## Analisis Pengaruh Kecepatan Potong terhadap Keausan Alat Potong pada Proses Pembubutan Material S50C Menggunakan Persamaan Taylor
Danny Wicaksono 1* , Waluyo Musiono Bintoro 2
1 Jurusan Teknik Mesin dan Industri, Politeknik Astra, Jl. Gaharu Blok F-3 Delta Silicon 2 Lippo Cikarang. Kel. Cibatu, Kec. Cikarang Selatan,
Kab. Bekasi Jawa Barat. Indonesia
2 Departemen Teknik Mesin, Politeknik Negeri Bandung Jl. Gegerkalong Hilir, Ciwaruga, Kec. Parongpong, Kabupaten Bandung Barat, Jawa Barat, Indonesia
*E-mail: danny.wicaksono@polytechnic.astra.ac.id
Diajukan: 15-06-2023; Diterima: 14-12-2023; Diterbitkan: 22-12-2023

## Abstrak
Umur alat potong sangat bergantung pada parameter pemotongan. Terdapat beberapa parameter pemotongan seperti kecepatan  potong  ( Vc), pemakanan (fz) ,  kedalaman  pemakanan (a) ,  dan  beberapa  kondisi  lingkungan  yang  dapat berpengaruh  terhadap  proses  pemotongan.  Umur  alat  potong  dapat  ditingkatkan  dengan  menurunkan  kecepatan potong,  pemakanan,  dan  kedalaman  pemakanan,  tetapi  hal  tersebut  dapat  memengaruhi  produktifitas  dari  proses pemesinan. Kecepatan potong sangat memengaruhi umur alat potong berdasarkan persamaan Vc.T n = C. Nilai n pada persamaan  Taylor  menunjukan  material  alat  potong  yang  digunakan.  Berdasarkan  hasil  studi  literatur,  penelitian umur  alat  potong  untuk  menentukan  persaman  taylor  dengan  parameter  pemesinan  dan  material  yang  sama  belum pernah  dilakukan.  Tujuan  dari  penelitian  ini  adalah  menentukan  persamaan  Taylor  untuk  proses  bubut  memanjang dengan  material  alat  kabida  tungsten  (WC)  dengan  pelapisan  titanium  karbonitrida  (TiCN),  dan  benda  kerja  yang digunakan adalah S50C. Penelitian ini menggunakan metode eksperimental dengan memvariasikan kecepatan potong yang  berkisar  dari  90  m/menit  s/d  195  m/menit,  sedangakan  parameter  lain  seperti  fz  dan  a  dibuat konstan  dengan nilai  0,2  mm/ tooth dan  0,5  mm.  Hasil  eksperimen  tersebut  kemudian  dibuat  grafik  kecepatan  potong  terhadap dimensi keausan alat potong. Hasil dari penelitian ini dapat digunakan sebagai referensi untuk menentukan parameter pemesinan  dengan  laju  keausan  alat  potong  yang  diinginkan,  persamaan  Taylor  dari  hasil  penelitian  ini  adalah Vc.T 0,48 =847,09.
Kata kunci: Persamaan Taylor; Proses pembubutan; Umur alat potong

## Abstract
Cutting  tool  life  is  highly  susceptible  on  the  machining  parameters.  Machining  parameters  vary  from  depth  of  cut (a), feed rate (fz), cutting speed (Vc), and environmental conditions subjected in the machining process. Lifetime of the  tool  will  increased  by  reducing  the  machining  parameter  such  as  cutting  speed,  depth  of  cut  and  feeding,  in addition of production time. The productivity and lifetime of the tool can be controlled by conducting the experiment and using the Taylor equation for tool life. Cutting speed has highest influence in lifetime of the cutting tool, based on  the  Taylor  equation  Vc.T n =  C. The  value  of  n  is  an  index  whose  value  corresponds  to  the  type  of  cutter  used. Based  on  the  literature  study,  there  are  no  research  conducted  to  determine  the  taylor  constant  with  this  exact machining parameter and material. The cutting tools used in this study were fabricated from TiCN coated tungsten carbide  (WC)  and  S50C  sample  material.  In  this  study,  experimental  method  was  carried  out  with  cutting  speed varied  within  range  of  90  m/minute  to  195  m/minute  while  other  cutting  conditions  such  as  depth  of  cut  and feed were kept  constant  with value 0,2mm/tooth  and 0,2 mm. As these parameters vary, experimental data  is generated and visualized in a graph of cutting speed versus cutting tool flank wear dimension (Vb). The results of this study can be used as a reference to determine the cutting speed to improve tool life. The Taylor equation obtained in this study is Vc.T 0,48 =847,09.
Keywords: Cutting Tool life; Taylor equation; Turning process

## 1. Pendahuluan
Industri  manufaktur  pada  saat  ini  menuntut  produktifitas  yang  tinggi  dengan  kualitas  yang  baik  untuk  proses pemesinan, hal tersebut dapat berdampak pada harga proses dan material habis pakai  [1]. Sebagai material habis pakai, alat  potong  hanya  menghabiskan  4%  dari  total  biaya  pemesinan,  tetapi  terdapat  beberapa  kondisi  dimana  alat  potong memakan  biaya  lebih  banyak dan  menurunkan produktifitas karena ada waktu pergantian alat potong dan sebagainya.
Downtime yang  disebabkan  oleh  alat  potong  itu  dapat  meningkatkan  biaya  proses  sampai  30%  [2].  Umur  alat  potong juga sering digunakan sebagai acuan kualitas dari alat potong itu sendiri [3]. Terdapat beberapa upaya yang dilakukan untuk  memperpanjang  umur  alat  potong,  seperti  menggunakan  cairan  pendingin  untuk  menghilangkan  panas  yang dihasilkan  dari  gesekan  antara  alat  potong  dan  benda  kerja  [4],  [5].  Material  yang  dipotong  juga  memiliki  pengaruh terhadap umur alat potong, material yang memiliki machinability yang baik akan menghasilkan umur alat potong yang lebih panjang  [6].  Fenomena keausan alat potong tidak dapat dihindari, keausan alat potong  merupakan poroses  yang terjadi  secara  bertahap  dengan  laju  keausan  yang  dapat  dikontrol  dengan  merubah  beberapa  parameter  pada  proses pemesinan [7]. Berdasarkan pentingnya alat potong terhadap proses pemotongan tersebut, dibutuhkan studi kasus untuk memprediksi  umur  alat  potong  yang  digunakan  dalam  proses  pemesinan  untuk  menghindari  adanya  kerusakan  alat potong sebelum proses penggantian alat potong tersebut [8].
Penelitian  ini  bertujuan  untuk  memprediksi  umur  alat  potong  yang  digunakan  dalam  proses  pembubutan  material S50C. Proses pembubutan dilakukan tanpa menggunakan cairan pendingin dan memvariasikan kecepatan potong (Vc). Berdasarkan  penelitian  ini,  semakin  tinggi  nilai  kecepatan  potong,  umur  alat  potong  akan  semakin  pendek.  Hasil penelitian  ini  dapat  digunakan  sebagai  referensi  parameter  kecepatan  potong  dalam  proses  pembubutan  tanpa menggunakan cairan pendingin.

## 2. Material dan metodologi

## 2.1. Prosedur Eksperimen
Alat  potong  yang  digunakan  dalam  penelitian  ini  adalah  DCMT  070204EN.  Alat  potong  tersebut  dilapisi  dengan TiCN  dengan  proses chemical  vapor  deposition (CVD).  Spesimen  material  yang  digunakan  adalah  baja  karbon  S50C dengan  komposisi  kimia  seperti  pada  Tabel  1.  Material  S50C  merupakan  baja  karbon  menengah  yang  memiliki kemampuan  untuk  dibubut  yang  baik  karena  unsur  paduan  karbon  (C)  dan  mangan  (Mn)  tidak  terlalu  tinggi  yang menyebabkan kekerasan material juga tidak terlalu tinggi [6]. Kekerasan material S50C berkisar antara 16 s/d 29 HRc. Mesin  bubut  yang  digunakan  adalah  mesin  bubut  CNC  EMCO  GSK980TD.  Parameter  yang  digunakan  dalam penelitian  ini  dapat  dilihat  pada  Tabel  2.  Berdasarkan  Tabel  2,  parameter  yang  divariasikan  adalah  kecepatan  potong (Vc)  dan  waktu  pemotongan  (Tc),  sementara feeding (fz)  dan  kedalaman  pemakanan  (a)  dibuat  konstan.  Proses pembubutan yang dilakukan adala bubut memanjang paralalel dengan sumbu benda kerja tanpa adanya kontur. Ilustrasi benda kerja yang dibubut dapat dilihat pada Gambar 1.

## 2.2. Keausan dan umur alat potong
Berdasarkan peneltian Denkena B dkk, alat potong yang telah mencapai keausan  tepi (V B ) 0,3 mm dapat dikatakan sudah  aus  karena  kekasaran  permukaan  dan  dimensi  benda  kerja  menjadi  tidak  sesuai  [9].  Pengukuran  keausan dilakukan  menggunakan  mikroskop  optik  Olympus  BX51M.  Alat  potong  yang  telah  diukur  dengan  mikroskop kemudian ditampilkan datanya dalam bentuk grafik untuk melihat pengaruh kecepatan potong terhadap keausan.

## 2.3. Persamaan Taylor
Model  matematis  untuk  memprediksi  umur  alat  potong  pada  proses  bubut  dapat  dituliskan  menurut  persamaan Taylor [10]–[13] seperti yang terlihat pada persamaan (1):
𝑪 = 𝑽 𝒄 . 𝑻 𝒏
(1)
Dimana C adalah konstanta Taylor, Vc adalah kecepatan potong (m/menit), T adalah umur alat potong (menit) dengan keausan  tepi  (V B )  yang  telah  ditetapkan.  Berdasarkan  persamaan  (1),  umur  alat  potong  akan  menurung  dengan meningkatnya kecepatan potong. Persamaan (1) dapat digunakan untuk membantu mengontrol laju keausan alat potong dengan mempertimbangkan nilai kecepatan potong.

## Tabel 1. Komposisi kimia spesimen S50C
Komposisi Fe C Si Mn P S Cr Mo Ni Al Cu Ti V wt% 98,6 0,495 0,192 0,656 0,003 0,002 0,0443 0,003 0,004 0,0057 0,0195 0,0021 0,0033
Gambar 1. Ilustrasi proses pembubutan
Tabel 2. Parameter proses pembubutan
Vc (m/menit) Tc (menit) a (mm) fz (mm/sisi potong) 90 11,1 0,5 0,2 125 11,3 0,5 0,2 160 11,2 0,5 0,2 195 10,8 0,5 0,2 160 6,9 0,5 0,2 160 11,2 0,5 0,2 160 19,5 0,5 0,2

## 3. Hasil dan pembahasan

## 3.1 Pengukuran keausan alat potong
Kecepatan  potong  yang  digunakan  untuk  mengukur  keausan  tepi  alat  potong  terhadap  waktu  pemotongan  adalah 160  m/menit  seperti  yang  dapat  dilihat  pada  Tabel  2.  Waktu  pemotongan  6,9  menit  menghasilkan  V B sebesar  101,17 µm seperti terlihat pada Gambar 2(a), waktu pemotongan 11,2 menit menghasilkan V B 158,69 µm seperti terlihat pada Gambar  2(b),  dan  waktu  pemotongan  19,5  menit  menghasilkan  V B 261,37  µm  seperti  terlihat  pada  Gambar  2(c). Peningkatan  nilai  keausan  disebabkan  oleh  pemakaian  alat  potong  tersebut,  walaupun  kecepatan  potongnya  tidak berubah, keausan alat potong akan tetap bertambah seiring dengan bertambahnya waktu pemotongan.
Pengaruh  kecepatan  potong  terhadap  keausan  terlihat  sangat  signifikan.  Peningkatan  kecepatan  potong menyebabkan  keausan  meningkat.  Kecepatan  potong  90  m/menit  menghasilkan  V B 44,34  µm  seperti  pada  Gambar  2 (d).  Kecepatan  potong  125  m/menit  menghasilkan  V B 97,23  µm  seperti  pada  Gambar  2  (e).  Kecepatan  potong  160 m/menit  menghasilkan  V B 158,69  µm  seperti  pada  Gambar  2  (b).  Kecepatan  potong  195  m/menit  menghasilkan  V B 190,49 µm seperti pada Gambar 2 (f).
Gambar 2. Hasil pengukuran keausan alat potong.

## 3.2 Analisis hasil pengukuran
Berdasarkan  hasil  pengukuran,  waktu  pemakanan  menghasilkan  grafik  yang  hampir  linier  terhadap  keausan  alat potong,  sedangkan  kecepatan  potong  menghasilkan  garis  yang  eksponensial  terhadap  keausan  alat  potong.  Waktu pemakanan  menyebabkan  keausan  alat  potong  bertambah  besar  karena  seiring  dengan  meningkatnya  pemakaian, permukaan  alat  potong  akan  tergerus  secara  perlahan-lahan,  grafik  dapat  dilihat  pada  Gambar  3(b).  Persamaan  garis untuk grafik waktu pemotongan terhadap keausan dapat dilihat pada persamaan (2).
𝑻𝒄 = 𝟗𝟐, 𝟗 𝒙 𝑽 𝑩 𝟏,𝟏𝟓𝟔
(2)
Berbeda  dengan  waktu  pemotongan,  pengaruh  keausan  alat  potong  karena  meningkatnya  kecepatan  potong  tidak linier melainkan mendapatkan grafik yang eksponensial  seperti pada Gambar 3(a). Hal tersebut disebabkan oleh panas yang  dihasilkan  oleh  alat  potong  lebih  besar  seiring  dengan  meningkatnya  kecepatan  potong  [14].  Persamaan  garis untuk grafik waktu pemotongan terhadap keausan alat potong dapat dilihat pada persamaan (3).
𝑽𝒄 = 𝟒𝟐𝟑, 𝟒 𝒙 𝑽 𝑩 𝟎,𝟓𝟎𝟒
(3)
Gambar 3. (a) Diagram pengaruh kecepatan potong (Vc) dengan keausan alat potong (V B ), (b) Diagram pengaruh waktu pemotongan (Tc) dengan keausan alat potong (V B ). 0 50 100 150 200 250 0 0.1 0.2 V c (m /m e n it ) VB (mm) a 0 5 10 15 20 25 0 0.1 0.2 0.3 Tc (m e n it ) VB (mm) b
a b c d e f
Gambar 4. Diagram kecepatan potong (Vc) terhadap umur alat potong (T)
Persamaan (3) dan (2) dapat disubstitusikan untuk mendapatkan persamaan Taylor. Batas keausan alat potong yang digunakan  pada  penelitian  ini  adalah  0,4  mm,  batas  keausan  tersebut  dimasukan  ke  persamaan  (2)  dan  (3)  untuk mensubstitusi kedua persamaan tersebut [15]. Persamaan (4) adalah hasil dari substitusi kedua persamaan tersebut, dari persamaan (4) grafik Vc terhadap T dapat dibuat, grafik Vc terhadap T dapat dilihat pada Gambar 4.
𝑽𝒄 𝒙 𝑻 𝟎,𝟒𝟖 = 𝟖𝟒𝟕, 𝟎𝟗
(4)

## 4. Kesimpulan
Berdasarkan  hasil  pengujian,  kecepatan  potong  sangat  berpengaruh  pada  laju  keausan  alat  potong.  Meningkatnya kecepatan  potong  menyebabkan  peningkatan  laju  keausan  alat  potong  dan  berakibat  pada  menurunnya  umur  alat potong,  sedangkan  waktu  pemakanan  tidak  memberikan  pengaruh  yang  signifikan  terhadap  laju  keausan  alat  potong. Material  S50C  memiliki  kemampuan  machining  yang  baik,  oleh  karena  itu  alat  potong  tidak  mengalami  kegagalan prematur dengan parameter pembubutan  yang telah  dilakukan.  Peningkatan  laju keausan  disebabkan oleh peningkatan nilai kecepatan potong yang menghasilkan panas dari gesekan antara alat potong dan benda kerja [14]. Oleh karena itu nilai umur alat potong berbanding terbalik dengan nilai kecepatan potong. Kecepatan potong yang menghasilkan  umur alat potong terendah adalah 195 m/menit dengan umur alat potong 21,3 menit, sedangkan kecepatan potong 90 m/menit menghasilkan  umur  alat  potong  paling  tinggi  yaitu  sebesar  106,78  menit.  Nilai  konstanta  Taylor  pada  penelitian  ini adalah 847,09 dengan eksponen umur alat potong 0,48.

## Daftar Pustaka
[1]  K. Tatar, S. Sjöberg, and N. Andersson, “Investigation of cutting conditions on tool  life  in  shoulder milling of Ti6Al4V using PVD coated micro-grain carbide insert based on design of experiments,” Heliyon , vol. 6, no. 6, Jun. 2020, doi: 10.1016/j.heliyon.2020.e04217.
[2]  H. Sun, Y. Liu, J. Pan, J. Zhang, and W. Ji, “Enhancing cutting tool sustainability based on remaining useful life prediction,” J Clean Prod , vol. 244, Jan. 2020, doi: 10.1016/j.jclepro.2019.118794.
[3]  T. L. Ginta, M. A. Lajis, A. K. M. N. Amin, and H. C. D. M. Radzi, “Tool Life Prediction by Response Surface Methodology  in  End  Milling  Titanium  Alloy  Ti6Al4V  Using  Uncoated  WC-Co  Inserts  Surface  treatment  of biomedical  Implants  through  additives  mixed  Electro  Discharge  Deposition  View  project  Additive Manufacturing  View  project Tool  Life  Prediction  by  Response  Surface  Methodology  in  End  Milling  Titanium
0 50 100 150 200 250 300 0 20 40 60 vc (m /m e n it ) T (menit)
Alloy Ti-6Al-4V Using Uncoated WC-Co Inserts,” 2009. [Online]. Available:
http://www.eurojournals.com/ejsr.htm
[4]  S. Sulaiman, M. S. Alajmi, W. N. W. Isahak, M. Yusuf, and M. Sayuti, “Dry Milling Machining:  Optimization of  Cutting  Parameters  Affecting  Surface  Roughness  of  Aluminum  6061  using  the  Taguchi  Method,” International Journal of Technology , vol. 13, no. 1, pp. 58–68, 2022, doi: 10.14716/ijtech.v13i1.4208.
[5]  M. H. S. Elmunafi, M. Y. Noordin, and D. Kurniawan, “Tool Life of Coated Carbide Cutting Tool when Turning Hardened  Stainless  Steel  under  Minimum  Quantity  Lubricant  Using  Castor  Oil,” Procedia  Manuf ,  vol.  2,  pp. 563–567, 2015, doi: 10.1016/j.promfg.2015.07.097.
[6]  V. Songmene, I. Zaghbani, and G. Kientzy, “Machining and Machinability of Tool Steels: Effects of Lubrication and Machining Conditions on Tool Wear and Tool Life Data,” Procedia CIRP , vol. 77, pp. 505–508, Jan. 2018, doi: 10.1016/J.PROCIR.2018.08.252.
[7]  A.  Senthil  Kumar,  A.  Raja  Durai,  and  T.  Sornakumar,  “The  effect  of  tool  wear  on  tool  life  of  alumina-based ceramic cutting tools while machining hardened martensitic stainless steel,” J Mater Process Technol , vol. 173, no. 2, pp. 151–156, Apr. 2006, doi: 10.1016/J.JMATPROTEC.2005.11.012.
[8]  T.  Mikołajczyk,  K.  Nowicki,  A.  Bustillo,  and  D. Y.  Pimenov,  “Predicting  tool  life  in  turning  operations  using neural  networks  and  image  processing,” Mech  Syst  Signal  Process ,  vol.  104,  pp.  503–513,  May  2018,  doi: 10.1016/j.ymssp.2017.11.022.
[9]  B.  Denkena,  P.  Helmecke,  and  L.  Hülsemeyer,  “New  production  technologies  in  aerospace  industry  -  5th machining  innovations  conference  (MIC  2014)  energy  efficient  machining  with  optimized  coolant  lubrication flow rates,” in Procedia CIRP , Elsevier B.V., 2014, pp. 25–31. doi: 10.1016/j.procir.2014.07.140.
[10]  P.  B.  Asha,  C.  R.  P.  Rao,  R.  Kiran,  and  D.  V.  R.  Kumar,  “Effect  Of  Machining  Parameters  On  Cutting  Tool Temperature And Tool Life While Turning EN24 And Hchcr Grade Alloy Steel,” Mater Today Proc , vol. 5, no. 5, pp. 11819–11826, Jan. 2018, doi: 10.1016/J.MATPR.2018.02.152.
[11]  C.  J.  Rao,  D.  Sreeamulu,  and  A.  T.  Mathew,  “Analysis  of  tool  life  during  turning  operation  by  determining optimal  process  parameters,”  in Procedia  Engineering ,  Elsevier  Ltd,  2014,  pp.  241–250.  doi: 10.1016/j.proeng.2014.12.247.
[12]  C. K. Toh, “Tool life and tool wear during high-speed rough milling using alternative cutter path strategies,” in Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part B: Journal of Engineering Manufacture , 2003, pp. 1295–1304. doi: 10.1243/095440503322420223.
[13]  M.  Qasim  Zafar,  “TOOL  LIFE  AND  SURFACE  ROUGHNESS  OPTIMIZATION  IN  CONVENTIONAL MACHINING,” 2016. [Online]. Available: https://www.researchgate.net/publication/328359766
[14]  L. C. Magalhães, G. C. Carlesso, L. N. L. de Lacalle, M. T. Souza, F. de O. Palheta, and C. Binder, “Tool Wear Effect  on  Surface  Integrity  in  AISI  1045  Steel  Dry  Turning,” Materials ,  vol.  15,  no.  6,  Mar.  2022,  doi: 10.3390/ma15062031.
[15] Hosseinkhani,  K.;  Ng,  E.-G.  A  Unique  Methodology  for  Tool  Life  Prediction  in  Machining. J.  Manuf.  Mater. Process. 2020, 4 , 16. https://doi.org/10.3390/jmmp4010016