PERANCANGAN DAN ANALISIS KEKUATAN KONSTRUKSI MESIN TEKUK PLAT HIDROLIK

Transkripsi

1 PERANCANGAN DAN ANALISIS KEKUATAN KONSTRUKSI MESIN TEKUK PLAT HIDROLIK SKRIPSI Diajukan sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik Oleh : TYAS ARI WIBOWO NIM. I JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SEBELAS MARET SURAKARTA 2014 ii

2 HALAMAN PENGESAHAN PERANCANGAN DAN ANALISIS KEKUATAN KONSTRUKSI MESIN TEKUK PLAT HIDROLIK Disusun oleh TYAS ARI WIBOWO NIM. I Dosen Pembimbing I Dosen Pembimbing II Wahyu Purwo Raharjo, ST, MT NIP Bambang Kusharjanta, ST. MT. NIP Telah dipertahankan di hadapan Tim Dosen Penguji pada hari Jumat tanggal 10 Januari Dr. Syamsul Hadi, ST, MT NIP Heru Sukanto, ST, MT NIP Mengetahui Ketua Jurusan Teknik Mesin Koordinator Tugas Akhir Didik Djoko Susilo, ST, MT NIP Wahyu Purwo Raharjo, ST, MT NIP iii

3 MOTTO Tidak ada sesuatupun yang baik dan buruk, hanya pikiranlah yang membedakannya (Wiliam Shakespeare) Tiga dasar penting untuk mencapai segala sesuatu yang berharga dalam kerja keras, tetap berpegang pada kepastian, dan berpikir sehat (Thomas Edison) iv

4 PERSEMBAHAN Skripsi ini aku persembahakan : Jesus Christ, My Lord. Bapak dan Ibu tercinta Istri dan anak tercinta Semua Saudara-saudaraku Semua Angkatan Non Reg 2010 dan Almamater Teknik Mesin UNS. v

5 PERANCANGAN DAN ANALISIS KEKUATAN KONSTRUKSI MESIN TEKUK PLAT HIDROLIK Tyas Ari Wibowo Program Sarjana Teknik, Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret, Surakarta Abstrak Bisnis manufaktur telah berkembang sangat cepat tahun ini, tidak hanya perusahaan besar, namun perusahaan kecil juga memberi pengaruh dalam mengembangkan bisnis manufaktur. Perusahaan kecil dan menengah masih menggunakan alat sederhana dibandingkan dengan perusahaan besar. Contohnya adalah proses penekukan. Perusahaan kecil dan menengah masih menggunakan cara lama, seperti memukul material atau menjepitnya, sampai material tertekuk dan memenuhi tujuan. Proses ini tidak efisien dan efektif, karena penggunaan biaya, waktu, dan energi yang banyak, tapi kualitas dari hasilnya tidak dijamin. Belajar dari masalah itu, perusahaan kecil dan menengah harus mengurangi pengeluaran dengan menggunakan beberapa mesin bending yang harga terjangkau namun memiliki kualitas hasil yang baik untuk meningkatkan produktivitas mereka. Penelitian ini bertujuan untuk mendapatkan rancangan mesin tekuk plat dengan harga yang murah dan berkualitas sehingga perusahan kecil bisa bersaing dengan perusahaan besar. Mesin bending yang dirancang sesuai spesifikasi harus melalui perhitungan, gambar 3D dan mensimulasikannya supaya rancangan mesin bending aman sebelum mesin dibuat. Proses perancangan dilakukan dengan mendapatkan konsep desain bersama team responden. Perhitungan masingmasing komponen penyususn dilakukan dengan menggunakan fitur simulasi dari perangkat lunak Solidwork Dari proses perancangan, perhitungan dan simulasi, kekuatan dari setiap komponen mesin dapat dihitung, sehingga pemilihan tentang bentuk, ukuran, dan bahan untuk setiap komponen bisa diputuskan dengan lebih efektif. Hasil rancangan berupa gambar kerja mesin tekuk dengan ukuran panjang 2m x lebar 1m x tinggi 2,6m. Mesin menggunakan sistem mekanis hidrolik dengan dua buah silinder aktuator yang memiliki kapastias 90 ton dan akan digunakan untuk menekuk bahan dengan ultimate strength hingga 370 N/mm2 dengan ketebalan maksimal 7 mm. Dari hasil simulasi menggunakan software Solidwork 2012 desain mesin dapat menahan beban dari kekuatan tekuk sampai 882 kn tanpa terjadi kegagalan konstruksi. Kata kunci: mesin tekuk, analisis solidwork vi

6 DESIGN AND ANALYSIS OF THE STRENGHT HYDRAULIC BENDING MACHINE Tyas Ari Wibowo Engineering Graduate Program, Machine Engineering Department, Engineering Faculty Sebelas Maret University, Surakarta Abstract Manufacturing business has developed very rapidly this year; not only large companies but also small companies contribute to developing manufacturing business. Small-to-medium scale enterprises still use simple instruments compared with large companies. The example is bending process. The small-to-medium scale enterprises still use conventionalmethod, such as knocking the material or clamping it, until the bended material and meet the objective. This process is not efficient and effective, because of much cost, time, and energyuses, but the quality of result is not guaranteed. Learning from that problem, the smallto-medium scale enterprises should reduce the expense using several affordable bending machines but have good quality to improve their productivity. This research aimed to get a plate bending machine design with low cost and high quality so that the small companies could compete with the large ones. The designed bending machine should pass through calculation, 3D imaging and be simulated to get a safe bending machine design. The design process was conducted by obtaining the design concept developed by the respondents. The calculation of each component comprising it was conducted by using simulation feature of Solidwork 2012 software. From the design, calculation, and simulation processes, the strength of every machine component could be estimated, so that the selection of shape, size, and material of every component could be decided more effectively. The result of design constituted bending machine work image in 2 m (length) x 1 m (width) x 2.6 m (height) dimension. The machine employed a hydraulic mechanic system with two actuator cylinders having 90 ton capacities and would be used to bend the material with ultimate strength to 370 N/mm 2 with the maximum thickness of 7 mm. From the result of simulation using Solidwork 2012 software, the design of machine could restrain the load of bending strength to 882 kn without construction failure. Keywords: bending machine, solidwork analysis vii

7 KATA PENGANTAR Puji dan syukur kehadirat Tuhan Yang Maha Esa, sehingga penulis dapat menyelesaikan penyusunan skripsi dengan judul Perancangan dan Analisis Konstruksi Mesin Tekuk Plat Mekanis Hidrolik dengan baik dan lancar. Melalui penyusunan skripsi ini diharapakn dapat menambah wawasan dan pengalaman bagi penulis sehingga dapat menjadi bekal dikemudian hari. Penulis mengucapkan terima kasih kepada semua pihak yang telah membantu dalam penelitian dan penulisan laporan tugas akhir ini, khususnya kepada : 1. Bapak Wahyu Purwo Raharjo, MT. selaku pembimbing I atas semua arahan dan masukannya. 2. Bapak Bambang Kusharjanta, ST, MT selaku pembimbing II yang telah memberikan arahan dan masukan selama penyusunan tugas akhir ini. 3. Semua rekan-rekan angkatan 2010 Non Reguler Jurusan Teknik Mesin Fakultas teknik UNS. 4. Serta semua pihak yang tidak dapat penulis sebutkan yang telah membantu penyelesaian tugas akhir ini. Semoga Tuhan Yang Maha Esa membalas budi baik anda semuanya. Penulis menyadari, bahwa dalam skripsi ini masih terdapat banyak kekurangan. Oleh karena itu, bila ada saran, koreksi dan kritik demi kesempurnaan skripsi ini, penulis menerima dengan senang hati. Semoga skripsi ini dapat digunakan sebagaimana mestinya. Surakarta, 1 Oktober 2013 Penulis viii

8 DAFTAR ISI Halaman HALAMAN JUDUL... i HALAMAN SURAT TUGAS... ii HALAMAN PENGESAHAN... iii MOTTO DAN PERSEMBAHAN... iv ABSTRAK... vi ABSTRACT... vii KATA PENGANTAR... viii DAFTAR ISI... ix DAFTAR TABEL... xii DAFTAR GAMBAR... xiii DAFTAR LAMPIRAN... xiv DAFTAR NOTASI... xvi BAB I. PENDAHULUAN Latar Belakang Perumusan Masalah Batasan Masalah Tujuan Penelitian Manfaat Penelitian Sistematika Penulisan... 3 BAB II. LANDASAN TEORI Tinjauan Pustaka Pengertian Umum Tentang Mesin Tekuk Proses Pengerjaan Dingin Teori Penekukan (Bending) Faktor-Faktor Yang Mempengaruhi Proses Bending Jari-Jari Minimum Bending Springback Panjang Material Yang mengalami Bending ix

9 2.6.Jenis-Jenis Proses Bending Flanging Hemming Beading V-bending dan Wiping Bending Perhitungan Gaya Bending Perhitungan Kekuatan dan Dimensi Perhitungan Komponen Pendukung Perhitungan Komponen Hidrolik Perhitungan Baut Solidwork BAB III. METODOLOGI PERANCANGAN Diagram Alir Perancangan Alat dan Bahan Garis Besar Perancangan Pelaksanaan Perancangan Penentuan Concept Embodiment Detail Brainstorming Problem Statement Product Design Specification Planning Matrix Generating Alternatives Evaluating Alternatives BAB IV. HASIL DAN ANALISIS PERANCANGAN Perhitungan Gaya Bending Perhitungan dan Analisis Komponen Perhitungan dan Analisis Komponen Hidrolik Perhitungan dan Analisis Silinder Hidrolik Perhitungan dan Analisis Pipa Hidrolik Perhitungan dan Analisis Power Pack Perhitungan dan Analisis Komponen Punch Holder Perhitungan commit dan Analisis to user Punch x

10 Perhitungan dan Analisis Fixed dan Moveable Base Punch Holder Perhitungan dan Analisis Cylinder, Upper, Guide, Support dan Rib Punch Holder Perhitungan dan Analisis Komponen Dies Holder Perhitungan dan Analisis Die Perhitungan dan Analisis Fixed dan Moveable Dies Holder Perhitungan dan Analisis Komponen Frame Perhitungan dan Analisis Table dan Bottom Frame Cover Perhitungan dan Analisis Column Left dan Right Perhitungan dan Analisis Cylinder Frame Cover Perhitungan dan Analisis Upper Frame Cover Perhitungan dan Analisis Guide Perhitungan dan Analisis Komponen Clamping Perhitungan dan Analisis Fixed Dies Clamping Perhitungan dan Analisis Front Dies Clamping Pemodelan 3D Menggunakan Software Solidwork Analisis Konstruksi Menggunakan Software Solidwork Analisis Biaya Pembuatan Gambar Kerja BAB V. PENUTUP Kesimpulan Saran DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN xi

11 DAFTAR TABEL Halaman Tabel 2.1 Jari-Jari Minimum Dari Beberapa Material... 8 Tabel 2.2 Perhitungan Momen Bending dan Pelengkungan Material Tabel 2.3 Perhitungan Momen Inersia Tabel 2.4 Angka Keamanan Berdasarkan Pembebanan Tabel 3.1 Penilaian Problem Statement Tabel 3.2 Customer Requirement 30 Tabel 3.3 Keterangan Nilai Dalam Planning Matrix Tabel 3.4 Planning Matrix Tabel 3.5 Morphological Box Perancangan Mesin Tekuk Plat Tabel 3.6 Sistem Penilaian Eleven Point Scale Tabel 3.7 Hasil Pembobotan Customer Requirement Tabel 3.8 Penilaian Aspek Ekonomis Alternatif Solusi Tabel 3.9 Penilaian Aspek Teknis Alternatif Solusi Tabel 3.10 Rekap Penilaian Alternatif Solusi Tabel 4.1. Perhitungan Harga Mesin Tekuk Plat xii

12 DAFTAR GAMBAR Halaman Gambar 2.1. Mesin Tekuk Plat Mekanis Hidrolik... 5 Gambar 2.2. Variasi Kekuatan dan Keuletan Selama Siklus Pengerjaan Dingin-Penganilan... 6 Gambar 2.3. Proses Bending Gambar 2.4. Springback... 9 Gambar 2.5. Bend Allowance Gambar 2.6. Proses Flanging Gambar 2.7. Proses Hemming Gambar 2.8. Proses Beading Gambar 2.9. Proses V-Bending dan Wiping Bending Gambar Tampilan Program Solidwork Gambar Contoh Pembagian Parsial dari Suatu Geometri Secara 2D Menjadi Beberapa Elemen Segitiga Gambar 3.1. Diagram Alir Perancangan Gambar 3.2. Diagram Penilaian Alternatif Solusi Gambar 4.1. Pemilihan Kapasitas Silinder Hidrolis Berdasarkan Katalog. 41 Gambar 4.2. Pemilihan Stroke Silinder Hidrolis Berdasarkan Katalog.. 42 Gambar 4.3. Pemodelan 3D Punch Gambar 4.4. Pengukuran Luas Bidang Tekan Pada Punch Gambar 4.5. Pemodelan 3D Fixed dan Moveable Base Punch Holder Gambar 4.6. Permukaan Tekan Komponen Fixed dan Moveable Base Punch Holder.. 48 Gambar 4.7. Pengukuran Luas Bidang Tekan Pada Fixed Base Punch Holder Gambar 4.8. Pengukuran Luas Bidang Tekan Pada Moveable Base Punch Holder Gambar 4.9. Pemodelan 3D Cylinder, Upper, Guide, Support dan Rib Punch Holder.. 50 Gambar Pengukuran Luas Bidang Tekan Pada Cylinder, Upper, Guide, Support dan Rib commit Punch to Holder... user 51 xiii

13 Gambar Pemodelan 3D Die.. 52 Gambar Pengukuran Luas Bidang Tekan Pada Die. 53 Gambar Pemodelan 3D Fixed dan Moveable Dies Holder.. 54 Gambar Permukaan Tekan Komponen Fixed dan Moveable Dies Holder. 55 Gambar Pengukuran Luas Bidang Tekan Pada Fixed Dies Holder.. 56 Gambar Pengukuran Luas Bidang Tekan Pada Moveable Dies Holder.. 56 Gambar Pemodelan 3D Table dan Bottom Frame Cover Gambar Pengukuran Luas Bidang Tekan Pada Table dan Bottom Frame Cover Gambar Rancangan Konstruksi Column Gambar (1) Free Body Diagram, (2) Bending Moment Diagram, (3) Shear Force Diagram Pembebanan Column Gambar Pengukuran Luas Bidang Tekan Pada Column Gambar Pengukuran Momen Inersia Bidang Tekan Pada Column.. 62 Gambar Pemodelan 3D Cylinder Frame Cover Gambar Pengukuran Luas Bidang Tekan Pada Cylinder Frame Cover.. 65 Gambar Pemodelan 3D Upper Frame Cover Gambar Pengukuran Luas Bidang Tekan Pada Upper Frame Cover.. 67 Gambar Pemodelan 3D Guide Gambar Pengukuran Luas Bidang Tekan Pada Guide 70 Gambar Pemodelan 3D Fixed Dies Clamping. 72 Gambar Pengukuran Luas Bidang Tekan Pada Fixed Dies Clamping. 73 Gambar Pemodelan 3D Front Dies Clamping. 75 Gambar Pengukuran Luas Bidang Tekan Pada Front Dies Clamping. 75 Gambar Hasil Pemodelan 3D Rancangan Mesin Tekuk. 78 Gambar Urutan Proses Analisis Konstruksi Mesin Tekuk Plat Gambar Plot Kontur dari Von-misses Stress pada Konstruksi Mesin Tekuk.. 81 Gambar Titik kritis dari Von-misses Stress pada Konstruksi Mesin Tekuk. 82 Gambar Displacement Terbesar commit to pada user Konstruksi Mesin Tekuk. 82 xiv

14 DAFTAR LAMPIRAN Halaman LAMPIRAN 1. Katalog Kekuatan Ulir LAMPIRAN 2. Katalog Silinder Hidrolik LAMPIRAN 3. Katalog Punch dan Die LAMPIRAN 4. Acuan Standard Part Punch dan Die LAMPIRAN 5. Katalog Power Pack LAMPIRAN 6. Katalog Limit Switch LAMPIRAN 7. Katalog Double Acting Cylinder LAMPIRAN 8. Katalog Double Acting Cylinder LAMPIRAN 9. Katalog Control Panel LAMPIRAN 10. Katalog Solenoid LAMPIRAN 11. Katalog Push Button LAMPIRAN 12. Katalog UNP LAMPIRAN 13. Proses Permesinan LAMPIRAN 14. Rincian Biaya LAMPIRAN 15. Gambar Kerja Produksi xv

15 DAFTAR NOTASI A = Luas penampang (mm 2 ) D = Diameter (mm) E = Modulus Elastisitas (N/mm 2 ) F = Gaya (N) Fk = Beban tekuk (N) F max = Gaya maksimum yang diperlukan (Kg) I = Momen inersia penampang (mm 4 ) K = Konstanta, untuk V-die bending L = Lebar benda kerja (mm) Lk = Panjang tekuk (mm) Q = Debit (m 3 /s) S = Jarak langkah stroke (m) T = Tebal benda kerja (mm) t = Waktu tempuh (s) UTS = Ultimate tensile strength dari material (Kg/mm 2 ) V = Kecepatan (m 2 /s) W = Die opening (Jarak terbuka antara die dan punch) σ tek = Tegangan tekan (N/mm 2 ) δ = Angka keamanan xvi