PERANCANGAN CETAKAN TEMPA SISTEM KERJA PANAS DENGAN PRODUK BERUPA BATANG PENGHUBUNG UNTUK MESIN K3-DE DAIHATSU XENIA MODEL F601

PERANCANGAN CETAKAN TEMPA SISTEM KERJA PANAS DENGAN PRODUK BERUPA BATANG PENGHUBUNG UNTUK MESIN K3-DE DAIHATSU XENIA MODEL F601

TUGAS AKHIR Disusun untuk Melengkapi Syarat Akhir Studi pada Program Studi Teknik Mesin Universitas Mercu Buana

Oleh : CHRISTOPHORES SEDYA ADI EDHIE NUGROHO NIM.: 0130212-013

UNIVERSITAS MERCU BUANA 2007

i

HALAMAN PERSETUJUAN

Laporan Tugas Akhir yang berjudul: PERANCANGAN CETAKAN TEMPA SISTEM KERJA PANAS DENGAN PRODUK BERUPA BATANG PENGHUBUNG UNTUK MESIN K3-DE DAIHATSU XENIA MODEL F601 Nama

: Ch. Sedya Adi Edhie N

NIM

: 0130212-013

telah disetujui oleh dosen pembimbing pada Hari

:

Tanggal :

Dosen Pembimbing

Ir. Ruli Nutranta M. Eng

ii

HALAMAN PENGESAHAN Laporan Tugas Akhir yang berjudul: PERANCANGAN CETAKAN TEMPA SISTEM KERJA PANAS DENGAN PRODUK BERUPA BATANG PENGHUBUNG UNTUK MESIN K3-DE DAIHATSU XENIA MODEL F601 ini telah dipertahankan di depan tim penguji dan diterima sebagai syarat akhir studi pada program studi Teknik Mesin Universitas Mercu Buana Hari Tanggal

: Rabu : 23 Mei 2007.

Penguji I

Penguji II

Abdul Hamid, DR. M.Sc.

R. Ariosuko Dh., Ir.

Penguji III

Nanang Ruhyat, ST. MT

Mengetahui, Kepala Jurusan Teknik Mesin

Ir. Ruli Nutranta, M.Eng

iii

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL ……………………………………………………………

i

HALAMAN PERSETUJUAN …………………………………………………

ii

HALAMAN PENGESAHAN …………………………………………………..

iii

HALAMAN MOTTO ……………………………………………………………

iv

HALAMAN PERSEMBAHAN ………………………………………………..

v

KATA PENGANTAR ………………………………………………………….

vi

DAFTAR ISI ……………………………………………………………………

vii

DAFTAR TABEL ………………………………………………………………

viii

DAFTAR GAMBAR ……………………………………………………………

ix

ABSTRAK ………………………………………………………………………

x

BAB I PENDAHULUAN ……………………………………………………….

1

1.1 Latar Belakang Penulisan……………………………………………..

1

1.2 Perumusan Masalah dan Pembatasannya……………………………..

2

1.3 Tujuan Penulisan………………………………………………………

3

1.4 Metode Penulisan Tugas Akhir………………………………………..

3

1.5 Sistematika Penulisan Tugas Akhir …………………………………...

4

BAB II DASAR TEORI ……………………………………………………….....

6

2.1 Connecting Rod…………………………………………………………

6

2.2 Definisi Forging, keuntungan, kekurangan serta kategori …………….

8

2.3 Peralatan, Jenis Tempa, dan Syarat material dies ………………………

9

2.4 Posisi Strategis Desain pada Industri Tempa……………………………

12

2.5 Rumus-rumus Perencanaan Cetakan……………………………………

14

2.6 Penentuan Tahapan Proses Forging yang direncanakan………………..

15

2.7 Perencanaan Berat Material yang dibutuhkan………………………….

16

2.8 Effisiensi Material ……………………………………………………..

18

2.9 Perencanaan Dies Forging………………………………………………

18

2.9.1 Parting Line.....................................................................................

18

vii

2.9.2 Draft Angle………………………………………………………..

19

2.9.3 Radius / Fillet ……………………………………………………..

19

2.9.4 Shrinkage ………………………………………………………….

20

2.9.5 Upset……………………………………………………………….

21

2.9.6 Blocker…………………………………………………………….

21

2.9.7 Finisher ……………………………………………………………

22

2.9.8 Desain Flash.....................................................................................

22

2.10 Proses Pemesinan cetakan dan Pengkasaran ……...……………………. 23 2.10.1 Dasar Teori Mesin Milling CNC…………………………………..

23

2.10.2 Proses Pemotongan Pada Mesin Milling...………………………..

24

2.10.3 Variabel-variabel Proses Pemotongan ……………………………

24

2.10.4 Sistem Persumbuan………………………………………………..

26

2.10.5 Position Shift Offset………………………………………………..

26

2.10.6 Penentuan Titik Nol Benda Kerja ………………………………… 27 2.10.7 Kompensasi atau Pergeseran Titik Nol Pahat……………………... 28 2.10.8 Dasar Teori Mesin EDM ………………………………………….

30

2.11 Proses Permesinan Tambahan………………………………………….

31

2.12 Proses perlakuan panas (heat treatment) cetakan ..…………………….

31

BAB III METODOLOGI PENULISAN……………………………………………

32

3.1 Pengumpulan Data……………………………………………………….

32

3.2 Metoda Pengolahan Data ……………………………………………….

36

3.2.1 Estimasi Langkah Kerja …………………………………………..

36

3.2.2 Tinjauan Model …………………………………………………....

39

3.2.3 Alternatif Model …………………………………………………..

40

BAB IV ANALISA DAN PERHITUNGAN ………………………………………..

44

4.1 Perhitungan Estimasi Beban Forging …………………………………….

44

4.2 Estimasi Material yang Dibutuhkan ……………………………………… 48 4.3 Perhitungan Effisiensi Material…………………………………………… 51 4.4 Pemilihan Model cavity dan Penentuan Ukuran Dies Block........................ 55

viii

4.5 Penentuan Dimensi dari Raw Material …………………………………… 55 4.6 Proses Desain dan Fabrikasi Cetakan…..…………………………………. 57 4.6.1 Membentuk Cavity Die dengan Unigraphic………………………… 56 4.6.2 Proses Desain Pemesinan melalui applikasi Manufacturing………. 4.7 Hal-hal yang perlu sebelum proses pemesinan dengan CNC …………….

59 70

4.8 Urutan Pengerjaan untuk Proses Pemesinan dengan CNC………………... 73 4.9 Proses-proses yang dilakukan Setelah Proses Pemesinan dengan CNC ….. 74

BAB V PENUTUP……………………………………………………………………

75

5.1 Kesimpulan ……………………………………………………………….

75

5.2 Saran ……………………………………………………………………… 76

DAFTAR PUSTAKA…………………………………………………………………. 77 LAMPIRAN

ix

DAFTAR TABEL

BAB II DASAR TEORI Tabel 2.1 Faktor penyusutan material terhadap proses pemanasan ………………………. 16 Tabel 2.2 Prosentase perubahan dimensi baja kembali pada suhu akhir setelah ditempa pada temperatur 800ºC ~ 1100ºC………………...……………. 20

BABIII METODOLOGI PENULISAN Tabel 3.1 Contoh applikasi material carbon steel untuk pemesinan………………………. 36

BAB IV ANALISA DAN PERHITUNGAN Tabel 4.1 Perhitungan beban estimasi forging tiap model ……………………………….. 48 Tabel 4.2 Perhitungan volume raw material untuk setiap model…………………...…….. 51 Tabel 4.3 Effisiensi model…………………………………………………..…………….. 54 Tabel 4.4 Rekomendasi untuk kecepatan potong dan kecepatan pemakanan untuk tool steel …………………………………….………………………………….. 61 Tabel 4.5 Rekomendasi pemakanan tiap gigi dalam inch/gigi untuk milling menggunakan HSS………………………….………………………………….. 62 Tabel 4.6 Hasil perhitungan variable untuk CAM…………………………………….….. 64 Tabel 4.7 Contoh data langkah pahat dalam bentuk CLS-format...………………………. 69 Tabel 4.8 Hasil generasi G-Code………….……………………………………………… 70 Tabel 4.9 Penyisipan perintah pencatatan penetapan…………………………………….. 72

x

DAFTAR GAMBAR BAB II DASAR TEORI Gambar 2.1 Konstruksi batang penghubung…………..…………………………………. 6 Gambar 2.2 Distribusi Gaya pada batang penghubung………………………………….. 7 Gambar 2.3 Mesin Press dan Mesin Hammer…………………………............................. 10 Gambar 2.4 Flow proses CAD & CAM terhadap proses lain yang terkait………………. 12 Gambar 2.5 Skema Urutan Prosedur Umum Desain dies………………………………... 13 Gambar 2.6 Beberapa contoh bentuk benda yang dapat menggunakan rumus penampang melingkar……………………………………………………… 14 Gambar 2.7 Beberapa contoh bentuk benda yang dapat menggunakan rumus penampang tidak melingkar………………………………………………... 15 Gambar 2.8 Macam-macam bentuk dasar benda forging yang dijadikan acuan penentuan toleransi forging………………………………………………… 17 Gambar 2.9 Macam-macam penentuan parting line……………………………………... 18 Gamba 2.10 Urutan Proses forging untuk menentukan Radius yang diijinkan………….. 19 Gambar 2.11 Aplikasi Bentuk Upset ……………………………………………………. 21 Gambar 2.12 Teknik Umum untuk desain blocker………………………………………

22

Gambar 2.13 Desain Flash Secara Umum……………………………………………….. 23 Gambar 2.14 Gerakan pemakanan dan pemotongan pada mesin milling………………..

24

Gambar 2.15 Titik nol Mesin…………………………………………………………….. 26 Gambar 2.16 Titik nol referensi pemegang pahat………………………………………… 27 Gambar 2.17 Titik nol benda kerja……………………………………………………….. 27 Gambar 2.18 Setting titik nol benda kerjsa dengan edge indicator………………………. 28 Gambar 2.19 Pengukuran perbedaan panjang cutter dengan menggunakan dial indicator…………………………………………………………………….. 29 Gambar 2.20 Kondisi yang diinginkan dengan penerapan kompensasi pahat…………… 30 Gambar 2.21 Pengerjaan permukaan (buffing)…………………………………………… 31

xi

BAB III METODOLOGI PENULISAN Gambar 3.1 Illustrasi langkah mesin dan ketebalan dies…………………………………. 33 Gambar 3.2 Skema dasar pemilihan material dies………………………………………... 35 Gambar 3.3 Urutan langkah kerja (process methode estimation)……………..................

38

Gambar 3.4 Konversi dari data referensi berupa gambar teknik ke bentuk CAD 3D dimensi……..…………………………………………………………... 39 Gambar 3.5 Proses Modeling batang penggerak dari sketsa sampai bentuk utuh………... 40 Gambar 3.6 Alternatif Model I – Model single…………………………………. ……….. 41 Gambar 3.7 Alternatif Model II – Model Double Memanjang………………….………… 42 Gambar 3.8 Alternatif Model III – Model Double Split………………………………….. 43

BAB IV ANALISA DAN PERHITUNGAN Gambar 4.1 Analisa area untuk alternatif model I ...………..……………………………. 45 Gambar 4.2 Analisa area untuk alternatif model II……………………….……………… 46 Gambar 4.3 Analisa area untuk alternatif model III……………………………................ 47 Gambar 4.4 Estimasi volume untuk alternative model I, dihitung lengkap dengan desain flash dan gutter .............……………………..………………………. 48 Gambar 4.5 Estimasi volume untuk alternative model II, dihitung lengkap dengan desain flash dan gutter .............……………………..………………………. 49 Gambar 4.6 Estimasi volume untuk alternative model III, dihitung lengkap dengan desain flash dan gutter .............……………………..………………………. 50 Gambar 4.7 Analisa surface area, volume dan massa untuk alternatif model I ………..… 52 Gambar 4.8 Analisa surface area, volume dan massa untuk alternatif model II………..… 53 Gambar 4.9 Analisa surface area, volume dan massa untuk alternatif model III...……..… 54 Gambar 4.10 Dimensi raw material ………………………………………………………. 56 Gambar 4.11 Model referensi berupa solid 3 dimensi yang telah ditambah faktor penyusutan (shrinkage)…………………………………………………….

xii

57

Gambar 4.12 Benda kerja untuk sebuah cetakan tempa setelah di subtract dengan model dan ditambahkan flash & gutter …..………………………………..

58

Gambar 4.13 Refference model harus diletakkan ke dalam workpiece pada saat operasi CAM berlangsung…………………………………………………………... 59 Gambar 4.14 Pustaka pahat yang digunakan saat proses CAM serta pemesinannya dengan CNC………………………………………………………………… 60 Gambar 4.15 Ilustrasi hubungan antara Cutting speed dengan putaran spindle………….. 61 Gambar 4.16 Arah pergerakan pahat pada proses pengkasaran………………………….. 64 Gambar 4.17 Arah pergerakan pahat pada proses finishing……………………………... 65 Gambar 4.18 Pemilihan titik nol workpiece pada saat CAM……………………………. 65 Gambar 4.19 Penentuan bidang jarak pengangkatan pahat (retract)…………………….. 66 Gambar 4.20 Langkah (sequence) pertama pengkasaran dari cetakan atas dengan CAM… 67 Gambar 4.21 Langkah (sequence) kedua semifinish dari cetakan atas dengan CAM….…. 68 Gambar 4.22 Langkah (sequence) ketiga finishing dari cetakan atas dengan CAM……… 68 Gambar 4.23 Pendinginan dengan udara terkompresi saat proses pemesinan dengan CNC sedang berlangsung…………………………………………………………. 73

xiii

Abstrak

Perkembangan industri otomotif yang pesat saat ini menuntut industri perakitan mesin dan mobil untuk bersaing ditiap tingkatan market. Agar semakin bersaing factor teknologi desain, efisiensi pekerjaan dan penekanan harga (cost) menjadi sangatlah penting. Penulis dalam kesempatan ini menyuguhkan suatu perancangan cetakan tempa (forging dies) untuk produk berupa batang penghubung (connecting rod) Daihatsu Xenia model F601 dengan teknologi bebasis CAD/CAM terpadu, yaitu Unigraphics versi NX-2. Dengan metode kerja membandingkan tiga buah alternatif model oleh penulis, memilih model yang paling effiesien ditinjuau dari segi beban mesin, faktor ekonomis untuk cetakan dan benda kerja. Altenatif model tersebut yaitu: single, double dan double-split. Pada alternatif model single dihasilkan satu buah produk batang penghubung, sedangkan pada alternatif model double dihasilkan dua buah produk. Yang membedakan antara alternatif double adalah tempat peletakan produk antara memanjang dan produk yang dihasilkan dengan cara membelah benda kerja (workpiece). Melalui analisa dengan piranti lunak Unigraphics versi NX2, ternyata membuktikan bahwa

model double split ternyata lebih menguntungkan dibandingkan model lainnya.

Perhitungan beban tempa sekitar 1051,75 T.f (dipilih mesin 1600 T.f), perhitungan skrap yang tidak terlalu boros yaitu perhitungan berat untuk benda kerja ideal 1503.72 gram dengan effisiensi 39.68%. Selain itu material cetakan yang dapat dimodifikasi berupa cetakan insert yang mengikuti dies holder sehingga menjadi lebih ekonomis. Namun demikian, tidak menutup kemungkinan untuk melakukan perbaikan desain flash gutter agar effisiensi tersebut dapat ditingkatkan. Tidak kalah penting hasil kerja kerja menggunakan piranti lunak Unigraphics versi NX-2 adalah proses pemesinan CNC yang dapat digenerasikan computer secara otomatis menghasilkan G-Code. Dengan kata lain sebagai salah satu keuntungan yang pasti yaitu kesalahan proses pemesinan dapat diminimalis dengan menggunakan piranti lunak ini.

xiv

BAB I PENDAHULUAN

1. Latar Belakang Penulisan Perkembangan bidang industri otomotif dalam negeri dapat dikatakan sangat pesat, dengan munculnya produk-produk baru kendaraan bermotor roda dua ataupun kendaraan roda empat. Di mana tuntutan kualitas dan keandalan produk disertai efisiensi dari segi cost, quality, dan delivery menjadi suatu hal yang sangat penting bagi industri otomotif saat ini. Daihatsu Xenia merupakan salah satu produk otomotif yang saat ini tren penjualannya naik di antara produk-produk lainnya. Selain mempunyai harga kompetitif yang relatif murah, desainnya juga disesuaikan dengan keperluan masyarakat Indonesia. PT Astra Daihatsu Motor memberikan pilihan untuk mesin dari jenis kendaraan ini, yaitu seri mesin K3-de dan seri mesin EJ-DE. Pilihan seri mesin yang dipakai ini juga menentukan kode model dari kendaraan ini. (Lihat lampiran 1. Kode Model Xenia) Penurunan biaya pembuatan produk kendaraan ini dapat dicapai melalui kerja sama dengan perusahaan manufaktur komponen mesin domestik yang telah mampu menghasilkan komponen-komponen yang memenuhi standar kualitas. Sebisa mungkin komponen-komponen mesin seri tersebut diproduksi secara massal, menggunakan teknologi yang berkembang saat ini dan berbasis CAD/CAM (Computer Aided DesignManufactur). Hasilnya, analisis serta simulasi pemesinan untuk desain kontur yang kompleks menjadi sangat mungkin dan efisien, katakanlah tingkat kesalahan proses pemesinan, kerugian material sedapat mungkin dikurangi, serta komputer yang mampu mengenerasi G-Code dalam waktu relatif singkat. Namun demikian, perlu diketahui bahwa software atau piranti lunak sifatnya hanya membantu mempermudah pekerjaan dalam penggunaannya. Pada akhirnya, tergantung pada kemampuan dan bagaimana cara kita menggunakannya. Dalam tugas akhir ini, penulis menggunakan piranti lunak CAD/CAM terpadu untuk mendesain dies atau cetakan tempa untuk produk berupa connecting rod (batang penghubung) mesin K3-de pada kendaraan roda empat Daihatsu Xenia. Beberapa alternatif cetakan yang menunjukkan posisi dan rongga cetakan

1

yang

2

berbeda akan disajikan, kemudian dipilih salah satu desain yang aman, efisien, dan ekonomis. Adapun jenis piranti lunak yang digunakan adalah Unigraphics versi NX-2. Alasan pemilihannya adalah sebagai berikut: a. Tampilan sudah benar-benar 3 dimensi. b. Tersedia fitur-fitur yang sederhana namun sangat berguna dalam desain. Sehingga proses desain dapat dilakukan dengan banyak cara tergantung kreatifitas desainer. c. Kemampuan berkomunikasi dengan piranti lunak lainnya cukup baik, jarang ada kendala. d. Banyak digunakan dunia industri die and press tools, terutama di Indonesia. Akan menjadi suatu nilai lebih bagi penulis bila mampu menguasai piranti lunak ini dibandingkan piranti lunak CAD/CAM lain yang kurang dikenal di dunia industri, untuk mengantisipasi persaingan kerja di masa mendatang. 2. Perumusan Masalah dan Pembatasan Permasalahan yang umum terjadi pada proses tempa adalah kerusakan seperti pecah atau crack pada bagian flash maupun benda kerja, lipatan atau cold shut / fold setelah proses penempaan yang dapat disebabkan oleh kesalahan dalam desain cetakan blocker dalam mengantisipasi daerah-daerah dengan radius atau sudut yang kecil atau yang kita kenal dengan istilah umum fillet. Sementara, kelebihan volume material dan desain pada cetakan blocker dan cetakan finisher sangat menentukan efisien tidaknya biaya produksi suatu perusahaan. Dengan adanya simulasi piranti lunak diharapkan didapat suatu keuntungan dengan memperkecil kesalahan proses produksi dan penghematan material. Oleh karenanya, pengalaman seorang “dies design engineers” sangat menentukan efisiensi, keberhasilan, dan mutu produk. Untuk mempermudah pemahaman tugas akhir ini, maka penulis mengambil beberapa batasan masalah sebagai berikut:

3

•

Proses tempa yang dipakai adalah metode press, disesuaikan dengan keperluan produksi massal (kebutuhan 40.000 buah per bulan). Dengan asumsi mesin press yang tersedia adalah 1000 ton dan 1600 ton.

•

Perancangan cetakan tempa untuk pembuatan batang penghubung pada mesin K3de Daihatsu Xenia dengan piranti lunak beserta analisa proses pemesinan.

•

Hal yang tidak termasuk ke dalam pembahasan adalah pembahasan bagian pendukung lainnya, seperti tutup batang penghubung atau connecting cap, pemesinan, atau pekerjaan lanjut untuk batang pengerak dengan alasan sebagai berikut: - Pekerjaan lanjut seperti boring dan honing diperlukan tutup batang penghubung yang sudah terpasang rapat dengan batang penghubung. - Coining and triming karena dilakukan pada mesin yang berbeda.

•

Pengolahan data gambar teknik beserta dimensinya ke dalam bentuk solid 3D menggunakan piranti lunak Unigraphics versi NX 2.

•

Perhitungan yang digunakan dalam tugas akhir ini mengacu pada referensi dan standar yang berlaku di dunia industri pada umumnya, hal ini termasuk pemilihan bahan dan asumsi angka keamanan beserta gaya tempa yang dibutuhkan.

3. Tujuan Penulisan Adapun tujuan yang ingin dicapai penulis dalam penyusunan tugas akhir ini adalah sebagai berikut: •

Memahami langkah-langkah yang diperlukan untuk proses tempa suatu obyek.

•

Mampu menganalisis masalah-masalah yang terjadi dalam proses pemesinan dengan CNC agar diperoleh waktu yang efektif.

•

Sebagai tambahan pengetahuan untuk bekal bekerja serta sebagai sarana studi banding terhadap teknologi yang berkembang di dunia industri.

4. Metode Penulisan Tugas Akhir a. Studi Literatur Mengkaji referensi berupa buku-buku yang menunjang dalam penyusunan tugas akhir sebagai dasar teori.

4

b. Survei Lapangan dan Pengumpulan data Mengamati perkembangan teknologi manufaktur yang ada demi mengetahui kendala-kendala yang dihadapi dalam proses pembuatan komponen otomotif, serta untuk memperoleh data-data tempa sesungguhnya di dunia industri. Dalam hal ini, pengumpulan data mengenai produk dilakukan melalui PT Menara Terus Makmur sebagai salah satu subkontraktor PT Astra Daihatsu Motor. c. Bimbingan Asistensi dan konsultasi dengan dosen pembimbing untuk mendapatkan hasil penulisan yang baik dan sesuai dengan aturan baku. 5. Sistematika Penulisan Tugas Akhir Adapun sistematika penulisan tugas akhir ini adalah sebagai berikut: BAB I PENDAHULUAN Bab ini berisi latar belakang masalah, tujuan, pembatasan masalah, metode penulisan, dan sistematika penulisan tugas akhir. BAB II DASAR TEORI Bab ini memberikan gambaran secara umum tentang batang penghubung mesin K3de Daihatsu Xenia, prinsip proses pembentukan benda dengan tempa, urutan proses desain cetakan tempa, serta rumus-rumus yang digunakan. BAB III METODOLOGI PENULISAN Berisi tentang metode, standar, dan prosedur dalam mengumpulkan data-data teknis. Memaparkan kemungkinan / alternatif desain rongga atau cavity, penulis menyajikan 3 (tiga) kemungkinan pola, yaitu single cavity, double cavity memanjang, dan double split cavity. BAB IV ANALISA DAN PERHITUNGAN DATA Pada bab ini, penulis memaparkan analisa dalam bentuk tabel dan perhitungan dari masing-masing kemungkinan, yaitu penentuan beban tempa, material yang

5

dibutuhkan dan penentuan/pemilihan cetakan, serta penentuan besarnya ukuran cetakan tempa sesuai dengan standar dan referensi yang berlaku di dunia industri. Kemudian penulis juga mengulas lebih lanjut untuk desain yang dipilih. BAB V KESIMPULAN DAN SARAN Bab ini berisi kesimpulan dari hasil analisa dan saran.

DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN

BAB II DASAR TEORI

Pada setiap mesin penghasil daya yang menggunakan mekanisme silinder dan torak atau kita kenal dengan nama mesin bakar torak, ada suatu kejadian dengan urutan yang sama berulang-ulang yang kita kenal sebagai daur (cycle). Oleh karenanya, kita kenal adanya daur dua langkah dan daur empat langkah. Selama penghasilan daya pada kedua jenis daur tersebut poros engkol (crank pin) menerima dorongan ke bawah dari piston melalui batang penghubung. 2.1. Connecting Rod Istilah umum dalam bahasa Indonesia adalah batang penghubung, di mana bagian ini berhubungan langsung dengan gerakan translasi dari piston. (connecting rod selanjutnya disebut oleh penulis dengan istilah batang penghubung). Dipasangkan salah satu ujungnya pada crank pin dan satu ujung lainnya dipasangkan pada piston. Pangkal batang penghubung biasanya terbagi menjadi dua bagian, tempat di mana dipasang bantalan-bantalan pena engkol. Kedua bagian tersebut kemudian diikat dengan baut.

Gambar 2.1 Konstruksi batang penghubung

6

7

Dari segi desain, untuk tiap mesin dengan kemampuan tertentu biasanya mempunyai panjang tersendiri. Semakin panjang batang engkol, semakin besar pula torsi yang dihasilkannya. Parameter desain sebuah batang penghubung adalah sebagai berikut: 1. Bagian ini haruslah mempunyai syarat kombinasi antara kekuatan yang besar dengan kekakuan yang memiliki keringanan konstruksi atau dapat dikatakan bagian ini harus cukup kuat dan kaku untuk membawa dorongan piston selama langkah penghasilan daya. Berikut adalah gaya-gaya yang terjadi pada batang penghubung: a. Gabungan antara tekanan piston dengan momen inersia bagian translasi dan gesekan dari ring piston, kepala piston, dan piston rod. b. Komponen longitudinal momen inersia dari batang penghubung c. Komponen transversal momen inersia dari batang penghubung d. Gesekan antara kedua ujung bearing batang penghubung menyebabkan piston berubah centerline-nya, seperti huruf S. 2. Pada saat yang sama, diharapkan keringanannya untuk memberikan gaya inersia dan gaya sentrifugal yang tidak berlebih pada bantalan. (Maleev, hal : 515-519)

Gambar 2.2 Distribusi gaya batang penghubung Dilihat dari fungsi dan distribusi gaya yang terjadi, batang penghubung harus mempunyai sifat ulet, tangguh, dan tahan terhadap fluktuasi tegangan yang terjadi.

8

Biasanya batang penghubung dibuat dengan metode tempa, kadang kala dari material nikel, vanadium, duralumin, ataupun paduan alumina. Untuk mesin putaran rendah, bentuknya sirkular, sedangkan untuk mesin putaran tinggi, biasanya mempunyai bentuk potongan berbentuk H karena sangat dibutuhkan faktor ringannya. 2.2. Definisi Forging, Keuntungan, Kekurangan, Serta Kategori Teknologi tempa atau forging yang dikenal sejak 1600 SM, sekarang telah berkembang dengan bentuk yang semakin rumit, beragam, dan ukurannya makin besar. Sementara itu, tidak ada proses manufaktur lainnya yang dapat menyaingi tempa dalam hal kekuatan (strength) dan keandalan (reabilitiy). Forging atau tempa dapat didefinisikan sebagai proses pembentukan logam dengan aplikasi tekanan dan temperatur (meskipun ada beberapa material dapat dibentuk tanpa pemanasan, namun umumnya hampir setiap operasi menggunakan pemanasan material) sehingga terdeformasi mengikuti bentuk cetakannya. Tempa tidak hanya mengubah bentuk logam tersebut, bahkan mengubah sifat material dengan memperhalus besarnya butiran dan meningkatkan kualitas strukturnya. Adapun keuntungan proses pembentukan logam yang dilakukan dengan metode tempa adalah: •

Arah susunan struktur logam dapat direncanakan sesuai dengan pembebanan yang akan dikenakan. Sehingga, dengan kondisi sedemikian rupa benda tersebut akan mampu menahan gaya-gaya yang ditumpunya, bahkan walaupun dimensinya kecil cocok untuk menumpu pembebanan dinamis.

•

Akurasi pembentukan material ditentukan oleh desain cetakan sehingga tidak diperlukan terlampau banyak kemampuan (skill) operator.

Selain keuntungan-keuntungan di atas, terdapat kekurangan dari proses pembentukan dengan metode tempa, di antaranya seperti tersebut di bawah ini: •

Dibutuhkan peralatan pendukung yang membutuhkan nilai investasi awal relatif mahal. Namun demikian, pada produksi produk massal, masih lebih menguntungkan daripada pengecoran ataupun pemesinan.

9

•

Produk yang dihasilkan dari proses tempa relatif kurang baik dibandingkan proses lain yang setara, hal ini disebabkan adanya proses oksidasi serta reaksi penyusutan dari permukaan logam.

•

Toleransi benda yang dihasilkan rendah atau tidak bisa diharapkan tinggi karena produk yang dihasilkan relatif kurang baik.

Menurut Dieter, tempa dapat dikategorikan menjadi dua garis besar, yaitu tempa cetakan terbuka (open-die forging) dan tempa cetakan tertutup (closed-die forging). Cetakan terbuka biasanya menggunakan cetakan rata yang sederhana, digunakan untuk melakukan proses pada benda yang bentuknya sangat besar, jumlah produksinya pun kecil atau sering pula digunakan untuk pembentukan awal benda kerja cetakan tertutup. Sedangkan untuk cetakan sistem tertutup, digunakan cetakan hasil pemesinan untuk menghasilkan dimensi dengan toleransi tertentu. Umumnya, pada proses produksi massal didasarkan atas mahalnya harga cetakan. Desain sebuah komponen oleh cetakan sistem tertutup, tergantung pada prediksi faktor-faktor berikut: a. Volume dan berat benda kerja. b. Jumlah langkah pembentukan material dan konfigurasinya. c. Dimensi flash pembentukan awal dan pembentukan akhir. d. Beban dan energi yang dibutuhkan pada setiap operasi tempa. (Dieter, hal: 578) 2.3. Peralatan, Jenis Tempa dan Syarat Material Dies Peralatan tempa press dapat didefinisikan sebagai mesin dengan luasan berisi dua atau lebih cetakan dengan tujuan gerakan yang terkoordinasi dan gaya yang cukup untuk pembentukan material, sekaligus mempunyai karakteristik menyangga dan menghilangkan gaya reaksi yang terjadi ketika cetakan membentuk material. Hal inilah yang membedakan antara mesin press dan mesin hammer. Pada mesin hammer, faktor keterampilan dan pengalaman seorang operator akan sangat mempengaruhi hasil dari benda / produk. Hal ini dikarenakan mesin hammer dapat menghasilkan tekanan yang bervariasi, untuk membentuk suatu produk dapat saja dilakukan penekanan secara berulang ulang sampai bentuk dan hasilnya tercapai. Biasanya kapasitas tekanan mesin hammer jauh lebih kecil dibandingkan mesin press.

10

Namun demikian pada mesin press, faktor cetakan adalah satu-satunya hal yang mempengaruhi baik tidaknya produk dalam sekali penekanan cetakan. Pada dasarnya press dapat diklasifikasikan berdasarkan langkah operasinya (tunggal, ganda, dst), berdasarkan arah operasinya (vertikal dan horisontal) serta berdasarkan jenis daya untuk operasinya yaitu mekanis atau hidrolik.

Gambar 2.3. Mesin Press dan Mesin Hammer. Pemilihan material cetakan sangat ditentukan oleh sifat-sifat yang diperlukan dan kondisi untuk material cetakan itu sediri, karena macam dari material yang beragam dan sifatnya yang cukup berbeda. Pemilihan material cetakan tergantung pada 3 faktor yaitu : 1. Jumlah produk yang akan dibuat 2. Metode pembentukan dan jumlah langkah 3. Jenis material dari benda kerja (work piece). Diharapkan pemilihan material cetakan merupakan titik temu dari segi ekonomis dan segi teknik, yaitu semakin sedikit jumlah produksi maka diharapkan semakin kecil harga material cetakan namun demikian sifat material cetakan harus sesuai untuk prosesnya. Berikut adalah sifat-sifat material properties yang diperlukan sebagai parameter yang sangat penting disesuaikan dengan 3 faktor diatas:

11

1. Tahan Aus (Wear Resistance) Bagian permukaan cetakan merupakan bagian yang secara langsung menerima tekanan dan gesekan dari benda kerja sehingga mudah mengalami aus. Apabila dies telah aus dimensi produk akan terpengaruh dan tidak menjadi teliti lagi, bahkan sampai cetakan tidak dapat dipergunakan lagi. Oleh karena itu untuk memperpanjang umur cetakan biasanya digunakan High Wear Resistant Materials yang secara umum semakin keras material tersebut semakin besar ketahanannya terhadap aus. 2. Kekuatan (Toughness) Cetakan press biasanya menerima beban kejut yang besar sehingga diperlukan kekuatan yang tinggi. Sifat ini bertolak belakang dengan sifat tahan aus dimana semakin lunak material akan mempunyai kekenyalan yang tinggi. Oleh karena itu perlu dipertimbangkan pemilihan

salah satu sifatnya

berdasarkan aplikasi yang diharapkan. 3. Batas Lelah (Fatique Limit) Pada pekerjaan press beban yang sama terjadi pada dies secara berulang bahkan sangat sering. Sehingga diperlukan material yang tahan terhadap kelelahan material untuk menahan beban yang berulang tersebut. 4. Tahan Tekanan (Compression Stress Resistance) Yaitu faktor ketahanan terhadap tekanan dan tegangan yang dihasilkan pada saat pembentukan benda kerja. 5. Tahan panas (Heat Resistance) Material yang baik mengalami sangat sedikit penurunan sifat mekaniknya dengan kata lain mempunyai ketahanan panas yang baik. 6. Mampu Mesin (Ease of Machining) Ditekankan untuk menurunkan biaya pembuatan dan pemesinan cetakan. Biasanya semakin baik kualitas maka semakin sulit untuk dipotong dalam pemesinan.

12

7. Mampu perlakuan panas (Ease of Heat Treatment) Material yang baik memperlihatkan sifat-sifat baik secara penuh sesudah proses perlakuan panas. Biasanya semakin tinggi grade material yang dipakai semakin besar biaya perlakuan panasnya, sebab itu sangatlah berpengaruh terhadap biaya keseluruhan dari dies sendiri. 8. Harga murah (Low Cost) Harga dari material dies tidak hanya dihitung per tiap kilogramnya, melainkan dihitung dari biaya keseluruhan pembuatannya. 9. Ketersediaan (Availability) Yaitu apakah material dapat diperoleh dengan mudah.

Berdasarkan uraian diatas, beban kerja yang sangat besar pada mesin press menyebabkan sangat dibutuhkannya kualitas tertinggi dari material meskipun harga material itu mahal dan ongkos permesinan yang relatif mahal pula, dengan kata lain dies dengan material yang murah sulit sekali cocok dengan proses ini. (Aida Press, hal 211-216) 2.4. Posisi Strategis Desain Pada Industri Tempa Posisi strategis yang ditempati divisi CAD/CAM sebagai pusat teknologi proses produksi mempengaruhi hampir keseluruhan fasilitas perusahaan bahkan sampai kualitas dan pengiriman kepada konsumen. Berikut adalah gambaran keterkaitan divisi desain CAD/CAM pada industri tempa dengan divisi lainnya

Gambar 2.4. Flow proses CAD & CAM terhadap proses lain yang terkait.

13

Secara garis besar proses urutan disain dies forging yang sering dilakukan di industri sekarang ini adalah sebagai berikut:

Gambar 2.5. Skema Urutan Prosedur umum desain dies

14

2.5. Rumus-Rumus Perencanaan Cetakan Rumus-rumus perhitungan beban tempa mengacu pada referensi buku yaitu Basic Forging Dies Design. Karena perusahaan yang kami maksud bekerja sama dengan perusahaan metal forming di jepang, maka teori yang dipakai juga mengikuti referensi dari jepang yaitu : Instruction Manual on Forging Technology dan Handbook of Metal Forming. Sehingga rumus-rumus dibawah ini berlaku secara umum. Perhitungan beban tempa akan digunakan untuk menentukan kapasitas mesin yang dipakai. Rumus yang digunakan menghitung beban dari suatu mesin yang dibutuhkan untuk proses Press Forging adalah sebagai berikut : ¾ Untuk benda yang mempunyai penampang melingkar Rumus ini digunakan untuk benda-benda yang mempunyai penampang melingkar/mendekati melingkar (dilihat dari pandangan atas/top view), dan benda yang mempunyai sumbu simetri.

Gambar 2.6 Beberapa contoh bentuk benda yang dapat digunakan rumus penampang melingkar. 2

20 ⎞ ⎛ P = 8 ⎜ 1,1 + ⎟ (1 − 0 , 001 • Ds ). σ . Fs ...................... (persamaan 2.1) Ds ⎠ ⎝

Dimana = -P

= gaya forging yang dibutuhkan

(kg.f)

- Ds = diameter terluar benda kerja

(mm)

- σ = kekuatan tarik

(Kg.f/mm2)

- Fs = luasan bidang benda kerja (Top View)

(mm2) (Sugeng sudrajat,2000: 3)

15

¾ Untuk benda dengan penampang tidak melingkar Rumus ini digunakan untuk benda-benda yang tidak mempunyai penampang melingkar/mendekati melingkar (dilihat dari pandangan atas/top view), dan benda yang tidak mempunyai sumbu simetri.

Gambar 2.7 Beberapa contoh bentuk benda yang dapat digunakan rumus penampang tidak melingkar.

⎛ 20 Pth = 8 ⎜⎜1,1 + Dth ⎝

2

⎛ ⎞ ⎟⎟ (1 − 0,001. Dth ) ⎜1 + 0,1 ⎜ ⎠ ⎝

Ls Bsm

⎞ ⎟ .σ . Fs .... (Persamaan 2.2) ⎟ ⎠

Dimana : -P

= gaya forging yang dibutuhkan

(kg.f)

-σ

= kekuatan tarik

(kg.f/mm2)

- Fs

= luasan bidang benda kerja (Top View)

(mm2)

- Dth

= 1,13

(mm)

- Ls

= panjang maksimal benda forging

Fs

(mm)

- Bsm = lebar rata-rata benda forging

(mm) (Sugeng Sudrajat,2000: 3)

2.6. Penentuan Tahapan Proses Forging yang Direncanakan Untuk menentukan metode proses yang akan digunakan terhadap produk tersebut tergantung dari beberapa faktor, diantaranya adalah : ¾

Pengalaman dari desainer itu sendiri.

¾

Mesin-mesin yang dimiliki oleh suatu perusahaan.

¾

Bentuk /kontur dari benda ataupun die yang akan diproses.

16

2.7. Perencanaan Berat Material yang Dibutuhkan Estimasi material digunakan untuk menentukan effisiensi material dan berat material yang diperlukan saat proses forging berlangsung sehingga akan diperoleh dimensi dari raw material (diameter dan panjang raw material). Penentuan berat material didapat dengan cara menghitung berat benda tersebut ditambah berat flash gutter yang direncanakan, termasuk faktor penyusutan material dan toleransi tempa. Metode yang digunakan untuk proses perhitungan berat material adalah penentuan volume material dengan fasilitas piranti lunak. Untuk menghitung massa suatu material mula-mula yang dibutuhkan dalam proses tempa dapat dihitung dengan rumus umum: Wraw = Vraw ⋅ ρ ….………………………… Dimana : - Wraw

(persamaan 2.3)

= Berat Raw Material (kg)

- Vraw

= Volume Raw Material (mm3)

- ρ

= Massa jenis material (kg/mm3) (Amish JM, Jones FD & Ryffel HH, 2004: 2547)

Adapun faktor toleransi yang sering digunakan untuk merencanakan berat material benda tempa adalah: ¾

Penyusutan material terhadap panas (Scalling of material by heating) Pengertiannya adalah material akan tereduksi karena proses pemanasan, dengan adanya oksidasi yang terjadi akan mengakibatkan berkurangnya berat atau ukuran material tersebut. Adapun tabel yang menunjukan faktor koreksi yang perlu diperhitungkan berdasarkan mesin pemanas adalah sebagai berikut Tabel. 2.1 Faktor penyusutan material terhadap proses pemanasan

(The Sokeizai, 1986 : 311)

17

¾

Toleransi tempa (forging tolerance) Toleransi tempa ini dimaksudkan untuk keamanan distribusi material selama proses, sehingga semua rongga cetakan dapat terisi semua (tidak terjadi under fill). Hal tersebut memang sangat sulit untuk diprediksi dan diperhitungkan. Teknik penentuan toleransi ini diambil berdasarkan pengalaman disainer. Adapun bentuk bentuk dasar yang banyak dijumpai dan bisa dijadikan acuan adalah sebagai berikut :

∅ Forging tolerance :

Luas luar x (0,5 ~ 1 mm) =…….mm3

∅1 Forging tolerance : (Luas 1 – Luas 2) x (0,5 ~ 1 mm) =……mm3

∅2

Forging tolerance : Luas total (top view) x (0,5 ~ 1 mm) =……mm3

Gambar 2.8. Macam-macam Bentuk Dasar Benda forging yang Dijadikan Acuan Penentuan Toleransi Forging Sedangkan Volume raw material sendiri merupakan akumulasi dari:

Vraw = (Vmod el + V flash + VGutter + Tol forging ) ⋅ S matrl …………

(persamaan 2.4)

Dimana : - Vraw

= Volume model (mm3)

- Vmodel = Volume model (mm3) - Vflash

= Volume flash (mm3)

- Vgutter = Volume gutter (mm3) - Tolforging = Forging tolerance (mm3) - Smatrl

= Scaling of material (Sugeng Sudrajat, 2000: 6)

18

2.8. Effisiensi Material

Perhitungan efisiensi material digunakan untuk mengetahui berapa besar material yang tidak terbuang. Dalam hal ini merupakan perbandingan dari volume produk dengan volume raw material.

η=

Volume produk x 100 % Volume raw material ........................................ (persamaan 2.5)

Dimana -η

= Effisiensi dinyatakan dalam %

- volume produk

= volume benda jadi (mm3)

- volume raw material = volume benda jadi ditambah

2.9. Perencanaan Dies Forging 2.9.1. Parting Line

Parting Line bisa berbentuk garis lurus atau berbentuk garis lengkung (kontur) tergantung dari bentuk model dan permintaan customer. Penentuan parting line sangat berpengaruh terhadap die cost, kemudahan proses tempa, arah butiran yang berhubungan dengan sifat-sifat mekanik material serta kebutuhan proses pemesinan saat finishing produknya. Berikut di bawah ini adalah gambar macam-macam parting line.

Gambar 2.9. Macam-macam Penentuan Parting Line

19

2.9.2. Draft Angle

Draft angle pada dies forging diberikan dengan maksud untuk mempermudah benda keluar dari cavity. Standar untuk draft angle Untuk proses dengan metode Press, minimum 1º, umumnya 5º Besarnya draft angle tersebut tidak mutlak, tetapi harus disesuaikan dengan permintaan customer, dimana tidak akan mempersulit proses selanjutnya.

2.9.3. Radius/Fillet

Ukuran radius dalam cavity dies akan menyebabkan terjadinya konsentrasi tegangan dan tekanan yang dibutuhkan untuk mengisi cavity dies bertambah besar. Bila fillet/radius terlalu tajam akan menyebabkan peningkatan tekanan dan tegangan yang dapat menimbulkan keretakan pada benda kerja. Gambar-gambar berikut ini dapat digunakan sebagai bahan pertimbangan untuk menentukan radius dalam cavity:

Gambar 2.10. Urutan proses tempa untuk menentukan radius yang diijinkan

20

2.9.4. Shrinkage

Shrinkage adalah suatu nilai yang menunjukan perubahan dimensi saat material mengalami perlakuan panas dan nilai ini dipertimbangkan untuk merencanakan dimensi benda saat panas yang nantinya akan dingin. Angkaangka yang terdapat pada tabel tersebut tidak mutlak, akan tetapi tergantung pada pengalaman masing-masing disainer, temperatur pemanasan material, metode forging yang digunakan dan jenis material yang dipakai dalam proses forging. Shrinkage dapat dihitung dengan rumus : λ = α . θ . 10-4 % ................ (persamaan 2.6) dimana :

α = thermal expansion coefficient θ = temperatur benda kerja (ºC) λ = Persentase shrinkage (%) (Sugeng Sudrajat, 2000: 12)

Tabel 2.2 Prosentase perubahan dimensi baja kembali pada suhu akhir setelah ditempa pada temperatur 800ºC ~ 1100ºC

(The Sokeizai, 1986 : 307)

21

2.9.5. Upset

Proses upset dilakukan untuk memberikan bentuk awal, dimana dengan proses ini akan memudahkan material dibentuk menjadi bentuk yang diinginkan, jika dibandingkan tanpa dilakukan proses pembentukan awal. Umumnya desain upset sangat berpengaruh terhadap distribusi material pada proses selanjutnya. Dalam hal ini pengalaman merupakan faktor yang sangat menentukan keberhasilan desain. Berikut adalah gambar skema proses upsetting benda kerja sebelum masuk blocker :

Gambar 2.11. Aplikasi Bentuk Upset Untuk mencegah bending yang berlebih saat proses upset, sebaiknya ukuran material mengikuti perbandingan panjang / diameter, dimana untuk: - Proses Press

= 1,3 ≤ L/D ≤ 2,3

2.9.6. Blocker

Blocker merupakan bentuk awal yang dibutuhkan untuk mencapai bentuk akhir benda tempa yang baik sebelum memasuki proses finishing. Desain blocker sangat menentukan proses selanjutnya, dalam hal ini pengalaman seorang desainer akan sangat membantu tingkat keberhasilan desain. Berikut ini adalah teknik umum untuk mendesain blocker :

22

Gambar 2.12. Teknik umum untuk desain Blocker

2.9.7. Finisher

Desain finisher harus sama dengan ukuran benda yang diminta oleh customer, maka dari itu untuk mencapai bentuk yang baik diperlukan desain blocker yang baik sehingga pada saat proses finishing, material akan terbentuk dengan mudah dan sesuai harapan. Ukuran cetakan finisher sesuai dengan dimensi produk dikalikan dengan shrinkagenya.

2.9.8. Desain Flash

Flash merupakan kelebihan material yang direncanakan, hal ini bertujuan untuk membantu mengontrol aliran material dalam cavity selama proses tempa berlangsung. Flash ini nantinya akan dihilangkan dengan proses trimming.

23

Secara umum desain flash ditunjukkan pada gambar berikut ini :

Gambar 2.13. Desain Flash Secara Umum 2.10.

Proses permesinan cetakan dan pengkasaran

2.10.1. Dasar Teori Mesin Milling CNC

Pada prinsipnya, cara kerja mesin CNC ini adalah benda kerja dipotong oleh sebuah pahat yang berputar dan kontrol gerakannya diatur oleh komputer melalui program yang disebut G-Code. Komputer ini merupakan komponen yang sangat penting dan sangat vital dalam sistem kontrol numerik. Komputer dapat memecahkan persamaan-persamaan matematika dan pekerjaan yang sulit dalam waktu singkat. Selain itu sebuah komputer dapat dengan mudah memahami bentuk dan ukuran benda kerja, fungsi kontrol dari mesin dan operasi pengerjaannya. Keuntungan penggunaan mesin CNC antara lain adalah : •

Kemampuan mengulang Pada saat pembuatan benda kerja, mesin CNC ini mampu mengulangi membuat beberapa benda dengan bentuk yang sama persis dengan aslinya.

•

Keserbagunaan Mesin CNC dapat digunakan untuk berbagai bentuk pengerjaan bermacam macam kontur sesuai dengan kebutuhan.

24

•

Kemampuan kerja Mesin CNC dapat memproduksi benda kerja secara terus menerus dengan hasil yang baik, sehingga dapat meningkatkan produktifitas pengerjaan.

2.10.2 Proses Pemotongan pada Mesin Milling

Geram dari proses milling dapat terbentuk karena adanya pemotongan dari alat potong yang berputar dimana sisi potongnya diatur disekeliling alat potong tersebut. Agar sisi potong dari alat potong dapat memotong material, maka sisi potongnya harus memiliki sudut bebas. Pada mesin milling terdapat dua gerakan dasar yaitu gerakan pemotongan dan gerakan pemakanan. Gerakan pemotongan adalah gerakan melingkar dari alat potong. Sedangkan gerakan pemakanan merupakan gerakan dalam bentuk garis lurus. Tebal geram didapat dari gerakan pemakanan tersebut.

Gambar 2.14. Gerakan Pemakanan dan Pemotongan pada Mesin Milling

2.10.3 Variabel – variabel Proses Pemotongan

Pada proses pemotongan dengan menggunakan mesin milling terdapat beberapa variabel antara lain : ¾ Putaran Spindel Mesin

Putaran spindel mesin sangat tergantung oleh kecepatan pemotongan dan diameter dari pahat. Untuk mesin konvensional berlaku persamaan berikut ini:

25

n=

1000 Vc ................................. π d

(persamaan 2.7)

Dimana : - n = putaran spindle mesin

(rpm)

- d = diameter pahat

(mm)

- Vc = kecepatan potong

(m/min)

(Amish JM, Jones FD & Ryffel HH, 2004 : 1016) Kecepatan gerak pahat tergantung dari bahan benda kerja yang akan dimilling dan bahan dari pahat potong itu sendiri. Dan nilainya di lihat melalui tabel. ¾ Kecepatan Pemakanan

Kecepatan pemakanan dihitung berdasarkan ketebalan geram yang dapat dipotong oleh setiap gigi pahat, yang disebut pemakanan per gigi. Besarnya pemakanan tiap gigi tergantung oleh beberapa faktor yaitu: jenis material yang dipotong, jenis pahat yang digunakan, kedalaman pemotongan dan hasil akhir yang diinginkan. Untuk menghitung kecepatan pemakanan dapat digunakan satuan μ m/put atau mm/menit. Dalam pemrograman dengan CNC menggunakan kode G95 dan G94. G94 dipakai untuk pengerjaan umum dengan satuan mm/menit. Sedangkan G95 dipakai untuk pengerjaan pengeboran. Sm = Sz . Z . n ..........................

(persamaan 2.8)

Dimana : - Sz = pemakanan tiap gigi

(mm/gigi)

- Z = jumlah gigi potong pahat - n = putaran spindle mesin

(rpm)

- Sm = kecepatan pemakanan

(mm/min)

(Amish JM, Jones FD & Ryffel HH, 2004 : 1041)

26

¾ Kedalaman Pemakanan

Besarnya

kedalaman

pemakanan

berhubungan

erat

dengan

kecepatan

pemakanan dan juga dari diameter pahat tersebut. Semakin tinggi kecepatan pemakanan, maka pahat yang digunakan semakin kecil diameternya dan kedalaman pemakanan pada benda kerja menjadi kecil.

2.10.4. Sistem Persumbuan

Sistem persumbuan pada mesin CNC mengikuti sistem persumbuan umum yang telah ditetapkan ISO, yaitu sumbu Z ditempati spindel utama sebagai dasar persumbuan, kemudian secara berurutan sumbu X pada arah memanjang meja, dan sumbu Y pada arah gerak melintang meja. Untuk gerakan lurus ketiga sumbu tersebut dapat bergerak bersamaan, sedangkan untuk gerakan melingkar hanya dua sumbu yang dapat bergerak secara bersamaan. 2.10.5. Position Shift Offset

Titik NOL mesin untuk mesin milling terletak pada sudut kiri atas dari meja mesin. Titik nol pada posisi ini, pada pemakaiannya bisa digeser ke suatu titik/ tempat yang menguntungkan. Untuk melakukan pergeseran titik referensi mesin perlu diketahui titik-titik referensi mesin yaitu : ¾

Titik Nol Mesin (M)

Titik Nol Mesin adalah sistem koordinat asli.

Gambar 2.15. Titik Nol Mesin

27

¾

Titik Referensi Pemegang Pahat (N)

Dari titik inilah dinyatakan panjangnya alat potong.

Gambar 2.16. Titik Nol Referensi Pemegang Pahat ¾

Titik Nol Benda Kerja (W)

Titik nol benda kerja ditentukan oleh pemrograman.

Gambar 2.17. Titik Nol Benda Kerja

2.10.6. Penentuan Titik Nol Benda Kerja

Untuk memindahkan titik nol ini diperlukan peralatan bantu yang disebut : Edge Indicator. Ragum berfungsi sebagai tempat pemindahan titik nol. Penentuan titik nol ini dilakukan dengan cara menggeser Edge Indicator pada ragum/benda kerja sesuai dengan posisi yang dikehendaki.

28

Edge indicator berputar dalam satu sumbu sebelum menyentuh tepi workpiece.

Permukaan yang dapat menempel karena gaya magnit.

Edge indicator berputar tidak dalam satu sumbu setelah menyentuh tepi workpiece.

Gambar 2.18. Setting Titik Nol Benda Kerja dengan Edge Indicator 2.10.7. Kompensasi atau Pergeseran Titik Nol Pahat

Pergeseran titik nol pahat disebut juga kompensasi panjang pahat. Titik nol pahat asli terletak pada sumbu permukaan spindel. Pergeseran yang dimaksud disini adalah memindah titik nol asli ke ujung pahat. Kompensasi ini dilakukan dengan maksud untuk mengetahui perbedaan panjang pahat yang satu dengan lainnya. Adapun caranya dengan mengukur perbedaan panjang masing-masing pahat pada saat terangkai bersama arbor. Perbedaan panjang ini diukur dari ujung pahat terhadap bibir spindle utama, pengukuran ini dapat dilakukan dengan dial indicator. Besarnya pergeseran tersebut dicatat dan dimasukkan dalam data pahat ( tool data ) pada mesin CNC.

29

Gambar 2.19 Pengukuran perbedaan panjang cutter dengan menggunakan dial indicator. Dengan pencatatan ini maka titik nol referensi pahat yang semula berada di bibir spindle mesin akan bergeser sejauh data pengukuran yang telah dicatat, artinya: titik nol pahat bergeser ke ujung pahat

30

Gambar 2.20. Kondisi yang diinginkan dengan penerapan dari kompensasi pahat.

Kondisi yang diinginkan dari penerapan kompensasi ketinggian adalah seperti yang digambarkan diatas, yaitu semua ujung pahat berada segaris dengan retract plane yang ditentukan sebelumnya yaitu sebesar 10 mm. Untuk dapat memperoleh hasil yang maksimal dari data titik nol benda kerja dengan data kompensasi pahat yang telah dilakukan sebelumnya, maka perlu dilakukan pencatatan penetapan posisi pahat dengan perintah G92.

2.10.8 Dasar Teori Mesin EDM

Proses EDM. (Electrical Discharge Machine) ini berfungsi untuk mengatasi bentuk, kontur, dan dimensi yang tidak dapat dicapai oleh proses pemesinan secara CNC. Adapun hubungannya dengan kasus pemesinan dengan CNC adalah bahwa proses pemesinan dengan CNC ini hanya memperbolehkan pahat terkecil adalah berdiameter 3 mm dengan radius ujung pahat 1.5 mm. Maka diharapkan dengan proses secara E.D.M. semua kontur dan dimensi akan terbentuk sesuai dengan yang diharapkan.

31

2.11. Proses Pemesinan Tambahan.

Proses pemesinan tambahan ini dilakukan dengan mesin-mesin konvensional, proses ini dimaksudkan untuk memberikan perlengkapan-perlengkapan yang diperlukan bagi sebuah forging die untuk berfungsi optimal. Adapun proses pemesinan tambahan yang perlu diberikan adalah: Hand Grinding (Buffing). Setelah permukaan pada rongga cetakan mengalami proses pemesinan dengan CNC dan E.D.M., maka akan terbentuk suatu hasil permukaan (surface finish) yang relatif masih kasar. Untuk itulah diperlukan proses lebih lanjut untuk membentuk permukaan rongga cetakan lebih rata. Proses ini dimaksudkan untuk menghilangkan kekasaran akibat pembentukan step over pada mesin CNC (step over effect).

Gambar 2.21. pengerjaan permukaan (buffing) 2.12. Proses Perlakuan Panas (Heat Treatment) cetakan.

Setelah die mengalami segala proses yang diperlukan, maka proses pemesinan dianggap selesai. Tetapi untuk memenuhi sifat-sifat mekanis dari syarat sebuah cetakan tempa, maka perlu dilakukan perlakuan panas. Adapun Standar yang berlaku untuk sebuah cetakan tempa dengan metode press dengan material SKD 61, menurut kepada ketentuan Sanyo Special Steel Co, - yaitu:

•

Quenching pada suhu 1000-1050 C, pendinginan dengan udara paksa (air quenching)

•

Tempering pada suhu 550-650 C, pendinginan dengan udara bebas (air cooling).

BAB III METODOLOGI PENULISAN

3.1 Pengumpulan data Penulis mengumpulkan data melalui survei, juga melalui studi literatur tempa. Data-data yang dikumpulkan yaitu berupa : A. Gambar kerja dan contoh produk Gambar teknik batang penggerak, lengkap dengan informasi dimensi, toleransi dimensi maupun toleransi berat yang diijinkan (terlampir pada lampiran gambar). Data ini didapatkan dari PT. Menara Terus Makmur, dimana rasio penyusutan / scaling factor benda sudah diperhitungkan. B. Parameter-parameter Kerja Parameter kerja adalah kondisi yang dapat mempengaruhi dalam pembuatan cetakan, parameter tersebut berupa: 1) Kapasitas mesin press mekanik yang tersedia Dalam hal ini penulis mendapatkan data berupa dua unit mesin yang dimiliki PT. Menara Terus Makmur, yaitu mesin kapasitas 1000T.f dan 1600 T.f. Pemilihan kapasitas mesin diselaraskan dengan perhitungan beban yang diperlukan dalam proses pembentukan product. Tentunya pembentukan ini sangat ditentukan oleh luas penampang model produk. Jadi setiap produk akan mempunyai perhitungan beban sendiri. Luasan penampang model dapat dihitung melalui estimasi atau perhitungan secara kasar, namun dengan menggunakan solid modeling piranti lunak Unigraphics NX kita mampu mendapatkan luasan tersebut melalui menu analisa CAD dalam modeling application. Oleh karena itu desain yang akan kita buat nantinya, harus disesuaikan pula dengan ketebalan dan lebar cetakan pada kapasitas mesin yang kita pilih.

32

33 Berikut adalah ilustrasi mengenai ketebalan dies pada masing-masing kapasitas mesin yang dimiliki PT. Menara Terus Makmur (detail mesin dan jarak langkah dilampirkan dalam daftar lampiran).

1

a

2 Keterangan:

3

1.

TMA.

c

4

2. e

5

Bed atas mesin saat TMB.

b d

6

Bed atas mesin saat

3.

Die holder atas.

4.

Cetakan

atas

dan

cetakan bawah (Upper & Lower Dies). 5.

Die holder bawah.

6.

Bed

bawah

(fixed)

Gambar 3.1 Ilustrasi langkah mesin dan ketebalan cetakan.

* Mesin 1000 T.f, tipe: mesin press crank type a.

Langkah mesin (Stroke = 1200 mm)

b.

Minimum Gap (372 mm)

c.

Tebal Die Holder atas (90 mm)

d.

Tebal Die Holder bawah (97 mm)

e.

Tebal total Upper & Lower Dies (185 mm)

Tebal total diesmin = Gap min − ( DH atas + DH bawah ) Tebal total dies min = 372 mm − (90 mm + 97 mm) Tebal total dies min = 185 mm

mesin

34

* Mesin 1600 T.f, tipe: mesin press hidrolik (hydraulic press) a)

Langkah mesin (Stroke) 330 mm)

b) Maximum Gap (470 mm) c)

Tebal Die Holder atas (90 mm)

d) Tebal Die Holder bawah (97 mm) e)

Tebal total Upper & Lower Dies (185 mm)

Tebal total diesmin = Gap min − ( DH atas + DH bawah ) Tebal total dies min = 372 mm − (90 mm + 97 mm) Tebal total dies min = 355 mm

2) Material dies, material product dan kondisi kerja Syarat suatu proses pembentukan (press) adalah material yang lebih lunak dibentuk oleh cetakan yang lebih keras. Umumnya, dipilih material cetakan yang mempunyai material properties lebih baik dan keras dibandingkan dengan material produk. Dan kondisi yang ideal pada semua proses pembentukan adalah dalam proses pembentukan tersebut tanpa diikuti kerusakan atau perubahan bentuk pada cetakan (deformation). Namun kondisi ideal, dimana cetakan tidak mengalami kerusakan ini hanya bisa dilakukan pendekatan saja, kenyataannya setiap cetakan mempunyai umur pemakaian setelah digunakan pada proses pembentukan. a) Material cetakan tempa yang umum dipakai adalah (JIS) SKD 61. Material Propertiesnya adalah sebagai berikut : •

Mass Density

= 7670 kg/m3 atau 7.67 x 10-3 gr/mm3

•

Elasticity Modulus

= 1,75 x 1011 Pa

•

Poisson’s Ratio

= 0,287

•

Yields Strength

= 1,27 x 109 kg.f/mm2

•

Ultimate Tensile Strength

= 1,419 x 109 kg.f/mm2

Material cetakan tempa SKD61 ini dipilih dengan alasan berdasarkan tabel basic flow for selection of die tool steels berikut ini:

35

Gambar 3.2 Skema untuk dasar pemilihan material dies (Aida Press,1967: 227) b) Material produk (benda jadi connecting rod) adalah S50CV dengan material properties sebagai berikut: •

Mass Density

= 7830 kg/m3 atau 7,83x10-3 gr/mm3

•

Elasticity Modulus

= 1,6 x 1011 Pa

•

Poisson’s Ratio

= 0,298

•

Yields Strength

= 3,2 x 109 kg.f/mm2

•

Ultimate Tensile Strength

= 4,8 x 109 kg.f/mm2 (Aida Press,1967: 123)

36 Pemilihan material tersebut didasarkan material yang biasa dipakai untuk batang penghubung.

Tabel 3.1 Contoh applikasi material carbon steel pemesinan

(The Sokeizai, 1986: 103) c) Kondisi kerja Dimana raw material mendapat perlakukan panas pada suhu (T) = 1200º C dan kondisi temperatur lingkungan kerja (T) Ambient = 37º C.

3.2 Metoda pengolahan Data Data teknis yang telah terkumpul tersebut kemudian kita tinjau lebih dalam yaitu estimasi langkah kerja dalam menghasilkan produk yang ekonomis. Dalam hal ini penulis juga menyajikan 3 (tiga) buah alternatif jumlah rongga cetakan. Dari ketiga alternatif ini dipilih salah satu yang mempunyai nilai ekonomis tinggi yaitu: - ekonomis dari segi material skrap. - ekonomis dari bahan material dies - ekomomis terhadap waktu produksi.

3.2.1 Estimasi Langkah kerja. Sebelum tahapan disain dies dilakukan, produk yang diterima dari customer baik yang berupa gambar ataupun model diteliti terlebih dahulu, baik itu spesifikasi material yang dibutuhkan, bentuk dan dimensi benda jadi, toleransi yang digunakan

37 serta mesin mesin dan proses yang mungkin dibutuhkan. Hal tersebut perlu dilakukan untuk dapat menentukan bahwa produk tersebut mampu dan layak diproduksi sesuai dengan peralatan yang dimiliki oleh pabrik. a) Mendesain cetakan pembentuk awal (dies upseter), cetakan blocker dan cetakan finisher yang sesuai dengan pesanan customer: -

Menentukan kapasitas mesin yang akan dipakai dan selanjutnya menghitung volume raw material yang akan digunakan.

-

Membuat pola positif cetakan dengan material Carbon Graphite untuk pola pemesinan Electro Discharge Machine (EDM) menggunakan mesin CNC atau high speed machinery centre. Pembuatan pola positif cetakan dengan proses EDM ini dapat dihilangkan apabila machining center mempunyai kemampuan yang cukup dalam mengerjakan radius terkecil pada model.

-

Membuat cetakan menggunakan CNC berupa pekerjaan pengkasaran pada material cetakan dan penyelesaian pola mengunakan mesin EDM, atau menggunakan proses permesinan untuk pembuatan cetakan.

-

Proses perlakuan panas pada dies untuk mendapatkan kekerasan dan kekuatan yang diperlukan.

b) Mencoba cetakan yang sudah selesai dengan menggunakan gibs agar diketahui apakah bentuk hasil tempa sudah sesuai dengan yang diharapkan atau belum. Jika hasilnya kurang baik (dalam hal ini rongga tidak terisi semua) maka akan dilakukan pembenahan pada cetakan blocker hingga diperoleh hasil yang maksimal. c) Setelah dilakukan perbaikan pada cetakan blocker, maka cetakan tersebut dicoba dengan raw material sesungguhnya guna meneliti hasil forging apakah aliran struktur mikro dari benda yang dibentuk sudah sesuai dengan harapan atau belum. Proses pemeriksaan struktur logam dilakukan dengan membelah benda kerja yang kemudian dietsa hingga terlihat bentuk struktur mikronya. Adapun raw material yang akan diforging dipanaskan terlebih dahulu selama ± 2 menit dalam tungku listrik hingga mencapai temperature 1200°C, kemudian dibentuk sesuai urutan proses tempa.

38

Pengalaman memang sangat membantu dalam desain cetakan, namun demikian pembuatan cetakan berdasarkan coba-coba (trial and error) tidak menjamin hasil produk yang baik. Menggunakan tools yang tepat yaitu “simulasi piranti lunak” sangat membantu dalam mencapai tujuan yang diinginkan berupa effisiensi biaya terhadap kesalahan dan perencanaan material scrap yang minimum serta perencanaan yang lebih matang. Berikut adalah sketsa proses pembentukan material sampai dihasilkan bentuk akhir produk berupa batang penghubung. Raw Material

Upsetter

Blocker

Finisher

Trimmer

+

Gambar 3.3 Urutan langkah kerja (Process Methode Estimation)

39

3. 2.2 TINJAUAN MODEL Model yang dimaksud dalam hal ini adalah model solid 3D (3 dimensi) menggunakan piranti lunak, baik itu mengunakan piranti lunak CAD lainnya (seperti Auto-Cad) yang kemudian diimport ke Unigraphics ataupun langsung menggunakan Unigraphics secara langsung. Disarankan langsung menggunakan software Unigraphics dikarenakan kehalusan produk dan urutan proses pemesinan akan sangat dipengaruhi oleh proses desain ini. Berikut adalah langkah-langkah yang perlu diambil dalam proses pemodelan: a) Memahami Konsep Dasar (concept model) Pemahaman yang dimaksud adalah disainer CAD memahami betul informasi berupa data-data referensi awal; yaitu gambar teknik, model dalam bentuk suatu format file, atau pun sebuah sample produk. Dengan pemahaman yang baik diharapkan tidak terjadi suatu kesalahan penerjemahan data referensi terhadap model CAD yang akan dibuat. Pemahaman ini mempermudah penentuan langkah yang akan diambil dalam mendesain solid 3D modeling, dimana penentuan langkah ini akan berbeda-beda pada setiap orang dan tergantung dari tingkat pemahaman dan pengalaman masing-masing.

Gambar 3.4 Konversi dari data referensi berupa gambar teknik ke dalam bentuk CAD 3 dimensi.

40 b) Membuat Bentuk Dasar dari Model (Basic Shape of Model) Proses desain menggunakan Unigraphic dilakukan dalam menu applikasi dimana kita dapat melakukan sketsa bentuk dasar, menggunakan sket, operasi maupun proses manufaktur.

Gambar 3.5 Proses pemodelan batang penghubung dari sket sampai bentuk utuh Pemodelan 3 dimensi tersebut sangat diperlukan untuk analisa model yang dibuat berupa analisa luas dan volume, penentuan gaya, model dasar dalam pembuatan cetakan, tentunya setelah ditambahkan flash dan gutter.

3.2.3

Alternatif Model Dalam suatu desain cetakan tempa, hal yang ingin dicapai adalah nilai ekonomis

pembuatan dies, skrap material yang minim atau nilai ekonomis benda kerja, juga umur cetakan terkait banyaknya jumlah order. Pertimbangan desain untuk peletakan rongga

41 atauu cavity sangat mempengaruhi volume raw material yang digunakan. Dalam hal ini penulis akan menyajikan beberapa kemungkinan peletakan cavity yang mungkin dipakai dalam pembuatan batang penggerak. a) Alternatif Model I – Model Single Material dibentuk dalam cetakan sehingga dihasilkan satu buah produk saja. Penulis memperkirakan akan dihasilkan produk dengan volume scrap yang minimal dan tentunya akan diperlukan mesin press mekanik yang lebih kecil. Namun demikian dengan jumlah langkah dan waktu sama akan dihasilkan jumlah produk yang lebih sedikit dibandingkan dengan split atau pun double. Mungkin tidak effektif jika produsen mempunyai mesin press mekanik yang berkapasitas besar.

Gambar 3.6 Alternatif Model I - Model Single

42 b) Alternatif Model II – Model Double yaitu penggembangan dari model single menjadi dua buah benda. Perkiraan penulis, dengan menggunakan model ini akan dihasilkan produk lebih banyak dan material scrap yang minimal. Hanya saja luas penampang akan semakin besar sehingga diperlukan mesin press hydrolik yang lebih besar kapasitasnya. Namun demikian perlu diperhatikan apakah lebar landasan mesin cukup jika kita memakai model ini dan juga bisa saja bisa saja kekuatan dies menjadi berkurang seiring berkurangnya ketebalan tepi cetakan. Kemungkinan lainnya adalah harga material cetakan yang mahal karena berupa blok yang besar. Para desainer biasanya melakukan terobosan ekonomis dengan cara mendesain dies berupa insert dan holder atau sering disebut dengan istilah mother dies.

Gambar 3.7 Alternatif Model II – Model Double memanjang

c) Alternatif Model III – Model Double Split Konsepnya dimana material dibelah menjadi dua bagian untuk mengisi dua buah rongga cetakan. Prediksi penulis akan diperlukan kapasitas tekanan mesin press hydrolik yang lebih besar. Namun demikian kekuatan cetakan lebih terjamin dengan cukupnya ketebalan cetakan, selain itu harga material cetakan yang mahal dapat ditekan menggunakan insert dan holder.

43 Kekurangannya mungkin saja dari segi desain tidak dapat dihindari skrap material benda kerja yang berlebihan.

Gambar 3.8 Alternatif Model III- Model double split

BAB IV ANALISA DAN PERHITUNGAN

Dari data data yang telah dikumpulkan penulis pada bab sebelumnya, penulis melakukan analisa dan perhitungan sebagai berikut:

4.1. Perhitungan Estimasi Beban Forging Karena dalam proses pembentukan komponen batang penghubung ini menggunakan metode Press, maka semua perhitungan akan mengikuti metode press. Perhitungan beban tempa sangat dipengaruhi luasan rongga cetakan. Perhitungan estimasi beban tempa ini untuk menentukan kapasitas mesin yang diperlukan dalam proses pembentukan batang penghubung. Sebagai gambaran, perusahaan yang kami mintai keterangan memiliki dua jenis kapasitas, yaitu; mesin berkapasitas 1000 T.f dan 1600 T.f.. ™ Karena bentuk komponen batang penghubung ini memiliki kontur yang tidak melingkar (uncircular shape), maka rumus yang digunakan untuk mencari estimasi gaya yang dibutuhkan adalah sesuai persamaan 2.2.

44

45

Seperti telah diketahui, Material yang digunakan dalam proses tempa produk batang penghubung ini adalah S50CV, berdasarkan referensi didapatkan bahwa tegangan tarik bahan (σ) pada suhu operasi 1200ºC adalah 6 Kg / mm2 maka : A. Perhitungan beban mesin untuk Alternatif Model I Data Luas Area “Top View” diketahui dengan CAD model analysis sebagai berikut:

Gambar 4.1 Analisa area untuk alternatif model I

Berdasar data-data yang telah didapat dan sesuai persamaan 2.2, maka dapat dihitung estimasi beban forging sebesar:

(

)

⎛ ⎞ ⎛ 20 145.60 ⎞ ⎟ • 6 × 3369 .95 Pth = 8 • ⎜⎜1.1 + ⎟⎟ • 1 − 0.001 × 1.13 3369.95 • ⎜⎜1 + 0.1 ⎟ 70 1.13 3369.95 ⎠ ⎝ ⎠ ⎝ Pth = 8 × (1.97 ) × (0.93) × (1.14 ) × 6 × 3369.95 2

Pth = 339,10 [T . f ]

(dalam hal ini dipilih mesin tempa press berkapasitas 1000 Ton force)

46

B. Perhitungan beban mesin untuk Alternatif Model II Data Luas Area “Top View” diketahui dengan CAD model analysis sebagai berikut:

4.2 Gambar analisa area untuk alternatif model II

Berdasar data-data yang telah didapat dan sesuai persamaan 2.2, maka dapat dihitung estimasi beban forging:

(

)

⎛ ⎛ ⎞ 20 301.20 ⎞ ⎟ ⋅ 6 ⋅ 6739.90 Pth = 8 ⋅ ⎜⎜1.1 + ⎟⎟ ⋅ 1 − 0.001 × 1.13 6739.90 ⋅ ⎜⎜1 + 0.1 70 ⎟⎠ 1.13 6739.90 ⎠ ⎝ ⎝ Pth = 8 × (1.73) × (1.62 ) × (1.21) × 6 × 6739.90 2

Pth = 1097.08 [T . f ]

(dalam hal ini dipilih mesin tempa press berkapasitas 1600 Ton force)

47

C. Perhitungan beban mesin untuk Alternatif Model III Data Luas Area “Top View” diketahui dengan CAD model analysis sebagai berikut:

Gambar 4.3. Analisa Area untuk Alternatif Model III

Berdasar data-data yang telah didapat dan sesuai persamaan 2.2, maka dapat dihitung estimasi beban forging:

(

)

⎛ ⎛ ⎞ 20 181.95 ⎞ ⎟ ⋅ 6 ⋅ 6739.90 Pth = 8 ⋅ ⎜⎜1.1 + ⎟⎟ ⋅ 1 − 0.001 ⋅ 1.13 6739.90 ⋅ ⎜⎜1 + 0.1 70 ⎟⎠ 1.13 6739.90 ⎠ ⎝ ⎝ Pth = 8 ⋅ (1.73) ⋅ (1.62 )⋅ (1.16 ) ⋅ 6 ⋅ 6739.90 2

Pth = 1051.75 [T . f ]

(dalam hal ini dipilih mesin tempa press berkapasitas 1600 Ton force)

48

Dari perhitungan di atas, maka didapatkan tabel perhitungan beban mesin sebagai berikut:

Tabel 4.1. Estimasi perhitungan beban tempa tiap alternatif model Alternatif Model Model I – Single

Perhitungan Beban Mesin (T.f) 339,10

Pemilihan Mesin (1000 T.f atau 1600 T.f) 1000

Model II - Double memanjang

1097,08

1600

Model III – Double Split

1051,75

1600

4.2. Estimasi Material yang Dibutuhkan Perhitungan material yang disajikan oleh penulis mengikuti desain ideal flash dan gutter. Oleh karenanya material yang diperlukan untuk proses pembentukan mempunyai massa dan volume yang ideal, yang paling aman agar cavity terisi secara penuh. Tidak menutup kemungkinan dilakukan modifikasi untuk menaikkan effisiensi penggunaan material. Untuk menghitung volume dari model lengkap dengan flash dan gutter-nya dilakukan dengan metode CAD model analysis adalah sebagai berikut: A. Perhitungan raw material Model I - Single connecting rod ™ Analisa volume model I, beserta flash dan gutter

Gambar 4.4 Estimasi volume untuk alternatif model I, dihitung lengkap dengan desain flash dan gutter

49

™ Dari semua data yang didapat dari piranti lunak tersebut diatas, maka perhitungan dari volume raw material memakai persamaan 2.4. Sedangkan untuk faktor penyusutan (Scaling of material) karena kita menggunakan electric induction furnace maka nilainya adalah 1 %. Maka sebagai faktor perkalian terhadap volume, menjadi 1.01 dari volume total. Vraw = (132896.9) ⋅ 1.01

Vraw = 134225.87 mm 3 ™ Karena volume telah diketahui maka menggunakan rumus persamaan 2.3 berat raw

material dapat dicari. Wraw = 134225.87(mm 3 ) ⋅ ρ Wraw = 134225.87(mm 3 ) ⋅ 7.83 × 10 −3 ( gr / mm 3 ) Wraw = 1050.98 gram

B. Perhitungan raw material Model II – Double connecting rod ™ Analisa volume model II, beserta flash dan gutter

Gambar 4.5 Estimasi Volume untuk alternatif model II, dihitung lengkap dengan desain flash dan gutter

50

™ Seperti cara sebelumnya menggunakan persamaan 2.4 dan data hasil analisa piranti

lunak, maka volume raw material untuk alternatif model II adalah: Vraw = (207451.3) ⋅ 1.01 Vraw = 209525.82 mm 3 ™ Dan berat raw material menggunakan persamaan 2.3 adalah:

Wraw = 209525.82(mm 3 ) ⋅ ρ Wraw = 209525.82(mm 3 ) ⋅ 7.83 × 10 −3 ( gr / mm 3 ) Wraw = 1640.59 gram

C. Perhitungan raw material Model III – Double split connecting rod ™ Analisa volume model III, beserta flash dan gutter

Gambar 4.6 Estimasi volume untuk alternatif model III, lengkap dengan desain flash dan gutter

51

™ Seperti cara sebelumnya menggunakan persamaan 2.4 dan data hasil analisa piranti

lunak, maka volume raw material untuk alternatif model II adalah: Vraw = (190144.8) ⋅ 1.01 Vraw = 192046.25 mm 3 ™ Dan berat raw material menggunakan persamaan 2.3 adalah:

Wraw = 192046.25(mm 3 ) ⋅ ρ Wraw = 192046.25(mm 3 ) ⋅ 7.83 × 10 −3 ( gr / mm 3 ) Wraw = 1503.72 gram

Dari perhitungan di atas, maka dapat disajikan tabel perhitungan raw material sebagai berikut: Tabel 4.2 Perhitungan volume raw material untuk setiap model Model

Volume Raw Material

Model I – Single

134225.87mm3

Berat Raw Material (kg) 1.05

Model II - Double memanjang

209525.82 mm3

1.64

Model III – Double Split

192046.25 mm3

1.50

4.3. Perhitungan Efisiensi Material.

Perhitungan efisiensi material digunakan untuk mengetahui berapa besar material yang tidak terbuang. Dalam hal ini merupakan perbandingan dari volume produk dengan volume raw material.

52

Dari data volume produk tersebut diatas, dapat dihitung efisiensi material sebagai berikut ™ Alternatif Model I single cavity

Gambar 4.7 Analisa surface area, volume dan massa untuk altenatif model I

Karena produk yang dihasilkan cuma satu, maka volume produk yang digunakan untuk perhitungan ini adalah 1 buah batang penghubung, maka sesuai dengan persamaan 2.5 maka didapat : 38100.60 x 100 % 134225.87 = 28.39 %

η=

53

™ Alternatif Model II double cavity memanjang

Gambar 4.8 Analisa surface area, volume dan massa untuk altenatif model II

Karena produk yang dihasilkan proses untuk model kedua adalah sebanyak 2 (dua) buah connecting rod maka volume produk yang digunakan dalam perhitungan adalah sebanyak 2 buah. Sesuai persamaan 2.5 maka didapatkan : 76201.20 x 100 % 209525.82 = 36.37 %

η=

54

™ Altenatif Model III double split cavity

Gambar 4.9. Analisa surface area, volume dan massa untuk model III Seperti pada perhitungan sebelumnya maka volume produk yang digunakan dalam perhitungan adalah sebanyak 2 buah. Menggunakan persamaan 2.5 maka didapatkan: 76201.20 x 100 % 192046.25 = 39.68 %

η=

Dari perhitungan tersebut di atas maka dapat disajikan tabel effiesiensi material sebagai berikut Tabel 4.3 Effisiensi Model Model

Volume Raw Material (mm3) 134225.87

Effisiensi material (%)

Model I – Single

Volume Product (mm3) 38100.60

Model II - Double memanjang

76201.20

209525.82

36.37

Model III – Double Split

76201.20

192046.25

39.68

28.39

55

4.4. Pemilihan model cavity dan Penentuan Ukuran Dies Block

Untuk menentukan ukuran dies block yang diperlukan dalam pembuatan cavity dipengaruhi oleh beberapa faktor, antara lain : ¾ Ukuran panjang dan lebar dies block dipengaruhi ukuran Die Holder.

Dalam hal ini die holder sangat membantu dalam effiesiensi harga bahan dies. Semakin besar volume yang digunakan tentunya harga dies semakin mahal. ¾ Ukuran ketebalan dies block dipengaruhi spesifikasi langkah dari mesin tempa

press. Ukuran ini disampaikan pada bab sebelumnya.

Sementara untuk ukuran die holder yang tersedia adalah untuk size: lebar 160mm x panjang 260mm x tebal155mm. Dan hal ini semakin menunjang bahwa alternatif model II semakin tidak menguntungkan jikalau kita pilih mengingat kita tidak dapat menggunakan die holder standar. Sehingga harga material dies semakin mahal dibandingkan kita menggunakan model yang dapat memakai die holder (model I & model III). Maka penulis memilih mengunakan “altenatif model III”, sebagai reference model yang diasumsikan paling hemat dalam menghasilkan produk batang penghubung ini. 4.5. Penentuan Dimensi dari Raw Material.

Karena pada pembentukan connecting rod ini melalui tiga tahapan, yaitu Upset, Blocker, kemudian Finisher. Maka tahapan yang langsung berhubungan dengan raw material adalah Upset yang dalam hal ini merupakan proses pembentukan benda kerja ke bentuk awal yang mendekati ukuran keseluruhan produk. Dalam hal ini, diasumsikan volume material pada tiap tahapan diasumsikan sama, tidak kehilangan ada kehilangan massa atau bahan. Volume material yang didapat setelah menambahkan flash dan gutter pada model yang dipilih dapat dijadikan acuan untuk menentukan dimensi bahan. Volume 192046.25 mm3 adalah sebanding dengan Ø72.5mm x L 146mm atau yang ada di pasaran umum Ø75mm x L 146mm.

56

Gambar 4.10 dimensi raw material

Namun demikian tidak menutup kemungkinan dilakukannya improvisasi agar material lebih hemat yaitu dengan jalan mengurangi flash & gutter dan melakukan modifikasi pada cetakan. Hal ini membawa pengaruh langsung pada biaya dengan meminimalis skrap material dan ada kalanya dengan jalan modifikasi cetakan. Diketahui volume raw material adalah 192046.25 mm3 dan volume dua buah connecting rod adalah 76201.20 mm3 maka didapatkan volume flash dan gutter adalah sebesar 115845.25mm3. Telah disampaikan bahwa perhitungan raw material tersebut di atas berdasarkan asumsi ideal di mana kita anggap flash dan gutter terisi penuh. Maka jika kita mengurangi gutter sebagai berikut maka dapat didapatkan volume sebesar 130884 mm3. Dengan perhitungan yang sama maka effisiensinya adalah sebesar 58.22%. volume tersebut setara dengan Ø33.8 mm x L 146mm. Atau dalam hal ini dipakai Ø35mm x L 146mm yang umum ada di pasaran.

57

4.6. Proses desain dan fabrikasi cetakan

Setelah pemilihan model yang prosesnya melalui tinjauan secara faktual, maka proses desain cetakan dapat dilakukan. Tentunya proses fabrikasi dilaksanakan setelah proses pembuatan model cetakan selesai. Berikut adalah tahapan pembuatan cetakan: 4.6.1

Membentuk Cavity Die dengan Unigraphics.

Pembentukan suatu cavity pada die yang merupakan negatif dari model referensi. Umumnya piranti lunak cad-cam mempunyai feature ini. Dalam mendesain cavity kita menggunakan feature modeling menggunakan perintah yang mirip dengan desain 2 dimensi. Seperti unite, substract, blend, dan lainnya. Bedanya hanya dilakukan dalam pola 3 dimensi (solid), namun demikian proses ini tidaklah mudah karena dalam proses pemodelan ini feature-nya saling berhubungan satu dengan yang lain. Model referensi untuk membentuk suatu cavity, diambil dari desain model 3dimensi yang telah ditambahkan faktor penyusutan dengan formula 1+S; dimana S adalah faktor penyusutan tergantung dari bahan dan suhu operasi tempa, nilainya dapat dicari dari tabel referensi, katakanlah sebagai model negatif. Selanjutnya proses desain dies dapat dilakukan sesuai dengan pengalaman dan proses ini sifatnya fleksibel. Bisa saja model negatif diambil dari model 3 dimensi batang penghubung sebelum ditambah flash & gutter atau setelah ditambahkan feature ini.

Gambar 4.11 Model referensi berupa solid 3dimensi yang telah ditambah faktor penyusutan (shrinkage)

58

Model referensi diletakkan dalam suatu benda kerja, dimana dimensinya ditentukan berdasar pada lebar bed mesin serta die holder yaitu: Lebar 160mm x Panjang 260mm x Tebal 155mm (untuk cetakan atas dan bawah)

Karena cetakan terdiri dari dua bagian atas dan bawah maka dibuat solid yang ketebalannya adalah separuh dari nilai 155mm, yaitu 77.5 mm. Benda kerja ini dianggap solid ideal yang presisi, karena referensi WCS (Work Coordinate System) kedua cetakan harus mempunyai referensi titik yang sama. Hal ini penting untuk menghindari terjadinya pergeseran hasil produk (mismatch). Benda dikurangi oleh model yang telah ditambahkan pola flash & gutter serta aksesories untuk dipasang pada die holder. Upper Die

Lower Die

Gambar. 4.12. Benda kerja untuk sebuah cetakan tempa setelah di subtract dengan model dan ditambahkan flash & gutter.

59

4.6.2 Proses Desain Pemesinan melalui applikasi manufacturing

Desain model pada proses CAM merepresentasikan produk hasil akhir proses CAM, digunakan sebagai dasar dari setiap operasi CAM. Desain model harus terletak di dalam benda kerja, kedua part ini oleh Unigraphics disebut sebagai applikasi Manufacturing.

Refference model

Workpiece

Gambar. 4.13. Refference model harus diletakkan ke dalam benda kerja pada saat operasi CAM berlangsung. a) Set Up Manufacturing Database.

Dalam set up manufacturing database ini dibagi dalam dua kelompok besar, yaitu set up tooling dan set up machine tool; dimana dalam set up tooling kita harus mengisi data-data tentang pahat cutter yang kita gunakan, sedangkan dalam set up machine tool kita harus menentukan jenis serta standar spesifikasi dari mesin CNC yang akan kita gunakan. Sedangkan dalam aplikasi untuk proses pemesinan cetakan tempa untuk batang penghubung ini, Penulis menggunakan tiga ukuran pahat. Adapun daftar pustaka pahat yang penulis gunakan seperti tergambar di bawah ini:

60

1.

2. Plain End Mill Cutter, two-flute medium helix ¬ 20 mm, panjang maksimum 138 mm

3. Plain End Mill Cutter, two-flute medium helix ¬ 8 mm, panjang maksimum 66 mm

Ball End Mill Cutter, two-flute medium helix ¬ 3 mm, panjang maksimum 47 mm, radius ujung pahat = 1.5 mm

Gambar. 4.14. Pustaka pahat yang digunakan saat proses CAM serta pemesinannya dengan CNC (Tata,1987: 663)

Dari pustaka pahat tersebut harus disesuaikan ke dalam menu referensi pahat pada create tool menu pada applikasi manufacturing Unigraphics NX2 karena yang dibutuhkan dan yang berpengaruh dalam perhitungan toolpath adalah diameter pahat dan radius ujung pahat, sedangkan panjang pahat hanya berpengaruh pada tampilan animasi playpath. Sebagian besar kasus-kasus umumnya pada pemesinan CNC milling berbantuan piranti lunak CAM, pahat/cutter yang digunakan adalah yang jumlah giginya dua buah (two flute), atau lebih dikenal dengan slot drill. Alasan pemilihan jenis ini adalah: Pahat yang bergigi dua mempunyai daerah pembuangan chip yang besar sehingga dapat difungsikan untuk pemakanan kebawah seperti layaknya drill. Sedangkan untuk setup machine tool, kita harus menentukan jenis dari mesin CNC yang kita pakai. Misal: milling 3 axis, 4 axis, 5 axis, turning multi axis, wire cutting, dan lain sebagainya. Dalam hal ini Penulis menggunakan General Milling 3 axis.

61

•

Variabel Yang Perlu diperhitungkan sebelum Proses CAM

-

Kecepatan Potong atau Cutting Speed (Vc )

Merupakan kecepatan potong pada arah tangensial diameter cutter, Nilai dari kecepatan potong ini tergantung pada jenis material bahan yang dipotong dan jenis material pahat yang digunakan. Kecepatan potong digunakan untuk menentukan kecepatan putaran spindle mesin. Vc

N[ n=

1000.Vc π .D

Gambar 4.15. Ilustrasi hubungan antara Cutting speed dengan putaran spindle. Tabel 4.4 Rekomendasi untuk kecepatan potong dan kecepatan pemakanan untuk tool steel

(Amish JM, Jones FD & Ryffel HH, 2004 : 1031)

62

-

Kecepatan pemakanan atau Feeding Speed

Kecepatan makan pahat sebagaimana disebutkan diatas, juga akan berpengaruh terhadap umur pahat. Hal ini dipengaruhi oleh material benda kerja, unjuk kerja mesin, dan geometri pahat milling. Semakin tinggi ketahanan material akan semakin memperbesar kecepatan makan dan kedalaman potong, sedangkan dari hubungan F – t dapat ditunjukan bahwa semakin besar kedalaman potong (t), harga kecepatan makan (F) semakin kecil, begitu juga sebaliknya. Tabel 4.5 rekomendasi pemakanan tiap gigi dalam inch/gigi untuk milling menggunakan HSS

(Amish JM, Jones FD & Ryffel HH, 2004 : 1054)

63

-

Kedalaman pemakannan atau Step Depth (t)

Kedalaman tiap kali makan (arah aksial) -

Pergeseran atau Step Over

Merupakan jarak pergeseran pahat kearah radial. Untuk lebih jelasnya mengenai parameter-parameter pemotongan material cetakan dengan menggunakan proses milling dapat dilihat pada contoh perhitungan, yang selanjutnya ditabelkan sebagai berikut: •

Dari gambar 3.6. Relation between hardness & cutting speed (Tata, 1987: 61) diperoleh ; Cutting Speed (Vc) = 10 m/min

•

Dari tabel 7.9. Typical Cutting Condition for Milling (Tata, 1987: 215) diperoleh ; - Pemakanan tiap gigi (Fz) cutter HSS ¬ 20 mm = 0,06 mm/gigi - Pemakanan tiap gigi (Fz) cutter HSS ¬ 8 mm = 0,06 mm/gigi - Pemakanan tiap gigi (Fz) cutter HSS ¬ 3 mm = 0,06 mm/gigi

•

Step Depth -

Cutter ¬ 20 mm = 2 mm

-

Cutter ¬ 8 mm = 1 mm

-

Cutter ¬ 3 mm = 1 mm

Maka untuk mentukan perhitungannya sebagai berikut : n (¬ 20 mm) =

1000 Vc π d

F (¬ 20 mm) = Fz . Z . n = 0,06 x 2 x 159

1000 x 10 = 3,14 x 20 = 159 Rpm

= 19,08 mm/min

64

Dari perhitungan dan data di atas maka didapat tabel sebagai berikut: Tabel 4.6. hasil perhitungan variable untuk CAM Diameter (mm)

Vc (m/min)

Putaran (Rpm)

Fz (mm/gigi)

t (mm)

F (mm/min)

20

10

159

0,06

2

19,08

8

10

398

0,06

1

47,76

3

10

1062

0,06

0.5

127,44

•

Definisi Proses Roughing dan Finishing -

Proses Pengkasaran (Roughing)

Proses pengkasaran adalah proses pemesinan yang pertama kali dilakukan sebelum proses yang lain dan menyisakan sedikit dimensi untuk proses finishing, dengan maksud mempermudah dan mempercepat proses selanjutnya. Selain itu juga bertujuan untuk menjaga kondisi alat potong yang ukurannya lebih kecil agar mempunyai usia pakai lebih panjang. Berikut ini gambar ilustrasi proses pengkasaran: Arah Pergerakan Cutter (toolpath)

Cutter (tool)

Gambar. 4.16. Arah pergerakan pahat pada proses pengkasaran -

Proses Finishing

Proses Finishing merupakan proses pemesinan yang paling akhir, dimana proses ini betujuan untuk mendapatkan ukuran dan bentuk permukaan. Arah pergerakan pahat mengikuti kontur benda kerja sesuai dengan dimensi akhir

65

yang diberikan, dengan feeding rendah tetapi putaran pahat tinggi. Berikut gambar ilustrasi proses finishing benda kerja ; Arah Pergerakan Cutter (toolpath)

Cutter (tool)

Gambar. 4.17. Arah pergerakan pahat pada proses finishing

b) Set Up Operasi Pemesinan (Set Up Operation)

Sebelum melakukan operasi pemesinan, tentu harus dilakukan set up yang berkaitan terhadap operasi tersebut, diantaranya; menentukan titik nol koordinat operasi, menentukan jarak pengangkatan pahat yang aman, dll.

Gambar. 4.18. Pemilihan titik nol benda kerja pada saat CAM

66

Penulis menentukan bahwa titik koordinat nol terletak pada sudut, ini untuk kepentingan kemudahan dalam setting nol pahat karena bentuk dari material yang akan dimesin berupa balok persegi. CLEARANCE PLANE

Gambar. 4.19. Penentuan bidang jarak pengangkatan pahat (retract) Penentuan bidang jarak pengangkatan pahat (retract) di Unigraphics dikenal sebagai clearance plane, untuk kasus umum ditempatkan di atas permukaan teratas benda kerja dengan jarak tertentu. Dalam hal ini penulis mengambil jarak sebesar 10 mm diatas permukaan atas benda kerja.

67

c) Pendefinisian Manufacturing Geometry dan NC Squences

Manufacturing geometry merupakan suatu bentuk geometri yang digunakan oleh CAM sebagai acuan untuk melakukan proses perhitungan pahat. Pada kasus cetakan batang penghubung ini menggunakan geometri jenis mill volume; geometri jenis ini merepresentasikan suatu volume yang akan dihilangkan materialnya oleh proses pemakanan pahat. Dalam satu operasi permesinan dengan CNC, dapat dipastikan akan mempunyai lebih dari satu langkah pemesinan; biasanya yang umum digunakan adalah pengkasaran (roughing), semifinish dan finishing. Sementara langkahnya sendiri umumnya tidak cukup terdiri dari satu langkah saja. Keadaan ini tergantung dari bentuk profile dari model referensi yang kita aplikasikan. Seperti dalam kasus pembuatan cetakan tempa ini penulis memerlukan tiga langkah, yaitu langkah pengkasaran (roughing), semi finish dan finish, total semua langkah adalah tiga langkah.

Langkah

Hasil

Gambar 4.20. Langkah (sequence) pertama pengkasaran dari cetakan atas dengan CAM. Langkah pertama pengkasaran (roughing), seperti yang tergambar di atas memberikan pekerjaan kasar meratakan bagian gutter dan bagian ujung batang penghubung. Gerakan berwarna merah menandakan gerakan tanpa pemakanan (rapid): G00, sedangkan pola warna biru muda menandakan proses pemakanan benda kerja : G01/ G02/G03.

68

Selanjutnya langkah kedua adalah semifinish; seperti yang tergambar di bawah ini, ditujukan untuk menghilangkan material diluar cavity dan membentuk pola batang penghubung.

Langkah

Hasil

Gambar. 4.21. Langkah (sequence) kedua semifinish dari cetakan atas dengan CAM.

Langkah semifinish terhadap cavity; seperti yang tergambar tersebut di atas berguna untuk menghilangkan material yang berada di dalam cavity, langkah roughing pada cavity ini mutlak dilakukan untuk proses selanjutnya yaitu langkah finishing pada cavity.

Langkah

Hasil

Gambar. 4.22. Langkah (sequence) ketiga finishing dari cetakan atas dengan CAM.

69

Langkah finishing pada cavity; seperti yang tergambar diatas bertujuan untuk membentuk kontur sesuai dengan kontur pada referensi model. Pada proses finishing ini biasanya digunakan langkah operasi dengan tipe surface milling dengan nilai Step-Over berada pada kisaran 0.2 milimeter. d) File CLS-Format dan File G-Code.

CLS-Format merupakan data-data langkah pahat hasil perhitungan CAM, CLS-Format ini berbeda dengan G-Code yang digunakan oleh mesin CNC secara umum. Format ini hanya dapat dibaca oleh piranti lunak CAM, tidak dapat dibaca oleh mesin CNC.

Tabel 4.7 contoh data langkah pahat dalam bentuk CLS-Format

70

Sedangkan

generasi

G-code

ini

dapat

dilakukan

pada

applikasi

manufacturing UG-postprocessor.

Tabel 4.8. hasil generasi G-Code.

Setelah didapatkan G-code ini, maka proses CAD/CAM dinyatakan selesai. Untuk selanjutnya adalah pelaksanaan dari proses pemesinan dengan

CNC milling, tetapi segala sesuatu menunjang kelancaran saat proses pemesinan ini masih memerlukan tanggung jawab pengawasan dari divisi CAD/CAM. 4.7 Hal-Hal yang perlu dilaksanakan sebelum proses pemesinan dengan CNC dilaksanakan:

•

Kesesuaian pahat yang digunakan dalam proses pemesinan CNC dengan yang telah ditetapkan dalam proses CAM.

Untuk mengerjakan proses pemesinan dengan CNC, penggunaan pahat harus sama dengan yang telah ditetapkan sebelumnya dari program CAM dalam hal

71

diameter cutter serta radius ujung pahatnya. Maka dari itu cutter yang digunakan adalah: -

Plain End Mill Cutter, two-flute medium helix ¬ 20 mm, panjang maksimum 138 mm.

-

Plain End Mill Cutter, two-flute medium helix ¬ 8 mm, panjang maksimum 66 mm.

-

Ball End Mill Cutter, two-flute medium helix ¬ 3 mm, panjang maksimum 47 mm.. (Tata,1987 : 663)

•

Setting titik nol pada benda kerja (workpiece)

Seperti telah dijelaskan sebelumnya bahwa mesin CNC mempunyai titik nol mesin yang merupakan koordinat asli dari mesin CNC, titik ini terletak di pojok kiri bawah meja mesin CNC. Posisi ini kurang menguntungkan, maka harus diletakkan pada benda kerja, untuk selanjutnya disebut titik nol benda kerja. Pada kasus cetakan tempa untuk batang penghubung ini, karena menggunakan workpiece berbentuk persegi maka titik nol workpiece lebih mudah ditempatkan di ujung kiri bawah dari workpiece seperti ilustrasi gambar 2.17. Ada banyak cara atau metode untuk setting titik nol benda kerja, dalam kasus ini Penulis menggunakan metode dan peralatan yaitu edge indicator. Dengan Edge Indicator ini akurasi lebih terjaga walaupun dilihat dari segi harga relatif mahal. (illustrasi gambar 2. 18) Karena ada bagian dari edge indicator yang memiliki permukaan bermagnit, maka permukaan tersebut akan dapat berputar dalam satu sumbu apabila tidak terkena gangguan. Karakteristik ini digunakan untuk mendeteksi tepi-tepi dari benda kerja saat melakukan setting nol benda kerja, dengan telah

72

diketahuinya diameter edge indicator, maka setting nol dapat dilakukan dengan mudah.

•

Kompensasi Pahat / Cutter

Kompensasi

pahat

pemotong

dilakukan

dengan

maksud

untuk

mengetahui perbedaan panjang pahat yang satu dengan lainnya. Adapun caranya dengan mengukur perbedaan panjang masing-masing pahat pada saat terangkai bersama arbor. Perbedaan panjang ini diukur dari ujung pahat terhadap bibir spindle utama, pengukuran ini dapat dilakukan dengan dial indicator. Data perbedaan panjang pahat hasil pengukuran dengan dial indicator kemudian disimpan pada memory mesin CNC yang biasanya berupa fasilitas data tool library built-in di setiap mesin CNC. Dalam hal ini proses pengukuran dilakukan untuk masing-masing jenis pahat, kemudian perbedaan panjang pahat dicatat dan dimasukkan dalam data tool library mesin CNC. Dengan pencatatan ini maka titik nol referensi pahat yang semula berada di bibir spindle mesin akan bergeser sejauh data pengukuran yang telah dicatat, artinya: titik nol pahat bergeser ke ujung pahat. Kondisi yang diinginkan dari penerapan kompensasi ketinggian adalah seperti yang digambarkan pada illustrasi 2.20, yaitu semua ujung pahat berada segaris dengan clearance plane yang ditentukan sebelumnya yaitu sebesar 10 mm. Untuk dapat memperoleh hasil yang maksimal dari data titik nol benda kerja dengan data kompensasi pahat yang telah dilakukan sebelumnya, maka perlu dilakukan pencatatan penetapan posisi pahat dengan perintah G92. Tabel 4.9. Penyisipan perintah pencatatan penetapan.

73

4.8. Urutan Pengerjaan untuk Proses Pemesinan dengan CNC.

Setelah didapatkan G-Code yang telah dimodifikasi dan semua proses persiapan mesin CNC telah dijalankan, maka proses pemesinan dengan CNC dapat dilaksanakan. Adapun urutan proses pengerjaan yang berlangsung dengan proses CNC dapat digambarkan secara sederhana sebagai berikut: ™ Langkah pengkasaran di sekitar cavity untuk menghilangkan material serta

mendekati bentuk dari profil sebenarnya yang diberi allowance untuk kelonggaran proses selanjutnya. ™ Langkah semifinish pengkasaran pada cavity untuk menghilangkan material

pada cavity serta mendekati bentuk dari profil cavity sebenarnya yang diberi allowance untuk proses finishing yang mengutamakan hasil akhir. ™ Langkah finishing / penghalusan pada cavity untuk menyelesaikan bentuk

profil akhir pada cavity. Sedangkan dalam pelaksanaannya pada saat proses penghilangan material oleh mesin CNC berlangsung, pasti akan ada panas yang dihasilkan dari gesekan gerak potong antara cutter dengan material benda kerja. Untuk mengatasi hal ini diperlukan langkah pendinginan, sedangkan untuk profil yang dalam dalam akan cenderung terjadi penumpukan chips di dasar profil, maka pemilihan zat alir pendingin harus diperhatikan. Untuk kasus ini digunakan proses pendinginan pahat dengan penyemprotan udara terkompresi, sehingga disamping berfungsi sebagai pendingin juga berfungsi sebagai penghembus chips supaya terlempar keluar dari profil yang dalam.

Gambar 4.23 Pendinginan dengan udara terkompresi saat proses pemesinan dengan CNC sedang berlangsung.

74

4.9. Proses-proses yang Dilakukan Setelah Proses Pemesinan dengan CNC.

Setelah semua urutan pengerjaan dengan CNC telah dilaksanakan, maka proses pemesinan dengan CNC dapat dinyatakan selesai. Tetapi cetakan yang

dihasilkan CNC masih membutuhkan proses-proses perlakuan lebih lanjut untuk dapat menjakankan fungsinya sebagai suatu cetakan tempa. Adapun proses-proses yang dilaksanakan setelah proses pemesinan dengan CNC adalah sebagai berikut: ¾ Proses Pemesinan Tambahan.

Proses pemesinan tambahan ini dilakukan dengan mesin-mesin konvensional, proses ini dimaksudkan untuk memberikan perlengkapan-perlengkapan yang diperlukan bagi sebuah cetakan tempa untuk berfungsi optimal. Adapun proses pemesinan tambahan yang perlu diberikan adalah: 1) Pembuatan profil bertingkat untuk mengikat cetakan ke die holder. Proses ini dapat dilakukan pada mesin milling konvensional. 2) Pemberian dua lubang pengait pada samping die sebagai sarana mempermudah bongkar pasang. Proses ini dapat dilakukan oleh mesin drill atau milling konvensional. 3) Pemberian dua keyway pada permukaan bawah cetakan, sebagai sarana penepat posisi cetakan terhadap die holder. Proses ini dapat dilakukan oleh mesin milling konvensional. Pemberian dua kontur kearah dalam pada samping cetakan sebagai tempat bagi tang penjepit pemindah material dalam proses tempa. Proses ini dapat dilakukan oleh mesin copy milling.

BAB V PENUTUP

5.1. Kesimpulan Setelah melakukan semua tahapan dalam proses desain cetakan tempa dengan produk berupa batang penghubung mesin K3DE Daihatsu Xenia model F601 dengan menggunakan piranti lunak Unigraphics NX2, maka Penulis dapat mengambil beberapa kesimpulan sebagai berikut: ™ Pada keseluruhan proses tempa, dari material mentah sampai menjadi benda jadi, proses desain dengan menggunakan CAD/CAM berperan sangat dominan. Peran dominan ini terjadi karena fungsinya sebagai perantara pesanan dari customer kemudian mempengaruhi ke hampir semua fasilitas perusahaan untuk mendapatkan hasil akhir sesuai pesanan. ™ Gaya yang dibutuhkan untuk membentuk benda dengan tempa cara kerja panas adalah berbanding lurus dengan luas penampang permukaan atas, untuk kasus batang penghubung ini didapatkan hasil estimasi gaya sebagai berikut: -

Alternatif model I (single) dengan top view sebesar 3369.95mm2 membutuhkan gaya tempa sebesar 339.1 t.f, maka dipilih mesin kapasitas 1000T.f. Estimasi berat raw material untuk model ini adalah 1050.98 gram dan effisiensi material sebesar 28.39%.

-

Alternatif model II (double) dengan top view sebesar 6739.90mm2 membutuhkan gaya tempa sebesar 1097.08 T.f, maka dipilih mesin dengan kapasitas 1600 T.f. Estimasi berat raw material untuk model ini adalah 1640.59 gram dan effisiensi material sebesar 36.37%.

-

Alternatif model III (double split) dengan dengan top view sebesar 6739.90mm2 membutuhkan gaya tempa sebesar 1051.75 T.f, maka dipilih mesin dengan kapasitas 1600 T.f. Estimasi berat raw material untuk model ini adalah 1503.72 gram dan effisiensi material sebesar 39.68%.

75

76

™ Pada pembentukan batang penghubung model III memiliki effisiensi yang lebih dibandingkan model lainnya, maka dipilihlah model ini sebagai model yang effektif untuk produksi batang penghubung. Angka effisiensi sebesar 39.68% ini didapatkan setelah melalui semua langkah proses desain menggunakan metode CAD, hal ini dipengaruhi oleh tingkat kesulitan benda kerja, semakin rumit konturnya maka efisiensinya semakin rendah karena sebagian besar material akan terbuang sebagai skrap. Material yang sebanding dengan volume 192046.25 mm 3 adalah Ø(72.5m) atau 75mm x 146mm, diameter yang lazim di pasaran. ™ Perhitungan effisiensi di atas adalah berdasarkan kondisi ideal di mana flash dan gutter terisi penuh oleh material. Namun demikian pada prakteknya untuk mengurangi biaya, dilakukan pengurangan material sehingga dicapai effisiensi lebih besar yaitu 58.2% dengan ukuran material Ø35 mm x 146mm ™ Penentuan ukuran die block berdasarkan ukuran die holder yang sudah tersedia dan spesifikasi mesin tempa tipe press yang digunakan kapasitas 1600 T.f, maka didapatkan ukuran die block; panjang 260 mm, lebar 160 mm, dan tinggi total 155 mm. 5.2. Saran Untuk meningkatkan kualitas hasil disain dies dimasa yang akan datang, ada beberapa saran yang perlu dipertimbangkan terlebih dahulu, diantaranya adalah : ™ Untuk meningkatkan efisiensi waktu permesinan, akan lebih efektif apabila menggunakan pahat dengan material yang lebih baik (titanium carbide atau sintered carbide), maka kecepatan pemotongan akan meningkat drastis. ™ Dalam proses pemodelan, disarankan tidak dilakukan proses tambal sulam, karena proses ini kemungkinan besar akan sangat mengganggu proses selanjutnya. ™ Pengolahan data dimensi benda kerja kedalam CAD harus dilakukan lebih teliti. ™ Pemberian dimensi dan toleransi benda kerja agar lebih jelas. ™ Diperlukan literatur untuk disain yang lebih lengkap. ™ Desainer harus memahami fungsi dan cara kerja objek yang akan didesain.

77

DAFTAR PUSTAKA

1. AIDA ENGINEERING, Ltd, AIDA Press RESS HAND BOOKSandbooks, 1967. 2. Amish JM, Jones FD & Ryffel HH, Machinery’s Handbook 27th Edition, Industrial Press Inc., 2004 3. Ashby, M.F & Jones David R.H, Engineering Material 1, an introduction to their properties & applicatioapplication,n, Butterworth & Heinman, 1996. 4. ASM Intenational Metals Handbooks, i. Volume 16, Machining¸ American Society of Metal, 1993. ii. Volume 14, Forming and Forging, American Society of Metal, 1993. iii. Volume 8, Mechanical testing and evaluation, American Society of Metal, 1993. iv. Volume 1, Properties and selection: irons, steels and high performance alloys, American society of Metal, 1993. 5. George E. Dieter, Mechanical Metallurgy “ SI Metric Edition”, Mc. Graw Hill Book Company, 1988, London. 6. Heywood, John.B, Internal combustion engine fundamentals, Mc. Graw Hill Book Company, 1988, london. 7. Mallev, ME, DR, AM, Internal Combustion Engine Theory and Design, Mc. Graw Hill Book Company, 1945, New York and London. 8. Sugeng Sudrajat R, Basic Forging Dies Design, PT. Menara Terus Makmur. 9. The Sokeizai center of Japan – The material process technology Center, Instruction Manual on Forging Technology,, The Sokeizai center of Japan,1986. Quality Service Division Pt. Astra Daihatsu Motor, New Car Feature Xenia 10. Tata, Summary of Production Technology Hand Book, Mc. Graw Hill Book Company, 1987, London. 11. Quality Service Division, New Car Feature Xenia, PT. Astra Daihatsu Motor.

Formatted

... [1]

Formatted

... [2]

Formatted

... [3]

Formatted

... [4]

Formatted

... [5]

Formatted

... [6]

Formatted

... [8]

Formatted: Bullets and Numbering

... [7]

Formatted

... [9]

Formatted

... [10]

Formatted

... [11]

Formatted

... [12]

Formatted

... [13]

Formatted

... [14]

Formatted

... [16]

Formatted

... [15]

Formatted

... [17]

Formatted

... [18]

Formatted

... [19]

Formatted

... [20]

Formatted

... [21]

Formatted

... [22]

Formatted

... [23]

Formatted

... [24]

Formatted

... [25]

Formatted

... [26]

Formatted

... [27]

Formatted

... [28]

Formatted

... [29]

Formatted

... [30]

Formatted

... [31]

Formatted

... [32]

Formatted

... [33]

Formatted

... [34]

Formatted

... [35]

Formatted

... [36]

Formatted

... [37]

Formatted

... [38]

Formatted: Bullets and Numbering

... [39]

Formatted

... [40]

Formatted

... [41]

Formatted

... [42]

Formatted: Bullets and Numbering

... [43]

Formatted

... [44]

Formatted

... [45]