, no.1, April 2004 (sebagai ketua). Universitas Sumatera Utara DAFTAR ISI Nomor Judul Halaman ABSTRAK . i ABSTRACT . ii KATA PENGANTAR iii DAFTAR RIWAYAT HIDUP . v DAFTAR ISI . viii DAFTAR TABEL xii DAFTAR GAMBAR . xiii DAFTAR NOTASI DAN ISTILAH . xvi BAB I PENDAHULUAN 1 1.1. Latar Belakang 1 1.2. Perumusan Masalah 5 1.3. Tujuan Penelitian 7 1.3.1. Tujuan umum . 1.3.2. Tujuan khusus 7 7 Universitas Sumatera Utara 1.4. Manfaat Penelitian . 8 BAB II TINJAUAN PUSTAKA 9 2.1. Proses Pemotongan Dengan Mesin Bubut . 9 2.2. Kondisi Pemesinan . 11 2.2.1. Kecepatan potong (V) 2.2.2. Kedalaman potong (a) . 2.2.3. Laju pemakanan (laju suapan) (f) 2.2.4. Laju pembuangan geram (MRR) 12 13 14 15 2.3. Kekasaran Permukaan . 15 2.3.1. Kekasaran permukaan dalam pembubutan keras . 2.3.2. Metode pengukuran kekasaran permukaan . 17 20 2.4. Konsep Pemesinan Terkini . 21 2.4.1. Pemesinan laju tinggi . 2.4.2. Pemesinan keras . 2.4.3. Pemesinan kering 21 23 25 2.5. Pahat Potong . 27 2.5.1. Umur pahat 2.5.2. Suhu pemotongan dan aus pahat 30 30 2.6. Bahan Teknik 31 2.6.1. Sifat dan karakteristik logam . 2.6.2. Pemilihan bahan AISI 4140 . 32 34 BAB III METODE PENELITIAN . 37 3.1. Tempat dan waktu 37 3.2. Bahan . 37 Universitas Sumatera Utara 3.2.1. Bahan benda uji 3.2.2. Bahan pahat . 3.2.3. Pemegang pahat (tool holder) . . 37 39 40 3.3. Peralatan . 40 3.3.1. Mesin bubut . 3.3.2. Surface Roughness Stylus Profilometer Tester Suftest 402, Mitutoyo. . 3.3.3. Mikroskop 3.3.4. Scaning Electron Microscopy (SEM) . 40 42 42 43  3.4. Metode Penelitian . 43 3.4.1.Variabel yang diamati . 3.4.2. Pengumpulan data . 3.4.3. Rancangan kegiatan pemesinan . 3.4.4. Kerangka konsep penelitian 44 44 45 45 3.5. Teknik Pengukuran, Pengolahan dan Analisa Data . 3.5.1. Pengukuran kekasaran permukaan . 3.5.2. Analisa topografi lay dan defect. 3.5.3. Pengolahan dan analisa data . 3.5.4. Kerangka konsep penelitian . 48 48 50 51 52 BAB IV. HASIL DAN PEMBAHASAN . . 53 4.1. Data Hasil Pengujian 53 4.2. Kekasaran Permukaan . 56 4.2.1. Tingkat minimum-1. . 56 4.2.2. Tingkat minimum-2. . . 58 4.2.3. Tingkat medium-1. 4.2.4. Tingkat medium-2. . 4.2.5. Tingkat maksimum-1. . . 4.2.6. Tingkat maksimum-2. . . 60 62 64 65 4.3. Pengaruh Kondisi Pemotongan Terhadap Kekasaran Permukaan. 69 Universitas Sumatera Utara 4.3.1.Pengaruh kecepatan potong (V) terhadap kekasaran permukaan (Ra) 4.3.2.Pengaruh laju pemakan (f) terhadap kekasaran permukaan (Ra). . 4.3.3.Pengaruh kedalaman potong (a) terhadap kekasaran permukaan (Ra). . 69 70 71 4.4. Corak Permukaan (Lay) . 73 4.4.1. Corak permukaan pada tingkat minimum-1. 4.4.2. Corak permukaan pada tingkat minimum-2. 4.4.3. Corak permukaan pada tingkat medium-1 4.4.4. Corak permukaan pada tingkat medium-2 4.4.5. Corak permukaan pada tingkat maksimum-1 4.4.6. Corak permukaan pada tingkat maksimum-2 . . 73 74 74 75 76 77 4.5. Cacat (Defect) . 78 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN . 83 5.1. Kesimpulan . 83 5.2. Saran . 84 DAFTAR PUSTAKA 85 LAMPIRAN . 88 Universitas Sumatera Utara DAFTAR TABEL Nomor Judul Halaman 2.1. Tingkat kekasaran rata-rata menurut proses pengerjaan 16 2.2. Perbandingan sifat pahat . 29 3.1. Komposisi kimia AISI 4140 38 3.2. Sifat mekanik AISI 4140 . 38 3.3. Sifat mekanik pahat CBN . 40 3.4. Data teknis mesin bubut Emco Maximat V13 . 41 3.5. Desain pengujian CCF . 45 3.6. Tabel pengumpulan data . 47 4.1. Data hasil pengujian . 53 4.2. Data kondisi pemotongan untuk pembahasan 55 4.3. Data pengukuran tingkat minimum-1 57 4.4. Data pengukuran tingkat minimum-2 58 4.5. Data pengukuran tingkat medium-1 . 60 4.6. Data pengukuran tingkat medium-2 . 62 4.7. Data pengukuran tingkat maksimum-1 . 64 4.8. Data pengukuran tingkat maksimum-2 . 65 Universitas Sumatera Utara DAFTAR GAMBAR Nomor Judul 2.1. Skematis proses bubut 10 2.2. Pahat potong dan toolholder . 11 2.3. Proses bubut 12 2.4. Pengaruh gerak makan dan radius ujung pahat terhadap gaya geser dan gaya makan 18 Pengaruh gerak makan dan radius ujung pahat terhadap kekasaran permukaan (Ra) untuk bahan baja AISI 52.100 kekerasan 47 HRC . 19 2.6. Kecepatan potong pada proses laju tinggi . 22 2.7. Tingkat kekerasan pahat terhadap ketangguhan pahat. 28 2.8. Tingkat kekerasan dan ketahanan aus pahat terhadap temperatur . 28 2.9. Perbandingan panas yang diserap pahat 31 2.10. Landing gear . 36 2.11. Cyclo speed reducer . 36 2.12. Roller cyclo speed reducer . 36 2.13. Single cavity valve body . 36 3.1. Benda uji 38 3.2. Pahat CBN . 39 3.3. Geometri pahat CBN . 39 2.5. Halaman Universitas Sumatera Utara 3.4. Pemegang pahat (tool holder) 40 3.5 Mesin bubut Emco Maximat V13 41 3.6. Setup mesin bubut Maximat V13 . 41 3.7. Alat pengukur kekasaran permukaan 42 3.8. Spesimen kalibrasi pengukur kekasaran permukaan dengan nilai spesimen kalibrasi 2.95 m . 42 3.9. USB Digital Microscope . 43 3.10. Scaning Elektron Microscop 43 3.11. Profil pengukuran kekasaran permukaan . 49 3.12 Grafik kekasaran permukaan vs waktu pemotongan 50 3.13 Grafik kekasaran permukaan vs keausan pahat . 50 3.14 Kerangka konsep penelitian . 52 4.1. Kurva karakteristik Ra versus tc tingkat minimum-1 57 4.2. Kurva karakteristik Ra versus VB tingkat minimum-1 58 4.3. Kurva karakteristik Ra versus tc tingkat minimum-2 59 4.4. Kurva karakteristik Ra versus VB tingkat minimum-2 . 60 4.5. Kurva karakteristik Ra versus tc tingkat medium-1 . 61 4.6. Kurva karakteristik Ra versus VB tingkat medium-1 62 4.7. Kurva karakteristik Ra versus tc tingkat medium-2 . 63 4.8. Kurva karakteristik Ra versus VB tingkat medium-2 . 63 4.9. Kurva karakteristik Ra versus tc tingkat maksimum-1 . 64 4.10. Kurva karakteristik Ra versus VB tingkat maksimum-1 65 Universitas Sumatera Utara 4.11. Kurva karakteristik Ra versus tc tingkat maksimum-2 . 66 4.12. Kurva karakteristik Ra versus VB tingkat maksimum-2 66 4.13. Hubungan karakteristik Ra vs tc dan Ra vs VB . 68 4.14. Pengaruh kecepatan potong terhadap kekasaran permukaan . 65 4.15. Plot kurva Gbr 4.8 untuk mencari nilai Ra pada VB=0,14 mm . 70 4.16. Pengaruh laju pemakanan terhadap kekasaran permukaan . 71 4.17. Plot kurva Gbr 4.2 untuk mencari nilai Ra pada VB=0,14 mm . 72 4.18. Pengaruh kedalaman pemakanan terhadap kekasaran permukaan 72 4.19. Corak permukaan pada V=200m/min, f=0,1mm/put, a=0,3mm 73 4.20. Corak permukaan pada V=200m/min, f=0,15mm/put, a=0,3mm . 74 4.21. Corak permukaan pada V=225m/min, f=0,1mm/put, a=0,7mm 75 4.22. Corak permukaan pada V=225m/min, f=0,16mm/put, a=0,7mm . 76 4.23. Corak permukaan pada V=250m/min, f=0,1mm/put, a=0,3mm 76 4.24. Corak permukaan pada V=250m/min, f=0,15mm/put, a=0,3mm . 77 4.25. Cacat feed mark . 79 4.26. Cacat akibat pembentukan lapisan chip . 79 4.27. Cacat tearing surface pada Ra=1,60m dan VB = 0,20 mm . 80 4.28. Cacat tearing surface pada Ra = 1,60 m dan VB = 0,10 mm) 81 4.29. Mekanisme pembentukan tearing surface . 81 4.30. Cacat microchip pada Ra = 0,92 m dan VB = 0,31 mm . 82 4.31. Cacat microchip pada Ra = 1,44 m dan VB = 0,30 mm . 82 Universitas Sumatera Utara DAFTAR NOTASI DAN ISTILAH     a : Kedalaman potong mm V : Kecepatan potong m/min f : Laju pemakanan tc : Waktu potong d : Diameter rata-rata benda kerja mm dm : Diameter akhir benda kerja mm do : Diameter awal benda kerja mm E : Modulus kekasaran permukaan hasil pengerjaan, ketelitian geometri produk dan mekanisme keausan pahat serta umur pahat (Ginting A, 2003). (Sreejith dan Ngoi, 2000) melaporkan bahwa umumnya cairan pemotongan bekas disimpan dalam kontainer dan kemudian ditimbun di tanah. Selain itu, masih banyak praktek yang membuang cairan pemotongan bekas Universitas Sumatera Utara langsung ke alam bebas. Hal ini jelas akan merusak lingkungan dan undang – undang lingkungan hidup yang berlaku mencegah hal tersebut (Sreejith & Ngoi, 2000). Menurut Seco (2004), badan administrasi keamanan dan kesehatan telah merekomendasikan batas unsur-unsur berbahaya pada cairan pemotongan untuk pemesinan yaitu 0,5  5,0 mg/m3 dan Metalworking fluid Standard Advisory Committee (MWFSAC) merekomendasikan sebesar 0.5 mg/m3 (Canter, 2003). Oleh karena itu pemesinan laju tinggi perlu di perhatikan dengan menggunakan pemesinan kering, pemesinan kering di akui mampu mengatasi masalah pada dampak yang telah di uraikan diatas. Pilihan alternatif dari pemesinan basah adalah pemesinan kering, karena selain tidak ada cairan pemotongan bekas dalam junlah besar yang akan mencemari lingkungan juga tidak ada kabut partikel cairan pemotongan yang akan membahayakan operator dan juga serpihan pemotongan tidak terkontaminasi oleh residu cairan pemotongan. Pemesinan kering mempunyai beberapa masalah yang antara lain, gesekan antara permukaan benda kerja dan pahat potong, kecepatan keluar serpihan, serta temperatur potong yang tinggi dan hal tersebut semuanya terkait dengan parameter pemesinan. Secara umum industri pemesinan pemotongan logam melakukan pemesinan kering adalah untuk menghindari pengaruh buruk akibat cairan pemotongan yang dihasilkan oleh pemesinan basah. Argumen ini secara khusus didukung oleh penelitian yang telah dilakukan Mukun et. al., (1995) secara kuantitatif menyangkut pengaruh buruk pemesinan basah dengan anggapan pada pemesinan kering tidak akan dihasilkan pencemaran lingkungan kerja dan ini berarti tidak menghasilkan kabut partikel cairan pemotongan. Oleh sebab itu perlu diketahui Universitas Sumatera Utara pentingnya pemesinan kering dilakukan dalam proses. pertimbangan hal diatas pakar pemesinan mencoba mencari solusi dengan suatu metode pemotongan alternatif dan mereka merumuskan bahwa pemesinan kering (dry cutting) yang dari sudut pandang ekologi disebut dengan pemesinan hijau (green machining) merupakan jalan keluar dari masalah tersebut. Melalui pemesinan kering diharapkan disamping aman bagi lingkungan, juga bisa mereduksi ongkos produksi. 2.4 Bahan Logam dan Bahan Rekayasa Bahan Logam ini terdiri dari logam ferro dan nonferro: 2.4.1 Bahan logam Ferro Bahan logam ferro adalah suatu logam yang memiliki dasar paduan besi (ferrous), sedangkan unsur lain hanyalah sebagai unsur tambahan untuk mendapatkan sifat bahan sesuai dengan aplikasi dalam penggunaannya. Bahan logam ferro diantaranya adalah: 1. Besi Tempa (Wrought Iron) 2. Baja Tarbon (Carbon Steel) 3. Baja Paduan 4. Baja dan Besi Tuang 2.4.2 Bahan logam Non Ferro Bahan logam Non Ferro adalah bahan yang memiliki unsure logam tetapi tidak ada unsur besi (ferrous). Bahan logam non ferro diantaranya adalah: 1. Aluminium Universitas Sumatera Utara 2. Magnesium dan paduannya 3. Tembaga dan paduannya 4. Nilel dan paduannya 5. Seng dan paduannya 6. Titanium dan paduannya 7. Timah hitam dan paduannya (Pb) 8. Timah putih dan paduannya (Tin) 2.4.3 Sifat dan karakteristik logam Berbagai macam Sifat Logam. Logam mempunyai beberapa sifat antara lain: sifat mekanis, sifat fisika, sifat kimia dan sifat pengerjaan. Sifat mekanis adalah kemampuan suatu logam untuk menahan beban yang diberikan pada logam tersebut. Pembebanan yang diberikan dapat berupa pembebanan statis (besar dan arahnya tetap), ataupun pembebanan dinamis (besar dan arahnya berubah). Yang termasuk sifat mekanis pada logam, antara lain: kekuatan bahan (strength), kekerasan elastisitas, kekakuan, plastisitas, kelelahan bahan, sifat fisika, sifat kimia, dan sifat pengerjaan. Kekuatan (strength) adalah kemampuan material untuk menahan tegangan tanpa kerusakan. Beberapa material seperti baja struktur, besi tempa, alumunium, dan tembaga mempunyai kekuatan tarik dan tekan yang hampir sama. Sementara itu, kekuatan gesermya kira-kira dua pertiga kekuatan tariknya. Ukuran kekuatan bahan adalah tegangan maksimumnya, atau gaya terbesar persatuan luas yang dapat ditahan bahan tanpa patah. Untuk mengetahui kekuatan suatu material dapat dilakukan dengan pengujian tarik, tekan, atau geser. Kekerasan (hardness) adalah ketahanan suatu bahan untuk menahan pembebanan Universitas Sumatera Utara yang dapat berupa goresan atau penekanan. Kekerasan merupakan kemampuan suatu material untuk menahan takik atau kikisan. Untuk mengetahui kekerasan suatu material digunakan uji Brinell. Kekakuan adalah ukuran kemampuan suatu bahan untuk menahan perubahan bentuk atau deformasi setelah diberi beban. Kelelahan bahan adalah kemampuan suatu bahan untuk menerima beban yang berganti-ganti dengan tegangan maksimum diberikan pada setiap pembebanan. Elastisitas adalah kemampuan suatu bahan untuk kembali ke bentuk semula setelah menerima beban yang mengakibatkan perubahan bentuk. Elastisitas merupakan kemampuan suatu material untuk kembali ke ukuran semula setelah gaya dari luar dilepas. Elastisitas ini penting pada semua struktur yang mengalami beban yang berubah-ubah terlebih pada alat-alat dan mesin-mesin presisi. Plastisitas adalah kemampuan suatu bahan padat untuk mengalami perubahan bentuk tetap tanpa ada kerusakan. Sifat fisika adalah karakteristik suatu bahan ketika mengalami peristiwa fisika seperti adanya pengaruh panas atau listrik. Yang termasuk sifat-sifat fisika adalah sebagai berikut: Titik lebur, Kepadatan, Daya hantar panas, dan daya hantar listrik. Sifat kimia adalah kemampuan suatu logam dalam mengalami peristiwa korosi. Korosi adalah terjadinya reaksi kimia antara suatu bahan dengan lingkungannya. Secara garis besar ada dua macam korosi, yaitu korosi karena efek galvanis dan reaksi kimia langsung. Berbagai macam Sifat Logam. Logam mempunyai beberapa sifat antara lain: sifat mekanis, sifat fisika, sifat kimia dan sifat pengerjaan. Sifat mekanis adalah kemampuan suatu logam untuk menahan beban yang diberikan pada logam tersebut. Pembebanan yang diberikan Universitas Sumatera Utara dapat berupa pembebanan statis (besar dan arahnya tetap), ataupun pembebanan dinamis (besar dan arahnya berubah). Yang termasuk sifat mekanis pada logam, antara lain: kekuatan bahan (strength), kekerasan elastisitas, kekakuan, plastisitas, kelelahan bahan, sifat fisika, sifat kimia, dan sifat pengerjaan. Kekuatan (strength) adalah kemampuan material untuk menahan tegangan tanpa kerusakan. Beberapa material seperti baja struktur, besi tempa, alumunium, dan tembaga mempunyai kekuatan tarik dan tekan yang hampir sama. Sementara itu, kekuatan gesermya kira-kira dua pertiga kekuatan tariknya. Ukuran kekuatan bahan adalah tegangan maksimumnya, atau gaya terbesar persatuan luas yang dapat ditahan bahan tanpa patah. Untuk mengetahui kekuatan suatu material dapat dilakukan dengan pengujian tarik, tekan, atau geser. Kekerasan (hardness) adalah ketahanan suatu bahan untuk menahan pembebanan yang dapat berupa goresan atau penekanan. Kekerasan merupakan kemampuan suatu material untuk menahan takik atau kikisan. Untuk mengetahui kekerasan suatu material digunakan uji Brinell. Kekakuan adalah ukuran kemampuan suatu bahan untuk menahan perubahan bentuk atau deformasi setelah diberi beban. Kelelahan bahan adalah kemampuan suatu bahan untuk menerima beban yang berganti-ganti dengan tegangan maksimum diberikan pada setiap pembebanan. Elastisitas adalah kemampuan suatu bahan untuk kembali ke bentuk semula setelah menerima beban yang mengakibatkan perubahan bentuk. Elastisitas merupakan kemampuan suatu material untuk kembali ke ukuran semula setelah gaya dari luar dilepas. Elastisitas ini penting pada semua struktur yang mengalami beban yang berubah-ubah terlebih pada alat-alat dan mesin-mesin presisi. Plastisitas adalah kemampuan Universitas Sumatera Utara suatu bahan padat untuk mengalami perubahan bentuk tetap tanpa ada kerusakan. Sifat fisika adalah karakteristik suatu bahan ketika mengalami peristiwa fisika seperti adanya pengaruh panas atau listrik. Yang termasuk sifat-sifat fisika adalah sebagai berikut: Titik lebur, Kepadatan, Daya hantar panas, dan daya hantar listrik. Sifat kimia adalah kemampuan suatu logam dalam mengalami peristiwa korosi. Korosi adalah terjadinya reaksi kimia antara suatu bahan dengan lingkungannya. Secara garis besar ada dua macam korosi, yaitu korosi karena efek galvanis dan reaksi kimia langsung. 2.5 Pemilihan Bahan Baja didefenisikan sebagai paduan antara besi (Fe) dan karbon, dengan kandungan karbon tidak lebih dari 1,7%. Baja karbon yang memiliki satu atau lebih unsur paduan disebut baja paduan (alloy steel) unsur paduan utama adalah: Chromium (Cr), kekerasan mikro terhadap keausan pahat dapat dilihat pada Gambar 4.20, dimana pada gambar dijelaskan bahwa nilai kekerasan mikro untuk keausan pahat 0,1 mm hingga 0,3 mm mengalami kenaikan nilai kekerasan. Nilai Universitas Sumatera Utara 80 kekerasan mikro yang paling rendah dialami pada keausan pahat sebesar 0,14 mm dengan laju pemotongan 225 m/min sedangkan nilai kekerasan mikro yang paling tinggi dialami pada keausan pahat 0,31 mm dengan laju pemotongan 200 m/min. Jika dilihat dari nilai kekerasan potong dengan laju pemotmgan 200 m/min dan 250 m/min saling sejajar oleh karena akibat nilai keausan pahat yang meningkat. Gambar 4.20 Perbandingan antara Keausan Pahat dengan Nilai Kekerasan Universitas Sumatera Utara BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1. Kesimpulan Berdasarkan hasil pengujian dan pembahasan yang didapatkan pada hasil pembubutan laju tinggi dan kering pada baja berkekerasan 54 HRC menggunakan pahat CBN (Cubic Boron Nitride) dapat disimpulkan sebagai berikut: 1. Pada hasil pembubutan laju tinggi dan kering baja paduan berkekerasan tinggi AISI 4140 dengan menggunakan pahat CBN (Cubic Boron Nitride) tidak membentuk lapisan putih (white layer) pada permukaan benda kerja termesin. Hal ini dapat dibuktikan dari hasil pengukuran kekerasan mikro dengan kedalaman 50 µm sampai 150 µm nilai kekerasan tidak mengalami peningkatan dari aslinya sehingga lapisan putih (white layer) tidak terbentuk. 2. Struktur mikro yang dihasilkan dari hasil pembubutan laju tinggi dan kering baja paduan berkekerasan tinggi AISI 4140 dengan menggunakan pahat CBN (Cubic Boron Nitride) adalah struktur mikro ferit dan struktur mikro perlit. 3. Laju pemotongan dan keausan pahat sangat berpengaruh kepada jumlah sebaran dari struktur mikro ferit dan struktur mikro perlit, dimana jumlah sebaran struktur mikro yang sama jumlahnya yaitu pada saat laju pemotongan sebesar 200 m/min dan keausan pahat sebesar 0,31 mm. 4. Dari hasil pengukuran kekerasan mikro nilai perubahan kekerasan mikro 81 Universitas Sumatera Utara 82 terjadi pada kedalaman 50 µm hingga 500 µm dan perubahan kekerasan mikro kembali ke nilai kekerasan aslinya pada kedalaman 500 µm. 5. Dari hasil pengukuran kekerasan mikro nilai perubahan kekerasan mikro yang paling meningkat terdapat pada laju pemotongan (v) sebesar 200 m/min dan 250 m/min, kedalaman potong (a) sebesar 0,30 mm, gerak makan (f) sebesar 0,1 mm/put, dan keausan pahat (VB) sebesar 0,31 mm dengan kedalaman 250 µm. 5.2. Saran Saran yang dapat diberikan untuk hasil penelitian ini adalah sebagai berikut: 1. Untuk mendapatkan hasil yang lebih baik, sebaiknya dalam reparasi sampel harus lebih akurat sesuai standar yang ditentukan dan alat ukur yang digunakan harus memiliki kalibrasi yang akurat. 2. Perlu dilakukan penelitian lanjutan untuk melihat hasil sub-permukaan termesin pada baja AISI 4140 yang lebih spesifik. Universitas Sumatera Utara DAFTAR PUSTAKA Alamsyah, A. Pemilihan Baja Perkakas dan Perlakuan Panasnya. Medan: ASSAB. 1993. Baggio, U. The Recipe for Good Hard Turning. Manufacturing Engineering 116(3). 1996. 95-102. Benyamin,W.N; Draper, B; Richard, A.W. Modern Manufacturing Process Engineering. 1st ed. Mc Graw – Hill Book Co. 2002. Canter, M. Neil. The Possibilities and Limitations of Dry Machining, Tribology & Lubrication Technology, ProQuest Science Journals, pg.30. 2003. Che Haron, C. H. and Ginting. A. Performance of Carbide Tools in Green Milling of Ti – 6242S, 2nd World Engineering Congress. Serawak Malaysia. 2002. Cusanelli, G; Hessler-Wyser, A; Bobard,F; Demellayer,R; Perez,R; Flükiger, R; Microstructure At Submicron Scale Of The White Layer Produced By EDM Technique. Journal of Materials Processing Technology 149 (2004) 289-295. Dawson, T.G. Efects of Cutting Parameters and Tool Wear in Hard Turning. Atlanta: Georgia Institute of Technology. 1999. Dawson, T.G. and Kurfess, T.R. Machining Hardened Steel with CeramicCoated and Uncoated CBN Cutting Tools. Manufacturing Enggineers. 2002. Field, W and Kahles, J. Review of Surface Integrity of Machined Components. Annals of the CIRP 20. 1999. Ginting, A. High Speed Machining of AISI 01 Steel With Multilayer Ceramic CVD – Coated carbide; Tool Life and Surface Integrity, Vol 14, No. 3, Agustus 2003majalah IPTEK. 2003. Ginting, A. and Nouari, M. Surface Integrity of Dry Machined Titanium Alloys. International Journal of Machine Tools & Manufacture 49 (2009) 325–332. Ginting,B; Ginting.A; Noer, Nasruddin; Abda,Syahrul. Keutuhan Permukaan Baja AISI 4140 Pada Pemesinan Laju Tinggi, Keras dan Kering Menggunakan Pahat CBN. Buku Tesis Magister Teknik Mesin Universitas Sumatera Utara. 2011. 83 Universitas Sumatera Utara 84 Harrison, I.S. Detecting White Layer In Hard Turned Components Using Non-Destructive Methods. Thesis. Georgia Institute of Technology. 2004. Kalpakjian, S. Manufacturing Process for Engineering and Technology., third Edition, Addison Wesley Publishing Company.1995. Kalpakjian, S. Manufacturing Process for Engineering Material. 4th ed. Prentice Hall. 2003. Mike, L and Groover, P. Fundamentals of Modern Manufacturing,Prencice Hall, Upper Saddle River, New Jersey 07458, 1996 Ozel,Tugrul, Y; Karpat, B, A; and Srivastava. Hard Turning With Variable MicroGeometry Pcbn Tools CIRP Annals - Manufacturing Technology (2008) Poulachon, G; Bandyopadhyay, B.P; Jawahir,I.S; Pheulpin,S; Seguin,E; The Influence Of The Microstructure Of Hardened Tool Steel Workpiece On The Wear Of PCBN Cutting Tools. Int. J. Mach. Tools Manufact. 43 (2003) 139– 144. Pacyna,J. and Krawczyk, J. The White Layer Formation Conditions And Its Properties. Hutnik-Wiadomoci Hutnicze (Poland) No11, 72 (2005) 545-553. Pacyna,J. and Krawczyk, J. Effect Of Tool Microstructure On The White Layer Formation. Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering No. 17 (2006). Rech, J. and Moisan, A. Surface Integrity In Finish Hard Turning of Case-Hardened Steels. International Journal of Machine Tools & Manufacture 43 (2003) 543– 550 Rochim, Taufiq. Teori & Teknologi Proses Pemesinan. Higher Education Development Support Project. Jakarta. Mei 1993. Sreejith, P.S and Ngoi. B.K.A. Dry Machining: Machining of The Future. School Of Mechanical And Production Engineering. Nanyang Technology University Singapore. 1999. Schulz, H. The History Of High-Speed Machining. Proceedings of 5th International Scientific Conference on Production Engineering. Croatia. 1999. Schulz, H. and Moriwaki, T. High Speed Machining. Annals of the CIRP. 1992. Schey, A. John. Introduction to Manufacturing Process. 3 rd Ed. Mc/ Graw – Hill Book Co. 2000. Universitas Sumatera Utara 85 Smallman, H; Bishop, R.J. Modern Physical Metallurgy and Materials Engineering. 6th Edition. PT. Gelora Aksara Pratama. 2000 Sreejith, P.S and Ngoi, B.K.A. Dry Machining: Machining of the future, School of Mechanical and Production Engineering. Nanyang Technology University Singapore. 2000. Sutter, G. Chip Geometries During High-Speed Machining For Orthogonal Cutting Conditions. International Journal of Machine Tools & Manufacture 45 (2005) 719–726. Umroh, Bobby; Ginting, A; Sutarman; Hamsi, Alfian. Performa Pahat CBN Pada Pemesinan Laju Tinggi Keras dan Kering Bahan AISI 4140. Buku Tesis Magister Teknik Mesin Universitas Sumatera Utara. 2011. Wijingaard. 2004. The Effect Of Dry Machining On Burr Size. Department Of Mechanical Engineering University Of California At Berkeley California. 2004. www.seco.com. Materials CBN. 2008. www.matweb.com. Materials Information. 2010. Zhang, B; Shen,W; Liu, Y; Tang, X and Wang,Y. Microsructures of Surface White Layer And Internal White Adiabatic Shear Band. Wear 211 (1997) 164-168. Universitas Sumatera Utara 86 Lampiran 1. Spesifikasi Material Benda Kerja Universitas Sumatera Utara 87 Lampiran 2. Spesifikasi Pahat CBN CB 7015 TURNING DATA RECOMMENDATIONS General turning insert shape : C, D, S, T, V, W DTGNR2525M16, TNGA160408S01030A 7015 WORKPIECE MATERIAL CMC No: 04.1 Hardness Extra hard steel: Hardened and tempered 59 HRC TOOL Entering angle : 91° INSERT Insert grade Nose radius (re) : 7015 0.8 mm CUTTING DATA RECOMMENDATION Cutting speed (vc) : Cutting depth (ap) : Feed (fn) : 200 m/min 0.25 mm 0.2 mm/r TOOL PATH Machined diameters (Dm1,Dm2) : Axial length of cut (lz) : 70 70 mm 240 mm OPERATION/MACHINE LIMITATIONS Maximum spindle speed (n_max) 10000 rpm ESTIMATED RESULT Cutting speed (vc) : Spindle speed (n) : Net power (Pc) : Productivity Metal removal rate (Q) : Time per pass (Tc) : Toollife: 0.0 min Number of passes (nap) : Surface roughness Maximum profile height (Rt) : Average roughness (Ra) : Root mean square roughness (RMS) : 200 m/min 909 rpm 1.5 kW 10 cm³/min 1.32 min 6.3 μm 1.24 μm 1.35 μm Universitas Sumatera Utara 88 Lampiran 3. Tabel Geometri Pahat CBN Universitas Sumatera Utara 89 Lampiran 4. Rekomendasi Kedalaman Pemotongan Universitas Sumatera Utara 90 Lampiran 5. Spesifikasi Mikroskop USB Digital Rax Universitas Sumatera Utara
Keutuhan Permukaan Baja AISI 4140 Pada Pemesinan Laju Tinggi, Keras Dan Kering Menggunakan Pahat CBN Bahan Teknik TINJAUAN PUSTAKA Cacat Defect HASIL DAN PEMBAHASAN Corak Permukaan Lay HASIL DAN PEMBAHASAN Data Hasil Pengujian. HASIL DAN PEMBAHASAN Kekasaran Permukaan HASIL DAN PEMBAHASAN Kondisi pemesinan TINJAUAN PUSTAKA Konsep Pemesinan Terkini TINJAUAN PUSTAKA Pahat Potong TINJAUAN PUSTAKA Peralatan Teknik Pengukuran, Pengolahan dan Analisa Data Proses Pemotongan Dengan Mesin Bubut Tempat dan Waktu Bahan
Aktifitas terbaru
Penulis
Dokumen yang terkait
Upload teratas

Keutuhan Permukaan Baja AISI 4140 Pada Pemesinan Laju Tinggi, Keras Dan Kering Menggunakan Pahat CBN

Gratis