TM

ANALISIS HASIL PEMBUATAN KOIN ALUMINIUM DENGAN PROSES BLANKING MENGGUNAKAN BEBAN IMPAK BENDA JATUH BEBAS

TESIS

Oleh ABDUL BASIR 037015002/TM

SEKOLAH PASCASARJANA UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2008

Abdul Basir : Analisis Hasil Pembuatan Koin Aluminium Dengan Proses Blanking Menggunakan Beban Impak Benda Jatuh Bebas. USU e-Repository © 2008.

ANALISIS HASIL PEMBUATAN KOIN ALUMINIUM DENGAN PROSES BLANKING MENGGUNAKAN BEBAN IMPAK BENDA JATUH BEBAS

TESIS

Untuk Memperoleh Gelar Magister Teknik dalam Program Studi Teknik Mesin pada Sekolah Pascasarjana Universitas Sumatera Utara

Oleh

ABDUL BASIR 037015002/TM

SEKOLAH PASCASARJANA UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2008


Judul Tesis

: ANALISIS HASIL PEMBUATAN KOIN ALUMINIUM DENGAN PROSES BLANKING MENGGUNAKAN BEBAN IMPAK BENDA JATUH BEBAS : Abdul Basir : 037015002 : Teknik Mesin

Nama Mahasiswa Nomor Pokok Program Studi

Menyetujui Komisi Pembimbing

(Prof. Dr. Ir. Bustami Syam, MSME) Ketua

(Prof. Dr. Ir. Samsul Rizal, M.Eng) Anggota

Ketua Program Studi

(Prof. Dr. Ir. Bustami Syam, MSME)

(Ir. Alfian Hamsi, M.Sc) Anggota

Direktur

(Prof. Dr. Ir. T. Chairun Nisa B., M.Sc)

Tanggal Lulus: 26 Januari 2008


Telah diuji pada Tanggal: 26 Januari 2008

PANITIA PENGUJI TESIS

Ketua

: Prof. Dr. Ir. Bustami Syam, MSME

Anggota

: 1. Prof. Dr. Ir. Samsul Rizal, M.Eng 2. Ir. Alfian Hamsi, M.Sc 3. Dr.-Ing. Ikhwansyah Isranuri 4. Ir. Tugiman, MT


ABSTRAK

Pembuatan koin aluminium biasanya dilakukan pada mesin pres (press tool). Proses pembuatannya disebut blanking di mana pelat diletakkan di antara sepasang alat pemotong, pons (punch) dan cetakan (dies) dan produknya disebut blank. Selain koin aluminium, produk lain yang dihasilkan adalah benda-benda berbentuk lempengan, seperti bentuk cincin, segi empat, bulat lonjong (elips), dan bentuk kompleks lainnya. Ukuran koin dan kwalitas sisi potong yang diinginkan ditentukan oleh banyak faktor di antaranya adalah kelonggaran (clearance) pons dengan cetakan, kecepatan pemotongan, besar gaya potong, jenis material koin dan material alat potong. Pada umumnya untuk melakukan proses pemotongan menggunakan jenis beban sistem manual, mekanik, pneumatik serta hidrolik, dengan kecepatan rendah antara 20 s.d 40 m/menit. Dalam penelitian ini proses pembuatannya dipilih beban impak benda jatuh bebas, yang dirancang berdasarkan standar JIS atau SNI di mana benda dijatuhkan pada ketinggian: 0,5 s.d 2,5 m, maka kecepatan benda jatuh sama dengan kecepatan potong pada masing-masing ketinggian 3,13 s.d 7,0 m/s. Bahan koin ditentukan adalah aluminium yang dirol yang banyak diperoleh di pasaran dengan ketebalan 2 mm dan diameter nominal koin 22 mm. Pons yang digunakan sebanyak lima buah di mana ukurannya masing-masing mempunyai kelonggaran terhadap cetakan yang bervariasi dari 2 s.d 10 % terhadap ketebalan pelat. Untuk setiap pons dihasilkan sampel koin sebanyak lima buah. Maka dari sampel-sampel tersebut diperoleh ukuran dan kwalitas sisi koin. Kemudian dilakukan juga pengukuran besar gaya impak yang terjadi akibat benda jatuh bebas sesuai massa benda dan tinggi jatuh seperti yang disebutkan di atas. Pengukurannya menggunakan load cell yang dilengkapi dengan impact force measurement software, sedang untuk melihat dan mengetahui kwalitas sisi koin, digunakan mikroskop digital. Dari hasil penelitian diperoleh ukuran koin aluminium yang mendekati ukuran cetakan adalah pada kelonggaran 8 %. Kelonggaran yang lebih kecil membutuhkan gaya impak yang lebih besar. Diameter koin terkecil adalah 22,020 mm dan diameter terbesar adalah 22,036 mm. Toleransi ukuran koin untuk diameter 22 mm adalah sebesar 0,06 mm, sehingga diameter koin terbesar yang diijinkan adalah 22,06 mm. Sehingga semua ukuran koin dapat diterima. Juga diperoleh bahwa besar massa dan ketinggian benda jatuh bebas mempengaruhi kecepatan potong juga mempengaruhi pembentukan sisi koin dan burr height, tetapi tidak mempengaruhi ukuran/diameter koin. Gaya impak dipengaruhi oleh besar massa dan ketinggian jatuh beban. Gaya impak yang terukur lebih kecil sebesar 3,8 s.d 5,78 % dibanding dengan gaya impak teoritis. Kata Kunci: Koin aluminium, kelonggaran (clearance), beban impak jatuh bebas, load cell.

benda

i Abdul Basir : Analisis Hasil Pembuatan Koin Aluminium Dengan Proses Blanking Menggunakan Beban Impak Benda Jatuh Bebas. USU e-Repository © 2008.

ABSTRACT

Aluminum coin is generally produced by using press tool. The process is called blanking, where the plate is placed on between punch and die and its product is called blank. Beside the aluminum coin, the other products resulted are plate-shaped which are not only circular in shape, but also other shapes such as ring, rectangular, ellipse, and other complicated shapes. The size and quality of burnish of required product is determined by several factors, i.e. clearance between punch and die, cutting speed, cutting force, types of raw materials, and cutting tool material. In general the cutting process of the product is carried out manually. But mechanical, pneumatic, and also used hydraulic system, with low speed from 20 to 40 m/minute. In this research, impact load obtained from free fall object designed in compliant with JIS or SNI standard is used, where the object is set to fall from 0.5 to 2.5 m, hence the highest fall speed of the load same as cutting speed from 3.13 to 7.0 m/s. The coin material selected in this research was a 2-mm thick-rolled aluminum plate which can be found in the material stores to obtain the diameter of coin 22-mm. The punch was used is five pieces, where the clearance of each punch diameter is varied from 2 to 10 % of the thickness of the plate. Each punch produces five samples the diameter and burnish quality were observed using digital microscope. Then the impact force is measured based on the varieties of mass and the height of the object fall. The measurement of impact force resulted from free fall object, used load cell provided with impact force measurement software. From the research we can obtain that the best clearance is 8 %. The smallest clearance needs bigger free fall object. The smallest coin diameter is 22.020 mm and the biggest one is 22.036 mm. The coin tolerance is 0.06 mm; the biggest coin diameter permitted is 22.06 mm. So all coin measurement can be accepted. It is also obtain that the mass and height of free fall object influenced the cutting speed, the form of burnish and the burr height shape on the aluminum coin, but it does not influence the result of the diameter coin size. The impact force is influenced by the mass and the height of the object fall. The impact force measured smeller as was 3.8 to 5.78 %, compared to the impact force theoretical. Keyword: Aluminum coin, clearance, impact load of free fall object, load cell.

ii Abdul Basir : Analisis Hasil Pembuatan Koin Aluminium Dengan Proses Blanking Menggunakan Beban Impak Benda Jatuh Bebas. USU e-Repository © 2008.

KATA PENGANTAR

Puji syukur penulis ucapkan kehadirat Allah SWT atas nikmat dan karunia yang telah diberikan kepada penulis sehingga dapat menyelesaikan tesis ini dengan judul “Analisis Hasil Pembuatan Koin Aluminium Dengan Proses Blanking Menggunakan Beban Impak Benda Jatuh Bebas”. Tesis ini merupakan salah satu syarat yang harus dipenuhi setiap mahasiswa untuk mendapatkan gelar Magister Teknik pada Program Studi Teknik Mesin SPsUSU. Penulisan tesis ini terlaksana dan dapat terwujud berkat bimbingan yang cukup intensif dari komisi pembimbing. Pada kesempatan ini, penulis ingin mengucapkan terima kasih yang sebesarbesarnya kepada berbagai pihak yang telah banyak membantu penulis baik secara moril maupun materil, langsung dan tidak langsung hingga selesainya tesis ini, yaitu kepada: Prof. Dr. Ir. Bustami Syam, MSME., selaku Ketua Komisi Pembimbing dan Ketua Program Studi Teknik Mesin SPs–USU, Prof. Dr. Ir. Samsul Rizal, M.Eng., dan Ir. Alfian Hamsi, M.Sc., selaku Anggota Komisi Pembimbing,

Dr.-Ing. Ir.

Ikhwansya Isranuri, selaku Sekretaris Program Studi Teknik Mesin SPs – USU, seluruh Dosen dan Staf Administrasi Program Studi Teknik Mesin SPs-USU, yang telah banyak memberikan ilmu pengetahuan dan bantuan administrativ selama penulis dalam pendidikan di Program Studi Teknik Mesin.

iii Abdul Basir : Analisis Hasil Pembuatan Koin Aluminium Dengan Proses Blanking Menggunakan Beban Impak Benda Jatuh Bebas. USU e-Repository © 2008.

Ucapan terima kasih yang tak terhingga juga penulis sampaikan kepada Ir. Armein Arifin Siregar, Direktur Politeknik Negeri Medan yang lampau dan Ir. Zulkifli Lubis, M.I.Komp., Direktur Politeknik Negeri Medan saat ini yang telah memberi ijin dan dukungan untuk melanjutkan kuliah S2 pada Sekolah Pascasarjana USU. Tak lupa pula penulis berterima kasih kepada Drs. Moch. Agus Zaenuri selaku Direktur TPSDP Polmed yang lalu dan Drs. Rafiq Ahmad selaku Direktur TPSDP Polmed saat ini yang telah banyak membantu dalam rangka merealisasikan bantuan pembiayaan perkuliahan. Demikian juga terima kasih kepada Ir. Etty Rayuana selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin Polmed yang lalu atas segala bantuan dan telah bersedia memberikan rekomendasi untuk dapat melanjutkan ke S2, dan Ir. Nurman, Ketua Jurusan Teknik Mesin saat ini, Ir. Lamuddin Hutagalung, Kepala Bengkel Teknik Mesin Polmed, Ir. Drs. Suparmin , MT., Kepala Laboratorium Polmed, yang telah banyak memberikan dukungan, semangat, dan bantuan berupa fasilitas pengadaan mesin-mesin untuk pembuatan peralatan serta pengujian pada penelitian ini. Terima kasih penulis sampaikan kepada Prof. Basuki Wirjosentono,MS, Ph.D., dan Drs. Nasruddin MN, M.Eng.Sc., yang telah banyak memberi masukan pada kesempurnaan tesis ini. Juga kepada sahabat penulis saudara Hendri Nurdin, ST, MT dari UMSU dan Ir. Muhammad dari Politeknik Bandung (Polban) yang telah banyak membantu masalah penyelesaian pengukuran di laboratorium. Juga sahabat seperjuangan baik suka maupun duka, Hasrin Lubis, Junauwar, Juharsono, dan tidak pernah penulis lupakan jasa-jasa Ibu Ari, Ibu Melani dan saudara Sidiq selaku

iv Abdul Basir : Analisis Hasil Pembuatan Koin Aluminium Dengan Proses Blanking Menggunakan Beban Impak Benda Jatuh Bebas. USU e-Repository © 2008.

pelaksana administrasi di Program Studi Teknik Mesin SPs-USU yang telah banyak membantu masalah penyelesaian administrasi, dan kelancaran seminar serta sidang tesis, kepada mereka semua penulis ucapkan terima kasih. Tak lupa kepada almarhum dan almarhuma kedua orang tua dan mertua serta saudara-saudara penulis

yang memberikan inspirasi dan semangat pada penulis.

Istimewa kepada istri Sengketawany dan ketiga anak tercinta, Yayan, Ami dan Ribhi yang telah banyak mengorbankan waktu dan kasih sayang mereka selama pendidikan dan penyelesaian tesis ini dan semua pihak yang mendukung di dalam penyelesaian tesis ini. Demikianlah penulis memohon sangat kritik dan saran yang dapat membantu dalam rangka memperbaiki dan melengkapi kesempurnaan tesis ini agar memperoleh hasil yang lebih baik dan akhirnya penulis kembali tak lupa mengucapkan terima kasih atas bantuan dan perhatiannya. Medan, April 2008 Penulis,

Abdul Basir

v Abdul Basir : Analisis Hasil Pembuatan Koin Aluminium Dengan Proses Blanking Menggunakan Beban Impak Benda Jatuh Bebas. USU e-Repository © 2008.

RIWAYAT HIDUP

Nama

: Abdul Basir

Tempat, Tanggal lahir

: Saribu Dolok, 21 Oktober 1957

Pekerjaan

: Staf Pengajar Jurusan Teknik Mesin Politeknik Negeri Medan

Alamat Kantor

: Jl. Almamater No. 1 Kampus USU Medan

Alamat Rumah

: Jl. Pintu Air IV. Perumahan Politeknik No 296/16 Kuala Bekala, Medan Johor, Kodya Medan.

Pendidikan 1965-1971

: Sekolah Dasar (SD) Negeri Saribu Dolok

1971-1974

: SMP Negeri Saribu Dolok

1974-1977

: STM Negeri II Medan

1985-1988

: Politeknik ITB Bandung, Jurusan Teknik Mesin

1991-1995

: Fakultas Teknik USU, Jurusan Teknik Mesin

2003-2008

: Pendidikan S2 Sekolah Pascasarjana Program Studi Teknik Mesin Universitas Sumatera Utara

Riwayat Pekerjaan 1983 s.d 2008 (Sekarang)

: Instruktur dan Staf Pengajar Teknik Mesin Polmed

vi Abdul Basir : Analisis Hasil Pembuatan Koin Aluminium Dengan Proses Blanking Menggunakan Beban Impak Benda Jatuh Bebas. USU e-Repository © 2008.

1988 s.d 1990

: Kepala Studio Gambar Jurusan Teknik Mesin Politeknik USU Medan

1991 s.d 1995

: Kepala Bengkel Jurusan Teknik Mesin Politeknik USU Medan

1995 s.d 1999

: Dosen Tidak Tetap Divlat Telkom Medan

2000 s.d sekarang

: Dosen Tidak Tetap Jurusan Teknik Mesin F.T. Industri ITM Medan

2002 s.d sekarang

: Dosen Tidak Tetap Jurusan Teknik Mesin F.Teknik Universitas Alazhar Medan

1993 s.d sekarang

: Dosen Tidak Tetap/Ketua Jurusan Teknik Mesin Politeknik MBP Medan

Pengalaman Pelatihan/Seminar/Lokakarya 1983

: Pelatihan ”Terco CNC/Computerized Numerical Control System”, TEDC Bandung

1986

: Pelatihan Injection Pump & Nozel, Trakindo Medan

1994

: Pelatihan Metodologi Penelitan, Politeknik USU

1995

: Pelatihan Kalibrasi, Balai Penelitian dan Pengembangan Industri Medan

1998 -2000

: Pendidikan Teknik Pengolahan Kelapa Sawit, di PN3 Pabrik Pengolahan Kelapa Sawit (PKS) Kebun

vii Abdul Basir : Analisis Hasil Pembuatan Koin Aluminium Dengan Proses Blanking Menggunakan Beban Impak Benda Jatuh Bebas. USU e-Repository © 2008.

Rambutan, Tebing Tinggi, Sumatera Utara 2001

: Dewan Juri Lomba Karya Inovasi, Cikal USU

2002

: Pelatihan/Workshop Pembuatan Kurikulum dan Silabus (TPSDP) Polmed

2003

: Pelatihan ”Training Quality Assurance” Kardiono Kustanto & Asociates

2003

: Workshop on Pre Program of Information Technology di IC-Star USU Medan

2003

: Seminar Polymer & Composite di IC-Star USU Medan

2004

: Workshop untuk Mereview dan Meperbaiki Proses Belajar Mengajar di ITM Medan

2004

: The 2nd Regional Seminar on Material & Structure di IC-Star USU Medan

2004

: Seminar dan Workshop on Overcoming Barriersa to Collaborative Research and Service Partnership di IC-Star USU Medan

2005

: Pelatihan Kurikulum Berbasis Kompetensi, Departemen Tenaga Kerja dan Transmigrasi R.I. Direktorat Bina Pelatihan Kerja , BLKI Medan

2006

: Worksop ”Basic Vibration Analysis” SKF Medan

viii Abdul Basir : Analisis Hasil Pembuatan Koin Aluminium Dengan Proses Blanking Menggunakan Beban Impak Benda Jatuh Bebas. USU e-Repository © 2008.

2006

: Pelatihan & Worshop Pengolahan dan Disain Alat Pengolahan Biji Jarak untuk Biodiesel, Bukit Tinggi.

Pengalaman Penelitian: 1. Menentukan Besar Drag Suatu Profil dengan Menggunakan Aliran Udara Blower 2. Analisis Mutu Cincin Torak Sepeda Motor 2 dan 4 Tak di Pasaran Kotamadya Medan 3. Rancangan Mesin Pemecah Biji Kemiri 4. Perancangan Mesin Adonan Daging 5. Pengaruh ”Feeding” pada Pembubutan Terhadap Kekuatan Tarik Bahan Uji St. 37 6. Pengaruh Putaran Kerja Proses Pembubutan Terhadap Bahan Uji Tarik St.37

Pengalaman Lomba Karya Ilmiah 1999

: Pemenang III Lomba Karya Ilmiah Rancang Bangun Mesin Tepat Guna, BPPT Jakarta

2000

: Pemenang II Lomba Karya Ilmiah Rancang Bangun Mesin Tepat Guna, BPPT Jakarta

ix Abdul Basir : Analisis Hasil Pembuatan Koin Aluminium Dengan Proses Blanking Menggunakan Beban Impak Benda Jatuh Bebas. USU e-Repository © 2008.

DAFTAR ISI

Halaman

.

ABSTRAK …………………………………………………………………

i

ABSTRACT ……………………………………………………………….

ii

KATA PENGANTAR ..................................................................................

iii

RIWAYAT HIDUP ......................................................................................

iv

DAFTAR ISI ................................................................................................

x

DAFTAR TABEL ........................................................................................

xiii

DAFTAR GAMBAR ....................................................................................

xiv

DAFTAR LAMPIRAN ……………………………………………………

xvii

BAB 1. 1.1. 1.2. 1.3.

PENDAHULUAN ………………………………………………. Latar Belakang …………………………………………………... Perumusan Masalah ……………………………………………... Tujuan Penelitian ………………………………………………... 1.3.1. Tujuan umum ……………………………………………… 1.3.2. Tujuan khusus ……………………………………………... 1.4. Manfaat Penelitian ………………………………………………..

1 1 9 10 10 10 11

BAB 2. TINJAUAN PUSTAKA ………………………………………….. 2.1. Proses Pembentukan pada Lembaran Metal …………………….. 2.2. Operasi Pemotongan …………………………………………….. 2.3. Gaya Pemotongan (Cutting Forces) ……………………………… 2.4. Proses Blanking …………………………………………………... 2.5. Koin Aluminium ............................................................................. 2.6. Ukuran Koin ................................................................................... 2.7. Diameter Pons dan Cetakan ……………………………………... 2.8. Kelonggaran (Clearance) ………………………………………... 2.9. Benda Jatuh Bebas ......................................................................... 2.10. Gerak Lurus ..................................................................................

12 12 13 17 18 20 21 22 23 27 29

x Abdul Basir : Analisis Hasil Pembuatan Koin Aluminium Dengan Proses Blanking Menggunakan Beban Impak Benda Jatuh Bebas. USU e-Repository © 2008.

2.11. Gerakan di Bawah Pengaruh Gravitasi .......................................... 2.12. Momentum ………………………………………………………. 2.13. Impuls …………………………………………………………… 2.14. Energi ............................................................................................. 2.15. Aplikasi Proses Pembuatan Koin Aluminium dengan Beban Impak Benda Jatuh Bebas ……………………………………….. 2.16. Gaya yang Diserap Pelat ................................................................ 2.17. Massa Benda Jatuh Bebas .............................................................. 2.18. Pengukuran Gaya impak ............................................................... 2.19. Kerangka Konsep ..........................................................................

31 32 32 33

BAB 3. METODE PENELITIAN ………………………………………… 3.1. Tempat dan Waktu ………………………………………………. 3.2. Bahan, Peralatan, dan Metode …………………………………... 3.2.1. Bahan ……………………………………………………. 3.2.2. Peralatan …………………………………………………. 3.2.3. Metode …………………………………………………... 3.3. Rancangan Penelitian ………………………………………….... 3.4. Variabel yang Diamati ………………………………………….. 3.5. Pelaksanaan Penelitian ………………………………………….. 3.5.1. Pembuatan peralatan pembuatan koin …………………… 3.5.2. Pembuatan perangakat benda jatuh bebas dan beban ….. 3.5.3. Pengujian pelat aluminium bahan untuk pembuat koin …. 3.5.4. Pengujian/pengukuran gaya impak beban jatuh bebas dengan load cell …………………………………………. 3.5.5. Pembuatan koin ………………………………………….. 3.5.6. Pengambilan gambar sisis koin dan burr height dengan mikroskop digital ………………………………………... 3.5.7. Pengambilan data ...............................................................

39 39 39 39 40 45 47 50 51 51 55 71

BAB 4. HASIL DAN PEMBAHASAN …………………………………... 4.1. Rangkuman Hasil Pembuatan Koin Aluminium Berdasarkan Tingkat Kelonggaran ……………………………………………. 4.1.1. Rangkuman hasil ukuran koin untuk masing-masing kelonggaran ……………………………………………... 4.1.2. Grafik kelonggaran pons dengan cetakan ........................... 4.1.3. Rangkuman pendekatan diameter nominal cetakan terhadap kelonggaran.......................................................... 4.1.4. Pembuatan koin aluminium yang gagal dibentuk berdasarkan kelonggaran ................................................... 4.1.5. Batas tolenansi diameter/ukuran koin yang diijinkan..........

83

34 35 36 37

71 73 75 80

83 83 84 88 89 91

xi Abdul Basir : Analisis Hasil Pembuatan Koin Aluminium Dengan Proses Blanking Menggunakan Beban Impak Benda Jatuh Bebas. USU e-Repository © 2008.

4.2. Rangkuman Ukuran Koin dengan Variasi Massa dan Tinggi Benda Jatuh ................................................................................... 4.2.1. Rangkuman ukuran koin dengan variasi massa, kecepatan benda jatuh .......................................................................... 4.2.2. Grafik massa dan ketinggian beban benda jatuh bebas..................................................................................... 4.2.3. Urutan pendekatan ukuran diameter nominal cetakan ........ 4.2.4. Hasil pemotongan dan patahan sisi koin ............................. 4.2.5. Hasil pengukuran kondisi terbentuknya sisi dan tingginya burr (burr height) …………………………………………

91 91 93 96 98 99

4.3. Menentukan/Pengukuran Gaya Impak dengan Load Cell 4.3.1. Menentukan gaya impak pada benda jatuh bebas secara teoritis .…………………………………………………… 4.3.2. Pengukuran gaya impak hasil pegukuran langsung menggunakan load cell ………………………………….. 4.3.3. Perbandingan gaya impak teoritis dan pengukuran dengan load cell ...............................................................................

102

BAB 5. KESIMPULAN dan SARAN …………………………………….. 5.1 KESIMPULAN ………………………………………………….. 5.2 SARAN …………………………………………………………..

111 111 114

DAFTAR PUSTAKA ……………………………………………………..

117

102 103 108

xii Abdul Basir : Analisis Hasil Pembuatan Koin Aluminium Dengan Proses Blanking Menggunakan Beban Impak Benda Jatuh Bebas. USU e-Repository © 2008.

DAFTAR GAMBAR

Nomor

Judul

Halaman

1.1

Faktor Efek Kesalahan pada Proses Pemotongan Benda Kerja

4

2.1

Denah Proses Pembentukan pada Lembaran Metal ..................

13

2.2

Proses Pemotongan Lembaran Pelat Antara Dua Mata Pisau ..

14

2.3

Karakteristik Lubang Hasil Pembuatan Koin ..........................

15

2.4

Komponen Gaya Proses Pemotongan ......................................

16

2.5

Proses Blanking Pembentukan Produk Koin ............................

19

2.6

Blank ........................................................................................

19

2.7

Koin Aluminium .......................................................................

20

2.8

Contoh Hasil Proses Blank .......................................................

21

2.9

Diameter Pons, Cetakan dan Kelonggarannya .........................

23

2.10

Grafik Hubungan v – t ..............................................................

28

2.11

Diagram Kecepatan – Waktu ....................................................

30

2.12

Proses Pembuatan Koin dengan Gaya Benda Jatuh Bebas .......

34

2.13

Kerangka Konsep ......................................................................

38

3.1

Alat Uji Kekuatan Tarik Bahan ................................................

41

3.2

Alat Ukur Jangka Sorong dan Mikrometer Digital …………...

41

3.2

Alat Pengamat Sisi Koin Mikroskop Digital ...........................

42

3.4

Desain Alat Impak Benda Jatuh Bebas ....................................

43

3.5

Alat Impak Benda Jatuh Bebas ................................................

43

3.6

Posisi Penempatan Load Cell ………………………………..

44

3.7

Alat Pengukur Beban (Load Cell) ……………………………

44

3.8

Posisi Penempatan Load Cell pada Perangkat Benda Jatuh Bebas ………………………………………………………….

48

xiii Abdul Basir : Analisis Hasil Pembuatan Koin Aluminium Dengan Proses Blanking Menggunakan Beban Impak Benda Jatuh Bebas. USU e-Repository © 2008.

3.9

Diagram Alir Penelitian ………………………………………

49

3.10

Diagram Alir Pengerjaan Pons ……………………………….

52

3.11

Pons (Punch) ………………………………………………….

53

3.12

Diagram Alir Pengerjaan Cetakan (Dies) ................................

53

3.13

Cetakan (Dies) ..........................................................................

54

3.14

Diagram Alir Pengerjaan Pengarah Pons .................................

54

3.15

Pengarah Pons dan Penjepit Pelat .........................................

55

3.16

Diagram Alir Pembuatan Perangkat Benda Jatuh Bebas ..........

56

3.17

Perangkat Benda jatuh Bebas ...................................................

57

3.18

Gaya yang Bekerja pada Baut Penahan Tabung .......................

58

3.19

Posisi Gaya yang Bekerja pada Tiang Penyanggah ..................

62

3.20

Posisi Gaya yang Bekerja pada Alas Meja ...............................

63

3.21

Diagram Alir Pembuatan Beban ..............................................

67

3.22

Ukuran Benda Jatuh Bebas .......................................................

70

3.23

Geometrik dan Dimensi Spesimen Uji Tarik Statik (ASTM D-638) .........................................................................

71

3.24

Skematik Sinyal Pengukuran ....................................................

72

3.25

Bentuk dan Pengukuran Koin ..................................................

74

3.26

Pengaruh Kondisi Pemotongan .................................................

76

3.27

Pengambilan Gambar dengan Mikroskop Digital ....................

72

3.28

Bagian Sisi Koin Aluminium Sebagai Objek Peneropongan dengan Mikroskop Digital ……………………………………

76

Hasil Gambar Sisi Koin Aluminium dengan Mikroskop Digital ………………………………………………………

78

Hubungan Penguluran Awal Patah dengan Besarnya Pembentukan Sisi Tajam (burr) pada Proses Blank …………..

78

Bagian Pembentukan Ketinggian Sisi Tajam (burr height) Objek Peneropongan dengan Mikroskop Digital .....................

79

Hasil Gambar Besar Pembentukan Ketinggian Sisi Tajam (burr height) …………………………………………………..

80

3.29 3.30 3.31 3.32

xiv Abdul Basir : Analisis Hasil Pembuatan Koin Aluminium Dengan Proses Blanking Menggunakan Beban Impak Benda Jatuh Bebas. USU e-Repository © 2008.

4.1

Grafik Hubungan Ukuran Koin dengan Kecepatan Benda Jatuh Bebas pada Kelonggaran Pons 2 % ……………………

84

Grafik Hubungan Ukuran Koin dengan Kecepatan Benda Jatuh Bebas pada Kelonggaran Pons 4 % …………………..

85


86


87

Grafik Hubungan Ukuran Koin dengan Kecepatan Benda Jatuh Bebas pada Kelonggaran Pons 10 % ………………….

87

Grafik Hubungan Antara Kedalaman Penetrasi Terhadap Beban Benda Jatuh Bebas pada Kelonggran yang Bervariasi...

90

Grafik Hubungan Ukuran Koin dengan Kecepatan Benda Jatuh Bebas pada Massa 2,0 kg ………………………………

93

Grafik Hubungan Ukuran Koin dengan Kecepatan Benda Jatuh Bebas pada Massa 2,3 kg ................................................

94


94


95


96

4.12

Hasil Pemotongan Sisi Koin ………………………………….

98

4.13

Hasil Pengambilan Gambar Burr Height pada Koin Aluminium

101

4.14

Hasil Pembuatan Koin Aluminium yang Dapat Diterima Berdasarkan Burr Height ……………………………………….

102

4.15

Grafik Variasi Gaya Impak Teoritis ………………………….

103

4.16

Grafik Gaya Impak pada Massa 2,0 kg dengan Ketinggian Jatuh 0,5 m ……………………………………………………

104

Grafik Gaya Impak Diperbesar pada Massa 2,0 kg dengan Ketinggian Jatuh 0,5 m ……………………………………….

104

Gabungan Gaya Impak Pada Beban 2,0 kg dengan Variasi Tinggi Jatuh Bebas 0,5 s.d 2,5 m ……………………………

105

4.2 4.3 4.4 4.5 4.6 4.7 4.8 4.9 4.10 4.11

4.17 4.18

xv Abdul Basir : Analisis Hasil Pembuatan Koin Aluminium Dengan Proses Blanking Menggunakan Beban Impak Benda Jatuh Bebas. USU e-Repository © 2008.

4.19 4.20 4.21


106


107


107

xvi Abdul Basir : Analisis Hasil Pembuatan Koin Aluminium Dengan Proses Blanking Menggunakan Beban Impak Benda Jatuh Bebas. USU e-Repository © 2008.

DAFTAR TABEL

Nomor

Judul

Halaman

2.1

Kelonggaran Pons dan Cetakan untuk Beberapa Bahan ………

25

2.2

Rekomendasi Kelonggaran (Clearance) (% x tebal pelat) ........

27

2.3

Rekomendasi Kelonggaran Menurut P.C. Sharma ....................

27

2.4

Waktu dan Kecepatan Benda Jatuh............................................

28

3.1

Komposisi Kimia Baja Amutit-S ...............................................

40

3.2

Ukuran Pons Sesuai dengan Persentase Kelonggaran ………...

52

3.3

Variasi Ketinggian, Kecepatan dan Massa Benda Jatuh Bebas

69

3.4

Ukuran Benda Jatuh Bebas ……………………………………

70

3.5

Gaya Impak Akibat Beban Benda Jatuh Bebas Secara Teoritis

81

3.6

Hasil Gaya Impak pada Benda Jatuh Bebas Menggunakan Load Cell ...................................................................................

82

4.1

Pendekatan Diameter Nominal Cetakan Terhadap Kelonggaran

88

4.2

Rangkuman Hasil Pembuatan Koin Aluminium yang Gagal Dibentuk ………………………………………………………

89

Rangkuman Ukuran Koin dengan Variasi Massa, Kecepatan Benda Jatuh ................................................................................

92

Urutan Pendekatan Ukuran Nominal Cetakan dengan Variasi Massa ..........................................................................................

96

Perbandingan Gaya Impak Teoritis dengan Gaya Impak Hasil Pengukuran Menggunakan Load Cell Software .......................

109

4.3 4.4 4.5

xvii Abdul Basir : Analisis Hasil Pembuatan Koin Aluminium Dengan Proses Blanking Menggunakan Beban Impak Benda Jatuh Bebas. USU e-Repository © 2008.

DAFTAR LAMPIRAN

Nomor

Judul

1

Gambar Perangakat Benda Jatuh Bebas .............................

120

2

Data Pengujian Loboratorium Tegangan/Kekuatan Tarik Pelat Aluminium (Bahan Koin) …………………………

121

Data Hasil Pembuatan Koin Aluminium (Tabel 1 sampai dengan Tabel 25) ...................................

124

Hasil Ukuran Koin Aluminium untuk Kelonggaran (Tabel 1 s.d 5) .....................................................................

137

Cara Mengoperasikan Impact Force Measurement Software …………………………………………………..

142

Gaya Impak Benda Jatuh Bebas dengan Variasi Ketinggian dan Massa Benda (Gambar 1 s.d 17) …………

144

7

Tabel Toleransi Ukuran Koin Aluminium (Kurt Lange) ..

152

8

Gambar Foto Alat benda Jatuh Bebas Saat Pengujian dengan load cell …………………………………………..

153

9

Gambar Alat Ukur dan Alat Bantu Ukur ............................

154

10

Gambar Produk aluminium .................................................

156

11

Gambar Alat/Mesin Pembuatan Pons dan Cetakan ……

157

3 4 5 6

Halaman

xviii Abdul Basir : Analisis Hasil Pembuatan Koin Aluminium Dengan Proses Blanking Menggunakan Beban Impak Benda Jatuh Bebas. USU e-Repository © 2008.

1

BAB 1 PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang Dewasa ini banyak cara pembuatan produk atau proses pengerjaan logam di bidang manufaktur, yaitu dengan proses pembentukan dan pemotongan. Proses pemotongan logam merupaan suatu proses yang digunakan untuk mengubah bentuk suatu produk dari logam dengan cara memotong. Menurut Rochim T., [1] tergantung pada cara pemotongannya seluruh proses pemotongan logam dapat dikelompokkan menjadi empat kelompok dasar yaitu, 1. Proses pemotongan dengan mesin las, 2. Proses pemotongan dengan mesin pres, 3. Proses pemotongan dengan mesin perkakas, dan 4. Proses pemotongan non-konvensional, di antaranya: Electro Discharge Machining (EDM), Laser Beam Machining (LBM), Chemical Milling (CM), Wire Cutting, Ultrasonic Machine/Permesinan Ultrasonik, Abrasive Jet AJ,

Water Jet (WJ), Chemical Electrical (CE), dan

sebagainya. Untuk penelitian ini proses yang digunakan adalah proses pemotongan dengan mesin pres. Menurut Budiarto [2] mesin pres adalah suatu alat bantu pembentukan atau pemotongan produk dari bahan dasar lembaran yang operasinya


2

menggunakan mesin pres. Proses pemotongannya dilakukan dengan menggunakan sepasang alat pemotong yaitu pons (punch) dan cetakan (dies). Produk yang dihasilkan adalah berbentuk lempengan bulat (koin) sebagai proses dasar pemotongan dengan jenis dan proses pemotongan tunggal yang juga disebut dengan blanking tools yaitu,

proses pemotongan dengan menghasilkan

benda kerja utuh, dan seluruh sisinya terpotong secara serempak. Pengembangan dari proses di atas dapat dilakukan untuk pembuatan cincin baja (ring plate), paking dan berbagai produk yang terbuat dari pelat lembaran. Pertimbangan

penggunaan

pembuatan

suatu

produk

dengan

proses

pemotongan dengan menggunakan pons dan cetakan baik secara teknis maupun ekonomis menurut Budiarto [2], untuk menghasilkan produk dalam jumlah yang banyak atau produk massal, menjamin keseragaman bentuk dan ukuran produk agar tetap sama, waktu pengerjaan yang singkat, dapat meningkatkan kualitas hasil, penghematan biaya proses permesinan dan biaya operator yang terkait, menurunkan harga produk dan pruduktivitas lebih tinggi. Namun untuk mengerjakan produk dalam jumlah yang sedikit, biayanya sangat mahal, sehingga hal ini sulit untuk dilakukan. Biasanya proses pembuatan koin dilakukan dengan alat penekan yang dilengkapi dengan sepasang alat pemotong yaitu, pons

dan

cetakan. Proses

pemotongan menggunakan sistem tenaga manual, mekanis, pneumatik dan hidrolik. Semua jenis di atas disebut dengan mesin pres (press tools) atau disebut juga dengan mesin kempa. Mesin ini terdiri dari suatu rangka mesin yang menopang sebuah


3

landasan, sebuah penumbuk, sebuah sumber tenaga, dan suatu mekanisme yang menyebkan penumbuk bergerak lurus dan tegak menuju ke landasannya. Pada umumnya jenis beban pada sistem manual, mekanik, pneumatik serta hidrolik, menggunakan beban impak kecepatan rendah. Menurut Lange, K., [3] kecepatannya adalah antara 20 s.d 40 m/menit. Untuk mendapatkan hasil yang sebaik-baiknya dari hasil pemotongan, ada beberapa faktor yang harus diperhatikan dari beberapa permasalahan yang ada, di antaranya adalah ketelitian ukuran dan faktor material alat potong, proses pemotongan serta beberapa faktor lainnya. Berdasarkan pengamatan dan pengalaman di lapangan, kebanyakan para operator kurang memahami pentingnya ketepatan ukuran alat pemotong atau ketelitian kelonggaran ukuran antara pons dengan cetakan, tanpa menyadari adanya pengaruh material alat potong dan material benda produk, ketebalan material yang hendak dipotong/diproduksi. Untuk menentukan ukuran-ukuran pons dan cetakan, tidak cukup hanya memperkirakan berdasarkan pengalaman serta keterbatasan pengetahuan semata. Hal ini harus benar-benar dipahami dan membutuhkan pengetahuan yang diperoleh dari literatur maupun pengembangan penelitian yang dilakukan. Meskipun pons dan cetakan dikerjakan secara terpisah dengan menggunakan mesin dan orang yang berbeda namun bila dikerjakan berdasarkan kemampuan dan penguasaan pengetahuan yang memadai maka produk yang dihasilkan dari hasil pemotongan pons dan cetakan diperoleh hasil yang baik.


4

Perbedaan ukuran antara pons dan cetakan (clearance) tergantung pada ketebalan dan bahan/material produk yang dibentuk. Bahan yang dibentuk dari pelat lembaran yang dirol dan mempunyai ketebalan tertentu, kemudian pons memotong dan menekan bahan pelat tersebut

yang terletak di atas cetakan. Proses

pembuatannya disebut blanking dan hasil pemotongan tersebut merupakan produk yang dinamakan blank. Bila perbedaan ukuran antara pons dan cetakan (clearance) tidak sesuai maka hasil pemotongan yang dilakukan oleh kedua pemotong tersebut akan menghasilkan produk yang kurang baik. Maksudnya adalah hasil produk dipastikan cenderung cacat bentuk, ukurannya tidak sesuai dengan yang diinginkan dan bagian sisinya terdapat serpihan yang tajaman. Menurut Lange K., [3] ketelitian benda kerja menjadi karakter yang dapat menentukan agar tidak melakukan beberapa kesalahan, hal ini digambarkan pada faktor efek dari kesalahan saat melakukan proses pemotongan benda kerja atau pembentukan koin (Gambar 1.1).

Material

Dimensional Error

Tool

Process

Positional Error

Machine

Form Error

Gambar 1.1 Faktor Efek Kesalahan pada Proses Pemotongan Benda Kerja atau Koin


5

Gambar 1.1 dapat dijelaskan bahwa pada diagram bagian atas yang masingmasing bertuliskan Material, Tool, Process dan Machine disebut dengan penyebab kesalahan, sedangkan pada diagram bagian bawah yang masing-masing bertuliskan Dimensional Error, Positional Error dan Form Error disebut dengan faktor efek kesalahan atau hal yang dapat menimbulkan kesalahan. Jadi ada tiga faktor kesalahan pada proses pembentukan/pemotongan koin, penjelasannya dapat dilihat sebagai berikut. 1. Kesalahan dimensi (dimensional error) pada koin, penyebab kesalahan adalah pada alat potong (tool) dan proses (process), dijelaskan sebagai berikut: a. Alat potong pons dan cetakan harus mempunyai perbedaan ukuran (clearance)

yang

sesuai.

Hal

ini

akan

menjamin

kesalahan

ukuran/dimensi pada koin atau benda kerja akan dapat dihindari. b. Proses pengerjaan harus betul-betul sesuai dengan prosedur pengerjaan yang benar. Hal ini akan dapat memberikan suatu hasil yang benarbenar baik terhadap ukuran/dimensi koin. 2. Kesalahan posisi (positional error), penyebab kesalahan adalah pada alat potong (tool),

proses (process)

dan mesin(machine) yang digunakan,

dijelaskan sebagai berikut: a. Kesalahan posisi pada koin adalah ketidaksimetrisan/kebulatan bentuk atau terjadinya pergeseran titik sumbu pada koin. Hal ini dapat terjadi bila alat potong pons maupun cetakan yang tidak mempunyai satu


6

kesumbuan. Maka pada waktu proses pembuatan alat potong hal ini betul-betul harus diperhatikan. b. Proses pengerjaan juga harus betul-betul sesuai dengan prosedur pengerjaan yang benar. c. Mesin

yang

digunakan

pada

proses

pemotongan

juga

akan

mempengaruhi timbulnya kesalahan posisi pada pembentukan koin. Sebab setiap mesin mempunyai karakter dan unjuk kerja yang berbeda pada pelaksanaan pembuatan koin. 3. Kesalahan bentuk (form error), penyebab kesalahan adalah material dan alat potong (tool), dijelaskan sebagai berikut: a. Setiap material mempunyai karaktristik struktur, sifat dan kekerasan yang berbeda. Oleh sebab itu untuk membuat koin dengan ukuran yang sama dan material yang berbeda, maka ukuran maupun kelonggaran antara pons dan cetakan juga akan berbeda. b. Alat potong yang baik untuk pembentukan koin harus mempunyai ukuran dan bentuk yang sesuai dengan yang diinginkan. Namun ketajaman alat potong juga dapat mempengaruhi bentuk hasil produk koin. Alat potong yang sudah tidak tajam (tumpul) cenderung membuat ukuran dan bentuk koin akan menyimpang. Proses pemotongan produk harus benar-benar diperhatikan agar mendapatkan hasil yang sebaik-baiknya. Menurut Brolund T., [4] pada artikelnya Determining Punch Problems, dituliskan setidak-tidaknya ada beberapa hal yang paling utama


7

harus diketahui oleh orang-orang yang berkecimpung dalam bidang proses pemotongan menggunakan pons dan cetakan agar mendapatkan hasil yang lebih baik, satu di antaranya adalah masalah kelonggaran cetakan (clearance dies), yaitu menentukan besar kelonggaran antara pons dan cetakan dengan tepat atau cocok. Direkomendasikan oleh Baeumler F., [5] sebelum melakukan pemilihan ukuran dan bentuk pemotong yang sesungguhnya, terlebih dahulu melakukan pememilihan variasi ukuran yang tepat, menentukan kualitas yang terbaik dari bagian bahan produk, menentukan usia alat potong (long tool life) dan menyeleksi kelonggaran cetakan (clearance dies). Menurut Kalpakjian S., [6] ada beberapa variabel umum agar dapat menghasikan suatu produk yang baik, pemotongan dengan pons dan cetakan harus memepertimbangkan: (1) besar gaya pemotongan (punch force), (2) kecepatan gerak pons (punch speed), (3) pelumasan pada proses pemotongan (lubrication), (4) kondisi permukaan material (surface condition), (5) material pons dan cetakan (material of the punch and dies), (6) radius sudut pons dan cetakan (corner radii), dan (7) kelonggaran antara pons dan cetakan (clearance). Bahan koin pada penelitian ini adalah lembaran pelat aluminium yang mempunyai ketebalan tertentu, disesuaikan dengan kemampuan peralatan impak benda jatuh bebas yang digunakan untuk melakukan proses pembuatannya. Jenis bahan yang dipakai disesuaikan dengan bahan pelat aluminium hasil pengerolan yang ada di pasaran. Besar kekuatan tariknya harus diketahui satu di antaranya dengan cara pengujian material di laboratorium.


8

Dari berbagai penjelasan dan temuan di atas , faktor yang sangat penting untuk memperoleh hasil pemotongan yang baik, dan menjaga agar usia pakai alat potong yang lebih lama selain tergantung pada kualitas bahan/material alat potong, jenis material yang dipotong, adalah masalah perbedaan ukuran atau kelonggaran pada pasangan pons dan cetakan. Untuk menentukan kualitas material dapat dilakukan dengan cara memilih material yang sesuai antara material bahan alat potong dan material benda yang diproduksi, tetapi untuk menentukan ukuran paling optimal, ukuran yang cocok atau perbedaan antara ukuran pons dan cetakan harus melalui ketentuan yang telah direkomendasikan oleh pakar atau dengan

perhitungan yang berpedoman pada

ketentuan-ketentuan teori, rumus-rumus yang telah ditetapkan serta perbedaan ukuran antara pons dan cetakan yang disebut dengan kelonggaran (clearance). Berdasarkan penjelasan-penjelasan di atas maka peneliti ingin mencoba dan melakukan proses pembuatan koin dengan menggunakan beban impak kecepatan yang lebih tinggi dari kecepatan pada press tool yaitu dengan memakai uji Standar Jepang JIS maupun Standar Nasional Indonesia (SNI) [7] yaitu benda jatuh bebas dari ketinggian maksimum (h) antara 2 s.d 3 meter. Dengan demikian kecepatan benda hanya pada v = 2 gh atau sekitar 7 m/s. Massa benda jatuh bebas harus ditentukan agar dapat memberikan besar gaya yang dibutuhkan untuk melakukan proses pemotongan. Pada penelitian ini dirancang tinggi jatuh benda antara 0,5 s.d 2,5 meter, atau dengan kecepatan antara 3,13 s.d 7,0 m/s.


9

1.2. Perumusan Masalah Mendapatkan suatu produk koin aluminium yang baik di antaranya ditentukan oleh ketepatan kelonggaran antara pons dan cetakan, besar gaya minimum yang dibutuhkan untuk melakukan impak terhadap material produk, jarak ketinggian minimum benda jatuh bebas sehingga mempengaruhi kecepatan pemotongan terhadap benda kerja, ketepatan/kelurusan sumbu pons terhadap cetakan, keausan pons dan cetakan maka bertitik tolak dari uraian masalah di atas, dibutuhkan beberapa langkah pokok untuk membantu kelancaran penelitian ini yaitu, sebagai berikut: 1. Membuat peralatan berupa konstruksi tempat jatuhnya benda jatuh bebas, serta membuat perangkat tempat dudukan pons dan cetakan yang disesuaikan dengan beban yang diberikan dan kondisi benda jatuh bebas. 2. Membuat beberapa buah pons dengan berbagai ukuran sesuai dengan ketentuan-ketentuan kelonggaran berdasarkan rekomendasi para pakar dan literatur, serta membuat sebuah cetakan dengan ukuran dan bahan yang ditetapkan. 3. Menentukan variasi massa beban dan variasi ketinggian benda jatuh bebas dengan melakukan perhitungan hingga batas pons dan cetakan dapat melakukan pemotongan dengan baik. 4. Melakukan penyetingan (set-up) pons dan cetakan setepat-tepatnya yaitu sesumbu pada saat pengoperasinnya.


10

5. Melakukan pengujian terhadap bahan pelat aluminium dengan mesin uji kekuatan tarik guna mendapatkan data tegangan tarik bahan aluminium. 6. Membuat koin-koin menggunakan pons-pons dan cetakan dengan variasi beban dan ketinggian benda jatuh bebas. 7. Melakukan pengujian terhadap beban sesungguhnya yang terjadi dengan menggunakan alat load cell.

1.3. Tujuan Penelitian 1.3.1. Tujuan umum Tujuan umum dari penelitian ini adalah untuk mendapatkan suatu hasil proses pembuatan koin aluminium menggunakan variasi

beban impak dan ketinggian

dengan benda jatuh bebas. 1.3.2. Tujuan khusus 1. Memperoleh hasil tentang pengaruh besarnya kelonggaran (clearance) antara pons dan cetakan yang optimal dari hasil analisis data pembuatan koin aluminium, untuk mendapatkan ukuran produk yang baik dan sesuai dengan batas toleransi yang diijinkan. 2. Memperoleh hasil akibat adanya pengaruh massa dan tinggi beban benda jatuh bebas, untuk pembuatan koin dari bahan aluminium. 3. Memperoleh hasil pengukuran dengan load cell, besarnya gaya impak akibat variasi massa dan ketinggian benda jatuh bebas.


11

1.4. Manfaat Penelitian Penelitian ini nantinya diharapkan merupakan suatu upaya nyata pihak perguruan tinggi, khususnya lembaga penelitian dalam memberikan informasi tentang proses pembuatan dengan menggunakan pons dan cetakan untuk mengerjakan suatu produk dengan ukuran dan bentuk yang presisi dan berkualitas. Adapun hasil penelitian ini diharapkan bermanfaat bagi: 1.

Para pelaku perancang, pembuat dan pengguna pons dan cetakan, agar dapat memahami berapa besar kelonggaran (clearance) antara pons dan cetakan yang optimal, serta pengaruh beban dan jarak benda jatuh bebas.

2.

Memberi informasi tentang upaya yang dilakukan untuk memperoleh keberhasilan mendapatkan ukuran dan bentuk koin aluminium dengan menggunakan beban impak benda jatuh bebas.

3.

Para praktisi dan ahli teknik manufaktur serta mahasiswa lainnya yang ingin mengembangkan hasil penelitian ini serta dapat dijadikan sebagai pembanding dalam pembahasan pada topik yang sama.


12

BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA

2.1. Proses Pembentukan pada Lembaran Metal Bentuk produk dengan proses pembentukan pada lembaran metal (sheetmetal) sangat banyak pemakainnya di lapangan, di antaranya adalah perlengkapanperlengkapan lemari dan meja perkantoran, lemari kabinet, bodi dan karoseri mobil, bagian-bagian bidang perkapalan, alat-alat rumah tangga, hingga pemakaian peralatan perlengkapan pada pesawat terbang, dan lain sebagainya. Dasar pembentukan lembaran metal adalah beracu pada bentuk bulat berupa lempengan koin. Bentuk ini adalah yang paling sederhana, gampang diukur dan diamati. Selanjutnya pembuatan pons dan cetakannya pun tidak terlalu sulit dan dapat dikerjakan pada mesin konvensional maupun non-konvensional. Hasil penelitian bentuk koin dapat dijadikan dasar pertimbangan untuk bentuk lainnnya. Pembentukan lempengan koin diawali dari pemilihan lembaran metal dalam hal ini lembaran pelat yang dirol. Kemudian dilakukan pemotongan atau pengguntingan (shearing) dengan proses blanking

yang dilengkapi dengan alat

pemotong pons (punch) dan cetakan (dies) yang mempunyai bentuk bulat. Terakhir untuk mendapatkan hasil produk yang lebih baik dilakukan pembersihan pada sisi produk yang disebut dengan deburring. Secara umum menurut Kalpakjian S., [8] proses pembentukan pada lembaran metal ingin dijadikan produk, dapat dilihat pada Gambar 2.1.


13

Punches, dies (compound, progresive, transfer)

Punching Punching Blanking Blanking Fine Fineblanking blanking Stamping Stamping

Sheet Sheet Plate Plate

Shearing Shearing Slitting Slitting Cutting Cutting Sawing Sawing

Rolling

Embosing Embosing Bending Bending Roll Rollforming forming Stretch Stretchforming forming

Deburring Deburring Cleaning Cleaning Coating Coating

Deep Deepdrawing drawing Rubber Rubberforming forming Spinning Spinning Superflastic Superflasticforming forming Peen Peenforming forming Explosive Explosiveforming forming Magnetic-pulse Magnetic-pulseforming forming

Gambar 2.1 Denah Proses Pembentukan pada Lembaran Metal

2.2. Operasi Pemotongan Pemotongan lembaran pelat disesuaikan dengan aksi pemotongan antara dua buah mata pisau pemotong. Aksi pemotongan ada empat tahapan [9] Gambar 2.2. Langkah awal dijelaskan bahwa pons (punch) merupakan mata pisau bagian atas. (1) Sebelum pons menyentuh lembaran pelat (benda kerja) di mana kecepatan pons bergerak dengan kecepatan v = 0 tanpa beban; (2) Pons mulai menuyusup masuk ke permukaan menuju cetakan bergerak dengan kecepatan v1 dengan gaya F, maka pisau bagian dalam (die) yang diam menahan tekanan pons terhadap benda kerja kerja maka terjadilah deformasi plastis pada benda kerja; (3) Seterusnya


14

Gambar 2.2 Proses Pemotongan Lembaran Pelat Antara Dua Mata Pisau

pons terus bergerak menekan dan menyusup ke benda kerja, maka bagian ini akan diperoleh permukaan pemotongan yang lebih halus. Secara umum daerah penyusupan diperkirakan sebesar 1/3 tebal lembaran benda kerja; (4) Bila penekanan diteruskan terhadap benda kerja maka akan terjadi keretakan (fracture) terhadap sisi pemotongan benda kerja. Jika kelonggaran (clearance) antara pons dengan cetakan ditentukan secara tepat dan benar maka dua garis keretakan akan bertemu, hasil pemisahan kedua benda relatif lebih bersih, atau hanya sedikit sekali terdapat bagian yang tajam pada hasil pemotongan. Pada Gambar 2.3 diperlihatkan karakteristik keretakan pada hasil pemotongan pada bagian produk yang terbentuk oleh hasil pemotongan pembuatan koin. Pada bagian bawah permukaan benda kerja dari hasil pemotongan akan membentuk radius dan daerah ini disebut dengan rollover atau disebut juga dengan edge draw in. Hal ini terjadi akibat adanya penekanan awal yang dilakukan terhadap


15

Gambar 2.3 Karakteristik Sisi Hasil Pembuatan Koin

permukaan pelat/benda kerja terhadap cetakan sehingga terjadi perubahan bentuk terhadap permukaan yang disebut dengan deformasi plastis. Menurut Lange K., [3] bentuk ini dipengaruhi oleh, (a) jenis material, (b) kelonggaran blank, dan (c) ketajaman & bentuk permukaan pons. Bagian atas rollover terbentuk hasil pemotongan yang lebih halus, daerah ini disebut burrnish atau smooth-sheared. Ini dihasilkan karena menuyusupnya pelat terhadap cetakan akibat penekanan pons, dan masih mampu ditahan oleh cetakan (pisau bagian bawah) sehingga terjadi penyayatan/pemotongan bukan karena retak atau dengan kata lain pons mampu menyusup ke benda kerja sebelum terjadi keretakan pada benda kerja. Selanjutnya pada bagian atas burrnish disebut dengan daerah fractured, pada daerah ini terdapat bagian sisi pemotongan yang relatif kasar. Bagian ini tidak terdapat hasil pemotongan namun terpisahnya atau lepasnya benda ini adalah akibat adaya pengaruh tekanan sehingga terjadilah pergeseran akibat adanya keretakan. Pada sisi bagian atas koin hasil pemotongan atau permukaan yang menyentuh pons disebut burr yang merupakan sisi tajam yang menonjol. Terbentuknya burr dan besar ketinggiannya (burr height) ditentukan oleh faktor material produk dan ketajaman


16

alat potong (tools) [3], dan juga dipengaruhi oleh akibat keausan pada alat potong (tool edges wear) dan kelonggaran antara pons dengan cetakan yang tepat (optimum clearance) [9]. Kelonggaran yang besar menimbulkan deformasi plastis yang lebih besar, sehingga

menimbulkan

pemisahan

yang

lambat

dan

akan

menimbulkan

pembentukan burr akibat ditarik oleh bagian permukaan sisi pons. Oleh sebab itu terbentuknya burr dapat dihindari dengan menentukan besar kelonggaran antara pons dan cetakan, besar kedalaman penyusupan dengan benar, besar keretakan sama dengan besar kelonggaran. Kelengkapan

terjadinya

proses

pengguntingan/pemotongan,

maka

komponen-komponen gaya pada operasi pengguntingan dapat dilihat pada Gambar 2.4

Gambar 2.4 Komponen Gaya Proses Pemotongan

Gaya Fv dan F′v beraksi pada jarak yang pendek dekat dengan sisi potong, hal ini disebabkan oleh adanya distribusi tegangan kompresi yang tidak beraturan


17

sepanjang daerah mata pisau. Jarak L dihasilkan oleh suatu gaya yang menyebabkan momen bengkok atau perubahan sudut pada benda kerja. Reaksi momen menyebabkan momen perlawanan bengkok menghasilkan bengkokan dan tegangan normal horizontal (stress normal horizontal/SNH) pada benda kerja dan alat potong. SNH dapat digantikan oleh gaya resultan FH dan F′H Gaya horizontal tambahan akan timbul bila alat potong tidak mempunyai sudut potong 90° atau ketika permukaan benda kerja tidak tegak lurus terhadap arah permukaan pelat. Sebagai tambahan gaya-gaya di atas gaya-gaya gesek juga bereaksi pada alat potong. Gaya-gaya horizontal FH dan F′H menyebabkan gaya-gaya gesek pada sisi permukaan dari alat potong dinamakan µFH dan µF′H. Gaya potong yang terdapat pada permukaan material di permukaan alat potong menyebabkan alat potong gayagaya gesek µFH dan µF′H. Penyelidikan yang lebih jauh menunjukkan tidak adanya hubungan antara distribusi gaya-gaya horizontal dengan vertical. Hal ini dikenal dengan FH dan FV yang parameternya bervariasi pada proses pemotongan.

2.3. Gaya Pemotongan (Cutting Forces) Perhitungan untuk menentukan gaya pemotongan yang dibutuhkan untuk melakukan pemotongan terhadap satu buah produk dengan bahan tertentu sangatlah penting. Maka untuk menentukan gaya F pada pemotongan pelat menurut Groover M.P., [10] dapat ditentukan sebagai berikut:


18

F = S .t.L

(N)

(2.1)

Dimana : F = gaya potong (N) S = tegangan geser pelat (MPa) t = ketebalan pelat (mm) L= panjang daerah yang dipotong (mm) Bila tegangan geser tidak diketahui dan yang diketahui hanya tegangan tarik pelat, maka :

F = 0,7.TS .t.L

(mm)

(2.2)

di mana: TS = tegangan tarik (MPa)

2.4. Proses Blanking Proses pembuatan pelat logam berbentuk lempengan seperti koin disebut blanking, yaitu satu di antara proses pemotongan yang menggunakan pons dan cetakan untuk menghasilkan benda kerja secara utuh dan seluruh sisinya terpotong secara serentak (Gambar 2.5). Sedangkan blank adalah produk hasil pemotongan yang terpakai dan dihasilkan dari salah satu proses pemotongan tunggal dengan seluruh bentuk kontur terpotong secara utuh (Gambar 2.6) atau hasil dari pemotongan bertahap dengan alat bantu press tool. Menurut Amstead B.H., etl [11] blanking adalah operasi memotong luasan datar menjadi suatu bentuk yang diinginkan dan biasanya merupakan tingkat awal


19

dalam sederetan operasi. Dalam hal ini pons harus datar dan cetakan harus diberi suatu sudut pemotongan sehingga bagian yang diselesaikan akan datar pula. Kedua permukaan pons dan cetakan memang harus datar sehingga tak dapat dipungkiri untuk pembuatan koin dengan proses blanking membutuhkan tenaga yang lebih besar atau maksimum bila dibandingkan dengan proses piercing, yaitu proses yang membutuhkan lubang sebagai hasil produk.

1. 2. 3. 4. 5.

Keterangan: Pons (punch) Pelat penjepit cetakan (dies) Pelat lembaran logam Cetakan (dies) Hasil produk koin (blanking piece)

Gambar 2.5 Proses Blanking Pembentukan Produk Koin

Gambar 2.6 Blank


20

2.5. Koin Aluminium Menurut kamus teknik dan kamus Inggris bahwa koin (coin) mempunyai arti adalah mata uang atau uang logam, bentuk penampangnya relatif bulat dan tipis. Pada penelitian ini koin aluminium yang dimaksud adalah suatu benda berbetuk lempengan bulat tipis hasil pemotongan yang dilakukan pons dan cetakan (lihat Gambar 2.7).

Gambar 2.7 Koin Aluminium

Koin dirancang dari bahan aluminium, dan sifat yang paling menonjol adalah lunak, tahan terhadap korosi dan ringan. Oleh sebab itu proses pembuatan bahan ini untuk dijadikan bentuk koin tidak memerlukan beban yang terlalu besar bila dibandingkan dengan jenis logam lainnya. Keberadaan aluminium di lapangan mulai dari bentuk penampang bulat, segi empat maupun bentuk profil lainnya, ada juga dalam bentuk pelat lembaran dengan ketebalan yang bervariasi. Pada umumnya aluminium yang berbentuk lembaran dihasilkan dari proses pengerolan [12], mempunyai massa jenis 2,7 gr/cm3 dengan kekuatan tarik antara 130 s.d 200 N/mm2.


21

Koin aluminium yang bentuknya bulat tipis atau pipih, merupakan bentuk dasar untuk menentukan bentuk-bentuk lainnya seperti bulat lonjong, segi empat, bentuk tak beraturan, bentuk kompleks, dll. Hasil produk atau benda kerja yang diproduksi pada proses blanking selain bentuk koin adalah berupa lempengan pelat berbagai bentuk (Gambar 2.8 (a) s.d (j).

Gambar 2.8 Contoh Hasil Proses Blank

2.6. Ukuran Koin Pada pembuatan lempengan logam (koin) dengan proses ukurannya

blanking,

beracu pada ukuran cetakan, sedang ukuran pons menyesuaikan sesuai

dengan besar kelonggaran yang diberikan [2]. Misalnya dikehendaki suatu koin berdiameter 22 mm maka diameter cetakan mempunyai ukuran yang sama dengan ukuran produk (koin). Sedang ukuran pons sedikit lebih kecil dari ukuran cetakan sebesar celah kelonggaran yang diberikan. Untuk mengukur produk dapat digunakan mikrometer luar digital (out side micrometer) dengan ketelitian 0,001 mm.


22

Bentuk koin tergantung pada bentuk pons dan cetakan. Bentuk pons dan cetakan tergantung pada kebutuhan penggunaannya. Untuk membuat pons dan cetakan yang berbentuk sederhana dapat dikerjakan dengan mesin perkakas biasa, misalnya mesin bubut, mesin bor dan pengerjaan akhirnya dilakukan pada mesin gerinda. Tetapi untuk bentuk-bentuk yang lebih rumit atau lebih kompleks maka harus pula dikerjakan pada mesin-mesin non-konvensional, seperti EDM, Wire Cutting, LBM, dan sebagainya. Untuk menentukan kualitas koin bila dilihat dari bentuk dan ukuran sangat ditentukan oleh hasil pembuatan pons dan cetakan, serta perbedaan ukuran yang sesuai antara pons dan cetakan (clearance), oleh sebab itu proses pembuatannya harus benar-benar dilakukan dengan teliti dan ukurannya presisi.

2.7. Diameter Pons dan Cetakan Setelah diketahui dan ditentukannya berapa besar kelonggaran antara pons dengan cetakan, maka dapat pula ditentukan besar diameter pons dan cetakan. Menurut Groover M.P., [10] untuk proses blanking diameter pons harus lebih kecil dari diameter cetakan, besarnya adalah diameter cetakan dikurangi dengan jumlah dua sisi kelonggarannya. Hal ini dapat diilustrasikan pada Gambar 2.9. Bentuk diameter pons dan cetakan juga sangat menentukan hasil poduk. Produk koin aluminium dibentuk oleh pons dan cetakan yang kedua alat tersebut harus betul-betul silindris. Kesilindrisan kedua alat ini sangat ditentukan oleh proses


23

pembuatan dan pengerjaannya pada mesin perkakas. Oleh sebab itu hal ini harus betul-betul diperhatikan. Gambar

2.9

menjelaskan

tentang

diameter

pons,

cetakan

dan

kelonggarannya dan juga dijelaskan istilah-istiah yang digunakan di dalamnya.

Gambar 2.9 Diameter Pons, Cetakan dan Kelonggarannya

Menentukan diameter pons (blanking punch) adalah: Dh = Db − 2c

(mm)

(2.3)

Dimana : Dh = diameter pons (punch size) (mm) Db = diameter cetakan (die size) (mm) c = kelonggaran antara pons dengan cetakan (mm)

2.8. Kelonggaran ( Clearance) Kelonggaran atau clearance adalah suatu ukuran antara sisi potong pons dengan sisi potong cetakan. Menurut Budiarto [2] ada beberapa fungsi kelonggaran (clearance) di antaranya adalah:


24

1. Mencegah

terjadinya

gesekan

antara

pons

dan

cetakan

saat

operasi

pemotongan, gesekan semakin besar bila kelonggaran antara pons dengan cetakan terlalu kecil dan sebaliknya. Gesekan kecil bila kelonggaran besar. 2. Menentukan kualitas sisi potong yang diharapkan, kelonggaran yang lebih kecil menghasilkan hasil yang lebih halus dan lebih baik. 3. Menentukan ketepatan toleransi produk hasil yang diperoleh, kelonggaran yang lebih kecil dan membentuk beberapa toleransi produk yang lebih baik. 4. Berpengaruh terhadap burr (Gambar 2.3) yang terjadi beralur lebih kecil bila kelonggaran lebih kecil. Kelonggaran (clearance) diklasifikasikan ke dalam tiga bagian besar, yaitu: 1. Excesive clearance (kasar). a. Kelonggaran antara pons dan cetakan relatif besar membentuk burr yang besar, b. Bibir pelat pada permukaan yang terpotong membentuk radius cukup besar, c. Permukaan bawah bibir blank/sekrap membentuk radius, d. Penetrasi pemotongan kecil. 2. Proper Clearance (normal) a. Kelonggaran antara pons dan cetakan normal atau medium, b. Bentuk burr relatif kecil, c. Radius pada bibir pelat terpotong relatif kecil, d. Penetrasi pemotongan dapat mencapai ½ tebal plat.


25

3. Insufficient Clearance (halus) a. Kelonggaran relatif kecil, b. Membentuk dua bidang sisi potongan pada patahan, c. Burr sangat kecil, d. Tahanan pemotongan lebih besar. Ada beberapa rekomendasi dari beberapa pakar dan literatur untuk menentukan besar kelonggaran antara pons dan cetakan untuk bahan logam khususnya

aluminium.

Dari

beberapa

rekomendasi

inilah

peneliti

akan

merealisasikannya dalam menentukan ukuran pons dan cetakan. Untuk memperjelas maksud di atas, maka uraiannya dapat dilihat berikut ini: (1) Groover M.P., [10], menetapkan kelonggaran sebagai berikut:

c = a.t (mm) di mana : c =

(2.4)

kelonggaran (clearance) (mm)

a =

konstanta , harganya dapat dilihat pada Tabel 2.1

t =

tebal bahan koin (mm)

Tabel 2.1 Kelonggaran Pons dan Cetakan untuk Beberapa Bahan Metal Group

a

11005 and 50, 25 Aluminum alloys , All Tempers

0,045

21245 and 6061 ST Alloys, brass all tempers, solf cold rolled steel, stainless steel

0,060

Cold rolled steel, half hard, stainless steel half hard and full hard

0,075

Sumber: Groover M.P., 2002, Fundamentals of Modern Manufacturing, p.439


26

(2) Kalpakjian S., [6], menetapkan kelonggarannya secara umum adalah, 2 s.d 10 % dari ketebalan pelat yang dipotong. Untuk pemotongan yang halus (fine blanking) 1 % dari tebal pelat (untuk kecepatan pons yang rendah/slow punching speeds). (3) Sckey J.A., [9], menetapkan kelonggaran yang dianjurkan adalah sebesar 0,04 s.d 0,12 h, h adalah ketebalan dari material yang dipotong. (4) Luchsinger H.R., [13] secara umum untuk menentukan kelonggaran (C) antara pons dengan cetakan adalah sebagai berikut. a. Untuk ketebalan pelat s ≤ 3 mm C = k .s TB

(mm)

(2.5)

b. Untuk ketebalan pelat s ≥ 3 mm C = (1,5.k .s − 0,015) TB

(mm)

(2.6)

Dimana : k = konstanta 0,005 untuk permukaan halus 0,010 untuk permukaan normal 0,035 untuk permukaan kasar s = tebal pelat yang dipotong (mm) TB = tegangan geser (shear stress) bahan (kg/mm2) TB = 0,8 tegangan tarik bahan (kg/mm2) (5) Alamsyah A., [14] untuk menentukan kelonggaran direkomendasikan berdasarkan Tabel 2.2.


27

Tabel 2.2 Rekomendasi Kelonggaran (Clearance) (% x tebal pelat) Jenis Material Mild Steel Mild Steel Steel Al, Brass, Copper

Kekuatan Material ( kg/mm2) > 25 25 s.d 40 40 s.d 80 -

% x Tebal Pelat 2 s.d 3 3 s.d 5 5 s.d 9 2 s.d 4

Sumber: Alamsyah A., 1993 Pemilihan baja perkakas dan perlakuan panasnya\ (6) Sharma P.C., [15] kelonggaran pons dan cetakan untuk beberapa macam metal adalah C = % x tebal pelat atau % x t, (lihat Tabel 2.3). Tabel 2.3 Rekomendasi Kelonggaran Menurut Sharma P.C Jenis Material Brass Soft Steel Medium Steel Hard Steel Aluminum

Kelonggaran C = % x tebal Pelat 5 5 6 7 10

Sumber: Sharma P.C., 2003, Production Engineering, S. Chand & Company LTD. Ram Nagar, New Delhi – 110 055. (7) Sharma P.C., juga menentukan kelonggaran dengan melakukan perhitungan memakai rumus : c = 0,0032.t τg

(mm)

(2.7)

di mana: c = kelonggaran (mm) t = tebal pelat (material) (mm) τg = tegangan geser material (kg/mm2)


28

2.9. Benda Jatuh Bebas Sebuah benda jatuh bebas dari keadaan mula berhenti mengalami pertambahan kecepatan selama benda tersebut jatuh. Jika benda jatuh ke bumi dari ketinggian tertentu relatif kecil dibandingkan dengan jari-jari bumi, maka benda mengalami pertambahan kecepatan dengan harga yang sama setiap detik. Hal ini berarti bahwa percepatan ke bawah benda bertambah dengan harga yang sama jika sebuah benda ditembakkan ke atas kecepatannya berkurang dengan harga yang sama setiap detik dan perlambatan ke atasnya seragam. Menurut Khurmi R.S., [16] untuk menentukan kecepatan benda jatuh setiap detik akan diperoleh harga pendekatan seperti terlihat pada Tabel 2.4. Tabel 2.4 Waktu dan Kecepatan Benda Jatuh Waktu t (s) Kecepatan v (m/s)

0

1

2

3

4

5

0

9,8

19,6

29,4

39,2

49

Gambar 2.10 Grafik Hubungan v – t


29

Grafik v – t yang sesuai dengan tabel tersebut di atas ditunjukkan pada Gambar 2.10 merupakan sebuah garis lurus sehingga percepatan seragam dan sama dengan:

v − vo 49 − 0 = = 9,8 t 5

(m s ) 2

(2.8)

Jika tahanan udara diabaikan gerakan benda jatuh bebas dapat dihitung dengan percepatan seragam melintas sebuah garis lurus, asalkan percepatan diganti dengan percepatan gravitasi g 1. Untuk gerakan ke bawah a = + g (percepatan) 2. Untuk gerakan ke atas a = - g (perlambatan). Percepatan gravitasi g dapat dipandang sebagai sebuah vektor dengan arah menuju ke pusat bumi dengan demikian tegak ke bawah.

2.10. Gerak Lurus Perpindahan adalah perubahan kedudukan. Hal ini merupakan besaran vektor mencakup jarak dan arah. Kecepatan adalah laju perubahan kedudukan terhadap waktu. Hal ini juga merupakan besaran vektor mencakup jarak, arah dan waktu. Kecepatan seragam memiliki partikel yang bergerak dengan kecepatan konstan pada lintasan lurus atau dimiliki partikel yang melintasi perpindahan yang sama dalam selang waktu yang sama berturut-turut tidak perduli betapa kecilnya selang waktu.


30

Percepatan seragam dimiliki partikel yang mengalami perubahan kecepatan yang sama dalam selang waktu yang sama berturut-turut tidak perduli betapa kecilnya selang waktu. Satuan perpindahan diukur dalam meter [m], kecepatan diukur dalam meter per detik [m/s], percepatan diukur dalam meter per detik kwadrat [m/s2], persamaan gerakan lurus percepatan seragam. Penjelasannya dapat dilihat pada Gambar 2.11. Katakan v0 kecepatan awal, v kecepatan akhir, a percepatan, t waktu dan s perpindahan kecepatan pertengahan = perpindahan/waktu.

Gambar 2.11 Diagram Kecepatan – Waktu

Perpindahan digambarkan dengan luas daerah di bawah grafik kecepatan waktu

Δv =a ; Δt

v = v0 +

Δv t ; Δt

∴ v = v 0 + at

Penggantian (v0 + at) untuk v di dalam persamaan (1), s = v0t +

1 at 2

2


31

Penggantian v − v 0 untuk t di dalam persamaan (1), a

2

v 2 = v 0 + 2as

Bila v 0 = 0 , maka :

v 2 = 0 + 2as

v = 2as Untuk jatuh bebas maka a = g dan s = h , sehingga : v = 2 gh

(2.9)

Di mana : v = kecepatan benda jatuh (m/s) g = gravitasi (m/s2) h = ketinggian jatuh benda (m).

2.11. Gerakan di Bawah Pengaruh Gravitasi Sebuah benda tidak dapat jatuh bebas kecuali di dalam ruang hampa sempurna. Ketika jatuh melintasi sebuah benda mengalami tahanan udara yang tergantung pada ukuran, bentuk dan kecepatan benda jatuh. Percepatan sebuah benda jatuh bebas tergantung pada jarak ketinggian benda kerja dari pusat bumi. Bagaimanapun, ketika sebuah benda cukup padat jatuh dengan kecepatan sedang, boleh dianggap benda mengalami percepatan gravitasi seragam. Seperti yang telah dijelaskan di atas (2.9), secara umum para ilmuwan mengambil harga percepatan gravitasi g = 9,81 [m/s2].


32

2.12. Momentum Sebuah benda bergerak dikatakan mempunyai momentum yang dinyatakan dengan hasil kali massa benda dengan kecepatan benda. Momentum = massa x kecepatan. M = m.v

( kg. m/s)

(2.10)

Di mana M = momentum (kg. m/s) m = massa (kg) v = kecepatan benda bergerak (m/s)

2.13. Impuls Impuls sebuah gaya konstan adalah hasil kali gaya dengan selang waktu yang diperlukan gaya bekerja, dituliskan dengan rumus: I = F .t

(2.11)

Karena gaya = laju perubahan momentum terhadap waktu = perubahan momentum dibagi dengan selang waktu yang diperlukan, atau dengan rumus: F=

m.v t

(2.12)

Maka impuls = perubahan momentum I = F .t = m.v

(kg. m/s)

(2.13)

Di mana: m = massa (kg) v = kecepatan benda bergerak (m/s)


33

2.14. Energi Energi didefinisikan sebagai kesanggupan untuk melakukan kerja. Prinsip kekekalan

energi

menyatakan

bahwa

energi

tidak

dapat

diciptakan atau

dirusakkan (dimusnakan). Dalam hal ini terdapat dua bentuk energi mekanik, yaitu: 1. Energi potensial (Ep), yaitu energi yang dapat dimiliki benda berdasarkan kedudukan benda. Benda mempunyai energi berdasakan massa dan posisi (tinggi) benda. Besarannya dapat ditentukan dengan rumus: E P = m.g .h

(2.14)

di mana: Ep = energi potensial (joule) m = massa benda (kg) g = gaya gravitasi (m/s2) h = kedudukan/ ketinggian benda (m) 2. Energi kinetik (Ek), yaitu energi yang dapat dimiliki benda berdasarkan gerakan benda. Adanya pergerakan benda dari kecepatan awal vo ke kecepatan perubah v1. Besarannya dapat ditentukan dengan rumus: Ek =

1 m.v 2 2

(2.15)

di mana: Ek = energi kinetik (joule) m = massa benda (kg) v

= kecepatan benda jatuh (m/s)


34

2.15. Aplikasi Proses Pembuatan Koin Aluminium dengan Beban Impak Benda Jatuh Bebas Proses pembuatan koin yang lazim dilakukan dengan alat penekan (press tools) dilengkapi dengan pons dan cetakan dengan menggunakan sistem tenaga manual, mekanis, pneumatik dan hidrolik. Tetapi dalam penelitian ini peralatan yang digunakan untuk mendapatkan besar gaya yang memotong pelat pada cetakan adalah dengan sistem benda yang dijatuhkan pada pons dengan gerakan jatuh bebas. Penjelasannya dapat dilihat pada penjelasan di Gambar 2.12.

Gambar 2.12 Proses Pembuatan Koin dengan Gaya Benda Jatuh Bebas

Sebelum benda m1 jatuh pada permukaan batang pons maka kecepatan awalnya adalah vo = 0. Bila m1 jatuh bebas maka kecepatannya yang akan mendorong pons tepat sebelum bertumbuk adalah v1 yang besarnya adalah:


35

v1 = 2 gh ,

di mana h adalah ketinggian benda jatuh.

2.16. Gaya yang Diserap Pelat Gaya tahanan atau besar gaya yang diserap oleh pelat yang hendak dipotong menurut Khurmi R.S., [14] adalah:

Ft .h2 = E P + E K Ft =

EP + EK h2

m.g .h2 + 1 / 2m.v 2 Ft = h2 Di mana :

(2.16)

(2.17)

Ft = gaya yang diserap (N) m = m1 = massa benda (kg) h2 = tebal pemotongan (tebal pelat), (m) v = kecepatan benda jatuh (m/s)

Gaya Ft adalah besar gaya minimum yang akan digunakan untuk memotong pelat atau gaya Ft harus lebih besar dari gaya F (gaya yang dibutuhkan untuk memotong pelat). Agar Ft dapat dipenuhi maka bobot m1 harus dipenuhi pula.

2.17. Massa Benda Jatuh Bebas Dari persamaan (2.17) di atas maka dapat ditentukan besar bobot atau massa benda jatuh bebas sebagai berikut:


36

m=

Ft .h2 g .h2 + 1 / 2.v 2

(2.18)

2.18. Pengukuran Gaya Impak Kemampuan suatu benda dalam menyerap energi impak diketahui dengan melakukan pengujian impak. Biasanya yang dilakukan pada pengujian ini, memukul spesimen dengan sebuah datum atau lengan pemberat. Pengujian seperti ini dikenal dengan metode charpy dan izod jenis ini tergolong pergerakan dengan kecepatan rendah. Ada juga yang dilakukan oleh Syam, B.[17] yaitu uji impak dengan kecepatan tinggi dan realisasinya telah membuat suatu alat uji impak yang dikenal dengan nama Kompak atau disebut juga dengan Air Gun Compressor yang mampu meluncurkan striker dengan kecepatan yang bervariasi dan mencapai lebih kurang 50 m/s. Peralatan ini dapat memberikan gambaran terhadap kenyataan di lapangan di mana benda jatuh dari ketinggian tertentu dengan kecepatan tinggi. Pada penelitian ini untuk melakukan pengukuran besar gaya

impak

digunakan peralatan load cell yang dirancang dalam bentuk unit portable. Alat ini mampu mengukur langsung besar gaya impak ketika sebuah benda yang mempunyai bobot dan ketinggian tertentu jatuh dan menimpa atau menyentuh alat sensor. Besaran gaya impak terbaca langsung pada sebuah alat perekam data/pengkondisi sinyal dengan angka digital. Kemampuan pengukuran besar gaya impak alat ini hanya pada batas 30 kN. Gambar dan cara kerjanya dijelaskan pada Bab 3 (Metode Penelitian).


37

2.19. Kerangka Konsep Hasil yang diperoleh dalam suatu penelitian dipengaruhi oleh variabelvariabel penelitian itu sendiri. Kerangka konsep dalam penelitian ini digambarkan seperti pada Gambar 2.13, dijelaskan permasalahannya adalah biasanya pembuatan koin aluminium secara massal dilakukan pemotongan dengan pons dan cetakan pada kecepatan rendah, dan proses pengerjaannya menggunakan sistem tenaga manual, mekanis, pneumatik dan hidrolik. Pada penelitian ini dicoba pembuatan koin dengan menggunakan kecepatan potong yang lebih tinggi dengan menggunakan beban impak benda jatuh bebas sesuai standar JIS atau SNI. Perangkat alat benda jatuh bebas yang konstruksinya disesuaikan dengan kebutuhannya. Pembuatan cetakan dan lima buah pons dengan ukurannya berpatokan pada diameter koin yang kelonggarannya (clearance) berdasarkan rekomendasi/ketentuan para pakar yang diperoleh dari literatur dan jurnal penelitian yang sudah ada. Sebelum pembuatan koin perlu diketahui kekuatan tarik dari bahan koin yang pengujiannya dilakukan di laboratorium. Juga dilakukan pengukuran besar gaya impak yang ditimbulkan pada benda jatuh bebas menggunakan load cell, sementara ukuran koin dan kondisi hasil pemotongan merupakan objek penelitian ini. Penelitian ini diharapkan dapat menghasilkan mampu memberikan informasi tentang adanya pengaruh kelonggaran pons dan cetakan, massa dan ketiggian jatuh benda jatuh bebas serta memperoleh data tentang besar gaya impak akibat benda jatuh bebas.


38

Informasi proses pembuatan koin aluminium dengan kecepatan lebih tinggi belum meluas dilaporkan

Permasalahan: Proses pembuatan koin aluminium biasanya dilakukan dengan mesin pres dengan kecepatan potong rendah

Proses pengerjaan dengan menggunakan sistem tenaga manual, mekanis, pneumatik dan hidroulik

• Pembuatan perangkat benda jatuh bebas • Pembuatan cetakan dan lima buah pons dengan kelonggaran sesuai rekomendasi para pakar. • Pembuatan benda jatuh bebas dengan lima variasi massa • Pengujian bahan koin • Pengukuran dan pengujian besar gaya impak akibat benda jatuh bebas • Pembuatan koin • Pengamatan hasil pemotongan pada sisi koin

Dicoba dilakukan proses pembuatan koin dengan kecepatan lebih tinggi menggunakan beban impak benda jatuh bebas

Benda jatuh bebas berdasarkan standar Jepang JIS atau Standar Nasional Indoesia (SNI)

Variabel yang diamati: 1. Variabel tetap : - Ketebalan bahan pembuatan koin - Diameter cetakan (die) 2. Variabel bebas: - Beban benda jatuh bebas - Jarak ketinggian benda jatuh - Diameter pons (punch) 3. Unit analisis/objek penelitian - Ukuran koin - Gaya impak benda jatuh bebas - Kondisi hasil pemotongan pada sisi koin

Hasil yang diperoleh: 1. Hasil pengaruh besar kelonggaran (clearance) dan ukuran koin yang baik sesuai batas toleransi yang diijinkan 2. Pengaruh massa dan ketinggian benda jatuh bebas pada pembuatan koin aluminium 3. Hasil pengukuran besar gaya impak akibat benda jatuh bebas

Gambar 2.13 Kerangka Konsep


39

BAB 3 METODE PENELITIAN 3.1. Tempat dan Waktu 1. Penelitian ini telah dilaksanakan setelah disetujui sejak tanggal pengesahan usulan oleh pengelola program sampai dinyatakan selesai. 2. Pembuatan alat bantu, pons dan cetakan dilaksanakan di Bengkel Polmed. 3. Pengujian bahan aluminium, dilaksanakan di Laboratorium Polmed. 4. Kegiatan penelitian dilaksanakan di Laboratorium dan Bengkel Polmed. 5. Pengambilan data bentuk dan hasil proses pemotongan pada sisi koin dilaksanakan di Laboratorium Pusat Riset Impak dan Keretakan Departemen Teknik Mesin F.T. USU.

3.2. Bahan, Peralatan dan Metode 3.2.1. Bahan 3.2.1.1. Bahan koin Bahan koin terdiri dari bahan pelat aluminium dirol yang ada di pasaran dengan ketebalan 2 mm. Diameter koin aluminium direncanakan sebesar 22 mm. 3.2.1.2. Bahan pons dan cetakan Ada beberapa jenis bahan yang dipilih untuk membuat cetakan dan pons. Bahan ini mempunyai persyaratan khusus di samping bahannya harus keras, tahan aus, dan juga sifat mampu mesinnya cukup baik. Berdasarkan pertimbangan


40

kemudahan bahan diperoleh di pasaran maka peneliti merencanakan memilih jenis Cold Work Steels bahan Amutit-S (Grade Bohler) dengan No. DIN 12510 dengan data sebagai berikut: Tabel 3.1 Komposisi Kimia Baja Amutit-S [18] Komposisi Kimia 95 % C; 0,3 % Si; 1,1 % Mn; 0,5 % Cr; 0,1 % V; 0,5 % W

Bahan Amutit – S (DIN 12510)

Temperatur pengerasan (hardening temperature) = 780 s.d 820 º C ; Media pendingin (quenching medium) = oil ; Kekerasan setelah ditempering (100 s.d 400 º C) = 64 s.d 52 HRC

Sumber: BOHLER, High Grade Steel, P.T. Bolindo – Baja 3.2.1.3. Bahan peralatan pendukung cetakan (pemegang cetakan) & kelengkapannya Bahan peralatan bantu penyanggah dan perlengkapannya dipilih dari bahan baja lunak yang banyak dijumpai di pasaran. Bahan ini lebih ekonomis dan tidak memerlukan persyaratan khusus. 3.2.2. Peralatan Pada penelitian ini peralatan yang digunakan dikelompokkan antara lain: 1. Alat untuk pengujian bahan koin (1) Alat uji kekuatan tarik bahan, (2) Alat pengukur koin aluminium (mikrometer digital pengukur diameter luar dan jangka sorong), (3) Alat pengamat/peneropong sisi hasil pemotongan koin (mikroskop digital). 2. Alat pembuatan perangkat penelitian (1) Alat/mesin pembuatan pons dan cetakan,


41

(2) Alat impak benda jatuh bebas dan perlengkapannya. 3. Alat pengukur gaya impak benda jatuh bebas (load cell). 3.2.2.1. Alat pengujian bahan koin (1) Alat uji kekuatan tarik bahan a. Alat pembuatan sampel adalah mesin potong (shearing machine) dan mesin frais (milling machine), b. Alat pengujian kekuatan sampel bahan aluminium adalah alat uji kekuatan tarik bahan (Gambar 3.1).

Gambar 3.1 Alat Uji Kekuatan Tarik Bahan (2) Alat pengukur koin aluminium (mikrometer digital pengukur diameter luar dan jangka sorong), seperti pada Gambar 3.2

Gambar 3.2 Alat Ukur Jangka Sorong dan Mikrometer Digital


42

(3) Alat pengamat sisi hasil pemotongan koin (mikroskop digital).

Gambar 3.3 Alat Pengamat Sisi Koin Mikroskop Digital 3.2.2.2. Alat pembuatan perangkat penelitian (1) Alat/mesin pembuatan pons dan cetakan, (lihat Lampiran 10) a. Mesin potong bahan, b. Mesin bubut presisi atau CNC lathe, c. Mesin frais (milling machine), d. Peralatan perlakuan panas (heattreatment equipment), e. Mesin gerinda/grinding machine (finishing). (2) Alat impak benda jatuh bebas dan perlengkapannya. Alat ini dibuat di bengkel Polmed Medan. Desain dan konstruksinya disesuaikan dengan contoh yang ada di Laboratorium Impak FT. USU. Tetapi pada alat ini akan mengalami inovasi yang disesuaikan dengan jenis kebutuhan penelitian ini. Rancangannya dapat dilihat pada Gambar 3.4. Sedang penjelasan potongan gambar pada Gambar 3.5 dan set-up peralatan pada Gambar 3.6. Ukuran akan disesuaikan dengan kebutuhan untuk mendapatkan besarnya gaya untuk melakukan


43

pemotongan terhadap pelat dengan ketebalan tertentu, bahan benda dari baja biasa yang mudah diperoleh di pasar dan juga tidak memerlukan persyaratan khusus.

Gambar 3.4 Desain Alat Impak Benda Jatuh Bebas

Keterangan:

1. 2. 3. 4. 5.

Bobot benda jatuh bebas Penahan benda Tiang penyokong tabung Tabung jalur jatuh Batang penahan tabung

6. 7. 8. 9. 10.

Pons Pengarah/penyokong pons Pelat aluminium Cetakan Landasan

Gambar 3.5 Alat Impak Benda Jatuh Bebas


44

Beban

Perangkat Komputer

Cetakan (dies) Batang penerus

Pons Perekam data

Load cell

Gambar 3.6 Posisi Penempatan Load Cell

Alat pengukur gaya impak benda jatuh bebas (load cell)

Alat sensor Perekam data (Pengkondisi sinyal)

Load cell

Gambar 3.7 Alat Pengukur Beban (Load Cell) Alat ini mempunyai kemampuan menerima beban dan mengukur gaya impak hingga 30.000 (N). Dipasangkan di bawah alat impak benda jatuh bebas seperti yang terlihat pada Gambar 3.6.


45

3.2.3. Metode Penelitian dilakukan terdiri dari beberapa tahapan pekerjaan, mulai dari pembuatan peralatan benda jatuh bebas, pons dan cetakan serta perlengkapannya. Setelah itu pembuatan koin sebagai objek penelitian. Adapun rincian tahapan-tahapannya adalah: 1. Membuat alat impak benda jatuh bebas, terdiri dari: a. Merancang peralatan, disesuaikan dengan kebutuhan ruang lingkup penelitian yang dilakukan, b. Pengadaan bahan-bahan dan peralatan yang dibutuhkan, c. Mengerjakan dan merakit peralatan sesuai dengan model rancangan, d. Melakukan penyetelan (set-up) alat, e. Uji coba peralatan, setelah peralatan lainnya

(pons, cetakan dan

perlengkapannya) diselesaikan. 2. Pembuatan pons, cetakan dan perlengkapannya, terdiri dari: a. Cetakan (dies) dibuat dengan diameter nominal 22 mm dengan toleransi 0 + 0,005 ,

b. Pons (punch) dibuat sebanyak lima buah dengan diameter hasil ukuran cetakan yang masing-masing pons mempunyai perbedaan ukuran kurang dari 2, 4, 6, 8, dan 10 % dari ketebalan pelat,

c. Melakukan perlakuan panas pengerasan (heattreatment/hardeningtempering) pada pons dan cetakan,


46

d. Melakukan pekerjaan akhir (finishing) pada pons dan cetakan sesuai dengan ukuran yang diminta. 3. Melakukan pengujian terhadap pelat aluminium guna mendapatkan data besar tegangan tariknya dengan alat uji tarik di laboratorium. 4. Penyetingan (set-up) peralatan untuk mendapatkan kedataran, kesumbuan arah benda jatuh bebas terhadap pons dan cetakan. 5. Melakukan pengukuran beban gaya impak yang ditimbulkan benda jatuh bebas dengan menggunakan alat load cell. 6. Melakukan pembuatan koin sesuai dengan variasi beban dan ketinggian benda jatuh untuk masing-masing pons, setiap sampel berjumlah tiga buah koin. 7. Pengambilan data dengan pengukuran tiap-tiap hasil permbuatan koin, dengan mikrometer digital dan hasilnya ditabulasikan pada suatu tabel yang telah dipersiapkan. 8. Mengamati sisi koin hasil pemotongan pons dan cetakan dengan menggunakan mikroskop digital. Juga dilakukan pengamatan terhadap sisi tajam yang timbul digunakan kaca pembesar membantu pengamatan, serta untuk mengetahui tinggi sisi tajamnya (burr height) digunakan mikroskop gigital. 9. Analisis hasil. 10. Menentukan kesimpulan dan saran.


47

Rancangan Penelitian Penelitian ini diawali dengan pembuatan dudukan/perangkat cetakan dan lima buah pons yang mempunyai ukuran berbeda sesuai ketentuan yang direncanakan, pembuatan perangkat benda jatuh bebas, pengujian plat aluminium untuk mendapatkan kekuatan tariknya,

pembuatan koin dengan masing-masing

pons, pengambilan data beban gaya impak

yang terjadi dengan alat load cell,

pengambilan data ukuran koin, pengamatan sisi dan ketinggian sisi tajam yang terbentuk (burr height) dengan menggunakan mikroskop digital. Dudukan/perangkat cetakan terdiri dari sebuah cetakan (dies) yang direncanakan langsung diletakkan dan diikat dengan baut pada landasan/meja perangkan alat benda jatuh bebas, kemudian pada bagian atas cetakan dibuat suatu pengarah pons yang juga diikatkan langsung dengan cetakan juga berfungsi sebagai penjepit pelat aluminium (bahan koin). Posisi perangkat cetakan sesumbu dengan arah jatuhnya beban jatuh bebas terhadap sumbu pons yang dipasangkan pada pengarah. Perangkat benda jatuh bebas dirancang sesuai dengan pengembangan alat yang ada pada peralatan sebelumnya di Laboratorium Impak pada Departemen Teknik Mesin, Faskultas Teknik USU. Peralatan ini sedikit berbeda karena disesuaikan dengan kebutuhan penelitian, yaitu ditambahkannya diameter dan tinggi pengarah benda jatuh bebas, serta adanya meja sebagai tempat dudukan cetakan dan jatuhnya beban terhadap pons. Tinggi total alat ini dirancang lebih kurang tiga meter


48

dan dapat diturunkan setengah meter dari tinggi total. Sehingga penempatannya di ruangan laboratorium masih memungkinkan. Peralatan load cell ditempatkan pada bagian bawah meja perangkat benda jatuh bebas, seperti pada Gambar 3.8.

Gambar 3.8 Posisi Penempatan Load Cell pada Perangkat Benda Jatuh Bebas

Untuk mendapatkan berapa besar beban gaya impak yang timbul dapat dilakukan dengan dua cara pengambilan data, yaitu: 1. Pengambilan data beban gaya impak teoritis menggunakan software pengukuran gaya impak (impact force measurement software). Dengan cara memasukkan data besar massa beban maka akan diketahui besar gaya impak lalu hasilnya dapat dicatat secara manual yang terlihat pada layar komputer. 2. Pengambilan data beban gaya impak yang terjadi diperoleh langsung dari benda jatuh menyentuh sensor pada alat ukur load cell, yang hasil data program dapat dilihat pada lembaran catatan ( notepad ) setelah itu dapat dibuat grafik pada format impact measurement software.


49

Pengambilan data ukuran koin dilakukan sebanyak tiga kali untuk setiap ukuran pons, bobot benda dan jarak benda jatuh masing-masing sebanyak lima variasi dari yang tertinggi hingga terendah dari bobot yang telah ditetapkan. Secara garis besar pelaksanaan penelitian ini akan dilakukan secara berurutan dan sistematis. Semua hasil penelitian akan diolah dan didapatkan suatu kesimpulan yang merupakan jawaban dari tujuan penelitian. Urutan pelaksanaan penelitian dapat dilihat pada Gambar 3.9. Mulai Pembuatan peralatan pembuat koin (pons, cetakan dan pengarah pons)

Pengujian pelat aluminium bahan untuk pembuat koin

Pembuatan perangakat benda jatuh bebas dan beban Pengujian/pengukuran gaya impak beban jatuh bebas dengan load cell

Pembuatan koin Pengambilan gambar sisi potong dan burr height koin dengan mikroskop digital

Pengambilan data

Tidak

Hasil dan Analisis

Tidak

Ya Kesimpulan

Selesai

Gambar 3.9 Diagram Alir Penelitian


50

3.4. Variabel yang Diamati Bentuk dan hasil pembuatan koin dengan proses blanking masing-masing ditentukan oleh kelonggaran pasangan antara pons dengan cetakan. Kemudian variasi massa dan jarak jatuh benda terhadap pons untuk melakukan pembentukan koin. Pada penelitian ini variabel tetapnya adalah: 1. Ketebalan bahan pembuatan koin 2. Diameter cetakan . Sedang variabel bebasnya adalah: 1. Diameter pons dengan lima variasi perbedaan kelonggaran antar pons dengan cetakan 2. Besar massa beban dan ketinggian

benda jatuh bebas dengan lima

variasi. Unit analisis maupun objek penelitian dalam penelitian ini adalah: 1. Ukuran

diameter

sampel

(diameter

produk

hasil

pemotongan/

pembentukan) lempengan koin aluminium dengan alat ukur micrometer digital 2. Pengukuran besar gaya impak benda jatuh bebas dengan menggunakan load cell 3. Pengamatan kondisi hasil pemotongan melalui sisi potong koin dengan menggunakan mikroskop digital.


51

3.5. Pelaksanaan Penelitian 3.5.1. Pembuatan peralatan pembuat koin 3.5.1.1. Membuat pons (punch) Bahan pons dipilih dari bahan yang keras, tahan terhadap keausan, tahan terhadap benturan dan mudah dibentuk serta diperlakukan (treatment). Kemudian untuk menentukan ukuran diameter pons digunakan rumus (2.3),

Dh = Db − 2C

(mm)

di mana : Dh = diameter pons (mm) Db = diameter cetakan (mm) C = kelonggaran antara pons dengan cetakan (mm) Untuk menentukan kelonggaran (C) digunakan ketentuan Kalpakjian S., [6], secara umum kelonggarannya adalah: 2 s.d 10 % dari ketebalan pelat yang dipotong di mana tebal pelat = 2 mm. Menentukan diameter pons untuk kelonggaran 2 % adalah sebagai berikut:

Dh = 22 − 2C

di mana :

C = 2% x tebal pelat C = 0,02 x 2 mm = 0,04 mm


52

maka,

Dh = 22 - 2 . 0,04 = 21,92 mm

Untuk diameter pons untuk kelonggaran 2 s.d 10 % dapat dilihat pada Tabel 3.2. Tabel 3.2 Ukuran Pons Sesuai dengan Persentase Kelonggaran No. 1 2 3 4 5

Kode Pons A B C D E

Clearance (C) % 2 4 6 8 10

Diameter Pons (Øa) mm 21,92 21,84 21,76 21,68 21,60

Sumber: Hasil penelitian Tahapan pembuatan pons dapat dilihat pada Gambar 3.10.

Bahan Amutit Ø 40 x 50

Dibentuk/ dikerjakan pada mesin bubut, sesuai gambar

Dikeraskan (hardening dan tempering)

Pengerjaan akhir pada mesin gerinda

Gambar 3.10 Diagram Alir Pengerjaan Pons

Jumlah pons yang dikerjakan sebanyak lima buah, perbedaan ukuran pons hanya pada bagian pisau pembentuknya saja (Ø a) sementara ukuran lainnya sama. Sket gambar pons dapat dilihat pada Gambar 3.11.


53

Gambar 3.11 Pons (Punch)

3.5.1.2. Membuat cetakan (dies) Bahan cetakan dan tahapan pembuatannya juga sama dengan pembuatan pons. Tahapannya dapat dilihat pada Gambar 3.12.

Bahan Amutit Ø 110 x 38

Dibentuk/ dikerjakan pada mesin bubut, mesin milling sesuai dengan gambar

Dikeraskan (hardening dan tempering)

Pengerjaan akhir pada mesin gerinda silinder dan permukaan

Gambar 3.12 Diagram Alir Pengerjaan Cetakan (Dies)

Jumlah cetakan hanya sebuah dengan ukuran diameter nominal lubang cetakan 22 mm, dengan toleransi

0 . + 0,005.

Lihat Gambar 3.13.


54

Gambar 3.13 Cetakan (Dies)

3.5.1.3. Membuat pengarah pons dan penjepit pelat Bahan pengarah pons dan penjepit pelat terbuat dari bahan baja biasa. Karena alat ini tidak memerlukan sifat-sifat khusus, tahapannya lihat pada Gambar 3.14. Bahan baja biasa Ø 110 x 35

Dibentuk/ dikerjakan pada mesin bubut, mesin milling sesuai gambar

Gambar 3.14 Diagram Alir Pengerjaan Pengarah Pons Jumlah pengarah pons hanya sebuah, sket gambar pada Gambar 3.15.


55

Gambar 3.15 Pengarah Pons dan Penjepit Pelat

3.5.2. Pembuatan perangakat benda jatuh bebas dan beban 3.5.2.1. Pembuatan perangakat benda jatuh bebas Pembuatan perangkat ini diawali dengan pembuatan meja landasan untuk tempat dudukan perangkat pons dan cetakan. Kaki dan rangka bahannya terbuat dari profil ”L” berukuran 60 x 60 mm, meja dari bahan pelat lembaran yang diperhitungkan akan mampu menahan jatuhnya beban tanpa mengalami perubahan bentuk maka ketebalannya ditentukan sebesar 10 mm kemudian penyambungannya dilas listrik. Penyokong tabung pengarah beban jatuh terbuat dari pipa galvanis yang pada salah satu ujungnya, bagian dalamnya dibuat mur penahan untuk tempat mur pengikat terhadap meja dengan baut yang berukuran M 20, dan ujung lainnya ditutup dengan pelat tipis yang dibentuk bulat parabola kemudian dilas. Gambar dan ukuran assembling lengkapnya dapat dilihat pada Lampiran 1 dan pada gambar kerja terlampir.


56

Pengarah benda jatuh bebas terbuat dari pipa dari bahan PVC (paralon) yang berdiameter dalam 68 mm, dengan panjang sekitar 2,75 meter. Tiang, lengan dan penyokong tabung terbuat dari bahan pipa galvanis berdiameter 2′′ dan ¾ ′′. Proses pembuatan dapat dilihat sebagai berikut: Persiapan bahan perangkat - Mesin potong - Mesin las - Gerinda tangan

Pembuatan meja

Pembuatan tabung pengarah benda jatuh bebas

-

Profil “L”, 60 x 60 mm pelat baja (lembaran) 10 mm pipa paralon (PVC) Ø 3½ ′′ pipa galvanis 2” dan ¾′′ baut + mur ukuran M 20 dan klem pengikat. Gergaji tangan, kikir dan amplas

Pembuatan tiang penyokong tabung pengarah

Pembuatan palang dan pelat penjepit

Gergaji tangan, mesin tekuk, kikir dan amplas

Perakitan (asembling) dan finishing Seting dan Uji coba

Selesai

Gambar 3.16 Diagram Alir Pembuatan Perangkat Benda Jatuh Bebas 3.5.2.2. Analisis perhitungan kekuatan perangakat benda jatuh bebas Analisis perhitungan kekuatan perangkat benda jatuh bebas hanya dilakukan pada pengecekan kekuatan dan ukuran bagian yang berhubungan dengan adanya pengaruh beban langsung seperti pada Gambar 3.17, yaitu terhadap:


57

1. Baut penahan tabung 2. Baut penahan penyanggah pada alas meja 3. Alas meja tempat dudukan cetakan penahan benda jatuh bebas. 1. Pengecekan terhadap kekuatan pada baut penahan tabung Pada peralatan ini digunakan empat buah baut yang ukurannya telah ditentukan yaitu M 12 dengan ukuran diameter minor = 10,106 mm dan bahannya dari baja konstruksi mesin S55C dengan kekuatan tariknya σt = 66 kg/mm2.

Gambar 3.17 Perangkat Benda Jatuh Bebas


58

Untuk menentukan besar gaya yang bekerja pada tiap-tiap baut maka dilakukan perhitungan sebagai berikut, perhatikan Gambar 3.18. Besar gaya F adalah penjumlahan perangkat tabung pengarah + massa yang paling besar pada penelitian ini, yaitu: a. Perangkat tabung diasumsikan mempunyai massa total sebesar 15 kg b. Massa benda jatuh bebas yang paling besar adalah = 8,87 kg c. Jadi F = 15 + 8,87 = 23,87 kg dibulatkan menjadi 24 kg

Gambar 3.18 Gaya yang Bekerja pada Baut Penahan Tabung


59

Jadi untuk menentukan besar gayanya adalah sebagai berikut: Σ MA = 0 F . (423/2) – RB . (423) = 0 RB =

24x ( 423 / 2) 423

RB = 12 kg Σ FY = 0 RA + RB = F RA = F - RB RA = 24 – 12 = 12 kg (gaya yang bekerja pada baut) Menentukan tegangan geser pada baut yang terjadi, menurut Khurmi R.S., [14] tegangan geser besarnya adalah setengah dari tegangan tarik suatu bahan, atau:

τ g = 0,5σ t σt =

F A

Di mana: F = RA = gaya yang bekerja pada baut = 12 kg A = luas penampang baut A = π/4 d2 ; d = diameter minor baut = 10,106 mm maka, A = π/4 (10,106)2 = 80,213 mm2


60

Jadi

σt =

12 80,213

σ t = 0,15 kg/mm2 Sehingga tegangan geser adalah:

τ g = 0,5 x0,15 τ g = 0,075 kg/mm2 Sementara tegangan tarik yang diijinnya adalah:

σ t (ijin ) = Di mana:

σt v

σt (ijin) = tegangan tarik ijin (kg/mm2) σt = tegangan tarik bahan (kg/mm2) v = faktor keamanan untuk beban statis (3 s.d 5), ditetapkan untuk bahan ini = 4

Maka:

σ t ( ijin ) =

66 4

= 16,5 kg/mm2 Sehingga tegangan geser ijin adalah: τ g ( ijin ) = 0,5σ t ( ijin )

τ g ( ijin ) = 0,5(16,5) τ g ( ijin ) = 8,25

kg/mm2

Jadi bila dilihat tegangan geser yang terjadi sebesar 0,075 kg/mm2 dan tegangan geser yang diijinkan sebesar 8,25 kg/mm2, maka kondisi baut


61

aman untuk digunakan, karena tegangan geser yang terjadi lebih kecil dari tegangan geser yang diijinkan. 1. Pengecekan kekuatan baut pada penahan penyanggah alas meja Untuk melakukan pengecekan terhadap kekuatan baut pada alas meja, untuk lebih mempermuda perhitungan tanpa mengabaikan ketelitan perhitungannya maka diasumsikan posisi gaya F = 12 kg yang bekerja secara penuh berada pada ujung tiang penyanggah dengan jarak 1200 mm seperti pada Gambar 3.19. Baut yang digunakan dengan memilih bahan yang sama dengan baut lainnya (S55C) dengan kekuatan tariknya sebesar 66 kg/mm2. Menentukan momen bengkok (MB) yang terjadi pada baut adalah: M B = F .l

= 12 x 1200 = 14400 kg.mm Menentukan tegangan bengkok yang terjadi pada baut:

MB

σB =

ωB

Di mana: ω B =

π 32

d3

d = diameter minor baut untuk M20 = 17,3 mm maka, ω B =

π 16

(17,3) 3 = 1016,64 mm3

Jadi tegangan bengkok yang terjadi adalah:


62

σB =

14400 1016,64

σ B = 14,16 kg/mm2

Baut M20

Gambar 3.19 Posisi Gaya yang Bekerja pada Tiang Penyanggah

Sementara tegangan bengkok yang diiijinkan adalah sama dengan tegangan tarik yang diijinkan yaitu:

σ B (ijin ) = σ t (ijin ) =

σt v

v =4

σ B ( ijin ) =

66 4

σ B (ijin ) = 16,5 kg/mm2


63

Jadi bila dilihat tegangan bengkok yang terjadi adalah sebesar 14,16 kg/mm2 sedang tegangan bengkok yang diijinkan sebesar 16,5 kg/mm2, maka kondisi baut aman untuk digunakan, karena tegangan bengkok yang terjadi lebih kecil dari tegangan bengkok yang diijinkan. 3.

Pengecekan kekuatan meja tempat dudukan cetakan penahan benda jatuh bebas Pengecekan yang dilakukan pada meja adalah terhadap kekuatan bahan, kemudian kemungkinan adanya defleksi akibat adanya beban jatuh pada permukaan pelat tersebut. a. Pengecekan terhadap kekuatan bahan Perhatikan Gambar 3.20, gaya yang bekerja pada titik C adalah gaya impak secara teoritis diambil yang terbesar yaitu F = 106.769 (N) = 10.884 (kg). Bahan pelat dari baja konstruksi S35C dengan kekuatan tarik 58

Gambar 3.20 Posisi Gaya yang Bekerja pada Alas Meja


64

Bila faktor keamanan besarnya ditentukan = 4, maka kekuatan tarik ijin sama dengan tegangan bengkok ijin yaitu:

σ B (ijin ) = σ B ( ijin ) =

σt 4 58 4

σ B (ijin ) = 14,5 kg/mm2 Untuk menentukan besar gaya yang timbul pada titik A dan B maka: Σ MA = 0 F . 242 – RB . 484 = 0 RB =

10884x 242 484

RB = 5442 kg Σ FY = 0 RA + RB = F RA = F - RB RA = 10884 – 5442 = 5442 kg (gaya bekerja pada pelat) Menentukan momen bengkok yang terjadi pada pelat akibat adanya bebn F, Momen maksimum berada pada bagian tengah meja atau tepat pada titik jatuhnya beban yang besarnya adalah: MB = RA x 242 MB = 5442 x 242 = 1.316.964 kg. mm


65

Menentukan tegangan bengkok yang terjadi,

σB = ωB =

MB

ωB 1 b.h 2 12

di mana: b = 420 mm dan h = 10 + 63 = 73 mm maka,

ωB =

1 420.(73) 2 12

ω B = 186515 (mm3) Maka, σ B =

1.316.964 = 7,061 kg/mm2 1865515

Bila dilihat tegangan bengkok yang terjadi adalah sebesar 7,061 kg/mm2 sedang tegangan bengkok yang diijinkan sebesar 14,5 kg/mm2, maka kondisi pelat tempat dudukan cetakan dan perangkat lainnya aman untuk digunakan, karena tegangan bengkok yang terjadi lebih kecil dari tegangan bengkok yang diijinkan. c.

Pengecekan terhadap defleksi akibat adanya beban jatuh pada permukaan pelat tersebut. Menurut Navier, defleksi yang diijinkan adalah:

σ σ maks

=

y e

y = e.

σ σ maks


66

Di mana:

σ = tegangan yang terjadi 7,061 kg/mm2

σmaks = tegangan maksimum 58 kg/mm2 y = besar defleksi (mm) e = jarak terjauh terhadap sumbu netral = 10/2 = 5 (mm) maka: y = 5

7,061 58

y = 0,6 (mm) Jadi besar defleksinya yang diijinkan adalah sebesar 0,6 mm

Menentukan defleksi yang terjadi meggunakan rumus: y=

Fxl 3 48.E.I

Di mana: F = gaya yang terjadi = 10.884 kg ℓ = 620 mm E = modulus elastisitas bahan baja = 2,1 x 105 kg/mm2 I = 1/12 b. h3 = 1/12 (420).(73)3 = 13615595 mm4 Maka: y =

10.884 x(620) 3 48.(2,1x10 5 ).(13615595)

y = 0,019 (mm)


67

Jadi defleksi yang terjadi adalah 0,019 mm. Sedangkan defleksi yang diijinkan adalah sebesar 0,6 mm. Maka meja aman digunakan karena defleksi yang terjadi lebih kecil dari defleksi yang diijinkan.

3.5.2.3. Pembuatan beban Bahan beban terbuat dari baja biasa yang besar diameternya sedikit lebih kecil dari diameter dalam tabung pengarah benda jatuh bebas, sedang panjangnya disesuaikan dengan besaran volume yang berpatokan pada massa benda jatuh bebas. Besar massa benda pada setiap ketinggian dihitung dengan menggunakan rumus (2.18), tahapan pembuatannya dapat dilihat pada Gambar 3.21. Bahan baja biasa Ø 68 x 360

Dibentuk/ dikerjakan pada mesin bubut, mesin milling, sesuai gambar

Gambar 3.21 Diagram Alir Pembuatan Beban Untuk menentukan ukuran masing-masing beban berdasarkan rumus (2.18) yang disesuaikan pada ketinggian jatuh bebasnya, maka utuk menentukan massanya adalah dengan menggunakan rumus.

m= di mana : m =

Ft .h2 g .h2 + 1 / 2.v 2

(kg)

massa benda jatuh (kg)

Ft = gaya tahanan atau besar gaya yang diserap oleh pelat yang hendak dipotong atau sama dengan gaya potong F, ( N)


68

Ft = F = 0,7.TS .tL di mana : F

= gaya potong (N)

TS = tegangan tarik pelat (MPa) dari hasil pengujian material plat aluminum di laboratorium diambil harga yang terbaik dari enam buah sampel pengujian sebesar 230,77 MPa (Lampiran 2) t

= ketebalan pelat (mm) = 2 mm

L

= panjang daerah yang dipotong (mm) = π d (mm) π 22 = 69, 115 (mm)

Jadi

Ft = 0,7. 230, 77 . 2 . 69,115 H2

= 22.329 (N) = tebal pemotongan (tebal pelat), 2 mm = 0,002 (m)

v = kecepatan benda jatuh pada ketinggian 2,5 m adalah 7,0 m/s Sehingga :

m=

22.329( N ).0,002(mm) (kg ) 2 9,81.0,002 + 1 2 (7,0)

= 1,821 (kg) Sehubungan adanya pengaruh gesekan antara massa benda jatuh bebas dengan dinding permukaan tabung pengarah pada saat benda jatuh maka dilakukan penambahan beban berdasarkan yang telah dilakukannya pengkajian awal pada saat pengukuran gaya impak dengan load cell. Perbandingan selisih gaya impak secara perhitungan teoritis dengan pengukuran langsung besarnya adalah anatara 3,8 s.d


69

5,78 %, (lihat halaman 109). Dengan adanya berbagai pertimbangan, termasuk adanya pengaruh lingkungan maupun hal ainnya maka diperkirakan atau diasumsikan penambahan beban sebesar 10 % dari beban yang diperhitungkan, maka massa benda menjadi: m = 1,1 x 1,823 ≈ 2,0 (kg)

Dengan cara dan perhitungan yang sama untuk ketinggian jatuh lainnya maka hasilnya dapat dilihat pada Tabel 3.3. Tabel 3.3 Variasi Ketinggian, Kecepatan dan Massa Benda Jatuh Bebas No. 1 2 3 4 5

Ketinggian Benda Jatuh H (mm) 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5

Kecepatan Benda Jatuh v (m/s) 7,0 6,26 5,42 4,43 3,13

Massa Benda (kg) 2,0 2,3 3,0 4,5 8,7

Sumber: Hasil penelitian Karena diameter benda jatuh bebas telah ditetapkan sesuai dengan diameter pipa pengarah benda jatuh bebas sebesar 66,2 mm (Gambar 3.22), maka panjang benda untuk setiap tipenya dapat ditentukan dengan perhitungan sebagai berikut:

m = ρ .V di mana:

m = massa = (kg) ρ

= massa jenis (kg/m3) =

ρ baja = 7.875 kg/m3

V

= volume benda = π/4 d2 . ℓ (m3) d = diameter benda (mm)


70

ℓ

= panjang benda (mm)

Maka , l=

m ρ .π / 4.d 2

(mm)

Untuk massa 2,0 kg maka panjang benda ℓ adalah: l=

≈

2,0 (7,875 x10 ).π 4. (66,2) 2 −6

74 (mm)

. Gambar 3.22 Ukuran Benda Jatuh Bebas

Maka massa 2,0; 2,3; 3,0; 4,5 dan 8,7 (kg), ukuran panjang ℓ lainnya, secara lengkap hasilnya dapat dilihat pada Tabel 3.4 Tabel 3.4 Ukuran Benda Jatuh Bebas No. 1 2 3 4 5

Massa 2,0 2,3 3,0 4,5 8,7

Panjang ℓ (mm) 74 85 111 166 321

Sumber: Hasil penelitian


71

3.5.3. Pengujian pelat aluminium bahan untuk pembuat koin Pembuatan sampel pengujian bahan aluminium berdasarkan

pengujian

spesimen uji tarik sesuai standar ASTM-D-638, diperlihatkan pada Gambar 3.23.

Gambar 3.23 Geometrik dan Dimensi Spesimen Uji Tarik Statik (ASTM D-638)

Pembuatan sampel dikerjakan di Bengkel Mekanik Polmed, pengerjaannya dilakukan dengan mesin frais (milling) sebanyak 6 (enam) buah dan pengujiannya dilaksanakan di Laboratorium Mekanik Polmed. Hasil pengujian bahan aluminium dipilih data yang signifikan dan dapat dilihat pada Lampiran 2.

3.5.4. Pengujian/pengukuran gaya impak beban jatuh bebas dengan load cell Pada penelitian ini pengukuran gaya impak beban benda jatuh bebas digunakan peralatan load cell yang dirancang dalam bentuk unit portable. Pengukuran bertujuan untuk mengetahui besar gaya impak beban akibat benda jatuh bebas dari ketinggian tertentu. Secara skematik dapat dilihat pada Gambar 3.24.


72

Gambar 3.24 Skematik Sinyal Pengukuran

Akibat tumbukan benda jatuh bebas pada alat sensor, maka timbul gelombang tegangan tekan (compressive steress wave). Pada alat sensor gelombang akan ditangkap oleh pengolah sinyal (strain gage) dibuat perubahan tahanan listrik ΔR/R yang sebanding regangan yang diterima strain gage dengan bridge box, selanjutnya dengan menggunakan sinyal conditioner dikonversikan dalam bentuk tegangan listrik. Sinyal-sinyal tersebut diteruskan dalam bentuk gelombang, kemudian ditampilkan pada penampil sinyal dalam bentuk digital dan dapat terbaca langsung. Kemudian diteruskan ke perangkat komputer yang telah dilengkapi dengan software pengukuran gaya impak (impact force measurement software). Pengujian/pengukuran besar gaya impak akibat besar beban benda jatuh bebas pada objek, dilakukan dengan dua cara pengambilan data, yaitu: 1. Menentukan data gaya impak beban benda jatuh bebas secara teori dengan menggunakan software, (impact force measurement software)

(lihat

Lampiran 4 langkah 13).


73

2. Menentukan cara pengukuran dengan alat ukur load cell , dilakukan dengan pengambilan data gaya impak beban benda jatuh bebas secara langsung pada alat sensor juga menggunakan bantuan software yang sama. Untuk menentukan gaya impak hasil pengukuran dengan alat

load cell yang

hasilnya serta penunjukan grafiknya ada pada Lampiran 6, masingmasing terdapat data-datanya sebagai berikut: 1) Massa 2,0 kg untuk ketinggian jatuh mulai 0,5; 1,0; 1,5; 2,0 dan 2,5 m. 2) Massa 2,3 kg untuk ketinggian jatuh mulai 0,5; 1,0; 1,5; 2,0 dan 2,5 m. 3) Massa 3,0 kg untuk ketinggian jatuh mulai 0,5; 1,0; 1,5; dan 2,0. 4) Massa 4,5 kg untuk ketinggian jatuh mulai 0,5 dan 1,0 (m). 5) Massa 8,7 kg untuk ketinggian jatuh, hanya 0,5 (m). Keterbatasan tinggi jatuh disebabkan kemampuan alat load cell yang digunakan hanya mampu pada batas pengukuran maksimal 30.000 (N).

3.5.5. Pembuatan Koin Koin dibuat dari pelat bahan aluminium hasil pemotongan pons dengan cetakan diawali dengan meletakkan pelat di atas cetakan, posisi pons terletak tepat di atasnya dengan sebuah pengarah yang menjaga agar kesumbuan antara cetakan dengan pons. Kemudian dipilih sebuah benda dengan massa yang telah ditetapkan diletakkan di dalam tabung pengarah tempat dijatuhkannya benda tersebut dengan jarak ketinggian yang tertentu pula. Koin akan terbentuk bila benda jatuh bebas tadi menyentuh dan mendorong pons ke pelat aluminium terhadap cetakan setelah tuas


74

pembatas ditarik dari posisinya. Bentuk koin yang dihasilkan oleh pemotongan pons dan cetakan dapat dilihat pada Gambar 3.25 (a).

(a)

(b) Gambar 3.25 Bentuk dan Pengukuran Koin

Setelah dilakukan pembutan koin untuk setiap pons dengan variasi ketinggian dan beban jatuh bebas masing-masing tiga buah koin, pada penelitian koin yang dibuat sebanyak 275 buah. Pengukuran dilakukan untuk setiap koin sebanyak dua


75

kali dengan arah silang atau perputaran benda 90 derajat, seperti yang terlihat pada Gambar 3.25. (b). Untuk selanjutnya maka dapat ditentukan diameter rata-rata koin dengan menjumlahkan D1 dan D2 dan dibagi dua. Ukuran koin yang dapat diterima untuk diameter nominal 22 mm ditetapkan kelebihan ukuran dengan toleransi maksimum sebesar 0,06 mm [3]. Data pengukuran dari hasil pembuatan koin dapat dilihat pada Lampiran 3.

3.5.6. Pengambilan gambar sisi koin dan burr height dengan mikroskop digital Untuk menentukan hasil bentuk dan kondisi pemotongan koin tipe dan kekerasan bahan berpengaruh terhadap kondisi sisi pemotongan. Pada penelitian ini dilakukan dengan menggunakan mikroskop digital. Pengukuran hasil kondisi pemotongan melalui sisi potong koin dilakukan pada dua sisi. Pegukuran pertama dilakukan pada hasil pemotongan koin dan kedua pada hasil pembentukan dan ketinggian sisi tajam (burr height). 3.5.6.1. Pengukuran hasil kondisi pemotongan pada sisi koin Menurut Ted Brolund [4], bila material lunak seperti bahan aluminium, hasil yang baik seharusnya dipotong dengan pons akan menghasilkan setidak-tidaknya setengah (1/2) bagian dari ketebalan mengalami pemotongan (1) dan sisanya mengalami patahan (2), hasilnya dapat dilihat pada Gambar 3.26.


76

Gambar 3.26 Pengaruh Kondisi Pemotongan

Untuk material tingkat menengah (medium material) seperti mild steel, hasil pemotongan dengan punch menunjukkan secara moderat mengalami pemotongan dan kurang lebih sepertiga (1/3) bagian dari ketebalannya mengalami patahan. Untuk material yang keras seperti material tahan aus (abrasion resistant (AR) plate)

hasil pemotongan dengan pons menunjukkan hasil pemotongan secara

dominan dan hanya seperdelapan (1/8) bagian dari ketebalan pelat saja yang mengalami patahan. Kriteria hasil produk yang baik bila sisi potong dominan mengalami potongan dan bila pada batas ketentuan di atas digolongkan penilaian sedang dan hasil pembentukan dominan dengan patahan maka digolongkan buruk Untuk melihat kondisi sisi koin yang disebabkan akibat pemotongan (burnish atau smooth-sheared ) maupun putus karena retak (fractured) yang disebabkan beban jatuh, maka hasilnya dapat dilihat dengan melihat langsung pada objek dengan mikroskop digital. Hasilnya dapat direkam dan ditampilkan pada layar komputer.


77

Mikroskop digital mampu memperlihatkan hasil pemotongan dan putus retak dengan memperbesar beratus kali, dan dapat mendeteksi panjang keretakan maupun pemotongan dengan bilangan mikron. Mikroskop digital dan saat pengambilan gambar sisi koin dapat dilihat pada Gambar 3.27.

Gambar 3.27 Pengambilan Gambar dengan Mikroskop Digital

Bagian sisi koin yang diteropong untuk diambil gambarnya seperti yang terlihat pada Gambar 3.28, hasil gambar yang dapat diambil dapat dilihat pada Gambar 3.29.

Gambar 3.28 Bagian Sisi Koin Aluminium Sebagai Objek Peneropongan dengan Mikroskop Digital


78

Hasil gambar sisi koin aluminium diperlihatkan pada Gambar 3.29.

Gambar 3.29 Hasil Gambar Sisi Koin Aluminium dengan Mikroskop Digital

3.5.6.2. Pengukuran hasil kondisi bentuk dan ketinggian burr height pada koin Untuk melihat terbentuknya sisi tajam dan ketinggiannya (burr height) pada produk koin diamati dengan menggunakan mikroskop digital. Untuk memenuhi kriteria kegagalan (fail) atau diterimanya (safe) hasil pembentukan burr menurut Schey J.A.,[9] dapat dilihat pada Gambar 3.30.

Gambar 3.30 Hubungan Penguluran Awal Patah dengan Besarnya Pembentukan Sisi Tajam (burr) pada Proses Blank


79

Gambar 3.30 menunjukkan bahwa ada kurva pembatas antara dapat diterima dan ditolaknya hasil produk pembuatan koin dengan ketentuan perbandingan antara besarnya penguluran keretakan dengan terbentuknya besar ketinggian burr. Maka untuk melakukan pengelompokan analisis hasil produk berpedoman pada Gambar 3.30, dan hasilnya dapat ditentukan berikut ini: 1. Bila hasil pengamatan produk koin aluminium menunjukkan ketinggian burr sangat kecil atau berada pada bagian terjauh pada kurva daerah safe maka hasilnya dikatagorikan penilaian baik. 2. Bila hasil pengamatan produk koin aluminium menunjukkan ketinggian burr mendekati kurva pembatas tetapi masih pada daerah kurva safe maka hasilnya dikatagorikan penilaian sedang. 3. Bila hasil pengamatan produk koin aluminium menunjukkan ketinggian burr sangat besar atau berada pada bagian batas fail

maka hasilnya

dikatagorikan penilaian buruk. Gambar 3.31 adalah daerah objek peneropongan dan Gambar 3.32 adalah hasil peneropongan dengan menggunakan mikroskop digital.

Gambar 3.31 Bagian Pembentukan Ketinggian Sisi Tajam (burr height) Objek Peneropongan dengan Mikroskop Digital


80

Gambar 3.32 Hasil Gambar Besar Pembentukan Ketinggian Sisi Tajam (burr height)

3.5.7. Pengambilan data Setelah dilakukan pembuatan koin untuk setiap pons dan variasi ketinggian masing-masing sebanyak tiga buah, pengujian beban jatuh bebas dengan load cell, serta pengambilan gambar sisi dan burr height dengan menggunakan mikroskop digital maka data-data dapat disusun secara sistematika guna memudahkan penganalisaan. 3.5.7.1. Data pengujian beban jatuh bebas dengan load cell Hasil pengukuran besar gaya impak akibat besar beban benda jatuh bebas secara teoritis dengan menggunakan software, hasilnya dicatat pada suatu tabel yang telah dibuat dan dapat dilihat pada Tabel 3.5.


81

Tabel 3.5 Gaya Impak Akibat Beban Benda Jatuh Bebas Secara Teoritis No.

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25

Ketinggian Jatuh Benda (height, m)

Kecepatan Jatuh (Velocity, m/s)

0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 1,6 1,7 1,8 1,9 2,0 2,1 2,2 2,3 2,4 2,5

1,4 1,98 2,43 2,80 3,13 3,43 3,71 3,96 4,20 4,43 4,65 4,85 5,05 5,24 5,42 5,60 5,78 5,94 6,11 6,26 6,42 6,57 6,72 6,86 7,0

Gaya Impak Teoritis (Impact Force, N pada Beban (kg) 2,0 1001 1982 2963 3944 4925 5906 6887 7868 8849 9830 10811 11792 12773 13754 14735 15716 16697 17678 18659 19640 20621 21602 22583 23564 24545

2,3

3,0

4,5

8,7

1151 1501 2251 4353 2279 2972 4459 5620 3407 4444 6666 12887 4535 5915 8873 17155 5663 7387 11080 21422 6791 8858 13288 25689 7920 10330 15495 29957 9048 11081 17702 34224 10176 13273 19909 38491 11304 14744 22117 42759 12432 16216 24324 47026 13560 17687 26531 51294 14689 19159 28738 55561 15817 20683 30946 59828 16945 22102 33153 64096 18073 23573 35360 68363 19201 25045 37567 72630 20329 26516 39775 76898 21457 27988 41982 81165 22586 29459 44189 85432 23714 30931 46396 89700 24842 32402 48604 93967 25970 33874 50811 98234 27098 35345 53018 102502 28226 36817 55225 106769

Sumber: Hasil penelitian Sedang untuk data pengukuran gaya impak dengan load cell secara langsung hasilnya dapat dilihat pada Lampiran 5, dan hasil rangkuman dari Lampiran 5, dapat dilihat pada Tabel 3.6.


82

Tabel 3.6 Hasil Gaya Impak pada Beban Benda Jatuh Bebas Menggunakan Load Cell No. Ketinggian Kecepatan Gaya Impak (Impact Force, N Jatuh Benda Jatuh pada Beban (kg) (height, m) (Velocity, m/s) 2,0 2,3 3,0 4,5 8,7 1 0,5 3,13 4640 5361 7091 10692 20608 2 1,0 4,43 9339 10727 14139 21232 3 1,5 5,42 14100 16155 21166 4 2,0 6,26 18756 21501 27856 5 2,5 7,0 23505 27097 Sumber: Hasil penelitian 3.5.7.2. Data pembuatan koin Data pembuatan koin aluminium lengkap dengan ukurannya dapat dilihat pada Lampiran 3.

3.5.7.3. Data pengukuran hasil kondisi pemotongan melalui sisi potong koin Data pengukuran hasil kondisi pemotongan melalui sisi potong koin dapat dilihat pada Bab 4. Hasil dan Analisis


83

BAB 4 HASIL DAN ANALISIS Sebelum menentukan suatu kesimpulan dari hasil pembuatan koin maka dilakukan analisis atau pembahasan dari hasil-hasil data pengukuran dan pengamatan dari hasil pembuatan koin aluminium dari variasi massa, jarak jatuh beban benda jatuh bebas dan kelima pons yang mempunyai kelonggaran yang berbeda. Maka dari hasil yang diperoleh dari Tabel 1 s.d 25 pada Lampiran 3, hasil rangkuman datanya dapat dilihat pada Tabel 1 s.d 5 di Lampiran 4, yaitu rangkuman hasil ukuran koin untuk masing-masing

kelonggaran. Untuk memudahkan analisis dari tabel-tabel

tersebut dibuatkan pula grafik-grafik yang saling berhubugan dan terakhir dari hasil analisis akan dapat diambil suatu kesimpulan yang akan dicantumkan pada Bab 5.

4.1. Rangkuman Hasil Koin Aluminium Berdasarkan Tingkat Kelonggaran 4.1.1. Rangkuman hasil ukuran koin untuk masing-masing kelonggaran Dari data hasil pembuatan koin aluminium untuk masing-masing variasi kelonggaran, besar massa dan ketinggian beban benda jatuh dapat dilihat pada Tabel 1 s.d 5.

Hasil Ukuran Koin Aluminium untuk Kelonggaran (Lampiran 4).

Pada tabel-tabel tersebut akan diketahui ukuran rata-rata koin, hasil bentuk atau kondisi koin yang diamati melalui mikroskop digital dan kaca pembesar serta ada pembentukan koin yang gagal dan besar kedalaman penetrasi pons ke dalam pelat


84

aluminium. Dari tabel-tabel tersebut dapat dibuat grafik hubungan kelonggaran pons dengan cetakan, seperti yang digambarkan pada Gambar 4.1 s.d 4.5.

4.1.2. Grafik kelonggaran pons dengan cetakan 4.1.2.1. Kelonggoran pons dengan cetakan 2 % Dari Tabel 1 pada Lampiran 4 dapat dibuat grafik kelonggoran pons dengan cetakan 2 % yaitu hubungan antara pengaruh kecepatan benda jatuh bebas dengan ukuran koin dari masing-masing massa benda.

Diameter Koin (mm)

KELONGGARAN PONS DENGAN CETAKAN 2 % 22.035 22.034 22.033 22.032 22.031 22.03 22.029 22.028 22.027 22.026 22.025

Massa 2,0 kg Massa 2,3 kg Massa 3,0 kg Massa 4,5 kg Massa 8,7 kg

0

2

4

6

8

Kecepatan Benda Jatuh Bebas (m/s)

Gambar 4.1 Grafik Hubungan Ukuran Koin dengan Kecepatan Benda Jatuh Bebas pada Kelonggaran Pons 2 % Pada Gambar 4.1 terlihat hasil pembuatan koin atau diameter koin untuk kelonggaran pons dengan cetakan sebesar 2 %, diameter koin yang terkecil sebesar 22,026 mm yaitu pada massa benda jatuh 2,3 kg, sedang diameter terbesar sebesar 22,034 mm yaitu pada massa benda jatuh pada 8,7 kg. Dari variasi massa benda jatuh bebas, hasil pembuatan koin yang mempunyai diameter rata-rata dan


85

mendekati diameter nominal cetakan adalah pada massa 2,3 kg, kemudian berturutturut adalah massa 2,0 kg; 3,0 kg; 4,5 kg dan paling yang menjauhi adalah massa 8,7 kg.

4.1.2.2. Kelonggoran pons dengan cetakan 4 % KELONGGARAN PONS DENGAN CETAKAN 4 %

Diameter Koin (mm)

22.035 22.034

Massa 2,0 kg

22.033

Massa 2,3 kg Massa 3,0 kg

22.032

Massa 4,5 kg

22.031

Massa 8,7 kg

22.03 0

2

4

6

8


Gambar 4.2 Grafik Hubungan Ukuran Koin dengan Kecepatan Benda Jatuh Bebas pada Kelonggaran Pons 4 %

Sama halnya dengan hasil yang ditunjukkan pada Gambar 4.2, bahwa hasil pembuatan koin untuk kelonggaran 4 %, diameter koin yang terkecil sebesar 22,031 mm yaitu pada massa benda jatuh 3,0 kg dan 4,5 kg, sedang diameter terbesar 22,034 mm yaitu pada massa benda jatuh pada 2,0 kg; 2,3 kg; 3,0 kg; dan 8,7 kg. Dari variasi massa benda jatuh bebas, hasil pembuatan koin yang mempunyai diameter rata-rata dan mendekati diameter nominal cetakan adalah pada massa 4,5 kg, kemudian berturut-turut adalah massa 3,0 kg; 8,7 kg; 2,0 kg; dan paling yang menjauhi adalah massa 2,3 kg.


86

4.1.2.3. Kelonggoran pons dengan cetakan 6 % Gambar 4.3 untuk hasil pembuatan koin untuk kelonggaran 6 %, diameter koin yang terkecil sebesar 22,025 mm yaitu pada massa benda jatuh 2,0 kg, sedang diameter terbesar 22,031 mm yaitu pada massa benda jatuh pada 4,5 kg. Dari variasi massa benda jatuh bebas, hasil pembuatan koin yang mempunyai diameter rata-rata dan mendekati diameter nominal cetakan adalah pada massa 2,0 kg, kemudian berturut-turut adalah massa 8,7 kg; 2,3 kg; 3,0 kg; dan paling yang menjauhi adalah massa 4,5 kg.

Diameer Koin (mm)

KELONGGARAN PONS DENGAN CETAKAN 6 % 22.032 22.031 22.03 22.029 22.028

Massa 2,0 kg

22.027 22.026

Massa 4,5 kg

Masa 2,3 kg Massa 3,0 kg Massa 8,7 kg

22.025 22.024 0

2

4

6

8


Gambar 4.3 Grafik Hubungan Ukuran Koin dengan Kecepatan Benda Jatuh Bebas pada Kelonggaran Pons 6 % 4.1.2.4. Kelonggoran pons dengan cetakan 8 % Pada Gambar 4.4 hasil pembuatan koin untuk kelonggaran 8 %, diameter koin yang terkecil sebesar 22,020 mm yaitu pada massa benda jatuh 2,0 kg, sedang diameter terbesar 22,026 mm yaitu pada massa benda jatuh pada 4,5 kg. Dari variasi massa benda jatuh bebas, hasil pembuatan koin yang mempunyai diameter rata-rata


87

dan mendekati diameter nominal cetakan adalah pada massa 2,0 kg,

kemudian

berturut-turut adalah massa 2,3 kg; 4,5 kg; 8,7 kg dan yang terjauh adalah massa 3,0 kg.

Gambar 4.4 Grafik Hubungan Ukuran Koin dengan Kecepatan Benda Jatuh Bebas pada Kelonggaran Pons 8 % 4.1.2.5. Kelonggoran pons dengan cetakan 10 % KELONGGARAN PONS DENGAN CETAKAN 10 %

Diameter Koin (mm)

22.032 22.031

Massa 2,0 kg

22.03

Massa 2,3 kg Massa 3,0 g

22.029

Massa 4,5 kg

22.028

Massa 8,7 kg

22.027 0

2

4

6

8


Gambar 4.5 Grafik Hubungan Ukuran Koin dengan Kecepatan Benda Jatuh Bebas pada Kelonggaran Pons 10 % Untuk kelonggaran 10 % pada Gambar 4.5 hasil pembuatan koin, diameter koin yang terkecil sebesar 22,028 mm yaitu pada massa benda jatuh 4,5 kg, sedang diameter terbesar pada 22,031 mm yaitu pada massa benda jatuh pada 2,0 kg; 2,3


88

kg; 3,0 kg; dan 8,7 kg. Dari variasi massa benda jatuh bebas, hasil pembuatan koin yang mempunyai diameter rata-rata dan mendekati diameter nominal cetakan adalah pada massa 4,5 kg, kemudian berturut-turut adalah massa 3,0 kg; 8,7 kg; 2,3 kg dan paling yang menjauhi adalah massa 2,0 kg.

4.1.3. Rangkuman pendekatan diameter nominal cetakan terhadap kelonggaran Dari Tabel 1 s.d 4 pada Lampiran 4 dapat ditentukan diameter/ukuran koin yang mendekati diameter nominal cetakan (ukuran/diameter yang terkecil) pada kelonggaran pons dengan cetakan. Rangkuman hasilnya dapat dilihat pada Tabel 4.1. Tabel 4.1 Pendekatan Diameter Nominal Cetakan Terhadap Kelonggaran No. 1 2 3 4 5

Kelonggaran Pons Diameter/Ukuran Ratadengan Cetakan (%) Rata Koin (mm) 2 22,031 4 22,033 6 22,028 8 22,024 10 22,030

Urutan Pendekatan Ukuran Nominal 4 5 2 1 3

Sumber: Hasil penelitian Ukuran/diameter koin yang mendekati diameter nominal cetakan terhadap kelonggaran pons dengan cetakan (ukuran/diameter yang terkecil) adalah pada tingkat kelonggaran 8 %, dan secara berurutan pada kelonggaran 6 %, 10 %, 2% dan terbesar pada 4 %. Hasilnya sangat variatif dan tidak berurutan secara normal. Dari data di atas kelonggaran relatif yang lebih besar menghasilkan diameter/ukuran koin yang lebih kecil dan demikian pula sebaliknya.


89

4.1.4. Pembuatan koin aluminium yang gagal dibentuk berdasarkan kelonggaran 4.1.4.1.Rangkuman hasil gagal dibentuk Dari Tabel 1 s.d 4 data hasil pembuatan koin aluminium (Lampiran 4), hasil rangkuman lengkap dapat dilihat pada Tabel

4.2. Bahwa benda jatuh pada

ketinggian 0,5 m untuk semua beban kecuali pada beban 8,7 kg semua koin gagal terbentuk. Namun pons mampu malakukan penetrasi ke dalam pelat aluminium dengan kedalaman yang bervariasi. Tabel 4.2 Rangkuman Hasil Pembuatan Koin Aluminium yang Gagal Dibentuk Ukuran Pons dengan Kelonggaran 2%

Ketinggian Jatuh (m) 0,5

4%

0,5

6%

0,5

8%

0,5

10 %

0,5

Massa Benda Jatuh Bebas (kg) 2,0 2,3 3,0 4,5 2,0 2,3 3,0 4,5 2,0 2,3 3,0 4,5 2,0 2,3 3,0 4,5 2,0 2,3 3,0 4,5

Kedalaman Penetrasi Pons pada Pelat (mm) 0,7 0,75 0,86 1,18 0,8 0,92 1,06 1,36 0,84 0,92 1,14 1,40 0,88 0,94 1,16 1,54 0,90 0,98 1,16 1,58



90

4.1.4.2. Grafik hasil pembuatan koin aluminium yang gagal dibentuk Dari Tabel 4.2 dibuat grafik yang tujuannya agar dapat dilihat lebih jelas lagi perbandingan penetrasi yang ditimbulkan oleh pengaruh kelonggaran, massa terhadap ketinggian benda jatuh bebas pada pelat. Maka hasilnya dapat dilihat pada Gambar 4.6.

Kedalaman Penetrasi (mm)

Grafik Hubungan Kedalaman Penetrasi Terhadap Beban Benda Jatuh Bebas 1.8 1.6 1.4 1.2 1 0.8 0.6 0.4 0.2 0

Kelonggaran 2 % Kelonggaran 4% Kelonggaran 6 % Kelonggaran 8 % Kelonggaran 10 %

0

1 2 3 4 Beban Benda Jatuh Bebas (kg)

5

Gambar 4.6 Grafik Hubungan Antara Kedalaman Penetrasi Terhadap Beban Benda Jatuh Bebas pada Kelonggran yang Bervariasi Dari Gambar 4.6 terlihat dengan jelas, ada beberapa hal yang dapat dianalisis dari grafik tersebut. Pertama penetrasi pons terhadap pelat aluminium yang terkecil terdapat pada kelonggaran pons dan cetakan 2 % dan seterusnya pada kelonggaran 4%, 6 %, 8 % dan terbesar ada pada kelonggaran 10 %. Atau dengan kata lain untuk masing-masing beban benda jatuh bebas sama, ternyata kedalaman penetrasi terkecil pada kelonggaran 2 % dan yang terbesar ada pada kelonggaran 10 %. Kedua untuk masing-masing kelonggaran, semakin besar beban benda jatuh bebas, semakin besar


91

pula kedalaman penetrasinya yang ditimbulkannya. Jadi semakin kecil kelonggaran antara pons dengan cetakan, dibutuhkan massa beban benda jatuh bebas yang lebih besar.

4.1.5. Batas toleransi diameter/ukuran koin yang diijinkan. Bila dilihat Tabel 1 s.d 4 (Lampiran 4) diameter/ukuran koin yang teresar adalah 22,034 mm dan yang terkecil adalah 22,020 mm. Menurut Budiarto [2] ukuran koin beracu pada ukuran cetakan, sedang ukuran pons menyesuaikan sesuai dengan besar kelonggaran yang diberikan. Maka diameter nominal cetakan maksimum adalah 22,005 mm. Sehingga toleransi terkecil ukuran koin adalah 22,020 mm - 22,005 mm = 0,015 mm; dan toleransi terbesar adalah 22,034 mm 22,005 mm = 0,029 mm. Batas toleransi menurut Lange K., [3] sebesar 0,06 mm (Lampiran 6). Berdasarkan toleransi hasil produk pembuatan koin semua bisa diterima. . 4.2. Rangkuman Ukuran Koin dengan Variasi Massa dan Tinggi Benda Jatuh 4.2.1. Rangkuman ukuran koin dengan variasi massa, kecepatan benda jatuh Dari data hasil pembuatan koin aluminium untuk masing-masing variasi kelonggaran, besar massa dan ketinggian beban benda jatuh seperti yang tertera pada Tabel 1 s.d 4 (Lampiran 4), hasilnya dirangkum seperti pada Tabel 4.3


92

Tabel 4.3 Rangkuman Ukuran Koin dengan Variasi Massa, Kecepatan Benda No. 1

Massa Benda (kg) 2,0

2

2,3

3

3,0

4

4,5

5

8,7

Kecepatan Benda Jatuh Bebas (m/s) 7,0 6,26 5,42 4,43 3,13 7,0 6,26 5,42 4,43 3,13 7,0 6,26 5,42 4,43 3,13 7,0 6,26 5,42 4,43 3,13 7,0 6,26 5,42 4,43 3,13

Ukuran Koin dengan Kelonggaran Pons 2,0 22,028 22,030 22,029 22,031 22,031 22,032 22,028 22,031 -

2,3 22,032 22,033 22,034 22,033 22,033 22,034 22,033 22,032 -

3,0 4,5 8,7 22,027 22,020 22,030 22,026 22,021 22,031 22,028 22,022 22,031 22,025 22,021 22,030 22,030 22,021 22,031 22,028 22,022 22,030 22,028 22,023 22,030 22,028 22,022 22,030 -

22,031 22,032 22,028 22,031 22,031 22,033 22,030 22,033 22,031 22,033 22,034 22,034 22,034

22,033 22,034 22,031 22,033 22,032 22,031 22,033 22,032 22,034 22,033 22,032 22,034 22,032

22,028 22,022 22,028 22,028 22,024 22,031 22,030 22,025 22,031 22,030 22,022 22,029 22,030 22,024 22,028 22,030 22,026 22,030 22,030 22,022 22,029 22,031 22,023 22,029 22,027 22,023 22,030 22,028 22,023 22,031 22,027 22,024 22,029 22,027 22,025 22,030 22,032 22,025 22,030

Sumber: Hasil penelitian Pada tabel-tabel tersebut akan diperlihatkan ukuran rata-rata koin dengan tingkat kelonggaran antara pons dengan cetakan pada masing-masing variasi massabenda dan kecepatan benda jatuh bebas.


93

4.2.2. Grafik massa dan ketinggian beban benda jatuh bebas Dari Tabel 4.3 dapat dibuat grafik hubungan massa dan ketinggian beban benda jatuh bebas pada masing-masing tingkat

kelonggaran pons. Grafik dan

penjelasannya dapat dilihat pada Gambar 4.7 s.d 4.11. 4.2.2.1. Benda jatuh bebas dengan massa 2,0 kg

Diameter Koin (mm)

BENDA JATUH BEBAS DENGAN MASSA 2,0 KG 22.036 22.034 22.032 22.03 22.028 22.026 22.024 22.022 22.02 22.018

Kelonggaran 2 % Kelonggaran 4 % Kelonggaran 6 % Kelonggaran 8 % elonggaran 10 %

0

2

4

6

8


Gambar 4.7 Grafik Hubungan Ukuran Koin dengan Kecepatan Benda Jatuh Bebas pada Massa 2,0 kg Gambar 4.7 memperlihatkan bahwa untuk massa benda 2,0 kg diameter koin yang mendekati ukuran nominal cetakan ada pada kelonggaran pons dan cetakan 8 %, sedang berturut-turut pada kelonggaran 6 %, 2%, 10 % dan yang paling menjauhi adalah kelonggaran 4 %. 4.2.2.2. Benda jatuh bebas dengan massa 2,3 kg Pada Gambar 4.8, bahwa untuk massa benda 2,3 kg diameter koin yang mendekati ukuran nominal cetakan ada pada kelonggaran pons dan cetakan 8 %, sedang berturut-turut pada kelonggaran 6 %, 2%, 10 % dan yang paling menjauhi adalah kelonggaran 4 %.


94

Diamete Koin (mm)

BENDA JATUH BEBAS DENGAN MASSA 2,3 KG 22.036 22.034 22.032 22.03 22.028 22.026 22.024 22.022 22.02

Kelonggaran 2 % Kelonggaran 4 % Kelonggaran 6 % Kelonggran 8 % Kelonggaran 10 %

0

2

4

6

8


Gambar 4.8 Grafik Hubungan Ukuran Koin dengan Kecepatan Benda Jatuh Bebas pada Massa 2,3 kg

4.2.2.3. Benda jatuh bebas dengan massa 3,0 kg

Diameter Koin (mm)

BENDA JATUH BEBAS DENGAN MASSA 3,0 KG 22.036 22.034 22.032 22.03 22.028 22.026 22.024 22.022 22.02

Kelonggaran 2 % Kelonggaran 4 % Kelonggaran 6 % Kelonggaran 8 % Kelonggaran 10 %

0

2

4

6

8



Gambar 4.9 memperlihatkan bahwa untuk massa benda 3,0 kg diameter koin yang mendekati ukuran nominal cetakan ada pada kelonggaran pons dan


95

cetakan 8 %, sedang berturut-turut pada kelonggaran 6 %, 2%, 10 % dan yang paling menjauhi adalah kelonggaran 4 %.

4.2.2.4.Grafik hubungan ukuran koin dengan variasi kelonggaran, massa 4,5 kg BENDA JATUH BEBAS DENGAN MASSA 4,5 KG

Diameter Koin (mm)

22.034 22.032 22.03

Kelonggaran 2 % Kelonggaran 4 %

22.028

Kelonggaran 6 %

22.026

Kelonggaran 8 %

22.024 22.022

Kelonggaran 10 %

22.02 0

2

4

6

8


Gambar 4.10 Grafik Hubungan Ukuran Koin dengan Kecepatan Benda Jatuh Bebas pada Massa 4,5 kg Untuk massa benda 4,5 kg diameter koin yang mendekati ukuran nominal cetakan ada pada kelonggaran pons dan cetakan 8 %, sedang berturut-turut pada kelonggaran 10 %, 6 %, 2 % dan yang paling menjauhi adalah kelonggaran 4 %.

4.2.2.5. Grafik hubungan ukuran koin dengan variasi kelonggaran, massa 8,7 kg Pada Gambar 4.11 untuk massa benda 8,7 kg diameter koin yang mendekati ukuran nominal cetakan ada pada kelonggaran pons dan cetakan 8 %, sedang berturut-turut pada kelonggaran 6 %, 10 %, 4 % dan yang paling menjauhi adalah kelonggaran 2 %.


96

BENDA JATUH BEBAS DNGAN MASSA 8,7 KG

Diameter Koin (mm)

22.036 22.034 22.032

Kelonggaran 2 % Kelonggaran 4 %

22.03

Kelonggaran 6 %

22.028

Kelonggaran 8 %

22.026 22.024

elonggaran 10 %

22.022 0

2

4

6

8

KKecepatan Benda jatuh Bebas (m/s)


4.2.3. Urutan pendekatan ukuran diameter nominal cetakan Dari Gambar 4.7 s.d 4.11 hasil pembuatan koin berdasarkan massa benda jatuh bebas dapat ditentukan pada tingkat kelonggarannya untuk menentukan pendekatan ukuran nominal cetakan (Tabel 4.4). Tabel 4.4 Urutan Pendekatan Ukuran Nominal Cetakan dengan Variasi Massa No. 1 2 3 4 5

Massa Benda Benda (kg) 2,0 2,3 3,0 4,5 8,7

Urutan Pendekatan Ukuran/Diameter Nominal Cetakan 2% 4% 6% 8% 10 % 3 5 2 1 4 3 5 2 1 4 4 5 2 1 3 4 5 3 1 2 5 4 2 1 3



97

Angka 1 (satu) yang tertera pada daerah urutan pendekatan ukuran/diameter nominal cetakan menyatakan urutan hasil diameter/ukuran koin yang terkecil atau ukurannya mendekati ukuran nominal cetakan, demikian selanjutnya dengan angka 2, 3, 4, dan 5, menunjukkan ukuran yang lebih besar atau yang menjauhi ukuran diameter nominal cetakan. Massa

benda

jatuh

bebas

cenderung

tidak

terlalu

mempengaruhi

ukuran/diameter hasil pembuatan koin terhadap kelonggaran pons dengan cetakan. Hal ini dapat dilihat pada Tabel 4.4, secara umum dengan variasi massa untuk tingkat kelonggaran yang berbeda hasilnya tidak terlalu jauh berbeda. Penjelasan Tabel 4.4 dapat dilihat sebagai berikut: 1. Urutan pendekatan ukuran/diameter nominal cetakan pada kelonggran pons 8 %, untuk massa benda jatuh bebas 2,0 kg; 2,3 kg; 3,0 kg; 4,5 kg; dan 8,7 kg, semuanya berada pada tingkatan 1 (satu), artinya adalah untuk pons yang mempunyai kelonggaran 8 %, hasil diameter/ukuran koin adalah yang terkecil atau ukurannya mendekati ukuran nominal cetakan. 2. Untuk kelonggaran pons 6 %, urutan pendekatan hampir semua berada pada tigkatan 2 (dua) kecuali pada massa benda jatuh bebas pada 4,5 kg yaitu pada tingkatan 3 (tiga), artinya adalah untuk pons yang mempunyai kelonggaran 6 %, hasil diameter/ukuran koin adalah nomor dua yang terkecil atau ukurannya mendekati ukuran nominal cetakan.


98

3. Kemudian apabila dilihat pada kelonggaran pons lainnya secara berurutan berada pada kelonggaran 10 %, 2 % dan yang terbedar adalah pada kelonggran 4 %.

4.2.4. Hasil pemotongan dan patahan sisi koin Hasil pemotongan dan patahan sisi koin pada koin aluminium dapat dilihat dengan alat mikroskop digital. Pada Gambar 4.12 adalah hasil dari pengamatan yang dilakukan di laboratorium yang mewakili dari sampel koin yang dibuat.

(a)

(b)

Gambar 4.12 Hasil Pemotongan Sisi Koin Hasil Gambar 4.12 memperlihatkan akibat pemotongan (burnish atau smoothsheared) daerahnya lebih luas nampak lebih halus dan mengkilap, sedang pada daerah patahan (fractured zone), panjang dan daerahnya lebih kecil. Suatu sampel contoh seperti Gambar 4.12 (a) panjang daerah patahan sebesar 355,556 μm dan pada Gambar 4.12 (b) sebesar 365,873 μm atau sekitar 0,18 bagian dari ketebalan


99

bahan koin atau 18 % mengalami patahan. Sedang menurut Brolund T., [4], untuk material lunak seperti bahan aluminium dipotong dengan pons akan menghasilkan setengah bagian dari ketebalan atau 50 % mengalami patahan dan sisanya mengalami potongan. Maka hasil yang diperoleh patahannya jauh lebih kecil dari teori. Hal ini menurut peneliti disebabkan oleh pembuatan koin dengan beban benda jatuh bebas, sehingga kecepatan pemotongannya lebih besar, maka pengaruh kecepatan yang lebih besar akan mempengaruhi hasil pemotongan pada sisi koin. Bila dilihat pada Tabel 1 s.d 4 (Lampiran 4), pada kolom Pengamatan Bentuk/ Kondisi Koin terdapat pada bagian tertentu ada penilaian sedang hal ini disebabkan karena pada beberapa hasil pembuatan koin sisinya mengalami patahan mendekati setengah bagian. (lihat kriteria pada sub Bab. 3.5.6.1 halaman 74 s.d 77).

4.2.5. Hasil pengukuran kondisi terbentuknya sisi dan tingginya burr (burr height)

burr height

(a)


100

burr height

(b)

burr height

(c)

burr height

(d)


101

burr height

(e) Gambar 4.13 Hasil Pengambilan Gambar Burr Height pada Koin Aluminium

Hasil pengambilan gambar burr height pada beberapa sampel koin aluminium

seperti yang terlihat pada Gambar 4.13 (a) s.d (e) sangat bervariasi. Burr height pada Gambar 4.13 (a). 193,519 μm; (b). 35,185 μm; (c). 26,852 μm; (d). 95,370 μm, dan (e) 37,037 μm.

Jadi burr height yang terbesar dari sampel-sampel tersebut

193,519 μm atau sekitar 0,193 mm. Data ini diambil untuk menentukan apakah

pembuatan koin aluminium dapat diterima atau gagal. Pada Gambar 4.14 akan diperlihatkan

gabungan Gambar

3.24 dan

penjelasan Gambar 4.12 dan 4.13 (a,b,c,d dan e). Diperlihatkan bahwa penguluran keretakan seperti yang diperlihatkan pada Gambar 4.12 sebesar 18 %, sedang burr height yang terbesar pada Gambar 4.13 adalah 0,193 mm. Hubungkan kedua garis tersebut, maka pada perpotongan garis pertemuan menunjukkan suatu posisi seperti yang terlihat pada


102

Gambar 4.14. dilihat pada posisi tersebut menunjukkan bahwa pembuatan

koin aluminium tergolong pada daerah safe atau hasilnya dapat diterima.

Gambar 4.14 Hasil Pembuatan Koin Aluminium yang Dapat Diterima Berdasarkan Burr Height

4.3. Menentukan/Pengukuran Gaya Impak dengan Load Cell 4.3.1. Menentukan gaya impak pada benda jatuh bebas secara teoritis Gaya impak yang dihasilkan akibat benda jatuh bebas pada suatu ketinggian besarnya sangat bervariasi. Besarnya gaya impak tersebut dapat pula diketahui secara teoritis dengan menggunakan suatu perangkat software (Lampiran 5 langkah 13). Hasil menentukan besar gaya impak secara teoritis dapat dilihat pada Tabel 3.5. Dari tabel tersebut dapat dibuat grafik hubungan gaya impak dengan kecepatan beban benda jatuh pada massa tertentu, seperti pada Gambar 4.15.


103

Gaya Impak (N)

VARIASI GAYA IMPAK TEORITIS 120000 110000 100000 90000 80000 70000 60000 50000 40000 30000 20000 10000 0

Beban 2,0 kg Beban 2,3 kg Beban 3,0 kg Beban 4,5 kg Beban 8,7 kg

0

1

2

3

4

5

6

7

8


Gambar 4.15 Grafik Variasi Gaya Impak Teoritis Terlihat pada Gambar 4.15 menunjukkan gaya impak teoritis yang paling kecil ada pada beban 2,0 kg dan tebesar ada pada beban 8,7 kg. Maka hasilnya dapat diuraikan sebagai berikut: 1. Bahwa semakin besar beban jatuh pada ketinggian tertentu, makin besar pula gaya impak yang ditimbulkannya. 2. Makin tinggi benda jatuh bebas, makin besar kecepatan jatuh dan gaya impak yang ditimbulkannya.

4.3.2. Pengukuran gaya impak hasil pegukuran langsung menggunakan load cell Gaya impak hasil pengukuran menggunakan load cell yang dihasilkan, grafiknya ditunjukkan pada Lampiran 6. Pada Lampiran tersebut digambarkan besar gaya impak dengan massa dan ketinggian yang telah ditentukan.


104

Pada Gambar 4.16 adalah sebuah contoh hasil pengukuran gaya impak dengan massa 2,0 kg dan ketinggian jatuh benda pada jarak 0,5 meter. Gambar 4.16 adalah hasil gambar yang diperoleh dari software pengukuran gaya impak (impact force measurement software).

Gambar 4.16 Gaya Impak pada Massa 2,0 kg dengan Tinggi Jatuh 0,5 m

4680

Gambar 4.17 Grafik Gaya Impak Diperbesar pada Massa 2,0 kg dengan Ketinggian Jatuh 0,5 m


105

Untuk memperjelas tampilan grafiknya maka grafik tersebut diperbesar seperti Gambar 4.17. Dari grafik-grafik tersebut dirangkum dan hasilnya dapat dibanding kan satu sama lainnya, gabungan grafiknya dan penjelasan dapat dilihat selanjutnya pada Gambar 4.18 s.d 4.22. 4.3.2.1.Gabungan gaya impak pada beban 2,0 kg, tinggi jatuh bebas 0,5 s.d 2,5 m Dijelaskan bahwa gaya impak dengan masing-masing beban yang mempunyai massa 2,0 kg pada ketinggian jatuh 2,5 m memperlihatkan gaya impak yang paling besar atau tertinggi demikian pula sebaliknya, pada ketinggian jatuh terendah atau 0,5 m, gaya impak yang paling rendah. Pengukuran besar gaya impak benda jatuh bebas dengan load cell memperoleh karakteristik beban gaya impak berbentuk impuls. Bila dilihat pada gambar lainnya (Gambar 4.18; 4.19; 4.20), gelombang

impuls yang merambat

pada load cell berbentuk gaya tekan. Gaya impak yang ditimbulkannya besarnya

H = 0,5 m H = 1,0 m H = 1,5 m H = 2,0 m H = 2,5 m

Gambar 4.18 Gabungan Gaya Impak Pada Beban 2,0 kg dengan Variasi Tinggi Jatuh Bebas 0,5 s.d 2,5 m


106

bertambah seiring dengan bertambahnya jarak dan besarnya beban jatuh menyentuh load cell. Hal ini dapat dilihat pada Gambar 4.18. Dengan beban 2,0 kg tinggi jatuh beban 2,5 meter menghasilkan gaya impak yang lebih besar bila dibandingkan dengan jarak jatuh 0,5 meter. Demikian juga halnya dengan beban yang mempunyai massa lainnya seperti massa 2,3; 3,0; 4,5 kg, terlihat pada Gambar 4.19; 4.20; dan 4.21. Kecuali untuk massa 8,7 kg pada perangkat software tidak dapat dideteksi, sehubugan dengan kemampuan alat load cell hanya mampu pada batas di bawah 30 kN.

4.3.2.2. Gabungan gaya impak pada beban 2,3 kg, tinggi jatuh bebas 0,5 s.d. 2,5 m

H = 0,5 m H = 1,0 m H = 1,5 m H = 2,0 m H = 2,5 m



107

4.3.2.3.Gabungan gaya impak pada beban 3,0 kg, tinggi jatuh bebas 0,5 s.d 2,0 m

H = 0,5 m H = 1,0 m H = 1,5 m H = 2,0 m

Gambar 4.20 Gabungan Gaya Impak Pada Beban 3,0 kg dengan Variasi Tinggi Jatuh Bebas 0,5 s.d 2,0 m 4.3.2.4.Gabungan gaya impak pada beban 4,5 kg, tinggi jatuh bebas 0,5 s.d 1,0 m

H = 0,5 m H = 1,0 m



108

Bila dilihat Gambar 4.18 s.d 4.21 bahwa: 1. Grafik gabungan gaya impak 2,0 dan 2,3 kg, (Gambar 4.18 dan 4.19) ada lima tingkat ketinggian yang terukur. 2. Grafik gabungan gaya impak 3,0 kg, (Gambar 4.20) hanya untuk empat tingkat ketinggian kecuali pada ketinggian 2,5 m. Hal ini juga dikarenakan batas kemampuan alat load cell hanya sampai pada 30.000 (N). 3. Grafik gabungan gaya impak 4,5 kg, (Gambar 4.21) hanya untuk dua tingkat ketinggian saja yaitu pada ketinggian 0,5 dan 1,0 m. Sama dengan adanya keterbatasan kemampuan alat load cell hanya sampai pada 30.000 (N). 4. Bila dilihat dari keseluruhan maka semakin besar beban jatuh bebas maka semakin besar pula gaya impak yang dihasilkan.

4.3.3. Perbandingan gaya impak teoritis dan pengukuran dengan load cell Perbandingan gaya impak hasil perhitungan teoritis dan pengukuran dengan load cell menggunakan software gaya impak datanya diambil dari Tabel 3.5 dan 3.6 dan digabungkan pada Tabel 4.5. Pada tabel tersebut dicatat hasil-hasil dari gaya impak teoritis dan pengukuran dengan load cell, kemudian dicantumkan pula hasil selisih dari data keduanya.


109

Tabel 4.5 Perbandingan Gaya Impak Teoritis dengan Gaya Impak Hasil Pengukuran Menggunakan Load Cell Software No. Beban Ketinggian Kecepatan Gaya Gaya Impak (kg) Jatuh Jatuh Impak Pengukuran Benda (Velocyti) Teoritis Dengan (height, m) (m/s) (N) Load Cell (N) 1 2,0 0,5 3,13 4925 4640 1,0 4,43 9830 9339 1,5 5,42 14100 14735 2,0 6,26 19640 18756 2,5 7,0 24545 23505

Selisih Gaya Impak (N) 285 491 653 884 1040

( %) 5,78 4,99 4,63 4,45 4,23

2

2,3

0,5 1,0 1,5 2,0 2,5

3,13 4,43 5,42 6,26 7,0

5663 11304 16945 22586 28226

5361 10727 16115 21501 27097

302 579 830 1085 1129

5,33 5,12 4,90 4,80 4,00

3

3,0

0,5 1,0 1,5 2,0 2,5

3,13 4,43 5,42 6,26 7,0

7387 14744 22102 29459 -

7075 14139 21266 28444 -

312 605 836 1015 -

4,22 4,10 3,78 3,45 -

4

4,5

0,5 1,0 1,5 2,0 2,5

3,13 4,43 5,42 6,26 7,0

11080 22117 -

10592 21232 -

488 885 -

4,40 4,00 -

5

8,7

0,5 1,0 1,5 2,0 2,5

3,13 4,43 5,42 6,26 7,0

21422 -

20608 -

814 -

3,80 -



110

Dari Tabel 4.5 terlihat gaya impak teoritis lebih besar dibandingkan dengan gaya impak yang diukur dengan load cell. Selisihnya berkisar antara 3,8 s.d 5,78 %. Bila dilihat besar selisih gaya impak perhitungan secara teoritis dengan pengukuran menggunakan load cell, untuk beban yang lebih kecil selisih persentasenya lebih kecil, atau semakin kecil beban benda jatuh bebas maka selisih gaya impak lebih besar.


111

BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 KESIMPULAN Dari hasil penelitian yang dilakukan, diperoleh beberapa hasil yang merupakan jawaban dari tujuan penelitan ini. Hasil penelitian tersebut dapat disimpulkan sebagai berikut: 1. Ternyata besar kelonggaran (clearance) antara pons dan cetakan, a. Tidak sesuai dengan ketentuan bahwa kelonggaran (clearance) antara pons dan cetakan yang lebih kecil cenderung koin yang dibuat mempunyai ukuran/diameter yang lebih besar. Dari hasil penelitian ini ukuran koin aluminium yang mendekati ukuran cetakan adalah pada tingkat kelonggaran 8 % kemudian disusul dengan kelonggaran 6 %, 10 %, 2 % dan 4 %. b. Mempengaruhi kedalaman penetrasi pons terhadap pelat. Pada beban yang sama untuk kelonggaran yang kecil, penetrasi pons terhadap pelat lebih kecil, demikian sebaiknya. c. Mempengaruhi kemampuan pemotongan pons dan cetakan. Semakin kecil kelonggaran antara pons dengan cetakan, dibutuhkan massa beban benda jatuh bebas yang lebih besar untuk melakukan pemotongan dan demikian juga sebaliknya. d. Menentukan tingkat keberhasilan mencapai ukuran yang terbaik bila memilih kelonggaran (clearance) antara pons dan cetakan antara 2 % s.d 10 % dari


112

ketebalan pelat 2 mm. Dari hasil penelitian data pengukuran koin yang telah dibuat diameter koin terkecil adalah 22,020 mm dan diameter terbesar 22,036 mm. Menurut Lange K., [3] toleransi ukuran koin untuk diameter 22 mm adalah sebesar 0,06 mm, maka diameter terbesar yang diijinkan adalah 22,06 mm. Maka hasil produk pembuatan koin disimpulkan semua dapat dapat diterima. 2. Ternyata untuk pembuatan koin aluminium, pengaruh massa dan tinggi beban benda jatuh bebas, a. Cenderung tidak mempengaruhi ukuran/diameter hasil pembuatan koin terhadap kelonggaran pons dengan cetakan. Hal ini telah dilihat untuk massa benda jatuh bebas 2,0 kg; 2,3 kg; 3,0 kg; 4,5 kg; dan 8,7 kg, untuk pons yang mempunyai kelonggaran 8 %, hasil diameter/ukuran koin mendekati ukuran nominal cetakan. b. Menghasilkan daerah pemotongan (burnish atau smooth-sheared) pada sisi koin lebih luas, nampak lebih halus dan mengkilap, sedang pada daerah patahan (fractured zone) sisi koin lebih kecil atau rata-rata sekitar 0,18 bagian dari ketebalan bahan koin atau 18 %. Hal ini disebabkan oleh pembuatan koin dengan beban benda jatuh bebas, kecepatan pemotongannya lebih besar, sehingga pengaruh kecepatan yang lebih besar akan mempengaruhi hasil pemotongan pada sisi koin. Sedang pada beban dengan kecepatan

rendah

untuk

material

lunak

seperti

bahan

aluminium,


113

menghasilkan setengah bagian dari ketebalan mengalami pemotongan dan sisanya mengalami patahan. c. Pembentukan burr height

pada koin aluminium yang paling besar adalah

193,519 μm, atau sekitar 0,193 mm. Sedangkan penguluran keretakan sebesar

18 %, menurut Schey J.A., [9] maka pembuatan koin aluminium tergolong pada daerah safe atau hasilnya dapat diterima. 3. Hasil pengukuran dengan load cell, besarnya gaya impak akibat variasi massa dan ketinggian benda jatuh bebas. a. Mengetahui besarnya gaya impak

secara teoritis dengan menggunakan

suatu perangkat software 1) Besarnya gaya impak teoritis berbanding lurus terhadap besar massa atau beban benda jatuh. Massa beban 8,7 kg menghasilkan gaya impak yang lebih besar bila dibandingkan dengan massa beban 2,0 kg. Dengan kata lain semakin besar massa beban jatuh pada ketinggian tertentu, makin besar pula gaya impak yang ditimbulkannya. 2)

Semakin tinggi benda jatuh bebas, semakin besar pula kecepatan jatuhnya dan makin besar pula gaya impak yang ditimbulkannya.

b. Pengukuran gaya impak langsung menggunakan load cell Hasil pengukuran gaya impak langsung dengan menggunakan perangkat load cell adalah,


114

1)

Pengukuran gaya impak

dengan massa beban 8,7 kg tidak dapat

dilakukan untuk seluruh ketinggian jatuh, kecuali pada ketinggian 0,5 m. 2)

Pengukuran gaya impak 4,5 kg, hanya untuk dua tingkat ketinggian saja yaitu pada ketinggian 0,5 m dan 1,0 m.

3)

Pengukuran gaya impak 3,0 kg, hanya untuk empat tingkat ketinggian kecuali pada ketinggian 2,5 m. Hal ini disebabkan keterbatasan pada perangkat load cell

yang hanya mampu melakuan pengukuran

maksimum pada batas 30 (kN). 4)

Pengukuran gaya impak 2,3 kg dan 2,0 kg semua dapat dilakukan.

c. Perbandingan gaya impak teoritis dan pengukuran dengan menggunakan load cell, hasilnya dapat disimpulkan sebagai berikut: 1) Gaya impak dipengaruhi oleh besar massa dan ketinggian jatuh beban. 2) Gaya impak yang terukur lebih kecil sebesar 3,8 s.d 5,78 % dibanding dengan gaya impak teoritis.

5.2 SARAN Dari hasil penelitian ini juga dapat disarankan dan upaya yang harus dilakukan untuk pembuatan pons dan cetakan agar selalu pada kelonggaran yang tepat untuk mendapatkan hasil pemotongan dan menghasilkan ukuran dan bentuk koin aluminium yang baik dan dapat diterima, adalah sebagai berikut:


115

1.

Pemilihan bahan pons dan cetakan yang cocok, yaitu bahan yang mempunyai kekerasan yang tinggi, tahan aus untuk menjaga usia pons dan cetakan, sifat mampu mesinnya cukup baik agar mudah dikerjakan saat permesinan, mudah diperoleh di pasaran dan jenis bahannya adalah cold work steels.

2.

Menentukan ketepatan kelonggaran, ukuran dan bentuk alat potong (pons dan cetakan).

3.

Proses pembuatan pons dan cetakan harus sesuai dan tepat, disesuaikan dengan ketelitian produk blank yang hendak dibuat.

4.

Penyetingan kesumbuan antara pons dengan cetakan harus benar-benar seteliti mungkin.

5.

Menetapkan besar beban untuk memenuhi

besar gaya yang harus mampu

melakukan pemotongan. 6.

Ketajaman pons dan cetakan harus selalu dipelihara untuk mendapatkan hasil produk yang baik.

7.

Berilah pelumas pada waktu proses pemotongan, guna memelihara usia pons dan cetakan. Juga mempertahankan keseragaman ukuran dan bentuk koin.

8.

Produk koin hasil pemotongan pons dengan cetakan membuat permukaan sisi koin mengalami peningkatan kekerasan, hal ini diakibatkan karena adanya pengaruh adanya tekanan bidang pada permukaan saat bersamaan adanya proses pemotongan. Maka disarankan untuk melakukan penelitian lebih lanjut pada masalah ini dan perlu dilakukan pengkajian yang lebih cermat.


116

9. Pada proses pembuatan sampel atau koin pada alat benda jatuh bebas ini perlu diperhatikan pada saat setting beban dan pemasangan pons, utamakan keselamatan kerja.


117

DAFTAR PUSTAKA [1] Rochim Taufiq, 1993, Proses Permesinan, Higher Education Development Support Project, FTI-ITB, Bandung. [2] Budiarto, 2005, Press Tool 1 (Proses Pemotongan), Pendidikan Nasional, Politeknik Manufaktur Bandung

Departemen

[3] Lange K., 1985, Hand Book of Metal Forming, Printed and Bond by R.R. Donnelley & Son Company, McGraw-Hill Book Company [4] Brolund T., October 25, 2001, Article, Determining Punch Problems, Brought to You by The Fabricator. [5] Baeumler F., Dec.13, 2001, Article, Keeping Pace with Today’s Punching Requirements, Brought to You by The Fabricator. [6] Kalpakjian S., 1985, Manufacturing Processes for Engineering Materials, Addison-Wesley Publishing Company. [7] Syam B., dan Mahadi B., 2005, Modifikasi Metoda Pengujian Kekuatan Helmet Industri Akibat Beban Impak Kecepatan Tinggi, Program Studi Magister Teknik Mesin, Sekolah Pascasarjana Universitas Sumatra Utara. [8] Kalpakjian S.,1995, Manufacturing Engineering and Technology, Third Edition, Addison-Wesley Publishing Company. [9] Schey J.A., 1987, Introduction to Manufacturing Processes, Second Edition, McGraw-Hill Book Company. [10] Groover M.P., 2002, Fundamentals of Modern Manufacturing, Materials, Processes and System, Second Edition, John Wiley & Sons, Inc. [11] Amstead B.H., Oswald P.F., Begeman M.L., dan Priambodo B., 1995, Teknlogi Mekanik, Edisi Ketujuh, Penerbit Erlangga, Jakarta. [12] EDC ME CNS 1050, 1983, Ilmu Bahan, PEDC, Bandung [13] Luchsinger H.R., 1984, Tool Design, ITB-PMS, Bandung. [14] Alamsyah A., 1993, Pemilihan Baja Perkakas dan Perlakuan Panasnya, Assab Division, Seminar Heattreatment, Medan.


118

[15] Sharma P.C., 2003, Production Engineering, S. Chand & Company LTD. Ram Nagar, New Delhi – 110 055. [16] Khurmi R.S., AN ISO 9001 : 2000 Company, A Tex Book of Engineering Mechanical S. Chand & Company LTD, Ram Nagar, New Delhi–110 055. [17] Syam B., Nopember1997, Prosiding: Temu Ilmiah I, Alumni Teknik Mesin FT. USU, Medan. [18] BOHLER, High Grade Steel, P.T. Bolindo – Baja [19] Kolsky H., An Investigation of The Mechanical Properties of Material at Very High- Rate of Loading, Proc.Phys. Soc., London, B62, 676700,1949. . [20] Syam B., Februari 2000, Air-Gun Compressor: Alat Uji Keretakan dan Kekuatan Impak Generasi Baru, Polimedia. [21] Kalpakjian S., 1995, Manufacturing Engineering and Technology, Third Edition, Addison-Wesley Publishing Company. [22] Ostergaard E.D., 1967, Advanced Diemaking, Resources and Materials of The National Tooling & Machining Association, McGraw-Hill Book Company. [23] Tarkany N., April 10 2003, Improving Perforated Die Performance The Effects of Stress, Clereance, Material, Stamping Journal, Brought to You by The Fabricator. [24] Goijaerts A.M., 2000, Can a New Experimental and Numerical Study Improve Metal Blanking ?, Journal of Materials Processing Technology, Elsevier. [25] Hendrick, Dec. 11 2003, Selecting a Pressure System for a Stamping Die, Art. Executive to The Fabricator. Com. [26] Punicki C.J., March 11, 2003, Die Design for Wide Bends, Stamping Journal, Brought to You by The Fabricator [27] Schonmetz Alois, Sinnl Peter, and Heuberger Johann, 1985, Pengerjaan Logam Dengan Mesin, Penerbit Angkasa, Bandung.


119

[28] Arikunto S., 2000, Manajemen Penelitian, Penerbit Rineka Cipta, Jakarta, [29] Amirin T.M., 2000, Menyusun Rencana Penelitian, PT. Raja Grafindo Persada, Jakarta.


120

LAMPIRAN Lampiran 1

Gambar Perangakat Benda Jatuh Bebas


121

Lampiran 2 Data Pengujian Loboratorium Tegangan/Kekuatan Tarik Pelat Aluminium (Bahan Koin) FILE : C:\My Documents\UTMTest\ABA5UP.prn TESTING TYPE : Tensile MATERIAL : Aluminium DATE : 3-7-2006 TIME : 9:32:47 NO. SPECIMENT : 5 SAMPLING TIME : 1000 [msecond] LENGTH : 60.00 [mm] DIAMETER : 0.00 [mm] WIDTH : 15.00 [mm] THICKNESS : 2.00 [mm] -------------------------------------------------TESTING DATA CALCULATION RESULT NO. Force[N] Stroke[mm] Stress[N/mm^2] Strain[m/m] -------------------------------------------------1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41

404.86 0.0001 607.29 0.0010 657.90 0.0051 718.63 0.0098 870.45 0.0144 1083.00 0.0201 1356.28 0.0258 1609.32 0.0310 1781.38 0.0367 1983.81 0.0419 2196.36 0.0471 2408.91 0.0523 2641.71 0.0576 2854.26 0.0630 3066.81 0.0679 3279.36 0.0731 3471.67 0.0779 3684.22 0.0827 3876.53 0.0877 4078.96 0.0927 4261.14 0.0975 4402.85 0.1023 4564.79 0.1073 4746.98 0.1120 4878.56 0.1169 5000.01 0.1215 5111.35 0.1267 5253.05 0.1315 5364.39 0.1363 5445.36 0.1409 5526.33 0.1462 5637.67 0.1512 5668.03 0.1560 5789.49 0.1608 5860.34 0.1655 5900.83 0.5588 5991.92 0.7452 5971.68 0.9229 6042.53 1.0977 6113.38 1.2812 6194.35 1.4589

13.50 0.000001 20.24 0.000016 21.93 0.000084 23.95 0.000163 29.02 0.000241 36.10 0.000334 45.21 0.000429 53.64 0.000516 59.38 0.000612 66.13 0.000699 73.21 0.000784 80.30 0.000872 88.06 0.000960 95.14 0.001049 102.23 0.001131 109.31 0.001218 115.72 0.001298 122.81 0.001378 129.22 0.001461 135.97 0.001544 142.04 0.001624 146.76 0.001705 152.16 0.001789 158.23 0.001867 162.62 0.001948 166.67 0.002026 170.38 0.002111 175.10 0.002191 178.81 0.002271 181.51 0.002348 184.21 0.002436 187.92 0.002520 188.93 0.002601 192.98 0.002679 195.34 0.002759 196.69 0.009313 199.73 0.012420 199.06 0.015382 201.42 0.018295 203.78 0.021353 206.48 0.024315


122

42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89

6184.23 6295.56 6265.20 6356.29 6376.54 6447.39 6467.63 6477.75 6538.48 6548.60 6518.24 6538.48 6578.96 6599.21 6700.42 6670.06 6680.18 6740.91 6801.64 6801.64 6811.76 6761.15 6761.15 6781.39 6781.39 6842.12 6801.64 6892.73 6892.73 6811.76 6902.85 6892.73 6902.85 6923.10 6852.24 6882.61 6862.37 6842.12 6852.24 6882.61 6821.88 6791.52 6700.42 6599.21 6427.14 6214.59 5890.70 5263.17

1.6133 1.7327 1.8958 2.0327 2.2017 2.3619 2.5308 2.7027 2.8512 2.9823 3.0959 3.1629 3.3027 3.4659 3.6436 3.8329 4.0135 4.1621 4.3252 4.4999 4.7068 4.8961 5.0913 5.2893 5.4699 5.6331 5.8224 6.0147 6.1923 6.3584 6.5244 6.7604 6.9963 7.2468 7.4624 7.7012 7.8993 8.1149 8.3246 8.4994 8.6945 8.8868 9.0849 9.2742 9.4664 9.6878 9.9762 10.3665

206.14 209.85 208.84 211.88 212.55 214.91 215.59 215.93 217.95 218.29 217.27 217.95 219.30 219.97 223.35 222.34 222.67 224.70 226.72 226.72 227.06 225.37 225.37 226.05 226.05 228.07 226.72 229.76 229.76 227.06 230.09 229.76 230.09 230.77 228.41 229.42 228.75 228.07 228.41 229.42 227.40 226.38 223.35 219.97 214.24 207.15 196.36 175.44

0.026888 0.028878 0.031597 0.033879 0.036694 0.039365 0.042180 0.045045 0.047521 0.049705 0.051599 0.052715 0.055046 0.057764 0.060726 0.063882 0.066892 0.069368 0.072086 0.074999 0.078446 0.081602 0.084854 0.088156 0.091166 0.093884 0.097040 0.100244 0.103206 0.105973 0.108740 0.112673 0.116605 0.120780 0.124373 0.128354 0.131655 0.135248 0.138743 0.141656 0.144909 0.148113 0.151414 0.154570 0.157774 0.161464 0.166270 0.172776

-------------------------------------------------PROP. LIMIT FORCE : 5860.34 [N] YIELD FORCE : 5991.92 [N] MAXIMUM FORCE : 6923.10 [N] BREAK FORCE : 5263.17 [N] TESTING SPEED : 6.49 [m/minute] PROPORSIONAL STRESS : 195.34 [N/mm^2] YIELD STRESS : 199.73 [N/mm^2] MAXIMUM STRESS : 230.77 [N/mm^2] BREAK STRESS : 175.44 [N/mm^2] ELASTICITY MODULUS : 71825.90 [N/mm^2] ELONGATION : 16.67 [%] ENERGY : 67.35 [Nm] --------------------------------------------------


123

KURVA TEGANGAN REGANGAN UNTUK PERCOBAAN TARIK


124

Lampiran 3 Data Hasil Pembuatan Koin Aluminium (Tabel 1 sampai dengan Tabel 25)


125


126


127


128


129


130


131


132


133


134


135


136


137

Lampiran 4 Tabel 1 Hasil Ukuran Koin Aluminium untuk Kelonggaran 2 % Massa Ukuran Kecepatan Ukuran RataBenda Ketinggian Pons Benda Jatuh rata koin Jatuh dengan Jatuh (m) (mm) Bebas kelonggaran (m/s) (kg)

2,0

2,3

2% 3,0

4,5

8,7

2,5 2,0 1,5 1,0

7,0 6,26 5,42 4,43

0,5

3,13

2,5 2,0 1,5 1,0

7,0 6,26 5,42 4,43

0,5

3,13

2,5 2,0 1,5 1,0

7,0 6,26 5,42 4,43

0,5

3,13

2,5 2,0 1,5 1,0

7,0 6,26 5,42 4,43

0,5

3,13

2,5 2,0 1,5 1,0 0,5

7,0 6,26 5,42 4,43 3,13

22,028 22,030 22,029 22,031

Pengamatan Bentuk/ Kondisi Koin

Baik Baik Baik Sedang

Keterangan

≥ ½ patahan Pembentukan koin gagal, tetapi pons mampu memenetrasi plat sedalam 0,70 mm

22,030 22,029 22,026 22,030



22,031 22,032 22,028 22,031



22,031 22,033 22,030 22,033

Baik Baik Baik Baik Pembentukan koin gagal, tetapi pons mampu memenetrasi plat sedalam 1,18 mm

22,031 22,033 22,034 22,034 22,034

Baik Baik Baik Baik Baik


138

Tabel 2 Hasil Ukuran Koin Aluminium untuk Kelonggaran 4 % Massa Ukuran Kecepatan Ukuran RataBenda Ketinggian Pons Benda Jatuh rata koin Jatuh dengan Jatuh (m) (mm) Bebas kelonggaran (m/s) (kg)

2,0

2,3

4% 3,0

4,5

8,7

2,5 2,0 1,5 1,0

7,0 6,26 5,42 4,43

0,5

3,13

2,5 2,0 1,5 1,0

7,0 6,26 5,42 4,43

0,5

3,13

2,5 2,0 1,5 1,0

7,0 6,26 5,42 4,43

0,5

3,13

2,5 2,0 1,5 1,0

7,0 6,26 5,42 4,43

0,5

3,13

2,5 2,0 1,5 1,0 0,5

7,0 6,26 5,42 4,43 3,13

22,032 22,033 22,034 22,033


Keterangan


22,033 22,034 22,033 22,032


22,033 22,034 22,031 22,033


22,032 22,031 22,033 22,032


22,034 22,033 22,032 22,034 22,032



139


2,0

2,3

6% 3,0

4,5

8,7

2,5 2,0 1,5 1,0

7,0 6,26 5,42 4,43

0,5

3,13

2,5 2,0 1,5 1,0

7,0 6,26 5,42 4,43

0,5

3,13

2,5 2,0 1,5 1,0

7,0 6,26 5,42 4,43

0,5

3,13

2,5 2,0 1,5 1,0

7,0 6,26 5,42 4,43

0,5

3,13

2,5 2,0 1,5 1,0 0,5

7,0 6,26 5,42 4,43 3,13

22,027 22,026 22,028 22,025


Baik Baik Sedang Sedang

Keterangan

≥ ½ patahan ≥ ½ patahan Pembentukan koin gagal, tetapi pons mampu memenetrasi plat sedalam 0,84 mm

22,030 22,028 22,028 22,028


22,028 22,028 22,030 22,030


22,030 22,030 22,030 22,031


22,027 22,028 22,027 22,027 22,028



140


2,0

2,3

8% 3,0

4,5

8,7

2,5 2,0 1,5 1,0

7,0 6,26 5,42 4,43

0,5

3,13

2,5 2,0 1,5 1,0

7,0 6,26 5,42 4,43

0,5

3,13

2,5 2,0 1,5 1,0

7,0 6,26 5,42 4,43

0,5

3,13

2,5 2,0 1,5 1,0

7,0 6,26 5,42 4,43

0,5

3,13

2,5 2,0 1,5 1,0 0,5

7,0 6,26 5,42 4,43 3,13

22,020 22,021 22,022 22,021



Keterangan


22,021 22,022 22,023 22,022



22,022 22,024 22,023 22,022


22,024 22,023 22,024 22,023


22,023 22,024 22,024 22,025 22,024



141

Tabel 5 Hasil Ukuran Koin Aluminium untuk Kelonggaran 10 % Ukuran Massa Kecepatan Ukuran RataPons Benda Ketinggian Benda Jatuh rata koin dengan Jatuh Jatuh (m) (mm) kelonggaran Bebas (m/s) (kg)

2,0

2,3

10 % 3,0

4,5

8,7

2,5 2,0 1,5 1,0

7,0 6,26 5,42 4,43

0,5

3,13

2,5 2,0 1,5 1,0

7,0 6,26 5,42 4,43

0,5

3,13

2,5 2,0 1,5 1,0

7,0 6,26 5,42 4,43

0,5

3,13

2,5 2,0 1,5 1,0

7,0 6,26 5,42 4,43

0,5

3,13

2,5 2,0 1,5 1,0 0,5

7,0 6,26 5,42 4,43 3,13

22,030 22,031 22,031 22,030


Baik Baik Sedang Sedang

Keterangan

≥ ½ patahan ≥ ½ patahan Pembentukan koin gagal, tetapi pons mampu memenetrasi plat sedalam 0,90 mm

22,031 22,030 22,030 22,030



22,028 22,031 22,031 22,029


22,028 22,030 22,029 22,029


22,030 22,031 22,029 22,030 22,030



142

Lampiran 5 Cara Mengoperasikan Impact Force Measurement Software 1. Copykan file ‘Project_Impact’ ke dalam folder yang sebelumnya telah dibuat dengan nama IMPACT di hardisk drive C 2. Copykan juga File ‘Test’ ke dalam folder yang sama 3. Doubel klik file ‘Project_Impact’ untuk menjalankan software hingga muncul tampilan sbb:

4. HIGHT adalah ketinggian jatuhnya benda (dalam meter) 5. PLATE THICKNESS adalah ketebalan plat yang akan di piercing/blanking (dalam mm) 6. MASS adalah massa benda yang akan dijatuhkan (dalam kilogram) 7. Untuk mengeset nilai-nilai HIGHT, THICKNESS, MASS

8. Velocity : kecepatan hasil perhitungan benda jatuh bebas 9. Impact Force : Gaya Impak


143

10. EXIT : untuk mengakhiri Program 11. Mode Seletion: Untuk memilih mode pengoperasian software 12. ON-LINE dipilih untuk memonitor dalam kondisi Digital Display MDV2555 terhubung dengan komputer dan software ini sudah jalan. Bila tidak ada koneksi maka pilihan ini tidak dapat dioperasikan. START dan STOP untuk memulai dan mengakhiri pengambilan data. SAVE FILE untuk menyimpan data pengukuran melalui start dan stop kedalam file. 13. CALCULATE dipilih untuk menghitung Kecepatan dan Gaya Impak secara teoritis berdasarkan harga HIGHT, THICKNESS, MASS yang diberikan/diset, dengan cara menekan/ klik START 14. RE-DISPLAY untuk menampilkan ulang data yang telah disimpan dengan SAVE FILE, data ini ditampilkan dalam grafik 15. HELP, keterangan kegunaan software


144

Lampiran 6 Gaya Impak Benda Jatuh Bebas dengan Variasi Ketinggian dan Massa Benda

Gambar 1. Gaya Impak Benda Jatuh Bebas Ketinggian 0,5 m; Massa 2 kg



145




146


Gambar 6. Gaya Impak Benda Jatuh Bebas Ketinggian 0,5 m; Massa 2,3 kg


147




148




149




150




151




152

Lampiran 7 Tabel Toleransi Ukran Koin Aluminium (Kurt Lange)

Toleransi ukuran koin dengan diameter 10 s.d 50 mm, pada tebal pelat 2 mm yaitu sebesar 0,06 mm


153

Lampiran 8

Gambar Foto Alat benda Jatuh Bebas Saat Pengujian dengan load cell


154

Lampiran 9 Alat Ukur dan Alat Bantu Ukur

Gambar 1. Alat Ukur Mikrometer Digital Ketelitian 0,001 mm

Gambar 2. Alat Ukur Vernier Caliper dan Mikrometer

Gambar 3. Alat Bantu Ukur Lensa Pembesar


155

Gambar 4. Mikroskop Digital


156

Lampiran 10 Produk Koin Aluminium

Gambar 1 Produk Koin Aluminium

Gambar 2 Produk Koin Aluminium yang Gagal Terbentuk


157

Lampiran 11 Gambar Alat/mesin Pembuatan Pons dan Cetakan


TM

Recommend Documents