Perbandingan Kekasaran Permukaan yang dihasilkan Proses High Speed Milling antara arah pemakanan down-milling dan up-milling pada material alumunium 6061
Wahyu Isti Nugroho * , Hartono , Slamet Priyoatmojo, Avicenna an nizhami, Padang Yanuar, Sunarto Jurusan Teknik Mesin , Politeknik Negeri Semarang Jl. Prof. H. Soedarto, S.H., Tembalang, Kota Semarang, Jawa Tengah 50275 Telp. +6224 7473417,7499585,7499586, Fax. +6224 7472396 *E-mail: wahyu.istinugroho@polines.ac.id
Diajukan: 18-10-2022; Direvisi: 20-12-2022; Dipublikasi: 23-12-2022

## Abstrak
Perkembangan  teknologi  mesin milling memberikan  kemudahan  untuk  melakukan  berbagai  jenis  gerakkan pemakanan dan parameter pemotongan. Penentuan gerakkan serta parameter proses yang tepat menentukan kualitas suatu  produk.  Pada  proses  produksi,  tidak  hanya  mempertimbangkan  kualitas  produk  yang  dihasilkan  tetapi dipertimbangkan  waktu proses serta  usia pakai alat potong atau dikenal tool life . high speed milling (HSM) adalah metode pemakanan memanfaatkan panjang flute dan kecepatan potong tinggi untuk proses roughing . Metode tersebut menggunakan  pemakanan  samping  atau side  cutting dengan  lebar  pemakanan  yang  kecil.  Pada  pemakanan side cutting memiliki  dua  metode  arah  pemakanan  yaitu down  milling dan up  milling .  Kedua  metode  arah  pemakanan masih  menjadi  perdebatan  untuk  menentukan  kualitas  hasil  pemakanan  terbaik.  Tujuan  dari  penelitian  ini  untuk mengetahui  hasil    kekasaran  permukaan  dari  metode up  milling dan down  milling .  Metode  penelitian  ini menggunakan bahan  Alumunium 6061 Series ukuran 54x54x50, Cutter endmill DHF Ø10, Panjang flute 30 mm, 2 flute ,  metode  pemotongan dry  cutting .  Proses  pengujian  pemotongan roughing kedalaman  20mm  dengan  lebar pemotongan  1.5mm,  dan  pemotongan finishing kedalaman  10mm  dengan  lebar  pemotongan  0.15mm.  Metode  up milling  dengan  step  over  1.5mm  menghasilkan  kekasaran  permukaan  yang  besar  yaitu  Ra  0.6796µm  dibandingkan metode  down  milling  dengan  Ra  0.5876µm.  Metode down  milling menghasilkan  kekasaran  permukaan  yang  lebih baik dibandingkan up milling.
Kata kunci: Alumunium, High speed milling, Side cutting

## Abstract
The development of milling  machine technology makes it easy to perform various types  of feed motion and cutting parameters. Motion of tools and the right process parameters determine the quality of a product. In the production process, do not consider the quality of the resulting product, only consider the time and age of the cutting tool or the known age of the tool. high speed milling (HSM) is a feeding method that utilizes flute length and high cutting speed for  the  roughing  process.  This  method  uses  side  feeding  or  side  cutting  with  a  small  feed  width.  In  side  cutting feeding, there are two methods of feeding direction, namely down milling and up milling. The two feeding methods are  still  the  determinants  for  determining  the  quality  of  the  best  feeding  results.  The  purpose  of  this  study  was  to determine  the  results  of  the  surface  roughness  of  the  up  milling  and  down  milling  methods.  This  research  method uses  Aluminum  6061  Series  with  size  54x54x50,  DHF  10  endmill  cutter,  30  mm  flute  length,  2  flutes,  dry  cutting method. The testing process cuts a depth of 20mm with a cutting width of 1.5mm, and a finishing cut of 10mm depth with a cutting of 0.15mm. The up milling method with a step over 1.5mm produces a large surface roughness of Ra 0.6796µm  compared  to  the  down  milling  method  with  Ra  0.5876µm.  The  results  of  this  study  concluded  that  the down-milling direction resulted in better surface roughness than the up-milling direction.

## Keywords: Alumunium, high speed milling, side cutting

## 1. Pendahuluan
High  speed  milling (HSM)  adalah  proses  manufaktur  yang  diperbincangkan  hingga  saat  ini.  HSM  merupakan metode  baru  untuk milling  roughing menggunakan  diameter  10  mm  atau  dibawahnya  dengan  kedalaman  penuh High axial  depth (Ad) of  cut dengan feed  rate dan speed  tinggi [1].  Metode  HSM  sebagian  besar  menggunakan  teknik penyayatan side cutting dibandingkan menggunakan penyayatan end cutting pada pahat potong.
Berdasarkan arah pemotongan pada proses milling dikenal dengan metode up milling atau conventional milling dan down milling atau climbing milling . Arah pemotongan pada proses milling mempengaruhi kekasaran permukaan benda kerja  [2].  Proses  side  cutting  arah  pemotongan down  milling menghasilkan  kekasaran  permukaan  yang  lebih  baik
dibandingkan up  milling .  Metode down  milling memberikan  umur  pahat  lebih  lama  dibandingkan up  milling [3]. Keausan pahat untuk metode down milling lebih baik dari pada metode up milling . Terdapat chipping pada sisi potong yang  menyebabkan  penurunan  kemampuan  potong  yang  menyebabkan  gesekan  dan  menghasilkan  keausan  [3]. Kesetabilan metode down-milling lebih baik dibandingkan up-milling ditinjau dari frequensi terjadinya getaran , chater , serta  hasil  pemakanan  [4].  Temperature  pada  permukaan  geram  yang  dihasilkan  dari  kedua  metode  pemotongan up- milling dan down-milling bahwa  suhu  pada  geram  berkontribusi  terhadap  keausan  pahat.  Namun  metode up  milling menghasilkan temperature geram yang lebih rendah dibandingkan metode down milling [5]. Pada kenyataan dilapangan, bahwa  operator  masih  menerapkan  pemakanan up-milling dibandingkan down-milling [6].    Pada up  milling (gambar 1a), geram yang dibentuk oleh setiap gigi pemotong dimulai dari bentuk tipis dan bertambah tebal selama pemotong [9].
Gambar 1 . Up Milling (a), Down Milling (b) [9]
Ditemukan beban pemotongan yang lebih tinggi pada up milling , sehingga tidak sesuai untuk pemakanan roughing [10].  Penelitian  untuk  pemakanan side  cutting material Steel C45  untuk  kedalaman  10  mm  diperoleh  hasil  kekasaran permukaan 8.882 µm untuk down milling, dan 12,321 µm untuk up milling. Strategi pemakanan Down milling sesuai untuk pemakanan Roughing dan finishing [11][12][14].

## S surface roughness
Pemakanan  dengan side  cutting menimbulkan  defleksi,  akan  tetapi  dapat  diatasi  dengan  mengurangi  lebar pemakanan  [13].  Perpaduan  parameter  pemotongan  untuk  up  dan down  milling menghasilkan  perbedaan  kekasaran permukaan namun tidak terlalu signifikan untuk finishing [15]. Perlu dilakukan penelitian untuk membandingkan antara arah pemakanan down-milling dengan up-milling ditinjau dari kualitas permukaan yang dihasilkan. Berdasarkan gambar 2, nilai kekasaran permukaan rata-rata atau roughness average dari proses milling adalah 25µm sampai dengan 0.2µm [8]. Tujuan dari penelitian ini adalah membandingkan kekasaran permukaan dinding benda kerja yang dihasilkan antara arah pemakanan down-milling dengan up-milling .

## 2. Material dan Metodologi
2.1 Metode penelitian
Gambar 3 . Alur penelitian
Alur  penelitian  diawali  dari  menentukan  penelitian  yang  relevan  terkait  arah  pemakanan down-milling dan up milling .  Material  uji  yang  digunakan  adalah  Alumunium  6061  dengan  karakteristik  material  lunak,  dengan  mampu mesin  yang  lebih  baik.  Parameter  yang  digunakan  dalam  proses  ini  diatur  pada  kondisi:  Putaran  endmill  8300  rpm; feedrate  2400  mm/menit;  depth  of  cut  10  mm;  kondisi  tanpa  pendinginan  supaya  proses  dan  hasilnya  dapat  diamati dengan  mudah.  Parameter  pemakanan  samping  atau step  over  xy  axis terdiri  dari 1.5mm  sebagai  pekerjaan roughing ,
dan  0.15mm  sebagai  pekerjaan finishing. Hasil  yang  diamati  dalam  penelitian  ini  adalah  perbandingan  kekasaran permukaan yang terbentuk dari pekerjaan roughing dan finishing.

## 2.2 Bahan
Material yang diuji adalah alumunium seri 6061 ukuran 54x54x50 mm yang akan dilakukan pemakanan contour pada  dinding  dengan step  over  xy  axis 1.5mm depth 10mm  sebagai  proses roughing ,  dan step  over  xy  axis 0.15mm depth 10mm sebagai proses finishing seperti gambar 4.
Gambar 4 . Dimensi benda uji

## 2.3 Mesin CNC Milling
Pada  penelitian  ini  menggunakan  mesin  CNC  Milling  3Axis  Hartford  MVP  100  supaya  parameter feedrate , spindle speed dapat ditentukan dengan akurat. Selain itu, mesin ini menggunakan penggerak ball screw sehingga dapat meminimalkan backlash yang  dapat  mempengaruhi  pergerakan  meja  mesin  pada  saat  proses  pemakanan.  Gambar  5 adalah mesin CNC Milling yang digunakan untuk penelitian.
Gambar 5 . Mesin CNC Milling Hartford MVP 100 dan spesifikasi

## 2.4 Endmill
Penelitian  ini  menggunakan endmill material carbide brand  DHF  Eco  Series  DC  1002  yang  memiliki spesifikasi diameter 10mm, panjang flute 30mm, jumlah flute 2. Spesifikasi tersebut sesuai untuk material Alumunium 6061 tujuan pemotongan roughing maupun finishing [7].

## Gambar 6. Endmill

## 2.5 Parameter Pemotongan
Parameter  pemotongan  yang  digunakan  dalam  penelitian  ini  adalah  batas  maksimum  dari  rekomendasi  katalog
DHF,sebagai berikut : Cutting speed : 250m/min Spindel Speed : 8300rpm untuk cutter diameter 10mm Feed Rate : 2400mm/min Depth of cut : 10mm ( side cutting ) Step over xy axis
: 1.5mm ( side cutting ) untuk roughing 0.15mm ( side cutting) untuk finishing Pendingin :Tanpa pendingin (dry condition)
Feed rate ditambahkan 10 persen dari feed rate maksimum yang direkomendasikan pada katalog bertujuan untuk meningkatkan feed per tooth sehingga akan terlihat perbedaan kekasaran permukaan yang dihasilkan [7].

## 2.6 Setting penelitian
Pemasangan benda uji pada mesin CNC dibantu dengan pencekam yang ditunjukan pada Gambar 7. Posisi benda kerja ditunjukan pada huruf (a), pencekam ditunjukan pada huruf (b).  Proses setting untuk bidang referensi ketinggian benda kerja menggunakan alat bantu z zero setter (c), posisi pahat potong ditunjukan oleh huruf (d).

## 3. Hasil dan pembahasan
Penelitian  ini  dilakukan  menggunakan  5  spesimen  yang    diuji  hasil  visual,  kekasaran  permukaan  arah  pemakanan up-milling dan down-milling .  Hasil  proses  pemotongan side  cutting pada  mesin  milling  menggunakan  metode up- milling dan down milling dijelaskan pada sub bab berikut.

## 3.1. Hasil Visual
Berdasarkan gambar 8, secara visual diperoleh hasil kualitas permukaan relatif sama, namun pada proses up milling terdapat  geram  yang  menempel  dan  melekat  pada  permukaan  benda  kerja  (gambar  8  kiri).  Geram  yang  menempel melekat dengan kuat, apabila diangkat akan meninggalkan bekas.
Gambar 8. Permukaan benda hasil pemakanan up milling (kiri) dan down milling (kanan)

## 3.2 Hasil Kekasaran Permukaan
Untuk  mengetahui  tingkat  kekasaran  permukaan  yang  paling  rendah  pada  kedua  metode  penyayatan side  cutting , perlu  dilakukan  uji  kekasaran  permukaan  benda  kerja  menggunakan digital  surface  roughness  tester .  Hasil  pengujian kekasaran permukaan dapat dilihat pada gambar 8. Metode up milling dengan step over 1.5mm memiliki kekasaran Ra 0.6796µm, sedangkan metode down milling menghasilkan Ra 0.5876µm. Pada step over 0.15mm menggunakan metode up  milling terbukti  menghasilkan  Ra  0.457µm  dibandingkan  metode down  milling dengan  Ra  0,5533µm.  Dapat disimpulkan bahwa kekasaran permukaan paling rendah terdapat pada metode up milling pada kondisi pemakanan step over 0.15mm, sedangkan kekasaran paling buruk adalah metode up milling kondisi pemakanan step over 1.5mm.
Gambar 9. Nilai kekasaran permukaan rata-rata (ra)
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 STEP OVER=1,5MM STEP OVER=0,15MM 0.6796 0.457 0.5876 0.5533 Su rf ac e Ro u gh n e ss R a ( µm ) Step Over=1,5mm Step Over=0,15mm
Up Milling 0.6796 0.457 Down Milling 0.5876 0.5533 Up Milling Down Milling
Step over xy =1.5mm Step over xy =0.15mm

## 3.3 Pembahasan
Berdasarkan hasil pengolahan data diatas diperoleh hasil penyayatan up milling dengan cacat pada permukaan benda kerja  akibat  beberapa  chips  yang  tidak  terevakuasi  dengan  baik  sehingga  menghalangi  penyayatan  pada  sisi  potong pahat  terhadap  dinding  benda  kerja  untuk step  over  xy  axis 0.15mm  dan  1.5mm.  Pada  metode down  milling hasil permukaan sempurna tanpa cacat baik pada step over xy axis 0.15mm dan 1.5mm. Tingkat kekasaran permukaan rata- rata  yang  baik  adalah  menggunakan  metode up  milling untuk  penyayatan step  over 0.15,  tetapi  sangat  buruk  untuk penyayatan dengan step over 1.5mm.  Hal ini menyebabkan cacat pada permukaan benda kerja akibat geram yang tidak terevakuasi  dan  menghalangi  penyayatan.  Pada down  milling hasil  permukaan  sempurna  tidak  terdapat  area  yang mengalami defect atau cacat selama proses pemesinan.
Berdasarkan  analisa  hasil  penelitian  disimpulkan  metode up  milling baik  untuk  proses finishing apabila  tidak terdapat  cacat  pada  permukaan  benda  kerja.  Metode down  milling menghasilkan  kekasaran  permukaan  yang  stabil untuk roughin g maupun finishing .

## 4. Kesimpulan
Proses  Pemakanan  metode up-milling untuk roughing menghasilkan  kekasaran  permukaan  yang  lebih  tinggi dibandingkan  metode down-milling .  Pemakanan up-milling dengan stepover xy  0.15mm  menghasilkan  kekasaran permukaan yang lebih baik yaitu 0,45micronmeter dibandingkan metode dow-milling 0,55 micronmeter, tetapi terdapat geram  yang  menempel  pada  permukaan  untuk    dinding  benda  kerja.  Metode down-milling sangat  disarankan  untuk pemakanan roughing maupun finishing.

## Daftar Pustaka
[1]   Toh, C. K. Comparison of chip surface temperature between up and down milling orientations in high speed rough milling  of  hardened  steel.  Journal  of  Materials  Processing  Technology.  2005.  167(1),  p  110–118. https://doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2004.10.004
[2]  Meciarova,  J.  Effects  of  Selected  Cutting  Parameters  on  Surface  Roughness  in  Side  Milling.  Archiwum Technology Maszyn I Automatyzacji. 2010. 30(4).
[3]  Hadi, M. A., Ghani, J. A., Che Haron, C. H., & Kasim, M. S. Comparison between up-milling and down-milling operations  on  tool  wear  in  milling  Inconel  718.  Procedia  Engineering.  2013.  68.  p  647–653. https://doi.org/10.1016/j.proeng.2013.12.234
[4]   Insperger,  T.,  Mann,  B.  P.,  Stépán,  G.,  &  Bayly,  P.  V..  Stability  of  up-milling  and  down-milling,  Part  1: Alternative  analytical  methods.  International  Journal  of  Machine  Tools  and  Manufacture.  2003.  43(1),  p  25–34. https://doi.org/10.1016/S0890-6955(02)00159-1
[5]  Trent,  E.  M.  .  Metal  Cutting  (Fourth).  Melbourne:  Butterworth  Heinemann.  2000  Retrieved  from http://www.bh.com
[6]  Marinov,  V.  Manufacturing  Technology.  In  Manufacturing  Technology.  2000.  p  71-73.  Retrieved  from me.emu.edu.tr/me364/ME364_machining_milling.pdf?
[7]    DHF  Precission  tools. https://www.endmill.com.tw/download/en Taiwan;  2012  (Diakses  pada  tanggal    30 September 2022).
[8]  Kalpakjian, Serope. Steven R. Schmid. Smith, Hamido. Manufacturing Engineering And Technology.8th Edition.
New York. Pearson; 2009. P 634.
[9]  Groover, Mikell P. Modern Manufacturing. 7 th Edition. United States. Ohn Wiley & Sons, Inch. 2019. P 481.
[10]  Ryu, Shi Hyoung., Chu, Chong Nam. The Form Error Reduction In Side Wall Machining Using Successive Down and Up Milling. . International Journal of Machine Tools and Manufacture. March 2005. 45. P 1523-1530.
[11]  Michalik, Peter., Zajac, Jozef., Hatala, Michal., Mital, Dusan., Fecova, Veronica. Monitoring Surface Roughness of  Thin-Walled  Components  From  Steel  C45  Machining  Down  and  Up  Milling.  Elsevier.  2014.  58.  P  416-428. http://dx.doi.org/10.1016/j.measurement.2014.09.008
[12]  Klauer, Katja., Eifler, Matthias., Kirsch, Benjamin., Seewig, Jorg., Aurich, J.C. Micro Milling Of Areal Material Measures- Study On Surface Generation For Different Up and Down Milling Strategies. ScienceDirect. 2020. 87. p 13-18.
[13]  J. Peterka, I. Buransky´ . Using Aramis For Measurement Of Deformation Of Thin-Walled Parts During Milling. Sci. Technol. Slovak Univ. Technol. 2011. 18 p  45–50.
[14]  O. Çolak, C. Kurbanog˘lu, M.C. Kayacan, Milling surface roughness prediction using evolutionary programming methods, Mater. Des 2007. 28. p 657–666, http://dx.doi.org/10.1016/j.matdes.2005. 07.004
[15]  H. Chang, Ching-Kao, Lu, Design Optimization Of Cutting Parameters For Side Milling Operations With Multiple Performance Characteristics, Int. J. Advanced Manufacture Technology. 2007. 32. p 18–26, http://dx.doi.org/10.1007/s00170-005-0313-5