TUGAS AKHIR
PERANCANGAN MESIN FRICTION WELDING DENGAN SISTEM HIDROLIK KAPASITAS GAYA 2 TON MENGGUNAKAN MESIN BUBUT
Diajukan Guna Memenuhi Persyaratan untuk Memperoleh Gelar Sarjana Strata-1 Pada Fakultas Teknik Jurusan Teknik Mesin
Universitas Muhammadiyah Yogyakarta
Disusun Oleh : Bagus Farkhan Almadani
2011 013 0019
JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH YOGYAKARTA
2015
ii
LEMBAR PENGESAHAN TUGAS AKHIR
PERANCANGAN MESIN FRICTION WELDING DENGAN SISTEM HIDROLIK KAPASITAS GAYA 2 TON MENGGUNAKAN MESIN BUBUT
Disusun Oleh:
Bagus Farkhan Almadani 2011 013 0019
Telah Dipertahankan Di Depan Tim Penguji Pada Tanggal, 22 Desember 2015
Susunan Tim Penguji :
Dosen Pembimbing I Dosen Pembimbing II
Wahyudi S.T.,M.T. Totok Suwanda S.T.,M.T.
NIK. 197008231 199702 123 032 NIK. 19690304 199603 123 024
Penguji
Bambang Riyanta S.T.,M.T.
NIK. 19710124 199603 123 025
Tugas Akhir Ini Telah Dinyatakan Sah Sebagai Salah Satu Persyaratan Untuk Memperoleh Gelar Sarjana Teknik
Tanggal : Mengesahkan
Ketua Program Studi Teknik Mesin
Novi Caroko S.T., M.Eng NIP. 19791113 200501 1 001
iii
PERNYATAAN
Saya yang bertanda tangan di bawah ini:
Nama : Bagus Farkhan Almadani NIM : 20110130019
Menyatakan dengan sesungguhnya bahwa Tugas Akhir yang berjudul:
PERANCANGAN MESIN FRICTION WELDING DENGAN SISTEM HIDROLIK KAPASITAS GAYA 2 TON MENGGUNAKAN MESIN BUBUT adalah benar-benar hasil karya sendiri, kecuali jika disebutkan sumbernya dan belum pernah diajukan pada instansi manapun, serta bukan karya jiplakan.
Saya bertanggung jawab atas keabsahan dan kebenaran isinya sesuai dengan sikap ilmiah yang harus dijunjung tinggi.
Demikian pernyataan ini saya buat dengan sebenarnya, tanpa adanya tekanan dan paksaan dari pihak manapun serta bersedia mendapat sanksi akademik bila ternyata di kemudian hari pernyataan ini tidak benar.
Yogyakarta, 22 Desember 2015 Yang menyatakan,
(Bagus Farkhan Almadani) NIM. 20110130019
iv
PERSEMBAHAN
Segala puji bagi Allah subhanahu wa ta’ala yang telah memberikan nikmat, rahmat,dan hidayah-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini.
Tugas Akhir ini saya persembahkan kepada :
1. Ayahanda dan Ibunda yang setiap saat salalu mendo’akan, memberi semangat, serta memberikan materi yang takkan terbalaskan jasanya.
2. Kedua saudara yang selalu memberikan motivasi serta dukungan.
3. Seluruh keluarga yang selalu memberikan do’a dan motivasi.
4. Terimakasih pada teman seperjuangan angkatan 2011 yang senantiasa memberiku saran dan motivasi.
Ucapan terimakasih yang sebesar-besarnya saya sampaikan, semoga Allah membalas amal kebaikan kita semua, Amien.
v MOTTO
“ Sebuah ketidaktahuan merupakan ladang untuk belajar dan menemukan sebuah ilmu pengetahuan “
“ Sebaik-baiknya manusia merupakan individu yang lebih bermanfaat bagi orang lain ”
“ Saat anda memiliki ilmu maka gunakanlah ilmu tersebut untuk menciptakan sesuatu ”
“ Kebahagiaan adalah bersyukur dalam segala hal ”
vi
PERANCANGAN MESIN FRICTION WELDING DENGAN SISTEM HIDROLIK KAPASITAS GAYA 2 TON MENGGUNAKAN MESIN BUBUT
Bagus Farkhan Almadani
INTISARI
Salah satu teknologi dalam bidang pengelasan adalah pengelasan gesek atau Friction Welding, dimana metode tersebut digunakan untuk proses penggabungkan dua jenis material logam yang berbeda. Parameter yang digunakan adalah putaran, waktu, dan beban aksial yang diberikan. Sistem hidrolik merupakan komponen mekanik yang unggul pada aplikasi beban aksial pada pengelasan gesek,dengan adanya sistem ini diharapkan dapat meningkatkan kualitas hasil sambungan.
Perancangan mesin friction welding dibuat dengan memodifikasi mesin bubut menggunakan sistem hidrolik. Proses perancangan ini terlebih dahulu dengan mempelajari sistem kerja dari mesin, kemudian pembuatan diagram instalasi sistem hidrolik. Pada pemilihan komponen hidrolik digunakan pertimbangan menggunakan perhitungan sistem hidrolik diantaranya menghitung tekanan, menghitung aliran, menghitung volume displacement, menghitung waktu, menghitung kapasitas pompa serta menghitung kapasitas motor listrik.
Selanjutnya perancangan komponen tambahan berupa bantalan peluncur dan penguncinya, dudukan silinder hidrolik, penyangga (mounting), pin serta rem pita, yang kemudian dilakukan proses desain mesin.
Dari hasil perancangan sistem hidrolik pada mesin friction welding didapatkan gaya tekan yang bekerja pada sisi extend silinder hidrolik 5,19 Mpa, laju aliran 37,2 cm3/s, waktu 15 s dengan kapasitas pompa maksimal 100 bar serta kapasitas motor listrik digunakan ½ Hp dengan putran 1000 rpm. Pada perancangan silinder hidrolik didapatkan rasio area 1,4 : 1 dengan nilai diameter piston 70 mm, diameter batang piston 38 mm dan stroke 150 mm, hasil perhitungan Buckling resistance 1452225,5 N artinya silinder hidrolik aman digunakan. Pada rancangan komponen pendukung didapat bantalan peluncur dan penguncinya, dudukan silinder hidrolik, penyangga (mounting), pin serta rem pita dengan dimensi desain disesuaikan dengan kebutuhan dan dimensi mesin bubut.
Kata kunci : Friction welding, Sistem hidrolik, Mesin bubut.
vii
KATA PENGANTAR
Segala puji bagi Allah subhanahu wa ta’ala yang telah memberikan nikmat, rahmat,dan hidayah-Nya sehingga kami dapat menyelesaikan Tugas Akhir yang berjudul ”Perancangan peralatan pada mesin Friction Welding menggunakan sistem hidrolik kapasitas 2 ton”. Tugas akhir ini disusun guna memenuhi persyaratan akademis menyelesaikan Program Strata-1 pada Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Muhammadiyah Yogyakarta.
Shalawat dan salam selalu kita limpahkan kepada junjungan kita Nabi Muhammad shallallahu ‘alaihi wasallam, keluarga beliau, sahabat beliau serta orang-orang yang senantiasa mengikuti ajaran beliau dengan baik hingga akhir zaman.
Ucapan terimakasih disampaikan kepada pihak-pihak yang telah banyak membantu menyelesaikan laporan Tugas Akhir ini. Dengan terselesaikannya Tugas Akhir ini kami ucapkan terima kasih kepada.
1. Bapak Novi Caroko S.T.,M.Eng selaku Ketua Program Studi Teknik Mesin.
2. Bapak Wahyudi, S.T., M.T. Selaku dosen pembimbing 1 yang telah banyak meluangkan waktunya untuk memberi bimbingan dan petunjuk sampai Tugas Akhir ini selesai.
3. Bapak Totok Suwanda, S.T., M.T. Selaku dosen pembimbing 2 yang telah banyak meluangkan waktunya untuk memberi bimbingan dan petunjuk sampai Tugas Akhir ini selesai.
4. Bapak Bambang Riyanta, S.T., M.T. Selaku dosen penguji Tugas Akhir ini.
5. Ayahanda Miftah Sugeng Riyadhi dan ibunda Sayem Susanti yang senantiasa selalu mendo’akan dan memberikan dukungan baik moral maupun materi, serta seluruh keluarga.
6. Rekan-rekan selperjuangan Teknik Mesin 2011, “M” Solidarity Forever.
7. Seluruh staf dosen Jurusan Teknik Mesin UMY.
8. Seluruh mahasiswa teknik mesin, “M” Solidarity Forever .
viii
9. Seluruh pihak yang telah membantu kami, yang tak dapat kami sebutkan semua satu per satu. Karena keterbatasan dalam pengetahuan dan pengalaman, kami menyadari bahwa terdapat banyak kekurangan dalam Tugas Akhir kami ini. Maka kritik dan saran dari anda sangat kami harapkan untuk pengembangan selanjutnya. Besar harapan kami sekecil apapun informasi yang ada dibuku kami ini dapat bermanfaat bagi semua pihak.
Yogyakarta, 22 Desember 2015 Penulis,
ix DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL ………... i
LEMBAR PENGESAHAN ………. ii
HALAMAN PERNYATAAN ………. iii
HALAMAN PERSEMBAHAN ……….. iv
MOTTO……… v
INTISARI ……… vi
KATA PENGANTAR ………. vii
DAFTAR ISI ………... ix
DAFTAR GAMBAR ………... xiv
DAFTAR TABEL ……… xviii
DAFTAR LAMPIRAN ……… xix
DAFTAR NOTASI ……….. xx
BAB I PENDAHULUAN ……… 1
1.1. Latar belakang……… 1
1.2. Perumusan masalah ……….. 2
1.3. Batasan masalah ……… 2
1.4. Tujuan perancangan ………. 2
1.5. Manfaat perancangan ……… 2
BAB II TINJAUAN PUSTAKA DAN LANDASAN TEORI ……… 4
2.1. Kajian pustaka ………... 4
2.2. Dasar teori ………. 5
x
2.2.1. Pengertian pengelasan ……… 5
2.2.2. Pengertian pengelasan gesek ……….. 6
2.2.3. Rotary Friction Welding ………. 6
2.2.4. Aplikasi pengelasan gesek metode rotary ..……… 7
2.3. Pengertian sistem hidrolik ………. 7
2.3.1. Tekanan ..……… 8
2.3.2. Aliran ……….. 9
2.4. Komponen sistem hidrolik ……… 10
2.4.1. Cairan hidrolik ……… 10
2.4.1.1. Macam macam cairan hidrolik……… 10
2.4.1.2. Viskositas ……… 11
2.4.1.3. Karakteristik Cairan hidrolik ……….. 13
2.4.2. Pompa hidrolik ……… 14
2.4.2.1. Pompa roda gigi ………. 15
2.4.2.2. Pompa roda gigi tipe crescent………. 15
2.4.2.3. Pompa roda gigi tipe gerotor ……….. 16
2.4.2.4. Pompa balanced vane ………. 17
2.4.2.5. Pompa torak radial ……….. 18
2.4.2.6. Pompa axis piston ………... 19
2.4.2.7. Pompa sekrup ………. 20
2.4.2.8. Pemilihan pompa hidrolik ……… 21
2.4.3. Silinder hidrolik ……….. 21
2.4.3.1. Single acting cylinder ………. 22
2.4.3.2. Double acting cylinder……… 24
2.4.3.3. Hydraulic seal ……… 28
xi
2.4.3.4. Jenis hydraulic seal dan aplikasinya ………….. 29
2.4.4. Katup hidrolik ………. 30
2.4.4.1. Katup pengarah ……….. 31
2.4.4.2. Katup satu arah ………... 34
2.4.4.3. Katup pengatur tekanan ………. 34
2.4.4.4. Katup pengatur aliran……….. 34
2.4.5. Instalasi pompa hidrolik ………. 36
2.4.5.1. Tangki hidrolik ………... 36
2.4.5.2. Kopling ………... 38
2.4.5.3. Motor listrik ……… 39
2.4.6. Aksesoris hidrolik ………... 39
2.4.6.1. Selang fleksibel ………... 40
BAB III METODE PERANCANGAN ………... 43
3.1. Alat ……….. 43
3.2. Diagram alir perancangan ………. 43
3.3. Tinjauan mesin ………. 47
3.4. Perancangan sistem hidrolik ………. 47
3.5. Perancangan silinder hidrolik ……… 49
3.5.1. Desain silinder hidrolik ……….. 49
3.6. Perancangan komponenpendukung ……….. 50
3.6.1. Bantalan peluncur dan pengunci ……… 50
3.6.2. Dudukan silinder hidrolik .……….. 51
3.6.3. Pin ……… 51
3.6.4. Penyangga ……… 52
3.6.5. Rem .……… 52
xii
BAB IV HASIL PERANCANGAN DAN PEMBAHASAN ……….. 53
4.1. Perhitungan silinder hidrolik ……… 53
4.1.1. Diameter piston……… 53
4.1.2. Diameter batang piston ………... 54
4.1.3. Perhitungan nominal value ………. 55
4.1.4. Perhitungan buckling resistance ………. 56
4.1.5. Material silinder hidrolik ……… 57
4.1.6. seal silinder hidrolik ……… 57
4.1.7. Proses desain silinder hidrolik ……… 58
4.1.7.1. Silinder (Cylinder tube) ……….. 58
4.1.7.2. Kepala silinder ……… 60
4.1.7.3. Piston ..……… 61
4.1.7.4. Batang piston (Piston rod) ……… 62
4.1.7.5. Bushing piston rod ………. 63
4.1.7.6. Tutup silinder (End cup) ………. 64
4.1.7.7. Penyangga silinder hidrolik ……… 65
4.1.7.8. Dudukan fitting (Intake) ………. 67
4.2. Perhitungan sistem hidrolik pada mesin Friction Welding……. 68
4.2.1. Perhitungan tekanan ………... 68
4.2.2. Perhitungan volume displacement ……… 69
4.2.3. Waktu ………. 69
4.2.4. Laju aliran ……… 70
4.2.5. Perhitungan pompa ………. 71
4.2.6. Perhitungan kapasitas motor listrik ……… 72
4.3. Pemilihan komponen dan aksesoris sistem hidrolik …………. 73
xiii
4.3.1. Silinder hidrolik ……….. 73
4.3.2. Katup (Valve) ……….. 73
4.3.3. Pompa ………. 74
4.3.4. Oli hidrolik ………. 74
4.3.5. Check valve ………. 75
4.3.6. Pressure Control valve ………... 75
4.3.7. Selang Fleksibel ……….. 76
4.3.8. Fitting hidrolik ……… 77
4.3.9. Pressure gauge ………... 77
4.3.10. Tangki (Reservoir)………. 77
4.4. Perancangan komponen pendukung ……….. 78
4.4.1. Bantalan peluncur dan pengunci ………. 78
4.4.2. Dudukan silinder hidrolik ………... 81
4.4.3. Penyangga (Mounting) ……… 82
4.4.4. Pin ………... 83
4.4.5. Sistem rem ……….. 85
BAB V PENUTUP ………. 89
5.1. Kesimpulan ………... 89
5.2. Saran ………. 91
DAFTAR PUSTAKA ……….. 92
LAMPIRAN………... 94
xiv
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Proses rotary friction welding ……….. 6
Gambar 2.2 Contoh aplikasi pengelasan gesek metode rotary …………... 7
Gambar 2.3 Hidromekanik ………... 8
Gambar 2.4 Pompa Hidrolik ……… 14
Gambar 2.5 Pompa hidrolik jenis roda gigi ………. 15
Gambar 2.6 Pompa hidrolik jenis roda gigi cresent ……… 26
Gambar 2.7 Pompa hidrolik jenis roda gigi gerotor ……… 17
Gambar 2.8 Pompa hidrolik tipe vane ………. 17
Gambar 2.9 Bentuk Vane ………. 18
Gambar 2.10 Pompa hidrolik jenis Pompa Torak Radial ……… 18
Gambar 2.11 Pompa hidrolik jenis Axis Piston Pump ………. 19
Gambar 2.12 Cara kerja pompa jenis Axis Piston Pump ………. 19
Gambar 2.13 Pompa sekrup (Screw)……… 20
Gambar 2.14 Dua tipe silinder hidrolik dan bagian-bagiannya……… 22
Gambar 2.15 Single acting cylinder ram ………. 23
Gambar 2.16 Prinsip kerja Double acting cylinder ………. 24
Gambar 2.17 Diagram ukuran diameter piston, tekanan serta gaya ……... 26
Gambar 2.18 Buckling resistance diagram ……….. 27
Gambar 2.19 Metode pemasangan seal ……… 29
Gambar 2.20 Katup pengarah ……….. 31
Gambar 2.21 Switching Positions ……… 32
Gambar 2.22 Katup Satu Arah ……… 34
Gambar 2.23 Flow Control satu arah ……….. 35
Gambar 2.24 Flow control dua arah dan dapat disetel ……… 35
Gambar 2.25 Konstruksi Tangki Hidrolik……… 36
xv
Gambar 2.26 Proses penyaringan………. 38
Gambar 2.27 Struktur selang fleksibel ………. 39
Gambar 2.28 Metode pemasangan selang fleksibel ………. 42
Gambar 3.1 Diagram alir perancangan Friction welding dengan sistem hidrolik ……….. 44
Gambar 3.2 Diagram alir perancangan sistem hidrolik pada mesin Friction welding kapasitas 2 ton ………. 46
Gambar 3.3 Desain mesin friction welding dengan sistem hidrolik……… 47
Gambar 3.4 Diagram Instalasi sistem hidrolik pada mesin Friction Welding……….. 48
Gambar 3.5 Bantalan peluncur dan penguncinya………. 50
Gambar 3.6 Dudukan silinder hidrolik………. 51
Gambar 3.7 Pin………. 51
Gambar 3.8. Penyangga (Mounting) ……… 52
Gambar 3.9 Rem pita ………... 52
Gambar 4.1 Diagram ukuran piston, gaya, dan tekanan ……….. 53
Gambar 4.2 Buckling resistance diagram ……… 54
Gambar 4.3 Desain silinder ………. 59
Gambar 4.4 Dimensi silinder ………... 59
Gambar 4.5 Desain kepala silinder (Cylinder head) ……… 60
Gambar 4.6 Dimensi kepala silinder (Cylinder head) ………. 60
Gambar 4.7 Desain piston ……… 61
Gambar 4.8 Dimensi piston ………. 62
Gambar 4.9 Desain batang piston (Piston rod) ………. 62
Gambar 4.10 Dimensi batang piston (Piston rod) ……… 63
Gambar 4.11 Desain Bushing piston rod ………. 63
Gambar 4.12 Dimensi Bushing piston rod ……….. 64
xvi
Gambar 4.13 Desain tutup silinder (End cup) ………. 64
Gambar 4.14 Dimensi tutup silinder (End cup) ………... 65
Gambar 4.15 Desain penyangga belakang silinder hidrolik ……….... 65
Gambar 4.16 Dimensi penyangga belakang silinder hidrolik ……….. 66
Gambar 4.17 Desain penyangga depan silinder hidrolik ………. 66
Gambar 4.18 Dimensi penyangga depan silinder hidrolik……… 67
Gambar 4.19 Desain dan dimensi dudukan fitting……… 67
Gambar 4.20 Valve tipe 4/3 - way hand- lever valve with by pass Position ……….. 74
Gambar 4.21 Desain Bantalan peluncur bagian depan ……… 78
Gambar 4.22 Dimensi Bantalan peluncur bagian depan ………. 79
Gambar 4.23 Desain bantalan bagian belakang ………. 79
Gambar 4.24 Dimensi bantalan bagian belakang ……… 79
Gambar 4.25 Desain pengunci………. 80
Gambar 4.26 Dimensi pengunci……… 80
Gambar 4.27 Dudukan silinder hidrolik……… 81
Gambar 4.28 Dimensi dudukan silinder hidrolik ………. 82
Gambar 4.29 Penyangga ( Mounting) ……….. 82
Gambar 4.30 Dimensi penyangga ( Mounting) ……… 83
Gambar 4.31 Desain pin………... 83
Gambar 4.32 Dimensi pin ……… 83
Gambar 4.33 Desain rem pada mesin Friction Welding ……….. 85
Gambar 4.34 Desain rangka kiri rem……… 85
Gambar 4.35 Dimensi rangka kiri rem………. 86
Gambar 4.36 Desain rangka kanan rem……… 86
Gambar 4.37 Dimensi Rangka kanan rem……… 86
Gambar 4.38 Desain tuas rem ……….. 87
xvii
Gambar 4.39 Dimensi tuas rem……… 87 Gambar 4.40 Desain kampas rem ……… 88 Gambar 4.41 Dimensi kampas rem ………. 88
xviii
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Viskositas cairan hidrolik standar ISO ………... 12
Tabel 2.2 Aplikasi cairan hidrolik……… 13
Tabel 2.3 Sifat sifat cairan hidrolik ……….. 13
Tabel 2.4 Karateristik pompa hidrolik ………. 21
Tabel 2.5 Single acting cylinder type……… 23
Tabel 2.6 Desain dan karateristik silinder hidrolik ……….. 25
Tabel 2.7 Metode tumpuan alternatif pada silinder hidrolik ……… 28
Tabel 2.8 Metode menetukan panjang ( I ) ……….. 28
Tabel 2.9 Directional Control Valves dan karateristiknya ……….. 33
Tabel 2.10 Industry standards hose SAE J517 100 R series……… 41
Tabel 3.1 Macam - macam desain silinder hidrolik double action ……….. 49
Tabel 4.1 Metode pemasangan silinder hidrolik ……….. 56
Tabel 4.2 Material silinder hidrolik……….. 57
Tabel 4.3 Seal silinder hidrolik ……… 58
Tabel 4.4 Sepesifikasi silinder hidrolik ……… 73
Tabel 4.5 Metode pemilihan jenis oli hidolik ……….. 74
Tabel 4.6 Metode pemilihan viskositas oli hidolik ……….. 75
Tabel 4.7 Sepesifikasi Pressure control valve ………. 76
Tabel 4.8 Standaritas hose industry SAE J517 100R series………. 76
Tabel 4.9 Sepesifikasi fitting………. 77
Tabel 4.10 Dimensi dan kapasaitas tangki ……….. 78
Tabel 5.1 Komponen sistem hidrolik dan komponen pendukung………… 89
xix
DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran 1 Diagram ukuran piston, gaya dan tekanan ………... 94
Lampiran 2 Buckling resistance diagram ……… 95
Lampiran 3 Silinder (cylinder tube) ………. 96
Lampiran 4 Piston ……… 97
Lampiran 5 Batang piston (Piston rod)……… 98
Lampiran 6 Kepala silinder (Cylinder head)……… 99
Lampiran 7 Tutup silinder (End cup) ……….. 100
Lampiran 8 Bushing piston rod ……… 101
Lampiran 9 Dudukan Fitting……… 102
Lampiran 10 Penyangga depan ……… 103
Lampiran 11 Penyangga belakang ………... 104
Lampiran 12 Bantalan peluncur depan ……… 105
Lampiran 13 Bantalan peluncur belakang……… 106
Lampiran 14 Pengunci bantalan ……….. 107
Lampiran 15 Pin……… 108
Lampiran 16 Penyangga (Mounting)……… 109
Lampiran 17 Dudukan silinder hidrolik ……….. 110
Lampiran 18 Rangka kiri rem ……….. 111
Lampiran 19 Rangka kanan rem ……….. 112
Lampiran 20 Tuas rem ………. 113
Lampiran 21 Kampas rem ………... 114
xx
DAFTAR NOTASI DAN SINGKATAN
φ : Nominal value.
AP : Luas penampang piston (Extend) (cm2)
APR : Luas penampang piston tanpa luas area batang piston (Retract) (cm2) Fperm : Besarnya gaya izin maksimal pada silinder hidrolik (N)
LK : Free bucking length.(cm) E : Modulus elastisitas (Gpa) v : Safety factor
ex : Sisi maju pada silinder hidrolik.
ret : Sisi mundur pada silinder hidrolik.
P : Tekanan (N/cm2)
V : Volume displacement (cm3) t : Waktu (s)
Q : Laju aliran (cm3/s) Pan : Drive power (kW) τ : Tegangan geser (N/m2) HLP : Jenis oli hidrolik.
