Perancangan Ulang Model Chuck Jaws untuk Chuck tiga rahang Mesin Bubut “CIMONET” di Lab. Pemesinan POLBAN

LAPORAN REVERSE ENGINEERING

 

Perancangan Ulang Model Chuck Jaws untuk Chuck tiga rahang Mesin Bubut “CIMONET” di Lab. Pemesinan POLBAN

 

 

 

 

Diusulkan oleh :

Ebit Frista 111234005 2011
Iqbaludin NF. 111234013 2011
Muh. Mundzir S 111234021 2011

POLITEKNIK NEGERI BANDUNG

BANDUNG

2015

Kata Pengantar

Puji dan syukur ke hadirat Allah yang menolong penulis menyelesaikan Laporan Perancangan Ulang Model Chuck Jaws untuk Chuck Tiga Rahang Mesin Bubut “CIMONET” di Lab. Pemesinan POLBAN. Tanpa pertolonganNya penulis tidak akan sanggup menyelesaikan dengan baik. Tidak lupa shalawat serta salam semoga tetap terlimpah curahkan kepada baginda tercinta yakni nabi Muhammad SAW.

Penyusunan laporan magang ini merupakan salah satu syarat untuk memenuhi tugas mata kuliah rekayasa produk di jurusan Teknik Mesin D4 Program Studi Perancangan dan Konstruksi Mesin Politeknik Negeri Bandung.

Dalam kesempatan ini tidak lupa penulis sampaikan ucapan terima kasih kepada berbagai pihak secara langsung maupun tidak langsung yang telah membantu dalam penyelesaian laporan Perancangan Ulang Model Chuck Jaws untuk Chuck Tiga Rahang Mesin Bubut “CIMONET” di Lab. Pemesinan POLBAN.

  1. Kedua orang tua yang telah memberi dukungan. Semoga mereka selalu berada dalam lindungan Allah SWT.
  2. Bapak Adi Pamungkas, MT selaku dosen pembimbing.
  3. Serta seluruh pihak yang tidak dapat penulis sebutkan satu persatu.

Penulis menyadari bahwa laporan ini masih ada kekurangan. Oleh karena itu, penulis mengharapkan kritik dan saran untuk kelengkapan laporan ini di masa yang akan datang.

Akhirnya penulis mengharapkan semoga laporan ini dapat bermanfaat bagi pihak yang membutuhkan informasi tentang masalah yang dibahas di laporan ini.

Bandung 16 Januari 2015

Penulis

Daftar Isi

Kata Pengantar i

Daftar Isi ii

Daftar Gambar iv

Daftar Tabel vi

Daftar Lampiran. vii

BAB I PENDAHULUAN.. 1

1.1 Latar Belakang. 1

1.2 Perumusan Masalah. 4

1.3 Target dan tujuan. 4

1.4 Luaran yang diharapkan. 5

1.5 Batasan Masalah. 5

1.6 Sistematika Penulisan. 5

BAB II  TINJAUAN PUSTAKA.. 7

2.1 Bagian-bagian pada mesin bubut 7

2.2 Bagian-bagian pada chuck. 8

2.3 Proses CNC (Computer Numerical Control) 10

2.4  Definisi Kegagalan (Failure Mechanical) 11

2.5 Mode Kegagalan. 12

2.6 Fatique (Kelelahan) 13

2.7 Kurva  Tegangan – Siklus ( S – N ) 14

2.7.1 Karakteristik Kelelahan Logam.. 15

2.8 Uji Kekerasan Vickers. 15

2.5 Perlakuan Panas Logam Metoda Direct Quenching, Quenching Tempering. 17

2.5.1 Pengertian, Definisi Perlakukan Panas Logam Direct Quenching, Quenching Tempering, Celup Cepat dan Temper 17

2.6 Proses Tempering Pada Logam.. 19

2.6.1 Transformasi Fasa Pada Proses Tempering. 19

2.6.2 Tahapan Dan Mekanisme Dekomposisi Fasa Martensit 19

2.6.3 Pengaruh Tempertur Temper Terhadap Sifat Mekaanik Logam, Baja. 20

BAB III METODOLOGI PENELITIAN.. 23

3.1 Pengumpulan Data. 24

3.2 Pembuatan Model 25

3.3 Pembuatan CAM… 25

3.4 Pemilihan Material 25

3.5 Proses Manufaktur 26

BAB IV  ANALISIS DAN PEMBAHASAN.. 27

4.1 Pengumpulan Data. 27

4.1.1 Dokumentasi 27

4.1.2 Identifikasi Keluhan dan Kebutuhan. 28

4.1.3 Pengukuran Dimensi 28

4.2 Pembuatan Model 29

4.3 Pembuatan CAM (Computer Aided Manufacture) 31

4.4 Pemilihan Material 32

4.5 Proses Manufaktur 37

4.6 Analisa tegangan yang terjadi 43

BAB V KESIMPULAN.. 45

Daftar Pustaka.

Lampiran…………………………………………………………………………………………………………………………………

Daftar Gambar

Gambar 1 Bagian-bagian Mesin Bubut [1] 1

Gambar 2 Chuck 4 (empat) rahang[2] 2

Gambar 3 Chuck 3 (tiga) rahang[2] 2

Gambar 4 Mesin Bubut Cimonet[3] 3

Gambar 5 Fishbond diagram untuk mencari akarpermasalahan. 4

Gambar 6 Chuck Front 9

Gambar 7 Mounting Plat 9

Gambar 8 Scroll 9

Gambar 9 Chuck Jaws. 10

Gambar 10 tiga fase dalam kelelahan[4] 13

Gambar 11 Kurva S – N[5] 14

Gambar 12 Metode Vickers[6] 15

Gambar 13 Mesin Uji Vickers[7] 16

Gambar 14 metoda perlakuan panas quenching tempering[8] 18

Gambar 15 Pengaruh Temperatur Terhadap Kekuatan Tarik Baja Seri 1026[8] 20

Gambar 16 Pengaruh Temperatur Temper Terhadap Kekerasan[8] 21

Gambar 17 Mikroskopik Struktur Martensite Temper[8] 21

Gambar 18 Metodologi Penelitian (1) 23

Gambar 19 Metodologi Penelitian (2) 24

Gambar 20 Chuck Jaws yang mengalami patahan. 27

Gambar 21 Model Chuck Jaws yang pernah dibuat 28

Gambar 22 Diagram Alir Proses Pembuatan Model CAD Chuck Jaws (1) 29

Gambar 23 Diagram Alir Proses Pembuatan CAD Model Chuck Jaws (2) 30

Gambar 24 Diagram alir Proses Pembuatan CAM (1) 31

Gambar 25 Diagram Alir Proses Pembuatan CAM (2) 32

Gambar 26 Chuck Jaws yang Patah. 33

Gambar 27 Proses Uji Vickers yang Dilakukan Di Lab. Material 34

Gambar 28 Uji Vickers dengan Pembebanan 50 gram.. 35

Gambar 29 Hasil Uji Vickers dengan beban 100 gram.. 36

Gambar 30 Baja AISI 1070. 38

Gambar 31 Proses Pemesinan 1. 39

Gambar 32 Proses Pemesinan 2. 40

Gambar 33 Proses Pemesinan 3. 41

Gambar 34 Simulasi pemberian asumsi 43

Gambar 35 Gambar IV.14 Hasil analisis total deformasi yang terjadi 43

Gambar 36 Hasil analisis total tegangan normal yang terjadi 44

Daftar Tabel

Tabel 1 Tabel Hasil Uji Vickers dengan Pembebanan 100 gram.. 35

Tabel 2 Komposisi baja AISI 1070 %.. 36

Daftar Lampiran

LAMPIRAN 1 Gambar Kerja. L1

LAMPIRAN 2 G-Code. L2

LAMPIRAN 3 Perawatan Mesin Bubut L2

BAB I
PENDAHULUAN

Pada bab ini dijelaskan mengenai latar belakang masalah, perumusan masalah yang diangkat, tujuan dan manfaat dari tugas yang dilakukan. Berikut ini diuraikan mengenai batasan masalah, asumsi yang digunakan dalam permasalahan dan sistematika penulisan untuk menyelesaikan penelitian

1.1 Latar Belakang

Mesin Bubut adalah suatu mesin perkakas yang digunakan untuk memotong benda yang diputar. Bubut sendiri 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 yang ada pada mesin bubut adalah gerakan putar dari benda kerja disebut gerak potong relatif sedangkan gerakkan translasi dari pahat disebut gerak umpan. Mesin bubut dibagi menjadi kedalam beberapa bagian (seperti gambar 1) diantaranya terdiri dari kepala tetap (headstock), kepala lepas (tailstock), alas (ways), Eretan (support), Chuck, Tool Post, Cross Slide, Bed, Chip Bin, Apron, Saddie, dan Compound Rest.

Proses pembubutan adalah salah satu proses pemesinan yang menggunakan pahat dengan satu mata potong untuk membuang material dari permukaan benda kerja yang berputar. Pahat bergerak pada arah linier sejajar dengan sumbu putar benda kerja seperti yang terlihat pada gambar. Dengan mekanisme kerja seperti ini, maka Proses bubut memiliki kekhususan untuk membuat benda kerja yang berbentuk silindrik. Benda kerja di cekan dengan poros spindel dengan bantuan chuck yang memiliki rahang pada salah satu ujungnya. Poros spindel akan memutar benda kerja melalui piringan pembawa sehingga memutar roda gigi pada poros spindel. Melalui roda gigi penghubung, putaran akan disampaikan ke roda gigi poros ulir. Oleh klem berulir, putaran poros ulir tersebut diubah menjadi gerak translasi pada eretan yang membawa pahat. Akibatnya pada benda kerja akan terjadi sayatan yang berbentuk ulir

Salah satu bagian dari mesin bubut adalah cekam (chuck) merupakan sebuah alat yang digunakan untuk menjepit benda kerja berbentuk silinder pada mesin bubut. Pada salah satu ujung chuck memiliki rahang pada salah satu ujungnya. Pencekam benda kerja pada mesin bubut harus memiliki tingkat presisi yang cukup tinggi untuk menjamin letak benda kerja tepat berada pada sumbu putarannya, sehingga proses pembubutan menjadi stabil. Dengan stabilnya putaran benda kerja dapat menjadi salah satu syarat untuk menghasilkan produk yang presisi dan memiliki permukaan yang baik.

Jenis cekam pada mesin bubut dibedakan menjadi dua, yakni cekam 3 (tiga) rahang (gambar 3) dan 4 (empat) rahang (gambar 2) . Pemilihan jenis cekam yang digunakan tentu menyesuaikan dengan fungsi yang diiinginkan . Diantaranya yang paling sering digunakan adalah cekam dengan rahang tiga. Cekam rahang tiga digunakan untuk mengerjakan benda bubut yang memiliki dimensi concentris pada setiap bidangnya.

Chuck termasuk komponen yang sangat sederhana dan mudah dibongkar, karena bagian- bagiannya yang sedikit. Bagian bagian itu terdiri dari :

  1. Chuck Front
  2. Mounting Plat
  3. Scroll
  4. Chuck Jaws
  5. Pinion and Screw

 

Pada mesin bubut “CIMONET” (gambar 4) dengan jenis cekam 3 (tiga) rahang yang digunakan di lab. Pemesinan POLBAN mengalami kerusakan gigi pada chuck jaws. Fungsi dari gigi pengait ini digunakan untuk menggerakkan chuck jaws secara bersamaan menuju pusat sumbu putarnya. Geraknya chuck jaws ini dipengaruhi dengan diputarnya alur spiral.

Jika dibeli dipasaran, bagian-bagian dari chuck model seperti ini sudah tidak lagi di produksi dan sulit dijumpai dipasaran. Sebelumnya sudah dicoba untuk membuat chuck jaws pengganti namun kendala yang dihadapi yaitu chuck jaws yang baru tidak presisi sehingga tidak dapat digunakan.

Analisis Penyebab Masalah

Fishbone Diagram aalah suatu diagram yang menunjukkan hubungan antara faktor-faktor penyebab masalah dan akibat yang ditimbulkan. (R. Keith Mobley, Root Cause Failure Analysis). Manfaat dari fishbone diagram antara lain mengidentifikasi akar permasalahan dari suatu masalah serta membangkitkan ide-ide untuk mengatasi permasalahan tersebut.

Dari fishbone diagram (gambar 5) dapat dilihat bahwa faktor-faktor yang menyebabkan produk gagal adalah material, man, method, dan machine yang dapat diuraikan sebagai berikut:

  1. Faktor material : pemilihan material yang salah, pelakuan terhadap material kurang sesuai.
  2. Faktor man : pada saat melakukan pembuatan ulang sebelumnya operator salah membaca alat ukur dan salah melakukan input data.
  3. Faktor Machine: Pada saat melakukan pembuatan ulang salah memilih diameter dan ada kesalahan pada saat pemasangan.

1.2 Perumusan Masalah

Perumusan masalah dalam tugas ini adalah bagaimana cara membuat chuck yang memiliki kepresisian dan kekuatan yang sama dengan produk aslinya. Selain itu juga, dapat menganalisa kegagalan pada chuck sebelumnya sehingga dapat diketahui bagaimana memperbaiki proses-proses dalam pembuatan cekam (chuck).

1.3 Target dan tujuan

Tujuan yang ingin dicapai dalam tugas ini adalah dapat merancang model rahang cekam (chuck jaws) yang memiliki kepresisian dan kekuatan yang sesuai dengan standar spesifikasi mesin bubut “CIMONET”. Selain itu juga dapat mengetahui proses yang tepat dalam proses pembuatan rahang cekam (chuck jaws).

1.4 Luaran yang diharapkan

Menghasilkan sebuah rancangan dan model untuk jenis rahang cekam (chuck jaws) yang sesuai dengan mesin bubut “CIMONET” yang memiliki kepresisian dan kekuatan yang sama dengan rahang cekam (chuck jaws) yang aslinya. Dari penelitian ini diharapkan dapat mengetahui material serta perlakuan terhadap material apa yang sesuai dengan chuck jaws. Selain itu juga, dapat menentukan proses manufaktur yang terbaik dalam proses pembuatan rahang cekam (chuck jaws).

1.5 Batasan Masalah

Pembatasan masalah dilakukan agar penelitian tidak terlalu luas dan memperjelas obyek penelitian yang akan dilakukan. Batasan masalah dalam penelitian ini adalah sebagai berikut :

  1. Objek yang diteliti adalah chuck jaws mesin bubut CIMONET yang ada di lab. Pemesinan POLBAN.
  2. Perancangan ulang ini hanya mengidentifikasi bagaimana chuck jaws tersebut dapat dibuat kembali setelah dilakukan analisa dan perbaikan baik itu dari model chuck jaws bawaan dari mesin tersebut maupun chuck jaws yang telah dibuat ulang sebelumnya.
  3. Pengujian material menggunakan metode Vickers yang terdapat di Labolatorium Material POLBAN.

1.6 Sistematika Penulisan

Sistematika penulisan dibuat agar memudahkan pembahasan penyelesaian masalah dalam menyelesaikan tugas ini. Penjelasan mengenai sistematika penulisannya adalah sebagai berikut :

BAB I : PENDAHULUAN

Bab ini mengenai latar belakang masalah, perumusan masalah, tujuan, luaran yang diharapkan batasan masalah, dan sistematika penulisan.

BAB II : TINJAUAN PUSTAKA

Bab ini menguraikan teori-teori yang akan dipakai untuk mendukung penelitian, sehingga perhitungan dan analisis dilakukan secara teoritis. Tinjauan pustaka diambil dari berbagai sumber yang berkaitan langsung dengan permasalahn yang akan dibahas dalam penelitian.

BAB III : METODOLOGI PENELITIAN

Bab ini berisi tahapan yang dilalu dalam penyelesaian masalah secara umum yang berupa gambaran terstruktur dalam bentuk flowchart sesuai dengan permasalahan yang ada mulai studi pendahuluan, pengumpulan data sampai dengan pengolahan data dan analisis.

BAB IV : ANALISIS DAN INTERPRESETASI HASIL

Bab ini membahas analisis dan interpretasi hasil rancangan yang dilakukan dalam penelitian ini.

BAB V : KESIMPULAN DAN SARAN

Bagian ini berisi kesimpulan hasil dari semua tahap yang telah dilalui selama penelitian beserta saran-saran yang berkaitan ini.

BAB II
TINJAUAN PUSTAKA

Bab ini membahas mengenai konsep dan teori yang digunakan dalam penelitian, sebagai landasan dan dasar pemikiran untuk membahas serta menganalisa permasalahan yang ada.

2.1 Bagian-bagian pada mesin bubut

Sebuah mesin bubut pada umumnya terdiri dari empat bagian utama yaitu kepala tetap, kepala lepas, eretan, dan alas mesin. Keempat bagian utama mesin bubut tersebut akan dibahas dan dijelaskan lebih lanjut pada artikel ini.

  1. Kepala Tetap (Head Stock)

Kepala tetap atau Head Stock adalah bagian utama dari mesin bubut yang digunakan untuk menyangga poros utama, yaitu poros yang digunakan untuk menggerakkan spindle. Poros utama yang terdapat pada Head Stock tersebut juga digunakan sebagai dudukan roda gigi untuk mengatur kecepatan putaran yang diinginkan. Fungsi rangkaian roda gigi dalam kepala tetap adalah untuk meneruskan putaran motor menjadi putaran spindle.

  1. Kepala Lepas (Tail Stock)

Kepala lepas atau Tail Stock adalah bagian dari mesin bubut yang letaknya di sebelah kanan dan dipasang di atas alas atau meja mesin. Bagian ini berfungsi untuk tempat pemasangan center yang digunakan sebagai penumpu ujung benda kerja dan sebagai dudukan penjepit mata bor pada saat melakukan pengeboran. Tail Stock ini dapat digerakkan atau digeser sepanjang meja mesin, dan dikencangkan dengan perantara mur dan baut atau dengan tuas pengencang. Selain digeser sepanjang alas atau meja mesin, tail stock juga dapat digerakkan maju atau mundur atau arah melintang saat digunakan untuk keperluan pembubutan benda yang konis.

  1. Alas Mesin (Bed)

Alas mesin adalah bagian dari mesin bubut yang berfungsi sebagai pendukung serta lintasan eretan (support) dan kepala lepas (head stock). Permukaan alas mesin ini yang rata dan halus dapat mendukung kesempurnaan pekerjaan membubut (kelurusan).

  1. Eretan (Support)

Eretan adalah bagian mesin bubut yang berfungsi sebagai penghantar pahat bubut sepanjang alas mesin. Ada tiga jenis eretan, yaitu:

  1. Eretan bawah, eretan ini berjalan sepanjang alas mesin.
  2. Eretan lintang, eretan ini bergerak tegak lurus terhadap alas mesin.
  3. Eretan atas, eretan ini digunakan untuk menjepit pahat bubut dan dapat diputar ke kanan atau ke kiri sesuai dengan sudut yang diinginkan, khususnya pada saat mengerjakan benda-benda yang berbentuk konus. Eretan ini dapat digerakkan secara manual maupun otomatis.

Selain keempat bagian utama tersebut pada mesin bubut terdapat juga bagian-bagian lainnya. Berikut ini adalah bagian-bagian lainnya pada mesin bubut:

  1. Tuas pengendali kecepatan putaran.
  2. Tuas pengatur tebal sayatan dan penguliran, berpasangan.
  3. Tuas kecepatan poros kepala tetap.
  4. Pen pengaman pada selongsong sambungan.
  5. Roda tangan untuk gerakan arah memanjang.
  6. Tuas untuk menjalankan gerakan otomatis arah memanjang dan melintang.
  7. Sekrup pengunci luncuran.
  8. Roda tangan penggerak luncuran melintang.
  9. Tuas pengunci rumah pahat (tool-post).
  10. Tuas pengunci kedudukan (support).
  11. Tuas pengunci kepala lepas.
  12. Roda tangan penggerak poros senter kepala lepas.
  13. Tuas pengunci kedudukan senter kepala lepas.
  14. Sekrup-sekrup pengunci kedudukan kepala lepas.
  15. Penunjuk jarak gerakan support pada arah memanjang.
  16. Saklar utama (tombol).

Bagian-bagian mesin bubut tersebut saling terintegrasi sehingga dapat memenuhi prinsip kerja mesin bubut.

2.2 Bagian-bagian pada chuck

Chuck termasuk komponen yang sangat sederha dan mudah dibongkar, karena bagian- bagiannya yang sedikit. Bagian bagian itu terdiri dari :

  1. Chuck Front 

Merupakan tempat komponen- kompoonen itu dipasang (gambar 6). Dibagian belakang biasanya terdapat baut yang berfungsi saat pemasangan di mesin bubut, biasanya berjumlah 3 (tiga).

  1. Mounting plat

Merupakan bagian luar, atau tutup dari rumah chuck, yang berfungsi menjadi lintasan rahang tersebut (gambar 7).

  1. Scroll

Merupakan terdapat di dalam rumah chuck yang berfungsi sebagai pengubung gerak (gambar 8) yang diberikan dari kunci chuck kemudian dihubungkan dengan rahang.

  1. Chuck jaws

Berbentuk seperti tangga dan memiliki ulir untuk menyambung gaya (gambar 9), bisa bergeser buka tutup.

  1. Pinion and Screw

Merupakan komponen yang berfungsi untuk menggerakan rahang tersebut. Di chuck ini biasanya terdapat 3 buah baut yang berbentuk segi empat.

2.3 Proses CNC (Computer Numerical Control)

Computer Numerical Control / CNC (berarti “komputer kontrol numerik”) merupakan sistem otomatisasi Mesin perkakas yang dioperasikan oleh perintah yang diprogram secara abstark dan disimpan dimedia penyimpanan, hal ini berlawanan dengan kebiasaan sebelumnya dimana mesin perkakas biasanya dikontrol dengan putaran tangan atau otomatisasi sederhana menggunakan cam. Kata NC sendiri adalah singkatan dalam Bahasa inggris dari kata Numerical Control yang artinya Kontrol Numerik. Mesin NC pertama diciptakan pertama kali pada tahun 40-an dan 50-an, dengan memodifikasi Mesin perkakas biasa. Dalam hal ini Mesin perkakas biasa ditambahkan dengan motor yang akan menggerakan pengontrol mengikuti titik-titik yang dimasukan kedalam sistem oleh perekam kertas. Mesin perpaduan antara servo motor dan mekanis ini segera digantikan dengan sistem analog dan kemudian komputer digital, menciptakan Mesin perkakas modern yang disebut Mesin CNC (computer numerical control) yang dikemudian hari telah merevolusi proses desain. Saat ini mesin CNC mempunyai hubungan yang sangat erat dengan program CAD. Mesin-mesin CNC dibangun untuk menjawab tantangan di dunia manufaktur modern. Dengan mesin CNC, ketelitian suatu produk dapat dijamin hingga 1/100 mm lebih, pengerjaan produk masal dengan hasil yang sama persis dan waktu permesinan yang cepat. NC/CNC terdiri dari beberapa bagian utama :

  1. Program
  2. Control Unit/Processor
  3. Motor listrik servo untuk menggerakan kontrol pahat
  4. Motor listrik untuk menggerakan/memutar pahat
  5. Pahat
  6. Dudukan dan pemegang

Prinsip kerja NC/CNC secara sederhana dapat diuraikan sebagai berikut :

Programer membuat program CNC sesuai produk yang akan dibuat dengan cara pengetikan langsung pada mesin CNC maupun dibuat pada komputer dengan software pemrogaman CNC. Program CNC tersebut, lebih dikenal sebagai G-Code, seterusnya dikirim dan dieksekusi oleh prosesor pada mesin CNC menghasilkan pengaturan motor servo pada mesin untuk menggerakan perkakas yang bergerak melakukan proses permesinan hingga menghasilkan produk sesuai program.

2.4  Definisi Kegagalan (Failure Mechanical)

Kegagalan mekanik dapat didefinisikan sebagai perubahan ukuran, bentuk atau struktur properti material, mesin atau bagian part mesin itu sendiri yang berpengaruh pada fungsi tersebut (Jack A. Collins, Failure of Materials in Mechanical Design). Merupakan tanggung jawab utama dari perancang mesin untuk menjamin rancangan yang dibuat sesuai dengan kebutuhan pasar. Dalam analisa kegagalan sangat diperlukan pengetahuan mengenai kegagalan itu sendiri, prediksi kegagalan dan pencegahan dakan kegagalan tersebut. Setiap rancangan dilakukan dengan tujuan untuk menciptakan dan optimasi apa yang manusia inginkan. Dalam pengertian mengenai perancangan mesin yang sempurna maka suatu rancangan mesin yang meskipun akan mengalami kegagalan diharapkan dapat memberikan life time yang terbaik. Oleh karena itu suatu perancangan mesin biasanya mengikuti beberapa faktor berikut ini :

  1. Setiap part mesin harus mampu menghasilkan suatu gaya dan performance yang effisien dan ekonomis,
  2. Kegagalan dari tiap part dapat ditentukan berdasarkan life time part tersebut.
  3. Kritikal point dari suatu desain diketahui saat perakitan, oleh karena itu kegagalan awal dapat terdeteksi sebelum menjadi bahaya.
  4. Setiap part mesin harus sesuai fungsinya tanpa mengganggu fungsi dari part yang lain.
  5. Harga dari sebuah rancangan sebanding dengan fungsi yang diharapkan.
  6. Berat dan ukuran dari rancangan sesuai dengan fungsi yang diharapkan.
  7. Rancangan dapat di maintenance sesuai dengan desainnya.
  8. Mesin yang dihasilkan tidak hanya menghasilkan fungsi dan keamanan namun dapat dijual ke pasaran.

2.5 Mode Kegagalan

Mode kegagalan merupakan proses fisik atau kombinasi proses yang berpengaruh terhadap prosedur kegagalan (Jack A. Collins, Failure of Materials in Mechanical Design). Mode kegagalan dapat dikatakan suatu klasifikasi yang sistematis yang memungkinkan untuk memprediksi kegagalan seperti :

  1. Bentuk kegagalan.
  2. Elastic Deformation
  3. Plastic Deformation
  4. Rupture atau Fracture
  5. Perubahan material (metalurgim kimia dan nuclear)
  6. Failure inducing agents
  7. Force (Steady, transientm cyclic, random)
  8. Waktu (sangat pendek, pendek, panjang)
  9. Temperature (low, room, elevated, stead, transient, cyclic, random)
  10. Reactive environment (chemichal, nuclear)
  11. Lokasi Kegagalan
  12. Body type
  13. Surface type

Setiap klasifikasi dari kegagalan tersebut dapat diidentifikasi dan dikombinasikan satu sama lain atau dapat dipakai semua sebagai suatu prosedur dari kegagalan tersebut. Contoh dari mode kegagalan yang dapat saling berkombinasi :

  1. Elastic deformation
  2. Yielding
  3. Brinelling
  4. Ductile rupture
  5. Brittle fracture
  6. Fatique
  7. Corrotion
  8. Wear
  9. Impact
  10. Fretting
  11. Creep
  12. Thermal relaxation

Contoh diatas merupakan sebagian kecil kombinasi kegagalan yang saling terkait dan dapat diobservasi. Dari contoh diatas diambil analisa kegagalan mengenai fatique (kelelahan).

2.6 Fatique (Kelelahan)

Kelelahan adalah salah satu jenis kerusakan/kegagalan yan diakibatkan oleh beban berulang (Donald J Wuppy, Understanding How Component Fail). Terdapat 3 fase dalam perpatahan fatik (gambar 10) : permulaan retak, penyebaran retak, dan patah. Mekanisme dari permulaan retak umumnya dimulai dari crack initiation yang terjadi di permukaan material yang lemah atau daerah dimana terjadi konsentrasi tegangan di permukaan (seperti goresan, notch, lubang-pits dll) akibat adanya pembebanan berulang. Selanjutnya, adalah penyebaran retak ini berkembang menjadi microcracks. Perambatan atau perpaduan microcracks ini kemudian membentuk macrocracks yang akan berujung pada failure. Maka setelah itu,   material akan mengalami apa yang dinamakan perpatahan. Perpatahan terjadi ketika material telah mengalami siklus tegangan dan regangan yang menghasilkan kerusakan yang permanen.

Suatu bagian dari benda dapat dikenakan berbagai macam kondisi pembebanan termasuk tegangan berfluktuasi, regangan berfluktuasi, temperatur berfluktuasi (fatik termal), atau dalam kondisi lingkungan korosif atau temperatur tinggi. Kebanyakan kegagalan pemakaian terjadi sebagai akibat dari  tegangan-tegangan tarik.

Awal proses terjadinya kelelahan (fatigue) adalah jika suatu benda menerima beban yang berulang maka akan terjadi slip. Ketika slip terjadi dan benda berada di permukaan bebas maka sebagai salah satu langkah yang disebabkan oleh perpindahan logam sepanjang bidang slip. Ketika tegangan berbalik, slip yang terjadi dapat menjadi negatif (berlawanan) dari slip awal, secara sempurna dapat mengesampingkan setiap efek deformasi. Deformasi ini ditekankan oleh pembebanan yang berulang, sampai suatu retak yang dapat terlihat akhirnya muncul retak mula-mula terbentuk sepanjang bidang slip.

Fatigue menyerupai brittle farcture yaitu ditandai dengan deformasi plastis yang sangat sedikit. Proses terjadinya fatigue ditandai dengan crack awal, crack propagatin dan fracture akhir. Permukaan fracture biasanya tegak lurus terhadap beban yang diberikan. Dua sifat makro dari kegagalan fatigue adalah tidak adanya deformasi plastis yang besar dan farcture yang menunjukkan tanda-tanda berupa ‘beachmark’ atau ‘camshell’. Tanda-tanda makro dari fatigue adalah tanda garis garis pada pemukaan yang hanya bisa dilihat oleh mikroskop elektron.

2.7 Kurva  Tegangan – Siklus ( S – N )

Data fatigue biasanya disajikan dalam kurva tegangan dan siklus, dimana tegangan adalah S dan siklus adalah N.  Jumlah siklus adalah siklus mulai dari pengintian retak sampai perambatan retak.

Bila tegangan turun maka jumlah siklus untuk terjadi kegagalan menjadi naik, sedangkan bila tegangan naik maka julmlah siklus menjadi berkurang.  Pada baja sebagai ferrous alloy, terdapat batas tegangan dimana kegagalan fatigue tidak terjadi atau terjadi pada siklus yang amat panjang (infinite).  Nilai batas tersebut terlihat sebagai suatu aimptotik yang menunjukkan nilai fatigue limit atau endurance limit. Endurance limit adalah tegangan dimana tidak terjadinya kegagalan atau fracture didalam range 107 cycles. Berbeda dengan material nonferrous seperti paduan aluminium dan lainnya tidak memiliki fatigue limit. Untuk melihat perbedaaan antara kedua paduan tersebut dapat ditunjukkan pada Gambar 11.

Dengan memahami karakteristik suatu konstruksi atau komponen mesin yang mengalami fatigue, maka suatu perencanaan atau desain  perlu dipertimbangkan dari aspek endurance limit suatu material.

2.7.1 Karakteristik Kelelahan Logam

Didalam static tensile test, kelelahan terjadi sewaktu nilai stress melebihi nilai yield stress. Kaakteristik kelelahan logam dibedakan menjadi dua yaitu :

  1. Karakteristik makro, merupakan ciri-ciri kelelahan yang dapat diamati secara visual (dengan mata telanjang atau dengan kaca pembesar).
  2. Karakteristik mikro, hanya dapat diamati dengan menggunakan mikroskop.

2.8 Uji Kekerasan Vickers

Uji kekerasan vickers menggunakan indentor piramida intan yang pada dasarnya berbentuk bujur sangkar. Besar sudut antar permukaan piramida intan yang saling berhadapan adalah 1360 (gambar 12). Nilai ini dipilih karena mendekati sebagian besar nilai perbandingan yang diinginkan antar diameter lekukan dan diameter bola penumbuk pada uji kekerasan brinell (dieter, 1987).

Angka kekerasan vickers didefinisikan sebagai beban dibagi luas permukaan lekukan. Pada prakteknya. Luas ini dihitung dari pengukuran mikroskopik panjang diagonal jejak. VHN dapat ditentukan dari persamaan berikut :

Keterangan :

P = beban yang digunakan (kg)

D = panjang diagonal rata-rata (mm)

= sudut antara permukaan intan yang berhadapan = 1360

Karena jejak yang dibuat dengan penekanan piramida serupa secara geometris dan tidak terdapat persoalan mengenai ukuranya, maka VHN tidak tergantung kepada beban. Pada umumnya hal ini dipenuhi, kecuali pada beban yang sangat ringan. Beban yang biasanya digunakan pada uji vickers (gambar 13) berkisar antara 1 hingga 120 kg. Tergantung pada kekerasan logam yang akan diuji. Hal  hal yang menghalangi keuntungan pemakaian metode vickers adalah :

  1. Uji ini tidak dapat digunakan untuk pengujian rutin karena pengujian ini sangat lamban.
  2. Memerlukan persiapan permukaan benda uji.
  3. Terdapat pengaruh kesalahan manusia yang besar pada penentuan panjang diagonalnya

2.5 Perlakuan Panas Logam Metoda Direct Quenching, Quenching Tempering

2.5.1 Pengertian, Definisi Perlakukan Panas Logam Direct Quenching, Quenching Tempering, Celup Cepat dan Temper

Perlakukan panas metoda Direct Quenching, atau Quenching Tempering dimulai dengan memanaskan Logam baja sampai temperature austenite (gambar 14), di atas temperature kritis ( 800 -950 celcius), tergantung pada komposisi logamnya. Kemudian ditahan untuk beberapa waktu, agar fasa logam menjadi homogen. Pada temperature ini, Seluruh ferit dan sementit berubah menjadi austenite. Dekomposisi fasa yang terjadi selama pemanasan  adalah sebagai berikut:

Ferit + Sementit —–> Austenit

 

Selanjutnya logam baja pada fasa austenite tersebut didinginkan dengan cepat ke dalam suatu media pendingin, biasanya air, larutan garam, minyak atau oli sampai ke temperature ruang. Laju pendinginan akan tergantung pada media yang digunakan.

Fasa yang diperoleh dari operasi ini adalah mertensit. Martensit terjadi di bawah temperature eutectoid, namun masih di atas temperatur kamar. Transformasi fasa austenite ke fasa martensit diperoleh dengan pendinginan tanpa memotong hidung kurva transformasi. Transformasi terjadi sangat cepat sehingga austenite tidak sempat berubah membentuk ferit dan sementit. Atom-atom karbon yang telah larut dalam austenite tidak mempunyai kesempatan untuk berdifusi dan membentuk sementit. Sehingga transformasi terjadi karena pergeseran atom dan bukan karena difusi. Dekomposisi fasa yang terjadi selama pendinginan  adalah sebagai berikut:

Austenit —–> Martensit

Susunan unit sel martensit adalah body centered tetragonal (BCT). Semua atom karbon yang tertinggal akan tetap dalam larutan padat, dan ini menyebabkan larutan padat kelewat jenuh. Karbon ini terperangkap dalam kisi sehingga akan menyulitkan untuk terjadinya slip. Martensit akan menjadi keras, kuat dan sangat rapuh atau getas.

Proses quenching diikuti oleh proses temper yang dimaksudkan untuk menghilangkan tegangan dalam, tegangan sisa akibat pendinginan yang sangat cepat. Selain itu temper akan  memperbaiki atau meningkatkan keuletan dan ketangguhan dengan perubahan kekerasan akibat proses temper diusahakan seminimal mungkin. Martensit temper dapat memiliki kekuatan dan ketangguhan yang memadai bila mengalami laku panas yang tepat. Hal ini dimungkinkan karena martensit yang rapuh dirubah menjadi disperse partikel karbida yang halus dalam matrik ferit yang ulet dan tangguh.

Operasi temper dilakukan dengan memanaskan baja sampai temperature tertentu di bawah temperature kritis. Sifat akhir dari baja yang ditemper akan dipengaruhi oleh temperature dan lamanya waktu penemperan. Martensit merupakan fasa metastabil yang mengandung karbon sebagai larutan pada kelewat jenuh. Bila berada pada temperature di bawah temperature eutectoid dalam waktu yang cukup lama, larutan karbon yang lewat jenuh ini akan berubah menjadi bentuk ferit dan karbida yang lebih stabil. Dekomposisi fasa yang terjadi selama penemperan  adalah sebagai berikut:

Martensit —-> Ferit + Karbida (Fe3C)

Struktur martensit temper (ferit + karbida) yang terjadi tidak berbentuk lamel seperti perlit. Struktur ini mengandung banyak sekali partikel karbida yang terdistribusi. Hal ini disebabkan dalam baja martensit terdapat banyak sekali letak/tempat nukleasi. Martensit temper ini lebih tangguh daripada martensit yang metastabil (martensit sebelum ditemper), sehingga merupakan bahan yang banyak digunakan meskipun agak lunak. Matrik ferit yang ulet dengan sebaran partikel karbida yang keras menghasilkan suatu bahan/baja yang kuat. Partikel keras menghambat deformasi plastis, sedangkan matriknya sendiri ulet dan tangguh. Sehingga secara keseluruhan bahan/baja menjadi tangguh dan kuat.

2.6 Proses Tempering Pada Logam

2.6.1 Transformasi Fasa Pada Proses Tempering

Proses temper adalah proses memanaskan kembali baja yang sudah dikeraskan dengan tujuan untuk memperoleh kombinasi antara kekuatan, duktilitas dan ketangguhan yang tinggi. Salah satu karakteristik dari hasil proses quenching adalah logam menjadi rapuh, logam tidak memiliki keuletan yang cukup untuk sejumlah aplikasi. Selain itu quenching menimbulkan tegangan sisa yang terbentuk selama pembentukan martensit. Oleh karena itu proses hardening-quenching selalu diikuti oleh proses tempering atau penemperan.

Perlakuan panas tempering bertujuan untuk mengurangi tegangan sisa, meningkatkan ketangguhan dan keuletan baja yang telah mengalami pengerasan martensite. Selama proses tempering baja akan mengalami penurunan kekerasan dan kekuatan. Namun sifat keuletan akan naik yang diikuti dengan penurunan kerapuhan. Tegangan sisa yang terbentuk selama pembentukan fasa martensi ikut berkurang. Pengurangan tegangan sisa menjadi sangat penting dalam penurunan kerapuhan baja. Artinya tegangan sisa pada baja akan menyebabkan baja menjadi rapuh atau getas.

Selama tempering berlangsung akan terjadi transformasi fasa-fasa yang terbentuk selama proses quenching. Mekanisme transformasi fasa pada proses temper terjadi dalam empat tahap.

2.6.2 Tahapan Dan Mekanisme Dekomposisi Fasa Martensit

  1. Tahap pertama, pada temperature 100 – 250 celcius  terjadi pengendapan fasa kaya karbon yaitu fasa epsilon-karbida. Pembentukan fasa ini mengakibatkan kandungan karbon pada fasa martensit berkurang.
  2. Tahap kedua, pada temperature 200 – 300 celcius, terjadi dekomposisi fasa austenite menjadi bainit.
  3. Tahap ketiga, pada temperature 200 – 300 celcius terjadi perubahan atau dekomposisi epsilon-kabida menjadi sementit dan martensite menjadi sementit dan ferit.
  4. Tahap keempat, pada temperature di atas 350 celcius terjadi perubahan secara kontinyu dan terjadinya spheroidisasi fasa-fasa sementit.
  5. Fasa setelah proses tempering ini biasa disebut sebagai fasa martensite temper. Artinya fasa martensit yang telah mengalami proses temper.

Dari tahapan proses dekomposisi fasa selama temper, sifat akhir dari baja temper tergantung pada fasa-fasa akhir yang terbentuknya. Sementara fasa akhir yang dimiliki baja hasil temper tergantung daripada temperature temper-nya. Dengan demikian pengaturan sifat mekanik sangat tergantung pada pengaturan dari temperature proses penemperannya.

2.6.3 Pengaruh Tempertur Temper Terhadap Sifat Mekaanik Logam, Baja

Pengaruh  temperatur temper terhadap perubahan kuat tarik baja seri 1026 dapat dilihat pada Gambar 1. Baja seri 1026 memiliki nilai kuat tarik 770 Mpa, setelah perlakuan proses quenching.  Proses tempering menyebabkan kekuatan baja seri 1026  ini turun menjadi sekitar  560 MPa setelah ditemper pada temperatur 600 celcius selama 30 menit.

Pangaruh temperature temper terhadap nilai kekersan yang dimiliki baja dengan kandungan karbon 0,25 persen dan krom 1,0 persen dapat dilihat pada (gambar 15).  Setalah proses quenching Baja ini memiliki kekerasan 570 HV. Proses temper pada temperatur 500 celcius mampu menurunkan kekerasan baja ini menjadi sekitar 370 HV.

Struktur mikro yang menunjukkan fasa martensit temper dengan temperature temper yang berbeda dapat dilihat pada (Gambar 16). Pada tempertur yang lebih tinggi tampak terdapat butir-butir kabida halus yang tersebar di fasa martensit tempernya.

Pada  proses temper terjadi dekomposisi fasa martensit yang keras dan kuat menjadi fasa ferit  dan partikel-partikel sementit atau karbida (gambar 17). Fasa ferit merupakan fasa matrik dengan sifat lunak dan ulet. Sedangkan fasa sementit atau karbida yang terbentuk memiliki sifat yang keras. Matrik yang ulet dengan sebaran partikel yang keras akan menghasilkan suatu logam yang tangguh.

Martensit (M)  —>  Martensit Temper (Ferit  + Karbida )

Dispersi partikel karbida ini akan mampu menahan atau menghambat deformasi plastik. Besarnya hambatan yang ditimbulkan akan berbanding lurus dengan luas  kontak antara fasa karbida dengan fasa matriknya. Semakin besar ukuran partikel karbida, maka semakin kecil luas kontak antara kedua fasa tersebut. Hambatan terhadap deformasi berkurang, kondisi ini menyebabkan kekuatan dan kekerasan logam menjadi turun.

Pada temperature temper yang lebih tinggi, Martensit akan tereliminasi dan membentuk  Martensit temper atau martensit  dengan karbon rendah dan partikel-partikel kabida halus berbentuk spheroid (karbida spheroid).  Karbida spheroid halus ini akan tumbuh membentuk  karbida spheroid yang lebih besar pada temperatur  yang relatif lebih tinggi.

Pada temperatur temper yang lebih tinggi fraksi fasa lunak dan ulet akan bertambah, ukuran partikel karbida yang keras menjadi lebih besar. Konsekuensi langsung penambahan fasa lunak dan ulet adalah regangan menjadi lebih besar. Namun karena adanya sebaran partikel kabida yang dapat menahan deformasi plastik , maka logam akan tetap memilikii kekuatan yang cukup tinggi. Dengan demikian secara keseluruhan logam menjadi kuat dan ulet atau tangguh.

BAB III
METODOLOGI PENELITIAN

Pada bab ini diuraikan secara sistematis mengenai langkah-langkah yang dilakukan dalam perancangan ulang chuck jaws. Adapun langkah-langkah yang dilakukan dalam penelitian digambarkan dibawah ini

Pada tahap selanjutnya dilakukan proses pengumpulan dan pengolahan data penelitian meliputi perancangan dan evaluasi hasil perancangan ulang dari chuck jaws berdasarkan aspek dimensi. Langkah-langkah serta hasil pengumpulan dan pengolahan data diuraikan pada sub bab berikut ini:

3.1 Pengumpulan Data

Tahap pengumpulan data memerlukan beberapa macam data mengenai chuck jaws yang sudah ada atau model yang lama. Pengumpulan data ini meliputi pengambilan gambar dari chuck jaws tersebut, pengukuran dimensi dari chuck jaws dan mencatat proses pembuatan yang dilakukan. Proses pengumpulan data dijelaskan pada sub bab berikut ini :

  1. Dokumentasi

Dari metode dokumentasi, didapatkan data-data berupa bentuk dari chuck jaws yang ada dan akan digunakan sebagai landasan dalam pembuatan model yang baru.

  1. Identifikasi Harapan dan Kebutuhan

Pada tahapan ini akan dilakukan interpretasi harapan dan kebutuhan dari operator yang akan menggunakan chuck jaws, yang nantinya akan digunakan sebagai dasar perancangan ulang model chuck jaws. Hasil rancangan tersebut diharapkan mampu memenuhi harapan dan kebutuhan operator.

  1. Pengukuran Dimensi

Dalam perancangan ulang ini diperlukan data dimensi yang digunakan untuk menetapkan ukuran rancangan. Hal ini dimaksudkan agar rancangan yang dihasilkan dapat digunakan dengan baik.

3.2 Pembuatan Model

Pada tahapan ini merupakan tahapan kelanjutan setelah data-data yang diperlukan sudah lengkap. Pembuatan model dilakukan menggunakan software CATIA V5R19 untuk mempermudah dalam tahapan pembuatan model. Dari data-data yang ada, diharapkan ada perbaikan dari model yang sebelumnya.

3.3 Pembuatan CAM

Tahapan selanjutnya adalah proses pembuatan CAM (Computer Aided Manufacture) yang berfungsi untuk mengetahui bagaimana model chuck jaws yang sudah dilakukan pembuatan modelnya pada tahapan sebelumnya. Hasil akhir yang ingin didapatkan dari proses ini adalah berupa data (G-code) yang dapat digunakan oleh operator sebagai parameter pembuatan selanjutnya. Pada tahapan ini software yang dapat digunakan ada 2 macam yakni CIMATRON dan MASTERCAM. Dipilih CIMATRON sebagai software dalam pembuatan model ini karena dirasa lebih mudah dibandingkan software MASTERCAM.

3.4 Pemilihan Material

Untuk mengetahui material yang akan digunakan dalam proses pembuatan, sebelumnya dilakukan pengujian terhadap material yang digunakan benda kerja yang telah ada. langkah selanjutnya adalah setelah didapatkan program dalam membuat model melalui software CIMATRON, kemudian untuk menentukan kekuatan dari chuck jaws yang dibuat diperlukan tahapan pemilihan material. Dalam pemilihan material dapat ditentukan material apa yang sesuai untuk model chuck jaws yang dibuat. Selain melakukan tahapan pemilihan material, dalam tahapan ini juga diberikan pembebanan pada chuck jaws untuk mengetahui tegangan maksimum yang mampu dihasilkan oleh model ini.

3.5 Proses Manufaktur

Dalam proses manufaktur ini dimulai dengan memilih material yang akan digunakan, kemudian menentukan dimensi dari benda kerja, menentukan langkah kerja, menentukan diameter pahat dan melakukan perhitungan. Langkah-langkah ini diperlukan agar dalam proses pembuatan chuck jaws ini tidak lagi terjadi kesalahan. Perhitungan diperlukan untuk mengetahui perhitungan apa saja yang diperlukan dalam pembuatan model ini dengan pahat yang digunakan. Perhitungan-perhitungan yang akan dilakukan meliputi kecepatan potong rata-rata dan kecepatan pemakanan. Perhitungan yang yang dilakukan adalah :

  1. Kecepatan potong rata-rata (m/menit)

Dimana :

d = diameter pahat, mm

n = putaran poros utama, rpm

Cs = Cutting Speed, m/min

  1. Kecepatan Pemakanan (mm/menit)

Dimana :

fz = gerak pemakanan, mm/putaran

z = jumlah mata potong

  1. Plunge Rate (mm/min)

Fz = gerak pemakanan, mm/put

Pr = plunge rate, mm/min

BAB IV
ANALISIS DAN PEMBAHASAN

Pada bab ini akan diuraikan proses pengumpulan dan pengolahan data penelitian meliputi perancangan dan evaluasi dari perancangan ulang yang dilakukan. Langkah-langkah yang dilakuka adalah sebagai berikut.

4.1 Pengumpulan Data

Tahap pengumpulan data diperoleh dari beberapa proses yang dilakukan untuk mendapatkan data-data pendukung untuk membantu dalam proses perancangan ulang chuck jaws ini. Dari pengumpulan data ini diharapkan nantinya didapatkan perbaikan dari perancangan ulang ini. Tahapan pengumpulan data diantaranya adalah sebagai berikut :

4.1.1 Dokumentasi

Proses pengumpulan data melalui proses dokumentasi adalah proses yang dilakukan dengan cara melihat langsung model chuck jaws yang ada sebelumnya agar mengetahui bagaimana bentuk yang ada, baik chuck jaws yang mengalami patahan maupun chuck jaws yang sudah dibuat namun tidak sesuai dengan spesifikasi. dokumentasi ini kemudian disimpan sebagai acuan dalam proses pembuatan. Berikut ini adalah dokumentasi (gambar 20) yang berhasil diambil :

  1. Dokumentasi Chuck Jaws yang mengalami patahan

4.1.2 Identifikasi Keluhan dan Kebutuhan

Identifikasi dilakukan dengan cara melakukan wawancara langsung kepada operator yang sering menggunakan chuck jaws tersebut. Setelah melakukan wawancara, operator membutuhkan chuck jaws yang memiliki spesifikasi yang sesuai dengan chuck jaws yang sama seperti aslinya. Jika menggunakan chuck jaws yang dibuat ulang, benda kerja yang dibuat tidak pernah simetris. Dipasaran chuck jaws seperti ini sudah sangat sulit didapatkan. Langkah yang paling mudah adalah dengan cara melakukan pembuatan ulang dengan spesifikasi yang sama seperti aslinya.

4.1.3 Pengukuran Dimensi

Untuk mendapatkan hasil yang sama dengan aslinya, diperlukan pengukuran dari model yang ada. Alat bantu dalam pengukuran ini adalah jangka sorong (vernier caliper). Selain itu, untuk mendapatkan kepresisian yang tepat diperlukan melakukan pembokaran dari kepala chuck. Alat bantu yang digunakan adalah obeng dan kunci L.

4.2 Pembuatan Model

Pembuatan model (lampiran) yang dilakukan adalah menggunakan software CATIA V15 dengan input dimensi adalah data-data yang telah diperoleh dari proses pengumpulan data (gambar 22). Langkah-langkah dalam proses pembuatan model akan dijelaskan dalam diagram alir berikut ini :

4.3 Pembuatan CAM (Computer Aided Manufacture)

Untuk mempermudah proses pembuatan, dalam proses manufacture digunakan mesin CNC (Computer Numereical Control) yang membutuhkan G-code. G-code bisa diperoleh setelah model yang tadi sudah dibuat pada CATIA diproses menggunakan software CIMATRON. Dari proses ini akan didapatkan data berupa G-code (lampiran). Proses mendapatkan G-code dapat dilihat pada diagram alir berikut ini :

4.4 Pemilihan Material

Sebelum menentukan, material pada chuck jaws yang sebelumnya harus dilakukan pengujian. Pengujian tersebut dapat melihat mengapa chuck jaws yang sebelumnya dapat mengalami kegagalan. Chuck jaws yang rusak dibawa menuju laboratorium material yang terdapat di POLBAN. Dengan menggunakan alat uji vicker dengan pembimbing Bapak Dudi Y.P. Tahapan awal dilakukan observasi makroskopik unutk melihat kegagalan secara visual.

Dari hasil makroskopik observasi diputuskan bahwa kegagalan pada chuck jaws dikarenakan torsi. Diputuskan demikian karena fracture surface terdiri dari bagian-bagian yang halus disekelilingnya dan pada bagian tengah poros menyerupai krisan. Pembentukan awal merupakan surface failure yang kemudian menjadi surface failure dikarenakan torsi. Poin utama dari failure initation yaitu pada bagian step poros kemudian pada sekeliling step tersebut.

Initial crack ditunjukkan dengan garis melingkar disekitar tepian patahan dan nampak lebih kasar, sedangkan beach mark ditunjukkan dengan garis-garis melingkar halus didaerah initial crack dan final failure. Beach mark lebih sering dikatakan sebagai tahapan perambatan retak. Luas daerah antara tahapa penjalaran retakan dan tahap akhir secara kualitatif dapat menunjukkan besarnya tegangan yang bekerja. Jika luas setiap daerah tahap penjalaran retakan lebih besar daripada luas patah akhir maka tegangan yang bekerja relatif rendah, demikian sebaliknya. Tahap I terjadinya kelelahan logam yaitu tahap pembentukan awal retak, lebih mudah terjadi pada logam yang bersifat lunak dan ulet tetapi akan lebih sukar dalam tahap penjalaran retakannya. (tahap II), artinya logam-logam ulet akan lebih tahan terhadap penjalaran retakan. Demikian sebaliknya logam yang keras dan getas, akan tahan terhadap pembentukan awal retak dan penjalaran retakan dalam mekanisme kelelahan logam, membutuhkan waktu sehingga umur lelah dari komponen atau logam ditentukan dari kedua tahap tersebut.

Setelah melakukan uji mikroskopik, kemudian dilakukan uji kekerasan vickers menggunakan indentor piramida intan yang pada dasarnya berbentuk bujur sangkar. Besar sudut antar permukaan piramida intan yang saling berhadapan adalah 1360. Nilai ini dipilih karena mendekati sebagian besar nilai perbandingan yang diinginkan antar diameter lekukan dan diameter bola penumbuk pada uji kekerasan brinell (dieter, 1987).

Angka kekerasan vickers didefinisikan sebagai beban dibagi luas permukaan lekukan. Pada prakteknya. Kareana jejak yang dibuat dengan penekanan piramida serupa secara geometris dan tidak terdapat persoalan mengenai ukuranya, maka VHN tidak tergantung kepada beban. Pada umumnya hal ini dipenuhi, kecuali pada beban yang sangat ringan. Beban yang biasanya digunakan pada uji vickers berkisar antara 1 hingga 120 kg. Tergantung pada kekerasan logam yang akan diuji. Hal  hal yang menghalangi keuntungan pemakaian metode vickers adalah :

  1. Uji ini tidak dapat digunakan untuk pengujian rutin karena pengujian ini sangat lamban.
  2. Memerlukan persiapan permukaan benda uji.
  3. Terdapat pengaruh kesalahan manusia yang besar pada penentuan panjang diagonalnya

Pada tahap awal, chuck jaws diberikan beban sebesar 0,05 kg atau setara dengan 50 gram. hasil yang diharapkan tidak tampak namun tetap didapatkan data sebagai berikut :

  • 1094 HV
  • 2 HRC

Langkah selanjutnya adalah menambah beban penitikan dengan angka 0,1 kg atau setara dengan 100 gram. Pada pembebanan sebesar 100 gram ini, dilakukan dengan 3 kali penitikan dengan hasil sebagai berikut :

Penitikan ke HV HRC
1 863,4 66
2 1029 69
3 850 65.5

Ketiga data tersebut dijadikan acuan material apa yang digunakan oleh chuck jaws tersebut, data-data yang diperoleh kemudian dibandingkan menggunakan katalog dari bohler K329DE (lampiran). Didalam katalog tersebut HRC yang ada hanya berkisar 47 – 58 HRC. Material tersebut adalah Steel. Dari data yang diperoleh kemudian ditarik kesimpulan bahwa material yang digunakan oleh chuck jaws adalah steel yang melalui proses quencing namun tanpa melalui proses tempering. Alasan tersebutlah yang menjadikan chuck jaws ini menjadi getas.

Setalah tahapan tersebut dilewati, kemudian diputuskan dalam melakukan perancangan ulang ini menggunakan material baja AISI 1070 dengan komposisi sebagai berikut :

C (%) Mn (%) P max (%) S (%) Fe
0,65-0,75 0,6-0,9 0,040 0,050 96,8

Adapun fungsi dari unsur-unsur tersebut adalah :

C         =         Meningkatkan ketahanan abrasi, keras dan menigkatkan kekuatan dan kekerasan

Mn       =          Meningkatkan ketahanan korosi, batas elastis, tahan lelah, mampu keras dan tangguh terhadap panas.

P max  =          Meningkatkan tahan korosi dan abrasi.

S          =          Menigkatkan batas elastisitas, kekerasan dan ketangguhan.

Fe        =          Tahan lelah, mampu keras, tahan terhadap impact dan shock.

Material tersebut kemudian melalui proses pemesinan. Setelah dilakukan proses pemesinan langkah selanjutnya adalah melewati beberapa tahapan berupa quencing dan tempering. Prosesnya adalah dengan cara dengan memanaskan Logam baja sampai temperature austenite di atas temperature kritis ( 800 -950 celcius), tergantung pada komposisi logamnya. Kemudian ditahan untuk beberapa waktu, agar fasa logam menjadi homogen. Pada temperature ini, Seluruh ferit dan sementit berubah menjadi austenite. Selanjutnya logam baja pada fasa austenite tersebut didinginkan dengan cepat ke dalam suatu media pendingin, biasanya air, larutan garam, minyak atau oli sampai ke temperature ruang.

Semua atom karbon yang tertinggal akan tetap dalam larutan padat, dan ini menyebabkan larutan padat kelewat jenuh. Karbon ini terperangkap dalam kisi sehingga akan menyulitkan untuk terjadinya slip. Martensit akan menjadi keras, kuat dan sangat rapuh atau getas. Salah satu karakteristik dari hasil proses quenching adalah logam menjadi rapuh, logam tidak memiliki keuletan yang cukup untuk sejumlah aplikasi. Selain itu quenching menimbulkan tegangan sisa yang terbentuk selama pembentukan martensit. Oleh karena itu proses hardening-quenching selalu diikuti oleh proses tempering atau penemperan.

Perlakuan panas tempering bertujuan untuk mengurangi tegangan sisa, meningkatkan ketangguhan dan keuletan baja yang telah mengalami pengerasan martensite. Selama proses tempering baja akan mengalami penurunan kekerasan dan kekuatan. Namun sifat keuletan akan naik yang diikuti dengan penurunan kerapuhan. Tegangan sisa yang terbentuk selama pembentukan fasa martensi ikut berkurang. Pengurangan tegangan sisa menjadi sangat penting dalam penurunan kerapuhan baja. Artinya tegangan sisa pada baja akan menyebabkan baja menjadi rapuh atau getas.

4.5 Proses Manufaktur

Untuk memenuhi proses manufaktur langkah-langkah yang diperlukan adalah sebagai berikut :

  1. Menentukan Material

Pada sub bab sebelumnya sudah dibahas mengenai material dan perlakuan apa yang akan digunakan dalam perancangan ulang ini. Material yang akan digunakan adalah menggunakan baja AISI 1070.

  1. Menentukan dimensi

Dimensi yang akan digunakan  adalah dimensi sama dengan dimensi chuck aslinya. material awal yang dibutuhkan adalah baja AISI 1070 dengan dimensi 50 x 15 x 32 mm (gambar 30).

  1. Menentukan Langkah Kerja, Pemilihan Pahat dan Perhitungan Teknik.

Dalam melakukan proses manufaktur, diperlukan penentuan langkah kerja terhadap benda kerja yang akan di eksekusi. Tujuan dari penentuan langkah kerja adalah

  1. Diharapkan akan lebih efesien pengerjaannya.
  2. Kesalahan terhadap proses manufaktur lebih sedikit.

Langkah kerja yang dilakukan adalah :

  1. Proses Pemesinan 1

Proses pemesinan 1 bertujuan untuk membuat alur pada sisi sebelah kanan dan kiri. Alasan dilakuan proses pemesinan pada bagian ini terlebih dahulu adalah agar benda dapat tercekam dengan baik oleh ragum.

Dalam proses pemesinan ini digunakan pahat flat dengan diamater 20 mm sebagai facing dan pahat flat dengan diamater 5 mm sebagai pembentuk alur dengan perhitungan kecepatan sebagai berikut :

  1. Facing
  1. Alur
  1. Proses Pemesinan 2

Proses pemesinan 2 bertujuan untuk membuat gigi spiral sebagai jalur pergerakan dari chuck (gambar 32).

Perlu diperhatikan bahwa bentuk profil gigi paling depan hingga paling belakang dibuat berbeda-beda untuk menyesuaikan dengan gigi spiral sebagai alur yang memiliki besar radius yang berbeda. Dalam proses pemesinan 2 akan digunakan pahat flat dengan diameter 20 mm sebagai facing dan pahat flat diameter 3mm untuk membuat gigi dengan perhitungan kecepatan sebagai berikut :

  1. Facing
  1. Gigi
  1. Proses Pemesinan 3

Proses pemesinan 3 bertujuan untuk membentuk bagian atas dari chuck (gambar IV.11).

Bentuk punggung chuck dari satu set chuck rahang tiga ini harus memiliki referensi bidang yang sama satu dengan yang lainnya, guna menjaga geometri benda dan dapat melakukan pencekaman benda kerja dengan baik.

Pada proses pemesinan 3, diberikan bentuk berupa undercut (gambar 33). undercut ini nantinya berfungsi sebagai alur pembebas ketika terjadi proses pencekaman. Pahat yang digunakan adalah pahat flar dengan diamater 20 mm sebagai facing, pahat flat diamater 10 mm dan pahat ball dengan diameter 3 mm untuk pemakanan undercut  . Dengan perhitungan teknik sebagai berikut :

  1. Facing
  1. Alur
  1. Undercut

4.6 Analisa tegangan yang terjadi

Untuk menganalisa tegangan yang terjadi pada chuck digunakan alat bantu berupa software analisis yaitu ansys. Dengan menggunakan ansys dapat dilakukan simulasi tegangan yang terjadi pada chuck sehingga didapatkan hasil analisis yang sempurna.

Berikut ini adalah langkah-langkah yang dilakukan saat melakukan analisa menggunakan software ansys.

  1. Melakukan pemberian asumsi letak arah gaya, tumpuan dan bidang pengarah (tanpa gaya gesek). Besar gaya yang diberikan adalah 600N
  1. Dilakukan simulasi analisa dan didapatkan data total terjadinya deformasi, tegangan normal maksimum dan Equivalen dari tegangan elastis.

Dari ke dua data hasil simulasi tersebut dapat disimpulkan bahwa total deformasi maksimum yang terjadi setelah gigi chuck diberi gaya sebesar 600 N adalah 0,00044829 mm dan tegangan normal maksimum yang terjadi adalah sebesar 1,81111 Mpa.

BAB V
KESIMPULAN

  • Dari hasil penelitian yang telah dilakukan dihasilkan chuck jaws tiga rahang dengan daya tahan yang lebih baik dari eksisting.
  • Material yang digunakan memiliki kualitas yang lebih baik dengan adanya tambahan perlakuan. Yaitu, perlakuan quenching dan
  • Memiliki langkah kerja yang teratur sehingga waktu pengeraanya bisa lebih efesien.

Daftar Pustaka

Saito, G . Takeshi dan N. Sugiarto H. 1999. Menggambar mesin menurut ISO. Jakarta : PT Pradnya Paramita.

Ahmad  Antoni IKM. 1998.  Kamus lengkap Teknik. Surabaya : Gitamedia Press.

http://eko-m228.blogspot.com/2011/01/bagian-bagian-utama-mesin-bubut.html[1]

http://khoirulmesin.blogspot.com/2012/06/mesin-bubut-3-lanjutan.html[2]

http://editechducation.blogspot.com/2014/05/mesin-bubut.html[3]

http://jansen-pakpahan.blogspot.com/2010/06/bab-4-paduan-logam-struktur-dan.html[4]

http://www.efunda.com/formulae/solid_mechanics/fatigue/fatigue_highcycle.cfm[5]

http://www.labmat.pw.plock.pl/org-wytrz/vickers.htm[6]

http://alatujiindonesia.indonetwork.co.id/584153/low-load-vickers-hardness-tester.htm#_ga=1.55279659.1863359418.1421835081[7]

http://ardra.biz/sain-teknologi/metalurgi/perlakuan-panas-logam/proses-tempering-penemperan/[8]

http://teknik-mesin1.blogspot.com/2011/06/uji-kekerasan-vickers.html

Advertisements

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s