PENGARUH ARAH PEMAKANAN TERHADAP GETARAN MESIN …lib.unnes.ac.id/30871/1/5201413040.pdf ·...
Transcript of PENGARUH ARAH PEMAKANAN TERHADAP GETARAN MESIN …lib.unnes.ac.id/30871/1/5201413040.pdf ·...
PENGARUH ARAH PEMAKANAN TERHADAP
GETARAN MESIN FRAIS UNIVERSAL
SKRIPSI
Skripsi ini ditulis sebagai salah satu persyaratan
untuk memperoleh gelar Sarjana Pendidikan Program Studi Pendidikan Teknik Mesin
Oleh Miftah Yanottama NIM. 5201413040
PENDIDIKAN TEKNIK MESIN JURUSAN TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS NEGERI SEMARANG
2017
ii
iii
iv
ABSTRAK
Yanottama, Miftah. 2017. Pengaruh Arah Pemakanan terhadap Getaran Mesin
Frais Universal. Skripsi. Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Negeri
Semarang. Pembimbing: Dr. Muhammad Khumaedi, M.Pd., Drs. Pramono, M.Pd.
Tujuan penelitian ini adalah untuk menguji ada tidaknya pengaruh yang
signifikan antara pemakanan searah sumbu x dan searah sumbu y teradap getaran
pada mesin frais universal dan juga untuk mengetahui arah pemakanan yang
menghasilkan getaran paling kecil. Parameter pemakanan yang digunakan adalah
menggunakan pahat HSS diameter 16 mm, kecepatan potong 24 mm/menit,
kedalaman pemakanan 0,5 mm, dan kecepatan spindel 540 rpm.
Metode penelitian yang digunakan eksperimental. Data hasil penelitian
diambil dengan mengamati secara langsung hasil perlakuan kemudian menentukan
dan menyimpulkan hasil penelitian yang telah dilakukan. Analisis data didahului
dengan uji normalitas untuk mengetahui kenormalan data, uji homogenitas untuk
mengetahui apakah variasi dari perlakuan homogen atau tidak, dan uji t untuk
mengetahui apakah ada pengaruh yang signifikan antara variable independen dan
dependen secara parsial, perhitungan dilakukan menggunakan program SPSS 16.
Hasil penelitian menunjukkan bahwa arah pemakanan berpengaruh
terhadap getaran yang dihasilkan oleh mesin frais universal. Besarnya rata-rata
getaran yang dihasilkan oleh arah pemakanan searah sumbu x adalah 0,58 mm/s,
dan getaran yang dihasilkan arah pemakanan searah sumbu y adalah 0,80 mm/s.
Dari data pada tabel uji t = 6,71 nilai Sig. (2-tailed) adalah 0.000 ≤ 0.05, maka Ho
ditolak dan Ha diterima. Jadi hasil data pengukuran getaran pada pemakanan searah
sumbu x dan sumbu y dalam proses pengefraisan menggunakan mesin frais
universal dalam penelitian ini terdapat perbedaan yang signifikan. Sedangkan
pemakanan pada arah sumbu x memiliki getaran paling kecil yaitu dengan rata-rata
getaran sebesar 0,58 mm/s.
Kata Kunci: Arah Pemakanan, Getaran, Frais Universal.
v
PRAKATA
Alhamdulillah, puji syukur kehadirat Allah SWT berkat rahmat dan
hidayah-Nya, sehingga dapat diselesaikan skripsi dengan judul “Pengaruh Arah
Pemakanan terhadap Getaran Mesin Frais Universal” dalam rangka
menyelesaiakan studi Starta Satu untuk mencapai gelar Sarjana Pendidikan di
Fakultas Teknik Universitas Negeri Semarang.
Skripsi ini dapat terselesaikan berkat bimbingan, bantuan dan motivasi dari
berbagai pihak. Oleh karena itu dengan penuh kerendahan hati disampaikan ucapan
terima kasih kepada semua pihak yang telah membantu dalam penyelesaian skripsi
ini. Penulis mengucapkan terima kasih kepada:
1. Prof. Dr. Fathur Rokhman, M.Hum, Rektor Universitas Negeri Semarang.
2. Dr. Nur Qudus, M.T. Dekan Fakultas Teknik Universitas Negeri Semarang.
3. Rusiyanto, S.Pd. M.T. Ketua Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik
Universitas Negeri Semarang dan juga Ketua Program Studi Pendidikan Teknik
Mesin Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Negeri Semarang.
4. Dr. Muhammad Khumaedi, M.Pd. selaku dosen pembimbing 1 yang telah
memberikan bimbingan, arahan, motivasi, saran, dan masukan kepada penulis
dalam penyelesaian skripsi ini.
5. Drs. Pramono, M.Pd. selaku dosen pembimbing 2 yang telah memberikan
bimbingan, arahan, motivasi, saran, dan masukan kepada penulis dalam
penyelesaian skripsi ini.
6. Drs. Agus Suharmanto, M.Pd. selaku penguji yang telah memberikan saran dan
masukan dalam memperbaiki skripsi ini.
7. Ibu dan Bapak tercinta yang selalu memberikan do’a, semangat dan motivasi.
8. Himpro Teknik Mesin Unnes yang telah memberikan pengalaman yang sangat
berharga dan tak terlupakan.
9. Semua teman-teman Jurusan Teknik Mesin angkatan 2013 yang selalu ada dan
memberi semangat.
10. Semua pihak yang telah memberikan motivasi, saran, dan masukan kepada
penulis dalam penyelesaian skripsi ini.
vi
Penulis menyadari dalam skripsi ini masih banyak kekurangan, oleh karena
itu penulis mengharapkan kritik dan saran yang membangun dalam perbaikan
skripsi ini. Semoga skripsi ini bermanfaat bagi pembaca pada umumnya dan dunia
pendidikan pada khususnya.
Semarang, Agustus 2017
Penulis
vii
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL ........................................................................................... i
PENGESAHAN ................................................................................................... ii
PERNYATAAN KEASLIAN ............................................................................. iii
ABSTRAK ........................................................................................................... iv
PRAKATA ........................................................................................................... v
DAFTAR ISI ..................................................................................................... vii
DAFTAR GAMBAR ........................................................................................... x
DAFTAR TABEL ............................................................................................... xi
DAFTAR LAMPIRAN ..................................................................................... xii
BAB I PENDAHULUAN
A. Latar Belakang Masalah ...................................................................... 1
B. Identifikasi Masalah ........................................................................... 3
C. Batasan Masalah.................................................................................. 4
D. Rumusan Masalah ............................................................................... 5
E. Tujuan Penelitian ................................................................................ 5
F. Manfaat Penelitian .............................................................................. 5
BAB II KAJIAN PUSTAKA
A. Kajian Teori ........................................................................................ 7
1. Mesin Frais ..................................................................................... 7
a. Pengertian Mesin Frais (Milling) ............................................... 7
b. Mesin Frais Universal ................................................................ 8
c. Sumbu pada Mesin Frais Vertikal .............................................. 8
viii
d. Pemakanan Berlawanan (Up Milling) ........................................ 9
e. End Mill ...................................................................................... 10
f. Elemen Dasar Proses Pengefraisan ............................................ 11
2. Getaran ............................................................................................ 15
B. Penelitian Yang Relevan ..................................................................... 20
C. Kerangka Berfikir................................................................................ 24
D. Hipotesis .............................................................................................. 25
BAB III METODE PENELITIAN
A. Waktu dan Tempat Pelaksanaan ......................................................... 26
B. Desain Penelitian ................................................................................. 26
C. Alat dan Bahan penelitian ................................................................... 27
D. Parameter Penelitian............................................................................ 27
E. Kalibrasi Mesin ................................................................................... 28
F. Teknik Pengumpulan Data .................................................................. 28
1. Diagram Alur penelitian ................................................................. 29
2. Proses Penelitian ............................................................................. 30
3. Instrumen Data Penelitian .............................................................. 31
4. Teknik Analisis Data ...................................................................... 32
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN
A. Hasil Penelitian ................................................................................... 35
B. Pembahasan Hasil Penelitian .............................................................. 40
ix
BAB V PENUTUP
A. Simpulan ............................................................................................. 44
B. Saran .................................................................................................... 44
DAFTAR PUSTAKA .......................................................................................... 46
LAMPIRAN-LAMPIRAN ................................................................................. 48
x
DAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambar 2.1 Mesin Frais Universal ....................................................................... 8
Gambar 2.2. Arah Sumbu Pemakanan pada Mesin Frais Vertikal ....................... 9
Gambar 2.3. Pemotongan Berlawanan (Up Milling) ............................................ 10
Gambar 2.4. End Mill ............................................................................................ 11
Gambar 2.5. Skematik Proses Frais Vertikal ........................................................ 11
Gambar 2.6. Diagram level getaran mesin per ISO 10816 ................................... 16
Gambar 2.7. Contoh Getaran Eksitasi Deterministik dan Getaran Random ......... 18
Gambar 2.8. Digital Vibration Terser Meter Phase II DVM 1000 ....................... 19
Gambar 3.1. Diagram Alur Pelaksanaan Penelitian .............................................. 29
Gambar 4.1 Histogram Nilai Uji Pengaruh Arah Pemakanan terhadap Getaran
pada Mesin Frais Universal ............................................................... 37
Gambar 4.2 Grafik Rata-rata Nilai Getaran pada Arah Pemakanan Proses
Pengefraisan ....................................................................................... 41
xi
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1. Kecepatan potong untuk beberapa bahan ............................................. 13
Tabel 2.2. Daftar kecepatan potong/putaran mesin frais....................................... 14
Tabel 2.3. ISO 2372 – ISO guideline for machinery vibration severity ............... 20
Tabel 3.1. Desain Penelitian.................................................................................. 27
Tabel 3.2. Instrumen Data Pengaruh Arah Pemakanan terhadap Getaran pada
Mesin Frais Universal ........................................................................... 31
Tabel 4.1 Data Pengaruh Arah Pemakanan terhadap Getaran pada Mesin Frais
Universal ............................................................................................... 35
Tabel 4.2 Desain Faktorial Hasil Pengukuran Nilai Getaran Mesin Frais
Universal ............................................................................................... 36
Tabel 4.3 Data Deskriptif Statistik Arah Pemakanan ........................................... 36
Tabel 4.4. Uji Normalitas ...................................................................................... 37
Tabel 4.5. Uji Homogenitas .................................................................................. 38
Tabel 4.6. Uji T ..................................................................................................... 39
xii
DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran 1. Dokumen Penelitian ......................................................................... 49
Lampiran 2. Surat Usulan Pembimbing ................................................................ 54
Lampiran 3. Surat Penetapan Dosen Pembimbing Skripsi ................................... 55
Lampiran 4. Surat Ijin Penelitian di Jurusan Teknik Mesin UNNES ................... 56
Lampiran 5. Surat Ijin Penelitian di Jurusan Tenik Mesin ITS ............................ 57
Lampiran 6. Surat Tugas Dosen Penguji Proposal Skripsi ................................... 58
Lampiran 7. Sertifikat Bahan EMS 45 .................................................................. 59
Lampiran 8. Data Penelitian .................................................................................. 60
Lampiran 9. Perhitungan dengan SPSS 16 ........................................................... 66
Lampiran 10. Hasil Uji Deskriptif ........................................................................ 67
Lampiran 11. Hasil Uji Normalitas ....................................................................... 68
Lampiran 12. Hasil Uji Homogenitas ................................................................... 69
Lampiran 13. Hasil Uji T ...................................................................................... 70
Lampiran 14. Surat Keterangan Selesai Penelitian ............................................... 71
Lampiran 15. Surat Tugas Panitia Ujian Sarjana .................................................. 72
1
BAB I
PENDAHULUAN
A. Latar Belakang Masalah
Pada era globalisasi sekarang ini, perkembagan teknologi semakin maju
dan cangih, terutama dalam dunia industri manufaktur pembentukan logam
(Farisi, 2016:100). Proses dalam pembentukan logam dapat dilakukan dengan
menggunakan berbagai cara seperti menggunakan mesin perkakas. Proses
permesinan merupakan proses untuk mengubah bentuk bahan baku menjadi
benda kerja dengan menghasilkan geram (chip). Salah satu proses pemesinan
yang banyak dilakukan dalam pembentukan komponen logam adalah proses
pengefraisan (milling) (Suteja et al., 2008:1).
Proses frais adalah proses pengurangan material untuk membetuk suatu
produk dengan cara memutarkan alat potong (cutter) yang dipasang pada arbor
sehingga tiap giginya melakukan pemakanan dengan menggerakkan benda
kerja melalui meja yang dapat bergerak ke kiri atau ke kanan (Yanuar, et al.,
2014:27). Proses pengefraisan banyak digunakan dalam pembuatan komponen
yang mempunyai fitur berupa profil dan juga trajectory yang kompleks. Sebagai
contoh, proses pengefraisan sering digunakan dalam pembuatan cetakan
(mould) untuk membuat produk-produk dari bahan plastik (Suteja et al.,
2008:1). Dalam proses pengefaisan akan menghasilkan kualitas (kekasaran
permukaan) yang berbeda-beda, hal tersebut tergantung dari fungsinya.
Kualitas produk mesin frais tergantung dengan permintaan nilai kekasaran. Jika
2
kekasaran sesuai dengan yang diinginkan maka kualitas semakin baik begitu
pula sebaliknya, sehingga perlu diperhatikan dan butuh solusi dalam proses
pengefraisan untuk mendapatkan tingkat kekasaran permukaan agar sesuai
dengan yang diinginkan. Ada beberapa faktor/parameter yang mempengaruhi
kekasaran permukaan dalam proses pengefaisan antara lain kecepatan putaran
spindel (spindel speed), kedalaman pemakanan (depth of cut), kecepatan potong
(cutting speed), kodisi mesin, bahan benda kerja, bentuk pahat potong dan
operator (Yanuar et al., 2014:27). Kondisi pemotongan juga dapat
mempengaruhi getaran pada mesin sehingga berpengaruh pada kestabilan dan
berdampak pada kualitas produk yang dihasilkan (Hernadewita et al., 2006:55).
Menurut Kalpakjian dalam Romiyadi dan Azriadi (2014:32) “getaran
pemesinan (machine vibration) merupakan getaran yang timbul selama proses
pemotongan berlangsung dan disebabkan sedikitnya oleh dua hal yaitu getaran
yang ditimbulkan oleh gaya potong dan getaran akibat eksitasi pribadi.”
Dampak getaran pemesinan yang muncul pada mesin frais sangat besar
pengaruhnya. Selain berdampak pada kekasaran permukaan produk yang
dihasilkan, getaran yang tinggi pada mesin frais juga bisa menyebabkan umur
pahat semakin pendek dan mesin tidak tahan lama (Hendra, 2006:99).
Besar kecilnya getaran pada mesin tergantung kepada kondisi
pemotongan (cutting condition), adapun yang dimaksud dengan kondisi
pemotongan di sini antara lain adalah kedalaman pemakanan (depth of cut),
kecepatan potong (cutting speed), kecepatan spindel (spindle speed). Dengan
pemakanan standarisasi kecepatan potong dan feeding kemungkinan akan
3
mengakibatkan getaran yang normal. Selain itu, pada mesin frais terdapat tiga
sumbu yaitu sumbu X, Y dan Z yang digerakan oleh masing-masing eretan.
Eretan pada mesin frais memiliki ukuran dan beban yang digerakan berbeda-
beda. Hal tersebut akan mempengaruhi proses pemotongan dan getaran yang
dihasilkan pada mesin fais. Berdasarkan uraian diatas, maka penelitian ini akan
memfokuskan pada uji getaran yang dihasilkan pada mesin frais dengan variasi
arah pemakanan yaitu arah pemakanan searah sumbu X dan sumbu Y pada
mesin frais universal menggunakan end mill jenis HSS berdiameter 16 mm dan
kecepatan spindel 540 rpm serta benda kerja berbahan karbon sedang dengan
kedalaman pemakanan 0,5 mm.
B. Identifikasi Masalah
Berdasarkan latar belakang yang telah disampaikan di atas, maka
indentifikasi masalah dalam penelitian ini adalah sebagai berikut:
1. Proses milling banyak digunakan di dalam industri untuk pembentukan
logam.
2. Adanya tuntutan dalam menggunakan mesin frais untuk menghasilkan
kualitas yang bagus yakni dengan hasil benda kerja yang halus.
3. Getaran pemesinan (machine vibration) merupakan getaran yang timbul
selama proses pemotongan berlangsung dan disebabkan sedikitnya oleh dua
hal yaitu getaran yang ditimbulkan oleh gaya potong dan getaran akibat
eksitasi pribadi.
4
4. Kekasaran benda kerja dalam proses milling di pengaruhi oleh beberapa
faktor getaran.
5. Mesin frais memilki tiga sumbu yaitu sumbu x, y dan z yang digerakan oleh
masing-masing eretan dan mempunyai beban gerakan yang berbeda-beda.
6. Getaran pada mesin frais dapat mengakibatkan umur pahat semakin pendek
dan mesin tidak tahan lama.
C. Batasan Masalah
Berdasarkan rumusan masalah dan identifikasi masalah, maka dapat
ditentukan batasan-batasan masalah dalam penelitian, yaitu:
1. Getaran mesin frais yang ditimbulkan oleh arah pemakanan potong
2. Arah pemakanan yang digunakan adalah searah sumbu x dan sumbu y
3. Menggunakan mesin frais universal
4. Ulir eretan sumbu x dan eretan sumbu y memiliki karakteristik yang sama
5. Bahan menggunakan baja EMS 45 jenis plat strip berbentuk persegi dengan
ukuran 50 mm x 10 mm yang dipotong sepanjang 50 mm.
6. End mill menggunakan material HSS dengan diameter 16 mm dan jumlah
gigi 4
7. Kedalaman pemakanan yang digunakan adalah 0,5 mm
8. Kecepatan spindel yang digunakan adalah 540 rpm.
9. Kecepatan potong 24 mm/menit
5
D. Rumusan Masalah
Berdasarkan identifikasi dan batasan masalah tersebut diatas, maka
rumusan masalah yang diajukan dalam penelitian ini adalah sebagai berikut:
1. Apakah ada pengaruh yang signifikan antara pemakanan searah sumbu x
dan searah sumbu y terhadap getaran pada mesin frais universal?
2. Pada arah pemakanan manakah yang menghasilkan getaran paling kecil?
E. Tujuan Penelitian
Berdasarkan rumusan masalah yang telah dikemukakan, penelitian ini
bertujuan untuk:
1. Untuk menguji ada tidaknya pengaruh signifikan antara arah pemakanan
searah sumbu x dan searah sumbu y terhadap getaran pada mesin frais
universal;
2. Untuk mengetahui arah pemakanan yang menghasilkan getaran paling kecil.
F. Manfaat Penelitian
Dari penelitian ini diharapkan akan membawa manfaat, baik manfaat
praktis maupun manfaat teoritis.
1. Manfaat Praktis
a. Hasil penelitian ini dapat memberikan informasi kepada industri terutama
industri kecil yang bergerak dalam bidang pemesinan khususnya mesin
frais.
b. Memberikan informasi mengenai pengaruh arah pemakanan terhadap
getaran pada mesin frais universal.
6
2. Manfaat Teoritis
1. Menambah pengetahuan bagi peneliti dan pembaca tentang pengaruh arah
pemakanan dan terhadap getaran pada mesin frais universal.
2. Sebagai bahan kajian dan perbandingan bagi pengembangan penelitian
sejenis dimasa yang akan datang.
3. Sebagai bahan masukan dan informasi bagi pengembangan bahan pustaka
di lingkungan Universitas Negeri Semarang terutama Program Studi
Pendidikan Teknik Mesin S1.
7
BAB II
KAJIAN PUSTAKA
A. Kajian Teori
1. Mesin Frais
a. Pengertian Mesin Frais (Milling)
Mesin frais (milling machine) merupakan salah satu mesin perkakas
untuk mengerjakan/menyelesaikan suatu benda kerja dengan cara megurangi
volume menggunakan pisau frais (cutter) sebagai pahat penyayat yang berputar
pada sumbu mesin. Mesin frais termasuk mesin perkakas yang memiliki prinsip
kerja memutarkan alat potong (cutter) untuk proses pemakanan. Cutter
dipasang pada sumbu mesin yang dibantu dengan alat pendukung yang disebut
arbor, jika arbor mesin tersebut berputar melalui suatu putaran motor listrik
maka cutter yang terpasang pada arbor akan ikut berputar. Arbor pada mesin
frais dapat berputar ke arah kiri maupun kanan, dan kecepatan putar arbor dapat
diatur sesuai kebutuhan (Daryanto, 2006:33).
Kegunaan mesin frais pada industri pemesinan cukup banyak,
diantaranya untuk:
1. Meratakan permukaan benda kerja,
2. Mengefrais alur tepi yang saling tegak lurus,
3. Membuat suatu alur lurus dan melingkar pada suatu komponen
mesin,
4. Membuat jajaran lubang lurus dan melingkar,
5. Mengerjakan batang bergigi,
6. Dengan bantuan kepala pembagi dapat untuk membuat roda gigi
lurus, roda gigi cacing, roda gigi payiung roda gigi helik, dan lain-
lain (Sugiri, et al., 2011:6).
8
Alat potong pada mesin frais memiliki gigi potong yang banyak
sehingga mempercepat proses pemakanan pada benda kerja. Hasil dari proses
pengefraisan dapat berbentuk datar, menyudut, atau melengkung bahkan dapat
membuat profil kombinasi dari beberapa bentuk (Yanuar et al., 2014:28).
b. Mesin Frais Universal
Mesin frais merupakan salah satu mesin perkakas yang mempunyai
perkembangan teknologinya begitu cepat. Mesin frais universal merupakan
gabungan antara mesin frais horizontal dan vertikal. Mesin ini dapat digunakan
pada posisi mendatar dan posisi tegak serta pada bagian meja (table) dapat
digeser/diputar pada kapasitas tertentu (Sumbodo, 2008:331).
Gambar 2.1. Mesin frais universal
Sumber: Romiyadi dan Emon Azriyadi (2014:32)
c. Sumbu pada Mesin Frais Vertikal
Mesin frais vertikal memilliki tiga sumbu yaitu sumbu x, y, dan z yang
masing-masing digerakkan dengan eretan. Jika tubuh kita berada di depan dan
9
menghadap ke mesin frais, sumbu x yaitu sumbu yang mengarah ke samping
dan bergerak kearah kiri-kanan. Sumbu y yaitu sumbu yang bergerak dengan
arah maju-mundur, dan sumbu z yaitu sumbu yang bergerak dengan arah naik-
turun. Arah sumbu pada mesin frais vertikal dapat dilihat pada gambar berikut.
Gambar 2.2. Arah Sumbu pemakanan vertikal pada mesin frais
d. Pemotongan Berlawanan (up milling)
Pemotongan berlawanan (up milling) adalah proses pemotongan yang
datangnya benda kerja berlawanan dengan putaran cutter. Pada proses
pemakanan, beram bekas pemotongan langsung terbuang searah dengan arah
pemotongan tiap-tiap gigi kearah luar. Untuk mendapatkan hasil yang baik,
kecepatan potong harus sesuai dan konstan. Metode ini cocok digunakan untuk
semua jenis mesin frais (Sugiri, et.al. 2011:32)
10
Gambar 2.3. Pemotongan Berlawanan (Up Milling)
Sumber: Ansyori (2015:30)
e. End Mill
End Mill memiliki ukuran diameter 5 mm ke atas. Untuk ukuran 38 mm
keatas pada bagian tangkai ada yang dibuat silindris dan ada yang dibuat tirus.
Bagian tangkai yang tirus dsesuaikan dengan adaptor yang bertujuan untuk
mengurangi getaran. Untuk End mill tangkai silindris dipegang dengan alat
khusus yang disebut collet. End mill pada umumnya memiliki dua bibir atau
empat bibir, namun pada saat ini ada yang memiliki tiga bibir. End mill biasanya
digunakan untuk membuat alur pada bidang yang datar atau pasak dan pada
umumnya dipasang pada posisi tegak (mesin frais vertikal), namun pada kondisi
tertentu dapat juga dipasang posisi horizontal yaitu langsung dipasang pada
spindel mesin frais potong (Sugiri, 2011:23). End mill memiliki jenis bahan
yang berbeda-beda yang berpengaruh dalam penyayatan. Alloy tool steel
merupakan jenis bahan baja perkakas paduan antara baja paduan tinggi dan baja
paduan rendah yang mengandung karbon chromium, vanadium dan
molybdenum. Bahan jenis ini biasa disebut dengan HSS (High Speed Steel) yang
merupakan baja paduan tinggi dan tahan terhadap keausan sampai suhu 600o C
(Sumbodo, 2008:294).
11
Gambar 2.4. End Mill HSS
Sumber: Romiyadi dan Emon Azriyadi (2014:33)
f. Elemen Dasar Proses Pengefraisan
Menurut Widarto et al., (2008:212), elemen dasar proses pengefraisan
hampir sama dengan proses pembubutan. Elemen diturunkan berdasarkan
rumus dari gambar 2.9.
Gambar 2.5. Skematis proses frais vertikal
Sumber: Widarto et al., (2008: 212)
12
Keterangan :
Benda Kerja:
w = lebar pemotongan (mm)
lw = panjang pemotongan (mm)
lt = lv + lw + ln (mm)
a = kedalaman potong (mm)
Pisau Frais:
d = diameter luar (mm)
z = jumlah gigi/mata potong
Xr = sudut potong utama (90o) untuk pisau frais selubung
Mesin Frais:
n = putaran poros utama (rpm)
vt = kecepatan makan (mm/putaran)
1. Kecepatan Potong (cutting speed)
Kecepatan potong adalah kemampuan alat potong (cutter) menyayat
bahan dalam satuan meter/menit atau ft/menit.
Rumus Kecepatan Potong:
VC = π x d x n (m/menit)
Pada teknik pemesinan normalisasi ukuran menggunakan mm, maka:
VC = mm/menit
13
Dimana:
Vc = Kecepatan Potong
d = diameter alat potong (cutter)
n = kecepatan putar spindel
π = 22/7 atau 3,14
Selain dengan rumus, kecepatan potong biasanya sudah ditentukan
standarnya berdasarkan bahan yang digunakan.
Tabel 2.1. Kecepatan potong untuk beberapa bahan
BAHAN Cutter HSS Cutter Karbida
Halus Kasar Halus Kasar
Baja Perkakas 75 – 100 25 – 45 185 – 230 110 – 140
Baja Karbon
Rendah 70 – 90 25 – 40 170 – 215 90 – 120
Baja Karbon
Menengah 60 – 85 20 – 40 140 – 185 75 – 110
Besi Cor
Kelabu 40 – 45 25 – 30 110 – 140 60 – 75
Kuningan 85 – 110 45 – 70 185 – 215 120 – 150
Alumunium 70 – 110 30 – 45 140 – 215 60 – 90
Sumber: Sumbodo, (2008:302)
14
Tabel 2.2. Daftar kecepatan potong/putaran mesin frais
Sumber: Sumbodo, (2008:303)
2. Kecepatan Spindel
Rumus kecepatan spindel diambil dari persamaan rumus kecepatan
potong.
n = rpm
15
3. Gerakan makan per gigi:
Merupakan kecepatan linier pahat sepanjang benda kerja dalam satuan
mm/menit atau inci/menit.
Fz = vf / z.n (mm/menit)
4. Waktu pemotongan
Waktu pemotongan merupakan waktu yang diperlukan untuk melakukan
penyayatan sepanjang benda kerja dalam satuan detik atau menit.
(menit)
5. Kecepatan penghasilan beram
Kecepatan penghasilan beram merupakan volume material yang terbuang
per satuan waktu dalam satuan cm3/menit atau inci3/menit.
z = vf . a . w / 1000 (cm3/menit)
2. Getaran
Vibrasi atau getaran adalah gerak bolak balik suatu benda terhadap posisi
stasionernya (Arista, 2012:1). Getaran dapat berupa benturan yang berulang
secara kontinyu atau dengan kata lain dapat juga berupa gerakan tidak beraturan
atau acak. Getaran mesin dapat disebabkan oleh adanya variasi oleh sistem
penggerak menjadi gaya yang memiliki resultan tidak sama dengan nol atau
resultan gaya dengan harga yang berubah-ubah. Kalau semua gaya tersebut
mempunyai harga dan arah yang dapat dihitung secara tepat dan akurat maka
keseimbangan mesin tersebut akan terjadi sehingga mesin tidak menimbulkan
getaran. Kenyataannya, gaya di dalam sebuah mesin selalu berubah, baik harga
16
maupun arahnya, belum lagi ditambah gaya luar sebagai gangguan misalnya
dari efek inersia (Karyasa, 2011:5-6).
Gambar 2.6. Diagram level getaran mesin per ISO 10816
Sumber: Phase II Machine Tool, 2008 oleh Romiyadi dan Azriadi
(2014:32)
17
Menurut Tunggal Bhimadi Karyasa, (2011:15-16), getaran dibagi
menjadi beberapa klasifikasi, antara lain:
1. Getaran bebas
Getaran bebas merupakan getaran yang terjadi pada suatu sistem
(mekanisme) tanpa adanya pengaruh gaya dari luar (eksitasi). Pada getaran
bebas eksitasi diberikan pada awal saja, setelah itu benda akan berosilasi.
2. Getaran paksa
Getaran paksa merupakan getaran yang terjadi pada suatu sistem karena
adanya pengaruh gaya luar (eksitasi).Contohnya adalah getaran pada motor
diesel.
3. Getaran tak teredam
Getarn tak teredam adalah getaran dimana tidak ada kehilangan energi
yang disebabkan tahanan selama osilasi.
4. Getaran linier
Getaran linier adalah getaran yang terjadi pada semua komponen sistem,
baik itu pegas, massa, dan peredam berperilaku linier.
5. Getarn non-linier
Getaran non-linier adalahgetaran yangterjadi pada semua komponen
system baik itu pegas, massa, dan peredam berperilaku non-linier. Contoh
pendekatan ini umum dilakukan untuk getaran impak.
18
6. Getaran deterministik
Getaran deterministik adalah getaran dimana harga eksitasi yang bekerja
dalam sistem diketahui setiap saat. Eksitasi diplot kemudian perhitungan
numerik ekuivalen eksitasi pada model dilakukan.
7. Getaran random atau getaran acak
Getarn acak adalah getaran dimana harga eksitasi yang bekerja pada
sistem tidak dapat diperkirakan. Untuk getaran jenis ini diperlukan rekaman
data eksitasi dari pendekatan atau simulasi yang benar untuk dibuatkan polanya
secara statistik sehingga rata-rata eksitasinya dapat diperkirakan. Contoh
getaran ini adalah gempa bumi, kekasaran permukaan jalan, kecepatan angina.
Gambar 2.7. Contoh Getaran eksitasi deterministik dan getaran random
Sumber: Karyasa, (201:16)
19
Gambar 2.8. Digital vibration terser meter phase II DVM 1000
Sumber: Phase II Machine Tool, 2008 oleh Romiyadi dan Azriadi
(2014:33)
Menurut Amelia Sugondo et al,. (2008:2), ada dua jenis getaran, yaitu
getaran bebas dan getaran paksa. Getaran paksa terjadi apabila suatu benda
dikenai gaya dari luar. Besarnya getaran pada mesin rata-rata berada pada range
10 Hz dan 1000 Hz. Berikut tabel kondisi getaran mesin untuk menenukan layak
tidaknya mesin utuk digunakan.
20
Tabel 2.3. ISO 2372 – ISO guideline for machinery vibration severity
ISO 2372 – ISO guideline for machinery vibration severity
Range of Vibration Severity
Examples of quality judgment for Separate classes of machines
Velocity – in/s - Peak
Velocity – mm/s - rms Class I Class II Class III Class IV
0.015 0.28
0.025 0.45
0.039 0.71
0.062 1.12
0.099 1.8
0.154 2.8
0.248 4.5
0.392 7.1
0.617 11.2
0.993 18
1.54 28
2.48 45
3.94 71
Sumber: Amelia Sugondo et al,. (2008:2)
Kondisi mesin dan gangguan pada mesin dapat ditentukan dengan
mengukur parameter atau ukuran getaran yang terjadi. Parameter
getaran yang sering dipakai adalah :
1. Frekwensi (freqwency)
2. Simpangan (displacement) 3. Kecepatan (velocity)
4. Percepatan (acceleration) (Abas, H. et al,. 2013:2)
B. Penelitian yang Relevan
1. Penelitian tetang getaran mesin frais telah dilakukan oleh Romiyadi dan
Emon Azriadi. Dalam penelitan yang berjudul “Pengaruh Kemiringan
Spindel dan Kecepatan Pemakanan terhadap Getaran Mesin Frais Universal
Knuth UFM 2”, menyimpulkan bahwa semakin besar kemiringan spindel,
maka semakin besar pula getaran mesin frais yang terjadi baik pada proses
up milling maupun down milling. Begitu pula dengan pengaruh kecepatan
21
pemakanan, semakin cepat pemakanan akan menimbulkan getaran yang
semakin besar.
2. Penelitian yang dilakukan oleh Afif pada tahun 2004 tentang Penelitian
Getaran Pahat Mesin Frais, Pengaruh Kedalaman Potong/iris, dan
Kekasaran Permukaan, menyimpulkan bahwa semakin besar nilai feed rate
maka nilai amplitudo percepatan getaran yang terjadi akan semakin besar
dan semakin bertambahnya nilai depth of cut menyebabkan nilai percepatan
getaran yang terjadi semakin besar.
3. Hummada Abbas, et al. melakukan penelitian yang berjudul “Pengaruh
Perameter Pemotongan pada Operasi Pemotongan Milling terhadap Getaran
dan Tingkat Kekasaran Permukaan (Surface Roughness)” dengan
melakukan pemakanan up-milling pada mesin frais horizontal pada material
baja ST 40 dan ST 60. Dari hasil pengujian diperoleh tingkat kekasaran
permukaan terkecil terjadi pada material ST 42 sebesar 1.4 μm dengan
amplitudo getaran 1.0 μm terjadi pada putaran spindel 240 rpm pada
kedalaman potong 0.2 mm dengan gerak ingsut 12 mm/menit sedangkan
kekasaran maksimum terjadi pada material ST 60 yaitu sebesar 11.0 μm
pada putaran spindel 180 rpm, kedalaman potong 1.0 mm, dengan gerak
insut 38 mm/menit menghasilkan amplitudo getaran sebesar 17.0 μm.
4. Amelia Sugondo, et al., (2008) dalam Studi pengaruh Kedalaman
Pemakanan terhadap Getaran dengan Menggunakan Mesin Bubut Chien
Yeh CY 800 Gf, meneliti pengaruh getaran dari arah sumbu X gaya radial,
Y dan Z pada benda kerja berbahan ST 42 dengan fariasi kedalaman 0,5
22
mm, 1 mm, dan 1,5 mm pada putaran 300 rpm, 520 rpm, dan 750 rpm. Dari
penelitian tersebut dapat disimpulkan Kedalaman pemotongan berpengaruh
pada besarnya amplitudo getaran yang terjadi. Pada kedalaman pemotongan
0,5 mm, getaran yang ditimbulkan paling kecil dan dapat disimpulkan
getaran akan semakin besar jika gaya tangensial yang dibutuhkan untuk
pemotongan semakin besar. Berbeda dengan putaran, pada penelitian ini,
putaran 300 rpm menghasilkan amplitudo getaran lebih tinggi daripada
putaran tinggi 750 rpm. Arah sumbu penempatan probe untuk uji getar, juga
mempengaruhi besarnya getaran yang terjadi. Pada arah sumbu x, getaran
paling kecil dan pada arah sumbu y paling besar.
5. Penelitian yang dilakuikan oleh C. O. Izelu, et al., dalam penelitian yang
berjudul “Effect of Depth of Cut, Cutting Speed and Work-piece Overhang
on Induced Vibration and Surface Roughness in the Turning of Cr4 Alloy
Steel”, dari hasil penelitian menyimpulkan bahwa variasi kedalaman
pemakanan (depth of cut), kecepatan pemakanan (cutting speed), dan work
piece overhang memiliki pengaruh yang signifikan terhadap kekasaran
permukaan dan tingkat relatif diinduksi getaran pada mesin. Getaran dan
kekasaran permukaan sebanding dengan kedalaman pemakanan (depth of
cut), kecepatan pemakanan (cutting speed) dan work piece overhang.
6. Vishal Wayal, et al., (2013) dalam penelitian yang berjudul Investigation on
Cutting Force and Vibration Signals in Turning: Mathematical Modeling
Using Response Surface Methodology, menyimpulkan bahwa kecepatan
pemakanan (cutting speed) dan kedalaman pemakanan (depth of cut)
23
mempengaruhi nilai sinyal getaran pada mesin, dimana semakin besar
kecepatan pemakanan (cutting speed) dan kedalaman pemakanan (depth of
cut) maka sinyal getaran pada mesin juga semakin besar.
7. Penelitian yang dilakukan Zulhendri, et.al. (2007) Jurusan Teknik Mesin
Politeknik Negeri Padang yang berjudul “Pengaruh Tipe Pahat dan Arah
Pemakanan Permukaan Berkontur pada Pemesinan Milling Awal dan Akhir
terhadap Getaran dan Kekasaran Permukaaan”. Adapun hasil penelitian
yang dilakukan menyatakan bahwa ada pengaruh yang signifikan antara
arah pemakanan melintang (sumbu y) dan arah pemakanan sejajar (searah
sumbu x) terhadap getaran mesin.
8. Penelitian yang dilakukan oleh Abuthakeer,et al., yang berjudul Prediction
and Control of Cutting Tool Vibration in CNC Lathe with Anova and Ann,
menghasilkan data dari penelitian yang dilakukna dengan variasi kedalaman
pemakanan (depth of cut) 0,5 mm, 0,75 mm, 1 mm, kecepapatan pemakanan
(cutting speed) 150 m/menit, 200 m/menit, 250 m/menit, dan Feed rate 0,1
mm/rev, 0,2 mm/rev, 0,3 mm/rev, yang menyebutkan bahwa ada pengaruh
parameter diatas terhadap nilai getaran yang dihasilkan. Dimana semakin
besar kedalaman pemakanan (depth of cut) akan menghasilkan getaran yang
semakin besar, dan semakin besar kecepatan pemakanan (cutting speed)
akan menghasilkan getaran yang semakin besar pula.
9. penelitian yang dilakukan oleh Risank Danur Doro (2013) Jurusan Teknik
Mesin dan Industri Univesitas Gajah Mada yang berjudul “Analisis
Pengaruh Parameter Pemakanan terhadap Getaran Mini PC-Based CNC
24
Milling pada Diameter Tool 8 mm” penelitian tersebut menyimpulkan
bahwa ada pengaruh yang signifikan antara pemakanan searah sumbu x dan
searah sumbu y terhadap getaran mesin.
C. Kerangka Berpikir
Getaran mesin merupakan salah satu penyebab umur mesin menjadi
pendek dan pahat menjadi cepat aus. Semua mesin perkakas akan menghasilkan
getaran pada mesin pada saat beroperasi termasuk pada mesin frais. Selain
dipengaruhi faktor dari dalam mesin tersebut, getaran pada mesin frais juga
dipengaruhi faktor dari luar. Faktor dari luar yang mempengaruhi getaran mesin
adalah parameter pemotongan yang diantaranya adalah kecepatan spindel
(spindle speed), kedalaman pemakanan (depth of cut), dan kecepatan
pemakanan (feed rate). Selain parameter pemotongan getaran mesin pada mesin
frais juga dapat dipengarui oleh arah pemakanan.
Mesin frais memiliki tiga sumbu yakni sumbu x, y, dan z yang digerakan
oleh masing-masing eretan. Eretan pada masing-masing sumbu bergerak
dengan beban yang berbeda-beda, pada arah sumbu x pemakanan vertikal eretan
menggerakkan meja mesin, sadankan pada arah sumbu y eretan selain
menggerakkan meja mesin juga menggerakan dudukan meja mesin sehingga
beban yang digerakan lebih besar. Perbedaan ini akan menghasilkan getaran
pada mesin yang signifikan antara arah pemakanan searah sumbu x dan arah
pemakanan searah sumbu y pada proses pengefraisan.
25
D. Hipotesis
Berdasarkan dasar-dasar teori yang telah diutarakan dengan demikian
dapat diajukan hipotesis sebagai berikut:
1. Terdapat pengaruh yang signifikan antara arah pemakanan searah sumbu x
dan searah sumbu y terhadap getaran pada mesin frais universal.
44
BAB V PENUTUP
A. Simpulan
Dari penelitian yang telah dilakukan dapat dihasilkan beberapa
kesimpulan yaitu:
1. Hasil penelitian menunjukkan bahwa arah pemakanan berpengaruh
terhadap getaran yang dihasilkan oleh mesin frais universal. Besarnya
rata-rata getaran yang dihasilkan oleh arah pemakanan searah sumbu x
adalah 0,58 mm/s, dan getaran yang dihasilkan arah pemakanan searah
sumbu y adalah 0,80 mm/s. Jadi getaran pada pemakanan searah sumbu
x dan sumbu y dalam proses pengefraisan menggunakan mesin frais
universal dalam penelitian ini terdapat perbedaan yang signifikan.
2. Pemakanan pada arah sumbu x memiliki getaran paling kecil yaitu
dengan rata-rata getaran sebesar 0,58 mm/s.
B. Saran
Adapun saran yang diberikan terhadap penelitian yang telah
dilakukan tentang pengaruh arah pemakanan terhadap getaran mesin frais
universal adalah sebai berkut.
1. Pada saat penelitian disarankan menggunakan alat ukur getaran (vibro
meter) yang dapat langsung mengeluarkan hasil getarannya, dengan alat
tersebut akan memudakan dalam pngolahan data. Karena dengan alat uji
pada penelitian ini membutuhkan 4 tahap untuk bisa menghasilkan nilai
getaran, sedangkan dengan alat yang disarankan membutuhkan 1
tahapan saja.
45
2. Hasil getaran yang paling kecil adalah pemakanan searah sumbu x. Oleh
sebab itu disarankan agar dalam proses pengefraisan yang sederhana
menggunakan pemakanan searah sumbu x untuk menanggulangi cepat
ausnya pahat dan cepat rusaknya mesin frais yang digunakan.
3. Perlu dilakukan penelitian lebih lanjut tentang getaran arah pemakanan
yang lain dan dengan variasi parameter yang berbeda pula agar
menghasilkan getaran mesin yang kecil.
4. Perlu dilakukan penelitian lebih lanjut tentang getaran yang diterapkan
pada mesin milling CNC
46
DAFTAR PUSTAKA
Abbas, H. et al,. 2013. Pengaruh Parameter Pemotongan pada Operasi Pemotongan
Milling terhadap Getaran dan Tingkat Kekasaran Permukaan (Surface Roughness). Proceeding seminar Nasional Tahunan Teknik Mesin XII (SNTTM XII) & Lomba Rancang Bangun Mesin Universitas Lampung.
Abuthakeer, S. S. 2011. Prediction and Control of Cutting Tool Vibration in Cnc
Lathe with Anova and Ann. International Journal of Lean Thingking. 02/01:
1-23.
Ansyori, A. 2015. Pengaruh Kecepatan Potong dan Makan terhadap Umur Pahat
pada Pemesinan Frais Paduan Magnesium. Jurnal Mechanical. 06/01: 28-
35.
Arista, E. Y. 2012. Pengukuran Getaran Dengan Vibrometer dan Akustik pada
Mesin Pendorong Pokok (MPK) KRI Pulau Rupat-712 di Komando Armada
RI Kawasan Timur Surabaya. Jurnal Teknik POMITS. 1/1: 1-6.
Daryanto. 2006. Mesin Perkakas Bengkel. Rineka Cipta: Jakarta
Farisi, A. S. 2016. Pengaruh Variasi End Mill Cutter terhadap Tingkat Kerataan
Permukaan dan Bentuk Geram Kuningan dan Alumunium 6061 pada Mesin
CNC TU-3A dengan Kode Program G 01. Jurnal Teknik Mesin. 04/02: 99-
104.
Hendra. 2006. Pengukuan Sinyal Getaran pada Mesin Bubut Galic 16N dengan
Menggunakan Multychannel Spectrum Analyzer. Jurnal Teknik Mesin. 3/2:
99-105.
Hernadewita et al. 2006. Analisis Pengaruh Kondisi Pemotongan Benda Kerja
(Panjang Menjular) terhadap Kekasaran Permukaan pada Mesin Bubut
Gallic 16N. Jurnal Teknik Mesin. 3/1: 55-61.
Izelu, C. O. et al,. 2014. Effect of Depth of Cut, Cutting Speed and Work-piece Overhang on Induced Vibration and Surface Roughness in the Turning of 41Cr4 Alloy Steel. International Journal of Emerging Technology and Advanced Engineering. 04/01:1-5.
Karyasa, T. B. 2011. Dasar-dasar Getaran Mekanis. Andi: Yogyakarta.
Rawangwong, S. et al. 2014. Influence of Cutting Parameters in Face Milling Semi-Solid AA 7075 Using Carbide Tool Affected the Surface Roughness and Tool Wear. Energy Procedia. 56:448-457.
47
Romiyadi dan Azriadi, E. 2014. Pengaruh Kemiringan Spindel dan Kecepatan
Pemakanan terhadap Getaran Mesin Frais Universal Knuth UFM 2. Jurnal Teknobiologi. 1: 31-36.
Sugiri, et al. 2011. Melakukan Pekerjaan dengan Mesin Frais (Dasar). PT. Pustaka
Insan Madani: Yogyakarta.
Sugiyono. 2012. Metode Penelitian Pendidikan (Pendekatan Kuantitatif, Kualitatif
dan R&D). Alfabeta: Bandung.
Sugondo, A. et al,. 2008. Studi Pengaruh kedalaman Pemakanan terhadap Getaran
dengan Menggunakan Mesin Bubut Chien Yeh CY 800 Gf. Seminar Nasional – VII. Rekayasa dan Aplikasi teknik Mesin di Industri Kampus ITENAS.
Sumbodo, W. et al. 2008. Teknik Produksi Mesin Industri Jilid 2. Direktorat
Pembinaan Sekolah Menegah Kejuruan, Direktorat Jendral Manajemen
Pendidikan Dasar dan Menengah, Departemen Pendidikan Nasional:
Jakarta.
Suteja, T. J. et al. 2008. Optimasi Proses Pemesinan Milling Fitur Pocket Material
Baja Karbon Rendah Menggunakan Response Surface Methodology. Jurnal Teknik Mesin. 10/1: 1-7.
Wayal, V. et al,. 2015. Investigation on Cutting Force and Vibration Signals in Turning: Mathematical Modeling Using Response Surface Methodology. Journal of Mechanical Engineering and Automation. 5/3B: 64-68.
Widarto, et al. 2008. Teknik Pemesinan. Direktorat Pembinaan Sekolah Menegah
Kejuruan, Direktorat Jendral Manajemen Pendidikan Dasar dan Menengah,
Departemen Pendidikan Nasional: Jakarta.
Yanuar, H. et al. 2014. Pengaruh Variasi Kecepatan Potong dan Kedalaman
Pemakanan terhadap Kekasaran Permukaan dengan Berbagai Media
Pendingin pada Proses Frais Konvnsional. Jurnal Ilmiah Teknik Mesin Unlam. 03/01: 27-33.
http://ptm-production.blogspot.co.id/2015/06/jenis-jenis-mesin-frais.html. Diakses
pada 19 Februari 2017, 11.55 WIB