Syntax
Literate: Jurnal Ilmiah
Indonesia p�ISSN: 2541-0849 e-ISSN: 2548-1398
Vol. 7, No. 6, Juni 2022
PENGARUH
PARAMETER PERMESINAN MILLING TERHADAP KEKASARAN PERMUKAAN MATERIAL STAINLESS
STEEL 304 PADA BRACKET CALIPER SEPEDA MOTOR MENGGUNAKAN METODE
TAGUCHI
Michael Setiawan, M. Sobron Y. Lubis, Rosehan
Fakultas Teknik
Universitas Tarumanagara, Indonesia
Email: [email protected],
[email protected], [email protected]
Abstrak
Dalam proses penggilingan, parameter cutting
tool dan machining seperti spindle speed, feed rate, depth of cut dan cutting
speed akan mempengaruhi kualitas kekasaran permukaan. Parameter yang tepat dan
optimal akan memberikan kualitas permukaan yang merupakan kekasaran permukaan
sesuai rencana. Oleh karena itu untuk meningkatkan efektivitas pemesinan,
diperlukan metode untuk menghasilkan kualitas permukaan yang diinginkan. Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengetahui
kecepatan spindel yang optimal, laju umpan, kedalaman cut and cutting speed
pada Stainless Steel 304 dengan proses CNC untuk mendapatkan kekasaran
permukaan terendah yang diukur dengan surface roughness tester. �Metode optimasi yang digunakan
dalam penelitian ini adalah metode taguchi dibantu dengan software Minitab 19
untuk mendapatkan parameter pemesinan yang optimal.
Kecepatan spindel, laju umpan, kedalaman pemotongan, kecepatan potong dan
kekasaran permukaan merupakan data yang sangat penting dalam penelitian ini.
Eksperimen dilakukan dengan parameter yang telah ditentukan. Penelitian
dilakukan dengan mengamati perubahan nilai kekasaran permukaan pada tiga
variasi 550 rpm, 500 rpm dan 450 rpm pada kecepatan Spindle, 180 mm/menit, 160
mm/menit dan 140 mm/menit pada laju umpan, 0,5, 0,4 dan 0,3 pada kedalaman
pemotongan dan 150 m/menit, 140 m/menit, 130 m/menit pada kecepatan potong.
Hasil penelitian menemukan bahwa pada kecepatan spindel 550 rpm, kecepatan
kecepatan 160 mm/menit, dan kedalaman pemotongan 0,4 menghasilkan nilai Ra
terbaik pada 0.978 μm.
Kata Kunci: kekasaran permukaan, taguchi, kecepatan spindel, laju umpan, kedalaman
pemotongan, kecepatan potong
Abstract
In a milling process,
cutting tool and machining parameters such as spindle speed, feed rate, depth
of cut and cutting speed will affect the quality of the surface roughness. The
right and optimum parameters will give the quality of the surface which is the
surface roughness as planned. Therefore in order to
increase the effectiveness of the machining, a method to generate the desired
surface quality is needed. The purpose of this study was to determine the optimum
spindle speed, feed rate, depth of cut and cutting speed on the Stainless Steel
304 with CNC process to obtain the lowest surface roughness that measured with
surface roughness tester. Optimization
methods used in this study was the taguchi method
aided with software Minitab 19 to get optimum machining parameters. Spindle
speed, feed rate, depth of cut, cutting speed and surface roughness are very
important data in this study. Experiments are carried out with predetermined
parameters. The study was conducted by observing changes on the value of
surface roughness at three variation 550 rpm, 500 rpm and 450 rpm on Spindle
speed, 180 mm/min, 160 mm/min and 140 mm/min on feed rate, 0,5, 0,4 and 0,3 on
depth of cut and 150 m/min, 140 m/min, 130 m/min on cutting speed. The result
of the study found that at 550 rpm spindle speed, 160 mm/min speed rate and 0.4
depth of cut delivered the best Ra value at 0,978 μm.
Keywords: surface roughness, taguchi,
spindle speed, feed rate, depth of cut, cutting speed
Pendahuluan
Pada proses pemesinan milling
juga terdapat beberapa parameter
pemesinan yang dapat mempengaruhi hasil akhir dari benda
kerja, beberapa parameter permesinan yang akan digunakan dalam penelitian ini adalah spindle speed, feed rate dan depth of cut.
Parameter permesinan dalam proses pemesinan dapat mempengaruhi kekasaran permukaan pada benda kerja serta
geram yang dihasilkan. �Parameter pemesinan harus ditentukan terlebih dahulu untuk mendapatkan tingkat kekasaran yang diinginkan dan efisiensi waktu dapat dicapai
(Estriyanto, Sutrisno, & Saputra, 2021).
Dalam
proses produksi terutama di
industri diperlukan
parameter permesinan yang optimal menjadi
peranan penting untuk mendapatkan tingkat kekasaran permukaan yang sesuai dan efisiensi waktu dapat dilakukan dengan metode Taguchi dan dilakukan kajian ulang untuk mendapatkan
hasil yang paling optimal.
Stainless steel 304 secara umum digunakan dalam industri yaitu untuk penyeduhan,
pemrosesan susu, pembuatan anggur, jalur pipa, panci, proses fermentasi, tempat penyimpanan bahan baku, dan sparepart otomotif. Kemampuannya antara lain dapat menahan korosi
yang disebabkan oleh berbagai
macam zat kimia dari buah-buahan,
daging, susu dan debu selain itu juga umum digunakan sebagai wastafel, meja, tempat minum,
kulkas, kompor dan berbagai jenis alat perkakas serta
peralatan memasak (Ritonga & Idris, 2017).
Proses milling adalah suatu proses permesinan yang pada
umumnya menghasilkan bentukan bidang datar, bidang datar
yang terbentuk dari pergerakan kerja mesin dimana proses pengurangan material benda kerja terjadi karena
adanya kontak antara alat potong
yang berputar pada spindle dengan benda kerja
yang tercekam pada meja mesin (Milling, 2022).
Metode Penelitian
Metode penelitian yang digunakan dalam penelitian kali ini adalah metode
eksperimental. Untuk mencapai objektif penelitian maka dilakukan proses pemesinan menggunakan mesin milling CNC
yang bisa dilihat pada
Gambar 1.
1. Mesin CNC Milling OKUMA MB-46VAE-R
��� 
�����������
Gambar 1. Mesin CNC Milling OKUMA MB-46VAE-R
2. Material
benda kerja yang digunakan adalah Stainless
Steel 304. ��
�
Gambar
2. Material Stainless Steel 304
3. Mata pahat yang digunakan dalam penelitian ini adalah pahat Carbide Tai Ya
Hsin Dia 10x40x100x10x4 Flute.���
Gambar
3. Pahat Carbide Tai
Ya Hsin Dia
10x40x100x10x4 Flute
Tabel� 1 Komposisi Kimia Stainless Steel 304 [4]
|
��������������������������������������� Chemical Composition % (≤) |
|||||||||||
|
ASTM |
AISI (UNS) |
C |
Si |
Mn |
P |
S |
Cr |
Ni |
N |
Product |
|
|
ASTMA240 |
304 (UNS S30400) |
0.07 |
0.75 |
2.00 |
0.045 |
0.03 |
17.5-19.5 |
8.-10.5 |
0.10 |
Plate, Sheet, and Strip |
|
|
ASTM A276 |
0.08 |
1.00 |
2.00 |
0.045 |
0.030 |
18.0-20.0 |
8.0-11.0 |
- |
Bars and Shapes |
||
|
Tabel� 2 Sifat
Mekanis Stainless Steel 304 [4] Mechanical Properties |
|||||||||
|
ASTM
Type |
AISI
(UNS) |
Tensile
Strength (MPa) ≥ |
Yield
Strength ≥(MPa) at 0.2% Offset |
Elongation
in 50 mm (%,≥) |
Reduction� of area, %, ≥ |
Brinell
Hardness (HBW) ≤ |
Rockwell
Hardness (HRBW) ≤ |
Product |
Condition |
|
ASTM
A240/A240M |
304
(UNS S30400) |
515 |
205 |
40 |
- |
201 |
92 |
Plate,
Sheet, and Strip |
- |
|
ASTM
A276A/276M |
515 |
205 |
40 |
50 |
- |
- |
Bars
and Shapes |
Hot
finished |
|
|
620 |
310 |
30 |
40 |
- |
- |
Cold
finished, Dia ≤ 12.7mm |
|||
|
515 |
205 |
30 |
40 |
- |
- |
Cold
finished, Dia ≤ 12.7mm |
|||
Tabel 3
Sifat Fisik
Stainless Steel 304 [4]
|
Physical Properties |
|
|
Density, g/cm3 |
7.93 |
|
Melting point |
1398-1454 �C (2550-2650 �F) |
|
Magnetic in annealed condition |
No |
|
Magnetic permeability |
1.02 (Approximate) |
|
Specific heat capacity, J/(Kg.K) |
500 (0-100 � C) |
|
Electrical resistivity, |
0,73 (20 �C) |
|
Modulus of elasticity (Elastic modulus), GPa
(psi) |
193 (28x |
|
Thermal diffusivity, mm2/s |
3.84 (20-100 �C) |
|
Thermal conductivity (W/m.K) |
16.3 (100 �C) (212 �F) |
|
21.5 (500 �C) (932 �F) |
|
|
Mean coefficient of thermal expansion, (10-6/K) |
17.2 (0-100 �C) (32-212 �F) |
|
17.8 (0-315 �C) (32-600 �F) |
|
|
18.4
(0-538 �C) (32-1000 �F) |
|
4. Surface Roughness Tester Mitutoyo SJ-210
� 
Gambar 4 Surface
Roughness Tester Mitutoyo SJ-210
5. Jangka Sorong untuk pengukuran
dimensi benda kerja.
Gambar 5. Jangka Sorong
6. Metode
yang digunakan untuk melakukan analisis parameter permesinan adalah dengan menggunakan metode Taguchi, metode Taguchi merupakan usaha peningkatan kualitas yang berfokus pada peningkatan rancangan produk dan proses. Sasaran metode tersebut adalah menjadikan produk tidak sensitif terhadap variabel gangguan (noise), sehingga
disebut sebagai robust
design. Desain eksperimen orthogonal array
merupakan modifikasi dari desain fractional
factorial yang kemudian dilengkapi
transformasi respon dalam bentuk Rasio
signal terhadap noise (S/N ratio)
Taguchi ini tetap memiki risiko kesalahan
pengambilan kesimpulan karena banyaknya eksperimen yang terpangkas (Halimah & Ekawati, 2020).
7. Orthogonal
Array merupakan sebuah matriks dari sejumlah baris dan kolom matriks faktor
dan level yang tidak membawa
pengaruh dari faktor atau level yang
lain. Setiap kolom merepresentasikan faktor atau kondisi tertentu
yang dapat berubah dari suatu percobaan
ke percobaan lainnya. Array disebut
orthogonal karena setiap level
dari masing-masing faktor adalah seimbang (balance)
dan dapat dipisahkan dari pengaruh faktor
yang lain dalam percobaan (Andriani, 2014).
Flowchart Penelitian
Berikut ini merupakan diagram alir dari metode
eksperimen yang akan dilakukan:
Gambar 6 Flowchart Proses Eksperimen
Nilai kekasaran permukaan dalam proses bubut harus sesuai
dengan toleransi kekasaran permukaan N5�N8 yang digunakan pada proses bubut, milling dan reaming. Sementara itu
variasi spindle speed yang digunakan
550 rpm, 500 rpm, dan 450 rpm, variasi feed rate yang
digunakan 180 mm/min, 160 mm/min dan 140 mm/min, Variasi Depth of Cut 0,5 mm, 0,4 mm dan 0,3
mm, variasi cutting speed yang digunakan adalah 150 m/min, 140 m/min dan 130 m/minserta
mengunakan satu mata potong agar menghindari keausan sebagai faktor eksternal yang dapat mempengaruhi nilai kekasaran permukaan. Setelah hasil proses pemesinan didapatkan akan diambil nilai
kekasaran permukaan dengan surface roughness tester.
Hasil
dan Pembahasan
Hasil
data dari penelitian diolah dalam bentuk
tabel serta dianalisis dalam bentuk grafik.
Tabel 4
Orthogonal array L9 dan Tabel Hasil Experimen
|
Putaran Spindle (rpm) |
Feed Rate (mm/min) |
Depth of Cut (mm) |
Ra1 (μm) |
Ra2 (μm) |
Ra3 (μm) |
Cutting Speed �(m/min) |
SNRA1 |
|
550 |
180 |
0,5 |
1,37 |
1,371 |
1,374 |
150 |
-2,745 |
|
550 |
160 |
0,4 |
0,978 |
1,032 |
1,018 |
150 |
-0,0829 |
|
550 |
140 |
0,3 |
1,136 |
1,333 |
1,127 |
150 |
-1,6012 |
|
500 |
180 |
0,4 |
1,408 |
1,329 |
1,393 |
140 |
-2,7793 |
|
500 |
160 |
0,3 |
1,333 |
1,329 |
1,331 |
140 |
-2,4836 |
|
500 |
140 |
0,5 |
1,754 |
1,774 |
1,781 |
140 |
-4,958 |
|
450 |
180 |
0,3 |
1,781 |
1,821 |
1,815 |
130 |
-5,1332 |
|
450 |
160 |
0,5 |
2,461 |
2,46 |
2,453 |
130 |
-7,8116 |
|
450 |
140 |
0,4 |
1,992 |
2,0 |
2,003 |
130 |
-6,0134 |
|
Level |
Putaran |
Feed Rate |
Depth |
|
1 |
-6,319 |
-4,191 |
-3,073 |
|
2 |
-3,407 |
-3,459 |
-2,959 |
|
3 |
-1,476 |
-3,552 |
-5,172 |
|
Delta |
4,843 |
0,731 |
2,213 |
|
Rank |
1 |
3 |
2 |
Tabel 5
Pengaruh dari setiap level Tabel ranking parameter paling berpengaruh
berdasrkan SNR
Gambar 7. Pengaruh nilai (SNR) parameter permesinan kepada kekasaran� permukaan
(semakin kecil semakin baik)
Dapat disimpulkan dari grafik diatas yang dihasilkan dari software MINITAB
diperoleh nilai parameter
yang paling optimal yaitu Spindle Speed (550 rpm),
Feed Rate (160 mm/min) dan Depth of Cut (0,4 mm), berdasarkan hasil parameter yang
paling optimal menurut software didapatkan nilai kekasaran permukaan (Ra)
terkecil sebesar 0,978 μm.
Tabel 6
Pengaruh dari setiap level Tabel ranking parameter paling berpengaruh
|
Level |
Putaran |
Feed Rate |
Depth |
|
1 |
-6,319 |
-4,191 |
-3,073 |
|
2 |
-3,407 |
-3,459 |
-2,959 |
|
3 |
-1,476 |
-3,552 |
-5,172 |
|
Delta |
4,843 |
0,731 |
2,213 |
|
Rank |
1 |
3 |
2 |
Tabel 7
Tabel rata rata Signal to Noise Ratios (SNR) dari setiap percobaan
|
Percobaan |
SNR1 |
Rata - rata |
|
1 |
-2,745 |
-1,476 |
|
2 |
-0,083 |
|
|
3 |
-1,601 |
|
|
4 |
-2,779 |
-3,407 |
|
5 |
-2,484 |
|
|
6 |
-4,958 |
|
|
7 |
-5,133 |
-6,319 |
|
8 |
-7,812 |
|
|
9 |
-6,013 |
Menentukan Setting
Level Optimum
Dalam menentukan setting level optimum dapat
diketahui dari grafik signal to noise ratio yang tertera pada grafik 4.2, dimana hasil parameter yang
paling optimum terhadap kekasaran
permukaan berdasarkan hasil grafik signal to noise dapat dilihat dibawa
ini:
Putaran Spindle (A)��������������� : level 3���������� : 550 mm/s
Feedrate (B) �������������������������� : level 2���������� : 140 mm/min
Depth Of Cut (C) ������������������ : level 2 ��������� : 0,4 mm
Tabel
8
Hasil Rata-rata Total Surface
Roughness Ra (μm) SUS 304 tiap level
|
Cutting Speed (m/min) |
Putaran Spindle (rpm) |
Feed Rate (mm/min) |
Depth of Cut (mm) |
Rata-rata
Total Surface Roughness Ra (μm) |
|
150 |
550 |
180 |
0,5 |
1,372 |
|
150 |
550 |
160 |
0,4 |
1,009 |
|
150 |
550 |
140 |
0,3 |
1,199 |
|
140 |
500 |
180 |
0,4 |
1,376 |
|
140 |
500 |
160 |
0,3 |
1,331 |
|
140 |
500 |
140 |
0,5 |
1,770 |
|
130 |
450 |
180 |
0,3 |
1,806 |
|
130 |
450 |
160 |
0,5 |
2,458 |
|
130 |
450 |
140 |
0,4 |
1,998 |
Gambar 7.
Spindle Speed (n) terhadap Kekasaran Permukaan (Ra)
sus 304
�����������
Berdasarkan
hasil rata-rata total nilai
kekasaran permukaan tiap pemesinan pada Tabel 4. nilai perbandingan Spindle Speed (n) terhadap kekasaran
permukaan dapat didefinisikan pada gambar 7. Dari
data tersebut dapat diketahui bahwa nilai Ra
yang didapatkan berbanding terbalik dengan nilai n.
Hal ini dapat dibuktikan dari data dimana saat Spindle Speed (n) 550 rpm,
nilai Ra
rata-rata yang dihasilkan merupakan
yang terendah sebesar 1,372 μm, 1,009 μm serta 1,199 μm dan semakin
nilai n �diturunkan, hasil Ra
yang didapatkan semakin meningkat, seperti pada saat Spindle Speed (n) 450 rpm didapatkan
nilai Ra
rata-rata yang dihasilkan merupakan
yang tetyinggi yaitu sebesar 1,806 μm, 2,458 μm serta 1,998 μm .
Dari hasil
data tersebut, dapat dikatakan bahwa semakin tinggi nilai n yang digunakan dalam penelitian maka semakin rendah
nilai Ra
yang bisa didapatkan atau semakin halus
permukaan benda kerja yang dihasilkan dari proses pemesinan. Dengan begitu jika
ingin mendapatkan permukaan dari spesimen atau benda
kerja yang lebih halus dan nilai Ra (kekasaran
permukaan) yang lebih rendah maka dapat
menggunakan nilai n yang tinggi.
Hal ini
dapat disebabkan kecepatan spindle yang lebih tinggi yang menyebabkan pahat berputar pada kecepatan yang lebih tinggi dan menghasilkan pergerakan yang lebih stabil serta peningkatan
intenstias penyayatan terhadap permukaan benda kerja (Sunyapa, 2016).
Terdapat perbedaan
dalam hasil akhir dari kekasaran
permukaan yang tergantung dari variasi dari
cutting speed. Semakin tinggi
cutting speed yang digunakan, semakin kecil nilai
kekasaran permukaan yang didapatkan dengan kata lain, kualitas permukaan benda kerja lebi
baik. Jika putaran spindle
tinggi maka cutting speed
juga tinggi, dan alat potong bergerak dengan cepat untuk
menyayat permukaan benda kerja (Lubis, Siahaan, Darmawan,
Adianto, & Ronald, 2019).
Kesimpulan
Dari hasil penelitian secara experimental dengan judul Pengaruh
Parameter Permesinan Milling terhadap
Kekasaran Permukaan
Material Stainless Steel 304 pada Bracket Caliper Sepeda
Motor Menggunakan Metode
Taguchi dapat disimpulkan bahwa: 1). Berdasarkan hasil optimasi Parameter dari software MINITAB diperoleh
nilai parameter yang paling optimal yaitu Spindle Speed (550 rpm), Feed Rate (160
mm/min) dan Depth of Cut (0,4 mm), berdasarkan
hasil parameter yang paling optimal menurut software didapatkan
nilai kekasaran permukaan (Ra) terkecil
sebesar 0,978 μm. 2). Berdasarkan
hasil rata-rata total nilai
kekasaran permukaan tiap pemesinan pada Tabel 7 nilai perbandingan
Spindle Speed (n) terhadap kekasaran permukaan dapat didefinisikan pada gambar 7. Dari
data tersebut dapat diketahui bahwa nilai Ra
yang didapatkan berbanding terbalik dengan nilai n.
Hal ini dapat dibuktikan dari data dimana saat Spindle Speed (n) 550 rpm,
nilai Ra
rata-rata yang dihasilkan merupakan
yang terendah sebesar 1,372 μm, 1,009 μm serta 1,199 μm dan semakin
nilai n �diturunkan, hasil Ra
yang didapatkan semakin meningkat, seperti pada saat Spindle Speed (n) 450 rpm didapatkan
nilai Ra
rata-rata yang dihasilkan merupakan
yang tetyinggi yaitu sebesar 1,806 μm, 2,458 μm serta 1,998 μm. 3). Berdasarkan hasil data pada gambar 7, dapat disimpulkan bahwa semakin tinggi
nilai n yang digunakan dalam penelitian maka semakin rendah
nilai Ra
yang bisa didapatkan atau semakin halus
permukaan benda kerja yang dihasilkan dari proses pemesinan. Dengan begitu jika
ingin mendapatkan permukaan dari spesimen atau benda
kerja yang lebih halus dan nilai Ra (kekasaran
permukaan) yang lebih rendah maka dapat
menggunakan nilai n yang tinggi.
