TESIS
Oleh
ABDUL BASIR
037015002/TM
SEKOLAH PASCASARJANA
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
TESIS
Untuk Memperoleh Gelar Magister Teknik dalam Program Studi Teknik Mesin
pada Sekolah Pascasarjana Universitas Sumatera Utara
Oleh
ABDUL BASIR
037015002/TM
SEKOLAH PASCASARJANA
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
Nomor Pokok : 037015002
Program Studi : Teknik Mesin
Menyetujui Komisi Pembimbing
(Prof. Dr. Ir. Bustami Syam, MSME) Ketua
(Prof. Dr. Ir. Samsul Rizal, M.Eng) (Ir. Alfian Hamsi, M.Sc) Anggota Anggota
Ketua Program Studi Direktur
(Prof. Dr. Ir. Bustami Syam, MSME) (Prof. Dr. Ir. T. Chairun Nisa B., M.Sc)
PANITIA PENGUJI TESIS
Ketua : Prof. Dr. Ir. Bustami Syam, MSME
Anggota : 1. Prof. Dr. Ir. Samsul Rizal, M.Eng
2. Ir. Alfian Hamsi, M.Sc
3. Dr.-Ing. Ikhwansyah Isranuri
pembuatannya disebut blanking di mana pelat diletakkan di antara sepasang alat pemotong, pons (punch) dan cetakan (dies) dan produknya disebut blank. Selain koin aluminium, produk lain yang dihasilkan adalah benda-benda berbentuk lempengan, seperti bentuk cincin, segi empat, bulat lonjong (elips), dan bentuk kompleks lainnya. Ukuran koin dan kwalitas sisi potong yang diinginkan ditentukan oleh banyak faktor di antaranya adalah kelonggaran (clearance) pons dengan cetakan, kecepatan pemotongan, besar gaya potong, jenis material koin dan material alat potong. Pada umumnya untuk melakukan proses pemotongan menggunakan jenis beban sistem manual, mekanik, pneumatik serta hidrolik, dengan kecepatan rendah antara 20 s.d 40 m/menit. Dalam penelitian ini proses pembuatannya dipilih beban impak benda jatuh bebas, yang dirancang berdasarkan standar JIS atau SNI di mana benda dijatuhkan pada ketinggian: 0,5 s.d 2,5 m, maka kecepatan benda jatuh sama dengan kecepatan potong pada masing-masing ketinggian 3,13 s.d 7,0 m/s. Bahan koin ditentukan adalah aluminium yang dirol yang banyak diperoleh di pasaran dengan ketebalan 2 mm dan diameter nominal koin 22 mm. Pons yang digunakan sebanyak lima buah di mana ukurannya masing-masing mempunyai kelonggaran terhadap cetakan yang bervariasi dari 2 s.d 10 % terhadap ketebalan pelat. Untuk setiap pons dihasilkan sampel koin sebanyak lima buah. Maka dari sampel-sampel tersebut diperoleh ukuran dan kwalitas sisi koin. Kemudian dilakukan juga pengukuran besar gaya impak yang terjadi akibat benda jatuh bebas sesuai massa benda dan tinggi jatuh seperti yang disebutkan di atas. Pengukurannya menggunakan load cell yang dilengkapi dengan impact force measurement software, sedang untuk melihat dan mengetahui kwalitas sisi koin, digunakan mikroskop digital. Dari hasil penelitian diperoleh ukuran koin aluminium yang mendekati ukuran cetakan adalah pada kelonggaran 8 %. Kelonggaran yang lebih kecil membutuhkan gaya impak yang lebih besar. Diameter koin terkecil adalah 22,020 mm dan diameter terbesar adalah 22,036 mm. Toleransi ukuran koin untuk diameter 22 mm adalah sebesar 0,06 mm, sehingga diameter koin terbesar yang diijinkan adalah 22,06 mm. Sehingga semua ukuran koin dapat diterima. Juga diperoleh bahwa besar massa dan ketinggian benda jatuh bebas mempengaruhi kecepatan potong juga mempengaruhi pembentukan sisi koin dan
burr height, tetapi tidak mempengaruhi ukuran/diameter koin. Gaya impak
dipengaruhi oleh besar massa dan ketinggian jatuh beban. Gaya impak yang terukur lebih kecil sebesar 3,8 s.d 5,78 % dibanding dengan gaya impak teoritis.
blanking, where the plate is placed on between punch and die and its product is called
blank.Beside the aluminum coin, the other products resulted are plate-shaped which
are not only circular in shape, but also other shapes such as ring, rectangular, ellipse, and other complicated shapes. The size and quality of burnish of required product is determined by several factors, i.e. clearance between punch and die, cutting speed, cutting force, types of raw materials, and cutting tool material. In general the cutting process of the product is carried out manually. But mechanical, pneumatic, and also
used hydraulic system, with low speed from 20 to 40 m/minute. In this research,
impact load obtained from free fall object designed in compliant with JIS or SNI standard is used, where the object is set to fall from 0.5 to 2.5 m, hence the highest
fall speed of the load same as cutting speed from 3.13 to 7.0 m/s.The coin material
selected in this research was a 2-mm thick-rolled aluminum plate which can be found
in the material stores to obtain the diameter of coin 22-mm. The punch was used is
five pieces, where the clearance of each punch diameter is varied from 2 to 10 % of the thickness of the plate. Each punch produces five samples the diameter and burnish quality were observed using digital microscope. Then the impact force is measured based on the varieties of mass and the height of the object fall. The measurement of impact force resulted from free fall object, used load cell provided with impact force measurement software. From the research we can obtain that the best clearance is 8 %. The smallest clearance needs bigger free fall object. The smallest coin diameter is 22.020 mm and the biggest one is 22.036 mm. The coin tolerance is 0.06 mm; the biggest coin diameter permitted is 22.06 mm. So all coin measurement can be accepted. It is also obtain that the mass and height of free fall object influenced the cutting speed, the form of burnish and the burr height shape on the aluminum coin, but it does not influence the result of the diameter coin size. The impact force is influenced by the mass and the height of the object fall. The impact force measured smeller as was 3.8 to 5.78 %, compared to the impact force theoretical.
yang telah diberikan kepada penulis sehingga dapat menyelesaikan tesis ini dengan
judul “Analisis Hasil Pembuatan Koin Aluminium Dengan Proses Blanking
Menggunakan Beban Impak Benda Jatuh Bebas”.
Tesis ini merupakan salah satu syarat yang harus dipenuhi setiap mahasiswa
untuk mendapatkan gelar Magister Teknik pada Program Studi Teknik Mesin
SPs-USU. Penulisan tesis ini terlaksana dan dapat terwujud berkat bimbingan yang cukup
intensif dari komisi pembimbing.
Pada kesempatan ini, penulis ingin mengucapkan terima kasih yang
sebesar-besarnya kepada berbagai pihak yang telah banyak membantu penulis baik secara
moril maupun materil, langsung dan tidak langsung hingga selesainya tesis ini, yaitu
kepada: Prof. Dr. Ir. Bustami Syam, MSME., selaku Ketua Komisi Pembimbing dan
Ketua Program Studi Teknik Mesin SPs–USU, Prof. Dr. Ir. Samsul Rizal, M.Eng.,
dan Ir. Alfian Hamsi, M.Sc., selaku Anggota Komisi Pembimbing, Dr.-Ing. Ir.
Ikhwansya Isranuri, selaku Sekretaris Program Studi Teknik Mesin SPs – USU,
seluruh Dosen dan Staf Administrasi Program Studi Teknik Mesin SPs-USU, yang
telah banyak memberikan ilmu pengetahuan dan bantuan administrativ selama
memberi ijin dan dukungan untuk melanjutkan kuliah S2 pada Sekolah Pascasarjana
USU. Tak lupa pula penulis berterima kasih kepada Drs. Moch. Agus Zaenuri selaku
Direktur TPSDP Polmed yang lalu dan Drs. Rafiq Ahmad selaku Direktur TPSDP
Polmed saat ini yang telah banyak membantu dalam rangka merealisasikan bantuan
pembiayaan perkuliahan. Demikian juga terima kasih kepada Ir. Etty Rayuana selaku
Ketua Jurusan Teknik Mesin Polmed yang lalu atas segala bantuan dan telah bersedia
memberikan rekomendasi untuk dapat melanjutkan ke S2, dan Ir. Nurman, Ketua
Jurusan Teknik Mesin saat ini, Ir. Lamuddin Hutagalung, Kepala Bengkel Teknik
Mesin Polmed, Ir. Drs. Suparmin , MT., Kepala Laboratorium Polmed, yang telah
banyak memberikan dukungan, semangat, dan bantuan berupa fasilitas pengadaan
mesin-mesin untuk pembuatan peralatan serta pengujian pada penelitian ini.
Terima kasih penulis sampaikan kepada Prof. Basuki Wirjosentono,MS,
Ph.D., dan Drs. Nasruddin MN, M.Eng.Sc., yang telah banyak memberi masukan
pada kesempurnaan tesis ini. Juga kepada sahabat penulis saudara Hendri Nurdin, ST,
MT dari UMSU dan Ir. Muhammad dari Politeknik Bandung (Polban) yang telah
banyak membantu masalah penyelesaian pengukuran di laboratorium. Juga sahabat
seperjuangan baik suka maupun duka, Hasrin Lubis, Junauwar, Juharsono, dan tidak
Tak lupa kepada almarhum dan almarhuma kedua orang tua dan mertua serta
saudara-saudara penulis yang memberikan inspirasi dan semangat pada penulis.
Istimewa kepada istri Sengketawany dan ketiga anak tercinta, Yayan, Ami dan Ribhi
yang telah banyak mengorbankan waktu dan kasih sayang mereka selama pendidikan
dan penyelesaian tesis ini dan semua pihak yang mendukung di dalam penyelesaian
tesis ini.
Demikianlah penulis memohon sangat kritik dan saran yang dapat membantu
dalam rangka memperbaiki dan melengkapi kesempurnaan tesis ini agar memperoleh
hasil yang lebih baik dan akhirnya penulis kembali tak lupa mengucapkan terima
kasih atas bantuan dan perhatiannya.
Medan, April 2008
Penulis,
Abdul Basir
Nama : Abdul Basir
Tempat, Tanggal lahir : Saribu Dolok, 21 Oktober 1957
Pekerjaan : Staf Pengajar Jurusan Teknik Mesin
Politeknik Negeri Medan
Alamat Kantor : Jl. Almamater No. 1 Kampus USU Medan
Alamat Rumah : Jl. Pintu Air IV. Perumahan Politeknik No 296/16
Kuala Bekala, Medan Johor, Kodya Medan.
Pendidikan
1965-1971 : Sekolah Dasar (SD) Negeri Saribu Dolok
1971-1974 : SMP Negeri Saribu Dolok
1974-1977 : STM Negeri II Medan
1985-1988 : Politeknik ITB Bandung, Jurusan Teknik Mesin
1991-1995 : Fakultas Teknik USU, Jurusan Teknik Mesin
2003-2008 : Pendidikan S2 Sekolah Pascasarjana Program Studi
Teknik Mesin Universitas Sumatera Utara
Riwayat Pekerjaan
USU Medan
1995 s.d 1999 : Dosen Tidak Tetap Divlat Telkom Medan
2000 s.d sekarang : Dosen Tidak Tetap Jurusan Teknik Mesin F.T.
Industri ITM Medan
2002 s.d sekarang : Dosen Tidak Tetap Jurusan Teknik Mesin F.Teknik
Universitas Alazhar Medan
1993 s.d sekarang : Dosen Tidak Tetap/Ketua Jurusan Teknik Mesin
Politeknik MBP Medan
Pengalaman Pelatihan/Seminar/Lokakarya
1983 : Pelatihan ”Terco CNC/Computerized Numerical
Control System”, TEDC Bandung
1986 : Pelatihan Injection Pump & Nozel, Trakindo Medan
1994 : Pelatihan Metodologi Penelitan, Politeknik USU
1995 : Pelatihan Kalibrasi, Balai Penelitian dan
Pengembangan Industri Medan
1998 -2000 : Pendidikan Teknik Pengolahan Kelapa Sawit, di
Silabus (TPSDP) Polmed
2003 : Pelatihan ”Training Quality Assurance” Kardiono
Kustanto & Asociates
2003 : Workshop on Pre Program of Information
Technology di IC-Star USU Medan
2003 : Seminar Polymer & Composite di IC-Star USU
Medan
2004 : Workshop untuk Mereview dan Meperbaiki Proses
Belajar Mengajar di ITM Medan
2004 : The 2nd Regional Seminar on Material & Structure
di IC-Star USU Medan
2004 : Seminar dan Workshop on Overcoming Barriersa to
Collaborative Research and Service Partnership di
IC-Star USU Medan
2005 : Pelatihan Kurikulum Berbasis Kompetensi,
Departemen Tenaga Kerja dan Transmigrasi R.I.
Direktorat Bina Pelatihan Kerja , BLKI Medan
1. Menentukan Besar Drag Suatu Profil dengan Menggunakan Aliran Udara
Blower
2. Analisis Mutu Cincin Torak Sepeda Motor 2 dan 4 Tak di Pasaran Kotamadya
Medan
3. Rancangan Mesin Pemecah Biji Kemiri
4. Perancangan Mesin Adonan Daging
5. Pengaruh ”Feeding” pada Pembubutan Terhadap Kekuatan Tarik Bahan Uji
St. 37
6. Pengaruh Putaran Kerja Proses Pembubutan Terhadap Bahan Uji Tarik St.37
Pengalaman Lomba Karya Ilmiah
1999 : Pemenang III Lomba Karya Ilmiah Rancang
Bangun Mesin Tepat Guna, BPPT Jakarta
2000 : Pemenang II Lomba Karya Ilmiah Rancang Bangun
ABSTRAK ……… i
2.1. Proses Pembentukan pada Lembaran Metal ………..
2.2. Operasi Pemotongan ………..
2.3. Gaya Pemotongan (Cutting Forces) ………
2.4. Proses Blanking ………...
2.5. Koin Aluminium ... 2.6. Ukuran Koin ...
2.7. Diameter Pons dan Cetakan ………...
Impak Benda Jatuh Bebas ……….. 2.16.Gaya yang Diserap Pelat ... 2.17.Massa Benda Jatuh Bebas ... 2.18.Pengukuran Gaya impak ... 2.19.Kerangka Konsep ...
3.2. Bahan, Peralatan, dan Metode ………...
3.2.1. Bahan ……….
3.5.1. Pembuatan peralatan pembuatan koin ………
3.5.2. Pembuatan perangakat benda jatuh bebas dan beban …..
3.5.3. Pengujian pelat aluminium bahan untuk pembuat koin ….
3.5.4. Pengujian/pengukuran gaya impak beban jatuh bebas
dengan load cell ……….
3.5.5. Pembuatan koin ………..
3.5.6. Pengambilan gambar sisis koin dan burr height dengan
mikroskop digital ………...
BAB 4. HASIL DAN PEMBAHASAN ………... 4.1. Rangkuman Hasil Pembuatan Koin Aluminium Berdasarkan
4.1.4. Pembuatan koin aluminium yang gagal dibentuk
bebas... 4.2.3. Urutan pendekatan ukuran diameter nominal cetakan ... 4.2.4. Hasil pemotongan dan patahan sisi koin ...
4.2.5. Hasil pengukuran kondisi terbentuknya sisi dan tingginya
burr (burr height) ………
4.3. Menentukan/Pengukuran Gaya Impak dengan Load Cell
4.3.1. Menentukan gaya impak pada benda jatuh bebas secara
teoritis .………
4.3.2. Pengukuran gaya impak hasil pegukuran langsung
menggunakan load cell ………..
4.3.3. Perbandingan gaya impak teoritis dan pengukuran dengan
load cell ...
93 96 98
99
102
102
103
108
BAB 5. KESIMPULAN dan SARAN ……….. 5.1 KESIMPULAN ………..
111 111
5.2 SARAN ……….. 114
Nomor
1.1
Judul
Faktor Efek Kesalahan pada Proses Pemotongan Benda Kerja
Halaman
2.12 Proses Pembuatan Koin dengan Gaya Benda Jatuh Bebas ... 34
2.13 Kerangka Konsep ... 38
3.1 3.2 3.2 Alat Uji Kekuatan Tarik Bahan ... Alat Ukur Jangka Sorong dan Mikrometer Digital …………... Alat Pengamat Sisi Koin Mikroskop Digital ... 41
4.3
Grafik Hubungan Ukuran Koin dengan Kecepatan Benda Jatuh Bebas pada Kelonggaran Pons 6 % ………
Grafik Hubungan Ukuran Koin dengan Kecepatan Benda Jatuh Bebas pada Kelonggaran Pons 8 % ………
Grafik Hubungan Ukuran Koin dengan Kecepatan Benda Jatuh Bebas pada Kelonggaran Pons 10 % ……….
Grafik Hubungan Antara Kedalaman Penetrasi Terhadap Beban Benda Jatuh Bebas pada Kelonggran yang Bervariasi...
Grafik Hubungan Ukuran Koin dengan Kecepatan Benda Jatuh Bebas pada Massa 2,0 kg ………
Grafik Hubungan Ukuran Koin dengan Kecepatan Benda Jatuh Bebas pada Massa 2,3 kg ...
Grafik Hubungan Ukuran Koin dengan Kecepatan Benda Jatuh Bebas pada Massa 3,0 kg ...
Grafik Hubungan Ukuran Koin dengan Kecepatan Benda Jatuh Bebas pada Massa 4,5 kg ...
Grafik Hubungan Ukuran Koin dengan Kecepatan Benda Jatuh Bebas pada Massa 8,7 kg ...
Hasil Pemotongan Sisi Koin ……….
Hasil Pengambilan Gambar Burr Height pada Koin Aluminium Hasil Pembuatan Koin Aluminium yang Dapat Diterima
Berdasarkan Burr Height ……….
Grafik Variasi Gaya Impak Teoritis ……….
Grafik Gaya Impak pada Massa 2,0 kg dengan Ketinggian Jatuh 0,5 m ………
Grafik Gaya Impak Diperbesar pada Massa 2,0 kg dengan Ketinggian Jatuh 0,5 m ……….
4.21 Gabungan Gaya Impak Pada Beban 4,5 kg dengan Variasi Tinggi Jatuh Bebas 0,5 s.d 2,5 m ………
107
Nomor Judul Halaman
Gambar Perangakat Benda Jatuh Bebas ...
Data Pengujian Loboratorium Tegangan/Kekuatan Tarik Pelat Aluminium (Bahan Koin) ………
Data Hasil Pembuatan Koin Aluminium
(Tabel 1 sampai dengan Tabel 25) ...
Hasil Ukuran Koin Aluminium untuk Kelonggaran
(Tabel 1 s.d 5) ...
Cara Mengoperasikan Impact Force Measurement
Software ………..
Gaya Impak Benda Jatuh Bebas dengan Variasi
Ketinggian dan Massa Benda (Gambar 1 s.d 17) …………
Tabel Toleransi Ukuran Koin Aluminium (Kurt Lange) ..
Gambar Foto Alat benda Jatuh Bebas Saat Pengujian dengan load cell ………..
Gambar Alat Ukur dan Alat Bantu Ukur ...
Gambar Produk aluminium ...
Gambar Alat/Mesin Pembuatan Pons dan Cetakan ……
BAB 1
PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
Dewasa ini banyak cara pembuatan produk atau proses pengerjaan logam di
bidang manufaktur, yaitu dengan proses pembentukan dan pemotongan. Proses
pemotongan logam merupaan suatu proses yang digunakan untuk mengubah bentuk
suatu produk dari logam dengan cara memotong. Menurut Rochim T., [1] tergantung
pada cara pemotongannya seluruh proses pemotongan logam dapat dikelompokkan
menjadi empat kelompok dasar yaitu,
1. Proses pemotongan dengan mesin las,
2. Proses pemotongan dengan mesin pres,
3. Proses pemotongan dengan mesin perkakas, dan
4. Proses pemotongan non-konvensional, di antaranya: Electro Discharge
Machining (EDM), Laser Beam Machining (LBM), Chemical Milling
(CM), Wire Cutting, Ultrasonic Machine/Permesinan Ultrasonik,
Abrasive Jet AJ, Water Jet (WJ), Chemical Electrical (CE), dan
sebagainya.
Untuk penelitian ini proses yang digunakan adalah proses pemotongan
dengan mesin pres. Menurut Budiarto [2] mesin pres adalah suatu alat bantu
menggunakan mesin pres. Proses pemotongannya dilakukan dengan menggunakan
sepasang alat pemotong yaitu pons (punch)dan cetakan (dies).
Produk yang dihasilkan adalah berbentuk lempengan bulat (koin) sebagai
proses dasar pemotongan dengan jenis dan proses pemotongan tunggal yang juga
disebut dengan blanking tools yaitu, proses pemotongan dengan menghasilkan
benda kerja utuh, dan seluruh sisinya terpotong secara serempak. Pengembangan dari
proses di atas dapat dilakukan untuk pembuatan cincin baja (ring plate), paking dan
berbagai produk yang terbuat dari pelat lembaran.
Pertimbangan penggunaan pembuatan suatu produk dengan proses
pemotongan dengan menggunakan pons dan cetakan baik secara teknis maupun
ekonomis menurut Budiarto [2], untuk menghasilkan produk dalam jumlah yang
banyak atau produk massal, menjamin keseragaman bentuk dan ukuran produk agar
tetap sama, waktu pengerjaan yang singkat, dapat meningkatkan kualitas hasil,
penghematan biaya proses permesinan dan biaya operator yang terkait, menurunkan
harga produk dan pruduktivitas lebih tinggi. Namun untuk mengerjakan produk
dalam jumlah yang sedikit, biayanya sangat mahal, sehingga hal ini sulit untuk
dilakukan.
Biasanya proses pembuatan koin dilakukan dengan alat penekan yang
dilengkapi dengan sepasang alat pemotong yaitu, pons dan cetakan. Proses
pemotongan menggunakan sistem tenaga manual, mekanis, pneumatik dan hidrolik.
Semua jenis di atas disebut dengan mesin pres (press tools) atau disebut juga dengan
landasan, sebuah penumbuk, sebuah sumber tenaga, dan suatu mekanisme yang
menyebkan penumbuk bergerak lurus dan tegak menuju ke landasannya.
Pada umumnya jenis beban pada sistem manual, mekanik, pneumatik serta
hidrolik, menggunakan beban impak kecepatan rendah. Menurut Lange, K., [3]
kecepatannya adalah antara 20 s.d 40 m/menit.
Untuk mendapatkan hasil yang sebaik-baiknya dari hasil pemotongan, ada
beberapa faktor yang harus diperhatikan dari beberapa permasalahan yang ada, di
antaranya adalah ketelitian ukuran dan faktor material alat potong, proses
pemotongan serta beberapa faktor lainnya.
Berdasarkan pengamatan dan pengalaman di lapangan, kebanyakan para
operator kurang memahami pentingnya ketepatan ukuran alat pemotong atau
ketelitian kelonggaran ukuran antara pons dengan cetakan, tanpa menyadari adanya
pengaruh material alat potong dan material benda produk, ketebalan material yang
hendak dipotong/diproduksi.
Untuk menentukan ukuran-ukuran pons dan cetakan, tidak cukup hanya
memperkirakan berdasarkan pengalaman serta keterbatasan pengetahuan semata. Hal
ini harus benar-benar dipahami dan membutuhkan pengetahuan yang diperoleh dari
literatur maupun pengembangan penelitian yang dilakukan.
Meskipun pons dan cetakan dikerjakan secara terpisah dengan menggunakan
mesin dan orang yang berbeda namun bila dikerjakan berdasarkan kemampuan dan
penguasaan pengetahuan yang memadai maka produk yang dihasilkan dari hasil
Perbedaan ukuran antara pons dan cetakan (clearance) tergantung pada
ketebalan dan bahan/material produk yang dibentuk. Bahan yang dibentuk dari pelat
lembaran yang dirol dan mempunyai ketebalan tertentu, kemudian pons memotong
dan menekan bahan pelat tersebut yang terletak di atas cetakan. Proses
pembuatannya disebut blanking dan hasil pemotongan tersebut merupakan produk
yang dinamakan blank.
Bila perbedaan ukuran antara pons dan cetakan (clearance) tidak sesuai
maka hasil pemotongan yang dilakukan oleh kedua pemotong tersebut akan
menghasilkan produk yang kurang baik. Maksudnya adalah hasil produk dipastikan
cenderung cacat bentuk, ukurannya tidak sesuai dengan yang diinginkan dan bagian
sisinya terdapat serpihan yang tajaman.
Menurut Lange K., [3] ketelitian benda kerja menjadi karakter yang dapat
menentukan agar tidak melakukan beberapa kesalahan, hal ini digambarkan pada
faktor efek dari kesalahan saat melakukan proses pemotongan benda kerja atau
pembentukan koin (Gambar 1.1).
Material Tool Process Machine
Dimensional Error
Positional Error
Form Error
Gambar 1.1 dapat dijelaskan bahwa pada diagram bagian atas yang masing-
masing bertuliskan Material, Tool, Process dan Machine disebut dengan penyebab
kesalahan, sedangkan pada diagram bagian bawah yang masing-masing bertuliskan
Dimensional Error, Positional Error dan Form Error disebut dengan faktor efek
kesalahan atau hal yang dapat menimbulkan kesalahan. Jadi ada tiga faktor
kesalahan pada proses pembentukan/pemotongan koin, penjelasannya dapat dilihat
sebagai berikut.
1. Kesalahan dimensi (dimensional error) pada koin, penyebab kesalahan
adalah pada alat potong (tool) dan proses (process), dijelaskan sebagai
berikut:
a. Alat potong pons dan cetakan harus mempunyai perbedaan ukuran
(clearance) yang sesuai. Hal ini akan menjamin kesalahan
ukuran/dimensi pada koin atau benda kerja akan dapat dihindari.
b. Proses pengerjaan harus betul-betul sesuai dengan prosedur pengerjaan
yang benar. Hal ini akan dapat memberikan suatu hasil yang
benar-benar baik terhadap ukuran/dimensi koin.
2. Kesalahan posisi (positional error), penyebab kesalahan adalah pada alat
potong (tool), proses (process) dan mesin(machine) yang digunakan,
dijelaskan sebagai berikut:
a. Kesalahan posisi pada koin adalah ketidaksimetrisan/kebulatan bentuk
atau terjadinya pergeseran titik sumbu pada koin. Hal ini dapat terjadi
kesumbuan. Maka pada waktu proses pembuatan alat potong hal ini
betul-betul harus diperhatikan.
b. Proses pengerjaan juga harus betul-betul sesuai dengan prosedur
pengerjaan yang benar.
c. Mesin yang digunakan pada proses pemotongan juga akan
mempengaruhi timbulnya kesalahan posisi pada pembentukan koin.
Sebab setiap mesin mempunyai karakter dan unjuk kerja yang berbeda
pada pelaksanaan pembuatan koin.
3. Kesalahan bentuk (form error), penyebab kesalahan adalah material dan
alat potong (tool), dijelaskan sebagai berikut:
a. Setiap material mempunyai karaktristik struktur, sifat dan kekerasan
yang berbeda. Oleh sebab itu untuk membuat koin dengan ukuran yang
sama dan material yang berbeda, maka ukuran maupun kelonggaran
antara pons dan cetakan juga akan berbeda.
b. Alat potong yang baik untuk pembentukan koin harus mempunyai
ukuran dan bentuk yang sesuai dengan yang diinginkan. Namun
ketajaman alat potong juga dapat mempengaruhi bentuk hasil produk
koin. Alat potong yang sudah tidak tajam (tumpul) cenderung membuat
ukuran dan bentuk koin akan menyimpang.
Proses pemotongan produk harus benar-benar diperhatikan agar mendapatkan
hasil yang sebaik-baiknya. Menurut Brolund T., [4] pada artikelnya Determining
harus diketahui oleh orang-orang yang berkecimpung dalam bidang proses
pemotongan menggunakan pons dan cetakan agar mendapatkan hasil yang lebih
baik, satu di antaranya adalah masalah kelonggaran cetakan (clearance dies), yaitu
menentukan besar kelonggaran antara pons dan cetakan dengan tepat atau cocok.
Direkomendasikan oleh Baeumler F., [5] sebelum melakukan pemilihan
ukuran dan bentuk pemotong yang sesungguhnya, terlebih dahulu melakukan
pememilihan variasi ukuran yang tepat, menentukan kualitas yang terbaik dari
bagian bahan produk, menentukan usia alat potong (long tool life) dan menyeleksi
kelonggaran cetakan (clearance dies).
Menurut Kalpakjian S., [6] ada beberapa variabel umum agar dapat
menghasikan suatu produk yang baik, pemotongan dengan pons dan cetakan harus
memepertimbangkan: (1) besar gaya pemotongan (punch force), (2) kecepatan gerak
pons (punch speed), (3) pelumasan pada proses pemotongan (lubrication), (4)
kondisi permukaan material (surface condition), (5) material pons dan cetakan
(material of the punch and dies), (6) radius sudut pons dan cetakan (corner radii),
dan (7) kelonggaran antara pons dan cetakan (clearance).
Bahan koin pada penelitian ini adalah lembaran pelat aluminium yang
mempunyai ketebalan tertentu, disesuaikan dengan kemampuan peralatan impak
benda jatuh bebas yang digunakan untuk melakukan proses pembuatannya. Jenis
bahan yang dipakai disesuaikan dengan bahan pelat aluminium hasil pengerolan
yang ada di pasaran. Besar kekuatan tariknya harus diketahui satu di antaranya
Dari berbagai penjelasan dan temuan di atas , faktor yang sangat penting
untuk memperoleh hasil pemotongan yang baik, dan menjaga agar usia pakai alat
potong yang lebih lama selain tergantung pada kualitas bahan/material alat potong,
jenis material yang dipotong, adalah masalah perbedaan ukuran atau kelonggaran
pada pasangan pons dan cetakan.
Untuk menentukan kualitas material dapat dilakukan dengan cara memilih
material yang sesuai antara material bahan alat potong dan material benda yang
diproduksi, tetapi untuk menentukan ukuran paling optimal, ukuran yang cocok atau
perbedaan antara ukuran pons dan cetakan harus melalui ketentuan yang telah
direkomendasikan oleh pakar atau dengan perhitungan yang berpedoman pada
ketentuan-ketentuan teori, rumus-rumus yang telah ditetapkan serta perbedaan
ukuran antara pons dan cetakan yang disebut dengan kelonggaran (clearance).
Berdasarkan penjelasan-penjelasan di atas maka peneliti ingin mencoba dan
melakukan proses pembuatan koin dengan menggunakan beban impak kecepatan
yang lebih tinggi dari kecepatan pada press tool yaitu dengan memakai uji Standar
Jepang JIS maupun Standar Nasional Indonesia (SNI) [7] yaitu benda jatuh bebas
dari ketinggian maksimum (h) antara 2 s.d 3 meter. Dengan demikian kecepatan
benda hanya pada v= 2gh atau sekitar 7 m/s. Massa benda jatuh bebas harus
ditentukan agar dapat memberikan besar gaya yang dibutuhkan untuk melakukan
proses pemotongan. Pada penelitian ini dirancang tinggi jatuh benda antara 0,5 s.d
1.2. Perumusan Masalah
Mendapatkan suatu produk koin aluminium yang baik di antaranya
ditentukan oleh ketepatan kelonggaran antara pons dan cetakan, besar gaya
minimum yang dibutuhkan untuk melakukan impak terhadap material produk, jarak
ketinggian minimum benda jatuh bebas sehingga mempengaruhi kecepatan
pemotongan terhadap benda kerja, ketepatan/kelurusan sumbu pons terhadap
cetakan, keausan pons dan cetakan maka bertitik tolak dari uraian masalah di atas,
dibutuhkan beberapa langkah pokok untuk membantu kelancaran penelitian ini yaitu,
sebagai berikut:
1. Membuat peralatan berupa konstruksi tempat jatuhnya benda jatuh bebas,
serta membuat perangkat tempat dudukan pons dan cetakan yang
disesuaikan dengan beban yang diberikan dan kondisi benda jatuh bebas.
2. Membuat beberapa buah pons dengan berbagai ukuran sesuai dengan
ketentuan-ketentuan kelonggaran berdasarkan rekomendasi para pakar
dan literatur, serta membuat sebuah cetakan dengan ukuran dan bahan
yang ditetapkan.
3. Menentukan variasi massa beban dan variasi ketinggian benda jatuh
bebas dengan melakukan perhitungan hingga batas pons dan cetakan
dapat melakukan pemotongan dengan baik.
4. Melakukan penyetingan (set-up) pons dan cetakan setepat-tepatnya yaitu
5. Melakukan pengujian terhadap bahan pelat aluminium dengan mesin uji
kekuatan tarik guna mendapatkan data tegangan tarik bahan aluminium.
6. Membuat koin-koin menggunakan pons-pons dan cetakan dengan variasi
beban dan ketinggian benda jatuh bebas.
7. Melakukan pengujian terhadap beban sesungguhnya yang terjadi dengan
menggunakan alat load cell.
1.3. Tujuan Penelitian
1.3.1. Tujuan umum
Tujuan umum dari penelitian ini adalah untuk mendapatkan suatu hasil proses
pembuatan koin aluminium menggunakan variasi beban impak dan ketinggian
dengan benda jatuh bebas.
1.3.2. Tujuan khusus
1. Memperoleh hasil tentang pengaruh besarnya kelonggaran (clearance) antara
pons dan cetakan yang optimal dari hasil analisis data pembuatan koin
aluminium, untuk mendapatkan ukuran produk yang baik dan sesuai dengan
batas toleransi yang diijinkan.
2. Memperoleh hasil akibat adanya pengaruh massa dan tinggi beban benda jatuh
bebas, untuk pembuatan koin dari bahan aluminium.
3. Memperoleh hasil pengukuran dengan load cell, besarnya gaya impak akibat
1.4. Manfaat Penelitian
Penelitian ini nantinya diharapkan merupakan suatu upaya nyata pihak
perguruan tinggi, khususnya lembaga penelitian dalam memberikan informasi
tentang proses pembuatan dengan menggunakan pons dan cetakan untuk
mengerjakan suatu produk dengan ukuran dan bentuk yang presisi dan berkualitas.
Adapun hasil penelitian ini diharapkan bermanfaat bagi:
1. Para pelaku perancang, pembuat dan pengguna pons dan cetakan, agar
dapat memahami berapa besar kelonggaran (clearance) antara pons dan
cetakan yang optimal, serta pengaruh beban dan jarak benda jatuh bebas.
2. Memberi informasi tentang upaya yang dilakukan untuk memperoleh
keberhasilan mendapatkan ukuran dan bentuk koin aluminium dengan
menggunakan beban impak benda jatuh bebas.
3. Para praktisi dan ahli teknik manufaktur serta mahasiswa lainnya yang ingin
mengembangkan hasil penelitian ini serta dapat dijadikan sebagai
BAB 2
TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Proses Pembentukan pada Lembaran Metal
Bentuk produk dengan proses pembentukan pada lembaran metal (
sheet-metal) sangat banyak pemakainnya di lapangan, di antaranya adalah
perlengkapan-perlengkapan lemari dan meja perkantoran, lemari kabinet, bodi dan karoseri mobil,
bagian-bagian bidang perkapalan, alat-alat rumah tangga, hingga pemakaian
peralatan perlengkapan pada pesawat terbang, dan lain sebagainya.
Dasar pembentukan lembaran metal adalah beracu pada bentuk bulat berupa
lempengan koin. Bentuk ini adalah yang paling sederhana, gampang diukur dan
diamati. Selanjutnya pembuatan pons dan cetakannya pun tidak terlalu sulit dan
dapat dikerjakan pada mesin konvensional maupun non-konvensional. Hasil
penelitian bentuk koin dapat dijadikan dasar pertimbangan untuk bentuk lainnnya.
Pembentukan lempengan koin diawali dari pemilihan lembaran metal dalam
hal ini lembaran pelat yang dirol. Kemudian dilakukan pemotongan atau
pengguntingan (shearing) dengan proses blanking yang dilengkapi dengan alat
pemotong pons (punch) dan cetakan (dies) yang mempunyai bentuk bulat. Terakhir
untuk mendapatkan hasil produk yang lebih baik dilakukan pembersihan pada sisi
produk yang disebut dengan deburring.
Secara umum menurut Kalpakjian S., [8] proses pembentukan pada lembaran
Punching
Gambar 2.1 Denah Proses Pembentukan pada Lembaran Metal
2.2. Operasi Pemotongan
Pemotongan lembaran pelat disesuaikan dengan aksi pemotongan antara dua
buah mata pisau pemotong. Aksi pemotongan ada empat tahapan [9] Gambar 2.2.
Langkah awal dijelaskan bahwa pons (punch) merupakan mata pisau bagian
atas. (1) Sebelum pons menyentuh lembaran pelat (benda kerja) di mana kecepatan
pons bergerak dengan kecepatan v = 0 tanpa beban; (2) Pons mulai menuyusup
masuk ke permukaan menuju cetakan bergerak dengan kecepatan v1 dengan gaya F,
maka pisau bagian dalam (die) yang diam menahan tekanan pons terhadap benda
Gambar 2.2 Proses Pemotongan Lembaran Pelat Antara Dua Mata Pisau
pons terus bergerak menekan dan menyusup ke benda kerja, maka bagian ini akan
diperoleh permukaan pemotongan yang lebih halus. Secara umum daerah
penyusupan diperkirakan sebesar 1/3 tebal lembaran benda kerja; (4) Bila penekanan
diteruskan terhadap benda kerja maka akan terjadi keretakan (fracture) terhadap sisi
pemotongan benda kerja. Jika kelonggaran (clearance) antara pons dengan cetakan
ditentukan secara tepat dan benar maka dua garis keretakan akan bertemu, hasil
pemisahan kedua benda relatif lebih bersih, atau hanya sedikit sekali terdapat bagian
yang tajam pada hasil pemotongan.
Pada Gambar 2.3 diperlihatkan karakteristik keretakan pada hasil
pemotongan pada bagian produk yang terbentuk oleh hasil pemotongan pembuatan
koin.
Pada bagian bawah permukaan benda kerja dari hasil pemotongan akan
membentuk radius dan daerah ini disebut dengan rollover atau disebut juga dengan
Gambar 2.3 Karakteristik Sisi Hasil Pembuatan Koin
permukaan pelat/benda kerja terhadap cetakan sehingga terjadi perubahan bentuk
terhadap permukaan yang disebut dengan deformasi plastis. Menurut Lange K., [3]
bentuk ini dipengaruhi oleh, (a) jenis material, (b) kelonggaran blank, dan (c)
ketajaman & bentuk permukaan pons. Bagian atas rollover terbentuk hasil
pemotongan yang lebih halus, daerah ini disebut burrnish atau smooth-sheared. Ini
dihasilkan karena menuyusupnya pelat terhadap cetakan akibat penekanan pons, dan
masih mampu ditahan oleh cetakan (pisau bagian bawah) sehingga terjadi
penyayatan/pemotongan bukan karena retak atau dengan kata lain pons mampu
menyusup ke benda kerja sebelum terjadi keretakan pada benda kerja. Selanjutnya
pada bagian atas burrnish disebut dengan daerah fractured, pada daerah ini terdapat
bagian sisi pemotongan yang relatif kasar. Bagian ini tidak terdapat hasil
pemotongan namun terpisahnya atau lepasnya benda ini adalah akibat adaya
pengaruh tekanan sehingga terjadilah pergeseran akibat adanya keretakan. Pada sisi
bagian atas koin hasil pemotongan atau permukaan yang menyentuh pons disebut
burr yang merupakan sisi tajam yang menonjol. Terbentuknya burr dan besar
alat potong (tools) [3], dan juga dipengaruhi oleh akibat keausan pada alat potong
(tool edges wear) dan kelonggaran antara pons dengan cetakan yang tepat (optimum
clearance) [9].
Kelonggaran yang besar menimbulkan deformasi plastis yang lebih besar,
sehingga menimbulkan pemisahan yang lambat dan akan menimbulkan
pembentukan burr akibat ditarik oleh bagian permukaan sisi pons. Oleh sebab itu
terbentuknya burr dapat dihindari dengan menentukan besar kelonggaran antara
pons dan cetakan, besar kedalaman penyusupan dengan benar, besar keretakan sama
dengan besar kelonggaran.
Kelengkapan terjadinya proses pengguntingan/pemotongan, maka
komponen-komponen gaya pada operasi pengguntingan dapat dilihat pada Gambar
2.4
Gambar 2.4 Komponen Gaya Proses Pemotongan
Gaya Fv dan F v beraksi pada jarak yang pendek dekat dengan sisi potong,
sepanjang daerah mata pisau. Jarak L dihasilkan oleh suatu gaya yang menyebabkan
momen bengkok atau perubahan sudut pada benda kerja. Reaksi momen
menyebabkan momen perlawanan bengkok menghasilkan bengkokan dan tegangan
normal horizontal (stress normal horizontal/SNH) pada benda kerja dan alat potong.
SNH dapat digantikan oleh gaya resultan FH dan FH Gaya horizontal tambahan akan
timbul bila alat potong tidak mempunyai sudut potong 90° atau ketika permukaan
benda kerja tidak tegak lurus terhadap arah permukaan pelat.
Sebagai tambahan gaya-gaya di atas gaya-gaya gesek juga bereaksi pada alat
potong. Gaya-gaya horizontal FH dan FH menyebabkan gaya-gaya gesek pada sisi
permukaan dari alat potong dinamakan µFH dan µFH. Gaya potong yang terdapat
pada permukaan material di permukaan alat potong menyebabkan alat potong
gaya-gaya gesek µFH dan µFH.
Penyelidikan yang lebih jauh menunjukkan tidak adanya hubungan antara
distribusi gaya-gaya horizontal dengan vertical. Hal ini dikenal dengan FH dan FV
yang parameternya bervariasi pada proses pemotongan.
2.3. Gaya Pemotongan (Cutting Forces)
Perhitungan untuk menentukan gaya pemotongan yang dibutuhkan untuk
melakukan pemotongan terhadap satu buah produk dengan bahan tertentu sangatlah
penting. Maka untuk menentukan gaya F pada pemotongan pelat menurut Groover
F =S.t.L (N) (2.1)
Dimana : F = gaya potong (N)
S = tegangan geser pelat (MPa)
t = ketebalan pelat (mm)
L= panjang daerah yang dipotong (mm)
Bila tegangan geser tidak diketahui dan yang diketahui hanya tegangan tarik
pelat, maka :
F =0,7.TS.t.L (mm) (2.2)
di mana: TS = tegangan tarik (MPa)
2.4. Proses Blanking
Proses pembuatan pelat logam berbentuk lempengan seperti koin disebut
blanking, yaitu satu di antara proses pemotongan yang menggunakan pons dan
cetakan untuk menghasilkan benda kerja secara utuh dan seluruh sisinya terpotong
secara serentak (Gambar 2.5). Sedangkan blank adalah produk hasil pemotongan
yang terpakai dan dihasilkan dari salah satu proses pemotongan tunggal dengan
seluruh bentuk kontur terpotong secara utuh (Gambar 2.6) atau hasil dari
pemotongan bertahap dengan alat bantu press tool.
Menurut Amstead B.H., etl [11] blanking adalah operasi memotong luasan
dalam sederetan operasi. Dalam hal ini pons harus datar dan cetakan harus diberi
suatu sudut pemotongan sehingga bagian yang diselesaikan akan datar pula.
Kedua permukaan pons dan cetakan memang harus datar sehingga tak dapat
dipungkiri untuk pembuatan koin dengan proses blanking membutuhkan tenaga
yang lebih besar atau maksimum bila dibandingkan dengan proses piercing, yaitu
proses yang membutuhkan lubang sebagai hasil produk.
Keterangan: 1. Pons (punch)
2. Pelat penjepit cetakan (dies)
3. Pelat lembaran logam 4. Cetakan (dies)
5. Hasil produk koin(blanking piece)
Gambar 2.5 Proses Blanking Pembentukan Produk Koin
2.5. Koin Aluminium
Menurut kamus teknik dan kamus Inggris bahwa koin (coin) mempunyai arti
adalah mata uang atau uang logam, bentuk penampangnya relatif bulat dan tipis.
Pada penelitian ini koin aluminium yang dimaksud adalah suatu benda berbetuk
lempengan bulat tipis hasil pemotongan yang dilakukan pons dan cetakan (lihat
Gambar 2.7).
Gambar 2.7 Koin Aluminium
Koin dirancang dari bahan aluminium, dan sifat yang paling menonjol adalah
lunak, tahan terhadap korosi dan ringan. Oleh sebab itu proses pembuatan bahan ini
untuk dijadikan bentuk koin tidak memerlukan beban yang terlalu besar bila
dibandingkan dengan jenis logam lainnya.
Keberadaan aluminium di lapangan mulai dari bentuk penampang bulat, segi
empat maupun bentuk profil lainnya, ada juga dalam bentuk pelat lembaran dengan
ketebalan yang bervariasi. Pada umumnya aluminium yang berbentuk lembaran
dihasilkan dari proses pengerolan [12], mempunyai massa jenis 2,7 gr/cm3 dengan
Koin aluminium yang bentuknya bulat tipis atau pipih, merupakan bentuk
dasar untuk menentukan bentuk-bentuk lainnya seperti bulat lonjong, segi empat,
bentuk tak beraturan, bentuk kompleks, dll.
Hasil produk atau benda kerja yang diproduksi pada proses blanking selain
bentuk koin adalah berupa lempengan pelat berbagai bentuk (Gambar 2.8 (a) s.d (j).
Gambar 2.8 Contoh Hasil Proses Blank
2.6. Ukuran Koin
Pada pembuatan lempengan logam (koin) dengan proses blanking,
ukurannya beracu pada ukuran cetakan, sedang ukuran pons menyesuaikan sesuai
dengan besar kelonggaran yang diberikan [2]. Misalnya dikehendaki suatu koin
berdiameter 22 mm maka diameter cetakan mempunyai ukuran yang sama dengan
ukuran produk (koin). Sedang ukuran pons sedikit lebih kecil dari ukuran cetakan
sebesar celah kelonggaran yang diberikan. Untuk mengukur produk dapat digunakan
Bentuk koin tergantung pada bentuk pons dan cetakan. Bentuk pons dan
cetakan tergantung pada kebutuhan penggunaannya. Untuk membuat pons dan
cetakan yang berbentuk sederhana dapat dikerjakan dengan mesin perkakas biasa,
misalnya mesin bubut, mesin bor dan pengerjaan akhirnya dilakukan pada mesin
gerinda. Tetapi untuk bentuk-bentuk yang lebih rumit atau lebih kompleks maka
harus pula dikerjakan pada mesin-mesin non-konvensional, seperti EDM, Wire
Cutting, LBM, dan sebagainya.
Untuk menentukan kualitas koin bila dilihat dari bentuk dan ukuran sangat
ditentukan oleh hasil pembuatan pons dan cetakan, serta perbedaan ukuran yang
sesuai antara pons dan cetakan (clearance), oleh sebab itu proses pembuatannya
harus benar-benar dilakukan dengan teliti dan ukurannya presisi.
2.7. Diameter Pons dan Cetakan
Setelah diketahui dan ditentukannya berapa besar kelonggaran antara pons
dengan cetakan, maka dapat pula ditentukan besar diameter pons dan cetakan.
Menurut Groover M.P., [10] untuk proses blanking diameter pons harus lebih kecil
dari diameter cetakan, besarnya adalah diameter cetakan dikurangi dengan jumlah
dua sisi kelonggarannya. Hal ini dapat diilustrasikan pada Gambar 2.9.
Bentuk diameter pons dan cetakan juga sangat menentukan hasil poduk.
Produk koin aluminium dibentuk oleh pons dan cetakan yang kedua alat tersebut
pembuatan dan pengerjaannya pada mesin perkakas. Oleh sebab itu hal ini harus
betul-betul diperhatikan.
Gambar 2.9 menjelaskan tentang diameter pons, cetakan dan
kelonggarannya dan juga dijelaskan istilah-istiah yang digunakan di dalamnya.
Gambar 2.9 Diameter Pons, Cetakan dan Kelonggarannya
Menentukan diameter pons (blanking punch) adalah:
Dh=Db−2c (mm) (2.3) Dimana : Dh = diameter pons (punch size) (mm)
Db = diameter cetakan (die size) (mm)
c = kelonggaran antara pons dengan cetakan (mm)
2.8. Kelonggaran ( Clearance)
Kelonggaran atau clearance adalah suatu ukuran antara sisi potong pons
dengan sisi potong cetakan. Menurut Budiarto [2] ada beberapa fungsi kelonggaran
1. Mencegah terjadinya gesekan antara pons dan cetakan saat operasi
pemotongan, gesekan semakin besar bila kelonggaran antara pons dengan
cetakan terlalu kecil dan sebaliknya. Gesekan kecil bila kelonggaran besar.
2. Menentukan kualitas sisi potong yang diharapkan, kelonggaran yang lebih kecil
menghasilkan hasil yang lebih halus dan lebih baik.
3. Menentukan ketepatan toleransi produk hasil yang diperoleh, kelonggaran yang
lebih kecil dan membentuk beberapa toleransi produk yang lebih baik.
4. Berpengaruh terhadap burr (Gambar 2.3) yang terjadi beralur lebih kecil bila
kelonggaran lebih kecil.
Kelonggaran (clearance) diklasifikasikan ke dalam tiga bagian besar, yaitu:
1. Excesive clearance (kasar).
a. Kelonggaran antara pons dan cetakan relatif besar membentuk burr
yang besar,
b. Bibir pelat pada permukaan yang terpotong membentuk radius cukup
besar,
c. Permukaan bawah bibir blank/sekrap membentuk radius,
d. Penetrasi pemotongan kecil.
2. Proper Clearance (normal)
a. Kelonggaran antara pons dan cetakan normal atau medium,
b. Bentuk burr relatif kecil,
c. Radius pada bibir pelat terpotong relatif kecil,
3. Insufficient Clearance (halus)
a. Kelonggaran relatif kecil,
b. Membentuk dua bidang sisi potongan pada patahan,
c. Burr sangat kecil,
d. Tahanan pemotongan lebih besar.
Ada beberapa rekomendasi dari beberapa pakar dan literatur untuk
menentukan besar kelonggaran antara pons dan cetakan untuk bahan logam
khususnya aluminium. Dari beberapa rekomendasi inilah peneliti akan
merealisasikannya dalam menentukan ukuran pons dan cetakan. Untuk memperjelas
maksud di atas, maka uraiannya dapat dilihat berikut ini:
(1) Groover M.P., [10], menetapkan kelonggaran sebagai berikut:
t a
c= . (mm) (2.4)
di mana : c = kelonggaran (clearance) (mm)
a = konstanta , harganya dapat dilihat pada Tabel 2.1
t = tebal bahan koin (mm)
Tabel 2.1 Kelonggaran Pons dan Cetakan untuk Beberapa Bahan
Metal Group a
11005 and 50, 25 Aluminum alloys , All Tempers 0,045
21245 and 6061 ST Alloys, brass all tempers,
solf cold rolled steel, stainless steel 0,060
Cold rolled steel, half hard, stainless steel half hard and full hard 0,075
(2) Kalpakjian S., [6], menetapkan kelonggarannya secara umum adalah,
2 s.d 10 % dari ketebalan pelat yang dipotong. Untuk pemotongan yang
halus (fine blanking) 1 % dari tebal pelat (untuk kecepatan pons yang
rendah/slow punching speeds).
(3) Sckey J.A., [9], menetapkan kelonggaran yang dianjurkan adalah sebesar
0,04 s.d 0,12 h, h adalah ketebalan dari material yang dipotong.
(4) Luchsinger H.R., [13] secara umum untuk menentukan kelonggaran (C)
antara pons dengan cetakan adalah sebagai berikut.
a. Untuk ketebalan pelat s ≤ 3 mm
C =k.s TB (mm) (2.5)
b. Untuk ketebalan pelat s ≥ 3 mm
C =(1,5.k.s−0,015) TB (mm) (2.6)
Dimana : k = konstanta
0,005 untuk permukaan halus
0,010 untuk permukaan normal
0,035 untuk permukaan kasar
s = tebal pelat yang dipotong (mm)
TB = tegangan geser (shear stress) bahan (kg/mm2)
TB = 0,8 tegangan tarik bahan (kg/mm2)
(5) Alamsyah A., [14] untuk menentukan kelonggaran direkomendasikan
Tabel 2.2 Rekomendasi Kelonggaran (Clearance) (% x tebal pelat)
Jenis Material Kekuatan Material ( kg/mm2) % x Tebal Pelat
Mild Steel > 25 2 s.d 3 Mild Steel 25 s.d 40 3 s.d 5 Steel 40 s.d 80 5 s.d 9
Al, Brass, Copper - 2 s.d 4
Sumber: Alamsyah A., 1993 Pemilihan baja perkakas dan perlakuan panasnya\
(6) Sharma P.C.,[15] kelonggaran pons dan cetakan untuk beberapa macam
metal adalah C = % x tebal pelat atau % x t, (lihat Tabel 2.3).
Tabel 2.3 Rekomendasi Kelonggaran Menurut Sharma P.C
Jenis Material Kelonggaran C = % x tebal Pelat
Brass 5 Soft Steel 5 Medium Steel 6 Hard Steel 7
Aluminum 10
Sumber: Sharma P.C., 2003, Production Engineering, S. Chand & Company LTD. Ram Nagar, New Delhi – 110 055.
(7) Sharma P.C., juga menentukan kelonggaran dengan melakukan
perhitungan memakai rumus :
c=0,0032.t τg (mm) (2.7)
di mana: c = kelonggaran (mm)
t = tebal pelat (material) (mm)
2.9. Benda Jatuh Bebas
Sebuah benda jatuh bebas dari keadaan mula berhenti mengalami
pertambahan kecepatan selama benda tersebut jatuh. Jika benda jatuh ke bumi dari
ketinggian tertentu relatif kecil dibandingkan dengan jari-jari bumi, maka benda
mengalami pertambahan kecepatan dengan harga yang sama setiap detik. Hal ini
berarti bahwa percepatan ke bawah benda bertambah dengan harga yang sama jika
sebuah benda ditembakkan ke atas kecepatannya berkurang dengan harga yang sama
setiap detik dan perlambatan ke atasnya seragam.
Menurut Khurmi R.S., [16] untuk menentukan kecepatan benda jatuh setiap
detik akan diperoleh harga pendekatan seperti terlihat pada Tabel 2.4.
Tabel 2.4 Waktu dan Kecepatan Benda Jatuh
Waktu t
(s) 0 1 2 3 4 5
Kecepatan
v (m/s) 0 9,8 19,6 29,4 39,2 49
Grafik v – t yang sesuai dengan tabel tersebut di atas ditunjukkan pada
Gambar 2.10 merupakan sebuah garis lurus sehingga percepatan seragam dan sama
dengan:
Jika tahanan udara diabaikan gerakan benda jatuh bebas dapat dihitung
dengan percepatan seragam melintas sebuah garis lurus, asalkan percepatan diganti
dengan percepatan gravitasi g
1. Untuk gerakan ke bawah a = + g (percepatan)
2. Untuk gerakan ke atas a = - g (perlambatan).
Percepatan gravitasi g dapat dipandang sebagai sebuah vektor dengan arah menuju
ke pusat bumi dengan demikian tegak ke bawah.
2.10. Gerak Lurus
Perpindahan adalah perubahan kedudukan. Hal ini merupakan besaran vektor
mencakup jarak dan arah. Kecepatan adalah laju perubahan kedudukan terhadap
waktu. Hal ini juga merupakan besaran vektor mencakup jarak, arah dan waktu.
Kecepatan seragam memiliki partikel yang bergerak dengan kecepatan
konstan pada lintasan lurus atau dimiliki partikel yang melintasi perpindahan yang
sama dalam selang waktu yang sama berturut-turut tidak perduli betapa kecilnya
Percepatan seragam dimiliki partikel yang mengalami perubahan kecepatan
yang sama dalam selang waktu yang sama berturut-turut tidak perduli betapa
kecilnya selang waktu. Satuan perpindahan diukur dalam meter [m], kecepatan
diukur dalam meter per detik [m/s], percepatan diukur dalam meter per detik kwadrat
[m/s2], persamaan gerakan lurus percepatan seragam. Penjelasannya dapat dilihat
Penggantian
a v v− 0
untuk t di dalam persamaan (1),
as v
v2 = 02 +2
Bila v0 = 0, maka : v2 =0+2as
as
v= 2
Untuk jatuh bebas maka a = g dan s = h , sehingga :
v= 2gh (2.9)
Di mana : v = kecepatan benda jatuh (m/s)
g = gravitasi (m/s2)
h = ketinggian jatuh benda (m).
2.11. Gerakan di Bawah Pengaruh Gravitasi
Sebuah benda tidak dapat jatuh bebas kecuali di dalam ruang hampa
sempurna. Ketika jatuh melintasi sebuah benda mengalami tahanan udara yang
tergantung pada ukuran, bentuk dan kecepatan benda jatuh.
Percepatan sebuah benda jatuh bebas tergantung pada jarak ketinggian benda
kerja dari pusat bumi. Bagaimanapun, ketika sebuah benda cukup padat jatuh dengan
kecepatan sedang, boleh dianggap benda mengalami percepatan gravitasi seragam.
Seperti yang telah dijelaskan di atas (2.9), secara umum para ilmuwan mengambil
2.12. Momentum
Sebuah benda bergerak dikatakan mempunyai momentum yang dinyatakan
dengan hasil kali massa benda dengan kecepatan benda.
Momentum = massa x kecepatan.
M =m.v ( kg. m/s) (2.10) Di mana M = momentum (kg. m/s)
m = massa (kg)
v = kecepatan benda bergerak (m/s)
2.13. Impuls
Impuls sebuah gaya konstan adalah hasil kali gaya dengan selang waktu yang
diperlukan gaya bekerja, dituliskan dengan rumus:
I =F.t (2.11) Karena gaya = laju perubahan momentum terhadap waktu = perubahan momentum
dibagi dengan selang waktu yang diperlukan, atau dengan rumus:
t
v m
F = . (2.12)
Maka impuls = perubahan momentum
I =F.t=m.v (kg. m/s) (2.13) Di mana: m = massa (kg)
2.14. Energi
Energi didefinisikan sebagai kesanggupan untuk melakukan kerja. Prinsip
kekekalan energi menyatakan bahwa energi tidak dapat diciptakan atau
dirusakkan (dimusnakan). Dalam hal ini terdapat dua bentuk energi mekanik, yaitu:
1. Energi potensial (Ep), yaitu energi yang dapat dimiliki benda berdasarkan
kedudukan benda. Benda mempunyai energi berdasakan massa dan posisi
(tinggi) benda. Besarannya dapat ditentukan dengan rumus:
EP =m.g.h (2.14)
di mana: Ep = energi potensial (joule)
m = massa benda (kg)
g = gaya gravitasi (m/s2)
h = kedudukan/ ketinggian benda (m)
2. Energi kinetik (Ek), yaitu energi yang dapat dimiliki benda berdasarkan
gerakan benda. Adanya pergerakan benda dari kecepatan awal vo ke
kecepatan perubah v1. Besarannya dapat ditentukan dengan rumus:
2
. 2 1
v m
Ek = (2.15)
di mana: Ek = energi kinetik (joule)
m = massa benda (kg)
2.15. Aplikasi Proses Pembuatan Koin Aluminium dengan Beban Impak Benda Jatuh Bebas
Proses pembuatan koin yang lazim dilakukan dengan alat penekan (press
tools) dilengkapi dengan pons dan cetakan dengan menggunakan sistem tenaga
manual, mekanis, pneumatik dan hidrolik. Tetapi dalam penelitian ini peralatan
yang digunakan untuk mendapatkan besar gaya yang memotong pelat pada cetakan
adalah dengan sistem benda yang dijatuhkan pada pons dengan gerakan jatuh bebas.
Penjelasannya dapat dilihat pada penjelasan di Gambar 2.12.
Gambar 2.12 Proses Pembuatan Koin dengan Gaya Benda Jatuh Bebas
Sebelum benda m1 jatuh pada permukaan batang pons maka kecepatan
awalnya adalah vo = 0. Bila m1 jatuh bebas maka kecepatannya yang akan
v1 = 2gh,
pelat atau gaya Ft harus lebih besar dari gaya F (gaya yang dibutuhkan untuk
memotong pelat). Agar Ft dapat dipenuhi maka bobot m1 harus dipenuhi pula.
2.17. Massa Benda Jatuh Bebas
Dari persamaan (2.17) di atas maka dapat ditentukan besar bobot atau massa
2
Kemampuan suatu benda dalam menyerap energi impak diketahui dengan
melakukan pengujian impak. Biasanya yang dilakukan pada pengujian ini, memukul
spesimen dengan sebuah datum atau lengan pemberat. Pengujian seperti ini dikenal
dengan metode charpy dan izod jenis ini tergolong pergerakan dengan kecepatan
rendah. Ada juga yang dilakukan oleh Syam, B.[17] yaitu uji impak dengan
kecepatan tinggi dan realisasinya telah membuat suatu alat uji impak yang dikenal
dengan nama Kompak atau disebut juga dengan Air Gun Compressor yang mampu
meluncurkan striker dengan kecepatan yang bervariasi dan mencapai lebih kurang
50 m/s. Peralatan ini dapat memberikan gambaran terhadap kenyataan di lapangan di
mana benda jatuh dari ketinggian tertentu dengan kecepatan tinggi.
Pada penelitian ini untuk melakukan pengukuran besar gaya impak
digunakan peralatan load cell yang dirancang dalam bentuk unit portable. Alat ini
mampu mengukur langsung besar gaya impak ketika sebuah benda yang mempunyai
bobot dan ketinggian tertentu jatuh dan menimpa atau menyentuh alat sensor.
Besaran gaya impak terbaca langsung pada sebuah alat perekam data/pengkondisi
sinyal dengan angka digital. Kemampuan pengukuran besar gaya impak alat ini
hanya pada batas 30 kN. Gambar dan cara kerjanya dijelaskan pada Bab 3 (Metode
2.19. Kerangka Konsep
Hasil yang diperoleh dalam suatu penelitian dipengaruhi oleh
variabel-variabel penelitian itu sendiri. Kerangka konsep dalam penelitian ini digambarkan
seperti pada Gambar 2.13, dijelaskan permasalahannya adalah biasanya pembuatan
koin aluminium secara massal dilakukan pemotongan dengan pons dan cetakan pada
kecepatan rendah, dan proses pengerjaannya menggunakan sistem tenaga manual,
mekanis, pneumatik dan hidrolik. Pada penelitian ini dicoba pembuatan koin dengan
menggunakan kecepatan potong yang lebih tinggi dengan menggunakan beban
impak benda jatuh bebas sesuai standar JIS atau SNI. Perangkat alat benda jatuh
bebas yang konstruksinya disesuaikan dengan kebutuhannya. Pembuatan cetakan
dan lima buah pons dengan ukurannya berpatokan pada diameter koin yang
kelonggarannya (clearance) berdasarkan rekomendasi/ketentuan para pakar yang
diperoleh dari literatur dan jurnal penelitian yang sudah ada.
Sebelum pembuatan koin perlu diketahui kekuatan tarik dari bahan koin
yang pengujiannya dilakukan di laboratorium. Juga dilakukan pengukuran besar
gaya impak yang ditimbulkan pada benda jatuh bebas menggunakan load cell,
sementara ukuran koin dan kondisi hasil pemotongan merupakan objek penelitian
ini.
Penelitian ini diharapkan dapat menghasilkan mampu memberikan informasi
tentang adanya pengaruh kelonggaran pons dan cetakan, massa dan ketiggian jatuh
benda jatuh bebas serta memperoleh data tentang besar gaya impak akibat benda
- Gaya impak benda jatuh bebas
- Kondisi hasil pemotongan pada sisi koin
Hasil yang diperoleh:
1. Hasil pengaruh besar kelonggaran (clearance) dan ukuran koin yang baik sesuai batas toleransi yang diijinkan
2. Pengaruh massa dan ketinggian benda jatuh bebas pada pembuatan koin aluminium
3. Hasil pengukuran besar gaya impak akibat benda jatuh bebas
BAB 3
METODE PENELITIAN
3.1. Tempat dan Waktu
1. Penelitian ini telah dilaksanakan setelah disetujui sejak tanggal pengesahan
usulan oleh pengelola program sampai dinyatakan selesai.
2. Pembuatan alat bantu, pons dan cetakan dilaksanakan di Bengkel Polmed.
3. Pengujian bahan aluminium, dilaksanakan di Laboratorium Polmed.
4. Kegiatan penelitian dilaksanakan di Laboratorium dan Bengkel Polmed.
5. Pengambilan data bentuk dan hasil proses pemotongan pada sisi koin
dilaksanakan di Laboratorium Pusat Riset Impak dan Keretakan Departemen
Teknik Mesin F.T. USU.
3.2. Bahan, Peralatan dan Metode
3.2.1. Bahan
3.2.1.1. Bahan koin
Bahan koin terdiri dari bahan pelat aluminium dirol yang ada di pasaran
dengan ketebalan 2 mm. Diameter koin aluminium direncanakan sebesar 22 mm.
3.2.1.2. Bahan pons dan cetakan
Ada beberapa jenis bahan yang dipilih untuk membuat cetakan dan pons.
Bahan ini mempunyai persyaratan khusus di samping bahannya harus keras, tahan
kemudahan bahan diperoleh di pasaran maka peneliti merencanakan memilih jenis
Cold Work Steels bahan Amutit-S (Grade Bohler) dengan No. DIN 12510 dengan
data sebagai berikut:
Tabel 3.1 Komposisi Kimia Baja Amutit-S [18]
Bahan Komposisi Kimia
Amutit – S 95 % C; 0,3 % Si; 1,1 % Mn; 0,5 % Cr; 0,1 % V; 0,5 % W (DIN 12510)
Temperatur pengerasan (hardening temperature) = 780 s.d 820 º C ; Media pendingin (quenching medium) = oil ; Kekerasan setelah ditempering (100 s.d 400 º C) = 64 s.d 52 HRC
Sumber: BOHLER, High Grade Steel, P.T. Bolindo – Baja
3.2.1.3. Bahan peralatan pendukung cetakan (pemegang cetakan) & kelengkapannya
Bahan peralatan bantu penyanggah dan perlengkapannya dipilih dari bahan
baja lunak yang banyak dijumpai di pasaran. Bahan ini lebih ekonomis dan tidak
memerlukan persyaratan khusus.
3.2.2. Peralatan
Pada penelitian ini peralatan yang digunakan dikelompokkan antara lain:
1. Alat untuk pengujian bahan koin
(1) Alat uji kekuatan tarik bahan,
(2) Alat pengukur koin aluminium (mikrometer digital pengukur diameter
luar dan jangka sorong),
(3) Alat pengamat/peneropong sisi hasil pemotongan koin (mikroskop
digital).
2. Alat pembuatan perangkat penelitian
(2) Alat impak benda jatuh bebas dan perlengkapannya.
3. Alat pengukur gaya impak benda jatuh bebas (load cell).
3.2.2.1. Alat pengujian bahan koin
(1) Alat uji kekuatan tarik bahan
a. Alat pembuatan sampel adalah mesin potong (shearing machine)
dan mesin frais (milling machine),
b. Alat pengujian kekuatan sampel bahan aluminium adalah alat uji
kekuatan tarik bahan (Gambar 3.1).
Gambar 3.1 Alat Uji Kekuatan Tarik Bahan
(2) Alat pengukur koin aluminium (mikrometer digital pengukur diameter
luar dan jangka sorong), seperti pada Gambar 3.2
(3) Alat pengamat sisi hasil pemotongan koin (mikroskop digital).
Gambar 3.3 Alat Pengamat Sisi Koin Mikroskop Digital
3.2.2.2. Alat pembuatan perangkat penelitian
(1) Alat/mesin pembuatan pons dan cetakan, (lihat Lampiran 10)
a. Mesin potong bahan,
b. Mesin bubut presisi atau CNC lathe,
c. Mesin frais (milling machine),
d. Peralatan perlakuan panas (heattreatment equipment),
e. Mesin gerinda/grinding machine (finishing).
(2) Alat impak benda jatuh bebas dan perlengkapannya.
Alat ini dibuat di bengkel Polmed Medan. Desain dan konstruksinya
disesuaikan dengan contoh yang ada di Laboratorium Impak FT. USU. Tetapi pada
alat ini akan mengalami inovasi yang disesuaikan dengan jenis kebutuhan penelitian
ini. Rancangannya dapat dilihat pada Gambar 3.4. Sedang penjelasan potongan
gambar pada Gambar 3.5 dan set-up peralatan pada Gambar 3.6. Ukuran akan
pemotongan terhadap pelat dengan ketebalan tertentu, bahan benda dari baja biasa
yang mudah diperoleh di pasar dan juga tidak memerlukan persyaratan khusus.
Gambar 3.4 Desain Alat Impak Benda Jatuh Bebas
Keterangan: 1. Bobot benda jatuh bebas 6. Pons
2. Penahan benda 7. Pengarah/penyokong pons 3. Tiang penyokong tabung 8. Pelat aluminium
4. Tabung jalur jatuh 9. Cetakan 5. Batang penahan tabung 10. Landasan
Beban
Perangkat Komputer
Load cell Batang penerus
Cetakan (dies) Pons
Perekam data
Gambar 3.6 Posisi Penempatan Load Cell
Alat pengukur gaya impak benda jatuh bebas (load cell)
Load cell
Perekam data (Pengkondisi sinyal)
Alat sensor
Gambar 3.7 Alat Pengukur Beban (Load Cell)
Alat ini mempunyai kemampuan menerima beban dan mengukur gaya impak
hingga 30.000 (N). Dipasangkan di bawah alat impak benda jatuh bebas seperti
3.2.3. Metode
Penelitian dilakukan terdiri dari beberapa tahapan pekerjaan, mulai dari
pembuatan peralatan benda jatuh bebas, pons dan cetakan serta
perlengkapannya. Setelah itu pembuatan koin sebagai objek penelitian.
Adapun rincian tahapan-tahapannya adalah:
1. Membuat alat impak benda jatuh bebas, terdiri dari:
a. Merancang peralatan, disesuaikan dengan kebutuhan ruang lingkup
penelitian yang dilakukan,
b. Pengadaan bahan-bahan dan peralatan yang dibutuhkan,
c. Mengerjakan dan merakit peralatan sesuai dengan model rancangan,
d. Melakukan penyetelan (set-up) alat,
e. Uji coba peralatan, setelah peralatan lainnya (pons, cetakan dan
perlengkapannya) diselesaikan.
2. Pembuatan pons, cetakan dan perlengkapannya, terdiri dari:
a. Cetakan (dies) dibuat dengan diameter nominal 22 mm dengan toleransi
0 + 0,005 ,
b. Pons (punch) dibuat sebanyak lima buah dengan diameter hasil ukuran
cetakan yang masing-masing pons mempunyai perbedaan ukuran kurang
dari 2, 4, 6, 8, dan 10 % dari ketebalan pelat,
c. Melakukan perlakuan panas pengerasan (
