Journal of Mechanical Design and Testing 1(2), (2019), 105-115 DOI: http://dx.doi.org/10.22146/jmdt.v1i2.53050 e-ISSN: 2685-8029

## Pemanfaatan Mikroskop Digital untuk Mengamati dan Menganalisa Keausan Insert tools pada Mesin Bubut
J. Pardadi 1,* , B. Rahmat 1
1 Departemen Teknik Mesin dan Industri, Fakultas Teknik, Universitas Gadjah Mada Jalan Grafika No. 2 Yogyakarta 55281 Telp. +62-274-521673 *e-mail: pardadi@ugm.ac.id

## Abstract
During the workpiece machining process, it is important to estimate the wear of insert tools. The wear of such tools should be noted and then followed up for obtaining the good results of machining and products with precision as  designed.  The  worn  insert  tools  should  be  replaced  so  that  the  quality  of  the  results  of  the  work  can  be maintained.
In this research, the wear of HSS insert tool of the CNC lathe used for machining steel workpiece (as used for practical work) was investigated, with variations of the rotation = 1000, 1200, and 1400 rpm, the depth of the cut = 0.5, 1.0, and 1.5 mm, and the feeding speed = 75, 100, 125 mm/min. Each of the cutting process variations were applied to process the workpiece having starting diameter of 22 mm. After the completion of the work, the wear of the insert tools was examined by comparing the used tools with the new ones by using a simple comparator and gold scales.
The use of a simple comparator (mini viewer, digital/usb microscope and gold scales) gave varied results. The gold scales with precision up to 0.01 g was still not be able to demonstrate a significant difference between the used insert tools and the new one. On the other hand, mini viewer/usb microscope could show the difference on wear marks on the insert tools. Because the wear marks were too small, however, the relationship between insert tools wear and cutting parameters could not be measured.
Keywords : Insert tools, CNC Lathe, Simple Comparator, Gold Scales.

## Abstrak
Pada proses pengerjaan benda kerja di mesin perkakas sangatlah penting untuk memperkirakan keausan alat iris yang digunakan. Hal tersebut harus diketahui untuk  kemudian ditindaklanjuti demi hasil pengerjaan yang baik dan teliti sesuai dengan yang dirancang. Apabila telah terjadi keausan pada alat iris maka alat iris itu harus diganti/diasah sehingga hasil pengerjaan bisa terjaga kualitasnya.
Pada penelitian ini akan diteliti keausan alat iris insert pada mesin bubut CNC untuk pengerjaan benda kerja besi (seperti yang digunakan untuk praktikum) dengan variasi putaran = 1000, 1200, dan 1400 rpm, kedalaman pemakanan = 0,5, 1,0, dan 1,5 mm, dan kecepatan pemakanan = 75, 100, 125 mm/menit dengan menggunakan Alat Iris Insert HSS. Masing-masing variasi proses pemakanan menggunakan benda kerja dengan diameter awal 22 mm. Kemudian setelah selesai pengerjaan, alat iris di cek keausannya dengan cara dibandingkan dengan alat iris yang masih baru dengan menggunakan komparator sederhana dan timbangan emas.
Penggunaan  Komparator  sederhana  ( mini viewer, mikroskop  digital usb  dan  timbangan  emas) memberikan hasil yang bervariasi. Ketelitian 0.01 gram pada timbangan emas masih tidak dapat menunjukkan perbedaan yang signifikan antara Insert tools sudah digunakan dengan yang baru (dan keausan masih terlalu kecil, di bawah 0.01 gram). Mini Viewer dan usb mikroskop sudah
bisa menunjukkan perbedaan tanda/keausan pada insert tools yang digunakan. Tetapi belum bisa terukur karena masih terlalu kecil. Hubungan antara keausan insert tools dengan parameter- parameter pema-kanan belum bisa di dapat karena secara visual (dengan kom-parator sederhana dan timbangan emas) belum kelihatan secara signifikan.
Kata kunci : Insert tools, Mesin Bubut CNC, Komparator sederhana, Timbangan emas.

## 1. PENDAHULUAN
Salah  satu  faktor  dalam  efisiennya  suatu  Proses  Pengerjaan  benda  kerja  dengan menggunakan  mesin  perkakas  adalah  Biaya  Alat  Iris.  Walaupun  secara  umum  penghematan umur alat iris tidak merupakan faktor dominan (optimalisasi “ cutting condition ” lebih dominan), tetapi  keausan  alat  iris  tetap  harus  diperhitungkan.  Untuk  itu  maka  sangatlah  penting  untuk memperkirakan keausan alat iris yang digunakan. Hal tersebut harus diketahui untuk kemudian ditindaklanjuti demi hasil pengerjaan yang baik dan teliti sesuai dengan yang dirancang. Apabila telah  terjadi  keausan  pada  alat  iris  maka  alat  iris  itu  harus  diganti/diasah  sehingga  hasil pengerjaan bisa terjaga kualitasnya. Keausan Alat Iris ( insert ) tersebut bisa diketahui dengan cara diukur/dibanding dengan tool yang masih baru. Rumusan masalah pada penelitian ini adalah sebagai berikut :
1. Belum adanya acuan untuk perkiraan waktu  untuk  kondisi pemakanan  yang  tertentu dimana tool mulai mengalami keausan.
2. Belum  adanya  data  tentang  hubungan  antara  kondisi  pemakanan  ( cutting  condition ) dengan keausan alat iris.
Batasan masalah dan asumsi yang digunakan dalam penelitian ini adalah :
1. Mesin yang digunakan adalah Mesin Bubut CNC ET 242
2. Material yang digunakan adalah besi yang biasanya digunakan untuk bahan praktikum.
3. Menggunakan satu jenis alat iris (insert) HSS.
4. Menggunakan variasi putaran = 1000, 1200, dan 1400 rpm,
5. Kedalaman pemakanan = 0,5, 1,0, dan 1,5 mm, dan
6. Kecepatan pemakanan = 75, 100, 125 mm/menit Tujuan dari penelitian ini adalah:
1. Pemanfaatan mikroskop digital sederhana untuk pengamatan keausan alat iris dengan bantuan proyektor ( viewer )
2. Mendapatkan  data  hubungan  antara  keausan tool dengan  beberapa  parameter pemakanan.

## 2. METODE PENELITIAN
Penelitian di bidang pemotongan logam tidak dilakukan sampai kurang lebih 70 tahun setelah  mesin  perkakas  dikenal.    Penelitian  awal  tentang  pemotongan  logam  dimulai  oleh Cocquilhat pada 1851, terus berkembang hingga akhirnya Mallock pada tahun 1881 menyatakan bahwa proses pemotongan pada dasarnya adalah menggeser bahan benda kerja ke bentuk tatal seperti gambar berikut :
Gambar 1. Model Proses Pemotongan ( Boothroyd, 1975)
Taylor (1906),  menerbitkan  tulisan  sebagai  hasil  penelitiannya  selama  26  tahun  yang membahas tentang aplikasi sistem benda kerja pada mesin perkakas. Sejumlah penelitian Taylor adalah  tentang  efek  bahan  alat  iris  dan cutting  conditions pada  umur  alat  iris  selama  proses pemotongan  awal  (kasar).  Obyek  yang  utama  adalah  menentukan  hukumempiris  yang  akan memberikan cutting condition yang optimum. Dengan mengkom-binasikan  proses heat treatment versi Taylor – White yang  menghasilkan  alat  iris  potong  untuk  kecepatan  tinggi  dengan  hasil penelitian  empiris  untuk  mengembangkan  metoda  di  bengkel, Taylor ternyata  berhasil menaikkan produksi bengkel mesin dari Persahaan Baja Bethlehem dengan 500%. Hukum empiris dari Taylor yang mengatur hubungan antara cutting speed dan umur alat iris yang dianjurkan oleh Taylor sampai  sekarang  masih  digunakan  dan  dipakai  sebagai  dasar  berbagai  studi  tentang ekonomi proses permesinan. Salah satu penemuan dasar yang dibuat oleh Taylor adalah bahwa suhu yang timbul pada ujng alat iris akan sangat mempengaruhi laju keausan alat iris. Cutting speed sendiri dirumuskan sebagai berikut :
CS = πDN 60.000 m/detik (1)
dengan D = diameter benda kerja dalam mm N = RPM
Cutting  speed yang  dianjurkan untuk berbagai material secara  umum bisa  dilihat pada  tabel  di bawah :
Tabel 1. Daftar cutting speed yang dianjurkan, m/menit (Begeman, 1979) Bahan HSS Karbida Finishing  Roughing  Finishing  Roughing Baja Pemotong Bebas, 1112, 1315 75-110 25-45 185-230 110-140 Baja Karbon. 1010, 1025 70-90 25-40 170-215 90-120 Baja Menengah, 1030,1050 60-85 20-40 140-185 75-120 Baja Nikel, 2330 60-85 20-35 130-170 70-100 Chrom Nikel, 3120, 5140 45-60 15-25 100-130 55-80 Besi Cor Kelabu Lunak 40-45 25-30 110-140 60-125 Kuningan 85-110 45-70 185-215 120-150 Aluminium 70-110 30-45 140-215 60-90 Plastik 90-150 30-60 120-200 45-75
a. Kedalaman pemakanan = 0,38 – 2,39 mm, feed = 0,13 – 0,38 mm/putaran b. Kedalaman pemakanan = 4,75 – 9,53 mm, feed = 075 – 1,27 mm/putaran Biasanya  perusahaan-perusahaan  yang  memproduksi  alat  iris  juga  akan  mengeluarkan cutting condition yang dianjurkan untuk produk-produk mereka secara umum.

## Keausan dan Umur Alat Iris
Umur  alat  iris,  secara  umm  digunakan  untuk  mengevaluasi  kemampuan  penger-jaan/ proses produksi yang akhirnya berhubungan dengan biaya penger-jaan/proses. Umur alat iris bisa didapat dengan berbagai cara, tetapi secara umum bisa dibagi menjadi 2 cara : 1.  Melihat Keausan pada daerah tertentu dari tool face dan tool flank 2.  Kerusakan pada ujung alat iris, kerusakan mekanis dan kerusakan karena panas.
Pada  proses  pemotongan  logam  dikenal  3  bentuk  keausan  yaitu adhesion,  abrasion, dan diffusion.
Kontak antara  tatal  dan bahan  alat  iris akan  berbentuk seperti pada Gambar  1,  ketika kontak tersebut lepas/tatal patah maka bahan alat iris bisa terkelupas dan ikut terbawa keluar bersama tatal. Kejadian ini yang disebut dengan Keausan adhesion . Keausan abrasion terjadi ketika partikel keras dari tatal melewati face dari alat iris dan membawa pergi bahan alat iris secara mekanis (proses abrasi).
Pada pemotongan logam, terjadi kontak yang kuat antara bahan benda kerja dengan alat iris.  Hal  ini  akan  menimbulkan  temperatur  yang  tinggi, difusi bisa  terjadi  dimana  atom berpindah dari alat iris ke bahan benda kerja. Ini terjadi pada daerah reaksi yang sangat sempit pada  permukaan  di  antara  ke  dua  bahan  dan  mengakibatkan  kelemahan  pada  struktur permukaan alat iris.
Keausan tool merupakan  kerusakan bertahap  dari tool itu  sendiri karena operasi  yang normal. Type dari keausan :
a. flank wear, di mana bagian dari tool yang kontak dengan benda kerja terkikis/erosi. kawah memakai di mana kontak dengan chip mengikis wajah menyapu.
b. crater wear, dimana bagian dari tool yang kontak dengan tatal terkikis di permukaan rake. Hal ini masih bisa dikatakan normal ntuk keausan tool, dan tidak merupakan sesuatu penurunan kualitas penggunaan tool sampai terjadi kerusakan yang serius pada ujung potong tool. Hal ini bisa disebabkan karena spindle speed yang terlalu rendah atau feed rate yang terlalu tinggi.
c. built-up edge, dimana material yang dikerjakan menempel di sisi-iris/ujung tool . Sejumlah material  (misal ,  aluminum dan copper ) mempu-nyai  kecenderungan  untuk  melunak  dan menempel  ke cutting  edge dari tool. Ini  sering  terjadi pada  sebagian besar logam  yang lunak dengan titik lebur yang “rendah”. Hal ini bias dicegah dengan menaikkan cutting speeds dan menggunakan pendingin/pelumas. Pada saat drilling, bisa terlihat sebagai ring yang gelap dan mengkilap.
d. Glazing , terjadi pada roda gerinda dan muncul saat abrasive yang terluar mulai tumpul. Ini terlihat mengkilap saat roda gerinda berputar.
e. edge wear , pada drills, mengacu pada keausan sisi luar dari drill bit di sekitar permukaan sisi iris yang disebabkan karena cutting speed yang terlalu tinggi. Ini akan meluas ke bagian bawah dari drill flutes , dan  untuk memperbaiki perlu membuang material yang cukup banyak dari drill bit .
Gambar 2. Daerah Keausan Alat Iris pada proses pemotongan logam (Boothroyd,1975)
Efek dari keausan tool termasuk : a. Meningkatnya gaya potong
b. Meningkatnya suhu pemotongan
c. Surface finish yang jelek
d. Menurunnya ketelitian/toleransi dari benda kerja hasil pemotongan.
e. Merupakan awal dari kerusakan tool .
f. Menyebabkan perubahan pada geometri tool.
Keausan pada permukaan alat iris ( tool face ) disebabkan karena aksi dari tatal yang bergeser melewati permukaan alat iris. Dari Gambar 3, terlihat bahwa temperatur tertingg yang timbul terjadi pada permukaan alat iris ( tool face ); pada kecepatan potong yang tinggi, temperatur ini bisa mendekati 1000 o C. Di bawah kondisi temperatur yang tinggi ini, alat iris HSS akan menjadi aus dengan sangat cepat karena proses pelunakan bahan alat iris akibat suhu tinggi.
Keausan pada flank disebabkan karena adanya gesekan antara permukaan benda kerja yang baru saja dikerjakan dengan area kontak pada flank alat iris. Karena kekokohan benda kerja, area ujung pahat yang aus yang disebut dengan flank wear land harus sejajar dengan arah pemotongan (seperti  terlihat  pada Gambar  2). Dengan menggunakan  mikroskop, bisa  diukur  lebar  daerah keausan pada flank.
Gambar 3. Distribusi temperatur pada benda kerja dan tatal selama pemotongan untuk baja dengan kecepatan potong 0,38 m/detik, lebar pemotongan 6,35 mm dan rake angle 30° (Boothroyd,1975)
Gambar 4. Keausan alat Iris single point pada proses pemotongan dengan mesin bubut (Draft Proposal ISO ke-5, ISO/TC 29WG 22)
Pada  operasi  permesinan,  keausan  dari face dan flank dari  alat  iris  tidaklah  uniform sepanjang  ujung  potong  alat  iris  yang  aktif.  Seperti  terlihat  pada  Gambar  4,  timbul  sejumlah variasi cratering sepanjang ujung ptoong yang aktif dan kedalaman crater (potongan A – A). Lebar keausan flank pada sudut alat iris (daerah C) ditunjukkan oleh VC. Pada ujung yang lain dari ujung potong aktis (daerah N), wear notch akan sering muncul karena pada daerah ini bahan benda kerja cenderung mengalami pengerasan pada proses pengerjaan  sebelumnya.  Lebar  daerah  keausan pada wear notch ditunjukkan oleh VN. Pada daerah tengah (daerah B), keausan hampir merata. Meskipun demikian, tetap terjadi variasi lebar keausan dengan rata-ratanya ditnjukkan oleh VB dan maksimumnya ditunjukkan oleh VB maks .
Kriteria  yang  direkomendasikan  oleh  ISO  untuk  umur  efektif  alat  iris  dari  HSS  atau keramik adalah :
1. Kerusakan yang parah atau
2. VB = 0,3 mm, bila flank aus secara normal pada daerah B atau
3. VB maks = 0,6 mm, flank aus secara tidak normal, tergores dalam daerah B Bila bahan benda kerja, bahan alat iris, dan bentuk alat iris dipilih secara khusus, maka faktor yang paling dominan yang mempengaruhi umur alat iris adalah cutting speed .
v v t = ( t r t ) n (2)
dimana n = konstanta v = cutting speed t = umur alat iris v r = acuan cutting speed sesuai dengan acuan umur alat iris t r
Gambar 5. Pengaruh Cutting Speed, Feed rate, dan Cutting Depth terhadap Tool Life
Gambar 6. Trouble Shooting Efek Cutting Speed, Feed rate, dan Depth of Cut
Untuk mengurangi keausan tool, bisa dengan menggunakan pelumas dan pen-dingin pada saat pengerjaan/pemotongan.    Hal  ini  akan  mengurangi  gesekan  ( friction )  dan  suhu  yang  akan mengurangi keausan tool .

## 3. HASIL DAN PEMBAHASAN
Hasil pengamatan dan perhitungan-perhitungan adalah sebagai berikut :
1. Penggunaan  Timbangan  emas  dengan ketelitian  0,01 gram untuk  mengetahui perbedaan berat insert tools yang sudah digunakan dengan yang baru ternyata masih belum menunjukkan perbedaan berat. Ini mungkin disebabkan karena keausan yang masih terlalu tipis sehingga perbedaan berat masih di bawah 0,01 gr am.
2. Pengamatan dengan menggunakan Komparator sederhana sudah bisa terlihat keausan insert tools yang sudah digunakan. Tetapi keausan ini juga belum bisa terukur karena masih terlalu kecil.
Gambar 7. Insert yang masih baru, pandangan atas
Gambar 8. Insert yang masih baru, pandangan samping
Gambar 9. Insert yang masih baru, dgn latar belakang garis pembanding
Gambar 10. Insert yang sudah digunakan, pandangan atas
Gambar 11. Insert yang sudah digunakan, pandangan samping
Gambar 12. Insert yang sudah digunakan, dengan latar belakang garis pembanding

## 4. KESIMPULAN
Penggunaan Komparator sederha-na ( Viewer mini, mikroskop digital usb dan timbangan emas) memberikan hasil yang bervariasi. Ketelitian 0.01 gram pada tim-bangan emas masih tidak dapat menunjukkan perbedaan yang signifikan antara Insert tools sudah digunakan dengan yang baru (dan keausan masih terlalu kecil, di bawah 0.01 gram). Mini Viewer dan usb mikroskop sudah bisa menunjukkan perbedaan tanda/ keausan pada insert tools yang digunakan. Tetapi belum bisa terukur karena masih terlalu kecil.
Hubungan  antara  keausan insert  tools dengan  parameter-2  pema-kanan  belum  bisa  di dapat karena secara visual (dengan kom-parator sederhana dan timbangan emas) belum kelihatan secara signifikan

## 5. DAFTAR PUSTAKA
Boothroyd, G., Fundamentals of Metal Machining and Machine Tools, International Student Editions, McGraw-Hill Kogakusha, Ltd., Tokyo, 1975.
Begeman, L., Manufacturing Processes, John Wiley & Sons, New York, 1977.
Takeshi, G., Menggambar Mesin, Association for International Technical Promotion, Tokyo, 1981.
Tungaloy, Turning & Boring Tools, Toshiba Tungaloy Co., Ltd., Japan, 1991. Tizit, - , Tizit Scanplan, Tizit, Plansee, Austria Sandvik Coromant, - , Turning Handbook, Sandviken, Sweden. Sandvik Coromant, - , Training Handbook, Sandviken, Sweden. Pardadi, J., Pengaruh Kecepatan dan Ketebalan Pemakanan terhadap Keausan Alat Iris serta Benda Kerja yang dihasilkan dengan Menggunakan Mesin Bubut CNC ET 242, Forum Teknik vol. 29, no 1, Januari 2005, Fakultas Teknik UGM, Yogyakarta.