Tugas Akhir --- Teknik Mesin ITS Surabaya Pembimbing : Agus Sigit Pramono, Ir., DEA., Dr.
Foreground Literature Study Methodology Analysis & Result Conclusion
FOREGROUND
Perkembangan industri paralel terhadap perkembangan mc.tool Permintaan thd mesin meningkat setiap tahun Data from : DMG Mori Seiki
The products of Woodworking CNC Machinery
Good damping capability
Strong enough Lightweight
perbandingan hasil analisa struktur dan geataran antara penggunaan material besi tuang dan material komposit pada komponen bergerak. perubahan geometri/design untuk material epoxy dan bagaimana efeknya Apakah epoxy resin layak sebagai bahan pengganti untuk struktur mesin perkakas
Benda kerja >> miniatur mesin CNC Milling Analisa kekuatan struktur dan getaran, fokus: spindle carrier, work carrier Feedrate max 30 m/menit dan spindle speed max 3000 rpm. Tool: EMCF 10mm, 4 mata potong, doc= 1mm. Permodelan ballscrew dan pemotongan pada material disederhanakan >> komponen gaya utama saja. Analisa struktural dibatasi untuk mencari deformasi maksimal saat beban gaya potong maksimum.
Analisa getaran dibatasi untuk menentukan kekakuan lewat frekuensi pribadi. Tidak dilakukan uji eksperimental untuk kemampuan redam/damping capability Perubahan geometri untuk model dengan bahan epoxy dilakukan dengan tujuan memperoleh kekakuan yang mendekati atau lebih baik dari desain awal Material telah ditetapkan dan diuji properti
Faktor-faktor lain dianggap konstan. Komponen-komponen yang tidak bergerak >> rigid model. Tidak ada getaran dari luar sistem. Pada kekakuan yang sama, damping capability struktur dengan bahan epoxy resin lebih baik (kualitatif) Sifat mekanik & komposisi kimia material homogen. Bahan epoxy resin dimodelkan isotropik Mesin ukuran ideal tanpa toleransi dan suaian.
LITERATURE STUDY
Penelitian Terdahulu JUNG DO, et al (2008) Karakteristik yg menentukan performa mesin perkakas KOVAC, et al (2010) Komponen gaya pada proses pemotongan frais ABUTHAKEER (2011) Kemampuan redaman dan frekuensi natural mesin perkakas
SELVAKUMAR, et al (2012) Untuk kekakuan yg sama, epoxy memberi pengurangan berat dan redaman yg lebih baik (high damping ratio)
LEE, et al (2004) Mengaplikasikan epoxy sbg lapisan tambahan (sandwich) pada struktur baja lasan, memberi damping yang lebih baik
Dasar Teori RUMUS GAYA POTONG PROSES MILLING Putaran spindle 𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏 𝒗𝒗 𝒏𝒏 = 𝝅𝝅 𝒅𝒅
Feedrate
𝒇𝒇𝒛𝒛 = 𝒗𝒗𝒇𝒇 ⁄ 𝒛𝒛 𝒏𝒏
Engaged teeth
Zc = Z × α ÷ 360°
Gaya potong tangensial empiris Ft = σ × A × Zc × Ef × Tf
Chipping speed 𝒗𝒗𝒇𝒇 𝒂𝒂 𝒘𝒘 𝑪𝑪𝒗𝒗 = 𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏
Chip sectional area 𝑨𝑨 = 𝐚𝐚 × 𝒇𝒇𝒛𝒛
RUMUS TRANSMISI GAYA PENGGERAK Percepatan 𝜶𝜶 = 𝑽𝑽𝒎𝒎𝒎𝒎𝒎𝒎 ⁄𝒕𝒕
Screw Lead angle tan β = 𝒑𝒑 / (⍉𝒑𝒑 × 𝝅𝝅)
Torsi minimum yang diperlukan 𝑻𝑻 =
𝟐𝟐 × 𝒑𝒑 × 𝑭𝑭𝒂𝒂𝟏𝟏 𝟐𝟐𝝅𝝅
Gaya aksial dr torsi motor 𝟐𝟐𝝅𝝅 × 𝜼𝜼𝟏𝟏 × 𝑻𝑻 𝐅𝐅𝐚𝐚 = 𝐩𝐩
Friction resistance f = 𝝁𝝁 × 𝒎𝒎 × 𝒈𝒈
Gaya aksial yang diperlukan
𝑭𝑭𝒂𝒂𝟏𝟏 = 𝝁𝝁 × 𝒎𝒎. 𝒈𝒈 + 𝒇𝒇 + 𝒎𝒎 × 𝛂𝛂 + 𝑭𝑭𝒖𝒖
METHODOLOGY
START Menentukan Tujuan dan Rumusan Masalah Studi Literatur Model Benda Uji, Gaya Potong, Gaya Penggerak Pembuatan Model 3D Simulasi Struktural Sistem Analisa Modal Defleksi, Konsentrasi Tegangan, Frekuensi Natural FINISH Your Company name
Your logo
START Import Model Assembly Meshing Model Mendefinisikan Titik Konsentrasi Gaya Mendefinisikan Kontak dan Sambungan / Joint Mendefinisikan Tumpuan, Arah dan Besar Gaya Mendefinisikan Material Umum X Your Company name
Your logo
X
Your logo
A=1 Input Material Moving Parts M=1 M=2
M’ = M + 1
Hasil Simulasi Structural Static Analysis A’ = A + 1
A=3 FINISH Your Company name
START
Your logo
Import Model Sub-Assembly Meshing Model Mendefinisikan Preload Mendefinisikan Material M=1 M=2
M’ = M+1
Hasil Simulasi Modal Analysis FINISH Your Company name
Input Data
Data from : BAKELITE AG, matweb.com, SolidWorks library
Your Company name
Your logo
Input Data
Data from : Wikipedia, carbidetooling.com, matweb.com, SolidWorks library
Your Company name
Your logo
Import Geometry
Your Company name
Your logo
Connections 1. Bonded contact
2. Friction contact Your Company name
Your logo
Meshing
Defaults Physics Preference Mechanical Relevance 0 Sizing Use Advanced Size Function Off Relevance Center Medium Element Size Default Initial Size Seed Active Assembly Smoothing Medium Transition Fast Span Angle Center Coarse Minimum Edge Length 3.e-004 m Patch Conforming Options Triangle Surface Mesher Program Controlled Patch Independent Options Topology Checking Yes
Mesh type : Tetrahedron ,automatic
Your Company name
Your logo
Permodelan Beban
arah X+ XY
gaya potong X+ XZ+
gaya dorong X-
momen potong CCW CCW CCW
Struktur Bridge FC10 EPR
Your Company name
Your logo
Permodelan Beban
arah X+ XY
gaya potong XX+ Z-
gaya dorong ZZ+ -
momen potong CW CW CW
Struktur Base FC10 EPR
Your Company name
Your logo
EXPERIMENT RESULT
Stress Analysis
Bridge
Base
FC10
EPR
EPR-2
FC10
EPR
EPR-2
X+
1.6397E+8
1.6397E+8
1.6494E+8
1.3636E+8
1.3635E+8
1.4821E+8
X-
1.5781E+8
1.5781E+8
1.5810E+8
1.5269E+8
1.5269E+8
1.3556E+8
Y
1.3951E+8
1.3951E+8
1.2922E+8
1.5764E+8
1.5763E+8
1.4053E+8
Deformation • Pemotongan arah X+
Deformation • Pemotongan arah X-
Deformation • Pemotongan arah Y
Deformation • BRIDGE structure
CUTTING
X+
XEPR
Y FC10
EPR-NEW
1.42E-02
1.79E-02
2.13E-02
2.43E-02
1.58E-02
3.74E-02
2.45E-02
1.56E-02
3.68E-02
Defleksi (mm)
Deformasi Max pada struktur Bridge
Deformation • BASE structure
CUTTING
X+
XEPR
Y FC10
EPR-NEW
3.36E-03
5.14E-03
5.84E-03
3.96E-03
4.68E-03
9.17E-03
5.97E-03
5.94E-03
9.05E-03
Defleksi (mm)
Deformasi Max pada struktur Base
Deformation • Deformasi maksimum pd cutting tool
CUTTING
X+
XEPR
Y FC10
EPR-NEW
1.4230E-05
1.7852E-05
2.1331E-05
2.4270E-05
1.5471E-05
3.3360E-05
2.4414E-05
1.5560E-05
3.4008E-05
Defleksi (m)
Deformasi Max pada CUTTING TOOL
Modal Analysis •
Tujuan : mencari karakteristik getaran struktur (frekuensi natural, mode shape)
Modal Analysis • Spindle carrier / Head sub assembly
1
2 EPR
3 FC10
EPR-NEW
979.34
801.75
337.39
649.56
283.78
307.74
1354.9 MODE
463.78
282.79
Frequency (Hz)
Frekuensi Natural Sub-Assy Spindle Carrier/ Head
Modal Analysis • Work carrier / Table sub assembly
MODE
1
832.77
792.59 2
EPR
1022.8
1950.6 673.05
611.86
1378.3
469.1
Frequency (Hz)
2707
Frekuensi Natural Sub-Assy Work Carrier/ Table
3 FC10
EPR-NEW
Weight Reduction
Head; FC10 Head; EPR, new design Table; FC10 Table; EPR, new design
mass 1.2329 0.3323 2.4873 0.5067
73 % 79 %
Analisa •
Perkiraan frekuensi kerja 200Hz , ( << frekuensi natural ) tdk terjadi resonansi
•
Distribusi tegangan fokus di cutting tool, safety factor = 4.97, struktur aman ; tegangan pd struktur < tegangan ijin
•
Deformasi yg penting pada cutting tool, dengan modifikasi geometri > deformasi berkurang > memperbaiki kekakuan > masuk ke ambang batas 0.025mm
•
Deformasi pada work carrier, modifikasi geometri dapat memperbaiki kekakuan statis
CONCLUSION
Safety factor min=4.9 716, untuk pemotongan arah X+, tegangan berfokus di tool >> struktur aman& over-design Dengan modifikasi geometri pada komponen berbahan epoxy resin, untuk arah pemotongan X+, terjadi perbaikan kekakuan senilai 36 % pada struktur bridge dan 98 % pada struktur base Untuk arah pemotongan X-, diperoleh perbaikan kekakuan 39 % pada struktur bridge dan 137 % pada struktur base Untuk arah pemotongan Y, diperoleh perbaikan kekakuan 257 % pada struktur bridge dan 527 % pada struktur base
Frekuensi natural lbh condong dipengaruhi material pembentuk saja. Deformasi max pada desain baru bahan epoxy, terjadi pada tool 0.0244 mm, ambang batas 0.025mm >> aman Dengan density yang lebih rendah, diperoleh pengurangan berat hingga 73% dan 79 % Epoxy resin cocok sbg bahan substitusi struktur mesin perkakas
penelitian berikutnya hendaknya melibatkan eksperimen , mencari damping ratio, respon getaran Penelitian diteruskan dengan parameter desain dan jenis bahan, melalui metode eksperimen optimasi rancangan untuk beban dinamis
Thank you for YOUr attention
SEE YOU NEXT TIME Sttechnica.blogspot.com
[email protected]
