PENGARUH SUDUT ORIENTASI ANTARA PAHAT DAN BENDA KERJA TERHADAP BATAS STABILITAS CHATTER PADA PROSES BUBUT ARAH PUTARAN COUNTER CLOCKWISE Oleh Agus Susanto BIDANG KEAHLIAN SISTEM MANUFAKTUR JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER SURABAYA 2011 Dosen Pembimbing Prof. Dr. Ing. Ir. Suhardjono, M .Sc
41
Embed
PENGARUH SUDUT ORIENTASI ANTARA PAHAT DAN BENDA … · LATAR BELAKANG . Mengalami . chatter. Tidak. chatter. ... Persiapan Benda Kerja dan alat bantu ... Panjang bebas pencekaman
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
PENGARUH SUDUT ORIENTASI ANTARA PAHAT DAN BENDA KERJA TERHADAP BATAS STABILITAS CHATTER PADA PROSES BUBUT ARAH PUTARAN COUNTER CLOCKWISE
OlehAgus Susanto
BIDANG KEAHLIAN SISTEM MANUFAKTURJURUSAN TEKNIK MESINFAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRIINSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBERSURABAYA 2011
Dosen PembimbingProf. Dr. Ing. Ir. Suhardjono, M .Sc
Inovasi proses manufaktur
Mesin perkakas mempunyai performansi tinggi
Kendala, akibatkan kriteria deformasi statis maupun perilaku dinamik
Chatter tidak boleh terjadi dan ketika proses pemotongan sedang berlangsung harus dalam keadaan stabil
Perlu mengetahui batas stabilitas chatter sehingga dapat digunakan untuk memprediksi, mengkontrol, dan menghindari chatter.
LATAR BELAKANG
Mengalami chatter
Tidak chatter
Peneliti kasus stabilitas chatter
Knight (1972), some effects of tool geometry and cutting conditions terhadap terjadinya chatter pada proses bubut
Bason dan Yung (2002) berusaha mengetahui model chatterdan mengeliminasinya pada face turning
Lin (2008), berusaha menemukan kondisi stabilitas terbaik pada proses bubut untuk austenitic stainless steel
Suhardjono (2006) meneliti pengaruh kecepatan potong terhadap chatter dan membandingkan kekasaran permukaan sebelum dan sesudah terjadi chatter.
Suzuki, dkk (2010) meneliti stabilitas chatter pada proses plunge cutting dengan arah bubut clockwise (cw) dan counter clockwise (ccw).
Tingkat kestabilan, ditentukan oleh sudutorientasi antara pahat dan benda kerjadalam arti penempatan relatif pahat padatool post mesin bubut terhadap benda kerjayang dicekam
Koenigsberger
I
II
III
IV
Daerah Optimum Penempatan Pahat (Sumber: Koenigsberger dan Tlusty)
DASAR TEORI
METODE PENELITIAN
Tidak
Studi Literatur
Persiapan Benda Kerja dan alat bantu
Persiapan perangkat eksperimen
Set-up Pengujian Eksitasi
Pengujian Eksitasi
Pengolahan dan analisa frekuensi pribadi
Nilai Koherensi 0.95-1?
Merumuskan masalah
Analisa system getaran yang sesuai dengan eksperimen
Sesuai
A
Mulai
Pengolahan dan Analisa Data
Kesimpulan
Set-up pengujian pemotongan, yaitu memilih orientasi sudut
Pengujian pemotongan sampai kedalaman tertentu setiap sudut orientasi hingga terjadi chatter.
Tujuan untuk mencari besarnya kedalaman potong kritis (alim) dan batas stabilitas chatter.
Set-up
Tool positioningThree jaw & chuck
150 mm
Benda kerja
Tool , tool post, dan Accelerometer
Arah feeding
VARIABEL SET-UP
Benda kerja Mildstell ST 41
Ø 38,1 mm (1,5 inchi)
Panjang bebas pencekaman 150 mm
Panjang pencekaman 50 mm.
Pahat potong HSS, κr = 45o, γ = 15o
Kecepatan putaran spindle 260 rpm
Feeding 0,056 mm/putaran
Kedalaman potong (+) 0,25 mm
Arah putaran spindle counter clockwise (ccw)
Kondisi pemotongan Pemotongan tanpa coolant (dry machining)
Tipe proses bubut Proses bubut lurus (straight turning)
Parameter Pemesinan
HASIL EKSPERIMEN
1. UJI EKSITASI
2. UJI PEMOTONGAN
Grafik Fungsi Respon Frekuensi (FRF) arah vertikal Grafik Fungsi Respon Frekuensi (FRF) arah horisontal
1. UJI EKSITASI
2. UJI PEMOTONGAN
Variasi amplitudo getaran akibat variasi kedalaman potong pada sudut orientasi 0˚
Variasi amplitudo getaran akibat variasi kedalaman potong pada sudut orientasi 150˚
Chatter
Chatter
tidak Chatter tidak Chatter
Variasi amplitudo getaran akibat variasi kedalaman potong pada sudut orientasi 30˚
Chatter
tidak Chatter
SudutOrientasi
KedalamanPotong (mm)
Amplitudo(mm/s2)
FrekuensiChatter (Hz)
0˚
0.25 0.0463
0.5 0.12860.75 0.1538
1 0.17561.25 4.1431 260
15˚
0.25 0.0633
0.5 0.07470.75 0.1789
1 0.22071.25 0.43051.5 4.0886 228
30˚
0.25 0.07370.5 0.11430.75 0.1661
1 0.17871.25 0.18961.5 0.19771.75 0.1986
2 0.20622.25 0.20712.5 0.21232.75 0.2137
3 0.21763.25 0.22193.5 0.24533.75 0.2468
4 0.25734.25 0.25974.5 19.25 338
45˚
0.25 0.1055
0.5 0.1257
0.75 0.1359
1 0.2121
1.25 0.2368
1.5 0.2435
1.75 3.6398
2 19.51 311
60˚
0.25 0.09320.5 0.14320.75 0.1673
1 0.16821.25 0.26511.5 0.29471.75 11.447 282
75˚
0.25 0.03190.5 0.12170.75 0.1506
1 0.16031.25 0.25441.5 0.26511.75 4.9391 234
90˚
0.25 0.02620.5 0.15390.75 0.1904
1 0.20111.25 0.21771.5 0.32791.75 0.3711
2 0.37462.25 0.49472.5 0.67412.75 16.36 298
Rangkuman hasil eksperimen
105˚
0.25 0.025980.5 0.046280.75 0.2264
1 0.31241.25 0.33831.5 12.35 251
120˚
0.25 0.04310.5 0.04620.75 0.1951
1 0.58821.25 13.18 282
135˚0.25 0.12710.5 13.49 250
150˚0.1 0.03740.2 0.09660.25 8.665 236
165˚
0.05 0.037040.1 0.055410.25 0.13580.5 4.183 234
180˚
0.25 0.02980.5 0.07270.75 0.0987
1 6.91 260
Sudut OrientasiKedalaman
Potong (mm)Amplitudo(mm/s2)
FrekuensiChatter (Hz)
Sambungan…
ANALISA DAN PEMBAHASAN
1. Pengaruh Kedalaman Potong terhadap Batas Stabil pd Sudut yang Sama2. Perbedaan Stabilitas Chatter akibat Perubahan Sudut Orientasi
1. Pengaruh Kedalaman Potong terhadap Batas Stabil pd Sudut yang Sama
F
Ff
Fv
DoC ΔF Chatter
Asumsi ;Mata potong sangat tajam sehingga tidak menggaruk benda kerja Deformasi yang terjadi hanya pada dua dimensi, sehigga potong yang dianalisa terjadi pada bidang datar (bukan ruang) Distribusi tegangan yang terjadi merata pada bidang geser
Beda amplitudo
FFv
o =−> )cos( γη
FFs
o =−+Φ> )cos( γη)cos()cos(.
o
oFsFvγηγη−+Φ−
=shishiAFs τ.=
Fs
)cos(.sin)cos(.
sin.
sin.
o
o
rrshi
faFvγη
γηκκ
τ−+ΦΦ
−=
Gaya potong akibat aksi-reaski BK-Pahat Gaya akibat deformasi material
AKsF .=
hbA .=>
F
Ff
Fv
rfh
danr
ab
κ
κ
sin
sin
=
=
rf
raKsF
κκ sin.
sin.=
putmmfr
/056.0deg45
==κ
2^/2100,41 mmNKsDINST ===>
NmmmmmmNF oo 108045sin
056.0.45sin
5.4/2100 2 ==
Sudut
Orientasi
Kedalaman
Potong (mm)
Gaya Potong
(N)
0˚
0.25 60
0.5 120
0.75 180
1 240
1.25 300
15˚
0.25 60
0.5 120
0.75 180
1 240
1.25 300
1.5 360
Rangkuman Pengaruh kedalaman potong terhadap fluktuasi gaya potong
30˚
0.25 60
0.5 120
0.75 180
1 240
1.25 300
1.5 360
1.75 420
2 480
2.25 540
2.5 600
2.75 660
3 720
3.25 780
3.5 840
3.75 900
4 960
4.25 1020
4.5 1080
45˚
0.25 60
0.5 120
0.75 180
1 240
1.25 300
1.5 360
1.75 420
2 480
60˚
0.25 60
0.5 120
0.75 180
1 240
1.25 300
1.5 360
1.75 420
75˚
0.25 60
0.5 120
0.75 180
1 240
1.25 300
1.5 360
1.75 420
90˚
0.25 60
0.5 120
0.75 180
1 240
1.25 300
1.5 360
1.75 420
2 480
2.25 540
2.5 600
2.75 660
105˚
0.25 60
0.5 120
0.75 180
1 240
1.25 300
1.5 360
120˚
0.25 60
0.5 120
0.75 180
1 240
1.25 300
150˚
0.1 24
0.2 48
0.25 60
165˚
0.05 12
0.1 24
0.25 60
0.5 120
180˚
0.25 60
0.5 120
0.75 180
1 240
90˚
0.25 60
0.5 120
0.75 180
1 240
1.25 300
1.5 360
1.75 420
2 480
2.25 540
2.5 600
2.75 660
105˚
0.25 60
0.5 120
0.75 180
1 240
1.25 300
1.5 360
120˚
0.25 60
0.5 120
0.75 180
1 240
1.25 300
Sudut OrientasiKedalaman
Potong (mm)
Gaya Potong
(N)
Sambungan…
135˚0.25 60
0.5 120
Temuan Kedalaman Potong Kritis (alimit) dan Pengaruhnya terhadap Peningkatan Stabilitas Pemotongan
2. Perbedaan Stabilitas Chatter akibat Perubahan Sudut Orientasi
Karena pergeseran orientasi sudut menyebabkan arah modus getar dari pahat sebagai sistem yang mengeksitasi benda kerja berubah.
Arah modus getar ini disebut dengan direktional factor (u) (Koenigsberger, Tlusly, & Insperger ,dkk) (besarnya dapat ditentukan)
direktional factor (u) merupakan faktor penentu dari besarnya blim
min)(...21
lim ωGRuKsb −=
Perubahan modus getar akibat perubahan orientasi pahat (Tlusty & Koenigsberger)
Perubahan modus getar secara teori
Cara menentukan directional factor untuk mengetahui besarnya blim pendekatan
Sistem pemotongan dan arah modus getar menurut Tlusly
Menurut Koenigsberger & Tlusly
)cos(.cos βαα −=u
Modus getar & menentukan directional factor pada penenelitian
xy
=αcos
Fx
=− )cos( αβ)cos(.cos αβα −=
Fy
)cos(.cos αβα −=u
)cos(.cos βαα −=u
min)(...21
lim ωGRuKsb −=
Batas stabilitas secara teoritis
200 210 220 230 240 250
1− 10 3−×
0
1 10 3−×
Hre1 Ω( )
Hre2 Ω( )
Hre3 Ω( )
Hre4 Ω( )
Hre5 Ω( )
Hre6 Ω( )
Hre7 Ω( )
Ω
200 210 220 230 240 250
1− 10 3−×
0
1 10 3−×
Hre8 Ω( )
Hre9 Ω( )
Hre10 Ω( )
Hre11 Ω( )
Hre12 Ω( )
Hre13 Ω( )
Ω
Menentukan harga pendekatan blim
)cos(.cos αβα −=umin)(...2
1lim ωGRuKs
b −=
Sudut
orientasi (α)Ks (N/mm2) u.RG(ω)
arah ccw
0o 2100 3,5723.10-4 1.3330
15o 2100 3,0623. 10-4 1.5550
30o 2100 1,8637. 10-4 2.5550
45o 2100 3,5723. 10-4 6.0000
60o 2100 2,2557. 10-4 2.1111
75o 2100 2,5555. 10-4 2.1112
90o 2100 3,5723. 10-4 5.0000
105o 2100 2,8582. 10-4 1.6660
120o 2100 3,5723.10-4 1.3330
135o 2100 3,9318. 10-4 1.2112
150o 2100 4,7619. 10-4 1.0000
165o 2100 3,8968. 10-4 1.2220
180o 2100 2,7827. 10-4 1.7112
)(...21
lim ωGRuKsb −=
Perhitungan nilai blimit scr teoritis
Diagram polar stabilitas (nilai pendekatan)
Diagram polar stabilitas hasil eksperimen
PERBANDINGAN
Perbedaan?1. Lebar pemotongan kritis (blim) tidak sama
1. Terdapat perbedaan stabilitas chatter, frekuensi chatter, dan kedalaman potongkritis setiap sudut orientasi pada proses bubut arah putaran counter clockwise,dimana stabilitas tertinggi terdapat pada sudut orientasi 30o dan terendah pada150o, sehingga terjadi peningkatan batas stabilitas sebesar 21 kali antara stabilitastertinggi dan stabilitas terendah
2. Proses bubut konvensional (normal) menggunakan sudut 0o, jika kondisipemotongan ini dirubah menjadi sudut orientasi 30o maka tingkat stabilitas prosespemotongan akan meningkat menjadi 4.25 kali dari proses pemotongan normal.