Pertemuan 4.
Pengantar Teknik Industri
TEKNIK PRODUKSI 1
Teknik Produksi Produksi… … y y
Teknik Produksi = Production Engineering = M f Manufacturing i EEngineering i i Designing the production process for a product ◦ Desain dan pemilihan mesin (process engineering) ◦ Desain peralatan-peralatan bantu (tools, jigs dan fixture) ◦ Estimasi Biaya Manufaktur ◦ Sistem perawatan (maintenance) ◦ Pengepakan (packaging)
2
Manufaktur ?
3
Definisi Manufaktur y y
Kata-kata manufaktur berasal dari bahasa latin (manus = hand, h d factus f =made) d ) Definisi “manufacturing” oleh Random House Webster’ss College Dictionary: Webster ◦ “The making of goods or wares by manual labor or by machinery, esp. on a large scale.”
y
Definisi dari National Science Foundation’s Workshop: ◦ “The creation and integration of informational and physical processes to create economic wealth through the production of artifacts.” —NSF 93-69.”
4
Contoh Produk Manufaktur
5
Manufaktur (Technology Perspective)
6
Manufaktur (Economic Perspective)
7
Konsep
Keterkaitan Perancangan Produk & Perancangan Proses Produksi
Sketsa Gambar Kerja Model (Prototype) Testing & Evaluasi Modifikasi & Perbaikan Model (Prototype) Gambar Kerja untuk Produksi
Spesifikasi material
Perancangan Perkakas (Tooling)
Perencanaan dan Penjadwalan Produksi
Pembuatan Perkakas yang diperlukan Pemasangan Perkakas dan Pemeriksaan
Pelaksanaan Kegiatan Produksi / Manufacturingg
8
Teknik Pembuatan Produk (Product Engineering) Proses Transformasi Metalurgis (Metallurgical Transformation)
Pengecoran (Casting)
Pembentukan dan Pemotongan Logam
Pengelasan (Welding)
Penyambungan dan Perakitan (Joining and Assembly)
Penyelesaian Akhir (Finishing) 9
Proses Transformasi Metalurgis (Metallurgical Transformation) Proses yang dilakukan untuk memperbaiki e pe ba ssifat-sifat at s at logam oga se sehingga gga kemampuan dan daya gunanya dapat ditingkatkan… g y Proses Perlakuan Panas (Heat Treatment) y Penggabungan antara dua atau lebih (Alloy) y
10
Sifat--sifat Logam Sifat y y y
y y y
Tensile Strength : kemampuan logam untuk menerima beban tarik atau tekan Hardness : kemampuan logam untuk menahan daya penetrasi / kekerasannya Impact Resistance : kemampuan logam dalam menyerap atau mengabsorbsi energi yang berupa beban kejut j ((impact) p ) Malleability ; kemampuan dan kemudahan logam untuk bisa dibentuk Fatique Resistence : kemampuan logam dalam menahan beban yang berulang-ulang (dinamis) Corrosion Resistance : kemampuan logam d l menahan dalam h korosi k i 11
Process Pengecoran (Casting Process) y
Pengecoran adalah proses penuangan logam lebur ke dalam cetakan, cetakan kemudian mengeras sesuai dengan bentuk rongga cetakan
y
Contoh produk: ◦ blok mesin, pipa, roda kereta api, kerangka mesin, perhiasan, mahkota gigi dll.
12
CASTING
13
Proses Pengecoran y y y y
Cetakan memiliki rongga sesuai dengan dimensi/bentuk komponen. Dimensi rongga gg sedikit lebih besar untuk mengkompensasi g p penyusutan p y saat logam mengalami proses pendinginan dan pengerasan Bahan cetakan: pasir (sand), gips (plaster), keramik (ceramic) dan logam (metal) Tahapan pengecoran: ◦ Logam dilebur pada temperatur tinggi hingga berubah menjadi zat cair ◦ Logam cair dituangkan kedalam cetakan ◦ Logam cair dalam cetakan mengalami proses pendinginan. ◦ Seiring S d dengan menurunnya tempratur, logam l akan k mengeras. ◦ Jika pendinginan/pengerasan selesai, cetakan dilepas. ◦ Proses lanjutan: trimming, cleaning, inspecting 14
Proses Pengecoran
y
Cetakan terbuka: berbentuk kontainer
Cetakan tertutup: memerlukan saluran (passageway) menuju rongga
15
Proses Pengecoran y
Klasifikasi proses pengecoran ◦ Cetakan habis pakai (expendable mold) x Cetakan harus dirusak untuk mengeluarkan komponen hasil pengecoran x Cetakan yang terbuat dari: pasir, gips atau yang menggunakan bahan-bahan pereka.
◦ Cetakan permanen (permanent mold) x Dapat digunakan berulang-ulang x Cetakan C t k terbuat t b t dari d i logam l x Cetakan terbuat dari dua atau lebih bagian yang dapat dibuka untuk mengeluarkan komponen cor 16
Pengecoran Pasir
Dapat digunakan untuk pengecoran logam yang memiliki temperatur lebur tinggi Produk pengecoran memiliki rentang ukuran dari kecil hingga besar dan rentang jumlah dari satu hingga jutaan
17
Cetakan Permanen y y
y
y y
Cetakan dipindahkan, bukan dihancurkan Cetakan juga berasal dari logam dengan conductivity thermal yang bagus Cetakan permanen terdiri dari dua sisi yang terbuat dari logam dan dirancang untuk memudahkan pembukaan/penutup secara akurat Material cetakan: steel atau cast iron L Logam yang dicor: di aluminum, l i magnesium, copper-based alloy dan cast iron
18
Proses Pengecoran Cetakan Permanen
(1) mold is preheated and coated; (2) cores (if used) are inserted and mold is closed (3) molten metal is poured into the mold (4) mold is opened. Finished part is shown in (5)
19
Die Casting y
y
Die castingg adalah pproses pengecoran cetakanpermanen, dimana logam lebur diinjeksi kedalam rongga cetakan dengan tekanan yang tinggi (7 – 350MPa) Cetakan yang digunakan disebut dies
20
Metode Pengecoran yang paling b banyak k di digunakan k
• Sand Casting
High Temperature Alloy, Complex Geometry, Rough Surface Finish
• Investment Casting High Temperature Alloy, Complex Geometry, Moderately Smooth Surface Finish
• Die Casting
High Temperature Alloy, Moderate Geometry, Smooth Surface
21
Keuntungan dan Kerugian Pengecoran y
y
y y
y Pengecoran g dapat p membentuk komponen p dengan geometri eksternal/internal yang komplek Beberapa proses pengecoran dapat langsung y membentuk geometri akhir produk (net shape) sehingga tidak memerlukan proses manufaktur lainnya Pengecoran dapat digunakan untuk membuat y komponen yang sangat besar (>100 ton) P Proses pengecoran dapat d dilakukan dl k k menggunakan berbagai jenis logam yang dapat dipanaskan hingga lebur (liquid state)
Sifat menyerap/merem bes (porosity) Keakuratan dimensi geometrik dan kerataan ppermukaan yyangg rendah Bahaya/resiko keselamatan kerja j saat peleburan logam
◦ Beberapa metoda pengecoran cocok untuk produksi masal 22
Kualitas Pengecoran (1) y
Cacat pada pengecoran (a) misrun; (b) cold shut; (c) cold shot (d) shrinkage cavity (e) microporosity (f) hot tearing/hot cracking
23
Kualitas Pengecoran (2) y
Cacat pada pengecoran pasir (a) sand blow (b) pin holes (c) sand wash (d) scabs (e) penetration (f) mold shift (g) core shift (h) mold crack
24
Kualitas Pengecoran (1) y
Cacat pada pengecoran ◦ Misrun; Pengecoran yang telah mengeras sebelum rongga cetakan terisi sempurna. Penyebab: fluiditas logam lebur kurang, temperatur tuang rendah, kecepatan penuangan lambat, bagian cross-section rongga cetakan tipis. ◦ Cold shut;; terjadi j jjika dua aliran logam g lebur bertemu tetapi p kurangg terjadi fusi antar keduanya akibat adanya pendinginan yang prematur ◦ Cold shots; percikan (splattering) logam lebur saat penuangan mengakibatkan gelembung logam (solid globules) yang mengeras terperangkap p g p dalam cetakan ◦ Shrinkage cavity; depresi yang terjadi pada permukaan atau bagian internal pengecoran akibat terjadinya pengerasan yang menyusut ◦ Microporosity; terjadinya pengerasan yang menyusut secara lokal dan terdistibusi secara merata pada structur dendritic ◦ Hot tearing/hot cracking; retaknya logam pada titik yang mengalami tegangan (tensile stress) yang tinggi akibat dari ketidakmampuan logam untuk menyusut secara natural
25
Kualitas Pengecoran (2) y
Cacat pada pengecoran pasir ◦ Sand blow; Terperangkapnya gas cetak (mold gases) saat penuangan ◦ Pin holes; Seperti sand blow tetapi dalam ukuran kecil dari tersebar ◦ Sand wash; erosi yang terjadi pada cetakan saat penuangan sehingga bentuk cetakan berubah ◦ Scabs; permukaan kasar pada permukaan akibat encrustation logam dan pasir ◦ Penetration; logam lebur terpenetrasi kedalam cetakan karena fluiditas logam yyangg tinggi gg ◦ Mold shift; pergeseran antara cope dan drag sehingga mengakibatkan parting line yang menonjol ◦ Core shift; pergeseran inti akibat dari buoyancy dari logam ◦ Mold crack; retaknya cetakan sehingga logam lebur membentuk sirip pada produk akhir
26
Pertimbangan Dalam Perancangan Produk Cor Cor y
Desain geometri produk sesederhana mungkin ◦ Menyederhanakan M d h k pembuatan b cetakan k ◦ Menghindari penggunaan inti ◦ Meningkatkan g kekutan cetakan
y
Hindari sudut-sudut yang tajam ◦ Merupakan sumber konsentrasi tegangan (stress) ◦ Sumber keratakan ◦ Rancang menggunakan radius (fillet)
y
Toleransi pemesinan ◦ Kepresisian dimensi hasil pengecoran sangat rendah. ◦ Jika kepresisian dimensi diperlukan, perlu toleransi dimensi sekitar 1.5 – 3.0mm untuk diproses p pemesinan p
27
Proses Pembentukan Logam (Metal Forming) Proses Pengerolan (rolling) Proses Penarikan Kawat (Wire drawing) Proses Penempaan ( Foreging) Proses Ekstrusi (Extruding) Proses Pembengkokan/ Pelengkungan(Bending) Proses Drawing (Penarikan) 28
Pembentukan logam y
y y
Mengubah bentuk suatu logam menggunakan gaya yang melebihi l bihi kekuatan k k yield, i ld sehingga hi llogam tersebut b terdeformasi plastis Hasil / bentuk deformasi bergantung pada die yang digunakan Gaya / tenaga yang digunakan
◦ Tekan ◦ Tarik ◦ Tekuk
29
Produk Pembentukan Logam
30
Pembentukan Logam
(a) Rolling (b) Forging (c) Extrusion (d) Drawing
31
Pembentukan Logam
( ) bending (a) b d (b) drawing d ((c)) shearing h 32
Rolling
33
Rolling Operasi Penekanan (Squeezing Operation) dimana logam akan dibentuk ke arah memanjang atau melebar baik dikerjakan secara panas atau dingin. y Pembentukan dilakukan dengan melewatkan material logam ke dalam dua tau lebih roller. y Ketebalan benda kerja berkurang dengan gaya tekan yang diberikan oleh dua rol secara berlawanan y Mesin rolling ◦ Sering disebut rolling mills ◦ Ukuran mesin sangat besar (massive) ◦ Harga mesin mahal, sehingga cocok ◦ untuk proses produksi masal ◦ (jumlah banyak dan produk standar) y
34
Rolling y
Hot rolling ◦ Proses rolling dilakukan pada temperatur tinggi ◦ Keuntungan: x bebas b b dari d i residual id l stress t
◦ Kerugian x Toleransi rendah x Karakteristik permukaan: oxide scale
y
Cold rolling ◦ Mengurangi ketebalan lebih lanjut dari hot rolling ◦ Menguatkan logam, meningkatkan toleransi dan bebas oxide scale 35
Jenis Rolling Lainnya (1) y
Thread rolling ◦ Cold rolling ◦ Kecepatan produksi: 8 unit/detik ◦ Keuntungan: material terbuang sedikit, ulir lebih kuat, permukaan ulir lebih rata dan tahan terhadapp kelelahan ((fatique) q )
36
Jenis Rolling Lainnya (2) y
Ring rolling ◦ Hot rolling untuk ring berdiameter besar ◦ Cold rolling untuk ring berdiameter kecil ◦ Contoh produk: roda kereta api, ring pipa dll.
37
Jenis Rolling Lainnya (3) y
Roll piercing ◦ Hot H t rolling lli ◦ Untuk membentuk pipa berdinding tebal ◦ Sering disebut: rotary tube piercing atau proses Mannesmann
38
Rolling Defects y
Waviness ◦
y
Zipper cracks ◦
y
Too muchh rolling T lli iin center
Edge cracks ◦
y
Improper roller speeds
Too much rolling on outside
Alligatoring ◦
Too much induced tensile stress in the part, or defects 39
Forging y
y y y y
Proses pembentukan logam dengan memberikan beban / t k tekanan ( (pressure) ) secara berulang-ulang b l l d terputus-putus dan t t t (intermittent) Proses deformasi dengan memberikan tekanan secara tibatiba atau bertahap pada material menggunakan dua dies Untuk membuat komponen otomotif, aerospace dll, dengan kekuatan yang tinggi Mis: crank shaft, gear, komponen turbin dll. Gaya tekan ◦ Tiba-tiba: menggunakan mesin forging hammer ◦ Bertahap: menggunakan mesin forging press
40
Jenis Operasi Forging
(a) open-die forging: die rata, aliran material tidak terkendali (b) impression-die forging: die memilliki bentuk, aliran material terarah + flash (c) flashless forging: die tertutup, aliran material terarah - flash 41
Operasi Open Open--Die Forging
(a) fullering: mengurangi luas penampang dan meratakan logam, bentuk die convex (b) edging: mirip fullering, bentuk die concave (c) cogging: mengurangi luas penampang hingga ukuran yang dikendaki
42
Operasi Impression Impression--Die Forging
(1) just prior to initial contact with raw workpiece (2) partial compression (3) final die closure, causing flash to form in gap between die plates
43
Operasi Flashless Forging
(1) just before initial contact with workpiece (2)partial compression (3) final punch and die closure
44
Extrusion y
Proses pembentukan dengan mendorong material untuk mengalir li melalui l l i die di terbuka. t b k
y
Dapat dilakukan dengan mengkomplesikan logam yang dipanaskan sampai dengan batas elastisitas dan menekannya k melalui l l i sebuah b h die di yang sesuaii dengan d bentuk yang dikendaki.
y
Advantages ◦
Produk dengan berbagai bentuk penampang dapat dibuat
◦
Struktur granular dan kekuatan material baik
◦
Toleransi produk baik
◦
Material scrap sedikit 45
Extrusion y
Hot extrusion
◦ Material: aluminum, copper, magnesion, zinc, tin ◦ Gaya yang diperlukan berkurang, kecepatan ram tinggi ◦ Perlu P l llubrikasi b ik i mis: i glass l y
Cold extrusion
◦M Material: t i l llow carbon b steel, t l stainless t i l steel t l ◦ Kekuatan meningkat (strain hardening), toleransi akurat 46
Contoh Produk Extrusion
47
Wire & Bar Drawing y y y y y
Proses pengurangan luas penampang dengan menarik material t i l (baik (b ik kawat k t / wire i maupun batang b t / rod) d) melalui l l i die di Bar drawing: diameter besar Wire drawing: g diameter kecil Umumnya cold-working operation Keuntungan: ◦ Dimensi akurat mudah dicapai ◦ Permukaan baik ◦ Kekuatan dan kekerasan meningkat ◦ Mudah di setup untuk economical batch atau mass production
48
Peralatan Drawing
49
Bending / Pembengkokan / Pelengkungan y
Benda dikenai beban/tekanan secara permanen sehingga terjadi distorsi sesuai dengan bentuk yang diinginkan. diinginkan
50
Proses Tekuk Lainnya (1)
(a) straight flanging (b) stretch flanging (c) shrink flanging
(a) hemming (b) seaming (c) curling / beading 51
Proses Tekuk Lainnya (2)
(a) (b) (c) (d) ( ) (e) (f)
channel bending U bending U-bending air bending offset bending corrugating tube forming
52
Operasi Tarik (Drawing) Pembentukan logam g dengan cara menekan dan mendorong secara paksa p lembaran-lembaran (sheet) logam melalui cetakan sesuai dengan g bentuk yang diinginkan y Biasanya dilakukan untuk menghasilkan benda kerja yang “seamless “ seperti cawan, mangkok. y
53
Tahapan Deformasi - Drawing
54
Operasi Drawing Lainnya y
Redrawing
y
Reverse drawing
55
Proses Pemotongan Logam (Metal Cutting) Proses Pengguntingan gg g ((Shearing) g) Proses Pembubutan (Turning) ( g) Proses pembuatan lubang (Drilling) Proses Pengefraisan (Milling) Proses Perataan (Shaping & Planing) 56
Shearing / Proses Pengguntingan Proses p pemotongan g dengan g cara menekankan dua pisau tajam ke lembaran logam g ( sheet metal)) y Prosesnya seperti blanking, parting, ppunching, g, nibbling, g, notching. g y
57
Operasi Pemotongan (Shearing)
58
Mesin Shearing
59
Proses Pemesinan Umum – Pemotongan Logam y
Turning (pembubutan)
◦ Proses pemotongan logam dengan jalan memutar (turning) benda kerja dan kemudian memotong / merautnya dengan memakankan sebuah pisau/pahat potong ke benda kerja tsb.
y
Drilling (pengedrilan)
◦ Proses pembuatan pelebaran dan penghalusan lubang dengan g jjalan memutar dan memaksakan sebuah ppisau drill ke benda kerja (dalam posisi stasioner) yang ingin dilubangi
y
Milling (pengefraisan)
◦ Proses pperataan ppermukaan benda kerja j dimana ppisau frais (mata pahat dalam jumlah banyak) akan bergerak berputar memotong secara bergantian secara cepat . ◦ Biasanya benda kerja bergerak melakukan gerakan pemakanan k (f di ) menuju (feeding) j ke k arahh pisau i yang berputar. b t 60
Proses Pemesinan Umum – Pemotongan Logam
(a) turning (b) drilling (c) peripheral milling (d) face milling
61
Operasi Turning Lainnya (a) facing facin (b) taper turning (c) contour turning (d) form turning (e) chamfering (f) cutoff (g) threading (h) boring (i) drilling (j) knurling
62
Operasi Drillling Lainnya
(a) reaming (b) tapping (c) counter boring (d) countersinking (e) center drilling (f) spot facing 63
Mesin Drilling
Drill press & Radial drill press 64
Milling
y y
Horizontal milling Vertical milling
65
Milling
Types of milling operation: (a) peripheral or plain milling (b) face milling
66
Peripheral Milling
(a) slab milling (b) slotting (c) side milling (d) straddle milling
67
Tipe Pemotongan Milling
((a)) up p millingg ((b)) down millingg 68
Face Milling (a) conventional face milling (b) partial face milling ((c)) end millingg (d) profile milling (e) pocket milling (f) surface contouring
69
Proses Perataan (Shaping dan Planing Planing))
Proses perataan permukaan benda kerja dimana gerakan pemotongan logam dilaksanakan secara bolak-balik. Biasanya permukaan benda kerja yang akan diraut berbentuk datar (flat). Shaping : gerak bolak-balik dilaksanakan oleh pahat potong, potong benda kerja stasioner Planing : benda kerja bergerak bolak-balik , pisau pahat stasioner.70
Proses Pemotongan Logam lainnya y
Proses penggergajian dan Pengikiran (Sawing dan Filing)
◦ Pengerjaan pemotongan/perautan logam dengan melalui sederet gigi pahat potong yang bergerak dengan cara ditekan ataupun p ditarik maju j mundur
y
Penggerindaan
◦ Proses perautan material yang dilaksanakan oleh sebuah “abrasive meterial” yyangg bergerak g kontinyu y terhadapp benda kerja ◦ Dapat juga dilakukan untuk memotong dan meratakan material logam yang terlalu keras ◦ Menghaluskan permukaan benda kerja sampai tingkat kehalusan tinggi ◦ Untuk memperoleh ukuran-ukuran yang memiliki toleransi yang tinggi. ti i 71
Proses Pengelasan (Welding) Proses p penyambungan y g dua logam g dengan g jalan memanaskan atau menekan kedua logam g tersebut satu sama lain y Akan terjadi fusi diantara logam-logam yyangg akan disambungg yyangg dapat p diperoleh p dengan menambahkan logam pengisi (filter metal)) atau menekan dua logam g induk (parent metal) tersebut kuat-kuat. y
72
Proses Penyambungan dan Perakitan y
y y
Proses dimana berbagai komponen, part atau subassembly akan digabungkan satu dengan yang lainnya untuk membentuk sebuah produk rakitan yang lengkap Proses ikatan antara satu komponen dengan benda kerja yang lainnya tidak permanen Contoh: ◦ Penggunaan gg Mur baut ((Screwing) g) ◦ Sambungan Pasak
73
Proses Penyelesaian Akhir y
Tujuan:
◦ untuk t k memperoleh l h penampang benda b d kerja k j yang lebih l bih halus ◦ melindungi permukaan benda kerja ◦ memperbaiki aspek estetikanya
y
Example:
◦ Proses Honing / Lapping : abrasive material akan digosokkan di atas permukaan benda. ◦ Proses Pembersihan : menghilangkan kotoran (debu, ggemuk)) yyangg melekat ppada benda Æ spraying, p y g, dipp baths(pencelupan dgn bahan kimia) ◦ Proses Pelapisan (Coating) : memberikan hiasan, pperlindungan, g texture. Æ ppengecatan g (painting).. (p g) 74
Perancangan Perkakas dan Peralatan Proses Produksi Perkakas potong (tool design) dipilih agar efektif dan efisien pada saat digunakan dalam melakukan operasi pemotongan. T t Terutama penetapan t sudut-sudut d t d t pahat h t y Perkakas pembantu seperti jig and fixture b berguna untuk t k mempercepatt proses sett up ataupun handling dalam operasi manufaktur. manufaktur y Jig dan Fixture : alat bantu untuk memegang dan menempatkan benda kerja. kerja y
75
Estimasi Biaya Produksi
Ulrich and Eppinger, 2000 76
Perencanaan Maintenance Kegiatan g pemeliharaan, p p perawatan Æ menjaga agar peralatan dapat bertahan lama sehingga gg aktivitas p produksi dapat p terus berlangsung y Preventive Maintenance Æ penggantian p gg pelumas, checking bantalan (bearing) y Corective Maintenance y
77
Packaging / Pengemasan Fase terakhir dari kegiatan g produksi p y Mencegah kerusakan pada saat dipindahkan p a a atau dikirim kee konsumen. o su e . y Menambah estetika produk y
78
Klasifikasi Proses Produksi y
Berdasar JJumlah Produk yyangg Dihasilkan ◦ Job Shop Production Æ berdasar pesanan x Jumlah/volume produk rendah x Variasi pekerjaan banyak
◦ Batch Production Æ ◦ Mass Production Æ x Volume produk tinggi x Variasi sedikit
79
