SIMULASI TEGANGAN DAN PERUBAHAN BENTUK PADA ALAT BANTU PENCEKAM (CLAMP) MENGGUNAKAN METODE ELEMEN HINGGA

Transkripsi

1 SIMULASI TEGANGAN DAN PERUBAHAN BENTUK PADA ALAT BANTU PENCEKAM (CLAMP) MENGGUNAKAN METODE ELEMEN HINGGA Jeri*, Budi Baharudin*, Hanifah Widiastuti # Batam Polytechnics Mechanical Engineering study Program, Manufacture concentration Ahmad Yani Street, Batam Centre, Batam 29461, Indonesia Jerimesin@gmail.com Abstrak Pencekaman terhadap benda kerja merupakan hal yang penting untuk proses pengerjaan kerja bangku. Berbagai model pencekam dikembangkan untuk memfasilitasi pencekaman benda kerja dengan material yang berbeda-beda. Pencekam Clamp sebuah alat pencekam digunakan untuk memegang benda kerja selama proses kerja bangku agar tidak bergerak. Untuk mengetahui keamanan dan kekuatan dari sebuah clamp dilakukan proses simulasi, dengan cara memberikan beban yang sama dengan menggunakan material yang berbeda yaitu ST 37 (DIN ), AISI 4340 dan Steel Alloys. Proses simulasi dilakukan dengan menggunakan software Solidworks. Dari hasil simulasi didapatkan bahwa Tegangan maksimum tertinggi terjadi pada Material AISI 4340 yaitu 5, dan 2,595 mm. Selain itu hasil simulasi menunjukkan terjadinya perubahan tegangan dan perubahan bentuk clamp akibat material yang berbeda dengan beban yang sama. Dengan demikian dapat disimpulkan bahwa perbedaan material mempengaruhi tegangan dan displacement yang terjadi dengan pembebanan yang sama. Kata kunci: pencekaman, kerja bangku, benda kerja dan solidworks Abstract Clamping of the workpiece is essential to the process of bench-working. Various models of clamps have been developed to facilitate the difference dimensions materials of the workpieces. Workpiece during the bench-working Clamp the general use of clamps is to placed to hold. To investigate the safety and the strength of this clamp simulation was conducted by three steadily by varying the different materials of the workpiece, which ST 37 (DIN ), AISI 4340 and Steel Alloys. The simulation process was carried out by using solidworks. Based on the simulation results 5, the maximum stress and the maximum displacement 2,595 mm. Were observed the material it was also found that there. Additionally, it could be seen that the difference in materials the materials displacement with the same loading. Keywords: clamping, work benches, workpiece and solidworks

2 1 Pendahuluan Kerja bangku adalah kegiatan produksi yang dilakukan tanpa menggunakan mesin berat, hanya menggunakan alat alat yang langsung digunakan oleh tangan manusia..dalam sebuah workshop pasti terdapat alat perkakas kerja tangan untuk memudahkan ataupun merapikan suatu proses akhir. Dalam hal ini clamp memiliki peran penting untuk membantu kerja ragum. Sehingga benda kerja bisa dengan kencang dijepit. hal ini memudahkan proses pengerjaan sehingga hasil dari sebuah proses akan maksimal. [1] Pada umumnya Clamp adalah alat bantu pencekaman yang digunakan untuk memosisikan benda kerja dan memegang benda kerja selama proses kerja bangku agar tidak bergerak. Clamp dikembangkan untuk manufaktur sehingga memberikan pemosisian benda kerja yang unik, teliti, dan tepat. clamp atau penjepit berbagai macam kegunaannya yaitu Sebagai alat bantu yang berfungsi sebagai penahan bidang kerja agar tidak berubah posisi dan ukuran, pada usaha perbengkelan dan las untuk menahan atau menjepit bidang kerja ke bidang kerja lain saat dilakukan pengelasan sehingga bidang tersebut tidak berubah ukuran. [2] pada industri kayu, pertukangan atau furniture digunakan untuk menjepit/penahan daun pintu atau jendela saat pemasangan paku kayu pada pojok-pojok bidang sehingga ukurannya tidak berubah dan berfungsi untuk menjepit kayu sehingga mempermudah dalam penyambungan. clamp sendiri memiliki komponen yang melengkapinya, antara lain : tangkai penjepit, rahang tetap dan rahang gerak. Komponen yang terdapat pada sebuah clamp masing-masing memiliki fungsi tersendiri. Karena sangat pentingnya kegunaan sebuah clamp pada proses pekerjaan tangan maka diperlukan perawatan agar tidak mudah rusak. [2] Manfaat alat bantu clamp ini adalah mencekam benda kerja dengan bahan berdasarkan kayu, bentuk benda kerja yang dikerjakan dapat lebih bervariasi serta mampu menjamin keselamatan. model elemen hingga dikembangkan untuk pencekam dalam sistem fixture-benda dengan menggunakan software, software yang digunakan adalah Solidworks 2013 edu. Berbagai pemodelan pencekam dikembangkan dalam kasus untuk mengetahui pengaruh pencekaman terhadap benda kerja. Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mendapatkan hasil rancangan clamp yang aman. Serta mendapatkan tegangan dan perubahan bentuk yang terjadi pada clamp bila diberikan beban dengan material seperti ST 37, AISI 4340 dan Steel Alloys menggunakan software Solidworks. 2 Metodologi Penelitian Penelitian ini dilakukan dengan menggunakan software solidworks. Dengan demikian proses analisa pada penelitian ini membutuhkan peralatan satu komputer dan software Solidworks. Gambar 1 : alat bantu pencekam clamp 2.1 Pengumpulan data dan informasi Pengumpulan data dan informasi disini yang dimaksud adalah mencari literatur-literatur dan formasi-informasi dan materi-materi yang akan mendukung perancangan dan pembuatan. 2.2 Tempat dan metode perancangan a. Tempat tempat yang akan saya gunakan untuk perancangan dan pembuatan Clamp adalah Politeknik Negeri Batam, tempat perancangan dan pembuatan dimulai dari tempat drawing sebagai tempat desain gambar, kemudian masuk ke tempat manufaktur sebagai tempat memotong material dan meratakan benda kerja dan

3 kemudian masuk ke bagian cnc untuk proses pembuatan. b. metode perancangan Pada tahap ini dilakukan pemilihan material untuk membuat rangka alat bantu pencekam / clamp. Tahap berikutnya menganalisa gaya gaya yang terjadi pada alat pencekam. sehingga bisa didapatkan suatu konstruksi desain alat bantu pencekam yang benar benar kuat dan aman dalam pengoperasiannya. Dalam menganalisa desain digunakan bantuan software solidworks yang dimana proses pengoperasiannya di bagi menjadi dua tahap yaitu : 1. Membuat model gambar tiga dimensi untuk tiap komponen komponennya. Pemodelan yang menggunakan software solidworks yang terdapat di bagian menu Part Design. Pada menu tersebut diawali dengan proses drawing, dengan membentuk dasar atas profil dua dimensi dari benda yang akan dirancang sesuai dengan dimensi atau ukuran yang sudah ditentukan. 2. Merakit komponen menjadi satu dari pembuatan Part Design. Langkah berikutnya adalah menganalisa tegangan secara garis besar prosedur analisa tegangan dengan bantuan software solidworks. Penggambaran disesuaikan dengan ukuran dimensi pada clamp dan detail kontruksi profilnya. Gambar 2 : Penggambaran dalam bentuk dua dimensi Pada proses penggambaran digambar dalam bentuk tiga dimensi, dengan dimensi clamp berdasarkan model. Dilanjutkan dengan penggambaran ulang dalam bentuk tiga dimensi pada solidworks. Proses penggambaran dalam bentuk tiga dimensi bertujuan untuk mengsimulasikan hasil distribusi tekanan yang diberikan clamp. Lalu proses simulasi dilakukan dengan menggunakan software solidworks. Dalam hal ini base penjepit dalam posisi tidak bergerak. Gambar 3 : Penggambaran dengan software solidworks 2013 TABLE I SPESIFIKASI CLAMP No 1 Lengan kiri Clamp Pelat aluminium 2 Lengan kanan clamp Pelat aluminium 3 Base penjepit Pelat baja st 37 4 Base poros Pelat baja st 37 5 Pin Stainless steel 6 Batang penggerak Stainless steel kekuatan pencekaman agar benda tidak lepas, maka untuk mencari kekuatan cekam tersebut memerlukan alat dan alat tersebut adalah kunci momen, dimana didapatkan hasil dengan kekuatan 50 N. Dalam pencekaman pada benda kerja, alat ini mencekam benda kerja square. Beban maksimal yang diterima pada clamp 1 kg. Dari massa satuan (Kilogram) dikonversikan menjadi gaya/force (Newton), sehingga pembebanan dapat dihitung dengan menggunakan persamaan berikut: F = m.g, Keterangan: F = Gaya (N), m = Massa pengendara (Kg), g = Gaya gravitasi bumi (10 m/s 2 ). Pencekaman pada benda kerja disimulasikan untuk mengetahui tegangan dan perubahan bentuk yang terjadi pada clamp bila diberikan beban menggunakan software Solidworks.

4 Gambar 4 : sistem pencekaman terhadap benda kerja TABLE II SPESIFIKASI MATERIAL ST 37 (DIN ) [6] Solidworks, setelah dilakukan pemodelan tiga dimensi, selanjutnya dilakukan analisa yang dibutuhkan sehingga dapat dipelajari perilaku sistem terhadap pembebanan yang diberikan dan dapat dilakukan optimasi desain terhadap desain yang sudah ada. Setelah pembuatan model kemudian dilakukan analisa oleh Solidworks, dimana dalam analisa tersebut model diberi gaya sebesar 50 N. Dari hasil simulasi yang dilakukan dengan software Solidworks, analisa tegangan (Von Mises Stress) dan perubahan bentuk (Displacement) yang terjadi pada alat dengan bantuan software Solidworks dipresentasikan pada gambar 5-7. SPESIFIKASI MATERIAL ST 37 (DIN ) (Emma, 2015) pada solidworks 2013 TensileStrength Mpa (N/mm 2 ) 360 MPa (N/mm 2 ) Yield strength 235 MPa (N/mm 2 ) 235 MPa (N/mm 2 ) TABLE III Tensile Strength Yield strength SPESIFIKASI MATERIAL STEEL ALLOYS [7] [efunda, 2015] pada Solidworks MPa (N/mm 2 ) MPa (N/mm 2 ) MPa (N/mm 2 ) MPa (N/mm 2 ) (a) TABLE IV SPESIFIKASI MATERIAL AISI 4340 [8] [efunda, 2015] pada Solidworks 2013 Tensile MPa (N/mm 2 ) 745 MPa (N/mm 2 ) Strength Yield strength MPa (N/mm 2 ) 470 MPa (N/mm 2 ) Factor of safety Dalam hal safety atau aman dalam menggunakan alat bantu clamp tersebut untuk mencari seberapa amankah benda yang diuji tersebut. Sehingga dapat dihitung dengan menggunakan persamaan berikut: Safety Factor = σ yield strenghts σ von mises (b) Gambar 5 : Simulasi beban 1 kg dengan material ST37 (a) tegangan (Von Mises Stress) dan (b) Displacement 3 Analisa dan Pembahasan Pada penelitian ini dilakukan menggunakan

5 (a) (b) Gambar 7 : Simulasi beban 1 kg dengan material ALLOY STEEL (a) tegangan (Von Mises Stress) dan (b) Displacement TABLE V TEGANGAN MAKSIMUM DAN MAKSIMUM DISPLACEMENT Material (PERUBAHAN BENTUK) Tegangan Max. Max. Displacement ST 37 (DIN ) 5, ,534 mm AISI , Steel Alloys 5, ,595 mm 2,534 mm (b) Gambar 6 : Simulasi beban 1 kg dengan material AISI 4340 (a) tegangan (Von Mises Stress) dan (b) Displacement Dilihat dari hasil simulasi pada clamp dengan beban yang sama dan variasi tiga jenis material yang berbeda, maka diperoleh hasil Tegangan maximum dan maximum displacement (Perubahan bentuk). Dari gambar tersebut dapat (di ketahui) bahwa tegangan maximum dan maximum displacement yang (di tampilkan) dengan indikator warna merah dan Tegangan minimum dan minimum displacement yang ditampilkan dengan indikator warna biru. Tegangan maximum dan maximum displacement (Perubahan bentuk) tertinggi terjadi pada material (AISI 4340) yaitu 5, dan 2,595 mm. (a) Factor of safety Safety Factor = σ yield strenghts σ von mises Konstruksi suatu model atau desain dikatakan aman jika nilai σ yield strenght lebih besar dari nilai σ von mises.

6 Material ST 37 (DIN ) AISI 4340 Steel Alloys yield strenght 235 MPa (N/mm 2 ) 470 MPa (N/mm 2 ) MPa (N/mm 2 ) TABLE VI FACTOR OF SAFETY σ von mises 5, , , Kesimpulan factor of safety Berdasarkan hasil simulasi maka dapat diamati bahwa pada clamp dengan beban yang sama dan variasi tiga jenis material yang berbeda Dengan beban 1 kg, simulasi pada masing-masing material seperti ST 37 (DIN ) Yield Strength 235 N/mm 2, AISI 4340 Yield Strength 470 N/mm 2 dan Steel Alloys Yield Strength N/mm 2. maka diperoleh hasil Tegangan Maksimum dan Maksimum Displacement (Perubahan bentuk). Tegangan maksimum tertinggi terjadi pada Material AISI 4340 yaitu 5, ,595 mm dan menunjukkan bahwa clamp mampu menahan beban (aman). Selain itu hasil simulasi juga menunjukkan bahwa perbedaan material mempengaruhi tegangan dan displacement yang terjadi, akibat variasi pembebanan yang sama. Proceedings of the First SM Wu Symposium 2, [4] Alamsyah, Deny Simulation Design of CNC Milling Machining Process for Emco VMC 200 Machine Surabaya: Institute Technologi Sepuluh Nopember Surabaya. [5] Deutschman, Aaron. D Machine Design. New York: Macmillan Publishing Co,Inc. [6] Emma (2015). Supply St 37-2 (1.0037) DIN steel plate. From St-37-2-steel-St-37-2-material.html, 17 Juni 2015 [7] efunda (2015). General Properties of Steels. From me/steels_properties.cfm, 17 Juni 2015 [8] efunda (2015). General Properties of Steels. From ow alloy/aisi 4340_properties.cfm, 17 Juni 2015 [9] Hofman, Edward. G Jig & FixtureDesign. New York: Litton Educational Publishin Inc. Referensi [1] Abdhoel Aziz (2014).Perancangan dan pembuatan ragum modulas. From t=view&buku_id=76760&mod=penelitian_detail &sub=penelitiandetail&typ=html [2] Satyanarayana, S., Melkote, S.N. (2004), Finite element modeling of fixture workpiece contacts: single contact modeling and experimental verification, International Journal of Machine Tools and Manufacture 44, [3] 3. Chandra, P., S.M. Athavale, R.E. DeVor, S.G. Kapoor. (1996), Effect of preloads on the surface flatness during fixturing of flexible woekpiece,