BAB IV PROSES PERANCANGAN

commit to user BAB IV

PROSES PERANCANGAN

4.1 Penentuan Batasan Perancangan

Proses perancangan dimulai dengan menentukan detail dari konsep desain yang akan dibuat. Tujuan dari batasan perancangan untuk memberikan batasan dan parameter desain dalam arah desain yang tepat. Langkah – langkah menentukan batasan perancangan sebagai berikut :

4.1.1 Brainstorming

Brainstorming bertujuan untuk mengumpulkan data kebutuhan untuk perancangan. Proses brainstorming dilakukan oleh 3 orang di ruang lingkup desain ATMI Surakarta tertanggal 20 Maret 2012. Masukan untuk rancangan yang akan dilakukan, didapat sebagai berikut :

1. Progressive dies yang dibuat secara ekonomis.

2. Progressive dies dengan teknologi dan material terkini.

3. Pembuatan progressive dies dengan material yang tepat untuk alat tekan.

4. Umur pakai dari punch dan dies 100.000 langkah atau lebih.

5. Dimensi punch dan dies tidak seperti pada umumnya, tebal dan tidak proportional.

6. Material ring M7 memakai material yang sesuai dengan tuntutan fungsi.

7. Pembuatan progressive dies memakai standard part yang sesuai dengan perhitungan teoritis.

8. Pembuatan progressive dies dengan material mentah dan diproses machining.

9. Perhitungan teoritis kekuatan punch dan dies dianalisa dengan FEM.

10. Tata cara perancangan dies urut dan tertata sesuai dengan perhitungan, faktor ekonomi,dan proporsi desain.

11. Langkah perancangan dengan menyesuaikan standard part yang murah dengan komponen lain menyesuaikan.

commit to user

12. Efisiensi pemakaian blank strip untuk lay out progressive dies dipilih dengan perbandingan luasan atau panjang dan lebar dies. Lebih dari kolom.

13. Pembuangan scrap hasil pemotongan progressive dies di luar profil yang dikerjakan kurang dari 50 persen.

14. Tebal dies dibatasi kurang dari 20 mm untuk efisiensi material.

15. Jenis dan rancangan progressive dies sekompak mungkin dengan standard part.

16. Pemilihan material murni dengan hasil perhitungan dan pendekatan nilai keatas.

17. Pemegang material blank strip dengan stripper plate dan pegas.

4.1.2 Problem statement

Dari hasil masukan dengan brainstorming, ditentukan beberapa identifikasi masalah yang mempunyai nilai dan kepentingan tertinggi untuk pernyataan masalah dari masukan perancangan. Pemberian nilai kepentingan dilakukan oleh 8 orang responden pada tanggal 10 September 2012. Nilai yang dimasukkan hanya dengan memberikan tanda ( √ ) untuk nilai penting, dan tanda ( - ) untuk tidak penting. Keterangan inisial responden sebagai berikut :

C : Christian Ardinto

V : VY Suryadi dari PT. ATMI – IGI Center S : Suryadi dari PT. ATMI – IGI Center

A : Antonius Agung Nugroho dari PT. Indotech Trimitra Abadi Sw : Sarwoko dari CV. Kurnia Teknik

T : Agustinus Tribudi dari PT. Solo Mechatronic Indonesia Sj : Sanjaya Pamungkas dari PT. Solo Energy Indonesia Aw : Adi Widya Wasana dari PT. ATMI Solo

commit to user

Tabel 4.1 Penilaian problem statement.

Problem C V S A Sw T Sj Aw Total

Nilai

1. Progressive dies yang dibuat secara

ekonomis. √ √ - √ √ - - √ 5

2. Progressive dies dengan teknologi dan

material terkini. - - √ - - √ √ - 3

3. Pembuatan progressive dies dengan

material yang tepat untuk alat tekan. √ - √ √ √ - - √ 5

4. Umur pakai dari punch dan dies

100.000 langkah atau lebih. √ √ √ √ √ √ √ √ 8

5. Dimensi punch dan dies tidak seperti pada umumnya,tebal dan secara proportional tidak sesuai.

√ √ √ √ √ √ √ √ 7

6. Material ring M7 memakai material

yang sesuai dengan tuntutan fungsi. √ √ √ √ √ √ √ √ 8

7. Pembuatan progressive dies memakai standard part yang sesuai dengan perhitungan teoritis.

√ - √ - √ - - √ 4

8. Pembuatan progressive dies dengan material mentah dan diproses machining.

- √ - - - √ 2

9. Perhitungan teoritis kekuatan punch

dan dies dianalisa dengan FEM. √ √ √ √ √ √ √ √ 8

10. Tata cara perancangan dies urut dan tertata sesuai dengan perhitungan, faktor ekonomi,dan proporsi desain.

√ - √ - √ √ √ 5

11. Langkah perancangan dengan menyesuaikan standard part yang murah dengan komponen lain menyesuaikan.

√ √ - - √ - √ - 4

12. Efisiensi pemakaian blank strip untuk lay out progressive dies dipilih dengan perbandingan luasan atau panjang dan lebar dies. Lebih dari kolom.

√ √ √ - √ √ √ - 6

13. Pembuangan scrap hasil pemotongan progressive dies di luar profil yang dikerjakan kurang dari 50 persen.

√ √ √ √ √ √ √ √ 8

14. Tebal dies dibatasi kurang dari 20 mm

untuk efisiensi material. √ √ - √ - √ √ 2

15. Jenis dan rancangan progressive dies sekompak mungkin dengan standard part.

- √ √ √ - √ - √ 5

16. Pemilihan material murni dengan hasil perhitungan dan pendekatan nilai keatas.

√ √ √ √ √ √ √ √ 8

17. Pemegang material blank strip dengan

stripper plate dan pegas. √ - √ √ √ - √ √ 6

commit to user 4.1.3 Product design spesification

Dari hasil penilaian kepentingan masalah dari rancangan, diurutkan dengan nilai tertinggi dan diamati matrik kebutuhannya untuk mendapatkan Product Design Spesification yang digunakan untuk rancangan progressive dies komponen ring M7.

Tabel 4.2 Penentuan product design spesification sesuai kebutuhan.

1 2 3 4 5 6 7 8

Perhitungan batas umur pakai Pemodelan Catia V5R19 Material DIN1.2379 /DC11/SKD11 Punch dan slim die bernilai ekonomis Material efektif untuk ring Perhitungan efisiensi lay out profil Lay out 2 Kolom Perhitungan teoritis dan analisa FEM 1 Efisiensi pemakaian blank strip untuk lay out

progressive dies

2 Material ring M7 memakai material yang sesuai

dengan tuntutan fungsi

3 Pemilihan material murni dengan hasil perhitungan

dan pendekatan nilai keatas.

4 Dimensi punch dan die ditentukan dengan aspek

perhitungan

5 Pembuatan progressive dies memakai standard part

yang sesuai dengan perhitungan teoritis 6 Umur pakai dari punch dan dies 100.000 langkah

atau lebih.

7 Perhitungan teoritis kekuatan punch dan dies

dianalisa dengan FEM.

8

Pembuangan scrap hasil pemotongan progressive dies di luar profil yang dikerjakan kurang dari 50

persen.

commit to user 4.1.4 Pemilihan konsep dengan morphological box

Pemilihan beberapa konsep dari hasil product design spesification ditentukan dengan morphological box. Pemilihan alternatif dalam morphological box di urutkan berdasarkan parameter kunci. Pemilihan ditentukan dengan pertimbangan product design spesification yang telah dipilih. Sebagai contoh untuk memilih die set yang ekonomis, cukup dipilih alternatif pembuatan die set bagian upper plate dan bottom plate, tanpa pembuatan backing plate ,guide bush dan guide shaft.

Tabel 4.3 Morphological box of progressive dies ring M7

Parameter Kunci Alternatif

1 2 3

Die Set

Die set dengan guide bush, guide shaft, dan backing plate

Die set hanya upper plate dan bottom plate

Die set dengan guide bush dan guide shaft

Lay Out 2 kolom 1 kolom 3 kolom

Material ring M7 JIS G3141

SPCC Zinc MS Plate

Material punch dan die DC 53 DIN 1.2379/

SKD11/ DC11 SKH 51 Dimensi punch dan die Slim punch dan

die

Shoulder punch dan slim die

Shoulder punch dan thick die Perhitungan kekuatan

punch dan die

Perhitungan analitis

Perhitungan analitis dan Analisis

Pemilihan katalog Komponen Pendukung Standard part Machining Kombinasi Analisis FEM Catia

V5R19 3% Error sag 5% Error sag 15% Error sag

Gambar kerja 2D Gambar

rakitan

Gambar per bagian

Gambar

rakitan dan per bagian

commit to user Berikut batasan perancangan yang ditetapkan :

1. Progressive dies ring M7 menggunakan lay out 2 kolom proses.

2. Material yang akan diproses untuk produksi ring M7 menggunakan standar JIS G 3141 tipe SPCC dengan tebal 1,6 mm, dipotong perlembar panjang 500 m dan lebar sesuai perhitungan. Properti material, JIS G 3141 tipe SPCC mempunyai Tegangan tarik 270 N/mm², Modulus Elastis 200 Gpa.

3. Material punch dan die ditentukan dengan perhitungan, sedekat mungkin dengan tegangan tarik maksimumnya yang sudah diperhitungkan dengan angka keamanan.

4. Dimensi punch dan die ditentukan dengan aspek perhitungan teknis , aspek ekonomi, dan aspek estetika.

5. Komponen pendukung ditentukan dengan produk standar dengan pertimbangan aspek teknis dan aspek ekonomis.

6. Pemodelan dengan Catia dilakukan setelah perhitungan teknis dan untuk membandingkan perhitungan dengan analisis FEM menggunakan Catia.

7. Pembuatan gambar kerja 2 D dengan toleransi pasangan.

8. Penarikan kesimpulan perancangan.

4.2 Penentuan Lay Out Progressive Dies

Awal dari proses perancangan dengan menentukan lay out dari progressive dies, dimana hal ini akan menentukan efektivitas penggunaan material blank strip dan dimensi dari dies. Penentuannya dengan perhitungan rumus sebagai berikut :

4.2.1 Menghitung jarak tepi antara lebar material dan lebar profil ( a) Dimensi ring M7 yang akan dibuat sebagai berikut :

Diameter luar D = 14 mm Diameter dalam d = 7,4 mm Tebal t = 1,6 mm

Rumus yang digunakan adalah rumus 2.1, sebgai berikut : a = t + 0 , 015 D

commit to user a = 1,6 + 0 , 015 x 14

a = 1,81 mm

4.2.2 Menghitung lebar material blank strip ( w )

Lebar blank strip coil dinotasikan dengan w dan dihitung dari lebar profil ditambah jarak b pada ke dua sisi. Diperlukan side cutting untuk penepat dan stopper untuk progressive dies dengan sistem feeder manual,.

w = jarak terluar lay out secara horisontal + 2a + stopper side cutting.

w = 27,51 mm + ( 2 x 1,81) + 2 mm = 33,13 mm

dengan ketentuan tabel 2.2 untuk tebal pelat 0,8 mm sampai 3 mm dipakai besaran b sama dengan tebal material pelat.

b = 1,6 mm,dan gambar blank strip sebagai berikut.

(a)

(b)

Gambar 4.1 Lay out progressive dies dari blank strip : (a) Zig – zag, dan (b) Seri

4.2.3 Menghitung jumlah potongan setiap panjang blank strip

Untuk mendapatkan jumlah potongan blank strip yang efektif, dihitung dengan rumus 2.2 sebagai berikut :

commit to user

𝑛 =

^𝑃−𝑏

𝑠

n

=

500 mm -1,6 mm

15,6 mm

n

= 31,95 sehingga dibulatkan kebawah menjadi

n

= 31 potongan Keterangan :

P = Panjang strip ditentukan sepanjang 500 mm b = Jarak antara potongan = 1,6 mm

s = Jarak langkah progressive =15,6 mm

4.2.4 Menghitung sisa potongan blank strip

Akhir proses pemotongan material blank strip menyisakan bagian yang dibuang untuk akhiran proses dan penepat material seperti ditunjukkan Gambar 4.1. Sisa potongan akhir dapat dihitung dengan dengan rumus 2.3 :

E = P – (n . s + b)

E = 500 mm – (31 potongan x 15,6 mm + 1,6 mm) E = 500 mm – (31 potongan x 15,6 mm + 1,6 mm) E = 14,8 mm

Keterangan : E = Sisa potongan

P = Panjang strip ditentukan sepanjang 500 mm b = Jarak antara potongan = 1,6 mm

s = Jarak langkah progressive =15,6 mm n = Jumlah potongan = 31 potongan

4.2.5 Menghitung utilisasi material

Utilisasi pembuangan scrap dihitung untuk menentukan efektivitas lay out. Lay out zig zag dan seri dibandingkan hasil utilitasnya dan dipilih cara terefektif untuk dipakai dalam perancangan. Pemotongan sepanjang blank strip 31 kali dengan asumsi slug blanking diameter 7,4 mm diabaikan, maka luas slug

commit to user

piercing diameter 14 mm sebagai dasar ukuran jadi pembuatan produk. Luas Produk sebagai berikut Perhitungan dapat dilihat dalam tabel berikut :

Tabel 4.4 Tabel perhitungan utilisasi lay out profil zig zag.

No Perhitungan Rumus Hasil

1 Luas blank strip panjang x lebar = 500 mm x 33,13 mm 16565 mm²

2 Luas produk π/4 x D² = π/4 x 14² 153,94 mm²

3 Luas produk total Luas produk x Jumlah pemotongan x Jumlah kolom = 153,94 mm² x 31 x 2

9544.28 mm² 4 Luas terbuang Luasan blank strip – Luas produk total

= 16565 mm² – 9544,28 mm²

7020,72 mm²

5 Material terbuang

(Luas terbuang : Luas blank strip ) x 100% = (7020,72 mm² : 16565 mm²) x 100%

42,38%

Tabel 4.5 Tabel perhitungan utilisasi lay out profil seri.

No Perhitungan Rumus Hasil

1 Luas blank strip panjang x lebar = 500 mm x 34,94 mm 17470 mm²

2 Luas produk π/4 x D² = π/4 x 14² 153,94 mm²

3 Luas produk total Luas produk x Jumlah pemotongan x Jumlah kolom = 153,94 mm² x 31 x 2

9544.28 mm² 4 Luas terbuang Luasan blank strip – Luas produk total

= 17470 mm² – 9544,28 mm²

7925,72 mm²

5 Material terbuang

(Luas terbuang : Luas blank strip ) x 100% = (7925,72 mm² : 17470 mm²) x 100%

45,37%

Dari kedua tabel diatas, diambil lay out profil zig zag untuk dijadikan acuan cara penyusunan lay out perancangan dengan nilai material terbuang sebesar 42,38%.

commit to user

4.3 Penentuan Clearance dan Tegangan Maksimum 4.3.1 Penentuan clearance

Material ring M7 menggunakan pelat dari JIS G 3141 seri SPCC ukuran tebal 1,6 mm. Material JIS G 3141 SPCC termasuk dalam kelompok 1 dari teori Wilson (1962). Maka dengan melihat Gambar 2.17 ditentukan clearance blanking dan piercing memakai kelompok material 1, yaitu 4,5 % dihitung dari tebal.

Pada proses piercing diameter lubang 7,4 mm (diameter dalam ring M7 ) dihitung rumusan punch dan dies sebagai berikut :

tebal material = 1,6 mm

clearance = 4,5% tebal material

= 4,5% x 1,6 mm = 0,072 mm

Clearance dihitung per sisi, maka untuk koreksi ukuran diameter lubang pada dies harus dihitung dengan dikalikan 2 sisi.

diameter punch = 7,4 mm asumsi toleransi 0 ;+ 0.02 mm diameter dies maksimum = 7,42 + (2 x 0,072) = 7,564 mm

diameter dies minimum = 7,4 + (2 x 0,072) = 7,544 mm

Proses blanking diameter lubang 14 mm (diameter luar ring M7 ) dihitung rumusan punch dan dies sebagai berikut :

tebal material = 1,6 mm

clearance = 4,5% tebal material

= 4,5% x 1.6 mm = 0,072 mm

Clearance dihitung per sisi, maka untuk koreksi ukuran diameter lubang pada dies harus dihitung dengan dikalikan 2 sisi.

diameter dies = 14 mm asumsi toleransi 0 ;+0.02 mm diameter punch maksimum = 14,02 - (2 x 0,072) = 13,876 mm diameter punch minimum = 14 -(2 x 0,072) = 13,856 mm

4.3.2 Penentuan tegangan maksimum

Sebelum menentukan besarnya gaya tekan untuk proses punching dan menentukan kekuatan punch dan dies, perlu ditentukan letak titik berat dan pusat gaya dari lay out yang dibuat dalam progressive dies. Dengan profil lingkaran,

commit to user

maka titik berat tetap berada pada titik tengah lingkaran, sehingga pusat gaya berada pada titik tengah lingkaran tersebut.

Titik berat gabungan dari lay out proses yang terjadi dapat dihitung dari koordinat gambar berikut :

Gambar 4.2 Pusat titik berat gaya potong.

Gabungan dari titik berat masing masing bentuk di akumulasikan menjadi titik berat gabungan sebagai berikut :

Tabel 4.6 Koordinat titik berat lay out

No l x y lx ly .

1 43,98 10,81 8,6 475,42 378,23

2 43,98 24,23 16,4 1069,59 721,27

3 23,25 10,81 39,9 251,33 927,68

4 23,25 24,32 47,6 565,44 1106,78

5 35,2 1 42,3 35,2 1488,96

169,66 2396,98 4622,84

Sehingga koordinat pusat gaya lay out proses bisa dihitung sebagai berikut :

X = 2396,98 / 169,66 = 14,13 Y = 4622,84 / 169,66 = 27,25

commit to user 4.3.2.1 Perhitungan gaya potong

Gaya potong proses blanking dan piercing dihitung dengan rumus 2.6 sebagai berikut :

Fp =

τ

^g x A dimana nilai A = Panjang garis profil x t Fp = Gaya potong ( N )

η

g = Tegangan geser material menurut JIS G 3141 N/mm²

JIS G 3141 mempunyai tensile strength 270 N/mm² , Dari buku metaltechnik hal 429, untuk baja besarnya ηg = 0,8 x tensile strength, maka ηg = 0,8 x 270 N/mm² ηg = 216 N/mm²

A = Luas penampang, dihitung dengan kelliling lingkaran = π x d x tebal material dimana t = tebal material = 1,6 mm

Untuk blanking, d = 14 mm

A = π x 13,876 mm x 1,6 mm = 69,75 mm² Untuk piercing, d = 7,4 mm

A = π x 7,4 mm x 1,6 mm = 37,20 mm² Untuk side cutting, panjang = 32 mm; lebar = 2 mm

A = (2 x panjang + 2 x lebar) x tebal material A = (2 x 15,6 mm x+ 2 x 2 mm ) x 1,6 mm A = 56,32 mm²

Dengan demikian gaya potong untuk blanking, Fp blanking =

τ

^{g x A}

Fp blanking = 216 N/mm² x 69,75 mm² Fp blanking = 15066 N

gaya potong untuk piercing, Fp piercing =

τ

^{g x A}

Fp piercing = 216 N/mm² x 37,20 mm² Fp piercing = 8035,20 N

gaya potong untuk side cutting, Fp side cutting =

τ

^{g x A}

Fp side cutting = 216 N/mm² x 56,32 mm² Fp side cutting = 12165,12 N

commit to user

Feeding

Piercing Blanking

Lay out pada saat proses pemotongan terdapat satu kali piercing, satu kali blanking dan satu kali side cutting dalam satu langkah pemotongan progressive dies seperti pada Gambar 4.3.

Gambar 4.3 Lay out alur proses piercing – blanking

Gaya potong terbesar dihitung sebagai berikut :

Fp total = 2 x Fp piercing + 2 x Fp blanking +Fp Side Cutting Fp total = 16070,4 N + 30172 N + 12165,12,8 N

Fp total = 58407,52 N

4.3.2.2 Perhitungan gaya stripper

Gaya stripper diperhitungkan untuk memegang material blank strip pada saat blanking dan piercing. Gaya stripper yang terlalu besar akan mengakibatkan pemilihan dimensi dan kekuatan pegas yang besar. Perhitungan gaya stripper menggunakan rumus 2.7, yaitu:

Fst = 10% x Fp total

Fst = (10%) x 58407,52 N Fst = 5840,75 N

Keterangan :

Fst = Gaya Stripper ( N/mm²)

commit to user 10% = Faktor gaya pegas pemegang material pelat Fp = Gaya Potong ( N/ mm²)

4.3.2.3 Perhitungan gaya dies

Gaya dies menentukan kapasitas mesin yang dipakai untuk proses progressive dies sehingga proses produksi bisa tepat dan maksimal. Rumus yang digunakan adalah rumus 2.8, yaitu :

Fm = Fst + Fp total

Fm = 58407,52 N + 5840,75 N Fm = 64248,27 N

4.3.2.4 Tegangan tekan

Tegangan tekan pada progressive dies adalah besarnya gaya yang bekerja pada luasan punch dan die pada proses piercing dan atau blanking. Besarnya gaya yang bekerja pada punch dan die diukur dari gaya mesin yang diberikan pada alat penekan atau progressive dies. Dari rumus 2.9 dihitung besarnya tegangan tekan sebagai berikut :

σ

⁼

Fm .

Apiercing + Ablanking + Aside cutting

σ

⁼

64248,27 N .

( π /4x (7,40) ² + π /4x (13,88) ² + (15,60 x 2)) mm²

σ

=

64248,27 N .

(43,01 + 151,22 + 31,20 ) mm²

σ

⁼ 285,01 N/mm²

Tegangan tekan pada dies besarnya sama dengan tegangan tekan pada punch, dengan arah yang berbeda. Hal ini terjadi karena tegangan tekan punch dan dies merupakan gaya aksi - reaksi dari akibat gaya luar atau gaya potong yang diberikan pada alat penekan seperti gambar berikut.

commit to user

Gambar 4.4 Gaya aksi dan reaksi pada alat penekan

4.3.2.5 Tegangan geser

Tegangan geser terjadi pada pemotongan piercing dan blanking pelat strip. Rumus untuk menghitung tegangan tangensial atau tegangan geser pada rumus 2.10 :

τ

g =

Fm .

Apiercing + Ablanking + Aside cutting

τ

g =

64248,27 N .

69,75 mm² + 37,20 mm² + 56,32 mm²

τ

g = ^393,51N/mm2

Keterangan :

η

g = Tegangan geser ( N/mm²) F = Gaya normal ( N)

A = Luas penampang (mm²)

4.3.7 Tegangan maksimum

Untuk memberikan nilai aman dalam memilih material untuk punch, maka tegangan yang terjadi pada punch harus dikalikan angka keamanan.

Gaya Potong / Geser (Aksi )

Fp

τ

g strip pelat

σ

^{b punch}

σ

^{b dies Fn}

Gaya Tumpu Dies / Geser (Reaksi )

commit to user

Perhitungan tegangan maksimum material menggunakan rumus 2.11, dimana tegangan ijin didapat dari tegangan pada punch. angka keamanan diambil dari tabel 2.6 untuk baja paduan dengan beban dinamis berulang yang bernilai 6:

ζ

ijin=

ζ

maksimum ;

ζ

maksimum=

ζ

ijin x δ δ

ζ

maksimum = 393,51N/mm² x 6

ζ

maksimum =2361,06N/mm² Keterangan :

ζ

ijin = Tegangan ijin ( N/mm²)

ζ

maksimum = Tegangan maksimum ( N/mm²)

δ = Angka keamanan

4.4 Perhitungan Material dan Dimensi Punch dan Die 4.4.1 Perhitungan material dan dimensi punch

Hasil perhitungan tegangan maksimum dijadikan dasar pemilihan material dies. Dengan standarisasi JIS atau DIN dicari persamaan material untuk tegangan maksimum= 2361,06N/mm² .

Material SKD 11 atau DC 11 dengan persamaan DIN 1.2379 , mempunyai karakteristik yang identik untuk material dies. Dengan perlakuan panas pada suhu 1030 derajat celcius, ditahan selama 8 menit kemudian di quenching dengan dicelup oli, didinginkan dengan udara dan ditemper pada suhu 500 derajat celcius sehingga menghasilkan material dengan batas tegangan tarik 2750 N/mm².

Dimensi masing - masing punch dihitung berdasarkan tegangan yang terjadi pada proses piercing, blanking, dan side cutting, dihitung dengan rumus 2.13.

Panjang masing - masing punch harus seragam, diperhitungkan dengan penentuan langkah dari alat penekan naik dan turun. Sebagai contoh dihitung panjang maksimum dari punch proses piercing. Pada proses piercing, diameter punch 7,4 mm, dengan perbandingan dari rumus 2.13 dimana semakin besar diameter akan semakin panjang dimensi dari punch. Didapatkan panjang terkecil dari punch untuk perhitungan piercing sebagai berikut :

commit to user L = π x d x

(

^{E x d}

)

^1/2

8 τg x t

L = π x 7,4 mm x

(

190000 Mpa x 7,4mm

)

^1/2

8 2200 N/mm2 x 1,6mm L = 58,08 mm ≈ 58 mm

Keterangan :

ζ

_t= Tegangan pada punch (N/mm²);

ζ

_tDIN 1.2379 = 2750 N/mm² η_g= diambil dari tegangan geser material punch(N/mm²)

ηg= 0,8 x

ζ

_t

=

0,8 x2750 N/mm² = 2200 N/mm² t = Tebal material 1,6 mm

d = Diameter punch (mm)

Menggunakan rumus Euler, dapat diketahui gaya kritis akibat tegangan tekuk pada punch. Rumus yang dipakai sebagai berikut :

σ

^{ijin =}

^F

; dengan pemilihan lk = 2 l ( jepit bebas ) A

F = ^{π2 x E x I}

lk²

F = ^π2 x 190000 Mpa x (( π x ( 7,4 mm )⁴ )/64 ) ( 58 mm )² F = ^π2 x 190000 Mpa x (( π x ( 7,4 mm )⁴ )/64 ) ( 58 mm )²

F = 82052,94 N menjadi F kritis untuk pembebanan tekuk

Umur pakai punch dihitung dari tegangan yang diterima. Dengan tabel dari MISUMI, dapat dilihat umur pakai sampai batas terjadinya fracture akibat tegangan tanpa terjadinya buckling. Untuk punch piercing diameter 7,4 mm ; Fpiercing = 8035,20 N ; dan Apiercing = 37,20 mm², dihitung tegangan geser yang terjadi η_g = 216 N/mm² dan memiliki stress amplitude sebagi berikut :

commit to user

ζ

s

=

4t x η_g /d

ζ

_s = 4 x 1,6mm x 216 N/mm²/ 7,4 mm

ζ

_s = 186,81 N/ mm² = 19,05 kgf/ mm²

Dari tabel 4.5 untuk

ζ

_s = 19,05 kgf/ mm² umur pakai punch lebih dari 1.000.000 langkah progressive dies.

Gambar 4.5 Umur pakai punch ( MISUMI, 2006).

Hasil perhitungan diatas, F kritis punch lebih besar dari pada F potong punch sebesar 69743,20 N . Panjang piercing punch (diameter 7,4 mm ) menjadi acuan untuk menentukan stroke alat penekan dan panjang punch yang lain karena dengan luasan punch paling kecil menerima gaya potong dies.

4.4.2 Perhitungan material dan dimensi die

Dari perhitungan tegangan maksimum diatas, hasilnya akan dijadikan dasar pemilihan material yang akan digunakan pada material dies. Dengan standarisasi JIS atau DIN dicari persamaan material untuk tegangan maksimum= 2361,06 N/mm².

Material DIN 1.2379 atau DC 11 mempunyai karakteristik yang cocok untuk material dies ini. Dengan perlakuan panas pada suhu 1030 derajat celcius ditahan selama 8 menit kemudian di quenching dengan dicelup oli dan

commit to user

didinginkan dengan udara serta ditemper pada suhu 500 derajat celcius akan menghasilkan material dengan batas tegangan tarik 2750 N/mm².

Perhitungan tebal dies untuk menghindari pelengkungan dies pada saat proses piercing dan blanking perlu ditentukan dengan cermat. Perhitungan dilakukan dengan rumus defleksi dan nilai defleksinya yang diijinkan. Dari rumus defleksi dicari nilai I atau momen inersia dari material tersebut, sehingga diketahui tebal die dan lebar die yang efektif.

Gambar 4.6 Free body diagram untuk dies

Dari Gambar 4.6 dihitung besaran momen yang terjadi dan dititik terjadinya momen yang terbesar. Berikut diuraikan perhitungan momen untuk untuk penampang dies:

Keterangan :

F_a = F₁ + F₂ dimana F₁ didapat dari gaya potong piercing, dan F₂ dari gaya potong blanking. Fa = 8035,20 N + 15066 N = 23101,20 N

commit to user

Fb = F3 + F4 dimana F3 didapat dari gaya potong blanking, dan F4 dari gaya potong blanking. Fb = 8035,20 N + 15066 N = 23101,20 N

Fc = Didapat dari Fstripper 5840,75 N/30 mm = 194,692 N/mm ; L1 = 23 mm ; L₂ = 35,245 mm ; L₃ = 48,755 mm ; L₄ = 84 mm ; L₅ = 42 mm ; L = 130 mm

Hasil perhitungan kesetimbangan gaya dalam dan momen di setiap pemotongan disusun dalam tabel berikut ini :

Tabel 4.7 Kesetimbangan gaya dalam dan momen di tiap potongan.

Titik Potong Panjang Potongan Kesetimbangan

gaya dalam Momen

Potongan w - w 8,245 mm 24416,34N 910513 Nmm

Potongan x - x 42 mm 0 N 914954,90 Nmm

Potongan y - y 48,755 mm 1315,14 N 910513 Nmm

Potongan z - z 84 mm 26021,58 N 0 Nmm

Maka, diagram gayanya dapat digambarkan sebagai berikut :

(a)

(b) 26021,58N

26021,58N

(c) 914954,9Nmm

Gambar 4.7 Gambar (a)Free body diagram, (b)SFD,dan (c)BMD

Momen terbesar perhitungan diatas digunakan untuk menghitung defleksi yang terjadi pada dies. Momen tekuk terbesar di titik pada gaya Fa dan Fb dengan nilai 914954,90 Nmm.

+ +

- +

-

commit to user

Pertimbangan keakuratan perhitungan terjadinya defleksi pada material dengan ukuran b yang jauh lebih besar dari ukuran a, maka rumus defleksi arah z yang dipakai menggunakan rumus persamaan sebagai berikut :

εz= 1 (ζz - υζx - υζy ) E

d²y_{=( 1-} υ ² _)x M.

dx² E x I

Gambar 4.8 Deformasi pada pelat dengan b>> a Jika ζy= 0 , dan batasan deformasi arah z = 0, maka εz = 0. Jadi 0= 1 (ζ_z - υζ_x)

E

Maka : ζ_z = υζ_x

Sehingga tegangan diarah x menjadi : ε_x= 1 (ζ_x - υζ_y - υζ_z )

E

= 1 (ζx - 0– υ(υζx)) E

= 1 (1 – υ²) ζx

E

= (1 – υ²) . My

E I

Dibandingkan dengan kasus beam yang sama dengan panjang b tidak jauh dari a, terdapat pengurangan dalam tegangan dengan faktor (1 – υ²), maka bisa digunakan untuk persamaan defleksi sebagai berikut :

d²y =( 1- υ ² ₎ x M .

dx² E x I

commit to user Keterangan :

d2y₌^. Defleksi ( mm )

dx2

( 1- υ ² ) = Faktor untuk pembebanan dimana b >> a υ = Poisson’s ratio material DIN 1.2379 = 0,27

M = Momen tekuk ( Nmm )

E = Modulus elastis material die DIN 1.2379 = 190000 ( Mpa )

I = momen inersia material die ( mm4 ), Dengan pertimbangan tebal material dari katalog standard material MISUMI terkecil 5 mm, maka perhitungan untuk tebal material terkritis untuk menerima beban sebagai berikut :

Defleksi, tebal die 5 mm d²y =( 1- υ ² ₎ x M dx² E x I

d²y = ( 1-0,27² ) x 914954,90 Nmm dx² 190000 MPa x I d²y = 0,9216 x 914954,90 Nmm dx² 190000 MPa x ( (130 mm x ( 5 mm )³ )/ 12) d²y = 0,003297 mm

dx²

Defleksi, tebal die 10 mm d²y =( 1- υ ² ₎ x M dx² E x I

d²y = ( 1-0,27² ) x 914954,90 Nmm dx² 190000 MPa x I d²y = 0,9216 x 914954,90 Nmm dx² 190000 MPa x ( (130 mm x ( 10 mm )³ )/ 12) d²y = 843222,44 Nmm

dx² 1625000000 Nmm² d²y = 0,000412 mm dx²

commit to user

Maka ditentukan dimensi tebal material terkritis adalah 5 mm.

Pertimbangan dari segi desain yang proposional dan keleluasaan dalam proses perakitan, dipilih tebal 15 mm.

4.5 Pemilihan Komponen Pendukung Dies

4.5.1 Perhitungan kekuatan dan penentuan dimensi pegas

Perhitungan kekuatan pegas menggunakan acuan Fstripper sebagai penentu. Fstripper disyaratkan lebih besar dari Fpegas supaya pegas pada saat proses punching tetap menekan blank strip. Fstripper yang sama besar dengan F pegas mengakibatkan pegas tidak bisa dipastikan pada posisi menekan stripper atau menekan pegas itu sendiri sampai titik mati langkah pegas. Panjang langkah pegas diatur sesuai dengan panjang punch, panjang langkah progressive dies, dan nilai estetika desain. Konstanta pegas dihitung dengan rumus :

F = k x δ

Konstruksi stripper dari progressive dies menggunakan pegas yang berjumlah 4 pegas, maka Fstripper harus dibagi disetiap pegas.

F pegas = Fstripper / 4 pegas F pegas = 5840,75 N / 4 F pegas = 1460,19 N F pegas = k x δ

1460,19 N = k x 30 mm k = 48,67 N/mm

F = Gaya pembebanan pegas ( N ) k = Konstanta pegas ( N/mm )

δ = Besar simpangan pegas ( mm ) = panjang langkah progressive dies = 10 mm.

Dari Tabel MISUMI dipilih pegas dengan spesifikasi :

Tipe SWM22-45 ; D = 22mm ; d = 10 mm ; k= 66,1 N/mm ; L = 45 mm ; l = 28,2 mm ;

commit to user 4.5.2 Penentuan guide shaft dan guide bush

Guide shaft dan guide bush digunakan untuk mengatur posisi antara punch dan dies supaya tetap satu garis tengah. Kedua alat ini juga berfungsi sebagai pasangan batang dan lubang peluncur saat progressive dies melakukan pemotongan.

Berdasarkan aspek estetika dan fungsional, dipilih dimensi guide pin dan guide bush yang tepat. Guide shaft dan guide bush yang dipakai dalam kondisi kerja ringan, dengan suhu kerja disuhu ruang antara 25 ^oC -35 ^oC, dengan gaya kerja di bawah 10 ton, maka tidak diperlukan tipe guide pin dan guide bush dengan alur oli dan bantalan bola baja.

Guide pin bekerja sebagai batang peluncur dan penyearah punch dan dies pada arah axialnya. Jika dikondisikan ideal, maka dipastikan tidak terjadi buckling pada guide pin. Guide pin untuk dimensi progressive dies 240 x 150 x 135 dipilih antara diameter 25mm sampai diameter 30 mm untuk keselarasan ukuran dalam perancangan. Panjang guide pin ditentukan sesuai panjang langkah progressive dies ditambah panjang punch.

Dari dasar pemilihan diatas ditentukan Guide shaft dengan tipe PD MSP 25-100 dari katalog MISUMI dan guide bush tipe LDB 25-50.

4.6 Pemodelan dengan Catia V5R19

Pemodelan progressive dies dilakukan dengan Catia V5R19 secara 3D dengan pengamatan aspek fungsional, aspek ekonomis dan aspek estetika perancangan. Pemodelan 3D membantu proses perancangan lebih detil dalam menentukan dimensi komponen dan pasangannya, serta membantu proses analisa hubungan antar komponen apakah saling bertabrakan atau tidak.

Pemodelan 3D juga berfungsi untuk menganalisa kekuatan material dengan metode elemen hingga ( Finitte Elemen Methode ). Pengujian dengan FEM dilakukan dengan Generative Structural Analysis yang dilakukan secara pembebanan statis. Pemodelan 3D akan diteruskan kedalam bentuk 2D untuk mendapatkan gambar kerja detail per bagian untuk memperjelas bahasa perancangan ke proses permesinan.

commit to user

Gambar 4.9 Gambar rancangan progressive dies

Dari Gambar 4.9 dapat diamati perbandingan dimensi antar komponen, dimana perancang dapat menentukan besaran dimensi komponen pendukung dengan aspek fungsional dan estetika dalam rancangan. Pengamatan hubungan antar komponen untuk menganalisa tabrakan antar komponen menjadi lebih mudah dan proses perancangan menjadi lebih cepat. Komponen digambar dalam perbedaan warna untuk menunjukkan adanya perbedaan komponen dan adanya tabrakan antar komponen.

Gambar 3D selanjutnya diolah kedalam pengujian metode elemen hingga dengan generative structural analysis.

4.7 Analisis FEM dengan Generative Structural Analysis Catia V5R19.

Analisis FEM Catia V5R19 dilakukan dengan model 3D komponen yang diaplikasikan dengan sifat material. Komponen dengan aplikasi sifat material diberikan pembebanan dan sistem tumpuan untuk pemegang komponen secara digital pada model 3D. Langkah selanjutnya dikomputasi secara software sampai ketelitian mesh warning 0,5 persen. Mesh dan titik berat mesh dengan sistem octre tetrahedron diambil secara otomatis dan dipilih dengan sistem bentuk parabolic. Ditemukan dengan percobaan berulang dan hasil tanpa error sampai ukuran Global OCTREE Tetrahedron 6mm, dan sag proportional 0,2.

commit to user (a)

(b)

Gambar 4.10 Pemodelan gaya dan tumpuan analisa FEM; (a) tampak atas,(b) tampak bawah

Gambar 4.10 memperlihatkan penempatan gaya dan tumpuan pada model komponen dies. Gaya yang diberikan sebesar 64248,27 N pada sumbu Z ke arah Z- di titik berat dies koordinat (14,13;27,25). Tumpuan dengan sistem sendi ditunjukkan garis model disebelah kanan kiri. Setelah data dimasukkan ke dalam model, dikomputasikan software secara otomatis. Pada hasil komputasi otomatis didapatkan data titik berat mesh yang tidak tepat. Besarnya penyimpangan titik berat mesh dikontrol pada mesh warning yang ada pada sistem octretetrahedron mesh sampai prosentase di bawah 0,5%. Jika tidak terpenuhi pada angka 0,5 % maka besarnya mesh dan titik beratnya akan disesuaikan dengan proportional

commit to user

Sag yang disarankan software tergantung sampai ketelitian yang diinginkan. Pada proses yang dilaporkan, mesh warningnya bernilai 0.

Gambar 4.11 Pemodelan Von Mises Stress

Dari gambar 4.11 dan gambar 4.12 ditunjukkan besarnya tegangan von mises dari model dengan batas tegangan terbesar sampai 1,89 x10⁸ N/m² . Batas tegangan terkecilnya 2,48x10³ N/m² . Von mises adalah rumusan untuk

commit to user

menghitung kombinasi tegangan pada satu titik secara 3 dimensional atau 3 arah gaya yang bekerja dalam titik tersebut yang menyebabkan kegagalan. Tegangan utama dapat dihitung dalam 3 arah X, Y, dan Z , kriteria dari von mises menggabungkan ketiga tegangan tersebut kedalam tegangan yang setara dan dibandingkan dengan tegangan luluh dari batas sifat material. Jika tegangan von mises melebihi tegangan luluh dari sifat material, maka material tersebut dianggap gagal.

Gambar 4.12 Pemodelan perpindahan vektor gaya

commit to user

Vektor gaya yang terjadi dapat dilihat pada pemodelan Gambar 4.12, dimana vector gaya tertinggi dengan warna merah terletak pada bagian tengah model. Besarnya vektor gaya terkritis pada model sebesar 0,0078 mm dengan arah Z-. Tetapi diambil nilai tengah untuk rata rata tegangan dengan pertimbangan kesalahan pemodelan, diambil 0,0039 mm.

4.8 Pembuatan Gambar Kerja 2D

Pembuatan Gambar kerja 2D dibuat dengan model 3D. Gambar kerja lengkap dengan toleransi dan pasangan antar bagian. Gambar rakitan dan gambar bagian dari masing masing komponen Progressive dies ring M7 terlampir dalam lapiran a.

commit to user