PERANCANGAN DAN REKAYASA ALAT BANTU UNTUK SNEI ULIR STANDAR PADA MESIN BUBUT M. Elfian Hadi(1), Nofriadi(1), Suhardi S.(1) (1)
Staf Pengajar Jurusan Teknik Mesin Politeknik Negeri Padang ABSTRACT
This research grant as a realization of engineering development, due to maximizing uses of turning machine in the making process of standard thread. The method used was design and build model, and the result was a design with supporting tool model which is well tested. After this snei instrument finish builded and applied, the performance data showed it was better using this instrument than nothing because the efficient timing process counted by using it ensures those facts. Before using this supporting instrument the productivity recorded 190 seconds/items on average. After applying this engineering instrument, it is recorded that the production time became 33 seconds/items on average. The final conclusion, the time efficiency reached by this instrument for each product was as big as 167 seconds or 5 times faster. Keywords: Creative improvement raising production 1. PENDAHULUAN Kemajuan yang pesat telah terjadi dalam bidang mesin-mesin industri, pengembangan terjadi terutama dalam bidang teknologi pemotongan logam. Dalam proses produksi mesin-mesin, pabrikan kuat modal makin cenderung kepada otomatisasi, mulai dari hulu sampai ke hilir. Hal tersebut tentu tidak terjangkau oleh industri kecil menengah. Jangankan mimpi membeli mesin baru yang canggih, bisa bertahan hidup dari mesinmesin yang sudah ada saja sudah sangat menggembirakan. Rancang bangun alat bantu untuk snei ulir standard dalam penelitian ini menawarkan suatu alternatif yang logis, yakni dengan tambahan biaya relatif kecil, akan dapat meningkatkan kapasitas produksi lebih baik. Penelitian ini ditujukan untuk memberdayakan mesin bubut konvensional dan mengarahkan agar teknologi proses produksi menjadi pola produksi masal dalam proses pembuatan ulir metris M6, M8 dan M12. 2 TINJAUAN PUSTAKA Manajemen produksi, kapasitas produksi seringkali dijadikan acuan untuk menghitung berbagai fariabel nilai lainnya. Diantara fariabel tersebut adalah waktu proses , material dan umur tool. Sebagai sasaran akhir dapat diketahui nilai-nilai yang akan berhungan dengan profit (keuntungan). Untuk mengendalikan waktu proses kerja mesin, peneliti telah merancang suatu alat bantu yang dapat mempersingkat waktu proses
pembuatan ulir. Semakin singkat waktu yang terpakai selama proses untuk menghasilkan suatu produk, maka semakin besar kapasitas produk yang dapat dihasilkan persatuan waktu. Dengan catatan bahwa kegiatan yang dilakukun selama proses produksi tidak meninggalkan kaedah yang berlaku umum (contoh: hubungan interaksi antara jenis alat potong vs kekuatan row material, kondisi pemotongan logam, dan spesifikasi mesin yang direkomendasi). Jika rambu-rambu tersebut masih ditaati, maka keuntungan optimum yang diharapkan dapat diraih secara nyata. Adanya alat bantu kerja dapat menghemat waktu yang terbuang dalam rangkaian proses produksi. Untuk membuat suatu alat bantu dalam proses produksi yang berhubungan dengan material logam, sebaiknya dilakukan melalui perencanaan secara s i s t e m a t i s . Misalnya dengan melakukan analisa gayagaya yang terjadi pada alat bantu serta perhitungan-perhitungan kekuatan bahan yang digunakan dalam konstruksi. Dengan demikian maka alat bantu dibuat benar-benar akan memberi manfaat sesuai dengan tujuan semula. Dalam rancangan " alat bantu untuk snei ulir standard pada mesin bubut" ini, peneliti melakukan beberapa tinjauan terhadap berbagai kemungkinan yang terjadi sebagai akibat dari pembebanan saat alat bantu bekerja melakukan tugasnya. 2.1 Diameter Poros Untuk
menghitung
besarnya
dimensi
suatu
Jurnal Teknik Mesin
Vol. 4, No.1, Juni 2007
konstruksi poros dari alat bantu yang akan mendukung snei (beban lentur murni) dapat menggunakan rumus [3, hal. 244] :
σa = M1 /z = M 1 /( π/132)ds 3 = 10.2 M 1 /ds 3 ds = (10.2 M 1 /
σa) 1/3
… (1)
= Tegangan izin bahan
M 1 = Momen lentur Z = Momen tahanan bahan Ds = diameter poros 2.2 Gaya geser Untuk menghitung besarnya gaya geser yang terjadi pada snei dapat dihitung menggunakan rumus [3, hal. 93] : Fg=τgxA
... (2)
dimana
… (3)
dimana : A = Luas penampang S = Besarnya pergeseran
Bertolak dari uraian di atas maka setiap perencana alat-alat bantu, perlu memiliki pengetahuan bahan, terutama pengetahuan tentang sifat-sifat dan karakteristik bahan bahan/material yang akan digunakan pada konstruksi. Semua itu akan sangat mendukung keberhasilan dalam pemilihan bahan yang dipakai kemudian hari. didalam
Maksudnya adalah bahan-bahan tersebut ada dipasaran dan bisa dikerjakan dengan mesin-mesin perkakas, seperti: mesin bubut, mesin frais, mesin gerinda dan lain-lain. 2.7 Analisa gaya dan daya
2.4 Perhitungan Daya Untuk menghitung daya penggerak material dapat digunakan rumus:
dimana : P W
Pengetahuan dasar tentang pemilihan bahanbahan yang akan digunakan pada suatu konstruksi mesin adalah suatu hal yang sangat penting. Seorang perencana harus memahami langkahlangkah pembuatan alat bantu yang direncanakan. Dapat menghitung kekuatan bahan yang dibutuhkan dan dapat memilih jenis bahan yang sesuai untuk keperluan tersebut.
2. Bahan mampu dimesin
Untuk menghitung luas penampang material teriris dapat digunakan rumus:
= TxW
τ p = tegangan puntir mp = momen puntir wp = momen perawatan
1. Bahan mudah didapat
2.3 Luas penampang ulir
P
… (5)
dimana:
Hal-hal yang perlu diperhatikan pemilihan bahan antara lain:
T = Torsi T = FR R = jari-jari rata-rata (D+d)/2
A= π/4 (D 2 - d 2 ) /2 x S
τ p = Mp/Wp
2.6 Pemilihan bahan
dimana:
σa
ISSN 1829-8958
... (4)
= Daya = Kecepatan sudut
Sebagai contoh pembebanan dimaksud adalah beban lentur, beban puntir atau beban lain seperti beban tarik, beban tekan bahkan mungkin pula terjadi beban kombinasi diantara bebanbeban tersebut. 2.5 Tegangan Puntir Untuk perhitungan puntiran yang terjadi dapat menggunakan rumus [2, hal. 13-1] :
Sesuai dengan prinsip kerja dari alat ini yaitu waktu penyenaian berlangsung, benda kerja dalam keadaan berputar. Senai yang dijepit bergerak mendekati. Benda kerja sambil melakukan penyayatan dan menjauhi benda kerja setelah melakukan penyayatan s e s u a i dengan arah putaran mesin bubut. Ketika material berputar berlawanan arah jarum jam, senai bergerak menuju spindel/chuck . Sebaliknya jika material diputar searah jarum jam, gerakan senai menjauhi chuck. Benda kerja dijepit oleh chuck, sehingga saat penjepit berlangsung timbul puntiran pada material. Besarnya momen puntir (Mp) dan gaya geser (Fg) disana tergantung kepada: Bahan benda kerja, diameter benda kerja dan ukuran snei yang dipakai. Berikut ini ditunjukkan langkah-langkah penganalisaan gaya-gaya yang terjadi pada alat bantu snei yang direncanakan. Data perhitungan ini didasarkan kepada: 10
Perancangan dan Rekayasa Alat Bantu untuk Snei Ulir Standar pada Me sin Bubut ( M. Elfian Hadi)
1. 2. 3.
Ukuran senai M12 Beban statis v = 3 Bahan yang diulir ST 37
3. METODOLOGI Metode Penelitian ini dimulai dengan suatu desain rancangan alat bantu produksi yang meliputi disain bentuk dan ukuran. Sebelum model sungguhan dibangun dilakukan perencanaan prototipe, dan pemilihan bahan yang akan digunakan pada konstruksi. Penetapan pilihan dilakukan berlandaskan kepada perhitungan-perhitungan kekuatan bahan.
berbagai komponen pendukung dari alat bantu. Selanjutnya berdasarkan kepada desain dan ukuran yang ditetapkan dibangunlah sebuah model alat bantu untuk snei ulir standard pada mesin bubut. 3.2 Pengujian fungsi alat bantu model Setelah alat selesai dibangun maka dilakukan uji pakai untuk mengetahui apakah alat bantu yang dibuat dapat berfungsi sesuai dengan perencanaan peruntukannya . Dalam uji coba operasional (performance) dilakukan pencatatan data mengenai waktu yang terpakai selama proses pekerjaan berlangsung . Jika telah diperoleh beberapa data yang dianggap falid maka dihitung waktu rata rata yang terpakai untuk s a t i a p proses penguliran dan hasil akhirnya d i t a n d i n g k a n d e n g a n data ya ng diperoleh mela lui proses penguliran yang tanpa alat bantu. Dari pembandingan tersebut akan diperoleh angka persentase yang m e n y a t a k a n s e b a g a i performance dari alat bantu hasil rancangan, sebagaimana dilakukan. pembangunan model konstruksi.
Keterangan gambar 1. Landasan 2. Kaki poros 3. Poros peluncur 4. Penggerak snei 5. Rel pemasangan kaki rumah snei 6. Kaki rumah snei 7. Landasan kaki rumah snei 8. Pengunci landasan 9. Rumah snei
Gambar 1 Desain alat bantu untuk snei ulir standard pada mesin bubut.
Cara kerja alat bantu: 1.Rumah snei didekatkan hingga mata snei kontak dengan ujung material. 2.Mesin bubut dihidupkan sehingga benda kerja berputar mengikuti putaran spindel.
4. HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1 Perhitungan kekuatan Untuk menghasilkan konstruksi yang baik maka perlu dilakukan pemilihan bahan yang sesuai dengan peruntukannya. Agar pemilihan benarbenar efektif maka perlu dilakukan pengujian bahan baik secara teoritis maupun praktis. 4.2 Momen puntir Mp
= τ p x .Wp
τp
= 0,5 σ t [2,
τp
= tegangan puntir (N/mm 2 )
Mp
= Mornen puntir (Nmm)
Wp
= momen tahanan puntir mm 3
dimana hal. 13-1
3.Proses penguliran terjadi dan alat bantu bergerak menuju arah spindel.
σMax. bahan = 37 kg/mm2
4.Jika panjang ulir tercapai, stop spindel, dan arah putaran spindel dibalik.
σMax = 37 kg/mm2 x 9,81 m/dt2
5.Alat bantu akan kembali ke posisi awal meninggalkan ulir yang dibuatnya. 3.1 Pembuatan model Setelah analisa gaya-gaya diiakukan, diperoleh data mengenai besarnya dimensi
σMax = 362,97 N/mm2 Tegangan tank izin bahan adalah:
σt
=
σt max bahan / v
σt
= 362,97 N/mm2 11
Jurnal Teknik Mesin
Vol. 4, No.1, Juni 2007
3
σt
= 1 2 0 , 9 9 N/mm2
τp
= 5x120,99 N/mm2
ISSN 1829-8958
Bentuk penampang yang diulir segitiga, berarti yang disayat sisi miring seperti terlihat pada ”Gambar (3)”
= 60,495 N/mm3 Wp = π /16d 3 Wp = π /16.12 3 = 339,29 mm3 Maka Mp = τ p x Wp Gambar 3. Penampang Ulir segitiga
Mp = 60,495 Jadi momen puntir (Mp) yang terjadi pada poros alat bantu adalah sebesar 20525,349 Nmm.
Untuk menghitung sisi miring ulir (a) sin 60
a (d2-d1)/2+ (D-d2)/2
=
4.3 Gaya Geser Besarnya gaya geser yang terjadi ketika penyenaian menggunakan senai M12 adalah sama dengan besarnya tegangan geser dikali luas penampang yang digeser. Untuk menghitung sisi miring (a) adalah sebagai herikut: (Nmm Wp) = τg x A
Fg
a = Sin 60(10,8 - 10,1)/2 + (12 - 10,8)12 = 0,82 mm Sedangkan untuk kedua sisi miring a
= 2 x 0,82 mm = 1,64 mm
Jadi luas penampang (A) adalah A = π/4 (D 2 - d 2 )12 - (a) x S
Dimana:
A = π/4 (12 2 - 10,8 2 )/2 = 21,105 mm2
Fg
= gaya geser
τg
= tegangan geser
A
= luas penampang geser
Jika tegangan geser (τ g) = 0,5 (τ t ) tegangan tarik
(= setengah lingkaran) Untuk satu lingkaran dihitung sebagai dua kalinya (A)
= 42,21 mm 2
Maka τg
= 2x 21,105 mm 2
= 0,5 x 120,44 N/mm2 = 60,22 N/mm
Gaya yang bekerja adalah sebesar:
2
Fg
Untuk mengetahui luas penampang A yang bergeser dan tersayat oleh snei diasumsikan sama dengan membuat benda bulat, ”Gambar(2)”
= 60,495 N/mm 2 x 42,21 mm 2 = 2553,28 N
Jadi besarnya gaya geser terjadi pada ulir adalah s e b e s a r 2553,28 N 4.4 Perhitungan Daya Untuk rnenghitung kebutuhan daya, digunakan rumus gerak melingkar rotasi sebagai barikut:
d
D
P
= Fr . W
dimana :
F.R R rata-rata R
=T = (D + d)/ 2 = (12 + 10,1)/2 = 11,05 mm
Gambar 2. Penampang baut
12
Perancangan dan Rekayasa Alat Bantu untuk Snei Ulir Standar pada Me sin Bubut ( M. Elfian Hadi)
Torsi = Fg . R
τp
dimana P R T W T
= = = = = = =
daya (watt) jari-jari (mm) torsi (Wm) kecepatan sudut (rad/det) 2553,28 N . 11,05 mm 28213,74 Nmm 28,2 N/m
Maka : P=T.W dimana : n = putaran terendah mesin (30rpm) W = 2Rn/60 (kecepatan sudut dalam rad/det) = 2 π..30 rpm/60 P = 28,2 N/m x 3,14 rad/det = 88,59 watt = 88,59 watt/744 (Hp) = 0,1 Hp. 4.5 Perhitungan sudut puntir Panjang maksimum (L max) benda kerja yang dihitung adalah M6. Hal ini digunakan karena senai M6 memiliki panjang yang lebih dibandingkan dengan ukuran M8, M10 atau M12.
= 0 ,5 . 120,99 N / m m 2 = 6 0 ,4 9 5 N/mm2
Wp = π / 1 6 x d 3 Wp = n/16 x 63 = 42,4 mm3 Maka: Mp = 50,495 x 42,4 = 2564,988 Nmm. Jadi momen puntir yang bekerja pada Snei M6 = 2564,988 Nmm Dengan diketahui besar momen puntir dan diameter dapat dihitung sudut puntir (0)benda kerja (θ) = Mp.L/lp.G L
= θ . Ip.G/Mp
dimama: G
= Modulus geser bahan ST37 = 80.000 Nm 2
Ip
= Momen inertia penampang
Ip
= π/32.d 4
Dengan mengetahui sudut puntir pada M6 maka dapat dihitung panjang maksimum (Lmax) benda kerja sebagai berikut:
Ip
= 3,14/32x6 4
Ip
= 127,23mm 4
Bahan ya n g a ka n diberi ulir ad al a h ST37 dan faktor keamanan untuk bahan yang bekerja statis (V=3).
L
= (0,5.127,23mm.80.000 N/m 2 )
Pada M6 momen puntir yang bekerja adalah tegangan puntir dikali momen tahanan puntir. Mp = τ p. Wp. dimana τt
= τ m a x bahan / faktor keamanan
2564,988 N/mm L
= 1984 mm
Panjang maksimum dari ulir 1984 mm, sedangkan panjang poros tempat gerakan rumah snei direncanakan 400 mm. Jadi gerakan rumah snei sepanjang poros masih aman.
τ m a x = T t bahan x grafitasi τ m a x = 37 Kg/mm2 x 9,81 m/det 2 = 362,97 N/mm2 τt
= tegangan tarik i z i n = 362,97/3 = 120,99 N/mm 2
Tegangan puntir τp
= Mp/Wp
τp
= 0,5 τ t
dimana: Gambar 4. instalsi pengujian pada mesin bubut
13
Jurnal Teknik Mesin
Vol. 4, No.1, Juni 2007
4.6 Pembahasan Setelah alat bantu selesai dibuat dan diuji coba untuk produksi, ternyata alat bantu dapat befungsi dengan baik sebagaimana mestinya. Pengambilan data dilakukan terhadap proses pekerjaan penguliran secara tanpa alat bantu sebanyak 11 kali, dimana ukuran ulir yang dibuat adalah sama M6. Data-data tersebut disusun dalam “Tabel (1)” berikut: Tabel 1. Waktu proses tanpa alat bantu No 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
Waktu Proses detik 190 190 189 190 190 190 190 191 190 190 190
L Maks mm 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10
ISSN 1829-8958
prestasi peningkatan produksi yang mampu dicapai oleh alat bantu ini.
5. KESIMPULAN Setelah melakukan pengujian secara seksama terhadap kinerja alat bantu pembuatan ulir standar yang direkayasa, terbukti bahwa alat bantu tersebut dapat memberikan kontribusi yang nyata. Alat ini mampu bekerja dengan baik dan dapat beradaptasi terhadap pasangan mata snei ulir (M6, M8 dan M12). Waktu produksi rata-rata sebelum menggunakan alat bantu adalah 190 detik/produk, setelah digunakan alat bantu, proses produksi hanya membutuhkan waktu rata-rata 33 detik/produk. PUSTAKA 1.RS Khurmi Gupta, Machine design, Eurasia Publishing House, New Delhi, 1982 2.Sularso Kiyokatsu suga, Elemen Mesin, Pradnya Paramita, Jakarta, 1983 3.Timoshenko, Dasar Perhitungan Kekuatan Bahan, Rista Agung, Jakarta, 1986
Selanjutnya diukur waktu proses penguliran dengan alat bantu dan hasilnya seperti ditampilkan pada “Tabel (2)” berikut ini. Tabel 2. Waktu proses mengunakan alat bantu No
Waktu Proses detik
L Maks mm
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
33 34 32 32 32 32 33 35 32 33 35
10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10
Dari kedua proses pekerjaan tersebut diperoleh data-data tentang nomor material, panjang penguliran, dan waktu proses. Dari data pada “Tabel (1)” dapat dihitung ratarata waktu yang terpakai untuk proses penyenaian satu baut adalah selama 190 detik. Dari data pada “Tabel (2)” dapat pula dihitung waktu rata-rata dalam proses kerja penyenaian, setelah memakai alat bantu adalah sebesar 33 detik. Berdasarkan
data
tersebut
dapat
dihitung 14
