Tugas Akhir --- Teknik Mesin ITS Surabaya Pembimbing : Agus Sigit Pramono, Ir., DEA., Dr.

(1)

(2)

Tugas Akhir --- Teknik Mesin ITS Surabaya

(3)

Foreground

Literature Study Methodology

Analysis & Result Conclusion

(4)

(5)

Perkembangan industri paralel terhadap

perkembangan mc.tool

Permintaan thd mesin

meningkat setiap tahun

Data from : DMG Mori Seiki

(6)

The products of Woodworking CNC Machinery

(7)

Strong enough

Lightweight

Good damping

(8)

perbandingan hasil analisa struktur dan geataran antara penggunaan material besi tuang dan material komposit

pada komponen bergerak.

perubahan geometri/design untuk material epoxy dan

bagaimana efeknya

Apakah epoxy resin layak sebagai bahan pengganti untuk

(9)

Benda kerja >> miniatur mesin CNC Milling

Analisa kekuatan struktur dan getaran,

fokus: spindle carrier, work carrier

Feedrate max 30 m/menit dan spindle speed max 3000 rpm.

Tool: EMCF 10mm, 4 mata potong, doc= 1mm.

Permodelan ballscrew dan pemotongan pada material

disederhanakan >> komponen gaya utama saja.

Analisa struktural dibatasi untuk mencari deformasi

(10)

Analisa getaran dibatasi untuk menentukan kekakuan lewat frekuensi pribadi.

Tidak dilakukan uji eksperimental untuk kemampuan

redam/damping capability

Perubahan geometri untuk model dengan bahan epoxy

dilakukan dengan tujuan memperoleh kekakuan yang mendekati atau lebih baik dari desain awal

(11)

Faktor-faktor lain dianggap konstan.

Komponen-komponen yang tidak bergerak >> rigid model.

Tidak ada getaran dari luar sistem.

Pada kekakuan yang sama, damping capability struktur

dengan bahan epoxy resin lebih baik (kualitatif)

Sifat mekanik & komposisi kimia material homogen.

Bahan epoxy resin dimodelkan isotropik

(12)

LITERATURE

STUDY

(13)

 JUNG DO, et al (2008)

Karakteristik yg menentukan performa mesin perkakas

 KOVAC, et al (2010)

Komponen gaya pada proses pemotongan frais

 _{ABUTHAKEER (2011)}

Kemampuan redaman dan frekuensi natural mesin perkakas

(14)

 SELVAKUMAR, et al (2012)

Untuk kekakuan yg sama, epoxy memberi

pengurangan berat dan redaman yg lebih baik (high damping ratio)

(15)

 LEE, et al (2004)

Mengaplikasikan epoxy sbg lapisan tambahan (sandwich) pada struktur baja lasan, memberi damping yang lebih baik

(16)

_{RUMUS GAYA POTONG PROSES MILLING}

Putaran spindle Chipping speed

Feedrate Chip sectional area

Engaged teeth

Gaya potong tangensial empiris

Dasar Teori

𝒏𝒏 = 𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏 𝒗𝒗_{𝝅𝝅 𝒅𝒅} 𝒇𝒇_𝒛𝒛 = 𝒗𝒗_𝒇𝒇⁄ 𝒛𝒛 𝒏𝒏 𝑨𝑨 = 𝐚𝐚 × 𝒇𝒇𝒛𝒛 𝑪𝑪_𝒗𝒗 = 𝒗𝒗_{𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏}𝒇𝒇 𝒂𝒂 𝒘𝒘 Zc = Z × α ÷ 360° Ft = σ × A × Zc × Ef × Tf

(17)

RUMUS TRANSMISI GAYA PENGGERAK

Percepatan Friction resistance

Screw Lead angle Gaya aksial yang diperlukan

Torsi minimum yang diperlukan

Gaya aksial dr torsi motor

f = 𝝁𝝁 × 𝒎𝒎 × 𝒈𝒈 𝜶𝜶 = 𝑽𝑽_{𝒎𝒎𝒂𝒂𝒎𝒎}⁄𝒕𝒕 𝑭𝑭_{𝒂𝒂𝟏𝟏} = 𝝁𝝁 × 𝒎𝒎. 𝒈𝒈 + 𝒇𝒇 + 𝒎𝒎 × 𝛂𝛂 + 𝑭𝑭_𝒖𝒖 𝑻𝑻 = 𝟐𝟐 × 𝒑𝒑 × 𝑭𝑭_{𝟐𝟐𝝅𝝅} 𝒂𝒂𝟏𝟏 𝐅𝐅𝐚𝐚 = 𝟐𝟐𝝅𝝅 × 𝜼𝜼_𝐩𝐩𝟏𝟏 × 𝑻𝑻 tan β = 𝒑𝒑 / (⍉𝒑𝒑 × 𝝅𝝅)

(18)

(19)

Your Company name

Your logo

FINISH

Defleksi, Konsentrasi Tegangan, Frekuensi Natural

Analisa Modal

Simulasi Struktural Sistem Studi Literatur

START

Menentukan Tujuan dan Rumusan Masalah

Model Benda Uji, Gaya Potong, Gaya Penggerak

(20)

Your Company name Your logo X Mendefinisikan Material Umum Mendefinisikan Tumpuan, Arah dan Besar Gaya Mendefinisikan Kontak dan

Sambungan / Joint Mendefinisikan Titik

Konsentrasi Gaya Meshing Model Import Model Assembly

(21)

Your Company name

Your logo

FINISH A’ = A + 1 A = 3

Hasil Simulasi Structural Static Analysis M’ = M + 1 M = 2 M = 1 Input Material Moving Parts A = 1 X

(22)

Your Company name

Your logo

FINISH

Hasil Simulasi Modal Analysis M’ = M+1 M=2 M=1 Mendefinisikan Material Mendefinisikan Preload Meshing Model

Import Model Sub-Assembly START

(23)

Your Company name

Your logo

Input Data

Data from : BAKELITE AG, matweb.com, SolidWorks library

(24)

Your Company name

Your logo

Input Data

Data from : Wikipedia, carbidetooling.com, matweb.com, SolidWorks library

(25)

Your Company name

Your logo

Import Geometry

(26)

Your Company name

Your logo

Connections

1. Bonded contact

(27)

Your Company name

Your logo

Meshing

Defaults

Physics Preference Mechanical Relevance 0

Sizing

Use Advanced Size Function Off Relevance Center Medium

Element Size Default Initial Size Seed Active Assembly

Smoothing Medium Transition Fast Span Angle Center Coarse Minimum Edge Length 3.e-004 m

Patch Conforming Options

Triangle Surface Mesher Program Controlled

Patch Independent Options

Topology Checking Yes

Mesh type : Tetrahedron

(28)

Your Company name

Your logo

Permodelan Beban

arah potonggaya doronggaya momen potong FC10Struktur BridgeEPR

X+ X+ - CCW

X- X- - CCW

(29)

Your Company name

Your logo

Permodelan Beban

arah potonggaya doronggaya momen potong FC10Struktur BaseEPR

X+ X- Z- CW

X- X+ Z+ CW

(30)

EXPERIMENT

RESULT

(31)

Stress Analysis

Bridge Base

FC10 EPR EPR-2 FC10 EPR EPR-2

X+ 1.6397E+8 1.6397E+8 1.6494E+8 1.3636E+8 1.3635E+8 1.4821E+8

X- 1.5781E+8 1.5781E+8 1.5810E+8 1.5269E+8 1.5269E+8 1.3556E+8

(32)

• Pemotongan arah X+

(33)

Deformation

(34)

X-Deformation

(35)

3.68E -02 3.74E -02 2.13E -02 1.56E -02 1.58E -02 1.79E -02 2.45E -02 2.43E -02 1.42E -02 X+ X- Y De flek si (mm) CUTTING

Deformasi Max pada struktur Bridge

EPR FC10 EPR-NEW

Deformation

(36)

9.05E -03 9.17E -03 5.84E -03 5.94E -03 4.68E -03 5.14E -03 5.97E -03 3.96E -03 3.36E -03 X+ X- Y De flek si (mm) CUTTING

Deformasi Max pada struktur Base

EPR FC10 EPR-NEW

Deformation

(37)

3.4008E -05 3.3360E -05 2.1331E -05 1.5560E -05 1.5471E -05 1.7852E -05 2.4414E -05 2.4270E -05 1.4230E -05 X+ X- Y De flek si ( m ) CUTTING

Deformasi Max pada CUTTING TOOL

EPR FC10 EPR-NEW

Deformation

(38)

Modal Analysis

• Tujuan : mencari karakteristik getaran struktur

(39)

282.79 283.78 801.75 463.78 649.56 1354.9 307.74 337.39 979.34 1 2 3 Fr equency (H z) MODE

Frekuensi Natural Sub-Assy Spindle Carrier/ Head

EPR FC10 EPR-NEW

Modal Analysis

(40)

469.1 673.05 832.77 1378.3 1950.6 2707 611.86 792.59 1022.8 1 2 3 Fr equency (H z) MODE

Frekuensi Natural Sub-Assy Work Carrier/ Table

EPR FC10 EPR-NEW

• Work carrier / Table sub assembly

(41)

Weight Reduction

73 %

79 %

mass

Head; FC10 1.2329

Head; EPR, new design 0.3323

Table; FC10 2.4873

(42)

Analisa

• Perkiraan frekuensi kerja 200Hz , ( << frekuensi natural )

tdk terjadi resonansi

• Distribusi tegangan fokus di cutting tool, safety factor = 4.97,

struktur aman ; tegangan pd struktur < tegangan ijin

• Deformasi yg penting pada cutting tool, dengan modifikasi

geometri > deformasi berkurang > memperbaiki kekakuan > masuk ke ambang batas 0.025mm

• Deformasi pada work carrier, modifikasi geometri dapat

(43)

(44)

Safety factor min=4.9 716, untuk pemotongan arah X+, tegangan berfokus di tool >> struktur aman& over-design

Dengan modifikasi geometri pada komponen berbahan epoxy

resin, untuk arah pemotongan X+, terjadi perbaikan

kekakuan senilai 36 % pada struktur bridge dan 98 % pada struktur base

Untuk arah pemotongan X-, diperoleh perbaikan kekakuan

39 % pada struktur bridge dan 137 % pada struktur base

Untuk arah pemotongan Y, diperoleh perbaikan kekakuan

(45)

Frekuensi natural lbh condong dipengaruhi material pembentuk saja.

Deformasi max pada desain baru bahan epoxy, terjadi pada

tool 0.0244 mm, ambang batas 0.025mm >> aman

Dengan density yang lebih rendah, diperoleh pengurangan

berat hingga 73% dan 79 %

Epoxy resin cocok sbg bahan substitusi struktur mesin

(46)

penelitian berikutnya hendaknya

melibatkan eksperimen , mencari damping ratio,  respon getaran

Penelitian diteruskan dengan parameter

desain dan jenis bahan, melalui metode eksperimen  optimasi rancangan untuk beban dinamis

(47)

(48)

Thank you for

YOUr attention

andre@cncindonesia.com

SEE YOU

NEXT TIME

Sttechnica.blogspot.com