PENEMUAN TOOL HOLDER 2D-ULTRASONIC VIBRATIOAN ASSISTED TURNING (2D-UVAT) BARU, PERFORMANSINYA, OPTIMISASI DAN ALGORITMA UNTUK PREDIKSI

Bandung, 28 Juli 2025 – Teknik pemotongan logam menggunakan mesin turning memiliki tantangan untuk dapat meningkatkan kualitas permukaan potong. Teknik pemotongan yang disisipkan getaran ultrasonik terbukti dapat meningkatkan kehalusan permukaan, menurunkan suhu dan gaya potong, yang sangat tergantung pada kualitas getaran yang disisipkan dan variabel permesinan(depth of cut, feed rate, cutting speed/spindle speed) pada saat pemotongan. Fungsi tool holder dengan desain khusus menjadi sangat krusial. Dalam konteks ini, Bapak Rino Andias Anugraha, S.T., M.M.,Ph.D., dosen dan peneliti di Fakultas Rekayasa Industri, mengusulkan desain 2D-UVAT tool holder baru yang memiliki kekhususan desain yang cocok untuk digunakan langsung pada mesin turning convensional. Performansi tool holder harus diuji untuk memastikan toolpathnya menghasilkan gerakan yang berbentuk elliptical atau berbentuk lingkaran sebagai ciri dari 2D-UVAT, sehingga menghasilkan penurunan suhu dan gaya potong serta memperbaiki kekasaran permukaan.  

Temuan baru sebagai alternatif teknologi permesinan yang berdampak baik bagi lingkungan

Temuan baru perlu pengujian dan secara teknis untuk mendapatkan bukti empiris agar menjadi teknologi yang dapat diimplementasikan dalam industri. Tantangannya adalah menemukan sebuah desain yang rigid. Eksperimen dilakukan dengan DOE yang menggunakan full-factorial method, validasi dengan membandingkan hasil pengukuran pada metode pemotongan keonvensional (tanpa getaran). Variabel input yang diambil adalah depth of cut, cutting speed, spindle speed yang masing-masing memiliki tiga level dan frekuensi getaran (18, 19 dan 20 kHz). Amplitudo sesuai dengan hasil pengukuran pada ujung tool insert sebesar 2 mikron saat berada dibawah beban potong.

Hasilnya eksperimen sebanyak 32 kombinasi masing-masing frekuensi menunjukkan bukti bahwa desain tool holder 2D-UVAT yang dibangun mampu memperbaiki output pemotongan yang lebih baik dibandingkan metode konvensional, pada frekuensi getaran yang lebih besar (20kHz).

Sebagai sebuah tool baru yang karakteristik outputnya tergantung pada empat variabel bebas, maka penting untuk menemukan kombinasi yang optimal dari variabel input, sehingga dapat menghasilkan hasil pemotongan yang terbaik (kekasaran permukaan, suhu dan gaya potong).  Hasilnya didapatkan variabel sebagai berikut:

Berbeda pada saat dioptimalisasi setiap variabel, hasilnya seperti berikut:

Sebagai langkah terakhir adalah mengembangkan sebuah algoritma untuk model prediksi dari kinerja desain tool holder. Model prediksi ini memudahkan bagi penelitian selanjutnya, atau pada saat implementasi industri untuk mendapatkan hasil pemotongan yang diinginkan pada saat menggunakan tool holder 2D-UVAT ini. Algoritma dikembangkan dengan menggunakan machine learning yang menggabungkan regresi polynomial dan analisis Grey Relationship Analysis. Hasil prediksi memiliki nilai error pada cutting temperature (3.27%), cutting force (6.82%), dan untuk surface roughness (9.49%).

Dari penelitian ini diharapkan dapat menyumbangkan desain baru tool holder 2D-UVAT yang memiliki performa baik yang berbasis simple bar, yang lebih simple dan memudahkan implementasi di industri manufaktur. Hasil penelitian ini  sudah dipubikasikan sebagiannya disini:

1. Anugraha, R.A., Hosea,K., Rahman,R.F., Sjafrizal, T.,  Mulyana, T., Mohd Rasidi Ibrahim, R. 2024. Characteristics of a Novel Non- Resonant Elliptical Ultrasonic Vibration-Assisted Turning. Journal of Advances in Materials and Processing Technologies.

2. Hakim,L.,N., Anugraha,R.A., Sjafrizal,T., Nopendri, Suryadhini,P.P., Ibrahim,R. 2024. Effect Of Ultrasonically Vibrated Cutting Tool on Surface Roughness of Micro Turning. Journal of Advanced Research in Micro and Nano Engineering 20, Issue 1 (2024) 35-43.

3. Nasution, A.A., Sjafrizal, T., Anugraha, R.A., Mohd Rasidi Ibrahim. Optimization Of Notch Hinge Design for Enhanced Performance In Ultrasonic Vibrationassisted Machining. International Conference on Mechanical System Engineering and Technology Applications. 2024.

4. Nandini, S.A., Anugraha, R.A., Sjafrizal, T., Astuti, M.D., Muki, M.A., Ibrahim, R. Applying Response Surface Methodology to Optimize the Performance of Longitudinal Vibration- Assisted  Turning (L-VAT). International Journal of Engineering Research & Technology

Penelitian ini membuktikan bahwa masih banyak peluang teknologi yang mampu memperbaiki kualitas dari proses manufaktur(permesinan) yang berujung pada optimisasi energi dan industri hijau, dengan memperbaiki hasil permesinan sehingga mengurangi sampah industri dari pemakaian tool dan pendingin sintetis yang sering dipakai pada proses permesinan.

Melalui karya ini, Bapak Rino Andias Anugraha, S.T., M.M.,Ph.D. turut memperkuat kontribusi Fakultas Rekayasa Industri dalam mendukung riset terapan yang berdampak global, sekaligus menginspirasi mahasiswa dan akademisi untuk terus menciptakan solusi inovatif di bidang precision manufacturing process. Kegiatan penelitian ini sebagian mendapatkan pendanaan dari Yayasan Pendidikan Telkom, dan Telkom University Bandung.

Author Berita: Rino Andias Anugraha, S.T., M.M.,Ph.D.