Tugas Akhir ANALISA DAN PERANCANGAN CETAKAN “DEEP DRAWING” KOMPONEN BODI SEKALI LANGKAH DIPEROLEH 3 PROSES
Diajukan Sebagai Salah Satu Syarat Dalam Memperoleh Gelar Sarjana Tehnik Mesin Jenjang Pendidikan Strata I ( S-I )
Disusun Oleh : JAKA SUBRATA 01301-140
FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI JURUSAN TEKNIK MESIN UNIVERSITAS MERCU BUANA JAKARTA 2007
Jurusan Tehnik mesin Falkutas Teknologi Industri Universitas Mercu Buana Jakarta
LEMBAR PERNYATAAN
Saya yang bertandatangan dibawah ini :
Nama : Jaka Subrata NIM : 01301-140
Menyatakan dengan sesungguhnya Tugas Akhir yang saya buat ini merupakan hasil karya saya sendiri dan tidak menjiplak karya orang lain, kecuali kutipan- kutipan yang mendukung dan mendasari dari sumber yang disebutkan di daftar pustaka.
Jakarta, 31 Januari 2007
Jaka Subrata Penulis
ii
LEMBAR PENGESAHAN ANALISA DAN PERANCANGAN DIES (CETAKAN) DEEP DRAWING BODY SEKALI STROKE
Diajukan sebagai salah satu syarat dalam meraih gelar sarjana Tehnik (S1) pada Falkutas Teknologi Industri Jurusan Tehnik mesin Universitas Mercu Buana
Disetujui dan Diterima Oleh :
Jakarta,
Januari 2007
Dosen Pembimbing
Koordinator Tugas Akhir
dan Kaprodi Teknik Mesin
( Ir Rulli Nutranta, M Eng )
( R. Ariosuko Dh. Ir )
iii
ABSTRAKSI Dalam usaha untuk meningkatkan hasil produksi yang terus menerus maka perusahaan harus ada yang pengembangan teknologi baik dengan mesin, proses kerja maupun jig atau fixture. Walaupun yang saat ini sudah memadahi namun perlu ada inovasi baru jika perusahaan ingin terus maju. Menyikapi hal tersebut maka penulis merancang dan mengembangkan proses “deep drawing” pembuatan bodi filter dengan beberapa langkah (5 cetakan) yang artinya memerlukan 5 mesin dan
5 orang operator menjadi
menjadi sekali langkah dalam satu cetakan. Cetakan tersebut memerlukan Gaya potong (Fs) ±142.4 kN untuk proses blanking, Gaya Drawing 1 ±69.8 kN dengan kerja drawing 1 ± 888,11 Nmm, Gaya Drawing 2 ± 27 kN dengan Kerja drawing2 ±287,5 Nmm. Total gaya yang diperlukan untuk membentuk housing filter ± 201.9 kN, mesin nya yang dipakai berkapasitas ~300 kN. Dengan hasil perancangan ini dimaksudkan untuk menghemat waktu dan biaya produksi housing filter yang quantity nya perbulan sekitar 2.500.000 filter. Dengan aturan –aturan yang sudah ada tentang proses deep drawing penulis terapkan untuk perancangan ini dan juga dengan pengembanganpengembangan dari cetakan terdahulu .
iv
DAFTAR ISI Lembar Judul……………………………………………………………….………..
i
Lembar Pernyataan…………………………………………………………………...
ii
Lembar Pengesahan…………………………………………………………………..
iii
Abstraksi…………….……………………………………………………….……….
iv
Daftar Notasi................................................................................................................
v
Daftar Istilah.................................................................................................................
vii
Kata Pengantar…….……………………………………………………….…………
x
Daftar Tabel…………..………………..…………………………………………….
xii
Daftar Gambar……………………………………………………………….……….
xiii
Daftar Isi…………………………………………………………………………….
xiv
BAB I : PENDAHULUAN 1.1 Latar belakang masalah..………………….…………………………….
1
1.2 Tujuan penulisan…..…….…….………………………………..………
2
1.3 Metode Penulisan………………………………………………………
3
1.4 Pembatasan Masalah………..…………………………………………
4
1.5 Sistematika penulisan..…………………………………………………
4
1.6 Metode Perancangan……………………………………………………
5
BAB II : LANDASAN TEORI PERANCANGAN 2.1 Definsi Deep Drawing………………………………………………….
8
2.2 Teori Aliran Logam (metal flow)……………………………………….
10
2.3 Ukuran / Bentangan Awal………………………………………………
13
2.4 Perhitungan dengan perbandingan luasan mantel dan luasan ring dari blank dan shell…………………………………………………………..
15
2.5 Perbandingan deep drawing ( Zieehverhaeltnis = drawing ratio )……..
16
2.6 Perhitungan Gaya dan Kerja pada Proses Deep Drawing………………
22
xiv
2.7 Radius dan kelonggaran drawing………………………………………..
26
2.8 Drawing clearance ……………………………………………………...
27
2.9 Material untuk deep Drawing...................................................................
31
BAB III : KONSEP PERANCANGAN DAN PEMBAHASAN 3.1 Menentukan Tinggi Proses Draw 1……………………………………..
35
3.2. Pembuatan Body Dengan Dies Manual……………………………….
35
3.3 KelemahanDies Body manual teknik lama……………………………..
44
3.4 Pembuatan Body Dengan Dies 1 Stroke 3 Proses……………………..
45
3.5 Pembuatan Dies Body Trimming………………………………………
56
BAB IV : PERHITUNGAN KOMPONEN PERANCANGAN 4.1 Menentukan tinggi proses Draw 1………………………………………
61
4.2 Perhitungan Teknis Dengan Dies Body Manual………………………..
62
4.3 Perhitungan Teknis Dies 1 Stroke 3 Proses……………………………
66
4.4 Dies Trimming………………………………………………………....
70
BAB V : PENUTUP 5.1 Kesimpulan.…….………………………………………………………
71
5.2 Saran…….…………...…………………………………………………
71
5.3 Ringkasan Perhitungan teknis………………………………………….
72
Daftar Pustaka…………………………………………………………..…………….
75
Lampiran…….………………………………………………………………………..
76
xv
DAFTAR TABEL
Tabel
Keterangan
Hal
Tabel 2.1 :
Harga drawing clearance ……………………………………..
29
Tabel 2.2 :
Daftar Tensile Strength material coil………………………….
31
xii
DAFTAR GAMBAR Gambar
Keterangan
Hal
Gambar 1.1 :
Skema atau Design Prosedur…………………………………..
Gambar 2.1 :
Tahapan aliran material dalam proses deepdrawing…………
11
Gambar 2.2 :
Penampang bentuk shell……………………………………….
15
Gambar 2.3 :
Perbandingan drawing pada first drawing..................................
18
Gambar 2.4 :
Perbandingan drawing pada second/next drawing…………….
18
Gambar 2.5 :
Harga perbandingan drawing dalam percobaan drawing
20
7
D konstan, d variable………………………………………….. Gambar 2.6 :
Harga perbandingan dalam percobaan drawing
20
d konstan, D variable………………………………………….. Gambar 2.7 :
Harga perbandingan dalam percobaan drawing hubungan antara m dengan β dan α……………………………
20
Gambar 2.8 :
Radius pada drawing punch dan drawing ring...........................
27
Gambar 2.9 :
Drawing clearance pada perkakas drawing……………………
29
Gambar 2.10 :
Diagram tegangan – regangan………………………………….
32
Gambar 3.1 :
Penampang Body Part No ME 014833, ID = 101mm…………
33
Gambar 3.2 :
Dies Blanking atau Proses Pertama……………………………
38
Gambar 3.3 :
Dies drawing 1 atau proses kedua……………………………..
39
Gambar 3.4 :
Dies drawing 2 atau proses ketiga……………………………..
42
Gambar 3.5 :
Urutan proses dan perhitungan bentukkan body……………….
45
Gambar 3.6 :
Standarisasi Konstruksi Dies Body 1 Stroke 3 Proses…………
48
Gambar 3.7 :
Rancangan Dies Body Dan Bill Of Material…………………...
49
Gambar 3.8 :
Dies Body Trimming…………………………………………..
56
Gambar 4.1 :
Penampang Body Part No ME 014833, ID = 101mm…………
59
Gambar 4.2 :
Penampang bentuk shell……………………………………….
61
xiii
DAFTAR NOTASI
1. A
Total Luas Penampang------------------------------------------------ mm²
2. D
Diameter Blank awal ------------------------------------------------- mm
3. n
Jumlah tahapan drawing minimum-------------------------------
4. mn
drawing Rasio ke n ---------------------------------------------------
5. h
Tinggi product Draw----------------------------------------------
m
6. Fs
Gaya Potong -------------------------------------------------------
kN
7. t
Tebal material -------------------------------------------------------- m
8. σB
Tegangan tarik material -------------------------------------
9.
τB
N/mm²
Tegangan geser material-------------------------------------------- N/mm²
10. Fr
Gaya Ejector -------------------------------------------------------
kN
11. Fb
Gaya Pengendali Blank-------------------------------------------
kN
12. P1
Tekanan bidang1----------------------------------------------------- N/mm²
13. Fz1
Gaya Drawing-----------------------------------------------------
kN
14.Ws1
Kerja drawing1------------------------------------------------------
Nmm
15. Fb2
Gaya Pengendali Blank--------------------------------------------
kN
16. P2
Tekanan bidang2----------------------------------------------------
N/mm²
17. Fz2
Gaya Drawing2--------------------------------------------------
kN
18. Ws2
Kerja drawing1------------------------------------------------------
Nmm
v
19. α
Angka koreksi untuk gaya drawing Fz -------------------------
20. β
Kebalikan dari drawing ratio---------------------------------
21. χA
Angka koreksi untuk kerja drawing W-----------------------
22. U
Keliling benda kerja----------------------------------------------
23. r St
Radius drawing punch------------------------------------------
mm
mm 24. r R
Radius drawing ring -------------------------------------------mm
25. δ
Drawing clearance-------------------------------------------
26. dr
Diameter drawing ring-----------------------------------------mm
27. dst
Diameter drawing punch--------------------------------------mm
vi
mm
DAFTAR ISTILAH
1
Deep Drawing
Suatu proses pembentukan secara dingin dari pelat logam yang telah disiapkan / dipotong terlebih dahulu, menjadi bentuk lain yaitu bentuk benda berongga yang mempunyai ketinggian tertentu
2
Cold forming
Proses pembentukan secara dingin
3
Hollow vessel
Bentuk benda berongga
/Hohlkoerper/shell/cu p
4
Flat
Bentuk datar
5
Rib / reinforcement
Bentuk cekungan/lekukan untuk menambah ketegaran
6
Redrawing/first,
Proses pengulangan dari pembentukan yang akan
second, third drawing
disempurnakan oleh proses selanjutnya yaitu proses
/finish drawing
kedua, ketiga dan seterusnya sampai proses yang terakhir sesuai dengan tuntutan
7
Metal flow
Teori Aliran Logam
8
Tension
Tegangan tarik
vii
9
Compression
Tegangan tekan
10
Blank holder
alat
pemegang
blank,
yang
berfungsi
untuk
mengendalikan atau mengatur mengalirnya material
11
Draw bead
Bentukan pengendali mengalirnya material
12
Cupping
Proses pembentukan bodi
13
Sirkumferens
keliling
14
Drawing ring/die
Komponen berdiameter luar dan dalam (berlubang) untuk pembentuk proses drawing
15
Drawing punch
Lawan dari drawing die, komponen pejal pembentuk pada proses drawing
16
Clearance
Selisih antara diameter dalam drawing ring dengan drawing punch dibagi dua
17
Annealing
Proses
perlakuan
panas
yang
bertujuan
untuk
menormalkan kekerasan suatu material
18
Allowance
Selisih antara diameter dalam drawing ring dengan drawing punch
19
Drawing tool
Peralatan untuk proses drawing
20
Blanking tool
Peralatan untuk potong yang terdiri dari blanking punch dan blanking die
21
Progressive die
Peralatan press part yang terdiri dari beberapa step
viii
untuk membentu suatu produk yang dikehendaki
22
23
Zieehverhaeltnis
Perbandingan antara dia meter awal dengan diameter
/drawing ratio
berikutnya
Press single action
Mesin press yang hanya mempunyai satu gerakan menekan dengan memakai saru ram
24
Press double action
Mesin press yang memiliki dua set pengerak yang terpisah
ix
BAB 1 PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Masalah Sebagai dasar dari penulisan ini diambil dari kondisi suatu perusahaan yaitu PT Selamat Sempurna,Tbk yang merupakan salah satu perusahaan terkemuka di Indonesia yang memproduksi berbagai jenis filter otomotif. Komponen-komponen utama filter dibuat dengan dies atau cetakan karena dengan dies bisa memproduksi komponen dengan jumlah yang banyak dan waktu yang singkat juga hasilnya akan persis sama, jauh halnya dengan tenaga tangan manusia. Komponen-komponen yang dibuat dengan dies antara lain Body, Seat, Elemen cover, Valve Chamber, Seal/karet perapat, End Plate dan lain-lain. Dari sekian dies yang ada, penulis pada kesempatan ini akan mencoba mengungkap tentang body filter oli. Body adalah bagian terluar dari filter oli yang merupakan rumah atau housing yang menyelimuti sistem filtrasi oli yang ada di dalamnya . Body dan seat assy yang digabungkan dengan proses seaming dapat menahan tekanan yang terjadi saat oli dialirkan oleh mesin tanpa ada kebocoran. Body yang sekarang ini dibuat dengan dies manual yang terdiri dari beberapa proses ( sekitar 5 proses) jadi untuk satu macam body filter harus dibuat dengan lima set dies, yang tentunya memerlukan 5 mesin dan lima orang pekerja. Dengan banyaknya jenis body yang harus dibuat, baik itu filter menurut fungsi (filter oli,filter udara, filter bahan bakar), menurut jenis penggunaan pada kendaraan (filter mobil, motor, kendaraan berat), ataupun menurut merk kendaraan tertentu (honda, toyota, suzuki) dies yang dibuatpun banyak. Kondisi yang seperti
itu rata rata hasil produksi hanya 400.000-500.000 /bulan. Di tahun 2001 target produksi dinaikkan menjadi ~ 1.200.000 filter per bulan. Dengan proses dies yang begitu panjang sudah jelas produksi cukup berat untuk mencapai target. Apalagi untuk tahun 2004 target produksi filter oli 2.500.000 per bulan. melihat kondisi perusahaan dan perkembangan teknologi dies dan mesin, maka penulis mencoba menganalisa dan merancang dies body sekali stroke dengan dasar proses dies yang ada sekaligus menyusun standarisasi produk dan dies tersebut.
1.2 Tujuan Penulisan Beranjak dari laterbelakang masalah yang dikemukakan diatas maka tujuan analisa dan perancangan dies body sekali stroke antara lain : • Standarisasi komponen dies sehingga proses pembuatan dan penggantian ( service dan maintenance) jadi lebih mudah. • Penghematan material dies, karena satu set dies dapat digunakan untuk beberapa part number dengan hanya mengganti bagian-bagian tertentu saja. • Mengurangi jumlah mesin dan operator. • Penghematan tempat penyimpanan dies, karena yang disimpan hanya komponen-komponen tertentu bukan satu dies utuh. • Mempermudah proses setting dan mempersingkat waktu setting dies dimesin oleh operator. Atau secara singkat tujuan penulisan analisa dan perancangan dies body sekali stroke ini untuk mendapatkan hasil produksi yang maksimal dan efektif.
2
Sekaligus penulisan analisa dan perancangan dies body sekali stroke ini dibuat sebagai syarat dalam kelulusan menempuh gelar strata satu di jurusan Tehnik Mesin - Fakultas Teknologi Industri -Universitas Mercu Buana - Jakarta.
1.3 Metoda penulisan Dalam penulisan analisa dan perancangan dies body sekali stroke ini penulis menggunakan beberapa metoda, yaitu : • Metoda diskusi ( brain method) dan wawancara (interview) Untuk mendapatkan informasi data, penulis banyak melakukan tanya jawab langsung kepada personol-personil yang terlibat langsung dalam pembuatan body ini dan yang sudah punya pengalaman sekitar 15 tahun yang lalu tentang model dari dies dies yang sudah dibuat.
• Metoda observasi ( Field research method ) Dengan metoda ini penulis terjun langsung ke lapangan untuk melakukan pengamatan secara langsung untuk mendapatkan informasi. Disamping itu penulis juga terlibat langsung dalam jalannya proses produksi. Sehingga data dari lapangan yang diperoleh Sangat membantu penulisan ini.
• Metoda kepustakaan ( Library Research Method )
3
Teori-teori dasar yang penulis dapatkan baik dari buku maupun dari pekuliahan penulis gunakan sebagai penunjang dalam pembuatan tugas akhir analisa dan perancangan dies body sekali stroke ini.
1.4 Pembatasan Masalah Dalam penyusunan tugas akhir analisa dan perancangan dies body sekali stroke, penulis hanya menitikberatkan pada : -Perancangan standarisasi konstruksi dies menurut kondisi mesin, cara setting yang dipandang efisien dan sesuai dengan kondisi PT Selamat Sempurna, -Analisa proses dan perhitungan-perhitungan dari proses - proses tersebut yang mengacu ke kekuatan mesin yang diperlukan dan produk yang dihasilkan. - Merupakan development dari dies-dies terdahulu yang ada di PT Selamat sempurna yaitu dies body manual yang terdiri beberapa proses/dies menjadi satu proses/dies.
1.5 Sistematika Penulisan Adapun sistematika yang penulis gunakan untuk penyusunan skripsi ini sebagai berikut : BAB I PENDAHULUAN Berisi latarbelakang perancangan, tujuan penulisan, pembatasan masalah, metode penulisan, sistematika penulisan, dan metode perancangan
Bab II Landasan Teori perancangan
4
Berisikan teori- teori dasar dan penunjang untuk perancangan dies deep drawing sekali stroke. BAB III KONSEP PERANCANGAN DAN PEMBAHASAN Berisi tentang penjelasan perancangan dies deep drawing sekali stroke dan bagian- bagian dari rancangan penyusun utama. BAB IV PERHITUNGAN KOMPONEN RANCANGAN Berisi perhitungan-perhitungan utama perancangan dies tersebut diatas. BAB V KESIMPULAN DAN SARAN Berisikan kesimpulan dari hasil perancangan dies deep drawing ini, berdasarkan hasil yang diperoleh yang dibandingkan dengan dies-dies yang terdahulu yang melalui beberapa proses.
1.6 Metode Perancangan Dari banyak metode perancangan yang ada penulis mengunakan metode yang diajarkan dan digunakan di Suzuki Motor Industry
sebagai prosedur
pembuatan dan pengembangan dies/cetakan untuk pembuatan componen-componen kendaraan bermotor. Gambar produk yang dari permintaan customer merupakan acuan dasar untuk membuat cetakannya dan bagaimana layout prosesnya. Setelah layout proses dies ditentukan dengan penyesuaian kondisi perusahan, mesin mesin yang dipunyai dan kapasitasnya,direncanakan konstruksi dies seefisien mungkin dengan mengikuti specifikasi dies yang sudah ditentukan. Dalam forum diskusi konsep yang sudah dibuat dan standart- standart yang sudah ada dianalisa dan dikembangkan untuk mencapai hasil yang maksimal dan efisien. Konsep yang sudah disepakati
5
dilanjutkan dengan pembuatan asembling dies sebagai acuan pembuatan part drawing. Gambar asembling ini harus bisa menyampaikan informasi sejelasjelasnya kepada pembaca meliputi antara lain kapasitas mesin yang digunakan, die hieght dies, panjang lebar dies, hasil dari dies dan sebagainya. Satu set gambar asembling dan gambar detail yang sudah jadi dicheck ulang dari kekurangankekurangan yang ada dan disahkan oleh pihak yang bertanggungjawab. Design sudah selesai dilanjutkan ke PPIC untuk diproses sampai dies jadi Skema/prosedur tersebut sebagai berikut :
6
Start
Product Drawing
Process design diagram
Press Die planning sheet
Press Die Specifications
Design standart Part standart
Conception Study
Assembly Drawing
Part Drawing, Part list
Inspection Drawing
Press die drawing register
End
Gambar 1.1 Skema atau Design Prosedur
7
BAB II LANDASAN TEORI PERANCANGAN
2.1 Definsi Deep Drawing Di dalam dunia industri, misalnya saja industri logam, dan lebih-lebih dalam industri otomotive proses pengerjaan logam yang disebut “deep drawing” merupakan proses yang sudah sangat lazim atau sering dijumpai. Misalnya saja untuk produkproduk seperti : bagian pintu mobil, velg roda, housing untuk lampu, bracket, dudukkan pegas dll. Hal ini dikarenakan proses “deep drawing” bisa sangat menyederhanakan suatu design bagian produk atau rakitan yang akan digunakan, misalnya dalam sebuah kontruksi bangunan mesin. Orang dapat membuat design yang murah, tegar/kokoh, sederhana, tanpa banyak pengelasan dsb. Terjemahan kata deep drawing dari bahasa Inggris ke bahasa Indonesia secara tepat dan pas, sayang sekali belum dapat kami temukan. Dalam bahasa Jerman disebut dengan Tiefzienhen yang secara harafiah artinya sama persis dengan bahasa Ingrisnya yaitu deep drawing. jadi misalnya akan diterjemahkan sebagai tarikan yang dalam atau cekungan/bentuk yang dalam ke dalam bahasa Indonesia, kiranya kurang sesuai. Mengenai deep drawing dalam arti sebuah proses pengerjaan logam, penulis mencoba menerjemahkannya atau mendefinisikannya sebagai berikut: Deep drawing adalah suatu proses pembentukan secara dingin ( cold forming ) dari pelat logam yang telah disiapkan / dipotong terlebih dahulu, menjadi bentuk lain
yaitu bentuk benda berongga ( hollow vessel / Hohlkoerper / shell ) menjadi benda 3 dimensi. Intinya adalah membuat suatu benda yang semula berbentuk datar ( flat ) menjadi berbentuk berongga dengan 3 dimensi, yang mengunakan pasangan alat yaitu punch dan die yang disebut drawing tool. Dalam proses ini juga termasuk misalnya proses membuat cekungan/lekukan untuk menambah ketegaran umpamanya rib atau reinforcement pada suatu design ( misalnya embosing ) Kalau dilihat dari pengelompokan proses pengerjaan logam secara umum, proses deep drawing termasuk dalam Press-working seperti Shearing, bending dll. Alat yang dipergunakan drawing tool yang biasanya terdiri dari dua bagian pokok yaitu punch dan drawing die (drawing ring). Bentuk akhir dari benda kerjanya dapat berupa: silindris, conus/taper, kotak/persegi, Yang selanjutnya dinamakan Shell. Bentuk material awalnya sesuai dengan bentuk shell-nya dapat berupa lingkaran, persegi, elips dan lain-lain yang selanjutnya disebut blank. Jadi bias kita rumuskan atau tulis:
Dengan adanya bentuk dan ukuran shell yang bermacam-macam karena tuntutan fungsi dan kegunaannya, maka proses deep drawing ini bisa terdiri dari
9
beberapa tahap. Artinya tidak selalu bisa membuat bentukan shell dengan hanya sekali proses (tarikan), namun perlu mengerjakannya setahap demi setahap untuk menghasilkan bentuk ideal yang diinginkan. Maka dikenal istilah redrawing atau first, second-, third drawing/finish drawing dan lain-lain. Jadi proses pertama akan disempurnakan oleh proses selanjutnya yaitu proses kedua, ketiga dan seterusnya sampai proses yang terakhir sesuai dengan tuntutan. Hal ini terjadi karena adanya keterbatasan kekuatan atau kemampuan setiap jenis material untuk diproses drawing.
2.2 Teori Aliran Logam (metal flow) Pada suatu pekerjaan/proses drawing terdapat beberapa macam tegangan dalam, antara lain tension, copression dan bending. Tension (tegangan tarik) akan terjadi pada dinding shell, sedangkan compression (tegangan tekan) terjadi pada bagian atas/bibir shell, sehingga bagian ini sering telihat adanya kerutan-kerutan yang tidak kita inginkan. Untuk mengatasi hal ini biasanya perkakas drawing akan dilengkapi dengan alat yang disebut dengan blank holder atau alat pemegang blank, yang berfungsi untuk mengendalikan atau mengatur mengalirnya material (metal flow). Pada blank holder ini juga sering dipasangi draw bead supaya dalam mengendalikan mengalirnya material bisa lebih membutuhkan tegangan yang sama untuk berubah bentuk menjadi shell. Proses deep drawing semacam ini juga disebut dengan proses “cupping”. Apabila sebuah deep drawing punch menekan material ( blank ) ke dalam sebuah drawing die
10
atau drawing ring, maka akan timbul tegangan-tegangan, yang akan mengakibatkan terjadinya plastic flow yang sangat rumit didalam material. Volume dan ketebalan material akan tetap sama, dan bentuk akhir dari proses deep drawing ini akan mirip dengan kuntor dari punchnya.
C B A Gambar 2.1 Tahapan aliran material (metal flow) dalam proses deep drawing Tahapan progresive terjadinya bentuk / bangunan itu digambarkan secara skematis seperti gambar 2.1. Setelah punch masuk sedikit ke dalam drawing die seperti terlihat dalam tahap A, maka bagian logam elemen 2 dibengkokkan mengelilingi hidung punch. secara berkesinambungan elemen-elemen 3, 4, 5 yang sebelumnya sudah ditandai pada blanknya akan bergerak secara radial menuju pusat dari blank, seperti terlihat pada tahap B dan C. elemen-elemen dengan volume yang berbeda-beda tadi secara sirkumferens ( keliling ) akan menyusut. Tetapi secara radial akan memanjang sampai mencapai lubang drawing die. lalu mereka akan dibengkokan dan menyatu ( menempel ) dengan drawing die menjadi bentukan yang lurus sebagai dinding “shell”.
11
Selama proses drawing, bidang atau area 1 yang dalam contoh khusus ini tidak akan berubah bentuk, akan menjadi bagian bawah ( dasar / alas ) dari cup/shell. sedangkan area atau bidang 2, 3, 4 akan menjadi dinding samping dari shell, berubah bentuk dari segmen berbentuk juring lingkaran menjadi bangun persegi panjang, karena ditarik melewati bibir/sudut bagian dalam drawing ring.Secara umum Metal flow dalam proses cupping dapat disimpulkan: •
Bagian dari blank akan menjadi alas/dasar dari cup/shell tidak akan mengalami deformasi atau hanya sedikit saja mengalami perubahan bentuk. Hal ini ditunjukkan oleh jarak antara garis-garis yang digambarkan pada blank sebelumnya, tidak mengalami perubahan pada shell yang terjadi.
•
Metal flow terjadi secara seragam meningkat dengan tingginya cup/shell pada saat pembentukan dinding cup, yang juga ditunjukkan oleh marking lines yang tetap konsentris, tetapi menunjukkan adanya perubahan jarak yang membesar (lebih besar) pada dinding shell jika dibandingkan dengan yang ada pada blanknya. Segmen-segmen radial pada blank menjadi bentuk pararel setelah mengalami tarikan melalui bibir dalam drawing ring, yang akhirnya menjadi ukuran akhir dinding shell.
•
Metal flow dari elemen-elemen pada pinggiran blank mengakibatkan perubahan tebal material, yaitu bertambah tebal karena adanya kompresi secara keliling. Penebalan dinding pada bibir cup biasanya bervariasi karena diatur oleh adanya clearance dari drawing punch dan drawing die.
12
2.3 Ukuran / Bentangan Awal Bentangan awal atau perkiraan ukuran blank perlu diketahui antara lain untuk : • menentukan ukuran blank untuk memproduksi shell dengan tinggi atau kedalaman tertentu. • menentukan jumlah step / tahapan operasi drawing yang baik untuk memproduksi shell. Secara umum kita tidak bisa melakukan perhitungan untuk menentukan besarnya blank atau material awal yang akan diproses deep darwing dengan rumus yang pasti, karena dari bentuk shell yang ada kadang-kadang sangat kompleks. Jadi perhitungan yang akan kita coba jabarkan disini sifatnya teoritis, dengan menggunakan rumus-rumus pendekata. Biasanya hal ini ditentukan oleh adanya perbandingan ukuran dari shell dan blank. Banyak metode telah dikembangkan untuk menentukan ukuran blank dari suatu shell, yang antara lain berdasarkan pada : • perhitungan matematis / aljabar } • penggunaaan lay-out / metode grafis
}→ terutama untuk shell yang simetris.
• kombinasi antara matematis dan grafis } Untuk menghitung ukuran blank dengan sangat teliti atau untuk mendapatkan tinggi shell yang sempurna ( seragam ) ternyata sangat sukar, karena tebal tipisnya material sangat berfariasi yaitu akibat proses annealing dalam pembuatan material / bahannya. Tinggi shell yang telah “disetrika” ( troned shell ) ini berbeda-beda karena
13
perbedaan tebal material tadi, dan pada bagian atas bervariasi bentuknya yaitu dari lurus sampai tidak beraturan, biasanya disebabkan oleh efek arah struktur kristalisasi dari metal ( the effect of direction on the crystalline structure of the metal ). Proses annealing yang menyeluruh biasanya dapat mengatasi efek arah ini. Maka untuk mengatasi kekurangan-kekurangan diatas, diperlukan tambahan ukuran pada blank sebagai allowance, sehingga memungkinkan tambahan adanya proses trinming sebagai proses akibatnya. (finishing). Drawing tool harus dibuat terlebih dahulu, kemudian ukuran blank ditentukan dengan beberapa percobaan sebelum membuat blanking tool-nya. Jadi tentu akan memakan waktu yang cukup lama apabila kebutuhan material untuk memproduksi barang (shell) tidak siap dalam stock, dan harus dipesan bersamaan dengan pemesanan perkakasnya. situasi semacam ini memaksa orang untuk memperkirakan ukuran blank sedekat / seteliti mungkin secara matematis / aljabar atau grafis, untuk bisa memesan material. Maka sudah sangat lasim dalam perencanaan pembuatan perkakas / tool yang mahal yang melibatkan proses deep drawing, selalu dilakukan percobaan-percobaan atau riset dalam menentukan besarnya blank dengan drawing tool yang sederhana dulu, kemudian baru diteruskan dengan perencanaan dan pembuatan perkakas yang sesungguhnya, misalnya dengan progressive die yang disertai dengan proses blanking. Pada dasarnya perhitungan untuk ini adalah dengan menggunakan prinsip persamaan volume antara blank dan shell-nya, karena memang dalam proses ini tidak ada material yang terbuang. Karena pada proses ini tebal material pada umumnya juga
14
dianggap tidak mengalami perubahan, berarti kita bisa mencarinya lewat persamaan luas dari blank dan shellnya.
2.4 Perhitungan dengan perbandingan luasan mantel dan luasan ring dari blank dan shell Kita tahu bahwa secara teoritis bentuk blank dari shell bulat(baik itu silindris ataupun konus) adalah kepingan lingkaran. Maka kita bisa membandingkan luas yang ada pada blank maupun shell-nya.Apabila kita ambil contoh yang mudah dengan shell sederhana, maka: Luas penampang blank = (π/4 * D²) dan Luas penampang shell = (π/4 * d² + π * d * h) Jadi D² = d² + 4 * d * h→D = √d²+4 * d * h
h
r
h1
h
h'
h2
d1
Gambar 2.2 Penampang bentuk shell
15
Untuk bentuk shell lainnya yang mempunyai beberapa diameter dan tinggi shell yang berbeda (misalnya dengan d1,d2,d3,dan h1,h2) maka secara analogi bisa dihitung dengan rumus: D =
√d3² + (4 * d1 * h1) + (4 * d2 * h2)
-------------------------(2-1)1
2.5 Perbandingan deep drawing ( Zieehverhaeltnis = drawing ratio ) Seperti telah kita ketahui dalam definisi proses deep drawing, sebuah blank yang datar akan dibentuk menjadi suatu shell yang berongga. Sebagian dari bidang datar blank tadi akan mengalami deformasi plastis yang cukup besar / hebat, menjadi bidang mantel / dinding dari shell-nya. Antara deformasi pembentukan shell yang satu dengan yang lainnya tentu saja tidak sama, tergantung dari besran awal blank maupun hasil akhir shellnya. Agar supaya kita bisa mengamati dan menilai suatu proses deep drawing secara baik, kita perlu menggunakan suatu alat pengukur / angka pembanding yang selanjutnya akan kita namakan dengan perbandingan drawing ( Ziehverhaeltnis atau drawing ratio ), yang akan dituliskan dengan simbol huruf “m” untuk mengenang dan menghormati orang yang pertama kali merumuskannya, yaitu seorang insinyur bernama Musiol ( 1907 ). Secara umum perbandingan drawing ini dirumuskan sebagai : perbandingan luas penampang benda jadi ( shell ) dengan luas penampang dari material awal ( blank ). Harganya selalu lebih kecil dari 1 dan juga bisa dianggap sebagai bentuk
1
Muerbani J, Teori tentang Deep Drawing, ATMI Surakarta, Hal 8
16
pengukur kemampuan / kelenturan proses pembentukan atau kemampuan material / pelat untuk proses drawing. Dalam prakteknya nanti perbandingan drawing ini akan dirumuskan sbb :
m = d / D < 1-----------------------(2-2)2 Rumus diatas merupakan rumus untuk model shell yang paling sederhana yaitu shell silindris. Pada Gambar 2.3 dan Gambar 2.4 ditunjukkan bahwa besaran d adalah diameter shell pada suatu tahapan tertentu ( yang diberi indeks angka ), sedangkan D merupakan diameter awal blank. Maka untuk perbandingan drawing pada setiap tahapan bisa ditulis dengan diberi indeks urutan tahapan yang diamati, misalnya :
2
m1 = d1 / D
untuk first drawing
m2 = d2 / d1
untuk second drawing
m3 = d3 / d2
untuk third drawing
mn = dn / d n-1
untuk n th drawing dan seterusnya
Muerbani J, Teori tentang Deep Drawing, ATMI Surakarta, Hal 11
17
Gambar 2.3 Perbandingan drawing pada first drawing d1
d2
m 2 = d2 d1
Gambar 2.4 Perbandingan drawing pada second/next drawing Perbandingan
di
atas
merupakan
perbandingan
yang
masih
sangat
disederhanakan antara pelat dan benda berrongga, atau antara drawing tahap pertama dengan tahap yang kedua dst. Dalam kenyataannya harga perbandingan itu masih dipengaruhi oleh bbanyak faktor, misalnya tebal material, radius drawing die maupun drawing punch-nya, gesekan, kecepatandrawing, drawing clearance, kekuatan material benda kerja dlsb. Pengaruh terbesarnya adalah ukuran diameter blank ( D ) dan tebal
18
material ( t ), meskipun sampai sekarang besaran angkanya belum bisa dirumuskan, namum masih harus ditentukan secara empiris. Untuk keperluan yang lain misalnya dalam keperluan yang praktis, dikenal istilah lain yang merupakan harga kebalikan dari m yaitu β sehingga bisa dirumuskan :
β = 1 / m = D / d > 1-------------------------------(2-3)3
Dalam percobaan proses deep drawing untuk bentuk shell silindris, maka kita bisa mengetahui keuletan dari berbagai macam material yang diproses. Peranan m ataupun β kelihatan lebih jelas pada : • Percobaan dengan diameter blank D konstan dan diameter lubang shell d variabel ( lihat Gambar 2.5 ), semakin kecil diameter d bisa dibuat, semakin baik material yang digunakan :
m = ( d / D ) ≤ 1
• Percobaan dengan diameter lubang shell d konstan dan diameter blank D variabel ( lihat Gambar 2.6 ), semakin besar diameter D yang dicapai, semakin baik material yang digunakan :
3
β = ( D/d ) > 1
Muerbani J, Teori tentang Deep Drawing, ATMI Surakarta, Hal 12
19
d-constant
d-variable D- constant
D- variable
Gambar 2.5 D- konstan, d variabel
Gambar 2.6 d- konstan, D- variabel
m
0.9 1.11
XA
0.84
0.2
0.85 0.8 0.75 0.7 1.18 1.25 1.33 1.43 0.3
0.4
0.5
0.64 0.64 0.67
0.65 0.6 0.55 0.5 1.54 1.66 1.82 2
0.6
0.7
0.8
0.9
1
0.7
0.74
0.77
0.8
0.8
Gambar 2.7 Harga perbandingan dalam percobaan drawing
20
Hubungan antara m dengan β dan α Gambar 2.7 menunjukkan hubungan kebalikan antara m dan β, dan secara lebih rinci diperlihatkan bahwa dengan diameter shell d = 100 mm, didapatkan ukuran tinggi shell yang berbeda-beda pula kalau harga perbandingan drawing m berubah. Keterangan
: m = Perbandingan drawing / drawing ratio α = Angka koreksi untuk gaya drawing Fz χA = Angka koreksi untuk kerja drawing W
Harga-harga m untuk beberapa material yang sering digunakan dalam proses drawing ini bisa kita lihat dalam tabel ( lampiran ) Dari perbandingan drawing yang telah kita sebut diatas, maka kita bisa mengetahui ukuran diameter shell pada proses tahapan pertama d1 = m . D dan untuk proses selanjutnya dengan dn = m . dn-1 Selain itu besarnya perbandingan bisa digunakan untuk
:
• mengetahui jumlah step atau tahapan pengerjaan deep drawing • mengetahui diameter shell d bila diharuskan hanya dengan 1 ( satu ) kali tahap proses drawing • sebagai angka pembanding kemampuan material yang satu dengan yang lainnya dalam hal drawing Apabila dengan satu tahap drawing tidak mencukupi, maka diperlukan tahap berikutnya. Jumlah tahapan drawing minimum secara kasar bisa ditentukan dengan rumus dari Brasch :
21
n = ( h / d ) / 0.97---------------------------(2-4)4 dimana
n = jumlah tahap drawing h = tinggi shell pada tahap yang ke-n d = diameter shell pada tahap yang ke-n 0,97 adalah sebuah konstante, dan untuk pemilihan harga m atau m1 dst.
2.6 Perhitungan Gaya dan Kerja pada Proses Deep Drawing Untuk menentukan besarnya kekuatan ( kapasitas ) mesin yang akan digunakan dalam mengerjakan suatu proses ( deep drawing atau pekerjaan yang lain ), maka sangat diperlukan adanya perhitungan gaya-gaya yang bekerja pada suatu proses tadi. Dalam proses deep drawing kita kenal gaya-gaya antara lain : Gaya potong
: FS
(cutting force)
Gaya pengendali blank
: FB
(blank holding force)
Gaya drawing
: FZ
(drawing force)
Dalam menghitung gaya-gaya tersebut masih banyak faktor yang perlu diperhatikan, dimana dengan rumus-rumus matematika yang ada sampai saat ini, ternyata tidak dengan begitu saja bisa dilaksanakan. Karena sebagai contohnya, tebal dan kekuatan pada suatu jenis pelat logam saja, harga patokannya kecepatan proses, pelumasan dll. masih mempengaruhi perhitungan yang ada. Sehingga dengan demikian bengkel maupun para perancang yang akan membuat kesimpulan yang baik.
4
Muerbani J, Teori tentang Deep Drawing, ATMI Surakarta, Hal 13
22
Untuk setiap perhitungan, kita tidak boleh hanya menghitung dengan tebal pelat normal dan kekuatan menengah, namun harus dipilih tebal material dengan toleransi plus dan kekuatan material tertinggi. Gaya-gaya terbesar harus diketahui sehingga bahaya akan rusaknya mesin bisa dihindari. Disamping itu harus diketahui besarnya kerja “W” yang dimiliki / diberikan, karena kerja mesin yang mulus tanpa gangguan itu sangat tergantung dari bagaimana kita memperhitungkan segala sesuatunya. Segala gaya yang ada harus dijumlahkan seperti kalau kita misalkan bahwa mereka bekerja pada sebuah poros yang sama. Hal ini terutama pada proses drawing dengan mesin press single action.
F Tot = FS +FB + FZ -------------------------(2-5)5 Untuk mesin press double action tentu saja tidak bisa disamakan dengan diatas, karena gaya drawing FZ dan gaya pengendali blank FB diberikan oleh poros yang terpisah.
2.6.1 Gaya potong / blank (Fs) Gaya ini akan tampil ( diperhitungkan ) jika digunakan perkakas yang komplit, misalnya pada compound drawing tool / die. Seperti yang pernah kita pelajari dalam teori sebelumnya yaitu punching tool maka besarnya gaya ini adalah :
FS = A . τB atau FS = Σ l .t . τB --------------------(2-6)6
2.6.2 Gaya pengendali blank (FB)
5
Muerbani J, Teori tentang Deep Drawing, ATMI Surakarta, Hal 18
23
Gaya ini harus cukup besar untuk menghilangkan adanya kerutan. Tetapi tentu tidak boleh terlalu besar sehingga malah mengakibatkan robekan-robekan yang tidak dikehendaki, karena adanya tarikan yang terlalu kuat dari punch sehingga kekuatan σB dari bahan / material pelat yang dipakai terlampaui. Besarnya pengendali blank ini adalah : FB = A x p
atau
FB = ( AB - AP ) . p ----------------------(2-7)6
FB = Gaya pengendali blank ( N ) AB = Luas penampang ( mm2 ) AP = Luas penampang punch ( mm2 ) A = Luas bagian yang dikendalikan oleh pressure pad ( mm2 ) p = Tekanan bidang
( N/mm2 )
Untuk shell yang berbentuk silindris bisa dihitung dengan rumus :
FB = π /4 ( D2 - d2 ) . p-----------------------(2-8)6 Harga tekanan bidang p ini besarnya tergantung dari kwalitas dan tebal material yang dikerjakan. Menurut Schuler : L Schuler AG Handbuch fuer die spanlose Formgebung maka besarnya adalah :
p ≈ 0,0025 ( β - 1 ) 2 + ( 0,5 . d / 100 . t ) . σB --------------(2-9)6 Dimana harga
β = 1 / m ---> Kebalikan dari drawing ratio d = diameter shell ( mm ) t = tebal material ( mm )
6
Muerbani J, Teori tentang Deep Drawing, ATMI Surakarta, Hal 18,19
24
σB = tegangan patah tarik material ( N / mm2 )
2.6.3 Gaya drawing (Fz) Gaya ini mirip gaya potong , besarnya tergantung dari tebal material dan kelilingnya. Hanya disini masih harus diperhitungkan adanya angka koreksi α yang besarnya tergantung dari drawing ratio.
FZ = U . t . σB . α --------------(2-10)7 FZ = Gaya drawing ( N ) U = keliling benda kerja ( mm ) t
= tebal material ( mm )
σB = tegangan patah tarik ( N/mm2 ) α = angka koreksi Sedang untuk shell silindris maka rumus diatas bisa diuraikan lebih jelas menjadi
FZ = π . d . t . σB .----------------------(2-11)7 2.6.4 Kerja drawing (W) Kemampuan kerja dimesin press untuk membuat suatu bentukan shell tertentu pada proses deep drawing tentu akan diambil dari daya yang dipunyai mesin press tersebut. Oleh karena itu kemampuan kerja mesin itu harus lebih besar dari proses 7
Muerbani J, Teori tentang Deep Drawing, ATMI Surakarta, Hal 19
25
deep drawing yang ada. Mesin press dengan gaya sama bisa mempunyai kapasitas kerja yang berlainan. Berarti gaya drawing saja bukanlah merupakan satu-satunya faktor penentu untuk memilih besarnya kapasitas mesin yang akan digunakan. Kerja yang diputuhkan untuk suatu proses deep drawing bisa di hitung dengan rumus :
Wd = χA . Fz . h -------------------(2-12)8 Wd = Kerja drawing (Nm) χA = angka koreksi untuk kerja drawing besarnya tergantung dari drawing ratio m / β Fz = gaya drawing ( N ) h = tinggi shell ( mm )
2.7 Radius dan kelonggaran drawing Disini berlaku pernyataan bahwa radius pada drawing punch tidak boleh lebih kecil dibandingkan dengan radius pada drawing ring. Apabila hal ini tidak diperhatikan maka pada shell akan terjadi kemuluran pada daerah transisi antara radius dengan bagian dinding shell. Radius drawing punch pada tarikan deep drawing yang dangkal bisa lebih kecil dibanding untuk drawing yang dalam. Radius ini tidak bisa dipilih secara bebas namun tergantung dari shell-nya. Besarnya radius drawing yang umumnya mencukupi untuk proses drawing yang baik adalah : r St = 3 -10 t
8
( t = tebal material )
Muerbani J, Teori tentang Deep Drawing, ATMI Surakarta, Hal 20
26
Pada dasarnya radius yang kecil pada drawing ring akan memberikan hasil diding shell yang bersih dan rata. namun radius yang kecil tadi saat proses drawing karena adanya tegangan yan besar tentu akan menimbulkan regangan yang besar pada material, dimana pada batas tertentu ada kemungkinan membuat diameter blank berkurang. Tentu saja radius ini mempunyai batas terkecil yang mungkin justru bisa mengakibatkan bahaya robekan pada bagian alas.Gambar 2.8 berikut menunjukkan patokan besarnya radius drawing yang bisa kita pergunakan.
b
r
R
t
rS
t
d1
D
Gambar 2.8 Radius pada drawing punch dan drawing ring r St = Radius drawing punch = 2-5t rR = radius drawing ring = 10t untuk deep drawing plate, 5t untuk metarial pada umumnya D = diameter blank b = luas bidang pemegang d1 = drawing punch Sebaiknya dalam perencanaan dimulai dari radius yang kecil dulu, kemudian dicoba dan dilihat bagaimana hasilnya. Yang perlu diperhatikan adalah bahwa dalam penelitian-penelitianyang dilakukan sampai saat ini menunjukkan bahwa besarnya
27
radius pada drawing punch maupun ring tergantung dari tebal pelat dan lebar flans yaitu setengah selisih ukuran blank dan drawing punch. Untuk menentukan besarnya radius drawing itu kita gunakan sebuah persamaan empiris dari Oehler, yaitu :
r R = 0,05 ( 50 + (D - d1)) .√ t ---------------(2-13)9 Bentuk radius drawing pada ring-nya adalah seragam diseluruh permukaan dengan penampang profile transisi yang halus dari garis, radius dan kembali kegaris yang menyinggung radius tadi.
2.8 Drawing clearance Drawing clearence δ adalah ruang sela antara yang besarnya sama dengan separo dari selisih ukuran diameter drawing ring dengan diameter drawing punch.
Besarnya drawing clearance dapat dihitung dengan rumus:
δ = (dr – dst)/2 -----------------(2-14)9
9
Muerbani J, Teori tentang Deep Drawing, ATMI Surakarta, Hal 27,28
28
dst R2 R1
δ R3 H
dR Gambar 2.9 Drawing clearance pada perkakas drawing Dimana : δ = drawing clearance dr = diameter drawing ring dst = diameter drawing punch Untuk membuat bentuk shell yang rapi dan bagus, maka drawing clearancenya harus dibuat lebih sempit dan drawing radiusnya lebih kecil. Berikut adalah tabel harga drawing clearance yang sering dipakai untuk suatu konstrusi.
29
Tabel 2.1 Harga drawing clearance -------------------(2-15)10
Material
Kelonggaran drawing (clearance) δ Drawing
Drawing die
Penipisan tebal
murni
dengan polish
material
Pelat baja deep drawing
1,2 t
t
Kuningan
1,05 t
t
Seng
1,3 t
1,1 t
Alumininum
t
t
Alumininum >I,5mm
1,15 t
t
Pelat baja anti karat
1,2 t
t
Aluminum-bronze
1,2 t
t
Logam monel
1,5 t
t
10
0,8 t
Muerbani J, Teori tentang Deep Drawing, ATMI Surakarta, Hal 29
30
2.9. Material untuk deep drawing Japanese Industry Standart (JIS) menyebutkan bahwa material yang dipakai untuk proses drawing dalam golongan cold roll sheets yang terdiri dari : Steel sheet berupa material lembaran
dan steel strip yang berupa coil yang digulung. Material coil ini
diklasifikasikan menjadi beberapa type antara lain : SPCC
untuk pengunaan umum forming dan drawing
SPCD
Untuk pengunaan proses deep drawing
SPCE
Untuk pengunaan proses extra deep drawing
Tabel 2.2 Daftar Tensile Srength material coil-------------11
Tension Test
Tensile Strength
Elongation %
σB
N/mm2
Division by Nominal thickness mm Symbol of class
0.25 or over
0.25 or over to 0.4 excl
0.40 or over to 0.60 excl
0.60 or over to 1.0 excl
1.0 or over to 1.6 excl
1.6 or over to 2.5 excl
2.5 or over
SPCC
270 min
32 min
34 min
36 min
37 min
38 min
39 min
SPCD
270 min
34 min
36 min
38 min
39 min
40 min
41 min
SPCE
270 min
36 min
38 min
40 min
41 min
42 min
43 min
Data diatas mempunyai rentang nilai yang cukup besar dan dalam apliksi di PT. Selamat sempurna dari pengalaman memberikan angka keamanan dengan harga tensile strength-nya
σB = 280….s/d ….380 N/mm².
Dan angka tegangan geser untuk material tersebut dinyatakan dengan persamaan
31
Tension test piece
No. 5 in the directio n of rolling
τB = 0.8 σB ---------------(2-16)12 Gambar 2.10 Diagram Tegangan - Regangan
Tegangan (σB)N/mm2
Regangan (ε ) = ΔL/Lo
Diagram diatas merupakan test pembebanan tarik Diagram diatas merupakan test pembebanan tarik yang menunjukan 0-E/P merupakan batas elastis yang bisa balik jika ditarik atau spring back, sedangkan jika diteruskan sampai S dinamakan batas lumer atau deformasi plastis dan penipisan tebal material, dan pembebanan dilanjutkan sampai titik B terjadi retakan-retakan yang merupakan batas patah. Dalam proses deep drawing ini dalam kisaran batas lumer dan diharapkan maksimal penipisan max 30% dari tebal.
11 12
Japanese Standarts Association, JIS Handbook Ferrous Material and Metalurgy, hal 668 Luchsiger H.R, Tool Design 2, Politeknik Mekanik Swiss-ITB, hal 93-113
32
BAB III KONSEP PERANCANGAN DAN PEMBAHASAN
Sebagai dasar perancangan dan pemabahasan diambil sebuah contoh produk body Part No ME 014833, ID = 101mm. Kami memberi 7 area permukaan penting yang perlu diperhitungkan seperti yang terlihat pada gambar.
Gambar.3.1 Penampang Body Part No ME 014833, ID = 101mm. Pada area 7, perhitungan diameter bibir (flang) diambil 120mm karena pertimbangan sebagai scrap produk body sebelum proses trimming flang dengan ukuran diameter 110mm
Selisih lebar area yang terbuang per sisi= (120 - 110) / 2 = 5mm Dari hasil perhitungan didapat diameter blank awal (D) = 238,5 mm Jumlah tahapan drawing minimum secara kasar bisa ditentukan dengan rumus dari Brasch :
n = ( h / d ) / 0.97 dimana
n = jumlah tahap drawing h = tinggi shell pada tahap yang ke-n d = diameter shell pada tahap yang ke-n 0,97 adalah sebuah konstante, dan untuk pemilihan harga m atau m1 dst.
Dari perhitungan didapat n yang ideal = 2 tahap Diameter Blank awal (D) digunakan untuk mencari diameter draw 1(d1) dengan menggunakan perbandingan ,Syarat : m1 = d1/D = 0,48 s/d 0,55 m2 = d2/d1 = 0,72 s/d 0,80 Syarat m1 dan m2 didapat dari hasil percobaan yang dilakukan di lingkungan PT Selamat Sempurna Tbk selama bertahun-tahun. Jika nilai m lebih kecil dari syarat yang ditentukan,maka terjadi keretakan pada pelat pada saat terjadi proses draw. Jika nilai m lebih besar dari syarat yang ditentukan,maka kontruksi dies tidak proporsional. Jika kami mengambil nilai d1 = 130 maka: m1 = 0,545 dan m2 = 0,777
34
Kami mengambil ukuran 130mm karena angka bulat dan masih memenuhi syarat m1 dan m2.
3.1 Menentukan Tinggi Proses Draw 1 Dari perhitungan didapat nilai h = 77mm h kontruksi = h + (15mm s/d 20mm) h kontruksi = 77 + 18 h kontruksi 95mm Designer kontruksi Dies perlu menambahkan tinggi draw1(h) =15mm s/d 20mm. Pada saat proses draw 1 berakhir masih ada media yang memberi ruang pada bagian atas dies turun dengan jarak 15mm s/d 20mm sebelum proses draw2 dimulai. Pada waktu proses draw 2 sudah tidak ada plate yang terjepit oleh stripper block dan punch blank sehingga aliran material plate berjalan lancar.
3.2. Pembuatan Body Dengan Dies Manual Body merupakan salah satu bagian penting dari sebuah filter. Housing yang menyelubungi sistem filtrasi harus mempunyai dinding yang kuat terhindar dari keretakan - keretakan dari proses pembentukan. Proses - proses pembuatan body dengan dies manual merupakan dasar utama dari perancangan dies deep drawing sekali stroke ini. Proses yang terjadi pada dies body manual meliputi :
35
3.2.1 Dies Blanking Dies ini dibuat untuk menghasilkan lingkaran plate dengan diameter yang sudah ditentukan dengan bentangan dari produk yang akan dihasilkan disebut proses pertama. Kontruksi Dies Blanking bagian atas terdiri dari : a. Punch Blank yang berfungsi memotong plate bersama Die blank yang posisinya berada di bawah sehingga menghasilkan lingkaran plate dengan diamerter yang sudah ditentukan.Penempatan punch blank pada dies disatukan oleh inbus screw dari bawah yang dradnya terikat pada spacer punch.Ukuran diameter punch blank ditentukan berdasarkan perhitungan dengan rumus Matematis atau dengan menggunakan rumus Guldin yang akan dijelaskan pada Bab IV Perhitungan Komponen Perancangan.Material punch
blank
terbuat
dari
material
potong
misalnya,
K110,K340,SKD11,DC53 dan sebagainya. b Spacer Punch berfungsi sebagai penempat punch blank pada top plate.Penggunaan spacer punch juga bertujuan untuk menghemat material potong yang dipakai untuk material punch blank. Material spacer punch terbuat dari S50C,S45C atau sejenisnya.
36
c Stripper Plate berfungsi sebagai ejector lembaran plate yang tidak terpakai sebagai blank supaya bisa terlepas dari punch blank. Material spacer punch terbuat dari material ST 42 atau Hollow Bar. d Top Plate adalah bagian dies yang paling atas yang menempel langsung pada ram mesin press. Pengikatan top plate pada ram mesin press dengan bolt dan nut dengan posisi sesuai alur ram yang tersedia. Material top plate terbuat dari S50C. Kontruksi Dies Blanking bagian bawah terdiri dari : a Die Blank berfungsi memotong plate bersama punch blank sehingga menghasilkan lingkaran plate dengan diamerter yang sudah ditentukan. Material die blank terbuat dari material potong yang lebih lunak dari material potong punch blank misalnya, amutit.Hal itu bertujuan untuk mengurangi kerusakan pemakaian tool,artinya jika terjadi salah setting sehingga mengakibatkan benturan antara punch blank dan die blank maka salah satu dari part dies dalam hal ini die blank yang materialnya lebih lunak akan rusak terlebih dahulu sedangkan punch blank yang materialnya lebih kuat tidak rusak b Bottom Plate adalah plate bagian bawah dari dies blanking sebagai dudukan die blank.Material bottom plate terbuat dari St 42.
37
c Spacer Block dan Dies Shoe adalah bagian tambahan dari dies blanking yang berfungsi untuk memberi ruang produk blank untuk jatuh ke bawah dan mencapai die hight dies sesuai dengan die hight mesin press.
Gambar 3.2 Dies Blanking atau Proses Pertama
3.2.1.1 Gaya Potong Fs Body part no ME 014833 dengan tebal material t = 0.5mm
σB = 280….s/d ….380 N/mm² Dari perhitungan didapat nilai Fs = ± 142,36 kN
38
3.2.1.2 Gaya Ejector Fr Fr = min 10% * Fs = min 14.2 kN Gaya ejector Fr dimaksud untuk melepas scrap yang menjepit pada punch blank setelah proses blanking. 3.2.2 Dies Drawing 1 Dies ini dibuat untuk mengubah lingkaran plate dengan diameter yang sudah ditentukan melalui proses pertama menjadi bentuk mangkuk silinder. Penentuan diameter shell mangkuk silinder mengunakan Perbandingan deep drawing. Perbandingan deep drawing akan dibahas lebih lanjut pada Bab IV.Bagian-bagian utama pada dies drawing 1 yaitu, draw punch,stripper,ring draw dan pelempar atas.
pelempar atas ring draw
punch draw stripper
insert ring
Gambar.3.3 Dies drawing 1 atau proses kedua
39
Cara kerja dari dies drawing 1 : Lingkaran plate dengan diameter tertentu dikenai proses draw pada saat Ram atas yang membawa bagian atas dies yang terdiri dari antara lain ring draw dan pelempar atas turun mendorong stripper turun hingga terhenti karena ada insert ring yang berfungsi sebagai stopper. Pada saat Ram atas bergerak ke atas, produk terdorong oleh stripper bawah sehingga terlepas dari punch draw, sedangkan pelempar atas mendorong produk supaya terlepas dari ring draw. 3.2.2.1. Gaya Pengendali Blank Fb1 Gaya ini harus cukup besar untuk menghilangkan adanya kerutan.Tetapi tentu tidak boleh terlalu besar sehingga malah mengakibatkan robekan- robekan yang tidak dikehendaki, karena adanya tarikan yang terlalu kuat dari punch sehingga kekuatan σB dari bahan /material pelat yang dipakai terlampaui. Gaya pengendali ini,penerapannya untuk menghitung gaya yang bekerja pada cushion. Fb1 = Gaya kendali blank stripper block vs die blank Besarnya gaya pengendali blank ini adalah: Fb1 = 59,53 kN Jadi tekanan Cushion total = ± 59.5 kN
40
3.2.2.2 Gaya Drawing Fz1 Gaya ini mirip dengan gaya potong, besarnya tergantung dari tebal pelat dan kelilingnya. Hanya disini masih harus diperhitungkan adanya angka koreksi α yang besarnya tergantung dari drawing rasio. Untuk shell body part no ME 014833, Fz1 yang bekerja pada drawing 1. Fz1 = ±69,837 kN
3.2.2.3 Kerja drawing 1 (Ws1) Gaya kerja saja bukanlah merupakan satu-satunya factor penentu untuk memilih besarnya kapasitas mesin yang akan digunakan. Ws1 = W draw 1
χa1 = 0,8
Dari perhitungan didapat nilai Ws1 =± 888,11 Nmm
3.2.3 Dies Drawing 2 Dies ini dibuat untuk mengubah produk dari proses drawing 1 ke drawing 2 dan pembentukan grip atau kembang body.
41
pendorong
die grib/kembang
ring draw guide drawing 1 punch grib drawing punch holder 1
cushion insert ring
Gambar 3.4 Dies drawing 2 atau proses ketiga Cara kerja dari dies drawing 2 : Produk yang sudah mengalami proses drawing 1 ditempatkan pada guide drawing 1. Pada waktu Ram atas dari mesin turun,ring draw mendorong guide drawing 1 sekaligus membentuk drawing 2.Secara kontinyu die grip bersama punch grip membentuk grip atau kembang body.Pada saat drawing punch holder 1 membentur insert ring, ram atas mesin yang membawa bagian atas dies kembali bergerak ke atas. Guide drawing 1 dengan dorongan dari cushion bawah mendorong produk proses drawing 2 melepaskan dari punch grip.Pada saat yang sama pendorong
42
atas mendorong produk proses drawing 2 melepaskan dari die grip dan ring draw.
3.2.3.1 Gaya Pengendali Blank Fb2 Gaya pengendali ini,penerapannya untuk menghitung gaya yang bekerja pada cushion. Fb2 = Gaya kendali blank ring draw vs drawing punch1 Besarnya gaya pengendali blank ini adalah: Fb2 = ±5,459 kN Jadi tekanan Cushion total = ±5.5 kN
3.2.3.2 Gaya Drawing Fz2 Untuk shell body part no ME 014833, Fz2 yang bekerja pada drawing 2. Fz2 = ±27,13 kN
3.2.3.3 Kerja drawing 1 (Ws2) Gaya kerja saja bukanlah merupakan satu-satunya factor penentu untuk memilih besarnya kapasitas mesin yang akan digunakan. Ws2 = W draw 2---- χa2 = 0,655 Dari perhitungan didapat nilai Ws2 = ±287,5 Nmm
43
3.3 Kelemahan Dies Body manual teknik lama Proses deep drawing untuk membentuk komponen body filter terdiri dari 4 (empat) tahap.Hal ini terjadi karena keterbatasan material pelat body untuk diproses drawing supaya sesuai tuntutan. Dies body manual merupakan sistem lama yang sebelumnya diterapkan di PT Selamat Sempurna Tbk,mempunyai banyak kelemahan antara lain: 1. Melalui 4 (empat) tahap proses terpisah yang mengakibatkan: a. Waktu tunggu dan penyaluran komponen proses tahap pertama ke tahap berikutnya lebih lama. b. Membutuhkan 1(satu) operator untuk setiap tahap proses yang mengharuskan perusahaan membayar gaji karyawan lebih tinggi. 2. Masing-masing produk dengan part number,model dan ukuran bervariasi membutuhkan dies yang bervariasi pula dan masih terbagi masing-masing untuk empat dies bagi setiap tahap proses body.Hal tersebut mengakibatkan: a. Pembuatan dies body di departemen Manufacturing Engineering memakan waktu yang lama. b. Biaya pembuatan dies body sangat besar. 3. Memerlukan empat mesin press yang mengakibatkan: a. Penyediaan mesin press yang banyak dan bervariasi. b. Bentrok dalam pemakaian mesin press karena penggunaan pembuatan komponen filter lain yang menggunakan jenis mesin yang sama.
44
c. Memerlukan area mesin yang cukup luas.
Gambar 3.5 Urutan proses dan perhitungan bentukkan body 3.4 Pembuatan Body Dengan Dies 1 Stroke 3 Proses Teknik 1 stroke 3 proses adalah proses pembuatan komponen body filter dengan satu dies yang mencakup tiga tahap proses yaitu: blanking, drawing 1, drawing 2. Departemen Manufacturing Engineering mengakui bahwa pada awal pembuatan dan perencanaan dies body dengan teknik 1 stroke 3 proses membutuhkan ketepatan yang tinggi dan waktu yang lebih lama dibanding pembuatan secara manual. Kendala-kendala itu kenyataannya terjadi di awal persiapan dan awal pembuatan dies baru, karena design memerlukan ukuran yang
45
lebih besar dan model yang saling berhubungan dan mempengaruhi.Jika sistem sudah berjalan, penulis menemukan banyak keuntungan yang didapat. Keuntungan-keuntungan yang ditemukan penulis antara lain: 3.4.1 Designer dies mudah dalam mengontrol dan mengolah file-file gambar Pada gambar b,keterangan Bill of material,nomor item yang dilingkari dan terdapat keterangan untuk ID 79mm atau all part no cukup dibuat satu kali sebagai master untuk ukuran body dengan ID yang sama. Designer hanya membuat gambar rancangan insert beserta gambar detail kerja yang bisa dilepas pasang pada masternya. Berdasarkan pengalaman penulis sebagai designer dies body, jika sudah mendesign dies untuk beberapa produk body bisa menemukan teknik tersendiri sehingga gambar bisa diselesaikan dengan lebih cepat dan dengan ketepatan yang tinggi. Bagi staf perakitan dies body, juga mengalami kemudahan,artinya tidak perlu banyak berfikir kesekian kali karena pekerjaannya cenderung bersifat pekerjaan rutin dan massal. Penerapan standarisasi dies body dengan teknik serentak empat proses dimulai pada awal bulan Januari 2004. Kita bisa mengamati pengaruhnya pengaruhnya dalam pembuatan dies body filter di departeman manufacturing Engineering dari penyajian grafik 3.1.
46
Out put dies body filter Dept ME Filter PT Selamat Sempurna Tbk 23
25 19
20 15 10 10 5 5
6
Out put dies body filter Dept ME Filter PT Selamat Sempurna Tbk
4
O KT O BE NO R VE M BE DE R SE M BE R JA N UA RI FE BR UA RI M AR ET
0
Grafik 3.1 Output Dies Body Filter Dept ME Filter PT Selamat Sempurna
47
T
37
20
3
322
257
15
94 H1
144
Mx1.5P
A
6
22
36
3
20
H BODY-Tpl
H2
18
ØD2+8
18
H5=T+10 R3
15
42
ØD2-1 ØD2+2Tpl+0.2
H1-36
25
30
3
294-A-T
3
M16
t
24
H
3
H3
H4
18
H2-36
20
18
Ø22
40
30
5 12
3.4.2 Penggantian dan perbaikan spare part dies
ØD1+2Tpl+0.2 ØD
D=DIAMETER BLANK 28
D1=DIAMETER DALAM DRAW 1 D2=DIAMETER DALAM DRAW 2 (PRODUCT) Tpl=TEBAL PLATE
ØD2+8
D=DIAMETER BLANK D1=DIAMETER DALAM DRAW 1 D2=DIAMETER DALAM DRAW 2 (PRODUCT)
SETTING DIES SUDAH DITENTUKAN DENGAN POSISI DOWEL PIN,SEHINGGA POSISI ANTARA DIE GRIP DAN PUNCH GRIP TIDAK AKAN BERGESER AKIBAT HENTAKAN ATAU GETARAN.
LUBANG ANGIN UNTUK MENCEGAH ADANYA UDARA YANG TERJEBAK SAAT PROSES DRAW
NAP=UNTUK MENJAGA POSISI ANTARA MASING-MASING COMPONEN YANG BERHUBUNGAN SUAIAN RING INSERT DENGAN DRAWING PUNCH 2 HARUS SLIDING. PADA WAKTU DRAWING PUNCH 2 DILEPAS RING INSERT BISA DENGAN MUDAH DILEPAS DULU SEHINGGA TIDAK MENGHALANGI PROSES PELEPASAN DRAWING PUNCH 2 DARI DRAWING PUNCH HOLDER 2.
LUBANG UNTUK MEMBANTU PEMASANGAN BAGIAN YANG BERULIR
PANJANG CUSHION HARUS DITENTUKAN SEHINGGA STRIPPER TIDAK MEMBENTUR DIE BLANK DARI BAWAH PADA WAKTU STRIPPER BERGERAK KE POSISI NORMAL.
DRAWING UPPER
DRAWING LOWER
DIES BODY TEKNIK SERENTAK EMPAT PROSES PT SELAMAT SEMPURNA Tbk PENEMPATAN POSISI PIN= SEBAGAI REFERENSI PROFIL GRIP DIE DARI SISI YANG SAMA
MEMBERI KELONGGARAN TEMPAT ANTARA BOLT ATAS DAN BAWAH
Gambar 3.6 Standarisasi Konstruksi Dies Body 1 Stroke 3 Proses
48
Pada gambar 3.6 menunjukkan formula standart kontruksi dies body yang bisa diterapkan. Karena kontruksi dies memberi kemudahan bagi personil perbaikan
-
-
untuk melakukan perbaikan dan penggantian spare part.
Gambar 3.7 Rancangan Dies Body Dan Bill Of Material
49
3.4.3 Kemudahan dalam menyediakan material dan bahan purchasing dies Gambar 3.7, memberi kemudahan kepada staf PPIC (Planing Product Inventory Control) dalam menyediakan material dan bahan purchasing. PPIC tidak perlu menyediakan lagi material ataupun komponen purchase dari nomor item yang sudah dilingkari yang manapada kenyataannya itu pun sudah bisa perkirakan dan distandarkan,sehingga PPIC bisa menyediakan semua yang diperlukan secara periodik dan dalam jumlah yang bisa diperkirakan. Pada waktu pihak perbaikan maupun perakitan memerlukan komponen pengganti, maka pihak PPIC melalui gudang bisa menyediakan secara cepat karena yang dibutuhkan sudah dalam standarisasi pengadaan logistik gudang.
3.4.4 Peningkatan produktifitas operator produksi komponen body filter Output kompone n body filte r pe r unit PT Se lamat Se mpurna Tbk 2003/2004
jumlah output
25000000 20000000 15000000
Output
10000000 5000000
L PR I A
BE R ES EM BE R JA N U AR FE I BR U AR I M AR ET D
EM
OV
N
O
KT OB E
R
0
bulan
Grafik 3.2 Output Komponen Body Filter Per Unit PT Selamat Sempurna
50
Gambar grafik 3.2 menunjukkan peningkatan yang pesat setelah bulan Januari 2004. Hal ini menunjukkan penerapan standarisasi dies body filter oli dengan teknik 1 stroke 3 proses sangat mendukung produktifitas produksi komponen body di PT Selamat Sempurna Tbk. Penyebab peningkatan produksi yaitu: •
Menggunakan satu mesin press untuk satu part number produk body.
• Pembuatan komponen body dalam sekali stroke. • Lay out penyaluran material bisa dibuat singkat. • Pasokan dies dari departemen Manufacturer Engineering.
3.4.5 Kemungkinan penelitian dan pengembangan ke depan Standarisasi dies body filter oli dengan teknik serentak empat proses memungkinkan adanya penelitian dan pengembangan ke depan sesuai tuntutan industri manufaktur. Dalam hal perawatan setiap part dari dies bisa dimodifikasi dari segi model maupun penggantian jenis materialnya. Jika
dalam
pembuatan
design
dari
prinsip
utamanya
bisa
distandarisasi,maka penulis yakin untuk pembuatan gambar kerja dan pengaturan file memungkinkan dilakukan standarisasi sehingga lebih menyederhanakan prosedur kerja
51
3.4.6 Perhitungan Teknis Dalam perhitungan untuk mencari diameter blank(ØD) dari contoh produk body part no ME 014833, ID = 101mm kami menggunakan rumus mencari luas area masing-masing bagian profil area permukaan produk body. Kami memberi 7 area permukaan penting yang perlu diperhitungkan seperti yang terlihat pada gambar. Pada intinya dalam menentukan perhitungan drawing pada dies body 1 stroke 3 proses sama dengan dies manual
3.4.6.1 Gaya Potong Fs Gaya potong yang kami hitung adalah besarnya gaya yang dibebankan pada blank punch dan die punch untuk membentuk diameter blank (D). Fs = A * τB atau Fs = Σl * t * τB Body part no ME 014833 dengan tebal material t = 0.5mm σB = 280….s/d ….380 N/mm²
τB = 0.8 σB
Dari perhitungan ditemukan minimal Fs = 142,36 kN
52
3.4.6.2 Gaya Pengendali Blank Fb Gaya ini harus cukup besar untuk menghilangkan adanya kerutan.Tetapi
tentu
tidak
boleh
terlalu
besar
sehingga
malah
mengakibatkan robekan- robekan yang tidak dikehendaki, karena adanya tarikan yang terlalu kuat dari punch sehingga kekuatan tarik σB dari bahan /material pelat yang dipakai terlampaui. Besarnya gaya pengendali blank ini adalah: Untuk shell body part no ME 014833,Fb yang perlu kami hitung adalah:
3.4.6.3 Menghitung Fb1 Gaya pengendali ini,penerapannya untuk menghitung gaya yang bekerja pada cushion luar. Fb1 = Gaya kendali blank stripper block vs die blank Besarnya gaya pengendali blank ini adalah: Fb1 = ± 59,53 kN Jadi tekanan Cushion luar = ± 59.5 kN
3.4.6.4 Menghitung Fb2 Gaya pengendali ini,penerapannya untuk menghitung gaya yang bekerja pada cushion dalam. Fb2 = Gaya kendali blank ring draw vs drawing punch 1
53
Besarnya gaya pengendali blank ini adalah: Fb2 = ± 5,459 kN Jadi tekanan Cushion dalam = ± 5.5 kN
3.4.6.5 Gaya Drawing Fz Gaya ini mirip dengan gaya potong, besarnya tergantung dari tebal pelat dan kelilingnya. Hanya disini masih harus diperhitungkan adanya angka koreksi α yang besarnya tergantung dari drawing rasio. Untuk shell body part no ME 014833,Fz yang perlu kami hitung adalah: Fz1 yang bekerja pada drawing 1. Dari perhitungan didapat Fz1 = ± 69,837 kN Fz2 yang bekerja pada drawing 2. Fb1 = Gaya pengendali blank = 59.5 kN Fb2 = Gaya kendali blank ring draw vs drawing punch1= 5.5 kN Fz1 = Gaya drawing1 = 69.8 kN Fz2 = Gaya drawing2 Dari perhitungan didapat Fz2 =
±27,13 kN
Daftar gaya drawing yang bekerja pada proses dies body 1 stroke ME 014833, ID = 101mm. Fs = Gaya potong =142.4 kN
54
Fb1 = Gaya kendali blank stripper block vs die Total gaya yang bekerja up to date pada dies: Total gaya 1 = Fb1 + Fz1 = 59.5 + 69.8 =129.3 kN Total gaya 2 = Fb2 + Fz2 = 5.5 + 27 =32.5 kN Pada saat proses blanking,diperlukan gaya up to date yang dibebankan pada die blank vs punch blank(Fs) = 14,24 ton ditambah dengan gaya kendali blank stripper block vs punch blank (Fb1) = 5.95 ton Jadi gaya up to date yang terbesar bekerja pada dies F= Fs + Fb1 F = 142.4 + 59.5 F = 201.9 kN 3.4.6.6 Kerja drawing (W) Gaya kerja saja bukanlah merupakan satu-satunya factor penentu untuk memilih besarnya kapasitas mesin yang akan digunakan. Kerja yang dilakukan/dibutuhkan untuk sauté proses deep drawing bisa dihitung dengan rumus: Ws = {(χa * Fz) + Fb} * h Ws = Kerja drawing dengan mesin single action[Nmm] χa = Angka koreksi untuk kerja drawing,besarnya tergantung dari drawing rasio (β). h = Tinggi shell.
55
Pada body ME 014833, ID = 101 mm kerja drawing yang perlu dihitung(W). Ws1 = W draw 1
χa1 = 0,8
Ws1 = 888,11 Nmm Ws2 = W draw 2
χa2 = 0,655
Ws2 = 287,5 Nmm Kami memakai yang terbesar = Ws1 = 888,11 Nmm yaitu W draw 1. 3.5 Pembuatan Dies Body Trimming Dies Trimming dibuat untuk memasukan ukuran diameter bibir body sesuai dengan permintaan gambar produk yang diminta. Dies ini dibuat tersendiri atau terpisah dari dies 1 langkah 3 proses maupun manual supaya prosesnya sempurna dan tidak terjadi kerutan pada saat proses drawing sebelumnya.
stripper atas punch trimming
die trimming stripper bawah
Gambar 3.8 Dies Body Trimming
56
Cara kerja dari dies trimming : Produk yang sudah mengalami proses drawing 2 ditempatkan pada lubang tengah stripper bawah,dimana pada dasar lubang ada spring ringan sebagai penahan produk.Pada saat ram mesin yang membawa bagian atas dies bergerak turun,maka punch trimming bersama die trimming memotong flens atau bibir sesuai ukuran yang diminta. Punch trimming pada bagian ujungnya dibuat dengan ukuran diameter dalam body yang beradius berfungsi sebagai pengarah posisi produk saat di trimming. Setelah proses memotong bibir, ram mesin naik,stripper bawah kembali naik keposisi semula sedangkan pada saat yang sama srtipper atas mendorong turun bram trimming sehingga terlepas dari punch trimming.
3.5.1 Gaya Potong Trimming Fs Fs = A * τB atau Fs = Σl * t * τB Gaya potong trimming ini diperlukan untuk memotong bibir body sesuai dengan permintaan gambar produk yang diminta. Body part no ME 014833 dengan tebal material t = 0.5mm
σB = 280….s/d ….380 N/mm²
τB = 0.8 σB
Fs = ± 65,66 kN
57
3.5.2 Gaya Ejector Fr atas = Gaya Ejector Fr bawah Gaya ejector Fr atas dimaksud untuk melepas scrap yang menjepit pada punch blank setelah proses blanking. Gaya ejector Fr bawah dimaksud untuk melepas scrap yang menjepit pada die blank setelah proses blanking. Fr atas = Fr bawah = ±10% * Fs Fr atas = Fr bawah = ± 6.6 kN
58
BAB IV PERHITUNGAN KOMPONEN PERANCANGAN
Dalam perhitungan untuk mencari diameter blank (ØD) dari contoh produk body part no ME 014833, ID=101mm kami menggunakan rumus mencari luas area masing-masing bagian profil area permukaan produk body. Kami memberi 7 area permukaan penting yang perlu diperhitungkan seperti yang terlihat pada gambar.
Gambar.4.1 Penampang Body Part No ME 014833, ID = 101mm. A1 = (π * D²)/4=0.7854 * D² = 0.7854 * 30,97² = 753,31mm² A2 = 2*π*r*h= 6,28 * r * h = 6,28 * 99,75 * 6,77 = 4240,93 mm² A3 = π*(d*S+2*h*r) = π*(86,88*3,72+2*5,81*6,25) =1243,5 mm² A4 = π*d*h = π*99,38*18,19 = 5679,13 mm² A5 = π*S((d1+d2)/2) = π*5,11*((101,5+99,38)/2) =1612,42mm² A6 = π*d*h = π*101,5*87,72 = 27971,42 mm² A7 = π/4*(d2²-d2²) = 0,7854*(120²-101,5²) = 3218,37mm² Total A = A1+A2+A3+A4+A5+A6+A7 Tota lA = 753,31+4240,93+1243,5+5679,13+1612,42+27971,42+3218,37 Total A = 4 4719,01mm² Diameter Blank awal (D) =
Total A*4/ π
--------------(2-1)
= 44719,01*4/π = 238,61 ~238,5 mm Jumlah tahapan drawing minimum secara kasar bisa ditentukan dengan rumus dari Brasch :
n = ( h / d ) / 0,97--------------------------(2-4) n = ( 123,5 / 101 ) / 0.97 = 1.2 ~ 2 tahap Jika kami mengambil nilai d1 = 130 maka: m1 = d1/D = 130/238,5 = 0,545 m2 = d2/d1 = 101/130 = 0,777
60
4.1 Menentukan tinggi proses Draw 1 D=
d² + 4*d*h
d² + 4*d*h = D² 4*d*h = D²- d²
h
d1
r
Gambar 4.2 Penampang bentuk shell
h = (D²-d²) /(4*d) h = (238,5²-130²) / 4*130) h = 76,88(actual) ~ 77mm h kontruksi = h + (15mm s/d 20mm) h kontruksi = 76,88 + 18 h kontruksi = 94,88 ~ 95mm
61
4.2 Perhitungan Teknis Dengan Dies Body Manual 4.2.1 Dies Blanking 4.2.1.1 Gaya Potong Fs Fs = A * τB atau Fs = Σl * t * τB -------------------------------(2-6) Body part no ME 014833 dengan tebal material t = 0.5mm
σB = 280….s/d ….380 N/mm²
τB = 0.8 σB -------(2-16)
Fs = π * D * t * τB Fs = π * 238,5*0,5*0.8*380 Fs = 11389.02 N = 11.4 kN
4.2.1.2 Gaya Ejector (Fr) Fr = min 10% * Fs Fr = min 10% *11.4 kN Fr = min 1,14 kN
4.2.2 Dies Drawing 1 4.2.2.1 Gaya Pengendali Blank Fb1 Fb = A1 * P atau (Ab – Ap)* P
---------------------(2-7)
Fb1 = π/4 * (D² - d1²) * P1 P1 = 0,0025*{(β1-1)²+0,5*d/100/t}*σB N/mm²
62
β 1= 1/m1 = 1/0,545 = 1,834 P1= 0,0025*{(1,834-1)²+0,5*130/100/0,5}*380 N/mm² P1 = 0,0025*1,995*380 P1 = 1,896 N/mm² Fb1 = π/4 (D²-d1²)*P1
-----------(2-8)
Fb1 = π/4 (238,5²-130²)*1,896 Fb1 = 59531,19 N = 59,53 kN Fb1 = Gaya pengendali blank1 [N] Ab1 = Luas penampang blank1 [mm²] Ap1 = Luas penampang shell/punch1 [mm²] A1 = Luas bagian yang dikendalikan/dipegang oleh holding plate/pressure pad[mm²] P1 = Tekanan bidang1[N/mm²]
4.2.2.2 Gaya Drawing Fz1 Fz1 = U1 * t * σB * α
----------------------(2-10)
Fz1 = Gaya drawing1 [N] U1 = Keliling benda kerja/shell[mm] α = angka koreksi Fz1 = π * d1 * t * σB * α Fz1 = π * 130 * 0,5 * 380 * 0,9
63
Fz1 = 69837,6N = 69,837 kN
4.2.2.3 Kerja drawing 1 (Ws1) Ws1 = {(χa1 * Fz1) + Fb1} * h1
--------------------------(2-12)
Ws1 = Kerja drawing1 dengan mesin single action [Nmm] χa1 = Angka koreksi untuk kerja drawing1,besarnya tergantung dari drawing rasio atau β1. Ws1 = W draw1----Æχa1 = 0,8 Ws1 ={(0,8 * 6,98) + 5,95} * 77 Ws1 = 888,11 Nmm
4.2.3 Dies Drawing 2 4.2.3.1 Gaya Pengendali Blank Fb2 P2 = 0,0025*{(β2-1)²+0,5*d/100/t}*σB N/mm² β2 = 1/m2 = 1/0,777 = 1,287 P2 = 0,0025*{(1,287-1)²+0,5*130/100/0,5}*380 N/mm² P2 = 0,0025*1,092*380 P2 = 1,0377 N/mm² Fb2 = π/4 (d1²-d2²)* P2 Fb2 = π/4 (130²-101²)*1,0377
64
Fb2 = 5459,7 N = 5,459 kN Fb2 = Gaya pengendali blank 2 [N] Ab2 = Luas penampang blank 2 [mm²] Ap2 = Luas penampang shell/punch 2 [mm²] A2 = Luas bagian yang dikendalikan/dipegang oleh holding plate [mm²] P2 = Tekanan bidang 2 [N/mm²]
4.2.3.2 Gaya Drawing Fz2 Fz2 = U2 * t * σB * α Fz2 = Gaya drawing1 [N] U2 = Keliling benda kerja/shell[mm] α = angka koreksi Fz2 = π * d2 * t * σB * α Fz2 = π * 101 * 0,5 * 380 * 0,45 Fz2 = 27129,22 N = 27,13 kN
4.2.3.3 Kerja drawing 2 (Ws2) Ws2 = {(χa2 * Fz2) + Fb2} * h2 Ws2 = Kerja drawing2 dengan mesin single action[Nmm]
65
χa2 = Angka koreksi untuk kerja drawing2,besarnya tergantung dari drawing rasio atau β2. Ws2 = W draw2 Æ χa2 = 0,655 Ws2 ={(0,655 * 2,7) + 0,55} * 124 Ws2 = 287,5 Nmm
4.3 Perhitungan Teknis Dies 1 langkah 3 Proses 4.3.1 Gaya Potong Fs Fs = A * τB atau Fs = Σl * t * τB Body part no ME 014833 dengan tebal material t = 0.5mm
σB = 280….s/d ….380 N/mm²
τB = 0.8 σB
Fs = π * D * t * τB Fs = π * 238,5*0,5*0.8*380 Fs = 11389.02 N =11.4 kN
4.3.2 Gaya Pengendali Blank Fb Fb = A * P atau (Ab – Ap)* P
-----------------------------(2-7)
Fb = Gaya pengendali blank [N]
66
Ab = Luas penampang blank [mm²] Ap = Luas penampang shell/punch [mm²] A = Luas bagian yang dikendalikan/dipegang oleh holding plate/pressure pad[mm²] P = Tekanan bidang[N/mm²] Untuk shell body part no ME 014833,Fb yang perlu kami hitung adalah: 4.3.2.1 Fb1 yang bekerja pada stripper block dan die blank. Fb1 = π/4 * (D² - d1²) * P1
-------------(2-8)
P1 = 0,0025*{(β1-1)²+0,5*d/100/t}*σB N/mm² β1 = 1/m1 = 1/0,545 = 1,834 P1 = 0,0025*{(1,834-1)²+0,5*130/100/0,5}*380 N/mm² -----(2-9) P1 = 0,0025*1,995*380 P1 = 1,896 N/mm² Fb1 = π/4 (D²-d1²)*P1 Fb1 = π/4 (238,5²-130²)*1,896 Fb1 = 59531,19 N = 59,53 kN
4.3.2.2 Fb2 yang bekerja pada ring draw dan drawing punch 1. P2 = 0,0025*{(β2-1)²+0,5*d/100/t}*σB N/mm² β2 = 1/m2 = 1/0,777 = 1,287
67
P2 = 0,0025*{(1,287-1)²+0,5*130/100/0,5}*380 N/mm² P2 = 0,0025*1,092*380 P2 = 1,0377 N/mm² Fb2 = π/4 (d1²-d2²)*P2 Fb2 = π/4 (130²-101²)*1,0377 Fb2 = 5459,7 N = 5,459 kN
4.3.3 Gaya Drawing Fz Fz = U * t * σB * α
---------------------------(2-10)
Fz = Gaya drawing [N] U = Keliling benda kerja/shell[mm] α = angka koreksi Untuk shell body part no ME 014833,Fz yang perlu kami hitung adalah: 4.3.3.1 Fz1 yang bekerja pada drawing 1. Fz1 = π * d1 * t * σB * α Fz1 = π * 130 * 0,5 * 380 * 0,9 Fz1 = 69837,6 N = 69,837 kN Total gaya1 = Fb1 + Fz1 = 59.5 + 69.8 =129.3 kN
68
4.3.3.2 Fz2 yang bekerja pada drawing 2. Fz2 = π * d2 * t * σB * α
-----------(2-10)
Fz2 = π * 101 * 0,5 * 380 * 0,45 Fz2 = 27129,22N = 27,13 kN Total gaya- gaya = Fb2 + Fz2 = 5.5 + 27 =32.5 kN
4.3.4 Kerja drawing (W) Ws = {(χa * Fz) + Fb} * h
--------------(2-12)
Ws = Kerja drawing dengan mesin single action[Nmm] χa = Angka koreksi untuk kerja drawing,besarnya tergantung dari drawing rasio atau β. h = Tinggi shell. Pada body ME 014833, ID = 101 mm kerja drawing yang perlu dihitung(Ws). Ws1 = W draw1
Æ χa1 = 0,8
Ws1 ={(0,8 * 6,98) + 5,95} * 77 Ws1 = 888,11 Nmm Ws2 = W draw2--------Æχa2 = 0,655 Ws2 ={(0,655 * 2,7) + 0,55} * 124 Ws2 = 287,5 Nmm
69
4.4 Dies Trimming 4.4.1 Gaya Potong Trimming Fs Fs = A * τB atau Fs = Σl * t * τB
----------------(2-6)
Body part no ME 014833 dengan tebal material t = 0.5mm
σB = 280….s/d ….380 N/mm²
τB = 0.8 σB
Fs = π * D * t * τB Fs = π * 110*0,5*0.8*380 Fs = 52527.44 N = 52.527 kN
4.4.2 Gaya Ejector Fr atas = Gaya Ejector Fr bawah Fr atas = Fr bawah = ±10% * Fs Fr atas = Fr bawah = ±10% *52.53 kN Fr atas = Fr bawah = ± 5.3 kN
70
BAB V PENUTUP 5.1 Kesimpulan Setelah melakukan evaluasi dari perancangan dies (cetakan) “deep drawing” bodi sekali langkah berdasarkan hasil yang diperoleh dengan membandingkan dies-dies yang terdahulu yang melalui beberapa proses manual diambil kesimpulan bahwa kelebihan dari perancangan dies (cetakan) “deep drawing” bodi sekali langkah adalah sebagai berikut : •
Designer dies mudah dalam mengontrol dan mengolah file-file gambar.
•
Memberi kemudahan bagi personil perbaikan untuk melakukan perbaikan dan penggantian komponen.
•
Memberi kemudahan kepada staf PPIC (Planing Product Inventory Control) dalam menyediakan material dan bahan purchasing.
•
Penerapan standarisasi dies bodi filter oli dengan teknik 1 langkah 3 proses sangat mendukung produktifitas produksi komponen bodi di PT Selamat Sempurna Tbk.
•
Memungkinkan adanya penelitian dan pengembangan ke depan sesuai tuntutan industri manufaktur.
5.2 Saran Bahwa masih dibutuhkannya pengembangan-pengembangan yang dapat meningkatkan manfaat dari perancangan dies (cetakan) “deep drawing” bodi sekali langkah untuk memenuhi tuntutan perkembangan dunia industri manufaktur adalah sebagai berikut:
•
Dalam proses produksi bodi dengan dies bodi
sekali langkah diperlukan
penerapan Product Layout, artinya mesin pembuat bodi dengan system sekali proses letaknya berdekatan dengan mesin untuk proses trimming dengan dihubungkan sebuah papan peluncur menuju samping mesin trimming bodi. •
Diperlukan sebuah alat otomatis berupa feeder yang dipasang pada mesin produksi bodi sekali langkah sehingga jarak feeding coillan plat bisa diatur secara otomatis.
•
Supaya penyediaan design dan gambar dies bodi sekali langkah lebih cepat dan mudah maka perlu dibuat buku panduan yang berisikan range ukuran spare part dies bodi standart yang pernah dan akan dibuat.
5.3 Ringkasan hasil Perhitungan Diameter blank (ØD) produk bodi part no ME 014833, ID=101mm, t = 0.5 mm, Ada memberi 7 area permukaan penting : 1. Penampang 1 (A1)
753,31mm²
2. Penampang 1 (A2)
4240,93 mm²
3. Penampang 3 (A3)
1243,5 mm²
4. Penampang 4 (A4)
5679,13 mm²
5. Penampang 5 (A5)
1612,42mm²
6. Penampang 6 (A6)
27971,42 mm²
7. Penampang 7 (A7)
3218,37mm²
72
8. Total Luas Penampang A
4 4719,01mm²
9. Diameter Blank awal (D)
238,61 ~238,5 mm
10. Jumlah tahapan drawing minimum menurut Brasch (n)
1.2 ~ 2 tahap
11. Rasio drawing 1 (m1)
0,545
12. Rasio drawing 2 (m2)
0,777
13. Tinggi product Draw 1 (h1)
~ 77mm
14. h kontruksi
~ 95mm
15. Gaya Potong Fs
11.4 kN
16. Tebal material (t) 17. Tegangan tarik material SPC (σB) 18. Gaya Ejector (Fr) min 19. Gaya Pengendali Blank Fb1 20. Tekanan bidang 1 P1 21. Gaya Drawing Fz1 22. Kerja drawing 1 (Ws1) 23. Gaya Pengendali Blank Fb2 23. Tekanan bidang 2 P2 24. Gaya Drawing Fz2 25. Kerja drawing 1 Ws2
0.5mm 280 s/d 380 N/mm² 14,2 kN 59,53 kN 1,896 N/mm² 69,837 kN 888,11 Nmm 5,459 kN 1,0377 N/mm² 27,13 kN 287,5 Nmm
Perhitungan Teknis Dies 1 langkah 3 Proses 26. Gaya Potong Fs
142,36 kN
73
Yang bekerja pada stripper block dan die blank 27. Gaya Pengendali Blank Fb1 28. Tekanan bidang P1
59,53 kN 1,896 N/mm²
Yang bekerja pada ring draw dan drawing punch 1. 29. Tekanan bidang P2 30. Gaya Pengendali Blank Fb2 31. Gaya yang bekerja pada drawing 1 Fz1
1,0377 N/mm² 5,459 kN 69,837 kN
32. Gaya Total Drawing Fz
12,93 kN
33. Gaya yang bekerja pada drawing 2 Fz2
27,13 kN
34. Total gaya 2 35. Kerja drawing Ws2
32,5 kN 287,5 Nmm
Dies Trimming 36. Gaya Potong Trimming Fs 37. Gaya Ejector Fr atas = Gaya Ejector Fr bawah
65,66 kN ±6,6 kN
74
DAFTAR PUSTAKA 1. David A Smith, Die Design Handbook, SME, Michigan, 1990 2. Japanese Standarts Association, JIS Handbook 1988 Ferrous Material and Metallurgy, Japan, 1988 3. Keinosuke Aida, Aida Press Handbook, Aida Engineering Ltd, Japan, 1992 4. Luchsinger H.R, Tool Design 2, Polyteknik Mekanik Swiss- ITB, Bandung, 1984 5. Muerbani J, Teori tentang Deep Drawing (Punching Tool 2), ATMI, Surakarta, 1990. 6. Pua Hui Ling, MISURA Hydrolic Press Machine AHD – 30H, Filton Industries Sdn.Bhd, Malaysia, 2005
