## Identifikasi Nilai Kekasaran Permukaan pada Pemesinan Paduan Magnesium
Gusri Akhyar Ibrahim
Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik Universitas Lampung gusri.akhyar@eng.unila.ac.id

## Abstrak
The  using  of  magnesium  alloy,  as  alternative  to  iron  and  steel,  is  becoming  more  popular  in  the manufacturing  industries.  Magnesium  and  its  alloys  were  classified  as  lighter  material  and  also  available  in  a quite  large  quantity  in  this  world.  Some  of  machined  componens,  included  automotive  and  aerospace componens  were  produced  by  cutting,  which  is  known  as  machining  process.  The  machining  process  done  in several conditions doe to the pharamater or factor in machining process. The main factors in machining process are    feed  rate,  cutting  speed,  machining  condition  and  deep  of  cutting.  The  purpose  of  this  research  is  to investigate  the  influence  of  cutting  pharameter  to  the  surface  roughness  of  magnesium,  when  machined  using milling process and supplied with cooling air from vortex tube cooler. Cutting pharameters  used in this research are feed rate and cutting speed. Feed rate used was three levels, those are 0,15 mm/rev, 0,20 mm/rev, and 0,25 mm/rev. Cutting speed used also three levels, those are 23,18 m/min, 32,15 m/min and 42,7 m/min. Cooling air is released from vortex tube cooler with 15 o C of temperature. The result of this research is found that feed rate affected  signicantly  on  surface  roughness  value.  The  surface  roughness  value  increased  with  increasing  of  the feed rate level. An other han, the surface roughness  value is also affected wear on the edge of the cutting tool. The wear on the cutting tool contributed to the changes of  nose radius (become bigger), so increase the surface roughness value.
Keywords : magnesium material, surface roughness, milling, cutting pharameter, cooling air.

## PENDAHULUAN
Magnesium dan paduannya merupakan  salah satu jenis logam yang dikategorikan sebagai bahan logam  ringan,  antara  beberapa  logam  ringan  yang biasa  digunakan  dalam  industry  manufaktur. Magnesium  dan  paduannya  ini  semakin  banyak digunakan karena mempunyai kelebihan dibandingkan  dengan  logam  ringan  lainnya.  Unsur magnesium  ditemukan  pada  tahun  1808  di  Inggris oleh  Sir  Humphrey  Davey,    yang  mana  pertama kali diproduksi oleh Deville dan Caron di Perancis pada tahun 1863.  Magnesium termasuk unsur yang tersedia  secara  berlimpah  di  permukaan  bumi. Diperkirakan  ada  sekitar  2  %  terdapat  pada  kulit bumi  dan  terlarut  di  dalam  air  laut  dengan konsentrasi rata-rata 0,13%. Magnesium ditemukan  dalam  60  jenis  mineral,  antaranya  yang utama adalah dalam bentuk dolomit, magnesit, dan carnalit,  yang  biasa  dijadikan  produk  komersial [1]. Paduan  magnesium  dan  magnesium  murni memiliki  sifat  ringan,  mudah  terbakar  dan  mudah bereaksi  dengan  logam  lain.  Oleh  karena  itu, magnesium  tidak  cukup  kuat  dalam  bentuk  yang murni,  sehingga  magnesium  dipadukan  dengan berbagai  elemen  untuk  mendapatkan  sifat  yang lebih  baik,  terutama  kekuatan  untuk  rasio  berat yang  tinggi.  Banyak  antara  paduan  magnesium sesuai untuk proses pengecoran, pembentukan, dan pemesinan  untuk  mendapatkan  kualitas  komponen yang  baik.  Salah  satu  sifat  magnesium  yang dominan  adalah  mudah  beroksidasi  dengan  cepat ( pyrophpric ), sehingga ada resiko/bahaya
kebakaran  yang  mungkin  terjadi.  Oleh  karena  itu perlu ada tindakan pencegahan  yang  harus diambil ketika proses permesinan, grinding , atau pengecoran  pasir  magnesium.  Meskipun  demikian produk  yang  terbuat  dari  magnesium  dan paduannnya  tidak  menimbulkan  bahaya  kebakaran selama proses pembuatannnya dapat dikontrol [2]. Beberapa  penggunaan  paduan  m agnesium yang banyak ditemukan  adalah di bidang industri, yakni  sebagai  komponen  yang  memerlukan  sifat istimewa.  Antaranya  adalah  untuk  melapisi  bahan- bahan yang terbuat dari besi dan baja sebagai bahab pelindung  terhadap  korosi,  komponen  elektroni karena  magnesium  mempunyai  sifat  penghantar yang baik ( good conductivity ). Bahkan magnesium juga  banyak  digunakan  sebagai  bahan  untuk membuat pesawat terbang dan rudal karena sifatnya yang  ringan  dan  kekuatan  yang  relative  baik. Demikian  juga  aplikasinya  di  bidang  otomotif, untuk  komponen  yang  memerlukan  sifat  ringan, tahan korosi dan berpenampilan menarik (accessories ).  Salah  satupPenggunaan  paduan  Mg yang  utama  di  bidang  otomotif  adalah  sebagai bahan  untuk    blok  mesin,  yang  memerlukan  sifat ringan dan penghantar panas yang baik. Ketahanan akan  temperatur  tinggi  dan  kekuatan  yang  baik menjadikannya banyak digunakan [3, 4]. Sebagian  besar  penelitian  dilakukan  untuk mengidentifikasi  sifat  mekanik  dan  metalurgi bahan.  Hal  ini  dilakukan  untuk  mendapatkan keadaan  terbaik  proses  pemesinan  dan  efek  yang ditimbulkan  selama  proses  pemesinan  dilakukan. Penelitian mengenai pemesinan magnesium antaranya  dilakukan  oleh  Fang [5] yang  bertujuan
untuk  mengetahui  pengaruh  dari  temperatur  sisi ( flank  temperature )  selama  proses  pemotongan paduan magnesium dengan menggunakan kecepatan tinggi ( high speed ) terhadap kemungkinan  terjadinya  kebakaran  pada  paduan magnesium.  Hal  itu  dapat  diketahui  dengan melakukan pemotongan terhadap paduan magnesium  dengan  berbagai  kondisi  temperatur dan  melihat  hasil  uji  SEM  pada  serpihan  hasil pemotongan  paduan  magnesium.  Hasilnya  dapat diketahui  bahwa    di  bawah  suhu  302  °C  tidak ditemukan  adanya  titik  nyala  api  pada  serpihan. Penelitian lain adalah yang dilakukan oleh Buldum [6] yang  bertujuan  untuk  mengetahui  bagaimana sifat kemampumesinan ( machinability ) dari magnesium dalam proses pemesinan, yaitu pembubutan, freis dan pengeboran. Dalam penelitiannya  Buldum,dkk  [6]  merekomendasikan penggunaan  kecepatan  potong  yang  lebih  rendah jika  dibandingkan  dengan  kecepatan  potong  yang digunakan pada pemotongan magnesium. Peningkatan kecepatan potong akan mengakibatkan temperatur  permukaan  benda  kerja  meningkat  dan geram  yang  dihasilkan  ketebalannya  akan  lebih rendah.
Dengan  demikian  dapat  dikatakan  bahwa semakin rendah kecepatan potong yang diimplementasikan  pada  proses  pemesinan  paduan magnesium  maka  geram  akan    berukuran  semakin besar  dan  temperatur  permukaan  benda  kerja  juga akan  rendah. Pada  penelitian  ini  akan  dibahas mengenai kekasaran permukaan magnesium setelah dilakukan  proses  pemesinan  ( milling )  dengan mengimplementasikan  udara  dingin  ( air  cooling) dengan teknik vortex tube cooling .

## METODOLOGI PENELITIAN
Bahan  yang  digunakan  dalam  penelitian  ini adalah  paduan  magnesium  dengan  komposisi kimia;  99,94%  Mg,  0,0017%  Si,  0,003%  Cu, 0,003% Al,  0,0017% Mn, 0,003% Cl, 0,001% Na, dan  o ther  impurities sebesar  0,0016%.  Perlatan utama  yang  digunakan  adalah  mesin  freis  yang bermerek Emco, alat pendingin udara berupa vortex tube cooller , dan pahat bubut HSS. Sedangkan aus pahat  diukur  menggunakan  mikroskop  dan  nilai kekasaran permukaan ditentukan dengan menggunakan surface roughness tester . Proses pemotongan paduan magnesium menggunakan  mesin  freis  dilakukan  pada  kondisi parameter  pemotonga;  kecepatan  potong    sebesar 23,86  m/min,  32,15  m/min  dan  42,7  m/min. Adapun  gerak  makan  yang  digunakan  adalah  0,15 mm/rev, 0,20 mm/rev dan 0,25 mm/rev. kedalaman  potong  dipilih  dalam  keadaan  konstan. Udara  dingin  yang  keluar  daripada vortex  tube cooler diarahkan  ke  ujung  mata  pahat  yang
digunakan untuk memotong benda kerja menggunakan nozel, sebagai alat untuk mempercepat semburan. Udara  dingin ini dialirkan menggunakan  tekanan  dari  kompreses  sebesar  5 bar.
Pengukuran nilai kekasaran permukaan benda kerja  yang  telah  dimesin  dilakukan  menggunakan alat surface  roughness  tester, yang  mampu mengukur  dalam  satuan  mikron.  Pengukuran dilakukan  setiap  satu  kali  proses  pemotongan dalam periode rentang waktu tertentu.  Pengukuran dilakukan  sebanyak  tiga  kali  pengukuran  dilokasi yang  berbeda  sepanjang  lintasan  pemotongan. Proses  pemotongan  akan  dihentikan  apabila  nilai aus  pahat  potong  telah  mencapai  VB  =  0,3  mm. Nilai  ini  merupakan  kriteria  aus  pahat  yang disyarakan oleh International Standard
Organisation  (ISO). Apabila  nilai  VB  telah mencapai  sebesar    0,3  mm,  maka  pahat  potong tidak boleh digunakan, segera dilakukan penggantian.

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Nilai  kekasaran  permukaan  yang  diperoleh dari  hasil  pengujian  pada  kondisi  parameter pemotongan  yang  bervariasi,  telah  dilakukan pengamatan,  antaranya  adalah  tentang  kesan  yang diberikan  oleh  parameter  kecepatan  potong  dan kadar gerak makan terhadap kekasaran permukaan. Secara tioritis, dua parameter pemotongan (kecepatan  potong  dan  kadar  gerak  makan) berkontribusi  secara  signifikan  terhadap  keadaan aus sepanjang proses pemotongan.
Gambar 1. Grafik kekasaran terhadap waktu dengan kecepatan 23,86 m/min
Gambar  1  menunjukan  bahwa  nilai  kekasaran permukaan  benda  kerja  magnesium  yang  dipotong mengalami peningkatan apabila kadar gerak makan ditingkatkan. Hal ini berarti bahwa pada kecepatan potong  yang  sama,  menaikkan  gerak  makan  akan memperbesar  nilai  kekasaran  permukaan  (Ra) [7] . Dengan  kata  lain  dapat  dinyatakan  bahwa  g erak makan berpengaruh sangat signifikan terhadap nilai
kekasaran  permukaan.  Hal  ini  dapat  dilihat  pada gerak  makan  0,25  mm/rev.  Pada  grafik  dapat diamati  bahwa  telah  terjadi  kenaikan  kekasaran permukaan  yang  cukup  signikan    saat  pemesinan menggunakan  gerak  makan  0,25  mm/rev.  Nilai kekasaran  permukaan  mengalami  kenaikan  yang sangat  signifikan  jika  dibandingkan  dengan pemesinan  menggunakan  gerak  makan  0,20 mm/rev.  Hal  ini  berarti  pada  saat  pemesinan menggunakan  gerak  makan  0,25  mm/rev,  maka pengaruh  gerak  makan  amat  signifikan  terhadap peningkatan  kekasaran  permukaan  magnesium. Sedangkan peran kecepatan potong tidak menunjukan  pengaruh  yang  signifikan,  karena dominasi gerak makan jauh lebih besar dibandingkan  dengan  pengaruh  kecepatan  potong. Ini pernah diungkapkan oleh seorang peneliti, yaitu Zubaidi [8] yang    mengungkapkan  bahwa penambahan  rpm  untuk  kecepatan  potong  akan menurunkan  kekasaran  tidak  lebih  dari  10  %  tiap 100  rpm.  Menurut  penelitian  Asmed [9] Gerak pemakanan berpengaruh sangat signifikan terhadap kekasaran permukaan disebabkan gerak pemakanan adalah jarak yang ditempuh pahat perputaran.
Gambar 2. Grafik kekasaran terhadap waktu dengan kecepatan 32,15 m/min
Pengaruh  gerak  makan  terhdapat  nilai kekasaran  permukaan  benda  kerja  yang  dimesin pada  kecepatan  potong  32,15  m/min,  sebagaimana yang  ditunjukan  pada  Gambar  2.  Nilai  kekasaran permukaan meningkat secara signifikan pada setiap level  gerak  makan  yang  berbeda.  Bagaimanapun, peningkatan  nilai  kekasaran  permukaan  sangat dominan  pada  kadar  gerak  makan  0,20  mm/rev. Secara umum, nilai kekesaran permukaan meningkat sepanjang proses pemotongan. Peningkatan  aus  pada  ujung  pahat  potng  telah memberikan  pengaruh  terhdapa  peningkatan  nilai kekasaran permukaan. Sebagaimana yang dinyatakan  bahwa  aus  pada  pahat  potong menyebabkan  permukaan  bahan  yang  dipotong menjadi  kasar  dan  nilai  kekasaran  permukaan meningkat  sebagai  akibar  daripada  aus  paha  ujung potong pahat potong [7].
Gambar 3. Grafik kekasaran terhadap waktu dengan gerak makan 0,20 mm/rev
Gambar  3  menunjukan  nilai  kekasaran  permukaan benda  kerja  yang  dimesin  menggunakan  pahat bubut  HSS  pada  kondisi  kecepatan  potong  yang bervariasi  dan  kadar  gerak  makan  yang  konstan sebesar  0.20  mm/rev.  Nilai  kekasaran  permukaan pada  kecepatan  potong  42,7  m/min  adalah  lebih kecil dibandingkan dengan nilai kekasaran permukaan pada kecepatan potong yang lebih besar (23,18  m/min  dan  32,15  m/min).  Kenaikan  nilai kekasaran  permukaan  pada  tingkat  kecepatan potong  yang  rendah  disebabkan  oleh  kontribusi gaya  potong  yang  lebih  besar  pada  kecepatan potong yang rendah. Pada kecepatan potong rendah gaya  gesek  antara  pahat  potong  dan  benda  kerja besar  sehingga  menyebabkan  permukaan  potong menjadi  lebih  kasar  [10].    Dengan  demikian  dapat dikatakan  bahwa  kecepatan  potong  memberikan kesan  terhadap  nilai kekasaran  permukaan, sehingga  pemilihan  kecepatan  potong  yang  lebih tinggi lebih baik daripada kecepatan potong rendah. Namun  pada  kecepatan  potong  23,18,  nilai kekasaran  permukaan  magnesium  lebih  kecil dibandingkan  dengan  nilai  kekasaran  pemukaan pada  kecepatan  32,15.  Secara  teori,  hal  ini berbanding terbalik “kecepatan potong yang tinggi akan  memberikan  nilai  kekasaran  permukaan  yang lebih  rendah”.  Namun  bila  diamati  keadaan  pahat potong  setelah  dilakukan  pemesinan  bahwa  ujung pahat  pahat  potong  mengalami  kerusakan  yang pahah.  Hal  ini  menyebabkan  jari-jari  ujung  pahat potong menjadi lebih besar, sehingga menyebabkan permukaan  benda  kerja  yang  dipotong  menjadi lebih  kasar.    Perubahan  nose  radius  tersebut  telah memengaruhi bentuk geometri ujung pahat. Hal ini akan  sangat  signifikan  pengaruhnya  terhadap  nilai kekasaran  pahat [11] .  Dengan  demikian    dapat dinyatakan  bahwa  meskipun  secara  teori  umum nilai  kekasaran  permukaan  akan  turun  pada kecepatan  potong  32,15  m/min,  akan  tetapi  karena adanya  faktor  nose  radius  mengakibatkan  nilai kekasaran  permukaan  magnesium  dimungkinkan
untuk  mengalami  kenaikan.  Selain  faktor  nose radius  pahat,  memang  dimungkinkan  ada  faktor- faktor  lain  yang  menjadi  penyebabnya,  misalnya panas  yang  timbul,  ketidak-presisian  pahat,  serta getaran yang timbul selama proses pemesinan [12].
Gambar 4. Grafik kekasaran terhadap waktu dengan gerak makan 0,25 mm/rev
Nilai  kekasaran  permukaan  magnesium  yang dipotong  pada  kondisi  kecepatan  yang  bervariasi dan  pada  kadar  pemakanan  yang  konstan  sebesar 0,25  mm/rev  ditunjukan  pada  Gambar  4.  Nilai kekasaran  permukaan    yang  diukur  adalah  lebih kecil pada kecepatan potong tinggi. Nilai kekasaran permukaan  pada  kecepatan  potong  42,7  m/min berasa  pada  rentang    0,4  -0,45  mikron,  sedangkan nilai  kekasaran  permukaan  pada  kecepatan  potong 32,15  m/min  berada  pada  rentang  1,0  –  1,2 mokron.  Peningkatan  nilai  kecepatan  potong sebesar  10  m/min  dapat  mengurangi  nilai kekasaran permukaan mencapai dua kali lipat lebih (250%).  Beberapa  peneliti  juga  menemukan fenomena yang sama, antaranya adalah Asmed dan Yusri [12] menemukan  bahwa  pada  gerak  makan yang  sama  dengan  menaikkan  kecepatan  potong akan  menurunkan  nilai  kekasaran  permukaan.  Hal ini  juga  diungkapkan  oleh  Kalpakjian  dan  Rchmid [13] bahwa  nilai  kekasaran  amat  bergantung  pada gerak  makan,  geometri  pahat  dan  kecepatan potong.  Pada  level  gerak  makan  yang  konstan, menaikkan  kecepatan  potong  berarti  menurunkan nilai  kekasaran  permukaan  benda  kerja  hingga beberapa kali ganda.

## KESIMPULAN
Nilai  kekasaran  permukaan  magnesium  yang dipotong  menggunakan  pahat  bubut  HSS  pada kondisi  pemesinan  udara  dingin  bertekanan  di dapatkan  bahwa  nilai  kekasaran  permukaan  sangat dipengaruhi  oleh  parameter  pemotongan,  terutama gerak  makan  ( feed  rate ).  Sedangkan  kecepatan potong ( cutting speed ) juga berpengaruh signifikan
signifikan  terhadap  nilai  kekasaran  peningkatan nilai  kekasaran  permukaan  bila  beroperasi  pada kadar  gerak  makan  yang  konstan.  Semakin  tinggi gerak makan yang digunakan maka nilai kekasaran permukaan magnesium akan semakin besar.

## DAFTAR PUSTAKA
[1] Padmanaban,  G.,  Balasubramanian a ,  V.,
Madhusudhan Redd, G,. 2011, “Fatigue crack growth  behaviour  of  pulsed  current  gas tungsten  arc,  friction  stir  and  laser  beam welded  AZ31B  magnesium  alloy  joints”, Centre  for  Materials  Joining  &  Research (CEMAJOR), Department  of  Manufacturing Engineering, Annamalai University, Annamalai Nagar 608002, India. [2] Suhairi, 2010, “Pengaruh Variabel Pemotongan  Terhadap  Kualitas  Permukaan Produk  dalam  Meningkatkan  Produktifitas”, Jurnal  Jurusan  Teknik  Mesin  Politeknik Negeri Padang.
[3] www.dilib.its.ac.id / Aditya/2012 .
[4] Bruni,  C.,  Forcellese,  A.,  Gabrielli,  F., Simoncini,  M.,  2004,  “Effect  of  temperature, strain rate and fibre orientation on the  plastic flow  behaviour  and  formability  of  AZ31 magnesium alloy”, Department of Mechanics, Università  Politecnica  delle  Marche ,  Via Brecce Bianche, Ancona 60131. Italy.
[5] Fang, F.ZLee, L.C., Liu, X.D,. 2002,  “ Mean flank temperature measurement in high speed dry cutting of magnesium alloy”, Singapore Institute of Manufacturing Technology .
[6] Buldum, Berat, B., Aydin SIK., Iskender,  O., 2011,  “Investigation  of  Magnesium  Alloys Machinability. International Journal of Electronics”, Mechanichal  and  Mechatronics Engineering Vol 3, No. 3, 361-368.
[7] Lukman,  2008,  “Automotive  Applications  of Magnesium  andIts  Alloys”, Trans.  Indian Inst.
[8] Zubaidi, A. 2012,  “Analisis Pengaruh Kecepatan Putar dan  Kecepatan Pemakanan Terhadap Kekasaran Permukaan Material FCD 40 Pada Mesin Bubut CNC”, Jurnal Unwahas. Semarang.
[9] Asmed,  dan  Yusri,  M.,  2002,  “Pengaruh parameter  pemotongan  terhadap  kekasaran permukaan  proses  bubut  untuk  material ST37”, Politeknik Negeri Padang.
[10] Jonoadji,  N.,  Dewanto,  J.,  1999,  “Pengaruh Parameter  Potong  dan  Geometri  Pahat Terhadap  Kekasaran  Permukaan  Pada  Proses Bubut”, Jurnal  Fakultas  Teknik,  Jurusan Teknik Mesin – Universitas Kristen Petra
[11] Kalpakjian,  S.  dan  Schmid,  S.R.,  2001,
“ Manufacturing Engineering and Technology
International Edition ”, USA : Prentice Hall.
[12] Boothroyd, G dan Knight, 1989, “ Fundamental  Machining  and  Machine Tools ”, Marcell: Dekker Inc.
[13] Bhattacharyya,  A.,  1984,  “ Metal  Cutting Theory and Practice ”, India