BAB I PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang Kekasaran permukaan adalah salah satu alat ukur yang sangat penting dan harus dikuasai cara pengukurannya oleh Mahasiswa Teknik Mesin karena dalam melakukan suatu pemesinan sangat diperlukan pengukuran. Kekasaran permukaan merupakan salah satu alat ukur yang sangat diperlukan saat pemesinan. Dengan adanya praktikum kekasaran permukaan Mahasiswa Teknik Mesin dapat mengetahui jenis-jenis kekasaran permukaan, metode yang digunakan, prinsip kerja kekasaran permukaan dan fungsi kekasaran permukaan, serta bagian-bagian yang bertujuan agar mahasiswa bisa mengukur dengan kekasaran permukaan lebih teliti saat di dunia kerja. Dan dengan mengikuti praktikum ini, mahasiswa dapat mengetahui ilmuilmu dan mendapatkan keterampilan dan keaslian tentang kekasaran permukaan. 1.2. Tujuan Adapun beberapa tujuan praktikum dari kekasaran permukaan, yaitu : a) Agar dapat membaca grafik kekasaran permukaan dan dapat menentukan nilai-nilai yang ada pada grafik b) Agar dapat mengeoperasikan alat ukur kekasaran permukaan.
1.3. Alat-Alat a) Meja Rata
Gambar 1. 1 Meja Rata
1
b) Pick Up
Gambar 1. 2 Pick up
c) Drive unit
Gambar 1. 3 Drive unit
d) Amplifier
Gambar 1. 4 Amplifier
2
1.4. Benda Ukur Benda ukur yang digunakan pada praktikum Pengukuran Kekasaran Permukaan adalah batang aluminium.
Gambar 1.5 Benda ukur
1.5. Pelaksanaan Praktikum Adapun beberapa prosedur kerja dalam melakukan praktikum kekasaran permukaan, yaitu : a) Kedataran meja diukur terlebih dahulu menggunakan waterpas menggunakan metode union jack (terhadap sisi horizontal, vertical dan diagonal) b) Kemudian satu unit alat ukur kekasaran permukaan dikeluarkan (pick up, drive unit dan amplifier) c) Rangkaian alat ukur kekasaran permukaan dan setting parameter sesuai standar ISO. d) Kemudian dilakukan percobaan pada benda kalibrasi dengan cara benda ukur diletakkan di bawah jarum sensor yang terdapat pada pick up, kemudian lakukan pengaturan set meter =0. e) Lakukan langkah yang sama seperti no 4 untuk benda ukur yang akan diukur. f) Lakukan pengambilan data dan hasil data yabg didapat berbentuk grafik. g) Lakukan perhitungan parameter-parameter kekasaran permukaan dari data grafik uang diperoleh. h) Lakukan analisis kekasaran permukaan dari hasil perhitungan grafik.
3
BAB II TEORI DASAR
2.1. Pengertian Permukaan Permukaan adalah batas yang memisahkan benda padat dengan sekelilingnya. Benda padat yang banyak lubang kecil seperti kayu, dalam hal ini tidak termasuk. Jika ditinjau dengan skala kecil pada dasarnya konfigurasi permukaan suatu elemen mesin (produk) merupakan karakteristik geometric,yang dalam hal ini termasuk mikrogeometri. Mikrogeometri adalah permukaan secara keseluruhan yang membuat bentuk / rupa yang spesifik , misalnya permukaan poros,lubang sisi, dll. Dalam hal perancangan toleransinya telah tercakup pada elemen geometric ukuran,bentuk dan posisinya. Karakteristik permukaan memegang peranan penting dalam perancangan komponen mesin /peralatam. Banyak hal dimana permukaan dinyatakan misalnya gesekan, keausan, pelumasan,tahanan kelelahan, perekatan dua atau lebih komponen-komponen mesin, dll. Orang membuat berbagai parameter guna menandai/ mengidentifikasi konfigurasi suatu permukaan. Parameter harus terukur (bisa terukur dengan besaran atau unit tertentu), yang mungkin harus dilakukan dengan memakai alat ukur khusus yang dirancang untuk keperluan tersebut. 2.2. Permukaan dan Profil Ketidaksempuranaan alat ukur dan cara pengukuran maupun evaluasi hasil pengukuran maka suatu permukaan sesungguhnya tidak dapat dibuat tiruan/ duplikatnya secara sempurna. “Tiruan Permukaan” hasil pengukuran hanya bisa mendekati bentuk/ konfigurasi suatu celah atau retakan yang sempit pada permukaan terukur (measured surface), contohnya suatu celah atau retakan yang sempit pada permukaan tidak akan dapat di ikuti oleh jarum peraba ( stylus) alat ukur karena dimensi ujung jarum ini lebih besar daripada ukuran celah. Karena terjadinya berbagai penyimpangan selama proses pembuatan maka permukaan geometric ideal ( geometrically ideal suface ) , yaitu permukaan yang di anggap mempunyai bentuk yang sempurna, tidaklah dapat di buat.Dalam praktek seorang perancang akan menuliskan syarat permukaan pada gambarteknik dengan menggunakan cara yang mengikuti suatu aturan (standar) yang tertentu. Permukaan nominal (nominal surface) yaitu permukaan seperti yang disyaratkan pada gambar teknik. Karena kesulitan dalam mengukur dan menyatakan besaran yang di ukur bagi suatu permukaansecara tiga dimensi maka dilakukan suatu pembatasan. Permukaan hanya dipandang sebagaipenampang permukaan yang dipotong secara tegak lurus (normal), sorong (oblique), atau singgung (tangensial). Bidang
4
pemotongan dapat diatur orientasinya sejajar dengan permukaanlalu digeser ke dalam permukaan dengan jarak kedalaman yang sama (equidistant). Keempatcara pemotong menghasilkan suatu garis/ daerah yang dinamakan sesuai dengan carapemotongannya. Khusus pemotongan normal dan serong, garis potongannya disebut Profil. Hasil analisis suatu permukaan akan berbeda-beda sesuai dengan cara pengambilan bidang potong. Ketidakteraturan konfigurasi suatu permukaan dari segi profilnya diuraikan menjadi beberapa tingkat: 1. Makrogeometri (toleransi bentuk) 2. Gelombang ( waviness) 3. Alur (grooves) 4. Serpihan (flakes) atau lebih dikenal dengan kekasaran ( roughness ) Hal yang penting yaitu cara membuat dan menyatakan secara kuantitatif suatu parameter yang dapat menjelaskan satu persatu tingkat ketidakteraturan bagi suatu permukaan yang sekaligus mempunyai kombinasi ketidakteraturan.
Tabel 2. 1
Ketidakteraturan Suatu Profil
2.3. Parameter Kekasaran Permukaan Panjang lintasan panjang pengukuran adalah jarak lintasan garis lurus yang digerakkan sepanjang alat ukur dengan stylus. Panjang sampel (sampling length/ l) yaitu bagian panjang pengukuran dimana dilakukan
5
analisis profil permukaan. Reproduksi profit sesungguhnya dengan penambahan keterangan mengenai beberapa istilah profil : a) Profil geometrik ideal (geometrically ideal profile) adalah profile yang permukaan sempurna (dapat berupa garis lurus, lengkung, atau busur). b) Profil terukur (measured profile) merupakan suatu profile permukaan terukur. c) Profil referensi /acuan/ puncak ( reference profile) adalah profit yang di gunakan sebagai acuan untuk menganalisis ketidakteraturan konfigurasi permukaan. Profil ini dapat berupa garis lurus atau garis dengan bentuk sesuai dengan profil geometric ideal, serta menyinggung puncak tertinggi profil terukur dalam suatu panjang sampel (sehingg adisebut profil puncak/ cust line). d) Profil akar atau alas (root profile) yaitu profil referensi yang digeserkan ke bawah (arahtegak lurus terhadap profile geometric ideal pada suatu panjang sampel). Sehingga menyinggung titik terendah profile terukur. e) Profile tengah (center profile) adalah profil referensi yang di geserkan ke bawah, (arah tegak lurus terhadap profile geometric ideal pada suatu panjang sampel) sedemikian rupa sehingga jumlah luas bagi daerah-daerah di atas profil tengah sampai ke profil terukur adalah sama dengan jumlah luas-luas daerah di bawah profil tengah sampai keprofil terukur.
Gambar 2. 1 Parameter Permukaan pada arah Tegak
Berdasarkan profil-profil yang diterangkan diatas, dapat didefinisikan beberapa parameter permukaan, yaitu yang berhubungan dengan dimensi pada arah tegak dan arah memanjang/mendatar. Untuk dimensi arah tegak dikenal beberapa parameter, yaitu :
a) Kekasaran total ( peak to valley height/ total height) ; Rt (µm) Adalah jarak antara profile referensi dengan profil alas. b) Kekasaran perataan (depth of surface smoothness/ peak to mean line) ; Rp (µm)
6
Adalah jarak rata-rata antara profile referensi dengan profil terukur. ∫
akan sama dengan jarak antara profil referensi dengan profil tengah. c) Kekasaran Rata-rata Aritmatik (mean roughness indek/ center line average, CLA ); Ra(µm) Adalah harga rata-rata aritmatik bagi harga absolutnya jarak antara profil terukur dengan profil tengah .
∫
d) Kekasaran Rata-rata Kuadratik (root mean square height) Adalah akar bagi jarak kuadrat rata-rata antara profil terukur dengan profil terukur. dengan profil tengah.
√ ∫
e) Kekasaran Total Rata-rata ; Rz (µm) Merupakan jarak rata-rata profil alas ke profil terukur pada lima puncak tertinggi dikurangi jarak rat-rata profil terukur pada lima lembah terendah. ]
∑[
7
Untuk dimensi arah mendatar:
Gambar 2. 2 Parameter Permukaan Pada Arah Memanjang
a) Lebar Gelombang (Waviness width); Aw , mm Adalah rata-rata aritmatik bagi semua jarak di antara 2 buah puncak gelombang (profil terukur) yang berdekatan pada suatu panjang sampel lw. Lw disebut panjangsampel gelombang (waviness sampeling length), dimensinya lebih panjang daripada panjang sampel gelombang l ( yang biasa dipakai untuk mengukur kekasaran). Maksud pemakaian lw adalah untuk memisahkan efek gelombang dari parameter kekasaran. b) Lebar kekasaran (roughness width) ; Ar (mm) Adalah rata-rata aritmatik bagi semua jarak di anatara dua buah puncak kekasaran profil terukur yang berdekatan pada suatu panjang sampel l. c) Panjang penahan ( bearing length ), l1 (mm) Adalah profil referensi digeserkan kebawah sejauh c akan memotong profil terukur sepanjang d) Bagian panjang lengan (bearing length faction), (mm) Adalah hasil bagian panjang penahan terhadap panjang sampelnya.
2.4. Pembahasan Harga Parameter Kekasaran Permukaan Parameter kekasaran permukaan merupakan besaran panjang yang direkayasa orang guna mengidentifikasi suatu permukaan. Suatu peremeter dikatakan ideal jika perbedaan spesifiknya dapat diketahui dan perbedaan hasil pengukuran berdasarkan pengukuran. Karena kompleksitas suatu permukaaan maka sulit untuk membuat parameter yang ideal. Hal ini dapat ditunjukkan melalui ulasan berikut ini: a) Koefisien lekukan, Adalah kekasaran perataan dibagi dengan kekasaran total,
8
b) Koefisien kelurusan, Adalah merupakan komplemen satuan koefisien lekukan.
Untuk suatu profil yang mempunyai kombinasi ketidakteraturan yang berbentuk gelombang dan sekaligus juga kekasaran harus diusahakan untuk memisahkan tingkatan ketidakteraturan tersebut. Caranya, dengan mengambil dua panjang sampel yang berbeda yaitu panjang sampel gelombang dan panjang sampel kekasaran. Jadi harga rata-rata aritmatik Ra untuk beberapa panjang sampel kekasaran. Jadi pada beberapa tempat di dalam panjang sampel gelombang dapat dikurangkan dari harga Ra yang di dapat dari pengukuran untuk satu panjang sampelgelombang. Hasil ini di defenisikan sebagai parameter lain yang disebut ketinggiamn / kekasaran gelombang, W (waviness height). Untuk satu panjang gelombang , W adalah jarak antara profile dasar dengan profil referensi yang telah digeser sejauh harga rata-rata (Rt) untuk beberapa panjang sampel kekasaran. Untuk mengetahui karakteristik suatu permukaan, lebih baik jika dilakukan dengan cara merata-ratakan hasil pengukuran pada beberapa tempat. Arah gerak sensor alat ukur (arah pengukuran) adalah sembarang, kecuali jika ada ketentuan bahwa arah pengukuran harus tegak lurus terhadap alur-alur bekas pengerjaan (dan ini merupakan cara yang banyak di praktekkan). Garis-garis pengukuran harus sejajar. Jika dihitung parameter permukaannya, ada beberapa bentuk profil teoritik dengan perbandingan harga-harga parameter kekasarannya. Tabel 2. 2 Bentuk Profil Teoritik dengan Harga Parameter Kekasarannya
Dari data tabel di atas dapat disimpulkan bahwa: a) Koefisien Rg/Ra untuk kesemua bentuk profil harganya hampir tidak berubah yaitu Rg/ra= 1.2 , Oleh karena itu dapat di anggap bahwa Rg dan
9
Ra adalah sederajat , artinya ke dua parameter tersebut mempunyai nilai informasi yang sama atas konfigurasi permukaan. b) Koefisien Ra/Rt dan Rg/Rt tidak banyak dipengaruhi oleh bentuk profil yang berarti kedua koefisien ini tidak sesuai untuk manandai konfigurasi permukaan. c) Koefisien Rp/Rt yang harganya terletak antara 0 dan 1 ternyata lebih dapat digunakan untuk manandai konfigurasi permukaan daripada koefisien yang lain. Oleh sebab itu,Rp/Rt disebut koefisien lekukan (Ku). Bermacam-macam parameter permukaaan yang akan dibahas di atas parameter Rarelative lebih banyak digunakan untuk mengidentifikasikan permukaan. Jika hal ini dimaksudkan untuk menerangkan ketidakteraturan konfigurasi permukaan yang bersangkutan, adalah tidak berdasar. Karena, untuk beberapa bentuk profil dapat mempunyai harga Ra yang hampir sama. Parameter Ra cocok apabila difungsikan untuk memeriksa kualitas permukaan komponen mesin yang dihasilkan dalam jumlah yang banyak dengan menggunakan suatu proses pemesinan tertentu. Dibandingkan dengan parameter lain harga Ra lebih sensitive terhadap perubahan/ penyimpangan yang terjadi pada proses pemesinan. Jika permukaan produk di monitor dengan mengukur Ra, tindakan pencegahan dapat cepat dilakukan jika ada tanda-tanda bahwa ada penaikan kekasarannya (misalnyadengan mengasah atau mengganti perkakas potong / batu gerindanya.). Meskipun Ku dapat dianggap sebagai parameter bentuk, akan tetapi tidaklah dapat digunakan secara mandiri dalam menerangkan konfigurasi permukaan . Suatu proses asah halus (honing, super finishing) mempunyai harga Ku sebesar 0.58. Sepintas kedua harga ini tidaklah jauh berbeda, akan tetapi harga parameter lain yaitu kekasaran totalnya, Rt, akan jauh berbeda ( sekitar 1000 kalinya). Harga Rt kadang-kadang juga digunakan secara mandiri untuk menyatakan spesifikasi permukaan. Hal ini dapat dimaklumi , karena keberadaan suatu celah yang dalam pada permukaan komponen mesin haruslah dihindari (untuk mencegah turunnya daya tahan kelelahan bagi komponen mesin ). Selain itu, untuk menentukan Rt hanya diperlukan panjang pengukuran yang relative pendek. Jadi, kesimpulan dapat dikemukakan bahwa parameter-parameter yang telah di ulas ini tidaklah sanggup untuk menerangkan ketidakteraturan konfigurasi permukaan secara sempurna. Dasar penurunan parameterparameter permukaan ini sebetulnya dikenal dengan system M (mean line system). Selain system M yang telah diusulkan pula teoritik yang lebih baik. Karena, lebih menekankan penjelasan fisik mengenai profil permukaan. System E ini sayangnya tidak banyak di praktikumkan dalam industry karena alat ukur yang memakai prinsip system E tidak begitu dikenal secara komersial dibandingkan alat ukur yang menggunakan system M. Penelitian
10
mengenai konfigurasi permukaan sampai saat ini masih dilakukan orang guna mencari dasar-dasar yang lebih baik untuk menerangkan konfigurasi permukaan.
2.5. Alat Ukur Kekasaran Permukaan
Gambar 2. 3 Alat Ukur Kekasaran Permukaan
Satu unit alat ukur kekasaran permukaan terdiri dari : 1. Pick-up 2. Drive-unit 3. Amplifire Alat tersebut dari jenis pencacah langsung yang mencatat kekasaran permukaan dalam mikron terhadap ketinggian tertentu yang ditentukan terlebih dahulu. Sensor yang berupa ujung jarum diatur sehingga menempel permukaan yang akan diukur kekasarannya. Perangkat ini terdiri dari pencacah yang mengubah gerak vertikal pada jarum yang berfungsi sebagai sensor menjadi tegangan listrik (volt) oleh drive-unit, mesin penggerak (pilotor) yang menggerakkan jarum pencacah dan amplimeter. Tegangan yang diterima amplimeter dibesarkan dan diolah sehingga hasilnya dapat dibaca.
11
BAB III DATA PENGAMATAN Dari grafik tersebut diambil 5 puncak dan 5 lembah kemudian didapatkan beberapa parameter kekasaran permukaan seperti yang ditunjukkan pada grarik di bawah ini.
Gambar 3.1 Grafik Hasil Pengukuran Dengan Parameter
Gambar 3.2 sampel grafik hasil pengukuran dengan parameter yang akan digunakan
12
Keterangan grafik : = kekasaran total ( m) = kekasaran perataan ( m) = panjang sampel (mm) R1,2,3,4,5
= jarak profil alas ke puncak tertinggi profil terukur (titik)
R6,7,8,9,10
= jarak profil alas kelembah terendah profil terukur (titik)
H1,2,3,...,32 = jarak profil tengah ke profil terukur (titik) Y1,2,3,...,32 = jarak profil referensi keprofil terukur (titik)
3.1.Data Grafik Dari grafik tersebut didapatkan data sebagai berikut: a. Jumlah titik profil referensi ke profil alas adalah 16 titik b. Panjang sampel (dx) adalah 34 titik.
c. Jumlah titik Yi *Y1 = 7 *Y2 = 6 *Y3 = 6 *Y4 = 5 *Y5 = 5 *Y6 = 5 *Y7 = 6 *Y8 = 6
d. Jumlah titik hi *h1 = 1 *h2 = 2 *h3 = 3 *h4 = 2 *h5 = 1 *h6 = 0
Y9 = 7 Y10 = 8 Y11 = 9 Y12 =10 Y13 =11 Y14 =12 Y15 =13 Y16 =11
h9 = 7 h10 = 8 h11 = 6 h12 = 3 h13 = 1 h14 = 0
Y17 =10 Y18 = 9 Y19 = 8 Y20 = 7 Y21 = 6 Y22 = 7 Y23 = 9 Y24 = 8
h17 h18 h19 h20 h21 h22
=5 =6 =4 =3 =2 =0
13
h25 h26 h27 h28 h29 h30
Y25 Y26 Y27 Y28 Y29 Y30 Y31 Y32 Y33 Y34
=4 =2 =0 =3 =4 =7
=6 =5 =4 =3 =3 =2 =0 =1 =2 =3
*h7 = 2 *h8 = 4
h15 = 2 h16 = 3
h23 = 2 h24 = 3
e. Jumlah titik Ri *R1 = 14titik *R2 = 9 titik *R3 = 11 titik *R4 = 10 titik *R5 = 16 titik
h31 h32 h33 h34
=8 =5 =4 =0
* R6 = 0 titik * R7 = 2 titik * R8 = 6 titik * R9 = 7 titik * R10 = 3 titik
3.2. Parameter Kekasaran Parameter-parameter grafik kekasaran permukaan pada profil benda yang diukur. a.) Kekasaran total (Rt) =
(
)
Rt =
= 1,6
b.) Kekasaran perataan (Rp)
Rp =( ∑
)(
dimana dx= 34 Rp = *
+ ( Rp = (
)
Rp = 0,63223
14
)
)
c.) Kekasaran rata-rata aritmetik (Ra) Ra =( ∑
)(
dimana dx= 34 Rp = *
+ ( Rp = (
)
)
Rp = 0,3132
d.) Kekasaran rata-rata kuadratik (Rg) ( )
Rg =√
x 0,5 x
(
)
Rg = √
Rg = 1,82 e.) Kekasaran total rata-rata (Rt) Rt = ∑ Rt =∑
(
(
) ( ) (
) )
x 0,5 x
Rt = Rt = 0,84
15
x 0.5 x
)
BAB IV ANALISA DATA 4.1. Analisis Dalam melakukan praktikum, praktikan menemukan beberapa kesalahan dalam mengukur kekasaran permukaan, yaitu sebagai berikut : 1. Ketidaktepatan menghitung titik-titik pada grafik, sehingga mengakibatkan hasil perhitungan Rt, Rt, Ra dan Rz kurang tepat. 2. Karena hi dan yi dihitung berdasarkan 4 titik sekali, maka perhitungan hi dan yi juga tidak terlalu tepat sehingga juga mengakibatkan perhitungan Rt, Rp, Ra dan Rz. 3. Karena pembesaran gambar grafik mengakibatkab garis pada grafik menebal sehingga sulit untuk menentukan batas gars yang ditinjau
16
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan Berdasarkan grafik yang didapatkan, dapat disimpulkan bahwa : 1. Semakin tinggi gunung pada grafik atau semakin rendah lembah pada grafik maka semakin kasar permukaan pada benda ukur. 2. Semakin banyak gelombang pada grafik maka semakin kasar permukaan benda ukur 3. Semakin bervariasi pada gelombang maka kekasaran permukaan benda kerja/ukur. 4. Semakin rapat gelombang-gelombang pada grafik maka tingkat kekasaran permukaan benda ukur semakin rendah.
5.2 Saran 1. Alat ukur dicek dahulu sebelum digunakan 2. Praktikan harus benar-benar serius menjalankan praktikum
17
DAFTAR PUSTAKA Rochim,Taufiq.2006.Spesifikasi, Metrologi, & Kontrol Kualitas Geometrik. Bandung:ITB.
18
