PLANNING PLASTIC CASTING SHAKE MACHINE Budi Suharyadi, Syahbuddin Graduate Program, Faculty of Industrial, 2009 Gunadarma University http://www.gunadarma.ac.id Keyword: plastic, shaker, CATIA V5R14 ABSTRACT: Plastic casting shaker machine is a tool to produce plastic product. In operation, plastic casting shaker machine is assisted by several supporting components of electric motors, pulleys, shafts Conductor and order. And the role of the supporting component is very important, because it is necessary for good design and one of them is in terms of strength, where the framework of the machine to receive the load of some component itself. In this thesis, will be discussed the planning of pulleys, and the process of making plastic products (water management) with plastic shake machines as well as in the framework of static analysis through simulation by using the CATIA V5R14 software. Static analysis has been performed in the framework of the machine and the machine frame material used is the construction of S 10 C steel (AISI 1010). The results of some the imposition of the maximum von mises stress produces 1.72 x 108 N/m2 with a value of 0.88 mm maximum shift.
-1-
PERENCANAAN MESIN GUNCANG CASTING PLASTIK NPM : 20404145 Nama : Budi Suharyadi Pembimbing : Prof. Dr. Syahbuddin, PhD Tahun Sidang : 2009 Subjek : perencanaan mesin, Judul PERENCANAAN MESIN GUNCANG CASTING PLASTIK Abstraksi Mesin guncang casting plastik merupakan alat untuk menghasilkan produk plastik. Dalam pengoperasiannya, Mesin guncang casting plastik ini dibantu oleh beberapa komponen penunjang yaitu motor listrik, puli, poros penghantar dan rangka. Dan peranan dari komponen penunjang tersebut sangatlah penting, karena itu perlu dilakukan perancangan yang baik dan salah satunya yaitu dari segi kekuatan , dimana rangka mesin menerima beban dari beberapa komponen itu sendiri. Dalam penulisan tugas akhir ini, akan dibahas mengenai perencanaan puli, dan proses pembuatan produk plastik ( air management ) dengan mesin guncang plastik serta analisa statik pada rangka melalui simulasi dengan menggunakan software CATIA V5R14. Analisa statik tersebut telah dilakukan pada rangka mesin dan material rangka mesin yang dipakai adalah baja konstruksi S 10 C (AISI 1010). Adapun hasil dari beberapa pembebanan tersebut menghasilkan tegangan von mises maksimal 1,72 x 108 N/m2 dengan nilai peralihan maksimal sebesar 0,88 mm.
-2-
PERENCANAAN MESIN GUNCANG CASTING PLASTIK Syahbuddin *), Budi Suharyadi **) Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknologi Industri, Universitas Gunadarma Depok, Indonesia Email :
[email protected] *) **)
Dosen Teknik Mesin Universitas Gunadarma Alumni Teknik Mesin Universitas Gunadarma
Abstraksi
Mesin guncang casting plastik
merupakan alat untuk menghasilkan produk plastik.
Dalam pengoperasiannya, Mesin guncang casting plastik ini dibantu oleh beberapa komponen penunjang yaitu motor listrik, puli, poros penghantar dan rangka. Dan peranan dari komponen penunjang tersebut sangatlah penting, karena itu perlu dilakukan perancangan yang baik dan salah satunya yaitu dari segi kekuatan , dimana rangka mesin menerima beban dari beberapa komponen itu sendiri. Dalam penulisan tugas akhir ini, akan dibahas mengenai perencanaan puli, dan proses pembuatan produk plastik ( air management ) dengan mesin guncang plastik serta analisa statik pada rangka melalui simulasi dengan menggunakan software CATIA V5R14. Analisa statik tersebut telah dilakukan pada rangka mesin dan material rangka mesin yang dipakai adalah baja konstruksi S 10 C (AISI 1010). Adapun hasil dari beberapa pembebanan tersebut 8
2
menghasilkan tegangan von mises maksimal 1,72 x 10 N/m dengan nilai peralihan maksimal sebesar 0,88 mm. Kata Kunci : Plastik, Guncang, Tegangan, CATIA V5R14 PENDAHULUAN
mempunyai karakteristik dan kelebihan-
Dewasa ini, pemakaian plastik
kelebihan, misalnya : lentur, mempunyai
sebagai bahan komponen kendaraan
daya serap yang tinggi terhadap beban
bermotor, peralatan listrik, toples tempat
kejut
makanan, botol tempat minuman air
(vibration), tahan karat, mudah dibentuk,
dingin di dalam kulkas, botol susu,
murah, dll.
gantungan baju, TV, kulkas, pipa pralon, plastik tangga,
laminating, dll.
peralatan
semakin
rumah
meningkat.
Peningkatan ini tentu saja karena plastik
(impact
load)
dan
getaran
Plastik juga merupakan bahan anorganik buatan yang tersusun dari bahan-bahan berahaya
-3-
bagi
kimia
yang
cukup
lingkungan.
Limbah
daripada plastik ini sangatlah sulit untuk
Jenis – jenis polimer
diuraikan
1. Berdasarkan jenis monomer
secara
alami.
Untuk
menguraikan sampah plastik itu sendiri
Berdasarkanmonomer penyusunnya,
membutuhkan kurang lebih puluhan
terdapat 2 jenis polimer yaitu :
tahun agar dapat terdegradasi secara
Homopolimer, jenis ini terbentuk dari
sempurna. Oleh karena itu penggunaan
monomer yang sama contohnya,
bahan plastik dapat dikatakan tidak
plastik PE, PP, PVC, tevlon, karet
bersahabat ataupun konservatif bagi
alam, amilum, dan selulosa.
lingkungan apabila digunakan tanpa menggunakan
batasan
tertentu.
Kopolimer, jenis ini terbentuk dari monomer yang berbeda contohnya
Sedangkan di dalam kehidupan sehari-
nilon, PET, bakelin, dan protein
hari, khususnya kita yang berada di
2. Berdasarkan polimer
Indonesia, penggunaan bahan plastik
Termoplastik, jenis polimer yang
bisa kita temukan di hampir seluruh
melunak ketika terkena panas dan
aktivitas hidup kita. Padahal apabila kita
mengeras
sadar, kita mampu berbuat lebih untuk
didinginkan. Contohnya, Plastik, PE,
hal ini
PP, PVC, dan PET.
yaitu dengan menggunakan
kembali kantung plastik yang disimpan
kembali
setelah
Termoset, jenis polimer yang tetap
di rumah. Dengan demikian secara tidak
mengeras (tidak melunak) ketika
langsung kita telah mengurangi limbah
terkena panas. Contohnya, bakelit.
plastik yang dapat terbuang percuma
Sipat
tahan
panas
polimer
setelah digunakan . Atau bahkan lebih
ditentukan oleh kekuatan ikatan dalam
bagus lagi jika kita dapat mendaur ulang
strukturnya. Pada polimer termoplastik,
plastik menjadi sesuatu
ikatannya
yang lebih
berguna.
bersipat
lemah
sehingga
melunak ketika dipanaskan. Adapun termoset, strukturnya dibangun melalui
LANDASAN TEORI
ikatan yang kuat sehingga bersipat
Polimer Sintetik
panas.
Jenis
polimer
ini
terbentuk
sebagai hasil reaksi bahan-bahan kimia. Contoh polietena
dari
polimer
(PE),
sintetik,
polipropilena
yaitu (PP),
polivinilklorida (PVC), polietilen tereftalat
Gambar 1 Struktur ikatan polimer
(PET), poliarnida (nilon), teflon, dan
termoplastik dan termoset
karet sintetik . Saat ini terdapat 60.000 jenis polimer sintetik yang digunakan dalam kehidupan sehari – hari.
-4-
Rotational Molding
meneruskan
Molding putar atau pengecoran adalah
proses
serbaguna
untuk
gaya-gaya
luar
yang
bekerja pada tumpuan dari sebuah benda.
membuat berbagai jenis item yang kebanyakan berongga, biasanya dari
Hubungan
plastik.
Regangan
Biasanya
sering
disebut
rotomolding atau rotomoulding. Cetakan
yang
Secara
Dengan
ekperimen
diterangkan
akan
bahwa
diagram
menyebabkan bahan didalam cetakan
sangat
berbeda
mencair dan bahan yang mencair akan
yang berbeda. Untuk bahan yang sama
memenuhi rongga cetakan dibagian
diagram ini berbeda pula, tergantung
bawah.
pada suhu pengujian yang dilakukan,
kemudian
cetakan diputar
panas
Tegangan
perlahan-lahan
yang mengakibatkan
kecepatan
tegangan-regangan untuk
pengujian
bahan-bahan
dan
beberapa
bahan yang sudah mencair akan masuk
variabel lainnya. Tetapi umumnya ada
kecetakan dan menempel di dinding.
dua jenis diagram yang dikenal seperti
Untuk
gambar 2.2.
mempertahankan
ketebalan
diseluruh bagian cetakan terus diputar selama tahap pendinginan. Proses ini diterapkan pada tahun 40-an.
Gambar 3 Diagram Tegangan Regangan untuk Baja Jika seseorang ingin merancang sebuah
mesin,
diperhatikan bagaimana Gambar 2 Prinsip molding putar
Salah mekanika
satu bahan
masalah adalah
tahanan dalam berupa
yang
adalah keadaan
harus
mengetahui material
pada
waktu sebuah komponen mesin bekerja. Untuk
Mekanika Kekuatan Material
maka
mengetahui
hal
tersebut,
karakteristik tertentu atau properti dari utama
material
menyelidiki
haruslah
reaksi atau
yang
hendak
diketahui
diaplikasikan
terlebih
dahulu.
Biasanya untuk mengetahui karakteristik
gaya-gaya dalam dan deformasi. Gaya-
material
gaya
melakukan uji tarik (Tensile Test).
dalam,
berfungsi
untuk
-5-
dapat
diketahui
dengan
2.4
Poros
ds
Poros
merupakan
salah
satu
(mm),
semua
mesin
tegangan
geser
(kg/mm ) yang terjadi adalah:
bagian yang terpenting dari setiap mesin. Hampir
maka
2
meneruskan
T (d s / 16) 3
5,1T ds
3
tenaga bersama-sama dengan putaran. Peranan utama dalam transmisi seperti itu dipegang oleh poros. Poros untuk meneruskan daya diklasifikasikan
menurut
pembebanannya sebagai berikut :
Perhitungan Diameter Poros Menurut standar ASME rumus untuk
5,1 d s K t CbT a
b. Spindel Gandar
Perencanaan
diameter
poros
dinyatakan dengan:
a. Poros Transmisi
c.
menghitung
1
3
Dimana: ds = diameter poros (mm)
Daya
Rencana
K t = faktor koreksi (standar
dan
ASME = 1,0 – 1,5 untuk
Torsi
beban dikenakan secara
Jika P adalah daya rata-rata yang
halus)
diperlukan maka harus dibagi dengan efisiensi mekanis
dari
Cb =
sistim transmisi
faktor
beban
lentur
untuk mendapatkan daya penggerak
(diperkirakan tidak
mula yang diperlukan.
terjadi pembebanan lentur = 1,0)
Pd = fc x P (kW) Dimana:
Pd
= daya rencana (kW)
P
= daya rata-rata
fc
= faktor koreksi (1,0 –
Tabel 1 Diameter Poros
1,5 untuk daya normal) Jika momen puntir ( disebut juga momen rencana ) adalah torsi maka,
Pd
(T / 1000)(2n / 60) 102
Sehingga,
T 9,74 x 10 5 Dimana: T
Pd n
= torsi (kg.mm)
n = putaran Bila momen rencana T (kg.mm) dibebankan pada suatu diameter poros
-6-
akan
Transmisi Sabuk-V
seperti bola atau rol, dipasang di antara
Sabuk-V terbuat dari karet dan mempunyai Tenunan
penampang
tetoron
atau
trapesium. semacamnya
cincin luar dan cincin dalam. Dengan memutar salah satu cincin tersebut, bola atau
rol
akan
membuat
sehingga
gerakan
dipergunakan sebagai inti sabuk untuk
gelinding
gesekan
membawa tarikan yang besar. Sabuk-V
antaranya akan jauh lebih kecil.
di
dibelitkan di keliling alur puli yang berbentuk V pula. Gaya gesekan akan bertambah karena pengaruh bentuk baji, yang akan menghasilkan transmisi daya yang besar pada tegangan yang relatif rendah. Hal ini merupakan salah satu keunggulan
sabuk-V
dibandingkan
dengan sabuk rata.
Gambar 5 Macam-macam Bantalan Gelinding
Gambar 4 Ukuran Penampang Sabuk-
2.7
V
Motor Listrik Motor listrik mengubah energi
mekanik Tabel 2 Ukuran Puli-V
menjadi
dan
dibedakan
menjadi 2 kategori yang berbeda yaitu : DC (Direct Current) dan AC (Alternatif Current). Berdasarkan
kekuatannya,
motor listrik dibagi 3 kategori yaitu besar, sedang dan kecil. Motor kecil terbagi menjadi motor-motor horsepower kecil dengan rating 1/20 Hp hingga 1 Hp. Motor sedang terbagi menjadi motormotor dengan rating 1 hingga 100 Hp dengan motor besar antara 100 hingga Jenis-jenis Bantalan Gelinding Bantalan
gelinding
50.000 Hp.
mempunyai
keuntungan dari gesekan gelinding yang sangat bantalan
kecil
dibandingkan
luncur.
Elemen
dengan gelinding
-7-
Data dan Spesifikasi Perancangan Tabel 3 Spesifikasi Mesin Guncang Casting Plastik
Daerah Tegangan Von Mises maksimum Gambar 8 Tampilan tegangan Von Mises yang terjadi akibat pembebanan
Vektor peralihan Maksimum Gambar
6
Diagram
alir
proses
Gambar 9 Displacement yang terjadi
analisis dan simulasi rangka mesin guncang
casting
akibat pembebanan
plastic
menggunakan software CATIA V5R14
Tabel 4 Data hasil analisa menggunakan Catia V5
Gambar 7 Deformation akibat pembebanan pada rangka
-8-
Menghitung faktor keamanan Faktor Keamanan (η) = Sy / σe Sy = Tegangan luluh dari suatu 8
material sebesar 3,05 x 10 N/m σe =Tegangan
von
2
misses 8
maksimum 1,72 x 10 N/m
2
Maka faktor keamanannya adalah : η = Sy / σe 8
2
8
η = 3,05 x 10 N/m / 1,72 x 10 N/m
2
η = 1,77 Dimana faktor untuk batas aman adalah 1 sampai 10.
Data Spesifikasi Puli Tabel 5 Spesifikasi Puli
Gambar 11 Diagram alir perencanaan puli
Gambar 10 Rancangan Mesin Guncang Casting Plastik
-9-
Kesimpulan Tabel 5 Data hasil perencanaan puli
Berdasarkan hasil dari analisa pembebanan
dengan
menggunakan
software CATIA V5R14 pada
rangka
mesin guncang casting plastik maka diperoleh kesimpulan sebagai berikut : 1. Dari hasil pembebanan terpusat sesuai dengan tempat atau titik pembebanan pada rangka mesin, maka diperoleh hasil pembebanan maksimal
dari
keseluruhan
pembebanan yaitu:
Tegangan maksimum von mises 8
sebesar: 1,72 x 10 N/m
Translasi
vektor
2
peralihan
maksimum sebesar: 0,88 mm 2. Dan dari hasil diatas didapat nilai faktor
keamanan
untuk
rangka
mesin sesuai dengan jenis material yang pakai yaitu baja S 10 C (AISI 1010), yaitu sebesar: Factor of safety () = 1,77 Dan
dari
hasil
perhitungan
perencanaan puli maka dapat diambil beberapa kesimpulan diantaranya yaitu : 1. Untuk perencanaan puli Gambar 12 Diagram alir proses pembuatan produk plastik ( air management motor vario )
Penggunaan sabuk yang akan dipakai adalah dengan jenis penampang yaitu A dan nomor nominal 29.
Jumlah
sabuk
yang
dipakai
adalah 1 buah, dimaksudkan agar lebih efisien
Diameter
puli
yang
dipakai
yaitu: Untuk puli penggerak: 2 inchi =
Gambar 13 Produk hasil Guncang
50,8 mm
casting Plastik
- 10 -
Untuk puli yang digerakkan: 6 inchi = 152,4 mm Dengan
engine.com/teori-motor-listrik-
daerah
penyetelan
sebesar: ΔCi = 25 mm & ΔCt = 25 mm 2. Dari
6. http://www.pdf-search-
pdf.html 7. http://beritahabitat.net/2008/07/04/w aspadai-bahaya-plastik/
hasil
pengujian
untuk
8. Khurmi, R.S. and Gupta J.K., Text
mendapatkan tebal produk 5 mm
Book on Machine Design, Euresia
dibutuhkan gelas plastik sebesar
Publishing House, New Delhi. 9. www.efunda.com
0,2 kg.
Saran Saran
yang
dapat
diberikan
adalah, dalam menganalisa maupun dalam
menguji
material
plastik
dibutuhkan ketelitian yang tinggi untuk mendapatkan hasil yang lebih bagus.
DAFTAR PUSTAKA
1. Sutresna Nana, Cerdas Belajar Kimia, PT Grafindo Media Pratama, Jakarta, 2004 2. Crawford, R.J, dan Throne, J.L, Molding Technology, United States of America, New York, 2002 3. http://en.wikipedia.org/wiki/Rotationa l_molding 4. Gere, J.M, dan Timoshenko, S.P, Mekanika Bahan, Edisi kedua versi SI.,
(Alih
bahasa
Wospakrik),
Institut
Hans
J.
Teknologi
Bandung, Penerbit Erlangga, 1996. 5. Sularso
dan
Suga,
Perencanaan
dan
Elemen
Mesin,
K.,
PT.
Dasar
Pemilihan Pradnya
Paramita, Jakarta, 1997
- 11 -
