BAB I
PENGUKURAN KEKASARAN PERMUKAAN
1.1
Latar Belakang
Proses pemesinan seringkali menghasilkan produk yang cacat atau tidak
sempurna. Oleh karena itu untuk menjamin kualitas produk perlu dilakukan pengukuran
untuk membuat standarisasi produk yang layak pakai. Salah satu cacat yang dihasilkan
dari proses pemesinan adalah kekasaran permukaan. Contohnya pada proses bubut
kekasaran permukaan tergantung pada feed rate, kedalaman pemakanan (depth of cut),
dan tingkat kekerasan material yang digunakan. Feed rate yang besar menghasilkan
kekasaran permukaan produk yang tinggi, sebaliknya feed rate yang kecil menghasilkan
kekasaran permukaan produk yang rendah. semakin meningkatnya kedalaman
pemakanan (depth of cut) akan menghasilkan peningkatan getaran dan akan
menghasilakan peningkatan kekasaran permukaan, semakin keras material akan
menghasilkan peningkatan getaran dan akan menghasilkan meningkatkan kekasaran
permukaan (Julianto et al., 2023).
Kekasaran permukaan dapat diukur secara langsung dan tidak langsung. Pada
pengukuran langsung hasilnya dapat direpresentasikan dengan primary profile, roughness
profile, dan waviness profile. Dengan mempertimbangkan kemajuan teknologi saat ini,
telah muncul suatu peralatan yang dapat menghasilkan permukaan komponen dengan
ambang batas kehalusan yang sangat tinggi dan sesuai dengan standar yang digunakan
selama pengukuran. Kehalusan permukaan mempertahankan peran yang sangat penting
dalam perancangan komponen mekanis, terutama dalam hal lecet, pelumasan, ketahanan
aus, dan kelelahan.. Oleh karena itu, perencanaan dan pembuatan harus mengembangkan
lebih teliti peralatan mesin yang akan digunakan dan berapa biaya yang diperlukan untuk
menyembunyikan penyimpangan tersebut (Faisal & Ansyah, 2023).
Pengukuran kekasaran dilakukan untuk mengetahui hasil benda kerja setelah
proses permesinan. Pengukuran kekasaran dibagi dua seperti pengukuran secara tidak
langsung diantaranya yaitu dengan meraba, melihat/mengamati, menggaruk dan dengan
kamera makro. Kekasaran permukaan menjadi salah satu parameter dalam menentukan
kualitas produk hasil proses pemesinan. Faktor-faktor yang dapat mempengaruhi tingkat
kekasaran permukaan salah satunya adalah material, sementara Geram merupakan barang
sisa hasil proses pemesinan, yang keberadaanya sering kita sebut sebagai sampah. Bentuk
dan geometri geram sangat beragam dan hal ini bergantung pada parameter proses
pemesinan, tool dan jenis material (Mudjianto & Sutarto, 2021).
1.2
1.
2.
3.
Tujuan
Tujuan dari praktikum pengukuran kekasaran permukaan adalah:
Memahami cara pengukuran kekasaran permukaan.
Mengetahui standar-standar dan kondisi pengukuran kekasaran permukaan.
Mampu menjelaskan hasil pengukuran kekasaran permukaan.
1.3
Alat dan Benda Ukur
Alat dan benda ukur yang digunakan pada pengukuran kekasaran permukaan
meliputi surface roughness tester Mitutoyo SJ-210, V-Block, Software SJ
Communication Tool, hollow steel dan piston. Berikut akan dijelaskan lebih lanjut
mengenai alat ukur dan benda ukur:
1.3.1 Surface Roughness Tester Mitutoyo SJ-210 Standard Type
Surface Roughness Tester Mitutoyo adalah alat pengukur kekasaran permukaan
yang prinsip kerjanya adalah dengan menempelkan detector pada permukaan benda yang
diukur. Berikut adalah spesifikasi dan gambar dari alat tersebut:
•
•
•
•
•
•
Merek
Driver
Tip Radius
Skid Curvature
Measuring Force
Stylus Material
: Mitutoyo
: 0 – 21 mm
: 20 𝜇𝑚
: 40 𝜇𝑚
: 0,75 𝜇N
: Diamond
Surface Roughness Tester Mitutoyo SJ-210 Standard Type terdiri dari display
unit, driver unit, dan detector. Untuk lebih jelasnya akan dijelaskan pada Gambar 1.1
sebagai berikut:
a
b
c
Gambar 1. 1 Surface Roughness Tester Mitutoyo SJ-210 (Laboratorium Metrologi
Industri dan Kontrol Kualitas, 2024)
Keterangan Gambar Surface Roughness Tester Mitutoyo SJ-210 Standard Type yaitu:
a) Display Unit
Display unit adalah bagian yang berguna untuk menampilkan data berupa
grafik yang diperoleh dari pengukuran kekasaran permukaan pada suatu benda
pada standar alat ukur ini yang digunakan oleh JIS pada industry (JIS-B06012001, JIS-B0601-1994, JIS B0601-1982), VDA, ISO-1997, dan ANSI.
b) Driver Unit
Druver unit berfungsi untuk mengendalikan pergerakan detector. Drive
unit dapat disambungkan dengan kabel khusus agar pergerakkannya lebih
fleksibel dengan memiliki driver range 21 mm.
c) Detector
Detector berfungsi untuk mendeteksi kekasaran permukaan benda dan
terdiri dari skid dan stylus.
1.3.2 V-Block
V-Block berfungsi untuk mengikat benda kerja yang dikerjakan agar benda kerja
tidak dapat bergerak. Alat ini dapat digunakan sebagai tempat kedudukan benda kerja
yang bulat, sehingga pelaksanaan pengukuran bisa dilakukan dengan baik. Gambar 1.2
adalah gambar V-Block sebagai berikut:
Gambar 1. 2 V-Block (Laboratorium Metrologi Industri dan Kontrol Kualitas, 2024)
1.3.3 Benda Ukur
Pada pengukuran kekasaran permukaan kali ini benda ukur yang diukur ada dua
yaitu hollow steel dan kepala piston. Berikut akan dijabarkan table spesifikasi geometri
dan gambar pada Gambar 1.3 dan Gambar 1.4 :
Tabel 1.1 Data Benda Ukur
Spesimen
Diameter (d) mm
Panjang (l) mm
A (hollow steel)
37,92
133,6
B (kepala piston)
49,64
44,3
Gambar 1. 3 Kepala Piston (Laboratorium Metrologi Industri dan Kontrol Kualitas,
2024)
Gambar 1. 4 Hollow steel (Laboratorium Metrologi Industri dan Kontrol Kualitas,
2024)
1.3.4 Software : SJ Communication Tool
SJ Communication Tool merupakan aplikasi yang digunakan untuk melihat hasil
pengukuran yang dilakukan oleh alat ukur. Tampilan Software SJ Communication Tool
dapat dilihat pada Gambar 1.5 sebagai berikut:
Gambar 1. 5 Tampilan SJ Communication Tool (Laboratorium Metrologi Industri dan
Kontrol Kualitas, 2024)
1.4
Prosedur Pengukuran
Pelaksanaan pengukuran kekasaran permukaan terdiri dari proses kalibrasi, set up
alat dan benda ukur, penentuan sampling length, penentuan measuring condition final,
dan pengukuran benda ukur. Berikut adalah prosedur dalam proses pengukuran kekasaran
permukaan:
1.4.1 Kalibrasi
Kalibrasi adalah proses verifikasi agar alatu ukur memiliki akurasi sesuai dengan
spesifikasinya. Kalibrasi berhubungan dengan akurasi dan presisi. Berikut adalah
langkah-langkah melakukan kalibrasi pada Mitutoyo SJ-210:
a) Siapkan precision roughness specimen dan calibration stage.
b) Buka menu Calibration Measurements.
c) Masukan nilai awal precision roughness specimen ke SJ-210 sesuai yang tertera
pada precision roughness specimen.
d) Tempatkan SJ-210 pada calibration stage dengan benar. Dimana pergerakan
stylus akan membelah kurva cembung precision roughness specimen.
e) Tekan tombol [START/STOP], kemudian akan muncul Measurement Waveform
pada display unit.
f) Setelah stylus berhenti bergerak dan hasil kalibrasi muncul, tekan tombol [RED]
(Update).
1.4.2
Setup Alat dan Benda Ukur
Setelah selesai melakukan kalibrasi, tahapan selanjutnya adalah menyiapkan alat
bantu dan benda ukurnya. Berikut adalah langkah-langkah setup alat dan benda ukur:
a) Ukur panjang benda ukur menggunakan vernier caliper.
b) Letakan benda ukur padaV-block.
c) Lepaskan driver unit dari display unit dan sambungkan connectuin cable khusus.
d) Sejajarkan detector dengan permukaan benda ukur. Pastikan posisi detector
seperti pada Gambar 1.6.
e) Sambungkan display unit ke computer dengan kabel USB. Kemudian buka SJ
Communication tools seperti pada Gambar 1.7.
Gambar 1. 6 Posisi Detector (Modul Praktikum Metrologi Industri dan Kontrol
Kualitas, 2024)
Gambar 1. 7 Tampilan SJ Communication Tool (Laboratorium Metrologi Industri dan
Kontrol Kualitas)
1.4.3
Penentuan Sampling length (t)
Fungsi penentuan sampling length adalah untuk memastikan bahwa data yang
diambil representatif dari kondisi permukaan yang sebenarnya. Setiap benda ukur
memiliki sampling length yang berbeda-beda. Untuk mendapatkan ketelitian yang tinggi
perlu menentukan sampling length yang sesuai dengan kekasaran benda kerjanya. Berikut
adalah langkah-langkah menentukan sampling length:
a) Input measuring condition, pilih standar ISO 1997, profil roughness, parameter
Ra, Rv, dan Rz. (sekaligus untuk tahap pengukuran)
b) Perkirakan nilai Ra, Rz, atau Rsm specimen berdasarkan rata-rata data relevan,
inspeksi visual, dan sejenisnya.
c) Cari nilai sampling length sesuai yang dipilih, dengan menekan tombol
[START/STOP] pada display unit, atau “Start measurement” pada SJ
Communication tool.
d) Bila hasil yang keluar tidak sesuai range parameternya, pilih sampling length yang
lebih kecil atau besar.
e) Ulangi langkah 4 dan 5 sampai menemukan sampling length yang sesuai.
Tabel 1.2 Korelasi Ra dengan sampling length (Modul Praktikum Metrologi
Industri dan Kontrol Kualitas, 2024)
Ra
µ
m
Sampling
Length
Evaluation
length
(0,006) < Ra ≤ 0,02
mm
0,08
mm
0,08
(0,02) < Ra ≤ 0,1
0,25
0,25
0,1 < Ra ≤ 2
0,8
0,8
2 < Ra ≤ 10
2,5
2,5
10 < Ra ≤ 80
8
8
Tabel 1.3 Korelasi Rz dengan sampling length (Modul Praktikum Metrologi
Industri dan Kontrol Kualitas, 2024)
Rz
Rz1ma
xµm
Sampling
Length
Evaluation
length
mm
mm
(0,025) < Rz, Rz1max ≤
0,08
0,08
0,1
0,1 < Rz, Rz1max ≤ 0,5
0,25
0,25
0,5 < Rz, Rz1max ≤ 10
0,8
0,8
10 < Rz, Rz1max ≤ 50
2,5
2,5
50 < Rz, Rz1max ≤ 200
8
8
Tabel 1.4 Korelasi Rsm dengan sampling length (Modul Praktikum Metrologi
Industri dan Kontrol Kualitas, 2024)
Rsm
Sampling Length
Evaluation length
µm
mm
mm
(0,013) < Rsm ≤ 0,04
0,08
0,08
0,04 < Rsm ≤ 0,13
0,25
0,25
0,13 < Rsm ≤ 0,4
0,8
0,8
04 < Rsm ≤ 1,3
2,5
2,5
1,3 < Rsm ≤ 4
8
8
1.4.4 Pengukuran
Proses pengukuran kekasaran permukaan memiliki langkah-langkah sebagai
berikut:
a) Atur jumlah pengambilan sampel (n) pada measuring condition. Sesuaikan
dengan panjang benda ukur dan nomenklatur pada Gambar 1.8
b) Pastikan kondisi detector tetap sesuai dengan kondisi yang benar.
c) Kembali ke halaman utama pada display unit.
d) Tekan tombol [START/STOP] pada display unit, atau menggunakan SJ
Communication Tools, klik “Start Measurement”
e) Tunguu sampai detector berhenti bergerak. Catat hasil pengukuran.
f) Simpan data pengukuran dengan meng-export ke Excel melalui SJ
Communication Tools.
g) Lakukan pengukuran sebanyak 3 kali pada setiap specimen. Ulangi langkah 2-6
pada titik pengukuran berbeda.
Gambar 1. 8 Transversal Length untuk GAUSS filter (Modul Praktikum Metrologi
Industri dan Kontrol Kualitas, 2024)
1.5
Pengolahan Data
1.5.1 Data Hasil Pengukuran
Data hasil praktikum pengukuran kekasaran akan diolah untuk menghasilkan nilai
rata-rata dari specimen A dan B. Dibawah ini adalah hasil pengukuran kekasaran
permukaan yang diambil selama proses praktikum:
Tabel 1.5 Data Hasil Pengukuran Kekasaran Permukaan
Ra
Spesime Measurin
n
g
(µm)
Conditio
n
λc = 0,8
Pengukur
an
I = 0,153
λs = 2,5
II = 0,161
N=5
λc = 2,5
III =
0,159
I = 1,771
λs = 8
II = 1,861
N=5
III =
1,835
A
B
Rv
(µm)
Rz
(µm)
Rata
Pengukuran
-rata
Ratarata
Pengukura
n
I = 0,931
1,415
II = 0,779
I = 1,359
0,157
1,822
II = 1,346
III = 1,542
III = 1,026
I = 7,970
I = 4,075
II = 7,726
III = 7,399
7,698
II = 3,877
Ratarata
0,912
3,851
III = 3,603
1.5.2 Pengolahan Data
Data yang telah diperoleh akan diolah untuk mencari nilai Rp menggunakan
rumus sebagai berikut:
Rp = Rz – Rv
Berikut adalah table hasil perhitungan Rp dari specimen A dan specimen B
sebagai berikut:
Rz
Rv
Rp=Rz-Rv
Ratarata
A
B
I = 1,359
I = 0,931
0,428
II = 1,346
II = 0,779
0,567
III = 1,542
III = 1,026
0,516
I = 7,970
I = 4,075
3,895
II = 7,726
II = 3,877
3,849
III = 7,399
III = 3,603
3,796
0,503
3,846
1.5.3 Pembahasan
Data-data ang diperoleh dari pengukuran dan perhitungan akan ditampilkan pada
grafik pada software SJ Communication Tool. Berikut adalah grafik-grafik dari hasil
pengukuran kekasaran permukaan :
[µm]
1. Spesimen A
a) Pengukuran I
Pada hasil pengukuran I specimen A didapatkan hasil Ra = 0,153 µm, Rz =
1,359 µm, Rv = 0,931 µm, dan Rp = 0,428 µm.
Evaluation Profile
1.0
0.5
Rp
0.0
Rz
-0.5
Rv
-1.0
-1.5
-2.0
-2.5
00
01
b) Pengukuran II
01
02
02
03
03
04
04
[mm]
[µm]
Evaluation Profile
1.0
0.5
0.0
-0.5
-1.0
-1.5
-2.0
00
01
01
02
02
03
03
04
04
[mm]
[µm]
c) Pengukuran III
Evaluation Profile
1.0
0.5
0.0
-0.5
-1.0
-1.5
-2.0
-2.5
-3.0
-3.5
-4.0
00
01
01
02
02
03
03
04
04
[mm]
[µm]
2. Spesimen B
a) Pengukuran I
Evaluation Profile
6.0
4.0
2.0
0.0
-2.0
-4.0
-6.0
00
01
01
02
02
03
03
04
04
[mm]
[µm]
b) Pengukuran II
Evaluation Profile
6.0
4.0
2.0
0.0
-2.0
-4.0
-6.0
00
01
01
02
02
03
03
04
04
[mm]
03
04
04
[mm]
[µm]
c) Pengukuran III
Evaluation Profile
6.0
4.0
2.0
0.0
-2.0
-4.0
-6.0
00
1.6
01
01
02
02
03
Aplikasi Pengukuran Kekasaran Permukaan
Contoh aplikasi pengukuran kekasaran permukaan adalah pada pelumasan
journal bearing. Pada journal bearing Tingkat kekasaran shaft sangat berpengaruh
terhadap kemampuan hidrodinamik dari lubrikasi. Journal bearing dengan stator yang
divariasikan tingkat kekasaran permukaannya ternyata memiliki kemampuan
hidrodinamik yang lebih baik daripada dengan journal bearing biasa. Hal ini karena
journal bearing dengan grooved membuat cairan lubrikasi terjebak dalam grooved
tersebut yang membuat meningkatnya momentum yang dihasilkan sehingga bearing
akan lebih mudah berputar.