commit to user
RANCANGAN FLEKSIBEL KLEM SEBAGAI KOMPONEN ALAT BANTU PROSES PENGASAHAN PAHAT HSS DAN
PAHAT TWIST DRILL
(Studi kasus: Laboratorium Perancangan dan Perencanaan Produk Teknik Industri UNS)
Skripsi
Sebagai Persyaratan Untuk Memperoleh Gelar Sarjana Teknik
AMRINA ROSADA I1307025
JURUSAN TEKNIK INDUSTRI FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SEBELAS MARET
SURAKARTA 2011
commit to user viii ABSTRACT
Amrina Rosada, NIM: I1307025. DESAIN OF FLEXIBLE CLAMPS FOR HIGH SPEED STEEL (HSS) AND TWIST DRILL SHARPENING TOOL COMPONENTS. Thesis. Surakarta: Industrial Engineering Department, Faculty of Engineering, Sebelas Maret University, July 2011.
Geometry tool will affect to the process and the outcome of the machining. The correct geometry tool can be obtained from sharpener in the right way. Tool grinding fixture will help the process of sharpening tool. In other to accommodate more than one type of fleksibel fixture clamp is needed. This research is focused on the desain of flexible clamps for high speed steel (hss) and twist drill sharpening tool components.
The research was conducted by identifying the problem of sharpener tool on P3 laboratory UNS. Based on the identification of the problem obtained by the design concept than the results of the design are verified by using cosmosexpressTM to get material strength.
The results of this study is the design of flexible clamping tool of the HSS and twist drill which have range -450 450. Verification design results resilience suggest that the design is safe when used with minor defleksion.
Key words: sharpener tool, fixture, twist drill, high speed steel, cosmoexpress.
xvi + 61 p, 7 tables, 59 drawings, 12 attachments Bibliography: 13 (1989-2010)
commit to user ix ABSTRAK
Amrina Rosada, NIM: I1307025. RANCANGAN KLEM FLEKSIBEL SEBAGAI KOMPONEN ALAT BANTU PENGASAHAN PAHAT HIGH SPEED STEEL (HSS) DAN TWIST DRILL. Skripsi. Surakarta: Jurusan Teknik Industri Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret, Juli 2011.
Geometri pahat akan mempengaruhi proses dan hasil pemesinan. Geometri pahat yang benar bisa didapat dari cara pengasahan yang benar. Alat bantu pengasahan pahat merupakan fixture pembantu dalam proses pengasahan pahat.
Klem fleksibel merupakan komponen alat bantu pengasahan pahat, yaitu komponen yang mampu mencekam pahat high speed steel (HSS) dan pahat twist drill dalam satu locating. Tujuan dari penelitian ini adalah merancang fleksibel klem sebagai alat bantu pengasahan yang mampu membentuk geometri bidang pada pahat HSS dan bidang utama pada pahat twist dril.
Penelitian ini dilakukan dengan menguraikan masalah yang ada dilaboratorium P3 UNS. Berdasarkan uraian masalah diperoleh konsep perancangan. Hasil perancangan tersebut diverifikasi kekuatan materialnya dengan menggunakan cosmosexpressTM, setelah itu dilakukan perbaikan material.
Hasil penelitian ini menghasilkan rancangan klem fleksibel alat bantu pengasahan pahat HSS dan twist drill dengan jangkauan busur sebesar -450 450. Hasil verifikasi ketahanan material menunjukkan bahwa komponen aman ketika digunakan
Kata kunci: alat bantu pengasahan pahat, fixture, pahat twist drill, pahat HSS, cosmoexpress.
xvi + 61 halaman, 7 tabel, 59 gambar, 12 lampiran Daftar pustaka: 13 (1989-2010)
commit to user I-1 BAB I
PENDAHULUAN
1.1 LATAR BELAKANG
Proses pemesinan adalah proses mengubah benda kerja menjadi suatu produk dengan cara memotong (Rochim, 1993). Salah satu faktor yang mempengaruhi hasil produk pemesinan adalah geometri pahat. Kesalahan geometri dapat mempercepat penurunan umur pahat (Setyawan, 2011). Secara umum, geometri pahat terdiri dari 3 bidang, bidang geram, bidang utama dan bidang bantu. Bidang geram merupakan bidang tempat mengalirnya geram, bidang utama merupakan bidang yang menghadap permukaan transien dari benda kerja, sedangkan bidang bantu merupakan bidang yang menghadap permukaan terpotong benda kerja (Rochim, 1993). Jika terjadi kesalahan dalam pengasahan dan menghasilkan salah satu atau beberapa geometri tersebut tidak tepat, proses pemesinan dan umur pahat tidak akan mencapai kondisi optimum.
Permasalahan terhadap geometri pahat sering terjadi di Laboratorium Perencanaan dan Perancangan Produk (P3) Teknik Industri UNS. Lab P3 merupakan laboratorium yang melakukan proses pemesinan. Turning dan drilling adalah proses pemesinan yang digunakan dalam praktikum proses manufaktur pada lab P3. Selain untuk praktikum proses manufaktur, proses pemesinan juga digunakan untuk keperluan penyelesaian tugas akhir serta penelitian jurusan. Hal ini meningkatkan pemakaian pahat pada laboratorium P3. Seiring pemakaian, pahat menjadi tumpul dan geometri yang tidak lagi akurat. Agar terpenuhinya geometri pahat, pengasahan dilakukan secara manual. Pengasahan dilakukan terhadap tiga bidang aktif pahat, yaitu bidang utama bidang geram dan bidang bantu. Karena pengasahan manual menggunakan kira-kira, akurasi geometri pahat tidak dapat dijamin. Seiring pengasahan pahat manual, potensi kesalahan dalam pembentukan keakuratan geometri akan semakin tinggi. Padahal kesalahan geometri akan mempengaruhi proses pemesinan.
commit to user I-2
Sebenarnya sudah tersedia mesin pekakas gerinda seperti Great D1 yang dapat mengasah pahat dengan geometri akurat, tetapi ukuran mesin ini relatif besar sehingga akan mengalami kesulitan dalam penempatan pada lab P3. Selain itu mesin ini tergolong mesin pekakas yang kompleks sehingga harganya mahal dan membutuhkan paerawatan yang rumit. Selain mesin pekakas gerinda terdapat alat bantu pengasahan pahat yang dijual dipasaran. Alat bantu ini dijual opsional dengan mesin gerinda tertentu. Alat bantu pengasahan pahat ini relatif tidak diperuntukkan untuk jenis gerinda tertentu. Sementara itu telah tersedia mesin gerinda meja di lab p3. Dengan memanfaatkan alat yang sudah ada perlu dirancang alat bantu pengasahan pahat yang menyesuaikan dengan kondisi dan masalah yang ada di lab P3.
Perancangan alat bantu pengasahan menggunakan konsep perancangan fixture.
Fixture adalah peralatan produksi yang menempatkan, memegang dan menyangga benda kerja secara kuat sehingga pekerjaan pemesinan yang diperlukan bisa dilakukan. Komponen utama fixture adalah locating dan clamping (Fatahul, 2008).
Locating adalah bagian yang berfungsi sebagai memposisikan benda kerja secara akurat. Clamping adalah bagian pencekam benda kerja yang kuat pada saat proses pemesinan dilakukan.
Sebagai pendekatan masalah yang terdapat pada Lab. P3 maka dirancang alat pencekam fleksibel. Klem fleksibel adalah perancangan klem yang dapat mencekam dua macam pahat, yaitu pahat HSS dan twist drill. Dalam perancangan klem utama harus memenuhi prinsip dasar klem, diantaranya klem harus kuat menahan benda kerja, tidak bergetar pada proses penggerindaan dan tidak merusak benda kerja (Josh, 1990). Sedangkan perancangan twist drill klem harus dapat memenuhi pembentukan sudut bebas pada pahat twist drill dengan menyediakan gerakan-gerakan dalam twist drill klem.
1.2 PERUMUSAN MASALAH
Berdasarkan latar belakang di atas maka perumusan masalah yang dapat diangkat adalah bagaimana merancang fleksibel klem menurut konsep fixture sebagai alat bantu pengasahan pahat pada Laboratorium P3.
commit to user I-3 1.3 TUJUAN PENELITIAN
Tujuan penelitian adalah merancang fleksibel klem sebagai alat bantu pengasahan yang mampu membentuk geometri bidang pada pahat HSS dan bidang utama pada pahat twist drill pada Laboratorium P3 Teknik Industri UNS yang digunakan sebagai perlengkapan praktikum.
1.4 MANFAAT PENELITIAN
Adapun manfaat yang dicapai dalam penelitian ini, yaitu:
1. Membantu proses pengasahan pahat bubut dan drilling dengan menggunakan prinsip geometri yang benar serta mengurangi masalah proses pemesinan bubut dan drilling yang ditimbulkan akibat kesalahan geometri.
2. Meningkatkan efisiensi dalam penggunaan pahat, umur pahat lebih panjang serta meningkatkan efisiensi waktu proses pengasahan.
1.5 BATASAN MASALAH
Batasan masalah penelitian dalam rancangan fleksibel klem, sebagai berikut:
1. Drilling chuck untuk ukuran diameter 1 mm -13 mm.
2. Material pahat adalah high speed steel (HSS), dengan 3 ukuran pahat. Yaitu penampang bujur sangkar sisi 7 mm, 12 mm, dan 20 mm dengan panjang 150 mm.
3. Perhitungan hanya dilakukan pada titik kritis rancangan dan divalidasi oleh cosmoexpress pada software SolidWork 2009.
4. Mesin gerinda yang digunakan adalah mesin gerinda lab. P3 dengan spesifikasi sebagai berikut: Aldo Professional Tools, 6” bench grinder, model no:
RBG150AL, voltage: 220 volt, Cycles: 50 Hz, Power: ½ HP, Wheel: 150 mm, phase:1.
1.6 ASUMSI PENELITIAN
Asumsi-asumsi yang digunakan dalam penelitian ini, sebagai berikut:
1. Gaya yang bekerja di setiap part terjadi pembebanan secara merata.
2. Gaya penggerindaan konstan.
commit to user I-4 1.7 SISTEMATIKA PENULISAN
Sistematika penulisan dibuat agar dapat memudahkan pembahasan penyelesaian masalah dalam penelitian ini. Adapun dari pokok-pokok permasalahan dalam penelitian ini dapat dibagi menjadi enam bab, seperti dijelaskan di bawah ini.
BAB I : PENDAHULUAN
Bab ini menguraikan berbagai hal mengenai latar belakang penelitian, perumusan masalah, tujuan penelitian, manfaat penelitian, batasan masalah, asumsi-asumsi dan sistematika penulisan.
BAB II : TINJAUAN PUSTAKA
Bab ini menguraikan teori yang dipakai untuk mendukung penelitian, sehingga perhitungan dan analisis dilakukan secara teoritis. Tinjauan pustaka diambil dari berbagai sumber yang berkaitan langsung dengan permasalahan yang dibahas dalam penelitian.
BAB III : METODOLOGI PENELITIAN
Bab ini berisi tahapan yang dilalui dalam penyelesaian masalah secara umum yang berupa gambaran terstruktur dalam bentuk flowchart sesuai dengan permasalahan yang ada mulai dari studi pendahuluan, pengumpulan data sampai dengan pengolahan data dan analisis.
BAB IV : PENGUMPULAN DAN PENGOLAHAN DATA
Bab ini berisi data-data yang diperlukan untuk menyelesaikan masalah, kemudian dilakukan pengolahan data secara bertahap.
BAB V : ANALISIS DAN INTERPRETASI HASIL
Bab ini memuat uraian analisis dan intepretasi dari hasil pengolahan data yang telah dilakukan
BAB VI : KESIMPULAN DAN SARAN
Bab ini merupakan tahap akhir penyusunan laporan penelitian yang berisi pencapaian tujuan penelitian yang diperoleh dari analisis pemecahan masalah maupun hasil pengumpulan data serta saran-saran perbaikan bagi bagi kelanjutan penelitian.
commit to user II-1 BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
Bab ini menguraikan teori-teori yang diperlukan dalam mendukung penelitian, sehingga pelaksanaan eksperimen, pengolahan data dan analisis permasalahan dapat dilakukan secara teoritis.
2.1 JIG DAN FIXTURE
Jig dan fixture adalah piranti pemegang benda kerja produksi yang digunakan dalam rangka membuat penggandaan komponen secara akurat (Fatahul, 2008).
Hubungan dan kelurusan yang benar antara alat potong atau alat bantu lainnya, dan benda kerja mesti dijaga. Dalam melakukan ini maka dipakailah jig atau fixture yang didesain untuk memegang, menyangga dan memposisikan setiap bagian sehingga setiap pengeboran, pemesinan dilakukan sesuai dengan batas spesifikasi.
Jig didefinisikan sebagai piranti atau peralatan khusus yang memegang, menyangga atau ditempatkan pada komponen yang akan dimesin. Alat ini adalah alat bantu produksi yang dibuat sehingga ia tidak hanya menempatkan dan memegang benda kerja tetapi juga mengarahkan alat potong ketika operasi berjalan. Jig biasanya dilengkap dengan bushing baja keras untuk mengarahkan mata bor atau perkakas potong lainnya. Pada dasarnya, jig yang kecil tidak dibaut atau dipasang pada meja kempa gurdi (drill press table). Namun untuk diameter penggeboran diatas 0,25 inchi, jig biasanya perlu dipasang dengan kencang pada meja. Fixture adalah peralatan produksi yang menempatkan, memegang dan menyangga benda kerja secara kuat sehingga pekerjaan pemesinan yang diperlukan bisa dilakukan. Blok ukur atau feeler gauge digunakan pada fixture untuk referensi/setelan alat potong ke benda kerja. Fixture harus dipasang tetap ke meja mesin dimana benda kerja diletakkan.
Perancangan desain alat bantu merupakan proses mendesain dan mengembangkan alat bantu, metode, dan teknik yang diberikan untuk meningkatkan efisiensi dan produktivitas manufaktur, produksi dengan volume produksi yang besar dan kecepatan produksi tinggi memerlukan alat bantu yang khusus. Desain alat bantu selalu berkembang karena tidak ada satu alat yang mampu memenuhi seluruh proses manufaktur.
commit to user II-2 Bagian-bagian jig dan fixture (P.H Josh, yaitu:
1. Penempatan (locating) : bagian yang berfungsi sebagai memposisikan benda kerja secara akurat.
2. Pencekam (clamping) : bagian pencekam benda kerja yang kuat pada saat proses pemesinan dilakukan.
3. Pengarah (bushing) : bagian yang menuntun pekakas potong agar tetap pada suatu posisi tertentu.
Tujuan digunakannya alat bantu, meliputi menurunkan biaya manufaktur, menjaga kualitas, meningkatkan produksi. Syarat desain alat bantu yang baik, antara lain:
1. Sederhana, mudah dioperasikan.
2. Menurunkan biaya manufaktur.
3. Menghasilkan part berkualitas tinggi secara konsisten.
4. Menaikkan laju produksi dengan alat atau mesin yang ada.
5. Fool proof, mencegah penggunaan atau pemasangan yang salah.
6. Menggunakan material alat bantu yang menjamin umur.
7. Pemakaian yang cukup.
8. Menjamin keamanan kerja operator.
2.2 TURNING DAN DRILLING
Turning adalah proses pemesinan untuk menghasilkan bagian-bagian mesin berbentuk silindris yang dikerjakan dengan menggunakan mesin bubut.
Pengeboran (drillng) adalah suatu proses pengerjaan pemotongan menggunakan mata bor (twist drill) untuk menghasilkan lubang yang bulat pada material logam maupun nonlogam yang masih pejal atau material yang sudah berlubang.
2.2.1 Turning
Pembubutan (turning) merupakan suatu proses pemakanan benda kerja yang sayatannya dilakukan dengan cara memutar benda kerja kemudian dikenakan pada pahat yang digerakkan secara translasi sejajar dengan sumbu putar dari benda kerja. Gerakan putar dari benda kerja disebut gerak potong relatif dan gerakkan translasi dari pahat disebut gerak umpan. Prinsip dasarnya dapat
commit to user II-3
didefinisikan sebagai proses pemesinan permukaan luar benda silindris atau bubut rata (Widarto, 2008). Tiga parameter utama pada setiap proses bubut adalah kecepatan putar spindel (speed), gerak makan (feed), dan kedalaman potong (depth of cut). Faktor yang lain seperti bahan benda kerja dan jenis pahat sebenarnya juga memiliki pengaruh yang cukup besar, tetapi tiga parameter di atas adalah bagian yang bisa diatur oleh operator langsung pada mesin bubut.
A. Pahat bubut
Pahat bubut atau alat potong bubut berbentuk batangan yang ujungnya dibentuk pisau dan dapat digunakan untuk memotong benda kerja sesuai dengan tujuan kerja bubut (Rochim, 1993).
Gambar 2.1 Macam sudut pahat turning Sumber : Rochim, 1993
Keterangan gambar:
A = sudut rake atas B = Sudut rake sisi C = Sudut bebas depan D = Sudut bebas sisi
Pahat bubut memerlukan pengasahan, apabila tidak dilakukan pengasahan maka hasil yang diharapkan tidak sesuai yang diinginkan. Pengasahan juga bertujuan untuk membuat bentuk dan ketajaman pada pahat.
commit to user II-4
Gambar 2.2 Pengasahan pahat bubut
Sumber: Rochim, 1993
B. GEOMETRI PAHAT BUBUT
Geometri atau bentuk pahat bubut terutama tergantung pada material benda kerja dan material pahat. Terminologi standar ditunjukkan pada gambar 2.3. Pahat bubut bermata potong tunggal, sudut pahat yang paling pokok adalah sudut geram (rake angle), sudut bebas (clearance angle), dan sudut sisi potong (cutting edge angle). Sudut-sudut pahat HSS dibentuk dengan cara diasah menggunakan mesin gerinda pahat (tool grinder machine) (Rochim, 1993).
Gambar 2.3 Geometri sudut pahat bubut HSS Sumber: Rochim, 1993
commit to user II-5
Beberapa geometri sudut pahat yang berpengaruh terhadap umur pakai dari pahat, yaitu:
1. Sudut bebas orthogonal (αo).
Fungsi dari sudut bebas untuk mengurangi gesekan antara bidang utama pahat dengan bidang transien dari benda kerja. Temperatur yang tinggi akibat gesekan akan dihindari agar keausan tepi (flank wear) tidak cepat terjadi.
Pemilihan dari harga sudut bebas ditentukan oleh jenis benda keja dan Kondisi pemotongan. Semakin besar gerak pemakanan maka gaya pemotongan yang ditimbulkan semakin besar sehingga untuk memperkuat pahat diperlukan penampang βo yang besar, oleh sebab itu sudut bebas αo harus diperkecil (bila sudut geram γo tidak boleh di ubah) (Rochim, 1993). Pada umumnya untuk suatu harga gerak pemakanan tertentu ada harga optimum bagi sudut bebas yang memberikan umur pahat tertinggi. Karena pengaruh deformasi akibat gaya makan yang tinggi, maka harga sudut bebas dapat diperkecil bila material benda kerjanya sangat keras dan diperbesar bila benda kerja relatif lebih lunak.
2. Sudut geram orthogonal (γo).
Sudut geram mempengaruhi proses pembentukan geram. Kecepatan potong tertentu, sudut geram yang besar menurunkan rasio pemampatan tebal geram λh
yang mengakibatkan kenaikan sudut geser Φ. Sudut geser yang besar menurunkan penampang bidang geser sehingga gaya pemotongan akan turun.
Sudut geram γo tidak boleh terlalu besar untuk menjaga kekuatan pahat serta memperlancar proses perambatan panas. Perambatan panas yang terhambat menaikkan temperatur pahat, sehingga sehingga umur pahat akan turun.
Ditinjau dari umur pahat maka ada harga sudut geram optimum yang memberikan umur pahat tertinggi. Jenis material benda kerja juga berpengaruh terhadap pemilihan sudut geram. Material yang lunak dan ulet (soft & ductile) memerlukan sudut geram yang besar untuk mempermudah pembentukan geram (Rochim, 1993).
3. Sudut miring (λs).
Sudut miring mempengaruhi arah aliran geram, bila sudut miring berharga nol maka arah aliran geram tegak lurus mata potong. Aliran geram membuat sudut sebesar ρc terhadap garis tegak lurus mata potong dan sudut miring aliran
commit to user II-6
geram kurang lebih sama dengan sudut miring λs. Adanya sudut miring maka panjang kontak antara pahat dengan benda kerja menjadi lebih diperpanjang dan energi pemotongan spesifik Esp tidak akan berubah sampai sampai sudut miring mencapai 20º (Rochim, 1993). Temperatur bidang kontak mencapai harga minimum bila λs berharga +5º untuk proses finishing dan -5º untuk proses roughing. Agar lebih memperkuat pahat serta menurunkan gaya kejut (impact) dalam proses pembubutan dapat dipilih sudut miring sebesar -20º.
4. Sudut potong utama (κr).
Sudut potong utama mempunyai peran, yaitu:
a. Menentukan lebar dan tebal geram sebelum terpotong.
b. Menentukan panjang mata potong yang aktif atau panjang kontak antara geram dengan bidang pahat.
c. Menentukan besarnya gaya radial Fx.
Untuk kedalaman pemotongan tertentu dan kecepatan potong yang konstan, maka dengan memperkecil sudut potong utama akan menurunkan tebal geram sebelum terpotong dan menaikkan lebar geram. Tebal geram yang kecil secara langsung akan menurunkan temperatur pemotongan, sedangkan lebar geram yang besar akan mempercepat proses perambatan panas pada pahat sehingga temperatur pahat akan relatif rendah dan umur pahat akan lebih tinggi (Rochim, 1993).
Gambar 2.4 Resultan gaya yang ditimbulkan oleh sudut potong utama Sumber: Rochim, 1993
commit to user II-7 5. Sudut potong bantu (κ’r).
Orientasi dari bidang potong bantu terhadap permukaan benda kerja yang telah terpotong ditentukan sudut bantu κ’r dan sudut bebas minor. Apabila sudut bebas minor α’o cukup besar untuk mengurangi gesekan, pada prinsipnya sudut potong bantu κ’r dapat dipilih sekecil mungkin karena selain memperkuat ujung pahat maka kehalusan produk dapat dipertinggi (Rochim, 1993).
Kendalanya adalah kekakuan sistem pemotongan (benda kerja, metode pencekam benda kerja dan pahat serta mesin perkakas yang digunakan), karena sudut potong bantu yang kecil akan mempertinggi gaya radial Fx. Petunjuk yang digunakan sebagai acuan, sebagai berikut:
a. Sistem pemotongan yang kaku, κ’r = 5º sampai dengan. 10º.
b. Sistem pemotongan yang lemah, κ’r = 10º sampai dengan 20º.
6. Radius pojok (rε).
Radius pojok berfungsi untuk memperkuat ujung pertemuan antara mata potong utama S dengan mata potong minor S’ dan selain itu menentukan kehalusan hasil pemotongan. Semakin besar penampang geram maka pojok pahat harus dipilih lebih kuat. Radius pojok yang besar akan memperbesar gaya radial Fx.
Tabel harga radius pojok yang dianjurkan sesuai kedalaman pemotongan yang dipilih.
Tabel 2.1 Harga radius pojok Kedalaman pemakanan (mm) rε (mm)
s.d. 3 0.5 s.d. 0.8
3 s.d. 10 0.8 s.d. 1.5
10 s.d. 20 1.5 s.d. 2.0
Sumber: Rochim 1993
2.2.2 Definisi Drilling
Pengeboran (drillng) adalah suatu proses pengerjaan pemotongan menggunakan mata bor (twist drill) untuk menghasilkan lubang yang bulat pada material logam maupun nonlogam yang masih pejal atau material yang sudah berlubang. Proses menghasilkan lubang dapat pula dilakukan dengan cara yang
commit to user II-8
lain yaitu dengan proses boring (memperbesar lubang). Macam-macam mata drilling, sebagai berikut:
1. Bor spiral, Digunakan untuk pembuatan lubang yang diameternya sama dengan diameter mata bor.
2. Mata bor pemotong lurus,Digunakan untuk material yang lunak seperti kuningan, tembaga, perunggu dan plastik.
3. Mata bor untuk lubang yang dalam (deep hole drill),Digunakan untuk membuat lubang yang relatif dalam.
4. Mata bor skop (spade drill), Digunakan untuk material yang keras tetapi rapuh. Mata potong dapat diganti-ganti.
5. Mata bor stelite, Digunakan untuk membuat lubang pada material yang telah dikeraskan. Mata bornya mempunyai bentuk segitiga dan terbuat dari baja campuran yang tahan panas.
Gambar 2.5 (a) bor spiral, (b) mata bor pemotong lurus, (c) mata bor untuk lubang yang dalam, (d) mata bor skop, dan (e) mata bor stelite
Sumber: Widarto, 2008
A. Sudut – sudut mata bor:
Sudut-sudut utama pahat drilling, yaitu:
1. Sudut geram (ϒ, rake angle), diukur pada bidang N/N, tegak lurus dengan mata potong utama S. Sudut geram akan berubah besarnya pada perunbahan
commit to user II-9
ujung sepanjang mata potong utama S, terbesar pada periferi dari pahat drilling dan terkecil pada chisel point besarnya 1o-4o.
2. Sudut bebas (α, lip relief angle), diukur pada bidang OO, sejajar dengan pahat.
Sudut bebeas berubah besarnya semakin besar periferi pahat (8o-12o) ke pusat/center pahat (20o-25o). Sudut bebas ini berfungsi mengurangi gesekan pada permukaan mata potong potong utama S, dan bidang potong utama Aα.
3. Sudut potong utama (Кr, point angle), diukur diantara mata potong utama (lips) dan besarnya bergantung pada material yang dikerjakan, untuk baja sudutnya antara 116o-118o dan untuk material keras 130o-140o.
4. Sudut heliks (ω, Flute heliks angle), sudut ini mempengaruhi besar sudut geram dan berguna untuk mempermudah proses pemotongan memberi jalan keluarnya geram selama proses pemotongan.
Gambar 4.6 Sudut-sudut utama pahat drilling
Sumber: Rochim, 1993
B. Kriteria Pengasahan Twist Drill
Ada beberapa kriteria yang harus terpenuhi dalam mengasah twist drill yaitu:
1. Sudut puncak.
Sudut puncak adalah sudut yang dibentuk oleh kedua sisi potong pada mata potong primer. Besarnya sudut puncak dipengaruhi oleh material yang akan
commit to user II-10
dikerjakan. Rumusan standar untuk menentukan besarnya sudut puncak ini tidak ada. Data tersebut diperoleh melalui cara eksperimen dimana ditemukan geometri yang paling cocok untuk pengerjaan material tersebut, kemudian dibakukan dalam standar DIN 1414. Pemilihan sudut puncak ini erat kaitannya dengan type twist drill yang dipakai.
Gambar 2.7 Sudut puncak
Sumber: Widarto, 2008
2. Sisi potong sama panjang.
Tuntutan kedua dalam pengasahan twist drill adalah sisi potong yang sama panjang. Ukuran ini diambil dari ujung pembentuk diameter sampai pada chisel edge. Perbedaan panjang pada sisi potong akan mengakibatkan munculnya gaya radial pada saat pengeboran sehingga memungkinkan adanya perubahan center lubang dan ukuran yang dihasilkan. Paduan material pada twist drill memungkinkan adanya kelenturan hal ini dimaksudkan untuk menghindari kepatahan pada twist drill. Posisi sisi potong terhadap center memang miring maka memungkinkan sekali munculnya gaya radial tersebut. Gaya radial yang muncul pada masing-masing sisi potong akan beresultan menjadi gaya aksial apabila besar dan arahnya tidak sama.
Gambar 2.8 Sisi potong sama panjang
Sumber: Widarto, 2008
commit to user II-11 3. Sudut bebas .
Bidang bebas pada twist drill berupa bidang lengkung, sehingga pengukurannya cukup menyulitkan sehingga diperlukan toleransi yang agak besar untuk itu. Sudut bebas twist drill diukur dengan cara mencari titik singgung pertama pada punggung dari ujung mata potongnya. Besarnya clearence yang diminta adalah 10° - 12°. Besar kecilnya sudut bebas ini dipengaruhi oleh laju pemakanan (feed), semakin cepat maka dibutuhkan sudut yang besar pula, dan sebaliknya. Jika kita membesarkan sudut bebasnya perlu diperhitungkan ketegaran pada twist drill dan kecenderungan twist drill untuk tertancap pada benda kerja dan akhirnya patah, karena sudut bebas juga berfungsi untuk membatasi laju pemakanan (secara manual).
Gambar 2.9 Sudut bebas
Sumber: Widarto, 2008
2.3 PENGHITUNGAN MEKANIKA TEKNIK
Perhitungan teknik meliputi konsep-kosep yang diperlukan dalam perhitungan pengolahan data berupa gaya, tegangan, regangan dan factor of safety.
2.3.1 Konsep Stress – Strain
Jika sebuah beban statis atau perubahan yang relatif lambat dengan waktu dan diterapkan secara seragam atas cross section atau permukaan benda, perilaku mekanik mungkin dipastikan oleh tes tegangan-regangan, ini yang paling dilakukan untuk logam pada suhu kamar. Ada tiga cara utama di mana beban mungkin diterapkan, yaitu tension (ketegangan), compression, dan shear (geser).
A. Tension
Uji tegangan digunakan untuk memastikan sifat mekanik beberapa bahan yang penting dalam desain. Spesimen yang terdeformasi biasanya patah, dengan
commit to user II-12
peningkatan beban tarik secara bertahap yang diterapkan di sepanjang uniaksial.
Sebuah spesimen tarik standar yang ditunjukkan pada Gambar 2.6. Biasanya potongan penampang adalah lingkaran, tetapi persegi panjang spesimen juga bisa digunakan. "Dogbone" konfigurasi spesimen dipilih sehingga, selama pengujian, deformasi terbatas pada wilayah pusat sempit (yang memiliki cross section seragam sepanjang panjangnya) dan juga untuk mengurangi kemungkinan patahan pada ujung spesimen. Mesin uji tarik dirancang untuk spesimen memanjang dengan laju yang konstan, dan terus menerus dan sekaligus mengukur beban yang diterapkan sesaat (dengan load cell) dan dihasilkan elongations (menggunakan extensometer). Sebuah tes tegangan-regangan biasanya memakan waktu beberapa menit untuk mendeformasi, yaitu, benda uji secara permanen cacat dan biasanya retak. Output dari uji tarik seperti dicatat (biasanya pada komputer) sebagai beban atau gaya terhadap elongasi. Karakteristik ini beban-deformasi tergantung pada ukuran spesimen. Untuk meminimalkan faktor geometri, beban, dan elongasi yang dinormalkan dengan parameter masing-masing dari teknik tegangan dan regangan. Teknik stres (σ) didefinisikan:
………..2.2 dengan;
σ = stress (MPa) F = Gaya (N)
Ao = Daerah cross sectional asli sebelum memuat beban (m2)
Gambar 2.10 Specimen tarik standar dengan circular cross section
Sumber: Callister, 2007
Rekayasa strain didefinisika, sebagai:
………,,,………2.3
commit to user II-13 dengan;
Lo = panjang mula – mula Li = panjang akhir
Δl = pertambahan panjang Ε = %
B. Shear dan torsional
Gaya geser secara numerik adalah jumlah aljabar dari semua komponen vertikal gaya–gaya luar yang bekerja pada segmen yang terisolasi, tetapi dengan arah yang berlawanan, dinotasikan dengan V.
ΣFv = R1 - P1 – P2 – V = 0 atau V = R1 – P1 – P2
Penentuan gaya geser pada sebuah irisan balok memenuhi syarat keseimbangan statis pada arah vertikal. Gaya geser merupakan gaya dalam yang terjadi akibat adanya beban yang arah garis kerjanya tegak lurus ( ) pada sumbu batang yang ditinjau seperti tampak pada Gambar 2.11.
P
Gambar 2.11 Sketsa prinsip statika kesetimbangan
Sumber: Popov, 1991
Gaya bidang lintang ditunjukan dengan SFD (shearing force diagram), dimana penentuan tanda pada SFD berupa tanda negatif (-) atau positif (+) bergantung dari arah gaya.
P
A B
y
Ra Rb
+
-
Gambar 2.12 Sketsa Shearing Force Diagram
Sumber: Popov, 1991
Untuk pengujian yang dilakukan menggunakan gaya geser murni seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.11
commit to user II-14 Tegangan geser (τ) dihitung menurut:
……….…………2.4
dengan;
F = gaya yang diberikan Ao = luas bidang permukaan.
Strain geser didefinisikan sebagai garis singgung strain sudut, seperti ditunjukkan dalam gambar 2.12Torsi adalah variasi dari geser murni, dimana anggota struktural mengecil seperti gambar 2.12 kekuatan torsional menghasilkan gerak rotasi tentang sumbu longitudinal disalah satu ujung anggota relatif terhadap ujung lainnya. Torsi tes biasanya dilakukan pada poros padat silinder atau tabung. Sebuah tegangan geser adalah fungsi dari T torsi yang diterapkan, sedangkan regangan geser terkait dengan sudut punter..
Gambar 2.12 Specimen tarik standar dengan circular cross section
Sumber: Callister, 2007
2.3.2 Gaya Dan Momen
Suatu konstruksi bertugas mendukung gaya-gaya luar yang bekerja padanya yang kita sebut sebagai beban. Konstruksi harus ditumpu dan diletakkan pada peletakan-peletakan tertentu agar dapat memenuhi tugasnya yaitu menjaga keadaan konstruksi yang seimbang. Suatu konstruksi dikatakan seimbang bila resultan gaya yang bekerja pada konstruksi tersebut sama dengan nol atau dengan kata lain ∑Fx = 0, ∑Fy = 0, ∑Fz = 0, ∑M = 0.
Gaya adalah sesuatu yang menyebabkan suatu benda dari keadaan diam menjadi bergerak atau sebaliknya. Dalam ilmu statika berlaku hukum (Aksi = Reaksi).
commit to user II-15 A. Gaya Luar
Gaya luar adalah gaya yang diakibatkan oleh beban yang berasal dari luar sistem yang pada umumnya menciptakan kestabilan konstruksi. Sedangkan beban adalah beratnya beban atau barang yang didukung oleh suatu konstruksi atau bangunan beban dan dapat dibedakan menjadi beberapa macam, yaitu :
1. Beban mati, beban yang sudah tidak bisa dipindah-pindah, seperti dinding, penutup lantai, dll.
2. Beban sementara, beban yang masih bisa dipindah-pindahkan, ataupun beban yang dapat berjalan seperti beban orang, mobil (kendaraan), kereta dll.
3. Beban terbagi rata, beban yang secara merata membebani struktur. Beban dapat dibedakan menjadi beban segi empat dan beban segitiga.
4. Beban titik terpusat, beban yang membebani pada suatu titik.
5. Beban berjalan, beban yang bisa berjalan atau dipindah-pindahkan baik itu beban mrata, titik, atau kombinasi antar keduanya.
B. Gaya Dalam
Akibat gaya luar yang bekerja, maka bahan memberikan perlawanan sehingga timbul gaya dalam yang menyebabkan terjadinya deformasi atau perubahan bentuk. Agar suatu struktur tidak hancur atau runtuh maka besarnya gaya akan bergantung pada struktur gaya luar, yaitu:
C. Gaya Normal (Normal Force).
Gaya normal merupakan gaya dalam yang terjadi akibat adanya beban yang arah garis kerjanya searah (// ) sumbu batang yang ditinjau
A B
+ RH -
RH
Gambar 2.13 Sketsa normal force
Sumber: Popov, 1991
Agar batang tetap utuh, maka gaya dalam sama dengan gaya luar. Pada gambar diatas nampak bahwa tanda (-) negatif yaitu batang tertekan, sedang bertanda (+) batang tertarik.
commit to user II-16 D. Momen
Momen adalah gaya yang bekerja dikalikan dengan panjang lengan yang terjadi akibat adanya beban yang terjadi pada struktur tersebut. Momen lentur merupakan jumlah aljabar dari semua komponen momen gaya luar yang bekerja pada segmen yang terisolasi, dinotasikan dengan M. Besar M dapat ditentukan dengan persamaan keseimbangan statis.
ΣM =0
ΣMo = M – R1X + P1 (x-a) + P2 (x-b) = 0 atau M = R1x – P1(x-a) – P2(x-b)
P
+
Gambar 2.14 Sketsa moment bending (+)
Sumber: popov, 1991
P
-
Gambar 2.15 Landasan sketsa moment bending (-)
Sumber: popov, 1991
Dalam sebuah perhitugan gaya dalam momen memiliki kesepakatan yang senantiasa dipenuhi yaitu pada arah tinjauan, diantaranya:
Ditinjau dari arah kanan
+ P
-
P
Gambar 2.16 Landasan Arah Kanan
Sumber: Popov, 1991
commit to user II-17 E. Gaya aksi reaksi
Gaya aksi dan reaksi adalah gaya kontak yang terjadi ketika kedua benda bersentuhan. Jika benda A mengerjakan gaya pada benda B (gaya aksi FAB), maka benda B akan mengerjakan gaya pada benda A (gaya reaksi, FBA) Ini disebut Hukum III Newton. Pernyatan matematisnya, yaitu:
F = - F1 atau FAB = - FBA……….…2.5 Dari uraian di atas dapat disimpulkan syarat-syarat gaya aksi reaksi yaitu:
Arahnya berlawanan.Besarnya sama karena system diam.Bekerja pada benda yang berbeda. Hal penting lainnya yang perlu Anda perhatikan dari pasangan gaya aksi-reaksi ialah titik tangkap Gaya FAB dan FBA. Gaya aksi-reaksi termasuk gaya kontak. Berbagai percobaan menunjukkan bahwa ketika dua benda bersentuhan, dua buah gaya yang mereka berikan satu sama lain selalu memiliki besar yang sama dan arahnya berlawanan. Tetapi Hukum III Newton juga menjelaskan gaya-gaya yang titik tangkapnya berbeda. Gaya-gaya demikian disebut gaya jarak jauh. Contohnya ialah gaya berat benda (w) dan gaya gravitasi bumi (Fg) yang diperlihatkan pada gambar 2.14 berikut:
Gambar 2.18 Gaya aksi-reaksi pada gaya-gaya jarak jauh
Sumber: Wang, Chu-Kia. 1996
Sebuah bola besi diletakkan di atas meja. Gaya kontak yang terjadi antara bola besi dan meja adalah gaya normal N sebagai gaya reaksi, dan N1 adalah gaya aksi. Karena bola besi memberikan gaya tekan pada meja.
Jadi :
N1 = - N…..……….2.6
commit to user II-18
Tetapi bola besi memiliki berat w yang ditimbulkan oleh gravitasi bumi.
Ini berarti bumi mengerjakan gaya aksi pada bola besi yaitu gaya w, maka bola besi juga mengerjakan gaya pada bumi yaitu w1. Jadi w gaya aksi dan w1 gaya reaksi.
Ditulis:
w = - w1 ………..…………..2.7
Perhatikan bahwa titik tangkap gaya w pada bola besi dan titik tangkap gaya w1 pada bumi. w dan w1 merupakan pasangan gaya aksi-reaksi dari gaya jarak jauh.
F. Gaya pengerindaan,
Gaya pengerindaan merupakan gaya yang dihasilkan pada saat dilakukan pengasahan. Pada proses gerinda pahat atau batu gerinda dipasang pada spindle atau poros utama yang berputar pada kecepatan tertentu.
Kecepatan periphetal pada tepi batu gerinda dapat dihitung dengan rumus:
………..2.8 dengan,
Vs = kecepatan bidang potong aktif batu gerinda (mm/s) ds = diameter batu gerinda (mm)
ns = putaran batu gerinda (rpm)
kecepatan tangesial pada proses gerinda dapat dihitung dengan rumus:
……….………2.9 dengan,
Vft = kecepatan tangensial (mm/s) dw = diameter mula benda kerja (mm) nw = putaran motor (rpm)
commit to user II-19
Pemakanan melintang (transverse grinding) dihitung dengan rumus:
Z = a fa U Vfn ……….….2.10 dengan,
Z = kecepatan penghasilan geram Fa = gerak makan aksial
U = derajat overlap
Gaya tangensial dihitung dengan rumus:
……….………2.11 dengan,
Ft = gaya tangensial (N)
Z = kecepatan penghasilan geram
Esp = kebutuhan spesifik energi pengerindaan (Ws/mm3) tabel tool steel Vs = kecepatan bidang potong aktif batu gerinda (mm/s)
Gaya normal dihitung dengan rumus:
Fn = 1,3. Ft ……….……….2.12 dengan,
Fn = gaya normal (N) Ft = gaya tangensial (N) Gaya Total dihitung dengan rumus:
FT = ……….………...2.13
dengan,
FT = gaya total (N) Fn = gaya normal (N) Ft = gaya tangensial(N)
commit to user II-20 2.3.3 Faktor Keamanan (Factor Of Safety)
Perhitungan tegangan desain, yang dinotasikan σd. Pada situasi statis dan ketika bahan ulet yang digunakan, σd dihitung sebagai tingkat tegangan σc (atas dasar perkiraan beban maksimum) dikalikan dengan desain faktor, N yaitu:
σd = N’ σc ………..2.8
dimana N’ lebih besar dari kesatuan. Dengan demikian, material yang akan digunakan untuk aplikasi tertentu dipilih sehingga memiliki kekuatan luluh setidaknya setinggi nilai ini dari σd
Tegangan yang aman atau stres kerja (factor of safety), σw yang digunakan sebagai pengganti stres desain. Tegangan aman didasarkan pada kekuatan yield material dan didefinisikan sebagai factor of safety,
σw = ………2.9 Tegangan desain, (Persamaan 2.8) didasarkan pada maksimal stres bukan kekuatan yield materialnya, biasanya ada ketidakpastian yang lebih besar dalam memperkirakan tingkat stres daripada di spesifikasi kuat luluh. Faktor-faktor yang mempengaruhi kekuatan dalam menghasilkan paduan logam dan tidak dalam penentuan tegangan yang diterapkan, menekankan kerja dan factor of safety. Pilihan nilai yang sesuai dari N diperlukan. Jika N terlalu besar, maka akan menghasilkan komponen overdesign, yaitu terlalu banyak bahan atau paduan memiliki kekuatan yang lebih tinggi dari yang diperlukan. Nilai normal berkisar antara 1.2 dan 4.0. Pemilihan N akan tergantung pada sejumlah faktor, termasuk ekonomi, pengalaman sebelumnya, akurasi kekuatan mekanik dan sifat material yang dapat ditentukan dan yang paling penting, konsekuensi dari kegagalan dalam hal hilangnya properti.
2.3.4 Deformasi Plastis dan Delastis
Sebuah material akan tahan terhadap energi tarik atau tekan jika energi tersebut tidak melebihi energi karakteristik material tersebut.
1. Elastic deformation, deformasi material tapi masih dapat kembali bentuk semula, struktur mikro masih bisa kembali ke bentuk semula.
2. Plastic deformation , struktur mikro sudah tidak dapat kembali ke bentuk asal sehingga materialnya sendiri tidak dapat kembali ke bentuknya semula.
commit to user II-21
Deformasi elastis adalah deformasi atau perubahan bentuk material yang apabila gaya penyebab deformasi itu dihilangkan maka deformasi kembali ke bentuk semula. Contoh pada uji tarik suatu material, akibat gaya yang diberikan kepada specimen maka material terdeformasi, terjadilah berubah bentuk. Apabila uji tarik maka specimen material bertambah panjang yaitu terdapat ∆L. Apabila gaya tarik dihilangkan maka material kembali ke bentuk semula, ke ukuran semula, maka ∆L hilang. Sedangkan pada deformasi plastik maka ketika gaya dihilangkan material tidak kembali ke ukuran, tidak kembali ke bentuk semula, berarti ∆L tidak hilang.
Gambar 2.19 Grafik tegangan-regangan
Sumber: Wang, Chu-Kia. 1996
Seperti diperlihatkan dalam grafik tegangan-regangan terdapat batas luluh (yield strength), untuk deformasi elastis tersebut berada di bawah batas luluh sedangkan untuk deformasi plastis berada/melewati batas luluh suatu material, dimana untuk setiap material mempunyai karakteristik yang berbeda-beda.
2.4 COSMOS Xpress
COSMOS Xpress merupakan satu modul di dalam Solid Works yang berguna untuk menganalisa tegangan (stress analysis) dari design yang dibuat. COSMOS Xpress sendiri buatan dari Structural Research and Analysis Corp. Di software lain biasa di kenal Finite Element Method (FEM) atau Finite Element Analysis (FEA). Finite element method pada awalnya merupakan kebutuhan untuk
commit to user II-22
memecahkan permasalahan elastisitas yang kompleks dan masalah analisis struktural di dalam sipil dan aeronautical engineering.
Finite element method (metode elemen hingga) atau FEM adalah salah satu metode numerik yang paling banyak dipakai di dunia engineering (sipil, mesin, penerbangan, mikroelektronik, bioengineering, material). Metode ini berusaha memecahkan partial differential equations dan persamaan integrasi lainnya yang dihasilkan dari hasil diskritisasi benda kontinu, metode ini dikenal memecahkan struktur-struktur yang kompleks dalam analisis mekanika benda padat (solid mechanics) dan perpindahan panas (heat transfer).
Rekayasa FEM jauh lebih unggul dibanding metode-metode lain. Banyak aplikasi atau software yang bisa digunakan. Diaplikasikan untuk semua permasalahan fisik dalam mekanika struktur. sifat material pada elemen batas tidak harus sama. Bisa digunakan untuk material komposit/paduan, bentuk yang tidak beraturan bisa dihitung dengan menggunakan garis lurus atau dengan menggunakan batas kurva, ukuran elemen bisa bervariasi, kondisi batas seperti beban luas diskontinuitas ditunjukan dengan mudah untuk metode ini, sifat material bisa digabungkan menjadi satu program computer untuk bidang subjek tertentu, otomatis generasi grid mesh atau teknik untuk membantu dalam membangun model. Aplikasi yang melibatkan komputasi kinerja tinggi dan paralel algoritmapengujian kecelakaan, ledakan, pembakaran, cairan-struktur interaksi, masalah CFD besar, plasma fusion, penelitian biomedis, dan konstruktif operasi.
Penentuan tegangan dengan metode elemen hingga didasarkan pada perhitungan regangan pada komponen yang diperoleh dari hasil penggabungan dari regangan tiap elemen. Untuk Penyeleesaikan distribusi regangan dalam komponen digunakan perumusan dan model matematik distribusi regangan dengan menggunakan prinsip energi potensial minimum pada elemen.
Penyelesaian matematis dengan memasukkan harga energi dalam dan besarnya kerja oleh gaya luar akan diperoleh persamaan dalam matrik untuk satu elemen dan bentuk matrik total yang merupakan penggabungan (assemblage) matrik elemen. Tegangan sisa yang timbul akibat pengelasan dihitung berdasarkan
commit to user II-23
distribusi regangan yang timbul akibat distribusi suhu yang tidak merata karena perbedaan angka muai bahan.
Selanjutnya untuk penyelesaian dilakukan dengan menghitung distribusi suhu sebagai beban yang menimbulkan regangan dan tegangan akibat beda suhu dengan temperatur dasar dan perbedaan angka muai material.
commit to user
III-1 BAB III
METODOLOGI PENELITIAN
Pada bab ini akan diuraikan secara sistematis mengenai kerangka berpikir dan metodologi yang digunakan dalam penelitian. Langkah–langkah yang dilakukan dalam penelitian ini akan dijelaskan pada gambar 3.1.
Gambar 3.1 Metodelogi penelitian Perumusan Masalah
Tujuan Penelitian
Manfaat Penelitian
Deskripsi Permasalahan:
1. Uraian Permasalahan
2. Kebutuhan Perencanaan Klem Fleksibel 3. KebutuhanFungsional Perancangan
Klem Fleksibel
Konsep Rancangan
Spesifikasi Rancangan
A Verifikasi Rancangan:
1. Simulasi kekuatan, factor of safety dan regangan
2. Perbaikan rancangan (dimensi dan material)
Rancangan verified
commit to user
III-2
Gambar 3.1 Lanjutan metodelogi penelitian
Langkah-langkah penyelesaian masalah pada gambar 3.1, diuraikan dalam sub bab di bawah ini.
3.1 TAHAP IDENTIFIKASI MASALAH
Tahapan awal dalam penyusunan tugas akhir ini adalah melakukan identifikasi terhadap kendala proses pengasahan pahat HSS dan twist drill di Laboratorium Perencanaan dan Perancangan Produk (P3) Teknik Industri UNS.
Tahapan ini terdiri dari perumusan masalah dari masalah yang diangkat dalam penelitian, tujuan dan manfaat penelitian, sebagai berikut:
1. Perumusan Masalah.
Perumusan masalah dilakukan dengan menetapkan sasaran yang dibahas untuk mencari pemecahannya. Adapun permasalahan penelitian ini, belum terdapatnya alat bantu berupa fixture pada pengasahan pahat HSS dan twist drill pada Laboratorium Perancangan dan Perencanaan Produk Teknik Industri UNS.
Dengan pemanfaatan alat yang sudah tersedia di Lab. P3 berupa gerinda ”aldo professional tools” dan konsep fixture maka dilakukan penelitian perancangan alat bantu pengasahan HSS dan twist drill.
2. Tujuan Penelitian.
Tujuan penelitian adalah merancang fleksibel klem sebagai alat bantu pengasahan yang mampu membentuk geometri bidang pada pahat HSS dan
A
Analisis dan Intrepetasi Hasil
Kesimpulan dan Saran Estimasi Biaya
Perancangan
commit to user
III-3
bidang utama pada pahat twist drill pada Laboratorium P3 Teknik Industri UNS yang digunakan sebagai perlengkapan praktikum.
3. Manfaat Penelitian.
Manfaat penelitian ini adalah menyediakan rancangan fleksibel klem pada jig dan fixture pengasahan pahat sehingga membantu proses pengasahan pahat HSS dan twist drill dengan menggunakan prinsip geometri yang benar dan mengurangi masalah yang ditimbulkan akibat kesalahan geometri dalam proses pemesinan HSS dan twist drill serta, Meningkatkan efisiensi dalam penggunaan pahat serta umur pahat lebih panjang.
3.2 PENGUMPULAN DAN PENGOLAHAN DATA
Pada tahap ini dilakukan pengumpulan dan pengolahan data yang digunakan dalam perancangan fixture pengasahan pahat HSS dan twist dril yang terbagi dalam tiga subbab.
3.2.1 Deskripsi Permasalahan
Deskripsi permasalahan menjabarkan masalah umum dari perencanaan dan perancangan produk, dimulai uraian permasalahan dilanjutkan dengan kebutuhan fungsional rancangan.
1. Uraian permasalahan.
Uraian permasalahan dimulai dengan pengumpulan data lapangan, geometri pahat twist drill, kebutuhan perancangan klem fleksibel dan kebutuhan fungsional perancangan klem fleksibel. Pengumpulan data lapangan diperoleh dari Laboratorium Perencanaan dan Perancangan Produk (P3). Data yang dikumpulkan merupakan data terkait penelitian fixture. Yaitu, alat dan mesin pendukung yang sudah tersedia di lab, seperti mesin gerinda Aldo Professional Tools, 6” bench grinder, model no: RBG150AL, voltage: 220 volt, Cycles: 50 Hz, Power: ½ HP, Wheel: 150 mm, phase:1. Batu gerinda yang digunakan bermerk hochleitungs krebs schleifcheibe dengan diameter 160 mm Ukuran dan macam-macam pahat bubut dan drill yang digunakan di Laboratorium P3. Kebutuhan perancangan klem fleksibel dan kebutuhan fungsional perancangan klem fleksibel merupakan penjabaran tentang kebutuhan rancangan.
commit to user
III-4 2. Kebutuhan fungsional rancangan.
Identifikasi kebutuhan fungsional rancangan berawal dari keluhan user terhadap pengasahan pahat manual serta kebutuhan user terhadap alat bantu fixture pengasahan pahat. Pada bagian ini akan terurai permasalahan, berupa keluhan dan kebutuhan user serta penetapan kriteria-kriteria dasar perancangan alat terkait (didapat dari penelitian sebelumnya) yang akan mengerucut pada garis besar rancangan berupa klem fleksibel yang dapat digunakan untuk pengasahan pahat HSS dan twist drill. Output yang akan dikeluarkan pada tahap ini adalah penjabaran ini berisi penjabaran kebutuhan perancangan.
3.2.2 Konsep Rancangan
Tahap konsep rancangan merupakan penggabungan studi literatur berkaitan dengan penelitian yang sedang dikaji dengan kebutuhan fungsional rancangan yang telah diurai pada subbab sebelumnya. Konsep literatur terkait penelitian berupa kajian mengenai sudut-sudut pembentuk pahat, gerakan pengasahan pahat, kriteria-kriteria pencekam, cara kerja pencekam. Studi literatur objek penelitian yang dikaji diharapkan menjawab kebutuhan fungsional rancangan berupa sebuah perancangan jig dan fixture alat bantu asah pahat di Laboratorium Perencanaan dan Perancangan Produk UNS.
Tahap konsep rancangan dijabarkan perancangan fixture berupa desain setiap bagian jig, fungsi setiap bagian, bagian-bagian pendukung lainnya, serta cara kerja pencekam pada alat bantu pengasahan. Tahap ini diharapkan dapat mengatasi kesulitan user dalam pengasahan sebelumnya dan menjawab semua kebutuhan user terhadap alat bantu pengasahan pahat.
3.2.3 Spesifikasi Rancangan
Spesifikasi rancangan merupakan tahap penguraian detail rancangan alat bantu fixture pengasahan. Yang berisi tentang penentuan awal dimensi dan material, gaya penggerindaan, dan kesetimbangan gaya pada setiap bagian produk.
1. Gaya penggerindaan.
Gaya penggerindaan merupakan gaya yang dihasilkan pada saat dilakukan pengasahan. Pada proses gerinda pahat atau batu gerinda dipasang pada spindle atau poros utama yang berputar pada kecepatan tertentu.
commit to user
III-5 2. Kesetimbangan gaya disetiap bagian produk.
Pada tahap ini dilakukan perhitungan material teknik pada setiap bagian produk. Perhitungan berupa perhitungan gaya dan momen yang bekerja pada setiap bagian. Dimulai dari penentuan arah datangnya gaya, penentuan titik tumpu, dan perhitungan gaya. Perhitungan gaya dimulai dari datangnya gaya gerinda berupa gaya normal dan gaya tangensial pada bagian ujung pahat yang diasah. Kemudian gaya-gaya tersebut diteruskan pada bagian-bagian jig lainnya secara beruntut. Gaya lain yang mempengaruhi adalah gaya baut yang mencekan chuck. Perhitungan gaya pada setiap bagian menjadi input dalam verifikasi atau uji kevalidan material yang akan dilakukan menggunakan cosmosexpessTM pada sofware solidwork.
3.2.4 Verifikasi Rancangan
Verifikasi rancangan merupakan tahap pengujian gaya terhadap produk rancangan alat bantu jig dan fixture pengasahan dengan menggunakan software SolidWork 2009. Validasi terhadap kekuatan material, safety factor dan regangan.
Input data yang terdiri dari: nama material, modulus of elstisity, poisson’s ratio, yield strenght, tensile strenght, termal expansion, termal conductivity, spesific heat. Sedangkan output yang dihasilkan adalah material, factor of safety dan regangan.
Pada simulasi uji kekuatan, solidwork akan menampilkan berbagai warna, sebagai contoh apabila dari simulasi terlihat warna merah berarti bagian tersebut mengalami titik kritis yang paling maksimum, sedangkan apabila warna yang ditunjukkan hijau berarti masih dalam tahap aman. FOS dapat diketahui pada simulasi apabila angka yang ditunjukkan 10 berarti benda tersebut aman karena batas minimum dari FOS adalah 4. Regangan menunjukkan seberapa besar perubahan kekuatan tahan material atau mengalami perpanjangan pada saat dibebani gaya. Hasil validasi tidak memenuhi batas kekuatan minimum atau jauh lebih besar maka diperlukan perbaikan rancangan berupa perbaikan dimensi atau material hingga mendekati batas kekuatan material.
commit to user
III-6 3.2.5 Estimasi Biaya Rancangan
Estimasi biaya dilakukan dalam memperkirakan besarnya biaya yang dikeluarkan untuk perancangan alat bantu pengasahan pahat HSS dan twist drill.
Biaya yang dihitung meliputi biaya material, dan biaya non material.
3.3 TAHAP ANALISIS DAN INTERPRETASI HASIL
Analisis hasil dan intepretasi hasil, dilakukan untuk perbandingan hasil pengasahan manual dengan menggunakan fixture, kemudian diinterpretasikan hasil untuk meningkatkan hasil maksimal pengasahan pahat dengan alat bantu fixture. Analisis hasil dan intepretasi hasil, sebagai berikut:
1. Analisis hasil.
Analisis terhadap perancangan alat bantu pengasahan pahat HSS dan twist drill. Analisis meliputi analisis pembentukan sudut bebas pada pengasahan pahat drill, analisis posisi klem fleksibel, analisis titik kritis, analisis efisiensi waktu pengasahan dan analisis estimasi biaya
2. Intepretasi hasil.
Hasil yang diperoleh dari analisis hasil diinterpretasikan untuk meningkatkan hasil maksimal pengasahan pahat dengan alat bantu fixture, dengan mendapatkan hasil pengasahan pahat HSS dan twist drill dengan geometri yang benar dan waktu pengasahan yang lebih kecil.
3.4 TAHAP KESIMPULAN DAN SARAN
Pada tahap ini membahas kesimpulan dari hasil pengolahan data dengan memperhatikan tujuan yang dicapai dari penelitian dan kemudian memberikan saran perbaikan yang dilakukan untuk penelitian selanjutnya.
commit to user IV-1 BAB IV
PENGUMPULAN DAN PENGOLAHAN DATA
Pada bab ini diuraikan proses pengumpulan dan pengolahan data perancangan klem fleksibel. Akan dibagi menjadi tiga subbab, yaitu: deskripsi permasalahan, konsep rancangan dan spesifikasi rancangan. Deskripsi masalah berisi pengumpulan data lapangan, konsep rancangan berisi cara kerja bagian-bagian dari klem fleksibel, spesifikasi rancangan berisi tentang detail rancangan berupa demensi, material, perhitungan gaya, pengujian material dengan menggunakan SolidWorkTM , dan perbaikan desain.
4.1 Deskripsi Permasalahan
Deskripsi permasalahan merupakan penjabaran masalah umum dari perancangan produk, yang dimulai dari uraian permasalahan dilanjutkan dengan kebutuhan fungsional rancangan.
4.1.1 Uraian Permasalahan
Penelitian dilakukan di Laboratorium Perencanaan dan Perancangan Produk Jurusan Teknik Industri UNS. Pengasahan pahat masih dilakukan secara manual.
dengan cara operator memegang pahat lalu diarahkan secara langsung ke mesin gerindanya, sehingga hasil dari pengasahan yang dilakukan tidak optimum/akurat.
Penelitian ini fokus pada pengasahan pahat HSS (High Speed Steel) dan pahat twist drill. Sudut optimum pahat HSS menurut Setyawan, 2011 adalah kombinasi sudut kappa 90°, sudut gamma 18°, dan standar sudut yang lain sudut bebas orthogonal (αo) 12°, sudut potong bantu (κ’r) 60° dan untuk pahat twist drill mempunyai sudut bebas orthogonal (αo) 10°. Menurut hasil pengamatan yang dilakukan, dari 6 pahat HSS yang tersedia di P3, 5 pahat diantaranya tidak memenuhi geometri pahat optimum setelah dilakukan pengasahan manual dan untuk pahat twist drill tersedia 20 pahat, 17 diantaranya tidak memenuhi geometri optimum pahat twist drill.
commit to user IV-2
Dengan memanfatkan mesin gerinda yang sudah ada di Laboratorium P3, dilakukan penelitian perancangan alat bantu pengasahan pahat HSS dan twist drill dengan menyesuaikan kondisi lapangan Laboratorium P3. Untuk mendukung perancangan alat bantu pengasahan pahat, dilakukan pengumpulan data lapangan diperoleh dari Laboratorium Perencanaan dan Perancangan Produk (P3). Data-data tersebut antara lain:
1. Data mesin Gerinda
Merk = Aldo Professional Tools
Type = RBG150 AL
Voltage = 220V
Cycle = 50 Hz
Putaran Motor = 3000 rpm Data Batu Gerinda
Merk = hochleitungs krebs schleifscheibe Diameter Luar do = 160 mm
Gambar 4.1 Gerinda duduk aldo professional tools
Sumber: Laboratorium perencanaan dan perancangan produk
2. Pahat HSS
Dimensi = penampang bujur sangkar sisi 7 mm, 12 mm, dan 20 mm dengan panjang 150 mm.
Gambar 4.2 Pahat HSS utuh
Sumber: Laboratorium perencanaan dan perancangan produk
commit to user IV-3 3. Pahat twist drill
Dimensi = diameter 1 mm-13 mm
Gambar 4.3 Pahat twist drill Ø 1 mm-13 mm
Sumber: Laboratorium perencanaan dan perancangan produk
4. Identifikasi pengasahan pahat manual.
Jika pahat diasah dengan menggunakan tangan (secara cara manual), maka dibutuhkan banyak latihan, pengetahuan, dan konsentrasi. Pada pengasahan secara manual, pahat harus didinginkan secara intensif dengan cara mencelupkan pahat ke cairan pendingin. Jika dalam keadaan terpaksa/darurat dilakukan pengasahan kering, maka pahat tidak boleh dipanasi melebihi daya tahan panas tangan, karena ini dapat mengakibatkan hangus dan bahaya berupa retak pengasahan.
Gambar 4.4Pengasahan manual pahat HSS
Sumber: Laboratorium perencanaan dan perancangan produk
commit to user IV-4
Gambar 4.5 Pengasahan manual pahat twist drill
Sumber: Laboratorium perencanaan dan perancangan produk
5. Geometri Pahat twist drill
Geometri potong pada pahat twist drill adalah sudut bebas (α). Merupakan sudut antara bidang utama Aα dengan bidang potong Ps yang diukur pada bidang orthogonal.
Gambar 4.6 Bagian pahat twist drill
Sumber: Rochim, 1993
Sudut bebas (α), diukur pada bidang OO, sejajar dengan pahat. Besarnya sudut ini adalah 70-120. Sudut inilah mempengaruhi proses dan hasil pengendrillan.
Gambar 4.7 Sudut-sudut pembentuk pahat twist drill pada bidang orthogonal
Sumber: Rochim, 1993
commit to user IV-5 4.1.2 Kebutuhan Perancangan Klem Fleksibel
Tahap kebutuhan fungsional rancangan dimulai dengan identifikasi fungsi dasar klem fleksibel sebagai alat pencekam benda pada jig. dan kebutuhan fungsional gerakan drill klem sebagai pembentuk sudut utama twist dril .
Ide perancangan alat bantu asah pahat HSS dan drill terinspirasi dari alat bantu yang sudah ada dipasaran, namun jika ingin mempunyai 2 alat bantu HSS dan drill maka kita harus membeli produk tersebut secara terpisah, karena belum ada alat bantu pengasahan yang dapat melakukan kedua fungsi bersamaan dalam satu alat bantu.
Selain itu harga persatuan alat bantu sangat mahal. Dengan memperlajari alat bantu yang sudah ada, sudut pembentuk bidang utama pahat dan memanfaatkan alat yang sudah ada di lab p3, maka dilakukan perancangan alat bantu pengasahan pahat HSS dan drill dalam satu alat bantu.
Berdasarkan kebutuhan fungsional perancangan yang dijabarkan dalam fishbone diagram dibawah ini.
Gambar 4.8 Fishbone diagram kebutuhan rancangan
Penjelasan fishbone diagram dapat dilihat bahwa faktor-faktor yang menyusun dalam perancangan alat uji geser yang diuraikan, sebagai berikut:
1. Faktor geometri, dengan memperhatikan fungsi utama alat bantu pengasahan pahat, maka fokus utama terletak pada keakuratan geometri pahat. Dimana klem
Klem Fleksibel
Dimensi
Tidak merusak benda kerja Pencekam pahat HSS dan Twist Drill
Memenuhi sudut yang dibutuhkan
Memenuhi ukuran pahat yang tersedia
membentuk sudut bebas pada pahat drill 100
Dapat dipasang di locating
mudah
Kuat Akurat
Geometri Set up
Mekanisme Pencekaman
cepat
commit to user IV-6
2. fleksibel dapat memenuhi membentukan geometri kebutuhan pahat HSS dan pahat twist drill.
3. Faktor setup, klem fleksibbel dapat menyederhanakan desain agar waktu setup lebih mudah dan cepat.
4. Dimensi, ukuran desain disesuaikan dengan kondisi ukuran pahat yang digunakan di Lab P3 dan juga dapat dipasang pada locating pengasahan pahat.
5. Sistem pencekaman, klem fleksibel dapat mencekam pahat HSS dan pahat twist drill dengan posisi yang benar., kuat dalam pencekaman serta tidak merusak benda kerja.
4.1.3 Kebutuhan Fungsional Perancangan Klem Fleksibel
Kebutuhan fungsional perancangan klem fleksibel dirangkum dalam tabel 4.1 kebutuhan fungsional perancangan klem fleksibel
Tabel 4.1 Fungsional Perancangan Klem Fleksibel No Penjabaran Kebutuhan Fitur Rancangan 1 Klem dapat mencekam pahat HSS
dan pahat drill dan klem yang mudah digunakan.
Klem utama dengan design simple
2 Klem kuat dan tidak bergetar dan bergerak pada saat pengasahan,
Baut 3 buah sebagai pencekam pahat pada klem dan mengunakan material baja .
3 Klem tidak merusak benda kerja. Demensi disesuaikan dengan benda kerja, yaitu penambahan spacer pada klem.
4 Waktu pemasangan benda kerja harus minimum.
Design yang sederhana namun kuat, memudahkan setup
5 Benda kerja dapat dicekam dengan baik dan tidak mempunyai celah yang terlalu besar dalam klem
Memberi spacer pada klem yang dapat digunakan pada tiga dimensi pahat HSS, yaitu 0.7 mm, 1.2 mm dan 20 mm
commit to user IV-7 6 Semua operasi penguncian dapat
dilakukan dengan mudah menggunakan tangan
Memakai baut tipe wing screw
7 Drill klem mudah dipasang pada klem utama.
Klem drill mempunyai desain luar yang menyesuaikan bentuk klem utama.
8 Mampu membuat bidang utama dan sudut bebas (α) sebesar 10o .
Drill klem dilengkapi locator yang mampu membuat gerakan pembentuk sudut bebas (α) sebesar 10o di dalam locator terdapat pegas yang mampu mendorong gerakan mundur setelah diputar 180o hal ini menyebabkan sisi utama sama panjang.
4.2 KONSEP PERANCANGAN
Tahap konsep perancangan dimulai dengan menentukan konsep dengan melakukan studi literatur berkaitan dengan obyek penelitian yang sedang dikaji serta memasukkan kebutuhan fungsional klem.
4.2.1 Klem Fleksibel
Gambar 4.9 merupakan gambar konsep klem fleksibel, terdiri dari 3 bagian:
klem fleksibel, spacer dan baut.
Gambar 4.9 Konsep klem fleksibel baut
Klem fleksibel spacer
commit to user IV-8
Klem utama mempunyai fungsi utama sebagai pencekam benda kerja, dan juga pencekam klem drill, sehingga didesain sederhana namun kuat dalam menahan beban keduanya, tidak merusak benda kerja serta menahan getaran gaya penggerindaan.
1. Klem utama,
Desain klem utama mengadopsi prinsip toolpost mesin HSS. Dalam perancangan fixture fungsi klem harus dibuat kuat, peredam getaran yang ditimbulkan dari proses pengerindaan. Klem didesain sederhana dan mampu mencekam pahat HSS dengan baik, kuat dan tidak merusak benda kerja, material benda kerja dari HSS klem adalah HSS. Klem juga didesain mampu menekam chuck drill pada saat pengasahan pahat drill.
Gambar 4.10 Klem utama
Pemasangan benda kerja dengan waktu setup minimum dengan desain yang sederhana. Benda kerja dimasukan dalam klem dan dikencangkan oleh 3 baut pencekam.
2. Spacer,
Spacer merupakan bantalan yang didesain menyesuaikan ukuran pahat HSS terhadap klem utama. Pencekaman pahat HSS harus kuat, mampu meredam getaran gaya gerinda, spacer membantu memposisikan pahat HSS pada klem agar ruang kosong tidak terlalu besar.
Gambar 4.11 Spacer
