PERANCANGAN DAN PEMBUATAN ALAT BANTU PEGANG (FIXTURE) UNTUK PROSES PENGELASAN SAMBUNGAN-T Anhara Syadda dan Fusito Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sriwijaya Jl. Raya Palembang - Prabumulih Km 32, Inderalaya (OI) Telp/Fax. (0711) 580272 Email:
[email protected] ABSTRAK Proses las merupakan suatu ikatan metalurgi pada sambungan logam paduan yang dilaksanakan dalam keadaan lumer atau cair, pada penelitian ini jenis sambungan yang digunakan yaitu sambungan T dengan tujuan merancang dan membuat alat bantu pegang (fixture) untuk mendapatkan hasil pengelasan sambungan T dan membandingkan distorsi yang terjadi antara menggunakan fixture dan tanpa menggunakan fixture. Pada penelitian ini digunakan jenis pengelasan SMAW dengan merek A.C ARC WELDER bertipe Bz-300F-3 dan RD-260 AWS A5.1 E6013 berdiameter 3,2mm sebagai elektrodanya. Kajian dibatasi pada perancangan dam pembuatan alat serta pengukuran distorsi yang dilakukan sebanyak 18 kali. Pengukuran distorsi menggunakan alat dial indikator dengan titik awal/titik nol pada ujung benda uji dan titik akhir pada daerah sambungan las. Hasil menunjukkan bahwa penggunaan alat bantu pegang (fixture) dapat mengurangi terjadinya distorsi. Didapat nilai terkecil distorsi menggunakan alat bantu pegang (fixture) yaitu sebesar 0,33 derajat, sedangkan nilai terkecil distorsi tanpa penggunann fixture yairu sebesar 1,33 derajat. Serta penggunaan alat bantu pegang dapat mereduksi waktu setup dan dapat meningkatkan volume produksi yang berakibat pada penurunan biaya produksi, sehingga cukup layak dari segi ekonomi.
Kata Kunci : Proses las, Distorsi, Fixture, SMAW, Sambungan T, Proses Produksi.
pembuatan alat bantu cekam (fixture) dalam proses pengelasan sambungan-T yang mampu menjamin hasil pengelasan yang benar, dengan proses yang cepat dan mudah (Saptono, 2004). Dengan kata lain pengerjaan proses pengelasan akan lebih mudah untuk mendapatkan kualitas produk yang lebih tinggi dengan tidak adanya cacat pada bagian benda kerja, ataupun laju produksi yang lebih tinggi. Dengan demikian, efisiensi proses pengelasan suatu produk dapat ditingkatkan (mereduksi waktu setup) melalui perancangan alat bantu pegang (fixture) pada proses pengelasan sambungan-T. (Arifin, 2008).
1.
Latar Belakang Saat ini perkembangan ilmu pengetahuan dan teknologi berdampak pada kemajuan industri manufaktur yang diharuskan untuk dapat menghasilkan produk dengan cara yang lebih mudah, cepat, dan murah. Untuk itu banyak perusahaan dibidang industri manufaktur mencoba mencari cara untuk menekan biaya produksi dan mempercepat proses produksi tanpa mengurangi kualitas produk yang dihasilkan. Contoh nyata yang paling mudah untuk dilihat di antaranya adalah banyaknya bermunculan alat-alat bantu yang dapat membantu dan bahkan menggantikan pekerjaan manusia tersebut. Namun tidak semua pekerjaan yang ada sekarang sudah memiliki alat bantu yang dapat memudahkan pekerjaan tersebut. Bahkan dalam beberapa kegiatan produksi manufaktur terdapat beberapa pekerjaan yang menuntut adanya penggunaan alat bantu, salah satunya adalah pengelasan (Arifin dkk, 2014). Dengan memperhatikan kenyataan diatas maka perlu dilakukan perancangan dan
2. Tinjauan Pustaka Fixture adalah peralatan produksi yang menempatkan, memegang dan menyangga benda kerja secara kuat sehingga pekerjaan yang diperlukan bisa dilakukan (Arifin, 2008). Fungsi utama dari fixture las adalah memegang benda yang akan dilas pada saatnya ataupun sebelumnya.
1
f. Menggunakan material alat bantu yang menjamin umur. g. Pemakaian yang cukup. h. Menjamin keamanan kerja operator.
3. Metode Penelitian dan Eksperimen
Mulai Studi Pustaka
5. Hasil dan Analisa 5.1. Analisa Pada Clamp Posisi pencekam selalu bersentuhan dengan benda kerja pada posisi yang rigid. Untuk menghindari defleksi benda kerja harus ditahan menggunakan alat bantu.
Perancangan Alat Analisa Desain (Stress Analysis) Pembuatan Alat
Gambar 2. Daerah clamp yang bersentuhan dengan benda kerja.
Pengujian Alat: Membandingkan hasil pengelasan sambungan T dengan menggunakan fixture dan tanpa menggunakan fixture dengan menghitung nilai distorsi Tidak
Material: Baja karbon rendah Panjang komponen: 143,23 mm Lebar komponen: 50 mm Tegangan pada clamp (4)
Berha sil?
Maka,
Ya = 253,77 N/mm2
Analisa dan Kesimpulan
5.2. Analisa pada set-block Sebagai alat yang memposisikan benda kerja pada fixture agar benda kerja menjadi rigid atau kaku.
Selesai Gambar 1. Langkah-langkah Perancangan Alat Gerinda Silindris 4. Eksperimen Desain alat bantu selalu berkembang karena tidak ada satu alat yang mampu memenuhi seluruh proses manufaktur. Dari sini ditentukan konsep alat bantu yang dirancang harus memenuhi hal-hal sebagai berikut: a. Sederhana, mudah dioperasikan. b. Menurunkan biaya manufaktur. c. Menghasilkan part berkualitas tinggi secara konsisten. d. Menaikkan laju produksi. e. Foolproof, mencegah penggunaan/pemasangan yang salah.
Gambar 3. Daerah set-block yang bersentuhan dengan benda kerja. Material: Baja karbon rendah Panjang komponen: 100 mm Lebar komponen: 60 mm Tegangan pada clamp Maka,
= 302,9 N/mm2 2
Maka, Toleransi yang terjadi pada ulir batang penggerak yaitu sebesar 174 µm untuk ulir luar dan 229 µm untuk ulir dalam.
5.3. Analisa Pada Batang Penggerak Batang penggerak digunakan untuk menggerakkan clamp, batang ini memiliki ulir sehingga dapat mendorong dan menarik clamp.
Bagian-bagian yang telah dirancang dan dibuat akan digabungkan dengan komponenkomponen utama lainnya. Berikut ini merupakan alat bantu pegang (fixture) yang telah selesai dibuat dan di rangkai.
Gambar 4. Batang penggerak. Material: Baja karbon rendah Massa: 20,164 Kg Diameter komponen: 20 mm Tegangan pada clamp
Gambar 6. Alat bantu pegang (fixture). Maka,
6. Pengujian Alat Adapun pengujian pada alat ini adalah untuk mengetahui apakah elemen-elemen yang ada pada alat bantu pegang (fixture) proses pengelasan sambungan T dapat bekerja dengan baik, dengan membandingkan hasil pengelasan yang pendinginannya menggunakan fixture dan tanpa fixture. Adapun proses-proses pengujian alat meliputi: persiapan mesin dan alat, persiapan benda uji, analisa, kesimpulan dan selesai.
= 5787,94 N/mm2 5.4. Analisa Toleransi Pada Ulir Untuk ulir luar daerah toleransinya adalah e, g dan h. Sedangkan untuk ulir dalam daerah toleransinya adalah G dan H.
6.1. Persiapan Benda Uji Benda kerja yang digunakan dalam penelitian ini, yaitu pelat besi yang berukuran 3mm dengan ukuran panjang 200 mm.
Gambar 5. Posisi daerah toleransi ulir luar dan ulir dalam. Ulir yang digunakan dalam penelitian ini yaitu berjenis M20 dengan spesifikasi sebagai berikut:
Tabel 1. Spesifikasi Ulir M 20 Ulir Diam luar Diam eter eter Ga Diam tenga nomi ng eter h nal P terke d2 = d=D cil D2 d3 18,37 M 20 2,5 16,93 6
Ulir dalam Diam eter terke cil D3
Diam eter mata bor
17,29
17,5
Gambar 7. Pelat besi. 6.2. Persiapan Alat Adapun alat-alat yang digunakan guna menunjang penelitian adalah sebagai berikut: a. Mesin Las Jenis mesin las yang digunakan pada pengujian alat bantu pegang ini adalah pengelasan SMAW (Shield Metal Arc
3
Welding) atau biasa disebut las busur listrik .
pengukuran. e. Didapatkan selisih ukuran yang merupakan nilai dari distorsi.
b. Dial Indikator Dial indikator adalah alat ukur yang dipergunakan untuk memeriksa penyimpangan yang sangat kecil dari bidang datar, bidang silinder atau permukaan bulat dan kesejajaran.
7. Pelaksanaan Pengujian Tahapan Pengujian : 1. Tahap awal pengujian yaitu menyiapkan alat-alat yang akan digunakan selama proses pengujian. 2. Benda uji yang digunakan dipotong panjangnya menjadi 200 mm, sedangkan tebal benda uji yaitu 3 mm. 3. Pada pengujian pengelasan menggunakan fixture, benda uji ditempatkan pada 2 buah sisi sehingga benda uji tersebut memiliki sudut 900, lalu keratkan benda uji dengan memutar batang penggerak agar clamp dapat menahan benda uji. 4. Pada pengujian pengelasan tanpa menggunakan fixture, 2 buah benda uji diletakkan diatas permukaan datar, gunakan mistar siku untuk mendapatkan sudut 900. Benda uji siap dilakukan proses pengelasan. 5. Setelah benda uji siap, proses pengelasan dapat dilakukan dengan menggunakan elektroda berjenis E6013, Voltase 20 – 30 V, travel speed 60 mm/min serta variasi Arus (A) yaitu 100 A, 125 A dan 150 A. 6. Menjalankan proses pengelasan sesuai dengan parameter dan variasi yang telah ditentukan. 7. Ketika menjalankan proses, hitung perbandingan waktu setup dan waktu proses pengelasan. 8. Mengukur distorsi dari setiap benda uji dengan menggunakan dial indikator. Pengukuran distorsi dapat dilakukan sebagai berikut: a. Benda uji yang telah dilas diletakkan diatas meja datar. b. Agar benda kerja tidak bergerak, maka di cekam. c. Benda uji diukur dengan dial indikator pada ujung benda uji yang mana menjadi titik 0 (nol) atau titik awal pengukuran. d. Dial indikator mengukur daerah las dari benda uji yang merupakan titik akhir
Gambar 8. Pengukuran distorsi 9. Mengolah data hasil pengelasan dan hasil pengukuran yang diperoleh secara statistik. 10. Memasukkan nilai tersebut kedalam tabel dan kemudian dibuat grafik masing-masing variasi terhadap nilai distorsi. Menganalisa hasil penelitian untuk mendapatkan kesimpulan dari setiap variasi parameter tersebut dan menentukan apakah fixture yang dibuat berhasil menahan laju distorsi pada benda uji. 9. Hasil Pengujian Alat Pada pengujian ini didapat waktu setup dan waktu proses pengelasan, dimana hasil pengujian memperlihatkan perbandingan waktu yang terjadi antara menggunakan fixture dan tanpa menggunakan fixture. Kemudian setelah membandingkan waktu dengan menggunakan fixture dan tanpa menggunakan fixture, dilakukan analisa kelayakan ekonomis yang gunanya agar mengetahui apakah alat bantu pegang atau fixture yang dibuat layak untuk digunakan secara ekonomi. 11.1. Analisis Perbandingan Waktu Setelah melakukan proses perhitungan waktu setup tanpa menggunakan fixture dan waktu setup dengan menggunakan fixture pada saat pengujian alat, maka dapat diketahui perbandingan waktu setup yang terjadi. Selain itu, terdapat juga waktu proses pengelasan yang dilakukan dengan perbandingan proses pengelasan tanpa menggunakan fixture dan proses pengelasan menggunakan fixture. Perbandingan waktu setup dan waktu proses dapat dilihat pada tabel berikut.
4
Tabel 2. Perbandingan waktu setup dan waktu proses Menggunakan Fixture Spesimen I III V Waktu Setup 26,112 (detik) Waktu Proses 25,804 (detik) Total (detik) 51,916
43,088 20,581 63,669
Tabel 3. Hasil Analisis Kelayakan Ekonomis Tanpa Menggunakan Kriteria Menggunakan Fixture Fixture Ukuran lot 2000 unit 2000 unit produksi Jumlah benda kerja 69 unit/jam 57 unit/jam perjam Ongkos pembuatan Rp. 286,Rp. 346,per unit Ongkos tenaga Rp. 570.000,- Rp. 692.000,kerja
9. Penggambaran grafik perbandingan waktu setup dan waktu proses pengelasan. Gambar
Dengan melihat grafik diatas dapat disimpulkan bahwa, waktu setup dengan menggunakan fixture sebesar 21,619 detik, lebih cepat dibandingkan dengan tanpa menggunakan fixture yang memiliki waktu setup sebesar 43,088 detik. Hal ini dikarenakan fixture yang dibuat memudahkan operator dalam melakukan setup, sehingga waktu setup menggunakan fixture lebih efisien. Sedangkan waktu proses pengelasan menggunakan fixture sebesar 25,765 detik, lebih lama dibandingkan dengan tanpa menggunakan fixture yang memiliki waktu proses pengelasan sebesar 20,581 detik. Hal ini dikarenakan ruang gerak las yang sempit, sehingga proses pengelasan mengunakan fixture dilakukan 2 kali. 11.2.
Tanpa Menggunakan Fixture II IV VI
Hasil perbandingan menunjukkan bahwa penggunaan fixture dapat meningkatkan volume produksi yang berakibat pada penurunan biaya pembuatan produk.
11.3.
Analisis Distorsi
Setelah proses pengujian alat bantu pegang (fixture) pada benda uji berbentuk pelat strip dilakukan, benda uji tersebut akan diuji penyimpangannya atau distorsi dengan menggunakan dial indikator. Uji distorsi diambil dengan mengukur titik awal yang berarti titik nol pada ujung pelat strip dan diakhir pada titik akhir yaitu pada sambungan las. Parameter yang digunakan pada saat pengujian dapat dilihat pada tabel 4.
Analisis Kelayakan Ekonomis Alat
Bantu Pegang Untuk dapat menganalisis apakah fixture yang dibuat cukup layak secara ekonomis, maka dilakukan pengujian dengan cara membandingkan ongkos dan waktu yang dibutuhkan dalam proses pengelasan menggunakan alat bantu pegang (fixture) dan tanpa menggunakan alat bantu pegang (fixture), dengan ukuran lot produksi sebanyak 2000 unit.
5
Tabel 4. Parameter pengujian Specimen
Voltase (V)
I II III IV V VI
20-30 20-30 20-30 20-30 20-30 20-30
Travel speed (mm/min) 60 60 60 60 60 60
Arus (A) 100
125
150
√ √
Pengelasan menggunakan fixture √
Pengelasan tanpa fixture √
√ √
√ √ √ √
√ √
Tabel 5. Hasil pengukuran distorsi Spesimen Distorsi (derajat) Rata-rata (derajat)
Menggunakan Fixture I III V 0.55 0.58 0.66 0.50 0.65 0.33 0.88 0.59 0.35
Tanpa Menggunakan Fixture II IV VI 1.97 1.33 2.51 1.50 1.96 2.40 1.81 2.20 3.68
0.65
1.76
0.61
0.45
Tabel 5. Merupakan hasil pengukuran pada pengujian benda uji pelat strip setelah dilakukan proses pengelasan menggunakan alat bantu pegang (fixture) dengan variasi arus.
b.
c.
d.
Gambar 10. Penggambaran grafik pengukuran distorsi. 10. Kesimpulan dan Saran 12.1. Kesimpulan Kesimpulan yang didapat dari perancangan dan pembuatan alat bantu pegang (fixture) untuk proses pengelasan sambungan T yang sudah dilakukan pengujian alat adalah sebagai berikut: a. Pembuatan alat bantu pegang (fixture) yang dihasilkan yaitu: Base plate berbentuk segi empat dengan dimensi 400 x 300 x 10 mm dengan jumlah lubang 8 buah yang dibuat ulir M10. Clamp berbentuk menyerupai huruf V dengan dimensi 255 x 110 x 50 mm. Batang penggerak berbentuk silinder dengan panjang 330 mm dengan diameter 14 mm yang dibuat ulir M20 dengan jarak
e.
f.
2
1.83
2.86
pitch 2,5 mm. Lokator berbentuk segi enam dengan dimensi 300 x 280 x 10 mm, dengan jumlah lubang 4 buah. Dua buah Set-block berbentuk siku dengan dimensi 100 x 60 x 10 mm dengan 2 buah lubang pada salah satu penampangnya. Alat bantu pegang (fixture) dapat meningkatkan produktivitas melalui waktu setup serta meningkatkan efisiensi penggunaan melalui penggunaan yang berulang-ulang. Alat bantu pegang (fixture) dapat mengurangi distorsi yang terjadi pada proses pengelasan sambungan T. Pada proses pengelasan menggunakan fixture, nilai distorsi terendah terjadi pada variasi arus 150 A, yaitu sebesar 0,33 derajat. Sedangkan nilai distorsi tertinggi terjadi pada variasi arus 100 A, yaitu sebesar 0,88 derajat. Pada proses pengelasan tanpa menggunakan fixture, nilai distorsi terendah terjadi pada variasi arus 125 A, yaitu sebesar 1,33 derajat. Sedangkan nilai distorsi tertinggi terjadi pada variasi arus 150 A, yaitu sebesar 3,68 derajat. semakin besar arus pada proses pengelasan menggunakan alat bantu pegang (fixture) maka semakin kecil distorsi yang terjadi. Sedangkan pada proses pengelasan tanpa menggunakan alat bantu pegang (fixture) semakin besar arus yang digunakan maka semakin besar pula distorsi yang terjadi.
12.2. Saran Berdasarkan pengujian dan hasil yang didapatkan dari perancangan dan pembuatan alat bantu pegang (fixture) untuk proses pengelasan sambungan T, maka penulis dapat memberikan saran yaitu : 1) Didalam melakukan perancangan alat tambahan pada mesin manufaktur perlu di perhatikan bentuk disain, ukuran dan dimensi alat. Agar alat dapat digunakan sesuai dengan apa yang diharapkan. 2) Alat bantu pegang (fixture) ini dapat disempurnakan oleh peneliti selanjutnya, misalnya dengan memvariasikan jenis sambungan las.
11. Daftar Pustaka ASM Handbook Commite. 1993. Welding, Brazing and Soldering. Vol. 6. ASM International.
Cross, Nigel. 1994. Engineering design methods: Strategies for product design. 2nd. ed. Chichester (Wiley). Ginting, Rosnani. 2008. Perancangan Produk. Medan: Departemen Teknik Industri USU. Hoffman, Edward G. 2004. "Jig and Fixture, Fifth Edition". Delmar, cangage learning, USA. IS 14962. 2001. ISO General Purpose Metric Screw Threads-Tolerances: Part 1 Principles And Basic Data. Manak Bavan; Bureau Of Indian Standards. New Delhi 110002, India. Rochim, T., 2007. PROSES PEMESINAN BUKU 1 Klarifikasi Proses, Gaya & Daya Pemesinan. Penerbit : ITB. Bandung. Wiryosumarto, Harsono dan Toshie Okumura. 2000. Teknologi Pengelasan. Cet.8. Jakarta: Pradnya Paramitha. Yanis, Muhammad dkk. 2015. Perancangan dan Pembuatan Alat Bantu Cekam Pada Mesin Sekrap Untuk Mengerjakan Proses Freis. Jurnal.
3
