BAB II PENDEKATAN PEMECAHAN MASALAH
A. Identifikasi Gambar Kerja Gambar kerja merupakan alat komunikasi bagi orang manufaktur. Dengan melihat gambar kerja, operator dapat memahami apa yang diinginkan
perancang
dan
mengaplikasikannya
kedalam
proses
pemesinan. Berikut merupakan gambar kerja dari komponen yang dibuat:
Gambar 1. Ukuran Poros Pencacah B. Identifikasi Bahan Bahan yang digunakan untuk membuat poros pencacah pada mesin pencacah pakan ternak secara kontinyu ini adalah St 60, atau baja dengan kekuatan tarik 60 kg/mm². Dalam perencanaan poros harus diperhatikan pengaruh-pengaruh yang akan dihadapi oleh poros tersebut. Selain mendapat beban puntir, poros juga mendapat panas tinggi saat dilakukan pengelasan antara pipa besi dengan pisau pencacah. Oleh karena itu, dipilih bahan St 60 yang memiliki keuletan tinggi agar poros tidak memuai saat dilakukan proses pengelasan, serta untuk menjaga umur poros agar lebih tahan lama.
8
9
C. Identifikasi Alat dan Mesin Proses pembuatan poros pencacah pada mesin pencacah pakan ternak sistem kontinyu dilakukan dengan memanfaatkan mesin serta peralatan-peralatan perkakas yang dimiliki oleh bengkel pemesinan Jurusan Pendidikan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Negeri Yogyakarta. Adapun mesin dan peralatan yang digunakan dapat dilihat pada tabel berikut : Tabel 1. Daftar Alat dan Mesin Untuk Pembuatan Poros Pencacah No. Nama Alat / Mesin Jumlah Keterangan 1
Mesin Bubut + Perlengkapan
1
2
Mesin Bor + Perlengkapan
1
3
Mesin Frais + Perlengkapan
1
4
Penitik
1
5
Palu
1
6
Tap
1
7
Jangka Sorong
1
8
Height Gauge
1
D. Profil Alat dan Mesin 1. Mesin Perkakas yang Digunakan : a. Mesin Bubut ( Lathe / Turning ) Mesin bubut atau lathe adalah suatu alat yang digunakan untuk mengerjakan benda-benda berbentuk silindris. Beberapa proses yang dapat dikerjakan dengan mesin bubut antara lain;
10
1) Turning, yaitu proses mengurangi diameter luar dari benda kerja; 2) Facing, yaitu proses mengurangi panjang benda kerja; 3) Drilling yaitu proses membuat lubang pada benda kerja dengan menggunakan mata bor; 4) Reaming yaitu membubut lubang dari hasil pengeboran yang memiliki akurasi, kebulatan dan kehalusan dalam derajat yang tinggi; 5) Knurling yaitu untuk membuat rigi – rigi kartel pada benda kerja yang berbentuk tirus (straight) ataupun diamond; 6) Parting Off, yaitu pemotongan benda kerja pada mesin bubut dengan pahat potong; 7) Eccentric Turning, yaitu proses membubut benda kerja yang memiliki sumbu tidak sepusat dengan sumbu utama mesin bubut: 8) Boring, adalah proses bubut memperbesar diameter lubang dapat dilakukan dengan pahat bubut.
Gambar 2. Mesin Bubut
11
1) Komponen-komponen utama pada mesin bubut : a) Meja Mesin ( Lathe Bed ) Lathe Bed adalah kerangka utama mesin bubut, yang diatasnya terdapat carriage dan kepala lepas bertumpu serta bergerak. Adapun alur lathe bed berbentuk V yang datar atau rata.
Gambar 3. Lathe Bed b) Kepala Tetap ( Headstock ) Kepala tetap berada di sebelah kiri dari mesin. Bagian ini berfungsi mendukung sumbu utama dan roda-roda gigi dengan ukuran yang bervariasi untuk pemilihan putaran yang diinginkan. Putaran sumbu utama dapat dipilih dengan memindahkan tuas pada posisi yang diinginkan.
Gambar 4. Kepala Tetap
12
c) Kepala Lepas ( Tailstock ) Kepala lepas dapat digeser sepanjang alas/meja mesin dan dapat dikunci dengan baut pengikat. Apabila membubut antara dua senter, maka ujung benda kerja sebelah kanan dapat didukung oleh center putar yang dipasang pada kepala lepas. Kepala lepas dilengkapi dengan morse taper (kerucut morse) yang digunakan untuk memasang alat-alat yang akan dipasang pada kepala lepas, seperti: bor, reamer, dan life centre (center putar).
Gambar 5. Kepala Lepas d) Eretan ( Carriage ) Carriage adalah penopang utama dan pembawa pahat bubut. Carriage terdiri dari: sadlle (pelana), Cross slide (eretan melintang), compound slide (eretan kombinasi), tool holder (pemegang pahat) dan apron box (kotak apron). Selain itu carriage terdapat tuas untuk menggerakkannya secara manual atau otomatis.
13
Gambar 6. Eretan 2) Parameter yang dapat diatur pada mesin bubut : Pada proses pembubutan yang perlu diperhatikan diantaranya yaitu kecepatan putar spindel (speed), gerak makan (feed), kedalaman potong (dept of cut), jenis pahat dan bahan benda yang dikerjakan. a) Kecepatan Putar ( Spindle Speed ) Spindle speed ini berhubungan dengan dengan putaran spindel atau sumbu utama dan benda kerja. Didefinisikan putaran per menit, yaitu banyaknya putaran yang dilakukan spindel dalam satu menit. Besarnya putaran spindel ditentukan berdasarkan besarnya kecepatan potong (cutting speed) yang nilainya sudah ditentukan. Cutting speed pada mesin bubut adalah panjang dalam meter yang dapat dipotong dalam satu menit. Besarnya kecepatan potong tergantung pada bahan pahat, bahan benda kerja dan jenis pemakanan. Satuan untuk kecepatan potong adalah m/menit.
14
Rumus :
V
.d .n (m/min); (Taufiq Rochim, 1993:14) 1000
Keterangan : V
= Kecepatan potong (m/min)
d
= Diameter benda kerja (mm)
n
= Putaran poros utama (benda kerja) (r/ min)
b) Gerak Makan ( Feed ) Feed adalah jarak yang ditempuh oleh pahat setiap benda kerja berputar satu kali. Gerak makan ditentukan berdasarkan kekuatan mesin, material benda kerja, material pahat, bentuk pahat, dan jenis pemakanan terutama kehalusan permukaan yang diinginkan. Rumus : vf = f . n (mm/min); (Taufiq Rochim, 1993:15) Keterangan : vf = Kecepatan makan (mm/min) f = Gerak makan (mm/r) n
= Putaran poros utama (benda kerja) (r/ min)
c) Kedalaman Potong ( Depth of Cut ) Kedalaman potong adalah tebal bagian benda kerja yang dibuang dari benda kerja, atau jarak antara permukaaan yang dipotong terhadap permukaan yang belum terpotong. Biasanya kedalaman potong menentukan harga dari gerak makan. Setelah panjang pemakanan ditentukan, pemotongan dapat diperoleh.
waktu
15
Rumus : tc =
lt vf
(min); (Taufiq Rochim, 1993:15)
Keterangan : tc = Waktu pemotongan (min) lt = Panjang benda kerja total/ keseluruhan (mm) vf
= Kecepatan makan (mm/min) = f.n
3) Hal-hal yang harus diperhatikan dalam pengoperasian mesin bubut : Dalam mengoperasikan mesin bubut terdapat beberapa hal yang harus dikuasai oleh seorang operator, antara lain : a) Cara Kerja Mesin Bubut Mesin bubut menggunakan prinsip gerak putar untuk mengerjakan benda kerja yang sedang dikerjakan, benda kerja ini dijepit oleh cekam dan terhubung dengan spindel utama. Gerakan pemakanan pada mesin bubut dapat dilakukan dengan tiga gerakan yaitu : (1) Gerakan dengan eretan memanjang (2) Gerakan dengan eretan melintang (3) Gerakan dengan eretan atas b) Persiapan Kerja Mesin Bubut Sebelum melakukan pembubutan operator harus menyiapkan peralatan keselamatan kerja dan melakukan
16
penyetingan terhadap mesin. Adapun setting atau pengaturan pada mesin bubut meliputi : -
Kecepatan putaran mesin
-
Posisi kepala lepas harus 1 sumbu dengan cekam (sebagai titik nol mesin). Pemasangan tinggi mata pahat, dimana tinggi mata pahat harus sama dengan tinggi sumbu benda kerja.
4) Peralatan pendukung pada mesin bubut : a) Pahat Bubut Pahat bubut digunakan sebagai penyayat benda kerja dan umumnya dipasang pada tool post. Pahat bubut yang digunakan ada berbagai macam tergantung dari proses yang akan dilakukan dalam pembubutan. Bahan alat potong ini umumnya adalah Baja Kecepatan Tinggi atau HSS (High Speed Steel) dan Carbide. Masing-masing bahan pahat ini digunakan sesuai dengan kekerasan bahan yang dikerjakan.
Gambar 7. Macam-Macam Pahat Bubut
17
Gambar 8. Geometri Pahat Bubut Tabel 2. Sudut Potong Pahat Bubut (Gerling, 1982:28)
18
b) Bor Senter ( Center Bor ) Bor senter merupakan suatu alat pendukung pada mesin bubut yang digunakan untuk mengebor ujung benda kerja yang nantinya bekas lubang senter bor tersebut akan dilanjutkan dengan proses pengeboran, sesuai diameter lubang yang diinginkan.
Gambar 9. Bor Senter c) Kepala Lepas ( Tailstock ) Kepala lepas dapat bergerak sepajang alas atau meja mesin dan berfungsi untuk mendukung ujung benda kerja yang mampu dicekam oleh sumbu utama. Bagian ini terdiri dari sebuah poros memiliki lubang berbentuk kerucut yang dapat digerakan maju mundur sejajar sumbu utama. Lubang ini berfungsi untuk menahan beban aksial yang sejajar sumbu spindel dan untuk memasang bor senter, mata bor, sarung bor dan reamer serta senter putar. Sumbu kepala lepas sendiri dapat digeser tidak sejajar dengan sumbu utama, cara ini dapat digunakan untuk pembubutan tirus dengan sudut kecil yang mengunakan dua senter.
19
b. Mesin Frais ( Milling Machine ) Mesin frais adalah mesin yang mampu melakukan tugas dari segala mesin perkakas seperti pengerjaan bidang rata, lubang-lubang pasak, alur-alur ekor burung, pemotongan sudut, pembuatan roda gigi, pemotongan tepi dan lain-lain. Proses
penyayatannya
benda
kerja
pada
mesin
frais
mengunakan alat potong dengan mata potong jamak yang berputar (pisau frais). 1) Macam-Macam Mesin Frais : a) Mesin Frais Horizontal b) Mesin Frais Vertikal c) Mesin Frais Universal
Gambar 10. Mesin Frais Horizontal
20
Gambar 11. Mesin Frais Vertikal 2) Klasifikasi Proses Frais Berdasarkan jenis pahat, arah penyayatan dan posisi relatif pahat terhadap benda kerja dapat diklasifikasikan menjadi tiga, yaitu : a) Frais Periperal ( Slab Milling ) b) Frais Muka ( Face Milling ) c) Frais Jari ( End Milling ) 3) Metode Proses Frais Berdasarkan arah relatif gerak makan meja mesin frais terhadap putaran pahat, metode frais dapat dibedakan menjadi dua, yaitu : a) Frais Naik ( Up Milling ) Prinsipnya, gerak dari putaran pahat berlawanan arah terhadap gerak makan meja frais.
21
b) Frais Turun ( Down Milling ) Proses frais ini dinamakan juga climb milling, dimana arah putaran pahat sama dengan arah gerak makan meja mesin frais. 4) Macam-Macam Pisau Frais
Gambar 12. Macam-Macam Pisau Frais 5) Perhitungan Elemen Dasar Proses Pengefraisan a) Kecepatan Potong Rumus : V=
.d .n (m/min); (Taufiq Rochim, 1993:21) 1000
22
Keterangan : V
= Kecepatan potong (m/min)
d
= Diameter luar pisau frais (mm)
n
= Putaran poros utama (r/min)
b) Kecepatan Makan Rumus :
v
f
f
z
.n.z (mm/ min); (Taufiq Rochim, 1993:21)
Keterangan : vf = Kecepatan makan (mm/ min) fz = Gerak makan pergigi (mm/ gigi) z
= Jumlah gigi (mata potong).
n
= Putaran poros utama (r/ min)
c) Panjang Pengefraisan Rumus : lt = lv + lw+ ln (mm); (Taufiq Rochim, 1993:21) Keterangan : lt
= Panjang pengefraisan (mm)
lv
= Panjang awalan (mm)
lw
= Panjang bahan (mm)
ln
= Panjang akhiran (mm)
23
d) Waktu Pemotongan Rumus : tc =
lt . (min); (Taufiq Rochim, 1993:21) vf
Keterangan : tc
= Waktu pemotongan (min)
lt
= Panjang pengefraisan (mm)
vf
= Kecepatan makan (mm/min) = fz . z . n
fz
= Gerak makan per gigi (mm/ gigi)
z
= Jumlah gigi (mata potong)
n
= Putaran poros utama (r/ min)
6) Perlengkapan Mesin Frais Peralatan yang digunakan dalam proses frais yaitu : a) Pemegang Pisau Frais Dalam proses penyayatan, pisau frais harus dicekam dengan kuat sehingga memungkinkan alat potong atau cutting tool tidak mengalami selip pada pencekamannya. Pemegang pisau frais, dibedakan menjadi 2 yaitu :
Arbor
(pemegang
pisau
untuk
mesin
frais
horizontal)
Collet (pemegang pisau untuk mesin frais vertikal)
24
b) Pemegang Benda Kerja Bagian ini berfungsi untuk memegang benda kerja yang sedang disayat oleh pisau frais. Ragum diikat pada meja mesin frais dengan mengunakan baut T. Pemegang benda kerja dapat dibedakan menjadi 3 yaitu : (1) Ragum Bagian ini terdiri 2 rahang yaitu rahang tetap untuk acuan dan rahang yang dapat digeser maju mundur untuk mencekam benda. Selain itu terdapat poros berulir dengan engkol pemutarnya dan landasan berlubang untuk tempat baut pengikat pada mesin. (2) Kepala Pembagi ( Dividing Head ) Kepala pembagi atau yang disebut dividing head adalah suatu alat bantu yang digunakan untuk memegang
benda
kerja
berbentuk
silindris
terutama untuk keperluan; membuat segi banyak, membuat alur pasak, membuat roda gigi (lurus, helix, payung), membuat roda gigi cacing.
25
Gambar 13. Kepala Pembagi 2. Alat-Alat yang Digunakan : a. Pahat Bubut Karena bahan poros adalah St 60, maka pahat bubut yang cocok digunakan adalah jenis carbide. Pahat ini memiliki ketangguhan tinggi untuk menyayat benda kerja yang keras, seperti baja dengan kekerasan diatas St 42. Jenis bahan pahat ini memiliki keunggulan diantaranya adalah resistensi terhadap deformasi termal atau perubahan bentuk karena panas, ketahanan terhadap keausan, dan memiliki torsi kekuatan dua kali lipat lebih tinggi dari HSS (High Speed Steel).
Gambar 14. Pahat Carbide
26
b. Mata Bor Mata bor yang sering digunakan adalah jenis twist drill. Mata bor terbuat dari Tool Steel (TS) dan High Speed Steel (HSS), dan Carbide.
Gambar 15. Mata Bor
Gambar 16. Sudut Mata Bor Keterangan : A : Untuk mengebor kuningan dan perunggu. B : Untuk mengebor baja, baja tuang, besi, dan besi tuang. C : Untuk mengebor alumunium, tembaga, dan seng.
27
c. Tap Tap merupakan suatu alat yang digunakan untuk mendapatkan ulir dalam dengan tangan atau mesin. Tap-tap ini dibuat berbentuk ulir luar yang digerinda dengan 3 atau lebih lekukan memanjang yang dikenal dengan nama alur, alur inilah yang membentuk sisa-sisa potongan. Dalam pembuatan ulir menggunakan tap ini, maka diperlukan kejelian memilih tap mana yang terlebih dahulu harus digunakan untuk pembuatan ulir karena terdapat tiga macam dalam satu proses yaitu : 2
1
3
Gambar 17. Tap
Tap Nomor 1 Tap No.1 ini adalah tap yang pertama kali digunakan selama proses pengetapan. Tap ini mempunyai bentuk tirus diujungnya,
yang
berfungsi
untuk
mempermudah
pemotongan. Bentuk ulir yang dihasilkan dari tap ini, hanya
55 % dari bentuk ulir yang sesungguhnya.
28
Tap Nomor 2 Tap nomor 2 digunakan setelah tap no.1. Bentuk tirus pada ujungnya lebih pendek dari tap no.1. Tap no.2 ini, hanya 25 % saja pemotongannya.
Tap Nomor 3 Tap nomor 3 ini merupakan tap terakhir yang digunakan, yang akan membentuk profil ulir penuh. Bagian tirus pada ujungnya sangat pendek sehingga dapat mencapai dasar untuk lubang yang tidak tembus.
e. Pisau Frais Pisau Frais adalah pisau yang digunakan untuk mengefrais permukaan benda kerja dengan menggunakan mesin frais. Dalam pemakaian pisau frais ini terdapat tiga tipe yang berbeda yaitu tipe H untuk baja keras, tipe sedang untuk baja yang mempunyai kekerasan sedang, dan tipe W untuk baja yang mempunyai kekerasan lunak. Ada beberapa jenis pisau frais, diantaranya yaitu :
Pisau Frais Muka
Pisau Frais Sisi
Pisau Frais Alur Sisi dan Muka
Pisau Frais Gergaji
Pisau Frais Pembentuk
Pisau Frais Roda Gigi
29
Pisau Frais Jari atau endmill
Pisau frais yang digunakan untuk membuat alur pasak pada poros ini adalah jenis pisau frais jari atau biasa disebut endmill. 3. Alat Ukur yang Digunakan : a. Jangka Sorong Jangka sorong atau mistar ingsut adalah alat ukur presisi, yang dapat digunakan untuk mengukur benda kerja secara presisi dengan tingkat ketelitian 0.02, 0.05, 0.01 mm. Alat ini mampu untuk mengukur diameter luar, diameter dalam dan ketinggian dengan menggunakan rahang-rahang yang ada. Perkembangan jangka sorong semakin maju dengan adanya jangka sorong jarum (dial) dan jangka sorong digital.
Gambar 18. Jangka Sorong
30
b. Height Gauge
Gambar 19. Height Gauge Prinsip pembacaannya hampir sama dengan jangka sorong, akan tetapi alat ukur ini digunakan untuk mengukur ketinggian suatu benda pada meja rata. Pada bagian rahang ukur
alat
ini
dapat
digunakan
untuk
penggambaran
(menggores) pada bagian permukaan benda kerja. Sebelum dilakukan pengukuran, posisi nol harus diatur terlebih dahulu. Untuk mengatisipasi kerusakan pada rahang ukur dan kemungkinan kesalahan ukur, sewaktu mengukur ketinggian, rahang ukur harus diletakan secara perlahan-lahan di atas muka ukur.
31
E. Gambaran Produk yang Akan Dibuat 1. Gambaran Teknologi
A B C E
F
G D
Keterangan : A. Pisau Pencacah
E. Pulley
B. Poros Pencacah
F. Belt
C. Casing
G. Motor Listrik
D. Rangka Gambar 20. Mesin Pencacah Pakan Ternak Sistem Kontinyu
32
2. Gambaran Komponen yang Dibuat
Gambar 21. Komponen Poros Pencacah 3. Prinsip Kerja Mesin Prinsip kerja dari mesin pencacah pakan ternak sistem kontinyu ini adalah ketika saklar ditekan ke posisi ON, motor listrik akan menggerakkan poros pencacah melalui pulley dan belt. Pada poros pencacah ini terdapat pisau pancacah yang berfungsi mencacah atau menghancurkan makanan ternak. Makanan ternak yang dimasukkan melalui corong masukan (chopper) akan dicacah oleh pisau pencacah di dalam ruang pencacahan. Makanan ternak seperti rumput gajah, jerami padi, yang semula utuh akan dihancurkan hingga menjadi bagian kecil-kecil. Apabila hasil cacahan terlalu besar, maka hasil cacahan akan kembali tercacah. Hal ini dikarenakan adanya saringan yang terletak tepat dibawah pisau pencacah. Jadi hanya hasil cacahan yang kecil saja yang dapat melewati saringan tersebut. Dibawah
33
saringan terdapat suatu corong pengeluaran atau biasa disebut outlet, yang berfungsi sebagai jalur keluarnya hasil cacahan. 4. Cara Pengoperasian Mesin Langkah untuk mengoperasikan mesin pencacah pakan ternak sistem kontinyu adalah sebagai berikut : a. Siapkan hijauan seperti rumput gajah, jerami, dll yang akan dicacah. b. Letakkan tempat penampungan seperti ember atau karung di bawah corong pengeluaran. c. Hidupkan mesin pencacah pakan ternak dengan menekan saklar yang ada di belakang mesin. d. Masukkan hijauan melalui corong masukan secara perlahan. e. Apabila dirasa sudah cukup, lalu mesin dimatikan dengan menekan saklar yang ada di belakang mesin.
