ALAT BANTU PEGANG FLEKSIBEL UNTUK PROSES PENGGERINDAAN Mahmud Rijal Arifin, Adi Purwanto, Saiful Huda Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknologi Industri, Institut Sains dan Teknologi AKPRIND Jl. Kalisahak No. 28 Yogyakarta, Indonesia, 54222 email : m.rijal69@gmail.com INTISARI Tujuan dari perancangan alat bantu pegang fleksibel ini adalah untuk mempermudah dalam proses penggerindaan batu mulia menjadi bentuk polyhedron, pengasahan mata bor (dressing), dan untuk penghalusan specimen uji kekerasan. Selain itu perancangan alat ini juga bertujuan untuk menghasilkan suatu alat yang mampu digunakan dalam berbagai macam pengerjaan sehingga mempunyai nilai jual yang tinggi di pasaran. Konsep perancangan alat ini adalah dengan menggabungkan konsep kerja dari beberapa alat yang sudah terlebih dahulu ada, kemudian digabungkan dalam satu alat yang mampu disetting untuk beberapa macam pekerjaan. Tenaga penggerak yang akan digunakan pada alat ini adalah tenaga manusia yang kemudian akan diteruskan oleh ulir penggerak untuk mengarahkan benda kerja ke batu gerinda. Hasil perancangan alat ini adalah desain dan gambar kerja produk alat bantu pegang fleksibel untuk proses penggerindaan. Dari hasil perancangan alat yang telah dilakukan terdapat komponen-komponen utama penyusun alat ini, yaitu : base frame, vertical axle, top frame, axle join, workpiece carrier, dividing head, workpiece holder, thread shaft, horizontal axle, angle pointer, pin, flexible join, chuck drill, dan specimen holder. Kata kunci : alat bantu pegang, fleksibel, penggerindaan. PENDAHULUAN Dalam dunia yang serba modern seperti sekarang ini segalanya dituntut untuk serba cepat, terutama dalam bidang industri manufaktur. Baik untuk industri besar, menengah, dan juga kecil. Dengan adanya tuntutan ini manusia harus menjadi lebih kritis dan kreatif dalam menyikapinya. Contoh nyata yang paling mudah untuk dilihat di antaranya adalah banyaknya bermunculan alat-alat bantu yang dapat membantu dan bahkan menggantikan pekerjaan manusia tersebut. Namun tidak semua pekerjaan yang ada sekarang sudah memiliki alat bantu yang dapat memudahkan pekerjaan tersebut. Bahkan dalam beberapa kegiatan produksi manufaktur terdapat beberapa pekerjaan yang menuntut adanya penggunaan alat bantu, salah satunya adalah pekerjaan penggerindaan. Dalam proses penggerindaan tidak semua bahan atau benda kerja bisa digerinda dengan hanya dipegang dengan tangan. Untuk bentuk dan ukuran tertentu dibutuhkan alat yang bisa menggantikan peran dari tangan manusia yang berfungsi sebagai pemegang benda kerja. Alat ini biasa disebut dengan alat bantu pegang fleksibel. Alat semacam ini memang banyak sekali dibutuhkan dalam beraneka ragam kegiatan industri, seperti halnya industri kalangan menengah ke bawah. Misalnya industri pembuatan batu cincin, industri pembuatan perhiasan, dan lain sebagainya. Dalam kegiatan produksinya industri-industri tersebut bergelut dengan benda-benda kerja ataupun bahan-bahan mentah yang berukuran kecil yang tidak mungkin dipegang dengan hanya menggunakan tangan kosong. Itulah salah satu contoh dari beberapa industri yang 52 kegiatan produksinya sangat bergantung dengan alat bantu pegang fleksibel. Tujuan dari perancangan alat ini adalah untuk dapat dimanfaatkan untuk kegiatan produksi yang bersangkutan, dan juga menghasilkan suatu rancangan yang pasti untuk alat ini. KAJIAN PUSTAKA Nasir (2006), Proses pemesinan dengan menggunakan mesin perkakas sampai saat ini masih tetap merupakan proses yang paling banyak digunakan (60% sampai dengan 80%) di dalam membuat komponen-komponen mesin yang komplit. Dalam hal ini mesin-mesin tersebut memiliki keterbatasan dalam penggunannya, yaitu pada bentuk benda kerja yang dapat dikerjakan dan juga waktu pengerjaannya. Maka mesin-mesin ini memerlukan alat bantu yang akurat dan presisi untuk memegang benda kerja. Fixture merupakan salah satu alat bantu yang berfungsi memegang, menahan benda kerja untuk menjaga posisi benda kerja selama proses pemesinan. Fixture ini mempunyai dua jenis yaitu single fixture dan modular fixture. Modular fixture ini mempunyai konsep sederhana yaitu suatu sistem di mana terdapat bagianbagian yang fleksibel yang dapat menahan dan memegang benda kerja sesuai dengan bentuk-bentuk benda kerja dalam waktu singkat. Bentuk benda kerja yang sulit dan rumit dipegang dengan fixture biasa dapat dipegang dengan menggunakan modular fixture. Perancangan modular fixture yang dihasilkan yaitu : base plate dengan bentuk segi empat dengan dimensi 200 x 180 x 40 mm, jumlah lubang 72 buah, di mana 6 buah lubang dibuat slot dan 66 dibuat ulir dalam M12. Dua jenis klem ukuran 80 x 10 x 20 mm
dan 55 x 20 x 30 mm. Lokator v-block ukuran 90 x 20 x 25 mm. Baut adalah M12 dengan panjang 25, 30, 50 dan 60 mm, untuk T slote baut M10. Untuk mur M12 dan ring diameter 12 mm. Romi (2012), Fungsi utama dari fixture las adalah memegang benda yang akan dilas pada saatnya ataupun sebelumnya. Fixture akan memperbaiki penyambungan benda pada saat operasi perakitannya dan proses pengelasannya namun untuk distorsi masih akan terjadi saat dilepaskan dari fixturenya. Perancangan fixture welding centrestand sepeda motor ini dibuat dengan pertimbangan bahwa fungsinya sangat besar yaitu untuk mempermudah proses produksi dengan jumlah yang besar dan hasil kualitas produk yang baik. Perencanaan fixture pengelasan centrestand meliputi konstruksi rangka, meja pengelasan, locator, support, toogle clamp, dan baut. Adapun hasil perhitungan komponen adalah konstruksi rangka terbuat dari besi kotak 40 x 40 mm dengan dimensi 670 x 500 x 900 mm. Pengelasan rangka dilakukan dengan las busur listrik dan elektroda yang digunakan adalah jenis D4313. Baut berfungsi sebagai pengganti fungsi pasak atau pen dengan bahan adalah AISI 1025 dengan ukuran M8 x 1,25. Sandy (2010), Perkembangan industri yang sangat pesat mendorong inovasi teknologi yang lebih baik untuk mengembangkan kapasitas dan kualitas suatu produksi. Dengan majunya perkembangan teknologi saat ini maka diperlakukan usaha untuk mengembangkan industri tersebut, salah satunya dengan membuat multiple fixture. Bila dengan alat ini mampu diterapkan dengan tepat pada setiap proses permesinan, dapat dipastikan biaya produksi akan lebih rendah sehingga dapat diperoleh keuntungan yang lebih besar yang dapat membuat suatu industri tersebut menjadi berkembang. Alat bantu pencekam benda kerja yang ada pada mesin milling masih memiliki kemampuan yang terbatas. Benda kerja yang mempunyai dimensi kecil yang berbentuk round dan square dan benda kerja yang tidak mempunyai bagian yang dapat dicekam pada meja kerja mesin selama ini ditolak untuk dikerjakan, sehingga dalam tugas akhir ini dirancang suatu fixture yang memiliki kemampuan untuk mengatasi kendala tersebut. Tujuan penyusunan perencanaan ini adalah mendesain fixture yang dapat mencekam benda kerja round dan square yang mempunyai dimensi kecil atau benda kerja yang tidak mempunyai bagian untuk dicekam dan menganalisa konstruksi fixture pada mesin milling yang dapat mencekam dengan baik untuk menghasilkan produk dengan kualitas yang baik. Dari hasil analisa dan evaluasi yang telah dilakukan didapatkan hasil sebagaimana sebagai berikut : gaya cekam minimal untuk dapat mencekam benda kerja berdimensi square adalah sebesar 61,31 dan silindris 81,75. Upi (2011), Perencanaan jig and fixture merupakan bagian dari perancangan alat bantu meliputi 53 proses mendesain dan mengembangkan alat bantu untuk meningkatkan produktifitas dan efisiensi proses pemesinan produk dalam jumlah yang banyak atau massal. Perencanaan fixture dan jig pengeboran tromol pada proses pembuatan dudukan gear meliputi konstruksi base plate, locator, pin, baut. Adapun hasil perhitungan komponen adalah konstruksi landasan terbuat dari bahan AISI 1020 Cold-drown structuralshape (Material designation/aisi numbering) bentuk persegi empat dengan tebal 20 mm dengan dimensi panjang 620 mm dengan lebar 310 mm. Mur berfungsi sebagai pengikat dalam menghubungkan komponen komponen ke dalam suatu struktur tunggal dengan bahan dari AISI 1025 dengan ukuran M 17 x 5. LANDASAN TEORI 1. Alat bantu pegang Pada umumnya sebuah perkakas bantu pegang dirancang untuk mengalokasikan dan mencekam satu macam benda kerja saja. Setiap pergantian jenis komponen, maka diperlukan alat. bantu pegang yang berbeda, sehingga waktu dalam perancangan yang dibutuhkan tidak sedikit dan tidak efisien dalam produksi. Untuk menjamin agar penggunaan perkakas bantu pegang itu merupakan rancangan yang dapat diandalkan, maka perkakas bantu harus dapat memperbaiki kondisi dari sebelumnya, baik akan kesederhanaan rancangan, kecepatan dalam operasi, kekuatannya dan yang tidak kalah pentingnya yaitu kefleksibelannya sehingga perkakas bantu tidak hanya digunakan untuk satu macam produk saja tetapi diusahakan dapat digunakan dalam beberapa produk. Dengan demikian akan menghemat biaya operasi pemesinan dan diharapkan biaya penjualan bisa diefektifkan hingga dapat bersaing dalam pasaran. 2. Mesin gerinda Mesin gerinda adalah salah satu mesin perkakas yang digunakan untuk memotong atau mengasah benda kerja dengan tujuan tertentu. Prinsip kerja mesin gerinda adalah roda gerinda berputar bersentuhan dengan benda kerja dan terjadi pemotongan atau pengasahan. Proses menggerinda mempunyai keuntungan sebagai berikut : a. Merupakan metoda yang umum dari pemotongan bahan seperti baja yang dikeraskan. Suku cadang yang memerlukan permukaan keras pertama kali di mesin untuk memberi bentuk selama logam dalam keadaan dilunakkan, hanya sejumlah kecil dari kelebihan bahan yang diperlukan untuk operasi menggerinda. Besarnya kelegaan ini tergantung pada ukuran, bentuk, dan kecenderungan suku cadang untuk melengkung selama operasi perlakuan panas. Pengasahan pahat tangan pemotong merupakan kegunaan yang penting dalam proses ini. b. Disebabkan banyaknya mata potong kecil pada roda maka menimbulkan penyelesaian yang
sangat halus dan memuaskan padaa permukaan singgung dan permukaan bantalan. Kekasaran permukaan yang umum dicapai adalah 0,4 sampai 2200 µm. c. Penggerindaan dapat menyelesaikan pekerjaan sampai ukuran teliti dalam waktu singkat. Karena hanya sejumlah kecil bahan yang dilepas, maka mesin gerinda memerlukan pengaturan roda yang halus. Dimungkinkan untuk mempertahankan pekerjaan sampai ± 0,005 mm dengan mudah. d. Tekanan pelepasan logam dalam proses ini kecil, sehingga memperbolehkan untuk menggerinda benda kerja yang mudah pecah dan benda kerja yang cenderung untuk melenting menjauhi perkakas. Sifat ini memungkinkan untuk menggunakan pencekam magnetis untuk memegang benda kerja dalam banyak operasi penggerindaan. 3. Batu gerinda Batu gerinda banyak digunakann di bengkel- sebetulnya bengkel pengerjaan logam. Batu gerinda juga menyayat seperti penyayatan pada pisau milling, hanya penyayatannya sangat halus, dan tatalnya tidak terlihat seperti milling.. Tatal hasil penggerindaan ini sangat kecil seperti debu. Dari berbagai bentuk batu gerinda sebenarnya bahan utamanya hanya terdiri dari dua jenis pokok, yaitu butiran bahan asah/pemotong (abrasive), dan perekat (bond). Fungsi batu gerinda: a. Untuk penggerindaan silindris, datar dan profil b. Menghilangkan permukaan yang tidak rata c. Untuk pekerjaan finishing permukaan d. Untuk pemotongan e. Penajaman alat-alat potong METODE PERANCANGAN 1. Definisi benda kerja Proses pengerjaan yang dapat dilakukan oleh alat bantu pegang fleksibel ini adalah sebagai berikut: a. Penggerindaan batu mulia Batu mulia yang ditemukan dari alam masih berwujud batuan yang memiliki bentuk tidak beraturan. Dengan alat ini maka batu tersebut dapat dibentuk menjadi bentuk berlian atau polyhedron seperti yang ditunjukkan pada gambar di bawah ini. Proses pemasangan batu mulia pada cekam adalah dengan menggunakan lak yang dipanaskan dan direkatkan pada cekam dan batu mulia. b. Pengasahan mata bor (dressing) Mata bor yang sudah tumpul atau sudah tidak tajam harus diasah kembali agar dapat digunakan. Mata bor yang memiliki diameter kecil yang sulit dipegang dengan tangan kosong dapat dipegang dengan atau dicekam dengan alat ini. Proses pengasahan mata bor disesuaikan dengan sudut mata bor yang akan digerinda, yaitu dengan mengatur sudut pada alat bantu pegang ini. Gambar 2. Mataa bor c. Penghalusan specimen uji kekerasan Specimen sebelum diuji kekerasannya harus dihaluskan terlebih dahulu dengan batu gerinda sebelum difinishing dengan amplas. Dalam proses penggerindaan specimen harus benar-benar tegak lurus dengan batu gerinda. Dengan alat ini kondisi tersebut dapat dicapai. Berikut ini adalah bentuk specimen yang mampu dikerjakan oleh alat ini : Gambar 3. Specimen uji kekerasan 2. Deskripsi Alat Bantu Pegang Fleksibel untuk Proses Penggerindaan Alat bantu pegang fleksibel pada proses penggerindaan ini adalah alat yang mampu memegang lebih dari satu macam benda kerja yang akan digerinda. Dengan bantuann alat bantu pegang fleksibel ini benda kerja dapat dibentuk menjadi bermacam-macam bentuk profile, salah satunya adalah bentuk polyhedron yang sudut dan ukuran setiap sisinya sama. Berikut ini i adalah gambar alat bantu pegang tersebut : Gambar 1. Berlian (polyhedron) 54
Gambar 4. Alat Bantu Pegang Fleksibel untuk Proses Penggerindaan 3. Diagram Alir Perancangan Alat Bantu Pegang Fleksibel pada Proses Penggerindaan MULAI Persiapan referensi desain Gambar 5. Komponen-komponen alat bantu pegang fleksibel untuk proses penggerindaan 4. Sistem kerja alat Alat bantu pegang fleksibel ini digunakan untuk mengerjakan tiga macam pekerjaan. Antara satu pekerjaan dengan pekerjaan yang lain dibutuhkan sedikit penyesuaian pada alat ini. Berikut ini adalah gambar sistem kerja dari alat bantu pegang fleksibel untuk proses penggerindaan beserta penjelasannya : Mendesain gambar kerja Pembahasan Analisis pembahasan dan desain gambar kerja Kesimpulan Perbaikan Gambar 6. Sistem kerja alat pada proses penggerindaan batu mulia Dari gambar di atas dapat dijelaskan bahwa sistem yang bekerja dari alat tersebut yaitu thread shaft masuk ke dalam workpiece carrier kemudian dikunci oleh pin. Setelah itu horizontal axle yang dipasang pada workpiece carrier didorong oleh thread shaft menuju batu gerinda untuk dilakukan proses penggerindaan. Sedangkan berikut ini adalah gambar dari sistem kerja alat pada proses pengasahan mata bor dan penggerindaan specimen uji kekerasan : SELESAI Gambar 7. Sistem kerja alat pada proses pengasahan mata bor dan penggerindaan specimen uji kekerasan Dari gambar di atas dapat dijelaskan bahwa sistem yang bekerja pada alat tersebut adalah horizontal axle dan thread shaft tetap masuk ke dalam workpiece carrier. Namun sekarang keduanya dihubungkan oleh flexible join sehingga ketika thread shaft diputar secara otomatis horizontal axle akan ikut berputar dan juga bergerak maju dan mundur. Pada sistem ini tidak digunakan lagi pin untuk menahan thread shaft. PERHITUNGAN DAN PEMBAHASAN Dalam proses perhitungan digunakan rumus-rumus perhitungan, di antaranya adalah sebagai berikut : 1. Torsi (τ) τ = F. r τ : torsi (Nm) F : gaya (N) r : jari-jari (m) 2. Torsi penggerindaan (Mashuri : 87) 55
= µ. F. K. (Sularso : 91) : torsi pada proses penggerindaan (Nm) µ : koefisien gesek : gaya tekan (N) : kapasitas energi lapisan : jari-jari rata-rata (m) 3. Tegangan (σ) σ = (Pablo G. Caceres-Valencia : 13) σ : tegangan ( ) F : gaya (N) A : luas permukaan ( ) 4. Tegangan maksimal pada baut ( ) = ( ) (R.S. Khurmi dan J.K. Gupta : 648) : tegangan maksimal pada baut ( ) : gaya (N) : diameter inti ulir (mm) 5. Tegangan geser pada ulir τ = ( ) (R.S. Khurmi dan J.K. Gupta : 648) τ : tegangan geser pada ulir ( ) T : torsi (Nmm) : diameter inti ulir (mm) Dari rumus-rumus perhitungan di atas di dapatkan hasil : 1. Horizontal axle menerima tegangan sebesar 1,55 MPa, tegangan maksimum pada poros berulir sebesar 0,17 MPa, dan tegangan geser pada ulir sebesar 0,063 MPa. 2. Ulir pada thread shaft menerima tegangan maksimum sebesar 1,07 MPa dan 0,91. Tegangan geser 0,31 MPa dan 0,37 MPa. 3. Pin menerima tegangan sebesar 124,56 MPa. 4. Vertical axle menerima tegangan sebesar 0,059 MPa, tegangan maksimum pada poros berulir sebesar 0,18 MPa, dan tegangan geser pada ulir sebesar 0,062 MPa. 5. Tegangan maksimum yang bekerja pada baut penahan tubuh atas yaitu 0,74 MPa dan tegangan geser yang bekerja adalah 0,28 MPa. 6. Tegangan maksimum yang bekerja pada tiap baut penahan poros horisontal yaitu 0,5 MPa dan tegangan geser yang bekerja adalah 0,2 MPa. 56 7. Tegangan yang bekerja pada baut penahan poros vertikal yaitu 0,82 MPa dan tegangan geser yang bekerja adalah 0,31 MPa. 8. Tegangan yang bekerja pada baut penahan workpiece carrier yaitu 1,65 MPa dan tegangan geser yang bekerja adalah 0,85 MPa. KESIMPULAN DAN SARAN 1. Kesimpulan Dari perancangan dan perhitungan yang telah dilakukan maka dapat disimpulkan bahwa komponen-komponen utama yang dibutuhkan dalam pembuatan alat bantu pegang fleksibel pada proses penggerindaan adalah sebagai berikut : a. Base frame, dibuat dari baja AISI 1010 dengan panjang 150 mm, lebar 150 mm, dan tinggi 63 mm. b. Vertical axle, dibuat dari baja AISI 1010 dengan diameter 30 mm, dan panjang 65 mm. c. Top frame, dibuat dari baja AISI 1010 dengan panjang 150 mm, lebar 40 mm, dan tinggi 90 mm. d. Axle join, dibuat dari baja AISI 1010 dengan diameter 30 mm, dan panjang 40 mm. e. Workpiece carrier, dibuat dari baja AISI 1010 dengan panjang 60 mm, lebar 25 mm, dan tinggi 38 mm. f. Dividing head, dibuat dari baja AISI 1010 dengan diameter 30 mm, dan panjang 15 mm. g. Workpiece holder, dibuat dari baja AISI 1010 dengan diameter 30 mm, dan panjang 25 mm. h. Thread shaft, dibuat dari baja AISI 1010 dengan diameter 20 mm, dan panjang 145 mm. i. Horizontal axle, dibuat dari baja AISI 1010 dengan diameter 14 mm, dan panjang 65 mm. j. Angle pointer, dibuat dari baja AISI 1010 dengan diameter 4 mm, dan panjang 13 mm. k. Pin, dibuat dari baja AISI 1010 dengan diameter 5 mm, dan panjang 15 mm. l. Flexible join, dibuat dari baja AISI 1010 dengan diameter 10 mm, dan panjang 30 mm. m. Chuck drill, komponen ini adalah komponen standar yang dibeli dengan diameter cekam maksimal 10 mm. n. Specimen holder, dibuat dari baja AISI 1010 dengan diameter 30 mm, dan panjang 40 mm. 2. Saran Agar umur dari alat bantu pegang fleksibel ini panjang, sebaiknya diperhatikan hal-hal seperti berikut : a. Selalu melumasi bagian komponen-komponen alat yang saling bergesekan. b. Hindari benda kerja yang tidak mampu ditahan atau dipegang oleh alat ini. DAFTAR PUSTAKA Imanto, Upi., 2011, Perancangan Fixture dan Jig Pengeboran Sprocket Sepeda Motor, Skripsi Teknik Mesin, IST AKPRIND, Yogyakarta.
Khurmi, R.S., Gupta, J.K., 2005, Machine Design, Eurasia Publishing House (PVT.) LTD, New Delhi. Mashuri, 2008, Fisika Non Teknologi Jilid I, Direktorat Pembinaan Sekolah Menengah Kejuruan, Jakarta. Putra, Romi Dwi Syah., 2012, Perancangan Fixture Welding Centrestand Sepeda Motor Merk X, Skripsi Teknik Mesin, IST AKPRIND, Yogyakarta. Sandy, Richy Dwi Very., Sampurno, 2010, Analisa Konstruksi dan Perencanaan Multiple Fixture, Jurnal Teknik Mesin, Institut Teknologi Sepuluh November, Surabaya. Sularso., Suga, Kiyokatsu, 2004, Dasar Perencanaan dan Pemilihan Elemen Mesin, PT Pradnya Paramita, Jakarta. Susilawati, Anita., Nasir., Romi, 2006, Perancangan Modular Fixture untuk Proses Freis, Milling, dan Sekrap, Jurnal Teknik Mesin, Universitas Riau, Riau. 57