optimasi parameter proses pemesinan cnc milling terhadap kekasaran permukaan baja st40 dengan metode...

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

i

OPTIMASI PARAMETER PROSES PEMESINAN CNC MILLING

TERHADAP KEKASARAN PERMUKAAN BAJA ST 40

DENGAN METODE TAGUCHI

SKRIPSI

Oleh :

FAJAR RAHMADI

X 2508506

FAKULTAS KEGURUAN DAN ILMU PENDIDIKAN

UNIVERSITAS SEBELAS MARET

SURAKARTA

2010


commit to user

ii

OPTIMASI PARAMETER PROSES PEMESINAN CNC MILLING

TERHADAP KEKASARAN PERMUKAAN BAJA ST 40

DENGAN METODE TAGUCHI

Oleh :

FAJAR RAHMADI

X 2508506

Skripsi

Ditulis dan diajukan untuk memenuhi syarat

mendapatkan gelar Sarjana Pendidikan

Program Studi Pendidikan Teknik Mesin

Jurusan Pendidikan Teknik dan Kejuruan

FAKULTAS KEGURUAN DAN ILMU PENDIDIKAN

UNIVERSITAS SEBELAS MARET

SURAKARTA

2010


commit to user

iii

PERSETUJUAN

Skripsi ini telah disetujui untuk dipertahankan di hadapan Tim Penguji

Skripsi Fakultas Keguruan dan Ilmu Pendidikan Universitas Sebelas Maret

Surakarta.

Persetujuan Pembimbing

Pembimbing I

Drs. Suhardi.HW, M.T

NIP.19460604 197501 1 001

Pembimbing II

Danar Susilo Wijayanto, S.T., M.Eng.

NIP. 19790124 200212 1 002


commit to user

iv

SURAT PERNYATAAN

Dengan ini penulis menyatakan bahwa dalam penulisan skripsi ini tidak

terdapat karya yang pernah diajukan untuk memperoleh gelar kesarjanaan di suatu

perguruan tinggi dan menurut sepengetahuan penulis juga tidak terdapat karya

atau pendapat yang pernah ditulis atau diterbitkan oleh orang lain kecuali secara

tertulis mengacu dalam naskah dan disebutkan dalam daftar pustaka.

Surakarta, Juli 2010

Penulis,

FAJAR RAHMADI

X 2508506


commit to user

v

PENGESAHAN

Skripsi ini telah dipertahankan di hadapan Tim Penguji Skripsi Fakultas

Keguruan dan Ilmu Pendidikan Universitas Sebelas Maret Surakarta dan diterima

untuk memenuhi persyaratan mendapatkan gelar Sarjana Pendidikan.

Pada hari :

Tanggal : Juli 2010

Tim Penguji Skripsi :

Nama Terang Tanda Tangan

Ketua : Dr. Muhammad Akhyar, M.Pd. .....................

Sekretaris : Nyenyep Sriwardani, S.T., M.T. .....................

Anggota I : Drs. Suhardi, M.T. .....................

Anggota II : Danar Susilo Wijayanto, S.T., M.Eng. .....................

Disahkan oleh

Fakultas Keguruan dan Ilmu Pendidikan

Universitas Sebelas Maret Surakarta

Dekan,

Prof. Dr. M. Furqon Hidayatullah, M. Pd

NIP. 19600727 198702 1 001


commit to user

vi

ABSTRAK

Fajar Rahmadi. OPTIMASI PARAMETER PROSES PEMESINAN CNC

MILLING TERHADAP KEKASARAN PERMUKAAN BAJA ST 40

DENGAN METODE TAGUCHI. Skripsi, Surakarta: Fakultas Keguruan dan

Ilmu Pendidikan. Universitas Sebelas Maret Surakarta, Juni 2010.

Tujuan penelitian ini adalah untuk : (1) Mengetahui pengaruh kecepatan

spindle, terhadap tingkat kekasaran permukaan logam hasil proses pemesinan

CNC milling type ZK 7040 pada material baja ST 40. (2) Mengetahui pengaruh

kecepatan pemakanan, terhadap tingkat kekasaran permukaan logam hasil proses

pemesinan CNC milling type ZK 7040 pada material baja ST 40. (3) Mengetahui

pengaruh kedalaman pemakanan, terhadap tingkat kekasaran permukaan logam

hasil proses pemesinan CNC milling type ZK 7040 pada material baja ST 40. (4)

Mengetahui pengaruh cairan pendingin, terhadap tingkat kekasaran permukaan

logam hasil proses pemesinan CNC milling type ZK 7040 pada material baja ST

40. (5) Mengetahui parameter mana yang menghasilkan nilai kekasaran optimal

pada proses pemesinan CNC milling type ZK 7040 pada material baja ST 40,

dengan menggunakan metode taguchi.

Penelitian ini dilakukan di Laboratorium CNC Program Studi Pendidikan

Teknik Mesin JPTK FKIP UNS dengan menggunakan mesin CNC Milling type

ZK 7040 dengan control SIEMENS SINUMERIK 802S. Laboratorium Bahan

Teknik Program Diploma Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Gadjah

Mada Yogyakarta sebagai tempat pengujian tingkat kekasaran permukaan.

Metode optimasi yang digunakan dalam penelitian ini adalah metode Taguchi.

ANAVA TAGUCHI (Analisis Varian Taguchi) digunakan untuk mengetahui

karakteristik performansi dari parameter pemesinan. Analisis data dalam

penelitian dibantu menggunakan software Qualitek. Populasi yang dipakai adalah

baja ST 40. Sampel diambil dengan teknik “kuota random sampling”.

Hasil penelitian ini adalah: (1) Kondisi optimal parameter pemesinan

yang berpengaruh terhadap kekasaran permukaan adalah pada kecepatan putaran

spindel 2500 rpm, kecepatan pemakanan sebesar 0,12 mm/rev, kedalaman


commit to user

vii

pemakanan 1 mm, dan kondisi pemotongan dengan menggunakan fluida

pemotongan jenis minyak. (2) Kecepatan putaran spindel (spindle speed) memiliki

pengaruh paling besar dengan rasio S/N sebesar 36,883% dan kedalaman

pemotongan (depth of cut) memiliki kontribusi paling kecil yaitu dengan rasio

S/N sebesar 9,448%. (3) Hasil kekasaran yang optimal adalah 0,72 ± 0,23 µm.


commit to user

viii

MOTTO

Dan, Dia telah mengajarkan kepadamu apa yang belum kamu ketahui.

Dan adalah karunia Allah itu sangat besar. (QS. An-Nisa : 113)

Rabb-mu tiada meninggalkan kamu dan tiada (pula) benci kepadamu. Dan

sesungguhnya akhir itu lebih baik bagimu daripada permulaan.

(QS.Ad-Dhuha : 3-4)

Laki-laki yang tidak dilalaikan oleh perniagaan dan tidak (pula) oleh jual

beli dari mengingati Allah,…..( QS. An-Nur :37)

Hai manusia, sesungguhnya hanya janji Allah adalah benar, maka sekali-

kali janganlah kehidupan dunia memperdayakan kamu dan sekali-kali

janganlah syaiton yang pandai menipu, memperdayakan kamu tentang

Allah. (QS. Fathir :2)

(Ingatlah) ketika kamu memohon pertolongan kepada Rabb-mu, lalu

diperkenankannya bagimu. (QS. Al-Anfal :9)

Baik belum tentu benar, benar belum tentu baik. Baik dalam hal yang

benar, itu akan lebih baik dan benar. (M. Wicaksana)


commit to user

ix

PERSEMBAHAN

Karya ini kupersembahkan kepada:

Allah SWT, yang selalu melimpahkan kemudahan dan kelancaran

Ibu dan Bapak tersayang

Istriku tercinta

Anakku tersayang

Teman- teman PTM 2008

Almamaterku tercinta


commit to user

x

KATA PENGANTAR

Puji syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT, karena atas

rahmatNya, skripsi ini akhirnya dapat diselesaikan, untuk memenuhi sebagian

persyaratan mendapatkan gelar Sarjana Pendidikan.

Penulis menyadari bahwa dalam penyusunan skripsi ini menghadapi

hambatan dan kesulitan. Namun dengan bantuan berbagai pihak, hambatan dan

kesulitan tersebut dapat teratasi. Oleh karena itu penulis menyampaikan terima

kasih kepada pihak-pihak yang dengan sepenuh hati memberi bantuan, dorongan,

motivasi, bimbingan, dan pengarahan, sehingga penyusunan skripsi ini dapat

terselesaikan.

Ucapan terima kasih penulis sampaikan kepada :

1. Dekan Fakultas Keguruan dan Ilmu Pendidikan UNS beserta seluruh stafnya.

2. Ketua Jurusan Pendidikan Teknik dan Kejuruan FKIP UNS.

3. Ketua Program Studi Pendidikan Teknik Mesin JPTK FKIP UNS.

4. Bapak Bambang Prawiro, MM selaku Pembimbing Akademik.

5. Bapak Drs. Suhardi, MT selaku Koordinator Skripsi bidang teknik (produksi)

dan Pembimbing I.

6. Bapak Danar Susilo Wijayanto ST., M.Eng. selaku Pembimbing II.

7. Bapak Herman Saputro S.Pd., M.T. atas semua ilmu dan bimbingannya.

8. Segenap dosen Program Studi Pendidikan Teknik Mesin JPTK FKIP UNS.

9. Kepada seluruh pihak yang telah membantu, yang tidak dapat penulis

sebutkan satu per satu. Terima kasih atas dukungan dan kerjasamanya.

Menyadari bahwa terbatasnya ilmu pengetahuan yang dimiliki

menyebabkan kurang sempurnanya penyusunan skripsi ini. Oleh karena itu,

diharapkan kritik dan saran yang bersifat membangun dari pembaca demi

kesempurnaan skripsi ini. Harapan penulis semoga skripsi ini dapat bermanfaat.

Surakarta, Juli 2010

Penulis


commit to user

xi

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL ........................................................................................ i

HALAMAN PENGAJUAN ............................................................................. ii

HALAMAN PERSETUJUAN ......................................................................... iii

HALAMAN SURAT PERNYATAAN ........................................................... iv

HALAMAN PENGESAHAN .......................................................................... v

HALAMAN ABSTRAK .................................................................................. vi

HALAMAN MOTTO ...................................................................................... viii

HALAMAN PERSEMBAHAN ...................................................................... ix

KATA PENGANTAR ..................................................................................... x

DAFTAR ISI .................................................................................................... xi

DAFTAR TABEL ............................................................................................ xiv

DAFTAR GAMBAR ....................................................................................... xv

DAFTAR LAMPIRAN .................................................................................... xvi

NOMENKLATUR ........................................................................................... xvii

BAB I. PENDAHULUAN

A. Latar Belakang Masalah ........................................................... 1

B. Identifikasi Masalah ................................................................. 2

C. Batasan Masalah ....................................................................... 2

D. Perumusan Masalah .................................................................. 3

E. Tujuan Penelitian ...................................................................... 4

F. Manfaat Penelitian .................................................................... 4

BAB II. LANDASAN TEORI

A. Tinjauan Pustaka ..................................................................... 6

1. Mesin CNC Milling ............................................................ 6

2. Proses Pemesinan ............................................................... 6

3. Fluida Pemotongan (Cutting Fluids) .................................. 12

4. Metrologi Konfigurasi Permukaan ..................................... 14

5. Metode Taguchi .................................................................. 18

B. Penelitian yang Relevan ........................................................... 25


commit to user

xii

C. Kerangka Pemikiran ................................................................. 26

D. Hipotesis ................................................................................... 27

BAB III. METODOLOGI PENELITIAN

A. Tempat dan Waktu Penelitian .................................................. 28

B. Metode Penelitian ..................................................................... 28

C. Populasi dan Sampel................................................................. 39

D. Teknik Pengumpulan Data ....................................................... 40

1. Identifikasi Variabel ........................................................... 40

2. Instrumen Penelitian ........................................................... 41

E. Teknik Analisis Data ................................................................ 46

F. Diagram Alir Penelitian ............................................................ 47

BAB IV. HASIL DAN PEMBAHASAN

A. Hasil Eksperimen...................................................................... 48

B. Hasil Pengolahan Data ............................................................. 51

1. Analisis Varian Taguchi (ANAVA Taguchi)

Kekasaran Permukaan ........................................................ 52

2. Prediksi Nilai Kekasaran Permukaan ................................. 53

3. Interval Kepercayaan Kekasaran Permukaan Rata-rata ..... 54

4. Analisis Signal to Noise Ratio (Rasio S/N) ........................ 54

5. Analisis Varian Taguchi (ANAVA Taguchi)

Rasio S/N Kekasaran Permukaan ....................................... 56

6. Prediksi Rasio S/N Kekasaran Permukaan ......................... 57

7. Interval Kepercayaan Rasio S/N Kekasaran

Permukaan .......................................................................... 57

C. Interpretasi Hasil Eksperimen .................................................. 58

1. Kecepatan Spindel (Spindle Speed) .................................... 58

2. Kecepatan Pemakanan (Feed) ............................................ 59

3. Kedalaman Pemakanan (Depth of Cut) .............................. 60

4. Kondisi Pemotongan (Cutting Condition) .......................... 61

D. Pembahasan dan Analisis Hasil Eksperimen ............................ 62

1. Analisis Hasil Kekasaran Permukaan ................................. 62

2. Eksperimen Konfirmasi Rata-rata Kekasaran

Permukaan .......................................................................... 62

3. Eksperimen Konfirmasi Rasio S/N .................................... 63


commit to user

xiii

BAB V. KESIMPULAN DAN SARAN

A. Simpulan ................................................................................... 65

B. Implikasi ................................................................................... 66

C. Saran ......................................................................................... 67

DAFTAR PUSTAKA ...................................................................................... 68

LAMPIRAN ..................................................................................................... 70


commit to user

xiv

DAFTAR TABEL

Tabel 1. Blok Pemrograman NC ............................................................... 11

Tabel 2. Ketidakteraturan suatu Profil (Konfigurasi Penampang

Permukaan) ................................................................................. 16

Tabel 4. Faktor dan Level Percobaan ........................................................ 30

Tabel 4. Derajat Kebebasan ...................................................................... 30

Tabel 5. Orthogonal Array L9(34) ............................................................. 31

Tabel 6. Kebutuhan Panjang Spesimen. .................................................... 39

Tabel 7. Rekomendasi Parameter Pemotongan ......................................... 43

Tabel 8. Nilai Pengujian Kekerasan Rockwell A. ..................................... 44

Tabel 9. Hasil Uji Komposisi Baja ST 40 ................................................. 45

Tabel 10. Desain Eksperimen Parameter dan Level ................................... 48

Tabel 11. Penelitian Taguchi Orthogonal Array L9 ................................... 48

Tabel 12. Hasil Pengukuran Kekasaran Permukaan ................................... 50

Tabel 13. Respon Kekasaran Permukaan Rata-rata Spindle Speed ............. 51

Tabel 14. Respon Kekasaran Permukaan Rata-rata Feed, Depth of Cut dan

Cutting Condition ........................................................................ 51

Tabel 15. Respon Kekasaran Rata-rata Keseluruhan Parameter ................. 51

Tabel 16. Analisis Varian (ANAVA) .......................................................... 52

Tabel 17. Respon Kekasaran Permukaan Rata-rata Rasio S/N

Spindle Speed .............................................................................. 55

Tabel 18. Respon Kekasaran Permukaan Rata-rata Rasio S/N Feed .......... 55


Depth of Cut dan Cutting Condition .......................................... 55


Keseluruhan Parameter ............................................................... 56

Tabel 21. Analisis Varian (ANAVA) Rasio S/N Kekasaran Permukaan ... 56

Tabel 22. Kondisi Optimum dan Performansi ............................................ 62

Tabel 23. Hasil Pengukuran Ra Optimum .................................................. 62

Tabel 24. Interpretasi Hasil Eksperimen Konfirmasi dan Eksperimen

Taguchi ........................................................................................ 64


commit to user

xv

DAFTAR GAMBAR

Gambar 1 Klasifikasi Proses Freis ............................................................ 7

Gambar 2 Komponen Kecepatan Potong pada Proses Milling ................. 8

Gambar 3 Analogi Pembentukan Beram .................................................. 9

Gambar 4 Mesin CNC Freis ..................................................................... 10

Gambar 5 Profil Kekasaran Permukaan .................................................... 15

Gambar 6 Benda Hasil Pengerjaan ........................................................... 33

Gambar 7 Eksperimen Konfiguration L-9 (3^4) ....................................... 34

Gambar 8 Data Inner Array dan Result .................................................... 35

Gambar 9 Data Faktor dan Level .............................................................. 35

Gambar 10 Pemilihan Karakteristik Kualitas ............................................. 36

Gambar 11 Pengisian Hasil Pengukuran Kekasaran Permukaan ................ 36

Gambar 12 Analisis Perhitungan Data ........................................................ 37

Gambar 13 Data Rasio S/N ......................................................................... 37

Gambar 14 Analisis Respon Rata-Rata Kekasaran Permukaan .................. 38

Gambar 15 ANAVA Rasio S/N .................................................................. 38

Gambar 16 Kondisi Optimum Masing-Masing Faktor ............................... 38

Gambar 17 Mesin CNC MILL MASTER ZK 7040 ................................... 41

Gambar 18 Pahat (Insert) Milling XOMT 060204 ..................................... 42

Gambar 19 Tool Holder dan Dimensinya ................................................... 43

Gambar 20 SURFCODER SE-1700 Roughness Tester ............................. 43

Gambar 21 Diagram Alir Penelitian ........................................................... 47

Gambar 22 Pengaruh Kecepatan Spindel terhadap Kekasaran Permukaan

dan Rasio S/N ........................................................................... 58

Gambar 23 Pengaruh Kecepatan Pemakanan terhadap Kekasaran

Permukaan dan Rasio S/N. ....................................................... 59

Gambar 24 Pengaruh Kedalaman Pemakanan terhadap Kekasaran

Permukaan dan Rasio S/N ........................................................ 60

Gambar 25 Pengaruh Kondisi Pemotongan terhadap Kekasaran

Permukaan dan Rasio S/N. ....................................................... 61


commit to user

xvi

DAFTAR LAMPIRAN

Lampiran 1. Data Pengujian Data Kekasaran Permukaan ............................... 70

Lampiran 2. Perhitungan Analisis Varian Rata-Rata Kekasaran Permukaan .. 71

Lampiran 3. Perhitungan Analisis Varian Rasio S/N Rata-Rata Kekasaran

Permukaan ................................................................................... 75

Lampiran 4. Surat Ijin Research di Laboratorium Bahan Teknik D3

Fakultas Teknik UGM ................................................................ 81

Lampiran 5. Surat Permohonan Ijin Research/Try Out ................................... 82

Lampiran 6. Surat Permohonan Ijin Menyusun Skripsi .................................. 83

Lampiran 7. Surat Ijin Research di Laboratorium CNC .................................. 84

Lampiran 8. Surat Keterangan Uji Kekasaran di UGM ................................... 85

Lampiran 9. Surat Ijin Research di Laboratorium CNC .................................. 86

Lampiran 10 Tabel Nilai Uji F ......................................................................... 87

Lampiran 11. Presensi Seminar Proposal Skripsi ............................................ 88

Lampiran 12. Foto Dokumentasi Penelitian..................................................... 90


commit to user

xvii

NOMENKLATUR

Simbol Arti Satuan

a Kedalaman pemakanan [mm]

d Diameter luar [mm]

f Kecepatan pemakanan [mm/rev]

HRA Nilai kekerasan Rockwell A [-]

KA Jumlah level faktor [-]

Kr Sudut potong utama [ 0]

L Lebar [mm]

l0 Panjang pemotongan [mm]

l t Panjang total pemotongan [mm]

MS Mean Square (jumlah kuadrat rata-rata) [-]

N Jumlah data keseluruhan [-]

n Putaran poros utama [rpm]

P Panjang [mm]

Ra Kekasaran rata-rata aritmetik [µm]

SS Sum of Square (jumlah kuadrat) [-]

T Tinggi [mm]

T Jumlah keseluruhan nilai data [-]

tc Waktu pemotongan [min]

w Lebar pemotongan benda kerja [mm]

y Nilai data [-]

Z Kecepatan menghasilkan geram [mm]

z Jumlah gigi [-]

S/N Signal to Noise Ratio [db]


commit to user

1

BAB I

PENDAHULUAN

A. Latar Belakang Masalah

Proses pemesinan milling merupakan salah satu proses pemesinan yang

banyak digunakan untuk pembuatan suatu komponen. Dalam proses pemesinan

milling, waktu yang dibutuhkan untuk membuat komponen harus seminimal

mungkin agar tercapai kapasitas produksi yang tinggi. Parameter proses

pemotongan yang maksimum akan menghasilkan laju pemakanan material

(material removal rate) yang tinggi, namun juga mengakibatkan kekasaran

permukaan (Ra) yang tinggi pula.

Penelitian di bidang operasi mesin perkakas telah dimulai pada awal abad

XIX oleh F.W. Taylor yang melakukan eksperimen selama 26 tahun dengan lebih

dari 30.000 eksperimen dan menghasilkan 400 ton beram (Jerard et al, 2001).

Eksperimen tersebut bertujuan menghasilkan solusi sederhana atas permasalahan

intrisik dalam menentukan kondisi pemotongan yang aman dan efisien. F.W.

Taylor percaya bahwa solusi tersebut secara empiris dapat diselesaikan kurang

dari setengah menit oleh mekanik yang handal lewat pengalaman mereka.

Mekanik-mekanik tersebut meskipun sanggup bekerja dengan memuaskan, namun

mereka kesulitan menularkan pengetahuannya secara sistematis dan kuantitatif

kepada orang lain. Operator seringkali hanya menggunakan estimasi atau trial and

error dalam memilih besaran cutting speed, feedrate dan depth of cut, padahal

besaran tersebut berpengaruh terhadap kualitas hasil pemesinan serta

produktivitas. Operasi end milling adalah salah satu upaya untuk meneliti nilai

optimum dari beragam tipe operasi mesin perkakas yang banyak dipakai. Operasi

dan proses pemesinan terutama yang menggunakan mesin CNC semakin

memberikan beragam pilihan besaran parameter dalam kode numeriknya.

Operator perlu mendapatkan informasi kuantitatif korelasi antar parameter untuk

menghasilkan kualitas surface finish yang baik.

Analisis parameter pemesinan (machining parameters) perlu dilakukan

untuk mengetahui kondisi optimal dari parameter pemesinan untuk tingkat


commit to user

2

kekasaran permukaan benda yang dihasilkan oleh proses pemesinan. Metode

Taguchi (Taguchi Method) adalah salah satu metode yang banyak digunakan

untuk mengetahui kondisi optimal dari parameter pemesinan terhadap kekasaran

permukaan benda kerja, sehingga diharapkan terjadi perbaikan kualitas dan proses

suatu barang.

Optimasi parameter proses pemesinan pada mesin milling perlu

dilakukan agar kekasaran permukaan yang diinginkan dapat dicapai dalam waktu

yang paling singkat. Operator mesin perkakas hingga kini masih dihadapkan pada

masalah penentuan parameter pemesinan seperti cutting speed, feedrate dan depth

of cut yang optimum terutama pada operasi finishing. Penelitian ini diharapkan

dapat memberikan kontribusi berupa tolok ukur parameter optimal suatu operasi

pemesinan. Operasi pemesinan yang dipilih adalah proses endmilling surface

dengan metode Taguchi. Analisis data metode Taguchi dibantu menggunakan

software Qualitek.

B. Identifikasi Masalah

Berdasarkan latar belakang masalah tersebut, terdapat beberapa

permasalahan utama yang berhubungan dengan kekasaran pada proses pemesinan

CNC Milling. Masalah–masalah tersebut antara lain :

1. Penentuan parameter pemesinan seperti spindle speed, federate, dan depth of

cut yang optimum terutama pada operasi pemesinan CNC milling.

2. Pengaruh penambahan coolant terhadap kekasaran permukaan logam.

3. Penentuan parameter pemotongan sesuai material benda kerja (struktur dan

kekerasan) dan karakteristik alat potong (geometri, jumlah mata sayat, dan

material alat potong).

C. Batasan Masalah

Agar pembahasannya tidak terlalu luas dan menyimpang dari

permasalahan, maka lingkup penelitian ini dibatasi sebagai berikut :

1. Material uji adalah carbon steel ST 40 dengan komposisi dan nilai kekerasan

yang telah diketahui berdasarkan pengujian dan aspek metalurgi tidak


commit to user

3

dibahas.

2. Parameter kondisi pemotongan didasarkan pada rekomendasi pahat (insert)

dan mesin CNC Milling ZK 7040.

3. Parameter pemesinan terdiri atas: kecepatan putaran spindel (n) (rpm),

kecepatan pemakanan (f) (mm/rev), kedalaman pemakanan (a) (mm), dan

kondisi pemotongan (basah dan kering).

4. Analisis hanya dilakukan pada parameter pemesinan yang diaplikasikan.

5. Proses pengukuran dilakukan hanya pada kekasaran permukaan.

6. Analisis kekasaran permukaan dilakukan pada kekasaran permukaan rata-rata

(Ra).

D. Perumusan Masalah

Berdasarkan identifikasi masalah dan pembatasan masalah tersebut dapat

ditentukan perumusan masalah sebagai berikut:

1. Adakah pengaruh kecepatan spindle terhadap tingkat kekasaran permukaan

logam hasil proses pemesinan CNC milling type ZK 7040 pada material baja

ST 40?

2. Adakah pengaruh kecepatan pemakanan terhadap tingkat kekasaran

permukaan logam hasil proses pemesinan CNC milling type ZK 7040 pada

material baja ST 40?

3. Adakah pengaruh kedalaman pemakanan terhadap tingkat kekasaran


material baja ST 40?

4. Adakah pengaruh cairan pendingin terhadap tingkat kekasaran permukaan


ST 40?

5. Dengan menggunakan metode Taguchi, parameter manakah yang

menghasilkan nilai kekasaran optimal pada proses pemesinan CNC milling

type ZK 7040 pada material baja ST 40?


commit to user

4

E. Tujuan Penelitian

Berdasarkan masalah yang telah dirumuskan, penelitian ini memiliki

tujuan yaitu :

1. Mengetahui pengaruh kecepatan spindle terhadap tingkat kekasaran


material baja ST 40.

2. Mengetahui pengaruh kecepatan pemakanan terhadap tingkat kekasaran



3. Mengetahui pengaruh kedalaman pemakanan terhadap tingkat kekasaran



4. Mengetahui pengaruh cairan pendingin terhadap tingkat kekasaran



5. Mengetahui parameter mana yang menghasilkan nilai kekasaran optimal pada

proses pemesinan CNC milling type ZK 7040 pada material baja ST 40,

dengan menggunakan metode Taguchi.

F. Manfaat Penelitian

1. Manfaat Praktis

a. Dapat digunakan sebagai referensi dalam menentukan optimasi parameter

pemotongan untuk mendapatkan kekasaran yang diinginkan dalam proses

pemesinan CNC milling.

b. Memberikan kontribusi ilmiah kepada komunitas industri berupa tolok ukur

parameter optimal operasi pemesinan milling dengan end milling CNC.

c. Menjadi masukan bagi pengguna mesin CNC milling dalam peningkatan

kualitas dan kuantitas produk hasil proses pemesinan serta peningkatan

sumber daya manusia.


commit to user

5

2. Manfaat Teoritis

a. Sebagai masukan dan pertimbangan bagi perkembangan penelitian sejenis di

masa yang akan datang.

b. Menjadi bahan pustaka bagi Program Studi Pendidikan Teknik Mesin Jurusan

Pendidikan Teknik dan Kejuruan Fakultas Keguruan dan Ilmu Pendidikan

Universitas Sebelas Maret Surakarta.


commit to user

6

BAB II

LANDASAN TEORI

A. Tinjauan Pustaka

1. Mesin CNC Milling

Mesin CNC milling secara garis besar dapat digolongkan menjadi dua,

yaitu: mesin CNC Milling TU (Training Unit) dan mesin CNC Milling

Production. Kedua mesin CNC tersebut mempunyai prinsip kerja yang sama,

namun berbeda dalam penggunaan dan penerapannya. Mesin CNC Milling TU

(Training Unit) yang dilengkapi dengan EPS (External Programming Sistem),

digunakan untuk latihan dasar pengoperasian dan pemograman CNC, serta

pengerjaan yang ringan. Mesin CNC Milling Production digunakan untuk

produksi massal, sehingga diperlukan perlengkapan yang lebih, misal: sistem

chuck otomatis, pembuka pintu pembuang beram otomatis, dan lain-lain.

2. Proses Pemesinan

a. Proses Freis (Milling Process)

1) Klasifikasi Proses Freis

Mesin milling adalah mesin perkakas dengan gerak utama berputar

dilakukan oleh alat potong atau milling cutter. Pahat freis (milling cutter)

termasuk pahat bermata potong jamak dengan jumlah mata potong sama

dengan jumlah gigi pahat freis, tetapi dalam perkembangannya pahat

freis ada yang bermata potong tunggal dan penggunaannya tergantung

dari kebutuhan seperti yang digunakan di mesin CNC. Sesuai dengan

jenis pahat yang digunakan, dikenal tiga macam proses freis (Taufiq,

Rochim: 1982), yaitu:

a) Proses freis datar (slab milling)

Disebut peripheral milling, yaitu proses freis dimana sumbu rotasi

dari pahat (tool) sejajar dengan permukaan benda kerja.

b) Proses freis tegak (face milling)


commit to user

7

Proses freis tegak, yaitu proses freis dimana sumbu rotasi pahatnya

vertikal terhadap permukaan benda kerja.

c) End Milling

Pahat potong (cutter) pada end milling, biasanya berputar pada

sumbu vertikal terhadap benda kerja, area kerja pahat berada pada

akhir permukaan dari pahat pemotong dan pada batas keliling dari

badan pahat pemotong.

(a) Slab milling (b) Face milling (c) End milling

Gambar 1. Klasifikasi Proses Freis (Kalpakjian, S, Schmid: 1992)

Proses facing atau proses roughing dilakukan pada proses pemesinan

awal, untuk mendapatkan posisi peletakan material kerja yang rata, sehingga

diharapkan saat proses pemesinan dilakukan maka akan lebih seragam.

Dalam penggunaan pahat sisipan (insert), baik dalam pemasangan maupun

dalam pemilihan bentuk juga memiliki pengaruh yang cukup besar terhadap

tekstur dari permukaan benda yang dilakukan proses pemesinan.

Proses freis datar dibagi dalam dua jenis yaitu proses freis naik (up

milling) dan proses freis turun (down milling).


commit to user

8

Gambar 2. Komponen Kecepatan Potong Pada Proses Milling

(Kalpakjian, S, Schmid: 1992)

Gambar 2 menunjukkan, pada proses up milling, beram yang

dihasilkan sangat tipis di awal mula proses permesinan, dimana gigi pahat

(tooth) pertama kali bersentuhan, lalu berangsur-angsur menebal hingga pahat

selesai melakukan proses. Untuk proses down milling, ketebalan beram (chip)

maksimum terjadi dekat pada titik dimana gigi pahat kontak bekerja, karena

gerak relatif pahat cenderung menarik benda kerja ke arah pahat.

Proses freis tidak menghasilkan beram dengan ketebalan yang tetap,

melainkan berbentuk koma dengan ketebalan beram yang berubah. Tebal

beram dipengaruhi oleh gerak pemakanan per gigi (feed per tooth) dan sudut

posisi (φ) yang dapat berubah, karena perubahan sudut potong. Analogi

proses terbentuknya beram pada proses freis adalah bila setumpuk kartu

dijajarkan dan diatur sedikit miring yang membentuk sudut geser φ, kemudian

didorong dengan papan yang membuat sudut seperti sudut beram γ0, maka

kartu di ujung papan akan bergeser ke atas terhadap kartu di belakangnya dan

berlangsung secara berurutan (Gambar 3).


commit to user

9

Gambar 3. Analogi Pembentukan Beram

2) Prinsip kerja mesin CNC milling

Mesin milling adalah mesin perkakas dengan gerak utama berputar

dilakukan oleh alat potong atau cutter milling, gerak makannya dilakukan

oleh benda kerja yang terpasang pada meja kerja.

Mesin CNC milling ini menggunakan sistem persumbuan dengan

dasar koordinat kartesius :

“apabila tiga jari kanan diatur sedemikian rupa sehingga letaknya

saling tegak lurus, maka jari tengah menunjukkan sumbu Z, jari telunjuk

menunjukkan sumbu Y, dan ibu jari menunjukkan sumbu X”

Mesin frais vertikal dapat menunjukkan bahwa sumbu Z adalah arah tegak,

sumbu Y adalah arah melintang meja, dan sumbu X adalah arah

memanjang meja.

Pengoperasian mesin CNC dilaksanakan dengan layanan CNC,

dimana proses dikontrol komputer secara otomatis dengan memasukkan

data numerik. Sistem CNC beroperasi secara otomatis dan dapat

menginterpretasikan kode-kode numerik yang berupa huruf, angka, dan

simbol untuk membuat suatu bentuk dari benda kerja. Data numerik yang

dimasukkan dalam memori mesin berupa urutan perintah yang membentuk

benda kerja disebut program NC. Program NC adalah suatu urutan

perintah yang disusun secara terperinci setiap blok untuk memberitahu

mesin CNC tentang apa yang harus dilakukan.


commit to user

10

3) Mesin Freis CNC

Gambar 4. Mesin CNC Freis

CNC (Computer Numerically Control) adalah suatu mesin yang

dikontrol oleh komputer dengan menggunakan bahasa numerik. Bahasa

numerik yaitu perintah gerakan dengan menggunakan kode huruf dan angka,

misalnya, jika pada program ditulis kode M-03 S1000 maka spindel akan

berputar dengan kecepatan 1000 rpm dan jika program ditulis kode M-05,

maka spindel akan berhenti.

Pengoperasian mesin CNC dilaksanakan dengan layanan progam

NC, proses pengoperasian mesin CNC dikontrol komputer dengan

memasukkan data numerik. Sistem CNC beroperasi secara otomatis dan dapat

menginterpretasikan kode-kode numerik yang berupa huruf, angka ataupun

simbol untuk membuat suatu bentuk benda kerja. Program NC adalah suatu

urutan perintah yang disusun secara terperinci setiap blok per blok untuk

memberi tahu mesin CNC tentang apa yang harus dilakukan.

Program NC terdiri dari kumpulan perintah. Perintah ditransfer oleh

pengendalian menjadi impuls-impuls pengendali untuk mesin perkakas.

Bahasa program NC merupakan format perintah dalam satu baris blok dengan

menggunakan kode huruf, angka, dan simbol. Mesin CNC mempunyai

perangkat komputer yang disebut Machine Control Unit (MCU) yakni suatu

perangkat yang berfungsi menerjemahkan bahasa kode ke dalam bentuk


commit to user

11

gerakan persumbuan sesuai bentuk benda kerja. Kode bahasa dalam mesin

CNC dikenal dengan kode G dan M. Kode G adalah kode untuk pergerakan

pahat dan kode M adalah kode untuk kode operasional mesin. Tabel 1

menunjukkan contoh blok program NC.

Tabel 1. Blok Pemrograman NC

G /M X Y Z F S Blok I M03 - - - - S1000 Blok II G01 10 0 0 30

Tabel 1 dapat menjelaskan bahwa pada blok I, kode M-03 memerintahkan

spindel mesin berputar, dan S1000 artinya spindel berputar dengan kecepatan

1000 rpm. Pada blok II, kode G01 artinya memerintahkan pahat bergerak

dengan pemakanan, X10 menunjukkan arah gerakan pemakanan ke sumbu X

sejauh 10 mm, dan F30 menunjukkan kecepatan pemakanan ke arah sumbu X

sebesar 30 mm/menit.

4) Elemen-elemen Dasar Proses Freis

Elemen-elemen dasar proses pemesinan sangat berpengaruh dalam

analisis optimasi hasil dari produk yang akan dibuat. Elemen-elemen ini

dianalisis dengan tujuan menemukan suatu formulasi yang bisa dipakai untuk

keperluan proses permesinan serta perkembangan dalam hal efisiensi dan

optimasi dari proses permesinan. Beberapa elemen dasar proses permesinan

di antaranya:

a) Kecepatan potong (cutting speed) :

Kecepatan potong merupakan kecepatan pemakanan pahat dalam

satuan m/menit atau ft/menit.

�� = ��1000 ; (m min )⁄

b) Kecepatan pemakanan (feed. f) :

Gerak pemakanan merupakan kecepatan gerak pahat dalam satuan

mm/rev atau in/rev.


commit to user

12

c) Rata-rata gerak pemakanan (feedrate, v)

Rata-rata gerak pemakanan merupakan kecepatan linier pahat

sepanjang benda kerja dalam satuan mm/menit atau inci/menit.

v = f N

d) Kedalaman pemotongan (depth of cut,a)

Ketebalan pemakanan merupakan kedalaman penyayatan yang

dilakukan oleh pahat dalam satuan mm atau inci.

e) Waktu pemotongan (cutting time)

Waktu pemotongan merupakan waktu yang diperlukan untuk

melakukan penyayatan sepanjang benda kerja dalam satuan detik

atau menit.

�� = �� ; (min) Dimana; �� = �� + �� + ��

f) Kecepatan penghasilan beram :

Kecepatan penghasilan beram merupakan volume material yang

terbuang per satuan waktu dalam satuan mm3/menit atau inci3/menit.

� = �� . �. �1000 ; (mm� min )⁄

g) Kecepatan spindle (N)

Kecepatan spindle merupakan putaran dari spindle yang juga

merupakan putaran benda kerja dalam satuan rpm.

3. Fluida Pemotongan (Cutting Fluids)

Penggunaan fluida pemotongan selama proses pemesinan telah diawali

oleh F.W. Taylor sejak tahun 1883 (Jerrad, R.B., Fussel, K. Barry., Ercan, T.

Mustafa: 2001). Penggunaan fluida pemotongan pada proses pemesinan

menunjukkan, bahwa kecepatan potong (cutting speed) dapat meningkat hingga

40% dengan menggunakan air sebagai pendingin. Air dapat menyebabkan korosi

pada logam ferro, sehingga air tidak efisien sebagai pendingin ataupun pelumas,


commit to user

13

karena kemampuan pembasahannya (wetting ability) yang rendah dalam kondisi

temperatur yang sangat tinggi.

Fluida pemotongan atau sering disebut pendingin (coolant) berfungsi

untuk mengontrol temperatur pemotongan dan untuk pelumasan. Aplikasi fluida

pemotongan adalah memperbaiki kualitas benda kerja selama mengalami proses

pemotongan secara terus menerus oleh pahat (tool) dan juga memperbaiki umur

pahat. Diskripsi beberapa karakteristik pendingin atau pelumas dapat dijelaskan

sebagai berikut:

a. Dari bahan utama minyak (oil based)

1) Straight oil (100% petroleum oil)

Straight oil adalah pendingin dari bahan minyak yang

mengandung 100% petroleum oil. Straight oil mempunyai kemampuan

pelumasan yang sangat baik atau menciptakan lapisan sebagai efek

bantalan antara benda kerja dan pahat, melindungi dari karat (rust), dan

memperbaiki umur pahat, tetapi straight oil mempunyai sifat melepaskan

panas yang buruk dan meningkatkan resiko kebakaran.

2) Soluble oil (60-90% petroleum oil)

Soluble oil (hampir sama dengan emulsi, minyak emulsif atau

minyak larut air) terdiri dari campuran 60-90% minyak bumi, emulsifier,

dan bahan tambahan lain. Konsentrat ini dicampur dengan air untuk

menjadi fluida pemotongan yang dipakai untuk pengerjaan logam.

Soluble oil dapat meningkatkan kemampuan pendinginan dan pelumasan

yang baik meskipun campuran minyak dan air, menciptakan lapisan film

minyak yang melindungi komponen yang bergerak. Soluble oil adalah

pendingin dari bahan minyak yang bercampur dengan air, sehingga akan

menimbulkan masalah karat (rust) atau korosi, masalah kesehatan

timbulnya bakteri, dan kabut asap yang dibentuk bisa menciptakan

lingkungan kerja yang tidak aman.

b. Fluida pemotongan dari bahan kimia

Fluida pemotongan dari bahan kimia pertama kali dikenalkan sekitar

tahun 1945. Ada dua jenis fluida pemotongan dari bahan kimia, yaitu sintetis


commit to user

14

dan semi sintetis, fluida pemotongan dari bahan kimia memiliki sifat lebih

stabil serta kemampuan untuk melumasi.

1) Sintetis (0% petroleum oil)

Sintetis merupakan cairan pendingin yang tidak mengandung

minyak atau mineral yang lain, secara umum terdiri dari pelumas kimia

(chemical lubricant) dan inhibitor karat yang larut dalam air. Sintetis

didesain untuk memiliki kemampuan pendinginan yang lebih cepat,

pelumasan yang lebih baik, mencegah korosi dan mudah dilakukan

perawatan. Sintetis dianjurkan untuk proses pemesinan dengan kecepatan

tinggi.

2) Semisintetis (2-30% petroleum oil)

Semisintetis merupakan cairan pendingin yang masih

mengandung 2-30% minyak bumi. Cairan pendingin jenis ini di dalam

penggunaannya masih harus dicampur dengan air. Semisintetis

merupakan cairan pendingin yang mempunyai sifat relatif tidak beracun,

transparan, tidak mudah terbakar, ketahanan korosi yang baik, memiliki

sifat pendinginan dan pelumasan yang baik, waktu penggunaan lama,

serta dapat digunakan di hampir semua proses pemesinan. Semisintetis

juga mempunyai sifat yang merugikan, yaitu menghasilkan efek kabut,

berbusa, mudah terkontaminasi oleh cairan lain.

4. Metrologi Konfigurasi Permukaan

a. Konfigurasi Permukaan

Metrologi geometri adalah ilmu dan teknologi untuk melakukan

pengukuran karakteristik geometri suatu produk dengan alat ukur dan cara

yang sesuai yang sedemikian rupa sehingga data pengukuran dan analisis

datanya menghasilkan harga yang dianggap sebagai nilai yang paling dekat

dengan geometri yang sesungguhnya dari komponen yang bersangkutan.

Metrologi geometri meliputi ukuran, bentuk, posisi, dan kekasaran

permukaan produk benda yang bersangkutan.


commit to user

15

Permukaan adalah batas yang memisahkan antara benda padat

dengan sekelilingnya. Konfigurasi permukaan merupakan suatu karakteristik

geometri golongan mikrogeometri. Mikrogeometri adalah permukaan secara

keseluruhan yang membuat bentuk atau rupa yang spesifik misalnya

permukaan poros, lubang, sisi, dan lain-lain yang tercakup pada elemen

geometri ukuran, bentuk, dan posisi.

Karakteristik suatu permukaan memegang peranan penting dalam

perancangan komponen mesin atau peralatan. Karakteristik suatu permukaan

perlu dinyatakan dengan jelas, misalnya dalam kaitannya dengan gesekan,

keausan, pelumasan ketahanan lelah, perekatan dua atau lebih komponen

mesin dan sebagainya. Surface roughness memainkan peranan yang cukup

penting kaitannya dengan ketahanan kontak (contact resistance).

Gambar 5. Profil Kekasaran Permukaan (Taufiq Rochim: 2001)

Ketidakteraturan konfigurasi suatu permukaan apabila ditinjau dari

profilnya dapat diuraikan menjadi beberapa tingkat (Tabel 2), tingkat pertama

merupakan ketidakteraturan makrogeometri, yaitu keseluruhan permukaan

yang membuat bentuk. Tingkat kedua, yaitu yang disebut dengan gelombang

(waviness), merupakan ketidakteraturan yang periodik dengan panjang

gelombang yang jelas lebih besar dari kedalamannya (amplitude). Tingkat


commit to user

16

ketiga, yaitu alur (groove) dan tingkat keempat adalah serpihan (flaw) dan

keduanya lebih dikenal dengan istilah kekasaran (roughness).

Tabel 2. Ketidakteraturan Suatu Profil (Konfigurasi Penampang Permukaan)

Tingkat Profil Terukur, Bentuk Grafik Hasil

Pengukuran Istilah

Contoh Kemungkinan

Penyebabnya

1.

Kesalahan

bentuk

(form error)

Kesalahan bidang-

bidang pembimbing

mesin perkakas dan

benda kerja, kesalahan

posisi pencekaman

benda kerja

2.

Gelombang

(waviness)

Kesalahan bentuk

perkakas, kesalahan

penyenteran perkakas,

getaran dalam proses

pemesinan

3.

Alur

(grooves)

Jejak/bekas

pemotongan (bentuk

ujung pahat, gerak

makan)

4.

Serpihan

(flakes)

Proses pembentukan

beram, deformasi

akibat proses pancar

pasir, pembentukan

module pada proses

electroplating.


commit to user

17

Kekasaran permukaan (surface roughness) dibedakan menjadi dua, yaitu:

1) Ideal surface roughness

Ideal surface roughness adalah kekasaran ideal (terbaik) yang bisa

dicapai dalam suatu proses permesinan dengan kondisi ideal.

2) Natural surface roughness

Natural surface roughness adalah kekasaran alamiah yang terbentuk

dalam proses pemesinan karena adanya berbagai faktor yang

mempengaruhi proses pemesinan tersebut.

Faktor-faktor yang mempengaruhi kekasaran ideal di antaranya:

1) Getaran yang terjadi pada mesin

2) Ketidaktepatan gerakan bagian-bagian mesin

3) Ketidakteraturan feed mechanism

4) Adanya cacat pada material

5) Gesekan antara chip dan material

b. Parameter Kekasaran Permukaan

1) Profil geometrik ideal adalah profil pemukaan yang sempurna, dapat

berupa garis lurus, lengkung atau busur.

2) Profil terukur (measured profil), merupakan profil permukaan terukur.

3) Profil referensi adalah profil yang digunakan sebagai acuan untuk

menganalisis ketidakteraturan konfigurasi permukaan.

4) Profil akar/alas yaitu profil referensi yang digeserkan ke bawah, sehingga

menyinggung titik terendah profil terukur.

5) Profil tengah adalah profil yang digeserkan ke bawah sedemikian rupa

sehingga jumlah luas bagi daerah-daerah di atas profil tengah sampai

profil terukur adalah sama dengan jumlah luas daerah-daerah di bawah

profil tengah sampai ke profil terukur.

Profil-profil di atas dapat didefinisikan menjadi beberapa parameter

permukaan, yaitu yang berhubungan dengan dimensi pada arah tegak dan

arah memanjang. Dimensi arah tegak dikenal beberapa parameter, yaitu:

1) Kekasaran total (peak to valley height/total height), Rt (µm), adalah jarak

antara profil referensi dengan profil alas.


commit to user

18

2) Kekasaran perataan (depth of surface smoothness/peak to mean line), Rp

(µm), adalah jarak rata-rata antara profil referensi dengan profil terukur.

3) Kekasaran rata-rata aritmetik (mean roughness index/center line average,

CLA), Ra (µm), adalah harga rata-rata aritmetik dibagi harga absolutnya

jarak antara profil terukur dengan profil tengah.

� = 1! " |ℎ%|�&'�

4) Kekasaran rata-rata kuadratik (root mean square height), Rq (µm), adalah

akar bagi jarak kuadrat rata-rata antara profil terukur dengan profil

tengah.

5) Kekasaran total rata-rata, Rz (µm), merupakan jarak rata-rata profil alas

ke profil terukur pada lima puncak tertinggi dikurangi jarak rata-rata

profil alas ke profil terukur pada lima lembah terendah.

5. Metode Taguchi

Desain eksperimen adalah evaluasi secara serentak dua atau lebih faktor

atau parameter terhadap kemampuannya untuk mempengaruhi rata-rata hasil atau

variabilitas hasil gabungan dari karakteristik produk atau proses tertentu. Untuk

mengetahui pengaruh faktor atau parameter terhadap rata-rata hasil secara efektif,

selanjutnya dianalisis untuk menentukan faktor mana yang berpengaruh serta

mengetahui hasil maksimal yang dapat diperoleh.

Metode Taguchi merupakan salah satu metode yang mulai banyak

digunakan saat ini. Metode Taguchi dicetuskan oleh Dr. Genichi Taguchi pada

tahun 1949 saat mendapatkan tugas untuk memperbaiki sistem telekomunikasi di

Jepang. Metode Taguchi merupakan suatu metodologi baru dalam bidang teknik

yang bertujuan untuk memperbaiki kualitas produk dan proses dalam waktu yang

bersamaan menekan biaya dan sumber seminimal mungkin. Sasaran metode

Taguchi adalah menjadikan produk kokoh (robust) atau tidak sensitif terhadap

berbagai faktor gangguan (noise), karena itu sering disebut sebagai desain kokoh

(robust design).


commit to user

19

Definisi kualitas menurut Taguchi adalah kerugian yang diterima oleh

masyarakat sejak produk tersebut dikirimkan. Filosofi Taguchi terhadap kualitas

terdiri dari tiga buah konsep, yaitu:

a. Kualitas harus didesain ke dalam produk dan bukan sekedar memeriksanya.

b. Kualitas terbaik dicapai dengan meminimumkan deviasi dari target. Produk

harus didesain, sehingga kokoh (robust) terhadap faktor lingkungan yang

tidak dapat dikontrol.

c. Biaya kualitas harus diukur sebagai fungsi deviasi dari standar tertentu dan

kerugian harus diukur pada seluruh sistem.

Metode Taguchi merupakan off-line quality control artinya pengendalian

kualitas yang preventif, sebagai desain produk atau proses sebelum sampai pada

produksi di tingkat produksi (shop floor). Off-line quality control dilakukan pada

saat awal dalam siklus kehidupan produk yaitu perbaikan pada awal untuk

menghasilkan produk. Keuntungan atau kelebihan metode Taguchi adalah :

a. Desain eksperimen Taguchi lebih efisien, karena memungkinkan untuk

melaksanakan penelitian yang melibatkan banyak faktor dan jumlah.

b. Desain eksperimen Taguchi memungkinkan diperolehnya suatu proses yang

menghasilkan produk yang konsisten dan kokoh terhadap faktor yang tidak

dapat dikontrol.

c. Metode Taguchi menghasilkan kesimpulan mengenai respon faktor-faktor

dan level faktor-faktor kontrol yang menghasilkan nilai optimum.

Desain eksperimen Taguchi dibagi menjadi tiga tahap utama yang

menyangkut semua pendekatan eksperimen, yaitu:

a. Tahap Perencanaan

Tahap perencanaan merupakan tahap terpenting, dimana seorang

peneliti harus menentukan ke mana penelitian ini akan dibawa. Adapun

kegiatan yang termasuk dalam tahap ini adalah:

1) Perumusan masalah

Perumusan masalah digunakan untuk mengidentifikasi atau

merumuskan masalah yang akan diselidiki dalam eksperimen.

2) Tujuan eksperimen


commit to user

20

Tujuan yang melandasi eksperimen harus dapat menjawab apa

yang telah dinyatakan dalam perumusan masalah, yaitu mencari sebab

yang menjadi akibat dari masalah yang kita amati.

3) Penentuan variabel terikat

Variabel terikat adalah variable yang perubahanya tergantung

pada variabel lain. Variabel terikat inilah yang nantinya akan menjadi

tujuan penelitian.

4) Identifikasi faktor-faktor (variabel bebas)

Variabel bebas (faktor) adalah variabel yang perubahanya tidak

tergantung pada variabel lain. Pada tahap ini akan dipilih faktor-faktor

mana saja yang akan diselidiki pengaruhnya terhadap variabel tak bebas.

5) Pemisahan faktor kontrol dan faktor gangguan

Faktor kontrol adalah faktor yang nilainya dapat diatur atau

dikendalikan. Faktor gangguan adalah faktor yang nilainya tidak dapat

diatur atau dikendalikan.

6) Penentuan jumlah level dan nilai faktor

Penentuan jumlah level penting untuk ketelitian hasil

eksperimen dan ongkos penelitian. Semakin banyak level yang diteliti,

maka akan semakin akurat hasil yang diperoleh tetapi akan semakin

mahal.

7) Perhitungan derajat kebebasan

Penghitungan derajat kebebasan dilakukan untuk menghitung

jumlah minimum eksperimen yang dilakukan untuk menyelidiki faktor

yang diamati.

8) Pemilihan matriks orthogonal

Pemilihan matriks orthogonal sangat tergantung dari jumlah

level dan derajat kebebasan yang digunakan. Matriks orthogonal yang

digunakan tidak boleh kurang dari derajat kebebasan yang dipilih.

b. Tahap Pelaksanaan Eksperimen

Tahap pelaksanaan eksperimen merupakan langkah-langkah

eksperimen yang akan dilaksanakan. Tahapan ini meliputi:


commit to user

21

1) Jumlah replikasi

Replikasi adalah pengulangan kembali perlakuan yang sama dalam suatu

percobaan dengan kondisi yang sama. Tujuan replikasi adalah:

a) Menambah ketelitian eksperimen

b) Mengurangi tingkat kesalahan pada eksperimen

c) Memperoleh harga taksiran kesalahan eksperimen, sehingga

memungkinkan dilaksanakannya uji signifikan hasil eksperimen

2) Pengacakan

Secara umum pengacakan dimaksudkan untuk:

a) Meratakan pengaruh faktor yang tidak dapat dikendalikan pada

semua unit eksperimen.

b) Memberikan kesempatan yang sama pada semua unit eksperimen

untuk menerima suatu perlakuan, sehingga diharapkan ada

kehomogenan pengaruh dari setiap perlakuan yang sama.

Pelaksanaan eksperimen Taguchi adalah melakukan pekerjaan

berdasarkan setting faktor pada matrik ortogonal dengan jumlah eksperimen

sesuai dengan jumlah replikasi dan urutan seperti pada randomisasi.

c. Tahap Analisis

Pada tahap analisis dilakukan pengumpulan dan pengolahan data

yang meliputi pengumpulan data, pengaturan data, perhitungan serta

penyajian dalam bentuk lay out tertentu. Qualitek-4 adalah sebuah software

yang digunakan dalam menganalisis data pada penelitian dengan metode

Taguchi. Tahapan analisis dalam software Qualitek-4 secara teoritis dapat

dijabarkan sebagai berikut:

1) Analisis varian Taguchi (ANAVA Taguchi)

Analisis varian Taguchi merupakan teknik yang digunakan dalam

menganalisis data yang telah disusun dalam perencanaan eksperimen

secara statistik. Analisis varian Taguchi digunakan untuk membantu

mengidentifikasi kontribusi faktor, sehingga akurasi perkiraan model

dapat ditentukan. Analisis varian Taguchi untuk matriks orthogonal

dilakukan berdasarkan perhitungan jumlah kuadrat untuk masing-masing


commit to user

22

kolom. Teknik analisis data dalam perhitungan menggunakan analisis

varian Taguchi sebagai berikut: (Irwan Soejanto: 2009)

a) Jumlah kuadrat total (SST)

(() = * +,-./0

dimana : N = jumlah percobaan

y = data yang diperoleh dari percobaan

b) Jumlah kuadrat faktor (sum of square)

((1 = 2* 34.,�10561

./07 − 9,

:

dimana :

KA = jumlah level faktor

Ai = level ke i faktor A

nAi = jumlah percobaan level ke i faktor A

T = jumlah keseluruhan nilai data

N = jumlah data keseluruhan

c) Jumlah kuadrat karena rata-rata

((; = �. +<,

d) Jumlah kuadrat error (((=)

((= = (() − ((; − ((�>?�@A

e) Rata-rata kuadrat (mean square)

B( = ((1�1

2) Uji F

Hasil analisis varian tidak membuktikan adanya perbedaaan

perlakuan dan pengaruh faktor dalam percobaan, pembuktian dilakukan

dengan uji F. Uji hipotesis F dilakukan dengan membandingkan variasi

yang disebabkan oleh masing-masing faktor dan variansi error. Variansi

error adalah variansi setiap individu dalam pengamatan yang timbul

karena faktor-faktor yang tidak dapat dikendalikan.


commit to user

23

C1 = B(1((=

3) Pooling up

Pooling up dirancang Taguchi untuk mengestimasi variansi

error pada analisis varian. Dengan adanya pooling up, estimasi yang

dihasilkan akan menjadi lebih baik. Pooling up dilakukan dengan

menjumlahkan faktor yang tidak berpengaruh menjadi error. Pooling up

dilakukan mulai dari nilai jumlah kuadrat (SS) yang paling kecil. Pooling

up dilakukan hingga ditemukan faktor yang berpengaruh, biasanya sama

dengan atau lebih dari setengah variabel bebas yang digunakan.

4) Rasio S/N (rasio signal to noise)

Rasio S/N digunakan untuk memilih faktor yang memiliki

kontribusi pada pengurangan variansi suatu respon. Rasio S/N

merupakan rancangan untuk transformasi pengulangan data ke dalam

suatu nilai yang merupakan ukuran variasi yang timbul. Rasio S/N

digunakan untuk mengetahui faktor mana yang berpengaruh pada hasil

eksperimen. Rasio S/N yang digunakan dalam penelitian ini, yaitu:

Semakin kecil semakin baik (smaller the better). Karakteristik kualitas

dengan batas nol dan non negatif. Nilai semakin kecil (mendekati nol)

adalah yang diinginkan.

S/N = −10 log[ 1/� ∑ +,]K./K

5) Interpretasi hasil eksperimen

Langkah-angkah untuk menginterpretasikan hasil eksperimen

dengan menggunakan metode Taguchi dapat dilakukan dengan cara

sebagai berikut:

a) Persen kontribusi merupakan porsi masing-masing faktor dan

interaksi faktor yang signifikan terhadap total variasi yag diamati.

Persen kontribusi merupakan fungsi dari jumlah kuadrat (SS) dari

masing-masing faktor yang signifikan.


commit to user

24

Pada analisis varian nilai rata-rata kuadrat (MS) untuk suatu faktor

sebenarnya adalah (misalkan faktor A):

SS’A = SSA – (VA).(MSE)

persen kontribusi adalah:

L = ((′1(() &100%

Persen kontribusi digunakan untuk menghitung kontribusi faktor

maupun interaksi faktor yang signifikan dan error. Jika persen

kontribusi error ≤15% berarti tidak ada faktor yang berpengaruh

terabaikan. Jika persen kontribusi error ≥50% artinya bahwa

terdapat faktor yang berpengaruh terabaikan dan error yang hadir

telalu besar.

b) Interval kepercayaan (convidence interval; CI)

Interval kepercayaan (convidence interval; CI) dalam analisis hasil

eksperimen Taguchi dihitung dalam tiga kondisi:

(1) Interval kepercayaan untuk level faktor (CI1)

OP0 = QC(R;ST;SU)B(V�

W16 = 4̅6 ± OP0

4̅6 − OP0 ≤ W16 ≥ 4̅6 + OP0

dimana :

C(R;0;SU) = rasio F dari tabel

\ = resiko

V1 = derajat kebebasan faktor

Ve = derajat kebebasan error

Mse = rata-rata kuadrat error

N = jumlah yang di uji pada kondisi tertentu

W16 = dugaan rata-rata faktor A pada perlakuan level

ke K

4̅6 = rata-rata faktor A pada perlakuan level ke K


commit to user

25

(2) Interval kepercayaan untuk perkiraan rata-rata

OP0 = ±QC(R;0;SU)&B(=& 3 1�=��5

Dimana neff adalah jumlah pengamtan efektif

�=�� = jumlah total eksperimenjumlah derajat kebebasan dalam perkiraan rata − rata

(3) Interval kepercayaan untuk eksperimen konfirmasi

OP0 = ±QC(R;0;SU)&B(=& 3 1�=�� + 1i5

Dimana : r = jumlah replikasi yang dilaksanakan

d. Eksperimen Konfirmasi

Eksperimen konfirmasi adalah percobaan yang dilakukan untuk

memeriksa kesimpulan yang didapat. Tujuan eksperimen konfirmasi adalah

untuk memverifikasi: 1) Dugaan yang dibuat pada saat model performansi

penentuan faktor dan interaksinya, dan 2) setting parameter (faktor) yang

optimum hasil analisis percobaan pada performansi yang diharapkan.

B. Penelitian yang Relevan

Dari penelitian sebelumnya banyaknya parameter dan hubungan antar

parameter terkait proses milling yang telah diteliti. Zhang J.Z., et al. (2007).

menggunakan Taguchi design methods untuk mengoptimalkan kualitas

permukaan hasil CNC face milling. Penelitian yang dilakukan oleh Zhang J.Z., et

al, kecepatan pemakanan, kecepatan putar, dan kedalaman potong digunakan

sebagai faktor pengontrol. Faktor pengganggu yang digunakan adalah temperatur

operasi dan kondisi pahat akibat aus. Kekasaran permukaan paling minimum

dapat dicapai pada kecepatan putar 3500 rpm, kecepatan makan 762 mm/min, dan

kedalaman makan 1,52 mm. Penelitian tersebut menunjukan bahwa proses

pemesinan milling terdapat beberapa parameter yang berpengaruh pada kekasaran

permukaan komponen di antaranya kecepatan potong, kecepatan putaran,

kedalaman pemotongan, kecepatan makan, strategi pemesinan, pergeseran pahat,


commit to user

26

jenis material bahan baku, jenis pahat, material pahat, dimensi pahat, geometri

pahat, penggunaan cairan pendingin, dan faktor-faktor lain pada proses pemesinan

seperti adanya getaran, defleksi pahat, temperatur operasi, dan keausan pahat.

Parameter pemesinan yang erat kaitannya dengan kekasaran permukaan

adalah cairan pendingin. Penggunaan cairan pendingin akan menurunkan gesekan

permukaan pada interface pahat dan benda kerja, sehingga kekasaran permukaan

yang dihasilkan lebih kecil dibanding tanpa cairan pendingin. Oleh karena itu,

untuk menghasilkan kekasaran permukaan yang lebih kecil, proses pemesinan

lebih baik menggunakan cairan pendingin.

C. Kerangka Pemikiran

Tingkat kekasaran dari suatu benda hasil pengerjaan pada mesin-mesin

perkakas merupakan syarat mutlak yang harus diperhitungkan dalam proses

produksi untuk dapat menigkatkan kualitas produknya. Selain itu, diperlukan cara

agar mesin perkakas tersebut menghasilkan produk dengan jumlah banyak dalam

waktu singkat, sehingga biaya produksi dapat ditekan serendah-rendahnya.

Operator mesin perkakas hingga kini masih dihadapkan pada masalah penentuan

parameter pemesinan seperti spindle speed dan feed yang optimum terutama pada

operasi finishing.

Operator seringkali hanya menggunakan estimasi atau trial and error

dalam memilih besaran cutting speed, feed dan depth of cut, padahal besaran

tersebut berpengaruh terhadap kualitas hasil pemesinan serta produktivitas.

Dengan demikian diperlukan upaya untuk meneliti nilai optimum dari beragam

tipe operasi mesin perkakas yang banyak dipakai. Salah satunya adalah operasi

end milling. Operasi ini terutama yang menggunakan mesin CNC semakin

memberikan beragam pilihan besaran parameter dalam kode numeriknya.

Operator perlu mendapatkan informasi kuantitatif korelasi antar parameter untuk

menghasilkan kualitas surface finish yang baik.

Tingkat kekasaran permukaan hasil proses pemesinan dengan mesin

CNC milling dipengaruhi oleh beberapa parameter pemotongan. Kecepatan

spindle, kecepatan pemakanan, kedalaman pemakanan, dan kondisi pemotongan,


commit to user

27

merupakan parameter yang sangat berpengaruh pada proses pemesinan. Material

yang digunakan dalam penelitian ini adalah baja karbon rendah ST 40. Kecepatan

spindle dalam penelitian ini divariasi menjadi tiga, yaitu 500 rpm, 1500 rpm, dan

2500 rpm. Kecepatan pemakanan juga divariasi menjadi tiga, yaitu 0,07 mm/rev,

0,12 mm/rev, dan 0,2 mm/rev. Kedalaman pemakanan divariasi menjadi tiga,

yaitu 0,5 mm, 1,0 mm, dan 1,5 mm. Kondisi pemotongan divariasi menjadi tiga,

dry (kering), dromus, dan minyak. Untuk melakukan pengukuran terhadap tingkat

kekasaran yang dihasilkan, digunakan alat pengukur kekasaran, yaitu surftest.

D. Hipotesis Penelitian

Berdasarkan rumusan masalah dan analisis kerangka pemikiran di atas

dapat diambil hipotesis sebagai berikut :

1. Ada pengaruh kecepatan spindle terhadap tingkat kekasaran permukaan


ST 40.

2. Ada pengaruh kecepatan pemakanan terhadap tingkat kekasaran permukaan


ST 40.

3. Ada pengaruh kedalaman pemakanan terhadap tingkat kekasaran permukaan


ST 40.

4. Ada pengaruh cairan pendingin terhadap tingkat kekasaran permukaan logam

hasil proses pemesinan CNC milling type ZK 7040 pada material baja ST 40.

5. Didapat kekasaran optimal dari parameter proses CNC milling type ZK 7040

pada material baja ST 40, pada kecepatan spindle 2500 rpm, kecepatan

pemakanan 0,07 mm/rev, kedalaman pemakanan 1,5 mm.


commit to user

28

BAB III

METODOLOGI PENELITIAN

A. Tempat dan Waktu Penelitian

1. Tempat Penelitian

Tempat penelitian sebagai berikut:

a. Laboratorium CNC Program Studi Pendidikan Teknik Mesin, Jurusan

Pendidikan Teknik dan Kejuruan, Fakultas Keguruan dan Ilmu Pendidikan,

Universitas Sebelas Maret Surakarta untuk proses pembentukan benda uji dan

pelaksanaan proses pemesinan.

b. Laboratorium Bahan Teknik, Program Diploma Teknik Mesin, Fakultas

Teknik, Universitas Gadjah Mada Yogyakarta untuk melakukan pengujian

kekasaran permukaan logam.

c. PT. Itokoh Ceperindo untuk melakukan uji komposisi baja ST 40.

2. Waktu Penelitian

Jadwal penelitian sebagai berikut:

a. Pelaksanaan penelitian pada bulan Maret 2010 s/d April 2010

b. Seminar proposal penelitian pada tanggal 10 Maret 2010

c. Revisi proposal penelitian pada tanggal 11 Maret s/d 14 Maret 2010

d. Perijinan penelitian pada tanggal 15 Maret 2010

e. Penulisan laporan penelitian pada tanggal 16 Maret 2010 s/d 31 Juni 2010

B. Metode Penelitian

Penelitian ini menggunakan metode eksperimen. Penelitian eksperimen

adalah penelitian yang dilakukan dengan mengadakan manipulasi terhadap obyek

penelitian serta adanya kontrol. Penelitian eksperimen merupakan penelitian

dengan perlakuan (treatment), artinya metode penelitian yang digunakan, untuk

mencari pengaruh perlakuan tertentu terhadap yang lain dalam kondisi yang

terkendalikan. Metode penelitian eksperimen yang dipakai adalah metode

Taguchi. Metode Taguchi adalah salah satu metode yang banyak dipakai dalam


commit to user

29

eksperimen yang bertujuan untuk memperbaiki kualitas produk dan proses dalam

waktu yang bersamaan, sehingga bisa menekan biaya dan sumber daya seminimal

mungkin. Metode ini digunakan untuk memberikan formulasi lay out pengujian,

mengetahui kondisi optimal dari parameter pemesinan, dan mengetahui pengaruh

performansi dari parameter pemesinan terhadap kekasaran permukaan. Langkah-

langkah penyusunan metode Taguchi sebagai berikut:

1. Definisi karakteristik kualitas

Karakteristik kualitas yang akan digunakan adalah smaller–the-better.

Hal ini karena diinginkan nilai kekasaran permukaan dan keausan pahat yang

paling kecil adalah nilai yang paling baik.

2. Pemilihan faktor terkendali & tidak terkendali (noise)

Faktor terkendali adalah faktor yang ditetapkan (atau dapat

dikendalikan) selama tahap perancangan. Faktor tidak terkendali (noise)

adalah faktor yang tidak dapat dikendalikan. Pada percobaan ini faktor

terkendali yang digunakan yaitu:

a. Kecepatan potong

b. Kecepatan pemakanan

c. Kedalaman pemakan

d. Kondisi pemotongan

Faktor tidak terkendali (noise) yang digunakan adalah kekasaran permukaan.

3. Penentuan jumlah level dan nilai level faktor

Eksperimen ini menggunakan tiga level untuk setiap faktor, dengan

mengasumsikan setiap level mewakili kondisi minimal (low), sedang

(medium) dan maksimal (high). Nilai setiap faktor didasarkan pada

rekomendasi pahat, mesin, dan penggunaan di lapangan.


commit to user

30

Tabel 3. Faktor dan Level Percobaan

Parameter Level Hasil

Penelitian 1 (Rendah)

2 (Sedang)

3 (Tinggi)

Kecepatan spindel (rpm) 500 1500 2500 - Kekasaran

permukaan

benda hasil

proses

Kecepatan pemakanan

(mm/rev) 0,07 0,12 0,17

Kedalaman pemakanan (mm) 0,5 1 1,5

Kondisi pemotongan Dry /

kering

Minyak

nabati Dromus

4. Perhitungan derajat kebebasan

Perhitungan derajat kebebasan dilakukan untuk menghitung jumlah

minimum percobaan yang harus dilakukan untuk menyelidiki faktor yang

diamati.

Tabel 4. Derajat kebebasan

Faktor Interaksi Derajat Kebebasan (DoF) Jumlah Derajat

Kebebasan

Faktor (A) 3-1 2

Faktor (B) 3-1 2

Faktor (C) 3-1 2

Faktor (D) 3-1 2

Total DoF 8

5. Pemilihan matriks orthogonal (orthogonal array)

Matriks orthogonal adalah suatu matrik yang elemen–elemennya

disusun menurut baris dan kolom. Kolom merupakan faktor yang dapat

diubah dalam eksperimen. Baris merupakan kombinasi level dari faktor

dalam eksperimen. Penelitian ini menggunakan 3 level percobaan dan terdiri

dari 4 faktor, sehingga dapat dipilih matriks orthogonal L9(34).


commit to user

31

Tabel 5. Orthogonal Array L9(34)

Eksperimen

Faktor

Spindle Speed

Feed Rate

Depth of Cut Cutting

Condition

1. 1 1 1 1

2. 1 2 2 2

3. 1 3 3 3

4. 2 1 2 3

5. 2 2 3 1

6. 2 3 1 2

7. 3 1 3 2

8. 3 2 1 3

9. 3 3 2 1

Untuk mengurangi error yang terjadi, setiap pengujian dilakukan

replikasi sebanyak tiga kali, sehingga jumlah spesimen yang dilakukan

pengujian sebanyak 27 buah. Selain mengurangi error tujuan dari replikasi

yang dilakukan adalah agar nilai yang diperoleh diharapkan mendekati nilai

sebenarnya dari kekasaran permukaan yang terjadi.

6. Pelaksanaan eksperimen

Eksperimen dilakukan pada mesin CNC Milling type ZK 7040 dengan

kontrol SIEMENS SINUMERIK 802S dengan pisau insert XOMT 060204

TT9030, produksi TAEGUTEC satu mata sayat dengan diameter 12 mm.

Langkah-langkah eksperimen sebagai berikut:

1) Uji komposisi dan uji kekerasan material baja ST 40.

2) Pengerjaan material benda uji berbentuk balok dengan ukuran

panjang = 85 mm, lebar = 45 mm, tinggi = 45 mm. Langkah-

langkah proses pengerjaan material benda uji sebagai berikut:

a) Menghidupkan mesin CNC Milling ZK 7040


commit to user

32

b) Mempersiapkan yang diperlukan untuk pengerjaan pemesinan

c) Memasang benda uji pada ragum dengan tepat dan pisau frais

d) Memulai proses pengerjaan pembuatan benda uji

3) Melaksanakan syarat-syarat mesin CNC bekerja, yaitu:

a) Mesin menyala (switch on)

b) Mencapai titik acuan (reference point)

c) Pergeseran titik nol (zero offset)

d) Penetapan data pahat (tool data)

e) Memasukkan data mesin (machine data)

f) Memasukkan program CNC (part programming)

4) Memasang benda uji pada ragum, kemudian dimulai proses

pemesinan dengan memasukkan program yang telah dibuat

sebelumnya.

Perintah pemograman CNC sebagai berikut:

G54

G158 X0 Y0 Z10

G91

G95

M03 S(…)

T1D1

N01 G00 X5 Y0 Z10

N02 G00 X8 Y-7 Z10

N03 G01 Z-1 F(…)

N04 G01 Y92

N05 G00 Z-1

N06 G00 X22 Y-7

N07 G01 X22 Y92

N08 G00 Z-1

N09 ….

N…dst.

N11 G00 X0 Y0 Z10

N12 G00 X-10 Y-10 Z10

M05

G500

M30

Keterangan: (…) menunjukkan variabel yang akan diuji sesuai

level pada desain eksperimen.

Hasil benda kerja yang akan diuji tingkat kekasarannya ditunjukan

pada gambar 6.


commit to user

33

Gambar 6. Benda Hasil Pengerjaan

5) Pelaksanan uji kekasaran

Setiap spesimen yang telah mendapat perlakuan yang berbeda-

beda, diuji dengan menggunakan surface roughness tester

Surfcoder SE-1700 Series, sehingga didapat data yang diinginkan

dalam penelitian ini. Dalam persiapan pengukuran kekasaran

permukaan, alat ukur kekasaran permukaan dipersiapkan dan

disetting terlebih dahulu sesuai dengan keperluan. Benda kerja

yang telah diproses kemudian dipersiapkan untuk dilakukan

pengukuran.

7. Pengumpulan dan pengolahan data

Metode pengumpulan data yang digunakan adalah metode observasi.

Observasi sebagai teknik pengumpulan data mempunyai ciri yang spesifik

bila dibandingkan dengan teknik yang lain. Teknik pengumpulan data dengan

cara observasi digunakan pada penelitian ini, karena berkenaan dengan proses

kerja.

8. Analisis data

Analisis data pada penelitian ini menggunakan sebuah software yang

bernama Qualitek-4. Analisis data dilakukan dalam suatu lay out tertentu

yang sesuai dengan desain dan percobaan yang dipilih. Selain itu dilakukan

penghitungan dan penyajian data, dan teknik yang digunakan dalam analisis

data adalah teknik statistik deskriptif, yaitu teknik analisis data yang di

dalamnya berisi interpretasi hasil penelitian dalam bentuk tabel, grafik, dan


commit to user

34

diagram. Qualitek merupakan perangkat lunak yang digunakan untuk

menganalisis data pada penelitian dengan metode Taguchi. Menurut.....

Langkah-langkah penggunaan software Qualitek:

1. Membuat dokumen baru untuk L-9 (3^4), dengan cara klik File� New,

kemudian pilih ortogonal aray L-9 (3^4). Gambar 8 menunjukkan

pemilihan orthogonal array L-9 (3^4) pada software Qualitek-4.

Gambar 7. Eksperimen Konfiguration L-9 (3^4).


commit to user

35

2. Mengisi data inner array dan result dengan cara mengklik edit � factor &

level. Gambar 8 menunjukkan pengisian data inner array dan result pada

software Qualitek-4.

Gambar 8. Data Inner Array dan Result

3. Mengisi data faktor dan Level seperti ditunjukkan pada Gambar 9,

kemudian menekan perintah OK.

Gambar 9. Data Faktor dan Level

4. Menekan perintah OK pada layar maka akan keluar perintah berikutnya

untuk memilih karakteristik kualitas, pilihlah “The smaller the better”.


commit to user

36

Gambar 10. Pemilihan Karakteristik Kualitas

5. Mengisi data hasil pengukuran kekasaran permukaan dengan cara klik edit

� result. Gambar 11 menunjukkan pengisian hasil pengukuran kekasaran

permukaan pada software Qualitek-4.

Gambar 11. Pengisian Hasil Pengukuran Kekasaran Permukaan

6. Menekan perintah analysis untuk memulai penghitungan data, dengan cara

klik analysis � S/N analysis, seperti ditunjukkan pada Gambar 12 berikut.


commit to user

37

Gambar 12. Analisis Perhitungan Data

7. Analisis tersebut akan menghasilkan data rasio S/N seperti pada Gambar

13 berikut.

Gambar 13. Data Rasio S/N

8. Menekan perintah OK untuk melanjutkan analisis respon rata-rata

kekasaran permukaan. Gambar 14 menunjukkan analisis respon rata-rata

kekasaran permukaan pada software Qualitek-4.


commit to user

38

Gambar 14. Analisis Respon Rata-Rata Kekasaran Permukaan

9. Menekan perintah OK untuk menlanjutkan analisis ANAVA Rasio S/N.

Gambar 15 menunjukkan ANAVA rasio S/N menggunakan software

Qualitek-4.

Gambar 15. ANAVA Rasio S/N

10. Menekan perintah OK untuk mengetahui kondisi optimum masing-masing

faktor. Gambar 16 menunjukkan penghitungan kondisi optimum masing-

masing faktor pada software Qualitek-4.

Gambar 16. Kondisi Optimum Masing-Masing Faktor


commit to user

39

9. Eksperimen konfirmasi

Eksperimen konfirmasi dilakukan untuk membandingkan hasil

prediksi metode Taguchi dengan hasil yang diperoleh dari pengujian

sebenarnya. Pengujian eksperimen konfirmasi dilakukan dengan

menggunakan kombinasi optimum parameter pemesinan.

10. Interpretasi hasil

Interpretasi hasil merupakan langkah yang dilakukan setelah

percobaan dan analisis telah dilakukan. Dalam bagian ini diperlihatkan data

hasil penelitian yang telah dilakukan pengolahan data sebelumnya, sehingga

bisa ditarik kesimpulan setelah dilakukan pembandingan dengan teori yang

ada.

C. Populasi dan Sampel

1. Populasi Penelitian

Populasi adalah keseluruhan subyek penelitian. (Arikunto Suharsimi,

2002:108). Dalam penelitian ini, populasinya adalah keseluruhan spesimen yaitu

ST 40 dengan panjang spesimen pada Tabel 6.

Tabel 6. Kebutuhan Panjang Spesimen

Kecepatan Spindel (rpm)

Kecepatan Pemakanan (mm/rev) Panjang Spesimen (mm)

500 0,07 85 0,12 85 0,17 85

1500 0,07 85 0,12 85 0,17 85

2500

0,07 85 0,12 85

0,17 85


commit to user

40

2. Sampel Penelitian

Teknik pengambilan sampel yang digunakan dalam penelitian ini adalah

kuota random sampling yaitu jumlah sampel diambil secara acak sesuai dengan

kuota yang dibutuhkan. Sampel dalam penelitian ini adalah material baja karbon

rendah (ST 40). Spesimen berupa balok dengan dimensi p= 85 mm l= 45 mm dan

t= 45 mm.

D. Teknik Pengumpulan Data

1. Identifikasi Variabel

Variabel penelitian adalah segala sesuatu yang berbentuk apa saja yang

ditetapkan oleh peneliti untuk dipelajari, sehingga diperoleh informasi tentang hal

tersebut, kemudian ditarik kesimpulannya (Sugiyono: 2006). Di dalam suatu

variabel terdapat satu atau lebih gejala, yang mungkin pula terdiri dari berbagai

aspek atau unsur sebagai bagian yang tidak terpisahkan. Dari pengertian di atas

secara garis besar variabel dalam penelitian ini ada dua variabel yang akan

dijelaskan sebagai berikut:

a. Variabel Bebas

Variabel bebas atau disebut juga variabel independen merupakan

variabel yang mempengaruhi timbulnya variabel dependen (terikat)

(Sugiyono: 2006). Variabel bebas tidak dipengaruhi oleh ada atau tidaknya

variabel lain. Jika tanpa variabel bebas, maka tidak akan ada variabel terikat.

Hal demikian dapat pula terjadi bahwa jika variabel bebas berubah, maka

akan muncul variabel terikat yang berbeda atau yang lain. Penelitian ini

variabel bebasnya atau yang disebut parameter sebagai berikut:

1) Kecepatan putaran spindle (spindle speed)

2) Kecepatan pemakanan (feed)

3) Kedalaman pemakanan (depth of cut)

4) Kondisi pemotongan (cutting condition)


commit to user

41

b. Variabel Terikat

Variabel terikat merupakan variabel yang dipengaruhi atau yang

menjadi akibat, karena adanya variabel bebas (Sugiyono: 2006). Dengan kata

lain ada atau tidaknya variabel terikat tergantung ada atau tidaknya variabel

bebas. Penelitian ini variabel terikatnya adalah: kekasaran permukaan

(Surface Roughness)

2. Instrumen Penelitian

Instrumen – instrumen yang digunakan dalam penelitian ini adalah :

a. Mesin Freis CNC

Mesin freis CNC yang digunakan pada penelitian ini adalah CNC

MILL MASTER ZK 7040 dengan sistem kontrolnya SIEMENS 802 S

(baseline).

Gambar 17. Mesin CNC MILL MASTER ZK 7040


commit to user

42

b. Pahat (Insert) dan Toolholder

Pahat (insert) milling yang digunakan adalah Taegutmill XOMT

060204 TT9030, produksi TAEGUTEC-INGERSOLL-Imc. Kode TT9030

pada bagian akhir menunjukkan bahwa pahat ini masuk dalam kategori pahat

dengan dilapisi PVD dan TiAlN. Toolholder yang dipakai untuk proses

pemesinan adalah TSF-D.53-W.75-06 produk dari TAEGUTEC-

INGERSOLL-Imc. dengan 1 mata pahat.

Gambar 18. Pahat (insert) milling XOMT 060204


commit to user

43

Gambar 19. Tool Holder dan Dimensinya (Ingersoll Cutting Tools, Technical

Information, 2009)

Tabel 7. Rekomendasi Parameter Pemotongan (Ingersoll Cutting Tools,

Technical Information, 2009)

c. Alat Uji Kekasaran

Surfcoder SE-1700 Roughness Tester digunakan untuk mengetahui

kekasaran yang dihasilkan dari proses pemesinan.

Gambar 20. Surfcoder SE-1700 Roughness Tester


commit to user

44

d. Material

Material yang digunakan sebagai spesimen uji dalam penelitian adalah

baja ST 40 dengan tingkat kekerasan 44,70 HRA (142,50 BHN). Tabel 8

menunjukkan hasil pengujian komposisi unsur penyusun material baja ST 40:

Tabel 8. Nilai Pengujian Kekerasan Rockwell A

No. Nilai Kekerasan (HRA) (�� − ��)�

1. 44,00 0,49

2. 45,00 0,09

3. 42,00 7,29

4. 44,50 0,04

5. 45,50 0,64

6. 45,00 0,09

7. 44,50 0,04

8. 45,00 0,09 9. 45,50 0,64

10. 45,00 0,09 11. 44,50 0,04 12. 44,50 0,04 13. 45,00 0,09 14. 45,00 0,09 15. 44,60 0,01 16. 45,00 0,09 17. 45,00 0,09

TOTAL �� = 44,70 9,95

= �∑|� − ��|�(� − 1)

= � 9,90(17 − 1) = 0,80

HRA = 44,7±0,80


commit to user

45

Ralat Nisbi = !�� " × 100%

= % 0,844,7' × 100% = 1,80%

Keseksamaan = !1 − �� " × 100%

= %1 − 0,8044,7' × 100%

= 98%

Tabel 9. Hasil Uji Komposisi Baja ST 40

Unsur Prosentase (%)

Fe 98,10

C 0,129

Si 0,283

Mn 0,490

P > 0,094

S 0,031

Ni 0,115

Cr 0,114

Mo 0,082

Cu 0,392

Mg 0,001

V 0,010

Ti 0,007

Nb 0,019

Al 0,043

W 0,045

Hasil Uji Komposisi di PT. Itokoh Ceperindo (2009)

Baja ST 40 dipilih dalam penelitian ini, karena material tersebut sering

dipakai sebagai bahan pembuatan komponen-komponen mesin. Baja ini tergolong


commit to user

46

dalam baja karbon rendah (kandungan karbon di bawah 0,2%) dan sering disebut

mild steel. Baja ini memiliki karakteristik kekuatan rendah, keuletannya tinggi dan

tidak mampu dikeraskan dengan proses perlakuan panas kecuali proses surface

hardening. Baja tersebut memiliki sifat keuletan yang tinggi, maka baik untuk

dilakukan proses pemesinan. Benda kerja yang dipakai dalam penelitian berupa

balok dengan dimensi yang telah ditentukan sebelumnya sesuai kebutuhan

pengujian.

E. Teknik Analisis Data

Analisis data yang digunakan dalam penelitian dibantu menggunakan

perangkat lunak Taguchi, yaitu software Qualitek-4. Software Qualitek-4

digunakan dalam penelitian menggunakan metode Taguchi untuk menentukan

dampak utama dari parameter proses, serta melakukan analisis varian (ANAVA),

software Qualitek-4 juga digunakan untuk menetapkan kondisi optimum dari

parameter pemesinan. Analisis efek utama digunakan untuk mempelajari

kecenderungan efek setiap faktor.

Faktor ANAVA untuk setiap eksperimen dari orthogonal array L9(34)

dapat dihitung dengan mengambil nilai rata-rata surface roughnes yang diamati,

kemudian dimasukkan ke dalam software Qualitek-4. Data hasil analisis akan

ditunjukkan melalui tabel hasil analisis data yang disajikan pada software

Qualitek-4.


commit to user

47

F. Diagram Alir Penelitian

Berikut ini diagram alir penelitian yang dilakukan:

Pemilihan Bahan dan Alat Penelitian

1. Spesimen (benda kerja) 2. Pahat (insert) 3. Mesin CNC

Mulai

Pemilihan Karakteristik Kualitas “Smaller the Better”

Rancangan Desain Eksperimen Taguchi

Rancangan Sesuai

Tidak

Ya Eksperimen (Machining Process)

Pengumpulan dan Pengolahan Data

Analisis Hasil dan Menentukan Kombinasi Optimal Faktor Level

Interpretasi Hasil

Selesai

Software Qualitek

Pemilihan Faktor Kontrol dan Faktor Bebas

Pengukuran Kekasaran Permukaan

Pemilihan Orthogonal Array

Prediksi Performa Optimal

Eksperimen Konfirmasi


commit to user

48

Gambar 21. Diagram Alir Penelitian


commit to user

48

BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN

A. Hasil Eksperimen

Qualitek-4 merupakan software yang digunakan dalam mengolah data hasil

eksperimen kedalam suatu bentuk statistik. Metode Taguchi menggunakan

Qualitek-4 untuk menganalisis data hasil eksperimen. Tabel 10 menunjukkan

desain eksperimen parameter dan level mennggunakan software Qualitek-4.

Tabel 10. Desain Eksperimen Parameter dan Level

Table 11 menunjukkan desain orthogonal array menggunakan software

Qualitek-4.

Tabel 11. Penelitian Taguchi Orthogonal Array L9(34)


commit to user

Trial Condition 1 (Randomly selected order 7)Spindle Speed Feed Depth of Cut Cutting Condition Trial Condition 2 (Randomly Spindle Speed Feed Depth of Cut Cutting Condition Trial Condition 3 (Randomly selected order 2)Spindle Speed Feed Depth of Cut Cutting Condition Trial Condition 4 (Randomly selected order 3)Spindle Speed Feed Depth of Cut Cutting Condition Trial Condition 5 (Randomly selected order 8)Spindle Speed Feed Depth of Cut Cutting Condition Trial Condition 6 (Randomly selected order 4)Spindle Speed Feed Depth of Cut Cutting Condition Trial Condition 7 (Randomly selected order 9)Spindle Speed Feed Depth of Cut Cutting Condition Trial Condition 8 (Randomly selected order 6)Spindle Speed Feed Depth of Cut Cutting Condition Trial Condition 9 (Randomly selected order 1)Spindle Speed Feed Depth of Cut Cutting Condition

Qualitek-4 Project: DEMO-L09.Q4W User: fjr Date: 07

Trial Condition 1 (Randomly selected order 7) 500 rpm 1 0.07 mm/rev 1 0.5 mm 1 Dry 1

Trial Condition 2 (Randomly selected order 5) 500 rpm 1 0.12 mm/rev 2 1 mm 2 Oil 2

Trial Condition 3 (Randomly selected order 2) 500 rpm 1 0.17 mm/rev 3 1.5 mm 3 Dromus 3

Trial Condition 4 (Randomly selected order 3) 1500 rpm 2 0.07 mm/rev 1 1 mm 2 Dromus 3

Trial Condition 5 (Randomly selected order 8) 1500 rpm 2 0.12 mm/rev 2 1.5 mm 3 Dry 1

Trial Condition 6 (Randomly selected order 4) 1500 rpm 2 0.17 mm/rev 3 0.5 mm 1 Oil 2

Trial Condition 7 (Randomly selected order 9) 2500 rpm 3 0.07 mm/rev 1 1.5 mm 3 Oil 2

Trial Condition 8 (Randomly selected order 6) 2500 rpm 3 0.12 mm/rev 2 0.5 mm 1 Dromus 3

Trial Condition 9 (Randomly selected order 1) 2500 rpm 3 0.17 mm/rev 3 1 mm 2 Dry 1

L09.Q4W User: fjr Date: 07-28-2010


commit to user

Tabel 12. Hasil Pengukuran Kekasaran Permukaan

No. Replikasi I Replikasi II Replikasi III

Jumlah Rata-rata

Ra Ra1 Ra2 Ra3 Ra4 Ra5 Ra1 Ra2 Ra3 Ra4 Ra5 Ra1 Ra2 Ra3 Ra4 Ra5

1 2,36 2,44 2,28 2,34 2,64 2,10 2,24 2,13 2,45 2,40 2,67 2,16 2,38 2,19 2,22 35,00 2,33 2 0,43 0,52 0,55 0,47 0,42 0,52 0,65 0,56 0,52 0,45 0,49 0,56 0,56 0,53 0,50 7,73 0,52 3 1,45 1,24 1,47 1,16 1,48 1,37 1,17 1,41 1,55 1,47 1,54 1,24 1,19 1,54 1,23 20,51 1,37 4 0,52 0,44 0,48 0,48 0,54 0,46 0,59 0,55 0,53 0,52 0,42 0,40 0,55 0,53 0,59 7,60 0,51 5 0,73 0,77 0,77 0,78 0,75 0,70 0,74 0,61 0,73 0,81 0,73 0,68 0,70 0,79 0,72 11,01 0,73 6 0,65 0,65 0,68 0,62 0,67 0,72 0,68 0,63 0,65 0,63 0,73 0,61 0,68 0,67 0,58 9,85 0,66 7 0,47 0,59 0,56 0,46 0,46 0,52 0,58 0,45 0,59 0,46 0,49 0,50 0,61 0,60 0,44 7,78 0,52 8 0,46 0,47 0,40 0,38 0,45 0,42 0,46 0,47 0,40 0,44 0,41 0,46 0,40 0,43 0,42 6,47 0,43 9 0,83 0,84 0,80 0,69 0,72 0,83 0,69 0,70 0,70 0,74 0,69 0,74 0,87 0,69 0,71 11,24 0,75

50


commit to user

51

B. Hasil Pengolahan Data

Tabel 13, 14, dan 15 menunjukkan respon kekasaran permukaan rata-rata

yang dihitung dengan menggunakan software Qualitek-4.

Tabel 13. Respon Kekasaran Permukaan Rata-rata Spindle Speed

Tabel 14. Respon Kekasaran Permukaan Rata-rata Feed, Depth of Cut dan

Cutting Condition

Tabel 15. Respon Kekasaran Rata-rata Keseluruhan Parameter

Parameter Level Selisih

(maks – min) Ranking

1 2 3

1. Spindle speed (rpm)

2. Feed (mm/rev)

3. Depth of Cut (mm)

4. Cutting Condition

1,41

1,12

1,14

1,27

0,63

0,56

0,59

0,56

0,57

0,92

0,87

0,77

0,84

0,56

0,55

0,71

1

3

4

2

Tabel 15 menunjukkan respon kekasaran permukaan keseluruhan

parameter, kecepatan putaran spindel (spindle speed) menempati peringkat yang

pertama. Kecepatan spindel (spindle speed) memiliki pengaruh yang paling besar


commit to user

52

terhadap hasil kekasaran permukaan pada proses CNC milling. Besarnya

kontribusi pengaruh parameter pemesinan dapat diketahui dari analisis varian

rasio S/N (ANAVA Rasio S/N).

1. Analisis Varian (ANAVA Taguchi) Kekasaran Permukaan

Untuk mengetahui ada tidaknya pengaruh variasi kecepatan spindle,

kecepatan pemakanan, kedalaman pemakanan, dan cairan pendingin terhadap

tingkat kekasaran material baja ST 40 hasil proses pemesinan CNC milling type

ZK 7040, perlu dilakukan suatu pengujian statistik. Analisis varian dalam metode

Taguchi diaplikasikan sebagai metode statistik untuk menginterpretasikan data-

data hasil percobaan dan membantu mengidentifikasi pengaruh dari faktor,

sehingga akurasi perkiraan model dapat ditentukan. Metode Taguchi sudah

banyak digunakan pada penelitian sebelumnya, di antaranya: Optimasi Proses

Injeksi dengan Metode Taguchi (Wahyudi, Didik, 2001); Implementasi Metode

Taguchi pada Proses EDM dari Tungsten Karbida (Bilqiis, Falkhatun, Risma,

2010); Aplication of Taguchi Method in Optimizing Turning Parameter of

Titanium Alloy (Zaharim Azami, et al, 2008); Variasi Komposisi Bahan Genteng

Soka untuk Mendapatkan Daya Serap Air yang Optimal (Sartono, Putro, 2010);

Desain Eksperimen dengan Metode Taguchi (Soejanto Irwan, 2009). Analisis

varian dari kumpulan referensi jurnal penelitian dengan metode Taguchi tidak ada

yang memakai uji normalitas dan uji homogenitas. Analisis varian dalam

penelitian ini dihitung menggunakan software Qualitek. Tabel 16 menunjukkan

hasil analisis varian untuk data kekasaran permukaan, dengan software Qualitek.

Tabel 16. Analisis Varian (ANAVA).


commit to user

53

Berdasarkan rangkuman hasil Uji F untuk anava dua jalan pada Tabel 16

dapat diambil keputusan uji sebagai berikut:

a. Fobservasi = 50,338 dan dengan taraf signifikasi 1%, Ftabel = 6,01 sehingga

Fobservasi > Ftabel. Jadi kecepatan spindel berpengaruh secara signifikan

terhadap tingkat kekasaran material baja ST 40 hasil proses pemesinan

CNC milling type ZK 7040. Hipotesis pertama dapat diterima.

b. Fobservasi = 18,647 dan dengan taraf signifikasi 1%, Ftabel = 6,01 sehingga

Fobservasi > Ftabel. Jadi kecepatan pemakanan berpengaruh secara signifikan


CNC milling type ZK 7040. Hipotesis kedua dapat diterima.

c. Fobservasi = 17,501 dan dengan taraf signifikasi 1%, Ftabel = 6,01 sehingga

Fobservasi > Ftabel. Jadi kedalaman pemakanan berpengaruh secara signifikan


CNC milling type ZK 7040. Hipotesis ketiga dapat diterima.

d. Fobservasi = 30,77 dan dengan taraf signifikasi 1%, Ftabel = 6,01 sehingga

Fobservasi > Ftabel. Jadi cairan pendingin berpengaruh secara signifikan


CNC milling type ZK 7040. Hipotesis keempat dapat diterima.

2. Prediksi Nilai Kekasaran Permukaan

Prediksi nilai kekasaran optimum dilakukan untuk mengetahui perkiraan

nilai kekasaran permukaan rata-rata yang mungkin bisa dicapai dari hasil

eksperimen. Penghitungan nilai prediksi sebagai berikut:

�� = �� + (A�� − ��) + (B�� − ��) + (C�� − ��) + (D�� − ��)

=A�� + B�� + C�� + D�� − 3y�

= 0,57 + 1,12+ 1,14 + 0,56 – 3x0,88

= 0,75 µm


commit to user

54

3. Interval Kepercayaan Kekasaran Permukaan Rata-rata

�� = �� ℎ "#" � $%&'$()�$�1 + �� ℎ +$( � " %$,$, & � '$(%)( � ( " − ( "

�� = 9.31 + 8 = 3

r = jumlah replikasi

0� = ±23(4,4�;�;�7).89�. : 1��;

0� = ±26,01.0,013. >13?

= ± 0,16

Interval kepercayaan untuk kekasaran permukaan rata-rata adalah:

Ra prediksi - CI ≤ Ra prediksi ≤ Ra prediksi + CI

0,75 – 0,16 ≤ 0,75 ≤ 0,75 + 0,16

0,59 ≤ 0,75 ≤ 0,91

Didapat kekasaran optimal dari parameter proses proses CNC milling type

ZK 7040 pada material baja ST 40, yaitu pada Interval kekasaran

permukaan = 0,75 ± 0,16 µm.

4. Analisis Signal to Noise Ratio (Rasio S/N)

Penggunaan rasio S/N adalah sebagai kriteria pemilihan parameter yang

meminimumkan “error variance” yaitu variansi yang disebabkan oleh faktor-

faktor yang tidak dapat dikendalikan. Selain itu, rasio S/N juga digunakan untuk

memilih faktor-faktor yang memiliki kontribusi pada pengurangan variansi suatu

respon. Untuk mendapatkan rasio S/N dari desain parameter, Taguchi

menggunakan ANAVA (analisis varian) untuk memperkirakan rasio S/N untuk

mengidentifikasi setting parameter kontrol yang akan menghasilkan performansi

yang kokoh (robust), sehingga dapat juga untuk menentukan kondisi yang

optimal. Karakter kualitas yang diaplikasikan untuk kekasaran permukaan adalah

“smaller the better”.


commit to user

55

Tabel 17, 18, 19, dan 20 menunjukkan respon kekasaran permukaan rata-

rata rasio S/N yang dihitung dengan menggunakan software Qualitek-4.

Tabel 17. Respon Kekasaran Permukaan Rata-rata Rasio S/N Spindle Speed

Tabel 18. Respon Kekasaran Permukaan Rata-rata Rasio S/N Feed

Tabel 19. Respon Kekasaran Permukaan Rata-rata Rasio S/N Depth of Cut dan

Cutting Condition


commit to user

56

Tabel 20. Respon Kekasaran Permukaan Rata-rata Rasio S/N Keseluruhan

Parameter

Parameter Level Selisih

(maks – min) Ranking

1 2 3

1. Spindle speed (rpm)

2. Feed (mm/rev)

3. Depth of Cut (mm)

4. Cutting Condition

-1,48

1,37

1,18

-0,75

4,05

5,22

3,67

5,00

5,13

1,12

1,84

3,46

6,61

4,10

2,44

5,75

1

3

4

2

Tabel 20 menunjukkan respon kekasaran permukaan rata-rata rasio S/N

untuk keseluruhan parameter, kecepatan putaran spindel (spindle speed)

menempati peringkat yang pertama, kondisi pemotongan (cutting condition)

menempati peringkat kedua, dan diikuti parameter yang lain. Kecepatan spindel

(spindle speed) memiliki pengaruh yang paling besar terhadap hasil kekasaran

permukaan pada proses milling.

5. Analisis Varian Taguchi (ANAVA Taguchi) Rasio S/N Kekasaran

Permukaan

Tabel 21 di bawah ini menunjukkan hasil analisis varian untuk data

kekasaran permukaan, yang dihitung menggunakan software Qualitek-4.

Tabel 21. Analisis Varian (ANAVA) Rasio S/N Kekasaran Permukaan

Tabel 21 menunjukkan hasil perhitungan Anava rasio S/N dengan

persentase kontribusi dari masing-masing faktor. Faktor kecepatan spindel


commit to user

57

(spindle speed) memiliki persentase kontribusi sebesar 41,785%; kondisi

pemotongan (cutting condition) memiliki persentase kontribusi sebesar 29,462%;

kecepatan pemakanan (feed) memiliki persen kontribusi sebesar 17,414%; dan

kedalaman pemakanan (depth of cut) memiliki persentase kontribusi paling kecil

yaitu 11,337%.

6. Prediksi Nilai Rasio S/N Kekasaran Permukaan

Prediksi nilai optimal rasio S/N kekasaran permukaan hasil proses milling

9/A '($+)%&) = μC�� + μD�� + μ0�� + μE�� − 3μ��

= (4,05) + 1,37 + 1,18 + 5 – 3x 2,57

= 3,89 db.

7. Interval Kepercayaan Rasio S/N Kekasaran Permukaan

�� = �� ℎ "#" � $%&'$()�$�1 + �� ℎ +$( � " %$,$, & � '$(%)( � ( " − ( "

�� = 9.31 + 8 = 3


0� = ±23(4,4�;�;�7).89�. : 1��;

0� = ±26,01.0,95. >13?

= ± 1,38

Interval kepercayaan untuk rasio S/N kekasaran permukaan adalah:

S/N prediksi - CI ≤ S/N prediksi ≤S/N prediksi + CI

3,89 – 1,38 ≤ 3,89 ≤ 3,89 + 1,38

2,51 ≤ 3,89 ≤ 5,27

Interval rasio S/N = 3,89 ± 1,38 dB


commit to user

58

C. Interpretasi Hasil Eksperimen

Tabel 15 dan Tabel 20 diubah ke dalam bentuk grafik, sehingga akan

memudahkan untuk melakukan analisis hasil. Analisis grafik untuk masing-

masing parameter pemotongan dan pengaruh masing-masing level pada masing-

masing faktor dapat dilihat pada Gambar 22 berikut.

1. Kecepatan Spindel (spindle speed)

Gambar 22. Pengaruh kecepatan spindel terhadap kekasaran permukaan dan rasio

S/N

Gambar 22 menunjukkan nilai kekasaran permukaan semakin menurun

(halus) seiring dengan meningkatnya kecepatan spindel, hal ini karena dengan

semakin besar kecepatan spindel maka gesekan yang terjadi antara permukaan

benda kerja dan pahat akan lebih cepat sehingga permukaannya akan menjadi

lebih halus. Dipandang dari segi getaran mesin, ternyata pada kecepatan tinggi

kondisi mesin masih tetap stabil (tool holder dan konstruksi mesin). Hal ini

terbukti ketika mesin bekerja getaran mesin tidak begitu besar, dan waktu

dilakukan pengecekan posisi insert ternyata masih terpasang dengan baik (tidak

kendur). Pada Gambar 12 ditunjukkan hasil permukaan proses pemesinan (a)

dengan kecepatan 500 rpm, (b) kecepatan 1500 rpm, (c) kecepatan 2500 rpm.

Hasil terbaik adalah proses pemesinan dengan kecepatan 2500 rpm (c).

00,20,40,60,8

11,21,41,6

500 rpm 1500 rpm2500 rpm

keka

sara

n (µ

m)

Spindle Speed

-2

0

2

4

6

500 rpm 1500 rpm 2500 rpm

Ra

sio

S/N

(d

B)

Spindle Speed


commit to user

59

2. Kecepatan Pemakanan (Feed)

Gambar 23. Pengaruh kecepatan pemakanan terhadap kekasaran permukaan dan

rasio S/N

Gambar 23 menunjukkan bahwa kecepatan pemakanan terbaik berada

pada level kedua yaitu 0,12 mm/rev. Dengan kecepatan pemakanan yang besar

maka pergerakan pahat untuk melakukan pemakanan pada permukaan benda kerja

akan semakin besar, sehingga akan meninggalkan alur pengerjaan yang besar dan

akan semakin kasar. Dengan gerak pemakanan pahat yang rendah maka proses

pemakanan akan meninggalkan bekas yang cenderung mengikuti gerak pahat. Jika

gerak pemakanan terlalu besar maka akan meninggalkan alur pengerjaan yang

besar yang membentuk suatu tekstur permukaan. Berdasarkan data informasi

rekomendasi pahat, telah dicantumkan nilai rekomendasi yang mungkin bisa

dipakai dan nilai pada level yang kedua ini (0,12 mm/rev) adalah nilai yang

optimal, karena rata-rata dari nilai terendah dan nilai tertinggi yang

direkomendasikan.

00,20,40,60,8

11,21,41,6

0,07 mm/rev0,12 mm/rev0,17 mm/rev

keka

sara

n (µ

m)

Feed

0

1

2

3

4

5

6

0,07 mm/rev 0,12 mm/rev 0.17 mm/rev

Ra

sio

S/N

(d

B)

Feed


commit to user

60

3. Kedalaman Pemakanan (Depth of Cut)

Gambar 24. Pengaruh kedalaman pemakanan terhadap kekasaran permukaan dan

rasio S/N

Gambar 24 menunjukkan bahwa kedalaman pemakanan (depth of cut)

yang terbaik yang menghasilkan nilai kekasaran permukaan yang terbaik adalah

pada level kedua (1 mm). Kedalaman pemakanan berkaitan dengan pembentukan

beram. Jika kedalaman pemakanan rendah, maka beram yang dihasilkan bentuk

permukaannya ada sisi seperti serabut, dengan kata lain permukaan benda kerja

akan kasar karena adanya sisa proses pemesinan yang tertinggal. Kemungkinan

lain adalah struktur material benda kerja yang mengalami porositas (rongga),

sehingga pada kedalaman pemakanan yang rendah saat selesai proses pemesinan

terdapat sisa rongga dan saat dilakukan pengukuran maka hal ini akan

mempengaruhi hasil pengukuran. Jika kedalaman terlalu besar, maka hal ini akan

menghasilkan beram yang tebal dan akan menyebabkan getaran pahat yang besar

serta keausan pahat akan cepat terjadi sehingga permukaan menjadi kasar. Getaran

ini kemungkinan akan menyebabkan baut pengunci insert menjadi kendur dan

akhirnya bisa mempengaruhi kualitas permukaan. Hasil permukaan terbaik

ditunjukkan pada kedalaman pemakanan level kedua (1 mm).

00,20,40,60,8

11,21,41,6

0,5 mm 1,0 mm 1,5 mm

keka

sara

n (µ

m)

Depth of Cut (mm)

DoC

0

1

2

3

4

5

0,5 mm 1,0 mm 1,5 mm

Ra

sio

S/N

(d

B)

Depth of Cut (mm)

DoC


commit to user

61

4. Kondisi Pemotongan (Cutting Condition)

Gambar 25.Pengaruh kondisi pemotongan terhadap kekasaran permukaan dan

rasio S/N

Gambar 25 menunjukkan bahwa dengan menggunakan minyak akan

mendapat kekasaran permukaan paling kecil, dan pada kondisi kering yang

menghasilkan kekasaran permukaan paling besar. Hal ini dikarenakan dengan

menggunakan cairan pendingin, gesekan antara permukaan benda kerja dan pahat

akan berkurang dikarenakan adanya sifat pelumasan pada cairan pendingin yang

membentuk lapisan film yang melindungi permukaan benda kerja dan pahat, dan

sifat pelumasan yang paling besar dimiliki oleh minyak, sehingga hipotesis

terbukti. Minyak termasuk fluida pemotongan dengan jenis sintetis yang memiliki

viskositas yang lebih besar dibanding yang lain (dromus), sehingga minyak bisa

menimbulkan lapisan film yang bisa mengurangi kekasaran permukaan. Selain itu,

minyak juga memiliki konduktivitas termal yang baik (rendah), sehingga

deformasi yang bisa mempengaruhi kekasaran permukaan akibat perubahan

temperatur bisa diminimalkan. Cairan pendingin juga berfungsi sebagai pengatur

temperatur pemotongan, sehingga selalu konstan dan membersihkan permukaan

benda hasil pemotongan dari sisa beram yang dapat merusak permukaan hasil

pemotongan.

00,20,40,60,8

11,21,41,6

dry minyak nabati

dromus

keka

sara

n (µ

m)

Cutting Condition

-2-10123456

dry minyak nabati

dromus

Ra

sio

S/N

(d

B)

Cutting Condition


commit to user

62

D. Pembahasan dan Analisis Hasil Eksperimen

1. Analisis Hasil Kekasaran Permukaan

Berdasarkan grafik respon kekasaran permukaan hasil eksperimen yang

dilakukan diketahui kondisi optimumnya yaitu pada kecepatan putaran spindel

2500rpm; kecepatan pemakanan 0,12 mm/rev; kedalaman pemakanan 1 mm; dan

menggunakan pendingin minyak, hasil tersebut sama dengan penghitungan

menggunakan software Qualitek yang dapat dilihat pada Tabel 22 di bawah.

Tabel 22. Kondisi Optimum dan Performansi

Kondisi optimum menghasilkan kekasaran rata-rata untuk eksperimen

konfirmasi yang dapat dilihat pada Tabel 23 di bawah.

Tabel 23. Hasil Pengukuran Ra Optimum

Pengukuran Titik pengukuran Ra

Rata-rata

Replikasi

Mean Rasio

S/N 1 2 3 4 5

1. 0,75 0,70 0,65 0,78 0,76 0,73

0,72 2,84 2. 0,71 0,81 0,69 0,73 0,68 0,72

3. 0,72 0,75 0,72 0,65 0,72 0,71

2. Eksperimen Konfirmasi Rata-rata Kekasaran Permukaan

0� = ±23(4,4�;�;�7).89�. : 1�� + 1(;


commit to user

63

�� = �� ℎ "#" � $%&'$()�$�1 + �� ℎ +$( � " %$,$, & � '$(%)( � ( " − ( "

�� = 9.31 + 8 = 3


Untuk nilai F(0,01;2;18) diambil dari tabel Appendiks lampiran 10 dengan toleransi

error sebesar 1% = 6,01.

0� = ±26,01.0,013. >13 + 13?

= ± 0,23 µm

Interval kepercayaan untuk rata-rata kekasaran permukaan adalah:

Rakonfirmasi - CI ≤ Rakonfirmasi ≤ Rakonfirmasi + CI

0,72 – 0,23 ≤ Ra konfirmasi ≤0,72 + 0,23

0,49 ≤ Ra konfirmasi ≤ 0,95

3. Eksperimen Konfirmasi Rasio S/N

0� = ±23(4,4�;�;�7).89�. : 1�� + 1(;

�� = �� ℎ "#" � $%&'$()�$�1 + �� ℎ +$( � " %$,$, & � '$(%)( � ( " − ( "

�� = 9.31 + 8 = 3


0� = ±26,01.0,95. >13 + 13?

= ± 1,95 db

Interval kepercayaan untuk rasio S/N (variabilitas) adalah:

S/Nkonfirmasi - CI ≤ S/Nkonfirmasi ≤S/Nkonfirmasi + CI

2,84 – 1,95 ≤ S/N konfirmasi ≤ 2,84 + 1,95

0,89 ≤ S/N konfirmasi ≤ 4,79


commit to user

64

Tabel 24. Interpretasi Hasil Eksperimen Konfirmasi dan Eksperimen Taguchi

Respon (kekasaran permukaan) Prediksi Optimasi

Eksperimen

Taguchi

Rata-rata (µm) 0,75 0,75 ± 0,16

Rasio S/N (dB) 3,89 3,89 ± 1,38

Eksperimen

konfirmasi

Rata-rata (µm) 0,72 0,72 ± 0,23

Rasio S/N (dB) 2,84 2,84 ± 1,95

Tabel 24 menunjukkan perbandingan nilai eksperimen Taguchi dan hasil

eksperimen konfirmasi benda hasil proses milling dengan mesin CNC berada pada

daerah toleransi yang diperbolehkan.

Interpretasi hasil eksperimen konfirmasi dan eksperimen Taguchi

menunjukkan nilai kekasaran optimal proses pemesinan CNC milling type ZK

7040 yaitu: 0,72 ± 0,23.

Eksperimen Taguchi dan eksperimen konfirmasi mengalami penurunan

pada rata-rata dan rasio S/N (variabilitasnya). Hal ini membuktikan bahwa

kombinasi parameter optimal dari eksperimen yang dilakukan mengalami

penurunan nilai kekasaran permukaan, dengan kata lain kualitas permukaan yang

dihasilkan semakin halus sesuai dengan karakter kualitas yang diinginkan

“smaller the better” yang berarti semakin kecil semakin baik.


commit to user 65

BAB V

SIMPULAN, IMPLIKASI DAN SARAN

A. Simpulan

Berdasarkan hasil penelitian dengan mengacu pada perumusan masalah,

maka dapat disimpulkan beberapa hal sebagai berikut:

1. Ada perbedaan pengaruh yang sangat signifikan pada taraf signifikansi 1 % yaitu

pada variasi kecepatan spindel terhadap besarnya nilai kekasaran material baja ST

40 hasil proses pemesinan CNC milling type ZK 7040. Ini dapat dilihat pada

hasil uji analisis data yang menyatakan bahwa Fobs = 50,338 lebih besar daripada

Ftabel = 6,01 (Fobs > Ft).


pada variasi kecepatan pemakanan terhadap besarnya nilai kekasaran material

baja ST 40 hasil proses pemesinan CNC milling type ZK 7040. Ini dapat dilihat

pada hasil uji analisis data yang menyatakan bahwa Fobs = 18,647 lebih besar

daripada Ftabel = 6,01 (Fobs > Ft).


pada variasi kedalaman pemakanan terhadap besarnya nilai kekasaran material

baja ST 40 hasil proses pemesinan CNC milling type ZK 7040. Ini dapat dilihat

pada hasil uji analisis data yang menyatakan bahwa Fobs = 17,501 lebih besar

daripada Ftabel = 6,01 (Fobs > Ft).


pada variasi cairan pendingin terhadap besarnya nilai kekasaran material baja ST

40 hasil proses pemesinan CNC milling type ZK 7040. Ini dapat dilihat pada

hasil uji analisis data yang menyatakan bahwa Fobs = 30,77 lebih besar daripada

Ftabel = 6,01 (Fobs > Ft).

5. Parameter yang menghasilkan nilai kekasaran optimal pada proses pemesinan

CNC milling type ZK 7040 pada material baja ST 40, dengan menggunakan


commit to user

66

metode Taguchi adalah kecepatan spindle 2500 rpm; kecepatan pemakanan 0,12

mm/rev; kedalaman pemakanan 1 mm; dan menggunakan cairan pendingin jenis

minyak.

B. Implikasi

Berdasarkan hasil penelitian yang didukung oleh landasan teori yang telah

dikemukakan, tentang pengaruh kecepatan pemakanan, kecepatan spindle, dan

kedalaman pemakanan terhadap tingkat kekasaran permukaan pada material baja ST

40 hasil proses pemesinan CNC milling type ZK 7040, dapat diterapkan ke dalam

beberapa implikasi yang dapat dikemukakan sebagai berikut:

1. Implikasi Teoritis

Hasil optimasi parameter dengan metode Taguchi dalam penelitian ini jika

ada tuntutan kekasaran 0,72 ± 0,18 µm kita dapat menggunakan parameter pemesinan

pada kondisi kecepatan putaran spindel 2500 rpm, kecepatan pemakanan sebesar 0,12

mm/rev, kedalaman pemakanan 1 mm, dan kondisi pemotongan dengan

menggunakan fluida pemotongan jenis minyak.

2. Implikasi Praktis

Rekayasa kualitas secara off-line adalah aktivitas pengendalian kualitas pada

fase perencanaan produk, desain, dan rekayasa produk. Metode Taguchi digunakan

untuk memperbaiki kualitas produk dan proses dalam waktu yang bersamaan

menekan bianya dan sumber seminimal mungkin. Hasil optimasi parameter dengan

metode Taguchi dapat digunakan sebagai bahan pertimbangan operator atau

programer dalam menentukan rekomendasi kombinasi level kecepatan pemakanan

dan kecepatan spindel untuk mendapatkan tingkat kekasaran yang optimal.


commit to user

67

C. Saran

1. Optimasi parameter pemesinan untuk penelitian sejenis sangat baik kalau

dianalisis faktor-faktor atau variabel-variabel lain yang mempengaruhi tingkat

kekasaran permukaan pada material baja ST 40 hasil proses pemesinan CNC

milling type ZK 7040.

2. Penelitian ini masih bisa dikembangkan lagi dengan cara menambah variabel

bebasnya seperti variasi pendingin, variasi jumlah mata sayat pahat, bahan pahat

dan bahan benda kerja.

optimasi parameter proses pemesinan cnc milling terhadap kekasaran permukaan baja st40 dengan metode...

Documents