## PENGARUH PEMESINAN LAJU TINGGI KEADAAN  KERING TERHADAP PERTUMBUHAN AUS SISI (VB) PAHAT KARBIDA BERLAPIS (TiAlN/TiN)
PADA PEMBUBUTAN PADUAN ALUMINIUM 6061
Sunarto (1) , Sri Mawarni (2) 1,2 Politeknik Negeri Bengkalis Riau email: sunarto@polbeng.ac.id, srimawarni@polbeng.ac.id

## Abstrak
Pemesinan  laju  tinggi  yang  diindikasikan  dengan  kecepatan  potong  tinggi  pada  proses  pembubutan  keadaan kering  menjadi  bahasan  utama  pada  penelitian  ini.  Kecepatan  potong  (Vc)  merupakan  salah  satu  penyebab meningkatnya  temperatur  pemotongan  dan  akan  mempengaruhi  daya  tahan  alat  potong.  Akibat  temperatur pemotongan yang tinggi pahat akan mengalami kerusakan salah satunya berupa Aus Sisi (VB). VB akan tumbuh secara  terus  menerus  seiring  dengan  waktu  pemotongan.  Tujuan  penelitian  ini  adalah  untuk  mengetahui pengaruh  pemesinan  laju  tinggi  terhadap  laju  pertumbuhan  VB  selama  proses  pembubutan  paduan  Aluminium 6061.  Metode  yang  digunakan  dalam  penelitian  ini  adalah  dengan  menggunakan  pahat  karbida  (Wc+Co)  yang dilapisi  dengan  bahan  pelapis  Titanium  Aluminium  Nitrida  dan  Titanium  Nitrida  (TiAlN/TiN)  menggunakan mesin  bubut  CNC  serta  membagi  tiga  kondisi  pemotongan  yaitu  pada  kecepatan  potong  800  m/menit,  1000 m/menit dan 1200 m/menit. Hasil yang dicapai dari kondisi pemotongan tersebut adalah pada kecepatan potong 1200  m/menit  menghasilkan  ukuran  VB  yang  lebih  besar  jika  dibandingkan  dengan  kecepaatan  potong  800 m/menit dan 1000 m/menit dengan waktu pemotongan masing-masing selama enam menit.
Kata Kunci : Kecepatan Potong (Vc), Aus Sisi (VB), Alat Potong

## Abstract
High  speed  machining  which  is  indicated  by  high  cutting  speed  in  the  dry  lathe  process  becomes  the  main discussion  in  this  study.  The  cutting  speed  (Vc)  is  one  of  the  causes  of  increasing  the  cutting  temperature  and will affect the durability of the cutting tool. Due to high cutting temperature the cutting tool will suffer damage one  of  them  is  Flank  Wear  (VB).  VB  will  grow  continuously  along  with  the  cutting  time.  The  purpose  of  this research  is  to  know  the  effect  of  high  speed  machining  to  growth  rate  of  VB  during  the  process  of  Aluminum 6061 alloy. The method used in this research is by using  cutting tool (Wc + Co) coated with Titanium Aluminum Nitride  and  Titanium  Nitride  coating  materials  (TiAlN  /  TiN)  using  CNC  lathe  and  dividing  the  three  cutting conditions ie at cutting speed of 800 m / min, 1000 m / min and 1200 m / min. The result of the cutting condition is at a cutting speed of 1200 m / min resulting in a larger  VB size when compared to 800 m / min cutting speed and 1000 m / min with each cutting time of six minutes.
Keywords: Cutting Speed (Vc), Flank Wear (VB), Cutting Tool
1. Pendahuluan
Proses pemotongan logam dengan menggunakan  mesin-mesin  perkakas  masih  terus berlanjut  hingga  hari  ini.  Ada  tiga  aspek  utama  yang berpengaruh terhadap kondisi pemotongan, peningkatan panas, keausan, dan integritas permukaan benda  kerja  yang  dihasilkan.  Ketiga  aspek  itu  adalah kecepatan  potong  ( Vc ) , gerak  makan  ( f ),  dan kedalaman  potong  ( a ).  Kecepatan  potong  adalah kecepatan  keliling  benda  kerja  dengan  satuan (m/menit), gerak makan adalah perpindahan atau jarak tempuh  pahat  tiap  satu  putaran  benda  kerja  dengan satuan  (mm/put),  kedalaman  potong  adalah  tebal material  terbuang  pada  arah  radial  dengan  satuan (mm)[1].
Pemesinan  laju  tinggi  menurut  beberapa  ahli diindikasikan  dengan  kecepatan  potong  tinggi  serta jenis  bahan  yang  dipotong.  Untuk  paduan  baja,  laju pemotongan    ≥  200  m/mnt  dapat  dikategorikan
sebagai    pemotongan  laju  tinggi  pada  operasi pembubutan,  sedangkan  untuk  aluminium,  laju pemotongan   ≥ 1000  m/mnt baru dapat dikategorikan sebagai pemotongan laju tinggi[2].
Kecepatan  potong  tinggi  akan  menghasilkan temperatur  pemotongan  yang  tinggi[3,4,5].  Proses oksidasi  pada  kecepatan  potong  tinggi  (temperatur yang  tinggi)  menyebabkan  ketahanan  alat  potong (pahat karbida) akan menurun[1]. Untuk meningkatkan  ketangguhan  dan  masa  pakai  alat potong  beberapa  produsen  pahat  karbida  (WC+Co) melapisi  bahan  dasar  pahat  dengan  beberapa  lapisan (multi  layers)  menggunakan  bahan  pelapis  di antaranya  adalah  Titanium  Aluminium  Nitrida (TiAlN)  dan  Titanium  Nitrida  (TiN).  Lapisan diharapkan dapat berfungsi sebagai pelumas padat dan sebagai  dinding  penyekat  antara  bahan  dasar  pahat terhadap  benda  kerja,  sehingga  dengan  demikian  laju kerusakan alat potong dapat ditekan. Menurut Yin Fei,
et  al,[6]  lapisan  yang  dibuat multilayer pada  pahat karbida  berlapis  (TiAlN/TiN)  memiliki  kekerasan yang  tinggi,  tahan  aus,  lebih  tangguh  dalam pemotongan  bila  dibandingkan  dengan  lapisan  yang dibuat monolayer berbahan pelapis (TiAlN), penelitian ini dilakukan pada proses bubut menggunakan material stainless steel dengan kecepatan  potong  ( Vc )  220  m/menit,  gerak  makan  ( f ) 0,2 mm/putaran dan kedalaman potong ( a ) 0,2 mm Salah  satu  bentuk  kerusakan  yang  menjadi indikasi  masa  pakai  (life  time)  sebuah  alat  potong pada  proses  pemesinan  menggunakan  mesin  bubut adalah  besarnya  Aus  sisi  ( VB )[7].  Aus  sisi  adalah bentuk  aus  pada  sisi  (flank)  pahat  potong  disebabkan perubahan  bentuk  radius  ujung  pahat  oleh  gesekan antara  permukaan  pemesinan  benda  kerja  dengan  sisi pahat karena kekakuan benda kerja.
Pemesinan  kering  menjadi  pilihan  ketika dampak  dari  limbah  pemotongan  dapat  merusak ekosistem  dan  mengganggu  kesehatan  operator. Dilaporkan  oleh  Tonshoff  dan  Mohlfeld  (1997)[8], juga  Sreejith  dan  Ngoi  (2000)[9]  bahwa  umumnya cairan  pemotongan  bekas  disimpan  dalam  kontainer dan kemudian ditimbun di dalam tanah, selain itu juga telah  diestimasi  bahwa  diantara  700.000  sampai 1.000.000  pekerja  mengalami  pengaruh  buruk  karena cairan  pemotongan  di  Amerika  setiap  tahunnya[10]. Metode  pemesinan  basah  adalah  sejumlah  cairan pemotongan  dialirkan  ke  kawasan  pemotong  selama proses  pemesinan    dengan  tujuan  menurunkan  suhu pemotongan  dan  melumasi  bagian-bagian  pemesinan sehingga  diharapkan  permukaan  pemesinan  memiliki suatu  integritas  permukaan    (surface  integrity)  yang baik.
Pada penelitian ini akan dilakukan pengamatan terhadap  pertumbuhan  aus  sisi  pahat  karbida (WC+Co)  yang  dilapisi  dengan  bahan  pelapis (TiAlN/TiN)  pada  kondisi  pemotongan  kering  guna mengetahui  sejauh  mana  kecepatan  pertumbuhan  aus sisi  dan  ketangguhan  pahat  karbida  yang  dilapisi dengan  bahan  bahan  pelapis  (TiAlN/TiN)  pada pemotongan  paduan  Aluminium  6061  sebagai  akibat dari laju pemotongan tinggi.

## 2. Studi  Literatur
2.1. Kerusakan Alat Potong Ginting (2003)[11]  menggambarkan  kegagalan pahat    yang  lebih  rinci  yaitu  dibagi  atas  aus  (wear), deformasi  plastik  (plastic  deformation), patah  rapuh (brittle  fracture)  dan  pengelupasan  pelapis  (coating delamination)  sebagaimana  yang  diberikan    pada Gambar 1.
Gambar 1. Diagram Spektrum Kegagalan Pahat[11]
Aus  sisi  adalah  bentuk  aus  pada  sisi  (flank) pahat  potong  disebabkan  perubahan  bentuk  radius ujung  pahat oleh gesekan  antara  permukaan pemesinan  benda  kerja  dengan  sisi  pahat  karena kekakuan  benda  kerja.  Bentuk  aus  sisi  serta pengukurannya  ditentukan  sesuai  standar  ISO  3685- 1977.  Dimensi  aus  sisi  (VB)  ditunjukkan    seperti Gambar 2.
Gambar 2.  Aus Sisi Pahat[5]
Aus    sisi  dapat  diukur  dengan  menggunakan mikroskop,  dimana  bidang  mata  potong  diatur sehingga  tegak  lurus  terhadap  sumbu  optik.  Besarnya keausan  sisi  dapat  diketahui  dengan  mengukur panjang VB yaitu  jarak  antara  mata  potong  sebelum terjadi  keausan  sampai  ke  garis  rata-rata  bekas keausan  pada  bidang  utama.    Aus  sisi  sangat mempengaruhi hasil akhir, integritas permukaan, gaya dan daya potong.  Aus sisi sangat menentukan  kriteria usia pakai pahat (tool life) dan merupakan indeks yang sangat  penting  untuk  mengevaluasi peformance dari pahat potong [12].
Material yang lebih keras,  peningkatan kecepatan  potong,  besar  gerak  makan  dan  kedalaman potong  akan  menyebabkan  peningkatan  laju  keausan (kemiringan  kurve  bertambah).  Hubungan  antara keausan  pahat  dengan  beberapa  kecepatan  potong dapat dilihat pada Gambar 3.
Gambar 3. Keausan Pahat Vs . Kecepatan Potong (Sumber: Marinof,-- )
Dengan bertambahnya kecepatan potong, maka laju  keausan  juga  bertambah,  sehingga  tingkat kerusakan  yang sama  akan dicapai dalam waktu  yang lebih cepat.
Kerusakan  fatal pada pahat  tidak  boleh  terjadi, sebab  gaya  pemotongan  akan  sangat  tinggi  sehingga dapat  merusakkan  seluruh  pahat,  mesin  perkakas  dan benda  kerja,  serta  dapat  membahayakan  operator. Untuk menghindari hal tersebut ditetapkan suatu batas harga  keausan  sisi  pahat  ( VB ) yang  dianggap  sebagai batas kritis dimana pahat tidak boleh digunakan.

## 2.2. Temperatur Pemotongan
Karena  kawasan  pemotongan  terus  bergerak pada  benda  kerja,  maka  tingkat  pemanasan  di  depan alat  potong  relatif  kecil,  dan  setidaknya  pada kecepatan  potong  yang  tinggi,  sebagian  besar  panas (lebih dari 80%) terbawa oleh tatal. Namun demikian, alat potong terus menerus bersinggungan dengan tatal. Karena  tidak  ada  lapisan  penyekat  panas,  muka  sisi potong  alat  potong  menjadi  panas.  Gesekan  pada muka  sisi  potong  (deformasi  di  kawasan  pemotongan skunder)  juga  menjadi  penyebab  pemanasan.  Hasil perhitungan terinci menunjukkan bahwa suhu maksimum terjadi pada muka sisi potong yang berada agak  jauh  dari  ujung  alat  potong  sebelum  tatal terangkat. Seperti  yang diperkirakan, suhu maksimum (T max ) dan suhu antar muka rata-rata (T int ) naik seiring dengan meningkatnya kecepatan potong, sebagaimana yang ditunjukkan pada Gambar 4.
Gambar 4. (a)  Perhitungan distribusi suhu dalam tatal dan  alat  potong,  (b)  Variasi  suhu  dengan kecepatan  potong  saat  pemotongan  baja AISI 1016 dengan pahat potong karbida. (Sumber:  Introduction  to  Manufaktur Processes, John A. Schey)
Menurut  Abhang  L.B  et  al,  (2010)[4]  dalam penelitiannya  pada  proses  bubut  menggunakan  benda kerja  baja  paduan  dengan  seri  EN-31  kenaikan temperatur  pada  pahat  potong  merupakan  efek  dari kondisi  pemotongan  yang  terdiri  dari  kecepatan potong  ( Vc ),  gerak  makan  ( f )  dan  kedalaman  potong ( a ).  Lebih  lanjut  mereka  menjelaskan  bahwa meningkatnya kecepatan potong menyebabkan gesekan  akan  meningkat,  hal  ini  akan  menyebabkan peningkatan suhu di zona pemotongan,  meningkatnya gerak  makan  ( f )  berdampak      pada      geram, menyebabkan meningkatnya gesekan dan menyebabkan      kenaikan  temperatur  pemotongan,  hal ini  sesuai  sebagaimana  yang  laporkan  oleh  Shaw (1984), Stephenson (1992)  dan akibat dari  kedalaman potong  ( a )  akan  mempengaruhi  perubahan  suhu pemotongan  yang  tercatat  dalam  zona  pemotongan sebagai  fungsi  kedalaman potong sehubungan dengan kecepatan  potong  yang  berbeda  dan  gerak  makan dengan radius pahat  konstan (0.4mm).

## 3. Metode Penelitian
Penelitian  mengenai  pengaruh  pemesinan  laju tinggi  keadaan  kering  terhadap  pertumbuhan  aus  sisi ( VB )  pahat  karbida  berlapis  (TiAlN/TiN)  pada pembubutan  paduan  Aluminium  6061 dilakukan secara eksperimental. Untuk mengamati pertumbuhan  aus  sisi  ( VB )    dilakukan  dengan membagi  menjadi  tiga  kondisi  pemotongan  yaitu kondisi pemotongan rendah, sedang dan tinggi.
Pengambilan  data  pada  kondisi  pemotongan kategori  rendah  dilakukan  dengan  langkah-langkah yaitu  dengan  memotong  paduan  Aluminium  6061 dengan  kecepatan  potong  ( Vc )  800  m/menit,  gerak makan ( f )  0,2 mm/put, kedalaman potong ( a )  1,5 mm dan  lama  waktu  pemotongan  ( tc )  lebih  dari  6  menit (ISO 3685, 1977). Selanjutnya mengukur pertumbuhan  aus  sisi  ( VB )  pada  setiap  panjang pemotongan 210 mm pada benda kerja dan memeriksa kerusakan  pada  pahat  karbida  berlapis  menggunakan Scanning Electron Microscopy (SEM).
Pengambilan  data  pada  kondisi  pemotongan kategori  sedang  dilakukan  dengan  cara  memotong paduan  Aluminium  6061  dengan  kecepatan  potong ( Vc )  1000  m/menit,  gerak  makan  ( f )    0,2  mm/put, kedalaman  potong  ( a )    1,5  mm  dan  lama  waktu pemotongan ( tc ) lebih dari 6 menit (ISO 3685, 1977). Selanjutnya  mengukur  pertumbuhan  aus  sisi  ( VB ) pada setiap panjang pemotongan 210 mm pada benda kerja  serta  memeriksa  kerusakan  pada  pahat  karbida berlapis menggunakan Scanning Electron Microscopy (SEM).
Pengambilan  data  pada  kondisi  pemotongan kategori  tinggi  dilakukan  dengan  memotong  paduan Aluminium 6061 dengan kecepatan potong ( Vc ) 1200 m/menit,  gerak  makan  ( f )    0,2  mm/put,  kedalaman potong ( a )  1,5 mm dan lama waktu pemotongan ( tc ) lebih  dari  6  menit  (ISO  3685,  1977).  Mengukur pertumbuhan  aus  sisi  ( VB )  pada  setiap  panjang pemotongan  210  mm  pada  benda  kerja  dan
dilanjutkan  dengan  memeriksa  kerusakan  pada  pahat karbida  berlapis  menggunakan Scanning  Electron Microscopy (SEM).
4. Hasil Dan Pembahasan
4.1. Pemotongan Kategori Rendah Pemotongan  paduan  Aluminium  6061  pada kategori  rendah  menghasilkan  aus  sisi  ( VB )  sebesar 0,1  mm  dengan  lama  pemotongan  selama  6  menit. Pada  kondisi  pemotongan  ini  permukaan  alat  potong banyak  ditemui  lekatan-lekatan  beram  atau  yang disebut  dengan Built  Up  Edge (BUE).  BUE merupakan  struktur  yang  dinamik,  sebab  selama proses  pemotongan  pada  kecepatan  potong  rendah berlangsung,  BUE  akan  tumbuh  dan  pada  suatu  saat lapisan  BUE  akan  tergeser/terkelupas  dan  berulang dengan  proses  penumpukan  lapisan  metal  yang  baru. BUE yang terjadi pada kecepatan potong 800 m/menit tidak sejalan dengan penelitian Gokkaya, (2010)  yang menyimpulkan bahwa BUE sangat mendominasi pada alat  potong  pada  kecepatan  potong  200  dan  300 m/menit  (kecepatan  potong  rendah).  Keadaan  alat potong  dan  laju  pertumbuhan VB sebagaimana  yang ditunjukkan pada Gambar 5.
Gambar  5.  Kondisi  Pahat  dan  Laju  Pertumbuhan VB pada Vc 800 m/mnt (Sumber: Hasil Penelitian)
Pada  kondisi pemotongan  ini besarnya aus sisi yang  terjadi  masih  berada  pada  daerah  aus  rata-rata (Uniform  Wear  Rate)  yang  dimulai  dari  tiga  menit setelah  pemotongan  hingga  akhir  pemotongan  yaitu itu  selama  6  menit.  Rata-rata  pertumbuhan  aus  sisi dengan  waktu  pemotongan  selama  6  menit  dan  besar VB = 0,1 mm adalah 0,1/(6x60) = 0,0002778 mm/dtk.

## 4.2. Pemotongan Kategori Sedang
Kecepatan pertumbuhan aus sisi dan kerusakan alat  potong  yang  terjadi  pada  kecepatan  potong  1000 m/menit sebagaimana  yang ditunjukkan pada Gambar 6.
Gambar 6. Kondisi Pahat dan Laju Pertumbuhan VB pada Vc 1000 m/mnt (Sumber: Hasil Penelitian) Pemotongan
selama enam menit mengakibatkan  pahat  mengalami aus pada  daerah aus rata-rata  yang  dimulai  dari  tiga  menit  hingga  enam menit  dengan  laju  pertumbuhan aus sisi sebesar  besar VB = 0,13 mm adalah 0,13/(6x60) = 0,0003611mm/dtk,  lebih  besar  jika  dibandingkan dengan  kecepatan  pertumbuhan  aus  sisi  pada Vc 800 m/menit  yaitu  sebesar  0,0002778  mm/dtk.  Dari Gambar  6  diatas  dapat  dilihat  bahwa  aus  sisi  terjadi merata pada sisi potong alat potong. Tidak ditemukan
Aus Sisi (VB) BUE Aus Sisi (VB)
Daerah Tahapan
Aus Awal Daerah Tahapan Aus Rata-rata Daerah Tahapan
Aus Awal Daerah Tahapan Aus Rata-rata
BUE  sebagaimana  pada  pemotongan  Alumunium 6061 pada kecepatan potong 800 m/menit.

## 4.3. Pemotongan Kategori Tinggi
Kurva  pertumbuhan  aus  sisi  dan  keadaan  alat potong  pada  kecepatan  potong  1200  m/menit  dapat dilihat pada Gambar 7.
Gambar  7.  Kondisi  Pahat  dan  Laju  Pertumbuhan VB pada Vc 1200 m/mnt
(Sumber: Hasil Penelitian)
Aus rata-rata dimulai dari menit ke tiga hingga menit  ke  enam  dengan  besar VB =  0,17  mm  dan kecepatan  pertumbuhan  aus  sisi  adalah  sebesar 0,17/(6x60)  =  0,000472mm/dtk  lebih  cepat  jika dibandingankan  dengan  kecepatan  potong  800  dan 1000  m/menit.  Sepanjang  sisi  alat  potong  yang digunakan untuk pemotongan yaitu sepanjang 1,5 mm tidak  dijumpai  BUE.  Perbandingan  aus  sisi  yang terjadi  untuk  setiap  kondisi  pemotongan  dapat  dilihat pada Gambar 8.
Gambar  8.  Pertumbuhan  Aus  Sisi  ( VB )  Pada  Setiap Kondisi Pemotongan (Sumber: Hasil Penelitian)
Pemotongan  selama  enam  menit  pada  tiga kondisi  pemotongan  manghasilkan VB pada  tahapan aus  rata-rata  yaitu  yang  dimulai  dari  menit  ke  tiga sampai  selesainya  waktu  pemotongan  yang  telah ditentukan.

## 5. Kesimpulan
Hasil pengujian terhadap pahat karbida berlapis Titanium  Aluminium  Nitrida  dan  Titanium  Nitrida (TiAlN/TiN)  pada    pemotongan  paduan  Aluminium 6061  kecepatan  potong  tinggi  kondisi  kering  dapat disimpulkan  bahwa  semakin  tinggi  kecepatan  potong akan  menghasilkan  kecepatan  pertumbuhan  aus  sisi ( VB )  semakin  cepat  pada  pemotongan  paduan Aluminium 6061 keaadaan kering menggunakan pahat karbida  berlapis  bahan  TiAlN/TiN  serta  banyaknya Built  Up  Edge  (BUE)  yang  mendominasi  pada permukaan  alat  potong  pada  kecepatan  potong  800 m/menit  dan  tidak  ditemukan  pada  kecepatan  potong 1000 dan 1200 m/menit.

## Daftar Pustaka
[1]  Rochim,  Taufiq., Teori  &  Teknologi  Proses Pemesinan. Higher  Education  Development Support Project. Jakarta. 1993
[2]  Schulz,  H.  dan  Moriwaki  T . , High  Speed Machining. Annals of the CIRP.  1992
[3] Schey, A. dan John., Introduction to Manufacturing  Process .  3  rd  Ed.  Mc/  Graw  – Hill Book Co. 2000
[4]  Abhang,  L.B.,  (2010).  “Chip-Tool  Interface Temperature  Prediction  Model  for  Turning Process” .  International  Journal  of  Engineering Science and Technology , 2(4),  pp 382-393.
[5]  Nouari  M.  dan  Ginting  A.,  2006,  Wear Characteristics  and  Ferformance  of  Multi-layer CVD-Coated  Alloyed  Carbide  Tool  in  Dry  End Milling  of  Titanium  Alloy. Surface  Coating Technology .200:5663-5676.
Aus Sisi (VB) Daerah Tahapan Aus Awal Daerah Tahapan Aus Rata-rata
[6]   Yin Fei, WU En xi, Chen Li, , Wang Xiu quan.,
(2005).  “Microstructure  and  Physical  Properties of  PVD  TiAlN/TiN  Multilayer  Coating”. Trans. Nonferrous Met. Soc . China. Vol. 15.
[7]   ISO 3685 Second Edition 1993.
[8]   Tonshoff. H.K, Mohlfeld. A, PVD - Coating  for Wear   Protection  in  Dry  Cutting
[9]  Sreejith,  P.S  dan  Ngoi,  B.K.A.  2000, Dry Machining:  Machining  of  the  Future .  School  of
Mechanical and Production Engineering . Nanyang Technology University Singapore.
[10]  Bennet.  E.  O. The  Role  of  Sulfate  Reducing Bacteria in The Deterioration of Cutting Oils.
[11] Ginting, A., (2003,Aug). “High Speed Machining of AISI 01 Steel With Multilayer Ceramic CVD– Coated carbide; Tool Life and Surface Integrity” , majalah IPTEK, 14(3) [12]  Takatsu,S.et.al.,  (1983),  “Effect  of CBN Content on  the  Cutting  Performance  of  Polycrstalline
CBN  Tool . Int.J.  Refract.  Hard  Mat., 2(4) , pp. 175-178.
[13]  Gokkaya.  H.,  2010, Journal  of  Mechanical
Engineering 56(9), pp.584-593