Portable Plasma Cutter Table
Rahmat Nor Mohd Sharif1*, Marlina Mohamad1*, Redza Izwan Abdul Rahman1*
1 Jabatan Kejuruteraan Mekanikal, Politeknik Mukah Sarawak (PMU), Malaysia
*Corresponding Author: [email protected], [email protected], [email protected]
Accepted: 15 February 2021 | Published: 1 March 2021
___________________________________________________________________________
Abstract: Pemotongan plasma merupakan satu proses yang memotong melalui bahan-bahan pengalir elektrik melalui suatu jet dipercepatkan oleh plasma panas. Bahan-bahan yang biasa dipotong oleh proses ini adalah keluli, aluminium, dan tembaga. Portable Plasma Cutter Table (PLACUTA) merupakan satu projek yang dilaksanakan bertujuan untuk membantu dalam menghasilkan pemotongan asas seperti lurus,melengkung dan bulat dengan menggunakan mesin pemotong plasma jenis Miller Spectrum 2050. Meja yang dihasilkan adalah berketinggian 1035mm, lebar 755mm dan panjang 1800mm yang mana menggunakan keluli karbon jenis berlubang dan bersudut serta plat besi. Jig dan landasan yang mempunyai ruang untuk meletakkan nozel yang mana jig tersebut boleh dilaraskan pada ukuran maksimum berdiameter 110mm dan minimum 25mm bagi bentuk bulat dan 500mm bagi pemotongan lurus. Bahan yang digunakan pada jig ialah plat rata, galas dan batang benang skru. Reka bentuk meja yang dilengkapi roda bagi memastikan ia mudah alih, mempunyai ruang untuk meletakkan barang dan juga mempunyai tempat untuk meletakkan mesin pemotong plasma jenis Miller Spectrum 2050. Idea tersebut diperolehi setelah melihat kerja-kerja pemotongan menggunakan mesin pemotong plasma secara kendalian tangan. Masalah yang dikenalpasti bagi penggunaan mesin pemotong plasma secara konvensional adalah pengguna mestilah memiliki kemahiran yang tinggi untuk menghasilkan pemotongan yang berkualiti. Bagi pengguna yang kurang berkemahiran pula,akan mengambil masa yang lama untuk melakukan pemotongan. Penggunaan Portable Plasma Cutter Table dapat membantu proses pemotongan yang menggunakan mesin pemotong plasma. Masa pemotongan juga dapat dikurangkan dan hasil kerja juga lebih kemas dan menepati saiz yang dikehendaki. Maklum balas oleh pelajar dan pensyarah di Jabatan Kejuruteraan Mekanikal Politeknik Sultan Mizan Zainal Abidin,PSMZA,Terengganu, diperolehi dengan mengedarkan borang soal selidik. Didapati 76% pelajar dan 80% pensyarah sangat bersetuju terhadap ciri-ciri inovasi ini. Ini menunjukkan satu respon yang positif daripada pelajar dan pensyarah untuk digunakan dalam proses pengajaran dan pembelajaran.
Keywords: Plasma;Plasma Cutter;Metal Cutter;Portable Cutter
__________________________________________________________________________
1. Pengenalan
Perkembangan dunia industri saat ini tidak terlepas dari perang teknologi yang terus maju dan berkembang pesat se-arah dengan perkembangan zaman. Semua jenis material baik logam mahupun bukan logam dapat digunakan oleh industri setelah mengalami berbagai proses pengolahan seperti; peleburan, pengecoran, pencetakan, pengelasan, perlakuan permukaan, pengerjaan panas, pengerjaan dingin, dan pemotongan. Salah satu proses pengolahan bahan industri tersebut iaitu dengan proses pemotongan. Selain secara pemotongan konvensional, proses pemotongan boleh dilakukan dengan memanafaatkan teknologi. Pemotongan plasma ialah satu proses yang memotong melalui bahan-bahan pengalir elektrik melalui suatu jet
dipercepatkan oleh plasma panas. Pemotongan plasma berfungsi dengan mencairkan bahan kerja dan kemudian meniup leburan keluar dari potongan oleh tekanan jet plasma. Asap dan bunyi dihasilkan ketika memotong plat yang lebih tebal. Walau bagaimanapun, ini dapat dikurangkan dengan memotong logam di atas meja pemotong, dengan logam itu sendiri berada di dalam air.
Bagi pemotong jenis plasma, ia adalah sejenis mesin yang digunakan untuk memotong logam dari ketebalan yang berbeza dengan menggunakan torch plasma. Suhu plasma yang tinggi memberikan pemotongan cepat dengan herotan tahap rendah. Udara dibekalkan dari pemampat ke torch.
Berdasarkan pemerhatian ke beberapa bengkel di Politeknik Sultan Mizan Zainal, Terengganu, Bengkel Afiqa Energy Enterprise dan di sekitar kawasan perindustrian di Dungun, secara majoritinya pengguna menggunakan kaedah manual iaitu memotong dan membentuk secara kendalian tangan untuk memotong plat logam mengikut bentuk-bentuk tertentu. Kaedah pemotongan secara manual/konvensional boleh menyumbang kepada penghasilan bahan kerja yang kurang berkualiti. Selain itu, ia menyukarkan pengguna untuk menghasilkan bentuk- bentuk kompleks seperti bulat dan lengkung. Pengguna terpaksa mengambil masa yang agak panjang bagi menghasilkan sesuatu pemotongan. Oleh yang demikian sebuah meja beserta jig direkabentuk bagi mesin pemotongan plasma untuk membantu proses pemotongan lurus,melengkung dan bulatan.
2. Kajian Literatur
Plasma adalah substansi yang seakan-akan atau mirip dengan gas dan bertindak dengan kuat terhadap medan elektromagnet. Oleh itu plasma memiliki sifat-sifat yang unik berbeza dengan cairan mahupun gas. Mirip dengan gas, plasma tidak memiliki bentuk yang tetap dan berbeza dengan gas, plasma membentuk struktur seperti filamen, pancaran dan lapisan-lapisan jika dipengaruhi medan elektromagnet (Thonk, 1967). Maksud yang lainnya, plasma adalah di definasikan sebagai gas terionisasi dan dikenali sebagai fasa yang ke empat selepas fasa padat, cair dan gas.(Arifin,et al.2009).
Plasma adalah suatu bentuk fasa zat ke-4 setelah fasa padat, cair, dan gas. Jika ditingkatkan haba ke atasnya, ia akan berubah fasa dari padat ke cair, dan jika diberikan haba yang berlebih maka zat cair tersebut akan berubah menjadi wap. Jika wap tersebut ditambahkan lagi haba maka ia akan berubah. Jika air ditambah sejumlah tenaga haba maka air tersebut akan menguap dan mengurai menjadi dua gas iaitu oksigen dan hidrogen (Rajah 1). Dengan menambah sejumlah lagi tenaga pada fasa wap air tersebut, akan terhasil sejenis fasa yang mudah terpengaruh terhadap suhu dan elektrik. Proses ini disebut proses Ionisasi, iaitu terjadinya ion dan elektron bebas melalui atom gas. Jika keadaan ini terbentuk maka fasa zat tersebut telah berubah menjadi Plasma.(Akhmad, 2009: 51-52)
Rajah 1
Pemotongan plasma pula berkembang pada tahun 1960 dan muncul sebagai cara yang berkesan dan produktif untuk proses-proses pemotongan logam. Ini adalah disebabkan pemotongan plasma dapat memotong dengan kecekapan yang tepat.
Pemotongan plasma angin pula, adalah satu proses berkesan untuk memotong kelajuan tinggi pada kedua-dua logam (feros dan bukan ferous). Pra-panas tidak diperlukan dan herotan adalah pada kadar yang minima semasa pemotongan dilakukan. Keluli karbon dapat dipotong dengan 10 kali lebih pantas dari gas oksi-asitilin. Ia hanya lebih ekonomi dan lebih berkualiti pemotongannya. Angin yang dibekalkan ditingkatkan suhunya menjadi gas plasma yang mengandungi paduan ion positif, atom neutral dan letron negatif dimana menjadikan suhu dapat ditingkatkan sehingga 27000 Celcius untuk plasma angin.
Plasma angin lebih berkesan dari lain-lain plasma arka. Ia adalah gabungan ringkas mengunakan tekanan angin (compressor) bersama aliran arus letrik untuk menjadi plasma.
Dengan suhu yang tinggi bolih mencairkan semua logam dimana apa yang diperlukan ialah potongan hendaklah dapat mengalirkan arus elektrik. Dengan meniup dan menyebur leburan logam, semburan plasma yang kuat akan membentuk potongan (kerf).
Konsep pemprosesan bahan pepejal di bawah tindakan arka plasma-udara telah wujud selama beberapa dekad yang lalu. Beberapa tahun kebelakangan ini, para teknologi telah dapat mencapai mutu pemotongan yang belum pernah terjadi sebelumnya. Reka bentuk moden pemotong plasma membolehkan ia digunakan dalam operasi fabrikasi logam. Peralatan berfungsi menumpukan pada memastikan keselamatan pengguna dan meningkatkan ketepatan pemprosesan. Kaedah pemotongan secara konvensional atau kendalian tangan selalunya akan bergantung kepada teknik dan pengalaman pengguna itu sendiri.
Melalui pengendalian mesin pemotong plasma dengan kaedah manual iaitu secara kendalian tangan, pengguna mengambil masa yang lama untuk menghasilkan bentuk yang dikehendaki terutamanya bagi pengguna-pengguna yang kurang berkemahiran. Hal ini kerana pengguna perlu berhati-hati ketika melakukan pemotongan bagi mendapatkan hasil pemotongan yang baik. Namun begitu, kebanyakan hasil kerja terutamanya bagi pengguna yang kurang berkemahiran adalah tidak kemas serta tidak mencapai ketepatan saiz yang dikehendaki, sekaligus menyumbang kepada pembaziran produk yang akan dibuat.
Rajah 2 Rajah 3
Rajah 2 menunjukkan kaedah kendalian tangan tanpa alat bantuan. dan memerlukan kemahiran pemotongan yang tinggi Rajah 3 adalah kaedah kendalian tangan dengan bantuan alat tambahan untuk membuat bentuk bulatan.
Rajah 4
Rajah 4 menunjukkan kaedah kendalian tangan dengan pelbagai alat bantuan tambahan untuk membuat pemotongan yang mempunyai corak tertentu.
Pada asasnya, meja adalah sebuah perabot yang mempunyai permukaan mendatar pada bahagian atas dan disokong oleh beberapa kaki. Bagi pemotongan plasma, terdapat bahagian yang berjarak pada permukaan atas meja tersebut bagi mengelakkan permukaan meja dipotong sekali apabila proses pemotongan dilakukan. Ia juga direka agar serpihan yang berlebihan hasil dari proses pemotongan akan terus jatuh ke bawah. Pada kebiasaannya, meja pemotongan plasma direka dengan menggunakan besi kerana ia lebih kukuh dan dapat memastikan proses pemotongan dapat dilakukan dengan lancar.
Rajah 5 Rajah 6
Rajah 5 merupakan meja asas pemotongan jenis plasma yang dilengkapi landasan untuk memegang torch. Hasil pemotongan lurus lebih baik kerana pergerakan torch yang sekata.
Mesin ini tidak dapat menghasilkan pemotongan melengkung. Rajah 6 merupakan meja pemotong plasma dengan kendalian mesin. Sistem pemotongan adalah secara automatik atau kendalian mesin. Mesin ini mampu melakukan pelbagai bentuk pemotongan seperti lurus, melengkung serta berbentuk. Kos penghasilan yang agak mahal.
3. Metodologi
Pembangunan rekabentuk merupakan penerangan berkaitan dengan peralatan, komponen, serta kaedah-kaedah yang digunakan bagi melaksanakan sistem ini. Bagi menjalankan serta menjayakan sesuatu projek dengan berkesan, beberapa aspek dan kaedah perlu dititik beratkan.
Oleh yang demikian, aspek dan kaedah bagi menyiapkan sesebuah sistem adalah dengan mengetahui peralatan dan komponen yang diperlukan semasa melaksanakan kerja pembuatan sistem.
Bagi memastikan penghasilan sistem ini berjalan dengan baik tanpa berlakunya sebarang masalah, proses pembuatan telah dibahagikan kepada beberapa peringkat mengikut tahap serta ketetapan masa yang ditetapkan. Ini adalah bertujuan untuk proses pelaksanaannya berjalan dengan baik. Kaedah kerja yang dirancang adalah merangkumi kerja-kerja perancangan yang mengandungi rekabentuk, kerja-kerja pemasangan dan pengubahsuaian serta analisis dan ujikaji. Carta alir kaedah pelaksanaan projek inovasi boleh merujuk pada Rajah 7
Rajah 7
Rajah 8: Lakaran Reka Bentuk Konsep
4. Proses Pemasangan
Proses membuat takungan adalah menggunakan besi bersudut yang telah dipotong mengikut saiz dan disambung menggunakan sambungan jenis kimpalan arka MIG (Metal Inert Gas). Plat besi dikimpal pada bahagian bawah untuk membentuk takungan. Seterusnya, besi berlubang yang telah siap dipotong membentuk bahagian slot dikimpal pada bahagian dalam takungan.
Setelah proses kimpalan selesai, proses mencanai dilakukan untuk membuang kumai pada permukaan besi dan bagi mendapatkan hasil kimpalan yang baik. Plat besi rata diletakkan pada bahagian takungan tersebut.
Penghasilan rangka kerja adalah dengan menggunakan besi berlubang yang telah dipotong dan disambungkan dengan takungan menggunakan sambungan jenis kimpalan arka MIG. Setelah proses mengimpal selesai, proses kemasan iaitu proses mencanai dilakukan untuk membuang kumai.
Proses membuat bahagian landasan dan jig dengan menggunakan besi bersudut dipotong mengikut saiz yang dikehendaki. Seterusnya, ditebuk untuk membuat sambungan dengan plat besi rata menggunakan skru dan nat. Galas dipasang pada plat kemudian plat tersebut dikimpal pada bahagian hujung berlubang yang telah dipotong meggunakan mesin kimpalan MIG sebagai sokongan galas pada landasan.
Bagi proses membuat meja lukisan, plat besi dipotong mengikut saiz yang dikehendaki.
Seterusnya plat tersebut dipasang pada bahagian slot. Proses pengujian dilakukan untuk memastikan pergerakan dan kedudukan torch berada pada jarak yang sesuai dengan bahan yang hendak dipotong seperti didalam Rajah 9. Ini bertujuan supaya hasil pemotongan adalah baik.
Seterusnya proses membuat kemasan dilakukan seperti ditunjukkan dalam Rajah 10. Kesemua bahagian besi dibersihkan daripada sebarang bendasing. Proses mengecat dilakukan bagi mengelakkan berlaku pengaratan dan untuk tujuan kemasan
Membuat Takungan
Membuat Kerangka Meja
Membuat Bahagian Landasan Dan Jig
Membuat Meja Lukisan Pengujian
Kekemasan
Rajah 9: Proses pengujian Rajah 10: Kemasan Projek
5. Pengujian Dan Keberkesanan
Dalam pembinaan PLACUTA,lukisan reka bentuknya dihasilkan menggunakan perisian NX 10.0. Lukisan reka bentuk ini dihasilkan dengan penuh sistematik seiring dengan pembinaan PLACUTA yang sebenar. Meja ini dihasilkan dengan gabungan meja dan jig bagi membuat gerakan. PLACUTA ini mempunyai jig bagi menghasilkan beberapa bentuk pemotongan berbentuk asas seperti lurus,melengkung dan bulatan.
Rajah 11 Rajah 12
Rajah 11 merupakan graf bagi masa penggunaan PLACUTA dan penggunaan mesin pemotong plasma secara konvensional bagi pemotongan plat berketebalan 2mm bagi diameter 110mm.
Rajah 12 pula merupakan graf bagi masa penggunaan PLACUTA dan penggunaan pemotong plasma secara konvensional bagi pemotongan plat 2mm yang diameter 25mm. Analisa ini adalah gabungan hasil ujian yang dilakukan kepada empat orang responden.
Maklum balas oleh pelajar dan pensyarah di politeknik diperolehi dengan mengedarkan borang soal selidik untuk mengenalpasti tahap persepsi pelajar terhadap plasma cutter table ini. Jumlah sampel sebanyak 68 0rang pelajar yang mengambil menjalankan projek akhir dan 10 orang pensyarah di Jabatan Kejuruteraan Mekanikal Politeknik Sultan Mizan Zainal Abidin,PSMZA,Terengganu.
Dapatan keseluruhan tahap respon pelajar semester lima Jabatan Kejuruteraan Mekanikal PSMZA yang dipilih terhadap pengunaaan Portable Plasma Cutter Table menunjukkan purata 76% pelajar sangat bersetuju manakala 23% yang setuju dengan inovasi yang dihasilkan.
Sebanyak 80% menunjukkan pensyarah sangat bersetuju terhadap ciri-ciri inovasi ini. Ini
menunjukkan satu respon yang positif daripada pelajar dan pensyarah untuk digunakan dalam proses pengajaran dan pembelajaran .
6. Kesimpulan
Kebanyakan alat pemotongan di institusi pengajian menggunakan menggunakan kaedah manual/konvensional untuk memotong dan membentuk plat logam mengikut bentuk-bentuk tertentu. Hasil kerja melalui kaedah ini kurang berkualiti dan memerlukan masa yang lebih lama.
Portable Plasma cutter table ini akan dapat membantu dalam menghasilkan beberapa bentuk asas seperti lurus, melengkung dan bulatan. Masa pemotongan dapat dikurangkan. Kualiti kerja pemotongan dengan menggunakan portable plasma cutter table adalah lebih tepat dan kemas berbanding pemotongan dengan menggunakan kendalian tangan.
Daripada hasil analisa yang dibuat, didapati Portable Plasma Cutter Table mempunyai potensi untuk dikomersialkan serta ianya dapat berfungsi seperti mana yang dikehendaki. Dua cadangan penambahbaikan untuk meningkatkan lagi keupayaan sistem ini pada masa akan datang ialah reka bentuk tempat takungan diubah kepada bentuk corong dan menggunakan galas yang lebih berkualiti seperti linear motion bearing.
Rujukan
1. Klas Weman, “Welding processes Handbook,”second edition,” 2012
2. Amaresh Banerjee, “Welding Science Metallurgy and Technology,”,pp. 140, 2009.
3. JE Hulings, RH Lang – "US Patent 6,320,153, ” 2001 - Google Patents
4. https://www.unitedwelding.co.uk/lincoln-torchmate-4800-4ft-x-8ft-cnc-plasma-cutting- table
5. https://www.scribd.com/document/330373628/Kelebihan-Plasma-Cutting 6. L. Tonks, (1976). “The birth of plasma” Ameer. J. Phys., vol. 35, pp. 857-858 7. Arifin, F., Agung Warsito dan Abdul Syakur. (2009). Perancangan Pembangkit
Tegangan Tinggi Impuls untuk Aplikasi Pengolahan
8. AA Akhmad - Jurnal Rekayasa Mesin Universitas Sriwijaya, 2009
9. Akbar, T., Santosa, B. (2015) Analisa Pengaruh dari Welding Sequence Terhadap Tegangan Sisa dan Deformasi Pada Circular Patch Weld Double Bevel Butt-Joint Plat ASTM A36Menggunakan Metode Element
10. S. Ramakrishnan,Plasma Generation For The Plasma Cutting Process, Ieee Transactions On Plasma Science ( Volume: 25, Issue: 5, Oct 1997)
