Analisis Hasil Pembuatan Koin Aluminium Dengan Proses Blanking Menggunakan Beban Impak Benda Jatuh Bebas

TESIS

Oleh

ABDUL BASIR

037015002/TM

SEKOLAH PASCASARJANA

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN

2008

TESIS

Untuk Memperoleh Gelar Magister Teknik dalam Program Studi Teknik Mesin

pada Sekolah Pascasarjana Universitas Sumatera Utara

Oleh

ABDUL BASIR

037015002/TM

SEKOLAH PASCASARJANA

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN

2008

Nomor Pokok : 037015002 Program Studi : Teknik Mesin

Menyetujui Komisi Pembimbing

(Prof. Dr. Ir. Bustami Syam, MSME) Ketua

(Prof. Dr. Ir. Samsul Rizal, M.Eng) (Ir. Alfian Hamsi, M.Sc) Anggota Anggota

Ketua Program Studi Direktur

(Prof. Dr. Ir. Bustami Syam, MSME) (Prof. Dr. Ir. T. Chairun Nisa B., M.Sc)

PANITIA PENGUJI TESIS

Ketua : Prof. Dr. Ir. Bustami Syam, MSME

Anggota : 1. Prof. Dr. Ir. Samsul Rizal, M.Eng 2. Ir. Alfian Hamsi, M.Sc

3. Dr.-Ing. Ikhwansyah Isranuri 4. Ir. Tugiman, MT

pembuatannya disebut blanking di mana pelat diletakkan di antara sepasang alat pemotong, pons (punch) dan cetakan (dies) dan produknya disebut blank. Selain koin aluminium, produk lain yang dihasilkan adalah benda-benda berbentuk lempengan, seperti bentuk cincin, segi empat, bulat lonjong (elips), dan bentuk kompleks lainnya. Ukuran koin dan kwalitas sisi potong yang diinginkan ditentukan oleh banyak faktor di antaranya adalah kelonggaran (clearance) pons dengan cetakan, kecepatan pemotongan, besar gaya potong, jenis material koin dan material alat potong. Pada umumnya untuk melakukan proses pemotongan menggunakan jenis beban sistem manual, mekanik, pneumatik serta hidrolik, dengan kecepatan rendah antara 20 s.d 40 m/menit. Dalam penelitian ini proses pembuatannya dipilih beban impak benda jatuh bebas, yang dirancang berdasarkan standar JIS atau SNI di mana benda dijatuhkan pada ketinggian: 0,5 s.d 2,5 m, maka kecepatan benda jatuh sama dengan kecepatan potong pada masing-masing ketinggian 3,13 s.d 7,0 m/s. Bahan koin ditentukan adalah aluminium yang dirol yang banyak diperoleh di pasaran dengan ketebalan 2 mm dan diameter nominal koin 22 mm. Pons yang digunakan sebanyak lima buah di mana ukurannya masing-masing mempunyai kelonggaran terhadap cetakan yang bervariasi dari 2 s.d 10 % terhadap ketebalan pelat. Untuk setiap pons dihasilkan sampel koin sebanyak lima buah. Maka dari sampel-sampel tersebut diperoleh ukuran dan kwalitas sisi koin. Kemudian dilakukan juga pengukuran besar gaya impak yang terjadi akibat benda jatuh bebas sesuai massa benda dan tinggi jatuh seperti yang disebutkan di atas. Pengukurannya menggunakan load cell yang dilengkapi dengan impact force measurement software, sedang untuk melihat dan mengetahui kwalitas sisi koin, digunakan mikroskop digital. Dari hasil penelitian diperoleh ukuran koin aluminium yang mendekati ukuran cetakan adalah pada kelonggaran 8 %. Kelonggaran yang lebih kecil membutuhkan gaya impak yang lebih besar. Diameter koin terkecil adalah 22,020 mm dan diameter terbesar adalah 22,036 mm. Toleransi ukuran koin untuk diameter 22 mm adalah sebesar 0,06 mm, sehingga diameter koin terbesar yang diijinkan adalah 22,06 mm. Sehingga semua ukuran koin dapat diterima. Juga diperoleh bahwa besar massa dan ketinggian benda jatuh bebas mempengaruhi kecepatan potong juga mempengaruhi pembentukan sisi koin dan burr height, tetapi tidak mempengaruhi ukuran/diameter koin. Gaya impak dipengaruhi oleh besar massa dan ketinggian jatuh beban. Gaya impak yang terukur lebih kecil sebesar 3,8 s.d 5,78 % dibanding dengan gaya impak teoritis.

Kata Kunci: Koin aluminium, kelonggaran (clearance), beban impak benda jatuh bebas, load cell.

blanking, where the plate is placed on between punch and die and its product is called blank.Beside the aluminum coin, the other products resulted are plate-shaped which are not only circular in shape, but also other shapes such as ring, rectangular, ellipse, and other complicated shapes. The size and quality of burnish of required product is determined by several factors, i.e. clearance between punch and die, cutting speed, cutting force, types of raw materials, and cutting tool material. In general the cutting process of the product is carried out manually. But mechanical, pneumatic, and also used hydraulic system, with low speed from 20 to 40 m/minute. In this research, impact load obtained from free fall object designed in compliant with JIS or SNI standard is used, where the object is set to fall from 0.5 to 2.5 m, hence the highest fall speed of the load same as cutting speed from 3.13 to 7.0 m/s.The coin material selected in this research was a 2-mm thick-rolled aluminum plate which can be found in the material stores to obtain the diameter of coin 22-mm. The punch was used is five pieces, where the clearance of each punch diameter is varied from 2 to 10 % of the thickness of the plate. Each punch produces five samples the diameter and burnish quality were observed using digital microscope. Then the impact force is measured based on the varieties of mass and the height of the object fall. The measurement of impact force resulted from free fall object, used load cell provided with impact force measurement software. From the research we can obtain that the best clearance is 8 %. The smallest clearance needs bigger free fall object. The smallest coin diameter is 22.020 mm and the biggest one is 22.036 mm. The coin tolerance is 0.06 mm; the biggest coin diameter permitted is 22.06 mm. So all coin measurement can be accepted. It is also obtain that the mass and height of free fall object influenced the cutting speed, the form of burnish and the burr height shape on the aluminum coin, but it does not influence the result of the diameter coin size. The impact force is influenced by the mass and the height of the object fall. The impact force measured smeller as was 3.8 to 5.78 %, compared to the impact force theoretical.

yang telah diberikan kepada penulis sehingga dapat menyelesaikan tesis ini dengan judul “Analisis Hasil Pembuatan Koin Aluminium Dengan Proses Blanking Menggunakan Beban Impak Benda Jatuh Bebas”.

Tesis ini merupakan salah satu syarat yang harus dipenuhi setiap mahasiswa untuk mendapatkan gelar Magister Teknik pada Program Studi Teknik Mesin SPs-USU. Penulisan tesis ini terlaksana dan dapat terwujud berkat bimbingan yang cukup intensif dari komisi pembimbing.

Pada kesempatan ini, penulis ingin mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada berbagai pihak yang telah banyak membantu penulis baik secara moril maupun materil, langsung dan tidak langsung hingga selesainya tesis ini, yaitu kepada: Prof. Dr. Ir. Bustami Syam, MSME., selaku Ketua Komisi Pembimbing dan Ketua Program Studi Teknik Mesin SPs–USU, Prof. Dr. Ir. Samsul Rizal, M.Eng., dan Ir. Alfian Hamsi, M.Sc., selaku Anggota Komisi Pembimbing, Dr.-Ing. Ir. Ikhwansya Isranuri, selaku Sekretaris Program Studi Teknik Mesin SPs – USU, seluruh Dosen dan Staf Administrasi Program Studi Teknik Mesin SPs-USU, yang telah banyak memberikan ilmu pengetahuan dan bantuan administrativ selama penulis dalam pendidikan di Program Studi Teknik Mesin.

memberi ijin dan dukungan untuk melanjutkan kuliah S2 pada Sekolah Pascasarjana USU. Tak lupa pula penulis berterima kasih kepada Drs. Moch. Agus Zaenuri selaku Direktur TPSDP Polmed yang lalu dan Drs. Rafiq Ahmad selaku Direktur TPSDP Polmed saat ini yang telah banyak membantu dalam rangka merealisasikan bantuan pembiayaan perkuliahan. Demikian juga terima kasih kepada Ir. Etty Rayuana selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin Polmed yang lalu atas segala bantuan dan telah bersedia memberikan rekomendasi untuk dapat melanjutkan ke S2, dan Ir. Nurman, Ketua Jurusan Teknik Mesin saat ini, Ir. Lamuddin Hutagalung, Kepala Bengkel Teknik Mesin Polmed, Ir. Drs. Suparmin , MT., Kepala Laboratorium Polmed, yang telah banyak memberikan dukungan, semangat, dan bantuan berupa fasilitas pengadaan mesin-mesin untuk pembuatan peralatan serta pengujian pada penelitian ini.

Terima kasih penulis sampaikan kepada Prof. Basuki Wirjosentono,MS, Ph.D., dan Drs. Nasruddin MN, M.Eng.Sc., yang telah banyak memberi masukan pada kesempurnaan tesis ini. Juga kepada sahabat penulis saudara Hendri Nurdin, ST, MT dari UMSU dan Ir. Muhammad dari Politeknik Bandung (Polban) yang telah banyak membantu masalah penyelesaian pengukuran di laboratorium. Juga sahabat seperjuangan baik suka maupun duka, Hasrin Lubis, Junauwar, Juharsono, dan tidak pernah penulis lupakan jasa-jasa Ibu Ari, Ibu Melani dan saudara Sidiq selaku

Tak lupa kepada almarhum dan almarhuma kedua orang tua dan mertua serta saudara-saudara penulis yang memberikan inspirasi dan semangat pada penulis. Istimewa kepada istri Sengketawany dan ketiga anak tercinta, Yayan, Ami dan Ribhi yang telah banyak mengorbankan waktu dan kasih sayang mereka selama pendidikan dan penyelesaian tesis ini dan semua pihak yang mendukung di dalam penyelesaian tesis ini.

Demikianlah penulis memohon sangat kritik dan saran yang dapat membantu dalam rangka memperbaiki dan melengkapi kesempurnaan tesis ini agar memperoleh hasil yang lebih baik dan akhirnya penulis kembali tak lupa mengucapkan terima kasih atas bantuan dan perhatiannya.

Medan, April 2008 Penulis,

Abdul Basir

Nama : Abdul Basir

Tempat, Tanggal lahir : Saribu Dolok, 21 Oktober 1957 Pekerjaan : Staf Pengajar Jurusan Teknik Mesin

Politeknik Negeri Medan

Alamat Kantor : Jl. Almamater No. 1 Kampus USU Medan

Alamat Rumah : Jl. Pintu Air IV. Perumahan Politeknik No 296/16 Kuala Bekala, Medan Johor, Kodya Medan.

Pendidikan

1965-1971 : Sekolah Dasar (SD) Negeri Saribu Dolok 1971-1974 : SMP Negeri Saribu Dolok

1974-1977 : STM Negeri II Medan

1985-1988 : Politeknik ITB Bandung, Jurusan Teknik Mesin 1991-1995 : Fakultas Teknik USU, Jurusan Teknik Mesin 2003-2008 : Pendidikan S2 Sekolah Pascasarjana Program Studi Teknik Mesin Universitas Sumatera Utara

Riwayat Pekerjaan

USU Medan

1995 s.d 1999 : Dosen Tidak Tetap Divlat Telkom Medan 2000 s.d sekarang : Dosen Tidak Tetap Jurusan Teknik Mesin F.T. Industri ITM Medan

2002 s.d sekarang : Dosen Tidak Tetap Jurusan Teknik Mesin F.Teknik Universitas Alazhar Medan

1993 s.d sekarang : Dosen Tidak Tetap/Ketua Jurusan Teknik Mesin Politeknik MBP Medan

Pengalaman Pelatihan/Seminar/Lokakarya

1983 : Pelatihan ”Terco CNC/Computerized Numerical Control System”, TEDC Bandung

1986 : Pelatihan Injection Pump & Nozel, Trakindo Medan 1994 : Pelatihan Metodologi Penelitan, Politeknik USU 1995 : Pelatihan Kalibrasi, Balai Penelitian dan

Pengembangan Industri Medan

1998 -2000 : Pendidikan Teknik Pengolahan Kelapa Sawit, di PN3 Pabrik Pengolahan Kelapa Sawit (PKS) Kebun

Silabus (TPSDP) Polmed

2003 : Pelatihan ”Training Quality Assurance” Kardiono Kustanto & Asociates

2003 : Workshop on Pre Program of Information Technology di IC-Star USU Medan

2003 : Seminar Polymer & Composite di IC-Star USU Medan

2004 : Workshop untuk Mereview dan Meperbaiki Proses Belajar Mengajar di ITM Medan

2004 : The 2nd Regional Seminar on Material & Structure di IC-Star USU Medan

2004 : Seminar dan Workshop on Overcoming Barriersa to Collaborative Research and Service Partnership di IC-Star USU Medan

2005 : Pelatihan Kurikulum Berbasis Kompetensi, Departemen Tenaga Kerja dan Transmigrasi R.I. Direktorat Bina Pelatihan Kerja , BLKI Medan 2006 : Worksop ”Basic Vibration Analysis” SKF Medan

1. Menentukan Besar Drag Suatu Profil dengan Menggunakan Aliran Udara Blower

2. Analisis Mutu Cincin Torak Sepeda Motor 2 dan 4 Tak di Pasaran Kotamadya Medan

3. Rancangan Mesin Pemecah Biji Kemiri 4. Perancangan Mesin Adonan Daging

5. Pengaruh ”Feeding” pada Pembubutan Terhadap Kekuatan Tarik Bahan Uji St. 37

6. Pengaruh Putaran Kerja Proses Pembubutan Terhadap Bahan Uji Tarik St.37

Pengalaman Lomba Karya Ilmiah

1999 : Pemenang III Lomba Karya Ilmiah Rancang Bangun Mesin Tepat Guna, BPPT Jakarta

2000 : Pemenang II Lomba Karya Ilmiah Rancang Bangun Mesin Tepat Guna, BPPT Jakarta

ABSTRAK ……… i

ABSTRACT ………. ii

KATA PENGANTAR ... iii

RIWAYAT HIDUP ... iv

DAFTAR ISI ... x

DAFTAR TABEL ... xiii

DAFTAR GAMBAR ... xiv

DAFTAR LAMPIRAN ……… xvii

BAB 1. PENDAHULUAN ………. 1.1. Latar Belakang ………... 1.2. Perumusan Masalah ………... 1.3. Tujuan Penelitian ………...

1.3.1. Tujuan umum ………

1.3.2. Tujuan khusus ………... . 1.4. Manfaat Penelitian ………..

1 1 9 10 10 10 11 BAB 2. TINJAUAN PUSTAKA ………..

2.1. Proses Pembentukan pada Lembaran Metal ……….. 2.2. Operasi Pemotongan ……….. 2.3. Gaya Pemotongan (Cutting Forces) ……… 2.4. Proses Blanking ………... 2.5. Koin Aluminium ... 2.6. Ukuran Koin ... 2.7. Diameter Pons dan Cetakan ………... 2.8. Kelonggaran (Clearance) ………... 2.9. Benda Jatuh Bebas ... 2.10. Gerak Lurus ...

12 12 13 17 18 20 21 22 23 27 29

Impak Benda Jatuh Bebas ……….. 2.16.Gaya yang Diserap Pelat ... 2.17.Massa Benda Jatuh Bebas ... 2.18.Pengukuran Gaya impak ... 2.19.Kerangka Konsep ...

34 35 36 37 BAB 3. METODE PENELITIAN ………

3.1. Tempat dan Waktu ……….

3.2. Bahan, Peralatan, dan Metode ………...

3.2.1. Bahan ……….

3.2.2. Peralatan ……….

3.2.3. Metode ………...

3.3. Rancangan Penelitian ……….... 3.4. Variabel yang Diamati ……….. 3.5. Pelaksanaan Penelitian ……….. 3.5.1. Pembuatan peralatan pembuatan koin ……… 3.5.2. Pembuatan perangakat benda jatuh bebas dan beban ….. 3.5.3. Pengujian pelat aluminium bahan untuk pembuat koin …. 3.5.4. Pengujian/pengukuran gaya impak beban jatuh bebas

dengan load cell ………. 3.5.5. Pembuatan koin ……….. 3.5.6. Pengambilan gambar sisis koin dan burr height dengan

mikroskop digital ………... 3.5.7. Pengambilan data ...

39 39 39 39 40 45 47 50 51 51 55 71 71 73 75 80 BAB 4. HASIL DAN PEMBAHASAN ………...

4.1. Rangkuman Hasil Pembuatan Koin Aluminium Berdasarkan Tingkat Kelonggaran ………. 4.1.1. Rangkuman hasil ukuran koin untuk masing-masing

kelonggaran ………... 4.1.2. Grafik kelonggaran pons dengan cetakan ... 4.1.3. Rangkuman pendekatan diameter nominal cetakan

terhadap kelonggaran... 4.1.4. Pembuatan koin aluminium yang gagal dibentuk

berdasarkan kelonggaran ... 4.1.5. Batas tolenansi diameter/ukuran koin yang diijinkan...

83 83 83 84 88 89 91

bebas... 4.2.3. Urutan pendekatan ukuran diameter nominal cetakan ... 4.2.4. Hasil pemotongan dan patahan sisi koin ... 4.2.5. Hasil pengukuran kondisi terbentuknya sisi dan tingginya

burr (burr height) ……… 4.3. Menentukan/Pengukuran Gaya Impak dengan Load Cell

4.3.1. Menentukan gaya impak pada benda jatuh bebas secara teoritis .……… 4.3.2. Pengukuran gaya impak hasil pegukuran langsung

menggunakan load cell ……….. 4.3.3. Perbandingan gaya impak teoritis dan pengukuran dengan

load cell ...

93 96 98 99 102 102 103 108 BAB 5. KESIMPULAN dan SARAN ………..

5.1 KESIMPULAN ………..

111 111

5.2 SARAN ……….. 114

Nomor

1.1

Judul

Faktor Efek Kesalahan pada Proses Pemotongan Benda Kerja

Halaman

4

2.1 Denah Proses Pembentukan pada Lembaran Metal ... 13

2.2 Proses Pemotongan Lembaran Pelat Antara Dua Mata Pisau .. 14

2.3 Karakteristik Lubang Hasil Pembuatan Koin ... 15

2.4 Komponen Gaya Proses Pemotongan ... 16

2.5 Proses Blanking Pembentukan Produk Koin ... 19

2.6 Blank ... 19

2.7 Koin Aluminium ... 20

2.8 Contoh Hasil Proses Blank ... 21

2.9 Diameter Pons, Cetakan dan Kelonggarannya ... 23

2.10 Grafik Hubungan v – t ... 28

2.11 Diagram Kecepatan – Waktu ... 30

2.12 Proses Pembuatan Koin dengan Gaya Benda Jatuh Bebas ... 34

2.13 Kerangka Konsep ... 38

3.1 3.2 3.2 Alat Uji Kekuatan Tarik Bahan ... Alat Ukur Jangka Sorong dan Mikrometer Digital …………... Alat Pengamat Sisi Koin Mikroskop Digital ... 41 41 42 3.4 Desain Alat Impak Benda Jatuh Bebas ... 43

3.5 Alat Impak Benda Jatuh Bebas ... 43

3.6 Posisi Penempatan Load Cell ……….. 44

3.7 Alat Pengukur Beban (Load Cell) ……… 44

3.8 Posisi Penempatan Load Cell pada Perangkat Benda Jatuh Bebas ………. 48

3.13 Cetakan (Dies) ... 54

3.14 Diagram Alir Pengerjaan Pengarah Pons ... 54

3.15 Pengarah Pons dan Penjepit Pelat ... 55

3.16 3.17 3.18 3.19 3.20 3.21 Diagram Alir Pembuatan Perangkat Benda Jatuh Bebas ... Perangkat Benda jatuh Bebas ... Gaya yang Bekerja pada Baut Penahan Tabung ... Posisi Gaya yang Bekerja pada Tiang Penyanggah ... Posisi Gaya yang Bekerja pada Alas Meja ... Diagram Alir Pembuatan Beban ... 56 57 58 62 63 67

3.22 Ukuran Benda Jatuh Bebas ... 70

3.23 3.24 3.25 3.26 3.27 3.28 3.29 3.30 3.31 3.32 Geometrik dan Dimensi Spesimen Uji Tarik Statik (ASTM D-638) ... Skematik Sinyal Pengukuran ... Bentuk dan Pengukuran Koin ... Pengaruh Kondisi Pemotongan ... Pengambilan Gambar dengan Mikroskop Digital ... Bagian Sisi Koin Aluminium Sebagai Objek Peneropongan dengan Mikroskop Digital ……… Hasil Gambar Sisi Koin Aluminium dengan Mikroskop Digital ……… Hubungan Penguluran Awal Patah dengan Besarnya Pembentukan Sisi Tajam (burr) pada Proses Blank ………….. Bagian Pembentukan Ketinggian Sisi Tajam (burr height) Objek Peneropongan dengan Mikroskop Digital ... Hasil Gambar Besar Pembentukan Ketinggian Sisi Tajam (burr height) ……….. 71 72 74 76 72 76 78 78 79 80

4.3 4.4 4.5 4.6 4.7 4.8 4.9 4.10 4.11 4.12 4.13 4.14 4.15 4.16 4.17 4.18

Grafik Hubungan Ukuran Koin dengan Kecepatan Benda Jatuh Bebas pada Kelonggaran Pons 6 % ……… Grafik Hubungan Ukuran Koin dengan Kecepatan Benda Jatuh Bebas pada Kelonggaran Pons 8 % ……… Grafik Hubungan Ukuran Koin dengan Kecepatan Benda Jatuh Bebas pada Kelonggaran Pons 10 % ………. Grafik Hubungan Antara Kedalaman Penetrasi Terhadap Beban Benda Jatuh Bebas pada Kelonggran yang Bervariasi... Grafik Hubungan Ukuran Koin dengan Kecepatan Benda Jatuh Bebas pada Massa 2,0 kg ……… Grafik Hubungan Ukuran Koin dengan Kecepatan Benda Jatuh Bebas pada Massa 2,3 kg ... Grafik Hubungan Ukuran Koin dengan Kecepatan Benda Jatuh Bebas pada Massa 3,0 kg ... Grafik Hubungan Ukuran Koin dengan Kecepatan Benda Jatuh Bebas pada Massa 4,5 kg ... Grafik Hubungan Ukuran Koin dengan Kecepatan Benda Jatuh Bebas pada Massa 8,7 kg ... Hasil Pemotongan Sisi Koin ………. Hasil Pengambilan Gambar Burr Height pada Koin Aluminium Hasil Pembuatan Koin Aluminium yang Dapat Diterima

Berdasarkan Burr Height ………. Grafik Variasi Gaya Impak Teoritis ………. Grafik Gaya Impak pada Massa 2,0 kg dengan Ketinggian Jatuh 0,5 m ……… Grafik Gaya Impak Diperbesar pada Massa 2,0 kg dengan Ketinggian Jatuh 0,5 m ………. Gabungan Gaya Impak Pada Beban 2,0 kg dengan Variasi Tinggi Jatuh Bebas 0,5 s.d 2,5 m ……… 86 87 87 90 93 94 94 95 96 98 101 102 103 104 104 105

4.21 Gabungan Gaya Impak Pada Beban 4,5 kg dengan Variasi Tinggi Jatuh Bebas 0,5 s.d 2,5 m ………

107

Nomor Judul Halaman

2.1 Kelonggaran Pons dan Cetakan untuk Beberapa Bahan ……… 25

2.2 Rekomendasi Kelonggaran (Clearance) (% x tebal pelat) ... 27

2.3 Rekomendasi Kelonggaran Menurut P.C. Sharma ... 27

2.4 Waktu dan Kecepatan Benda Jatuh... 28

3.1 Komposisi Kimia Baja Amutit-S ... 40

3.2 Ukuran Pons Sesuai dengan Persentase Kelonggaran ………... 52

3.3 Variasi Ketinggian, Kecepatan dan Massa Benda Jatuh Bebas 69

3.4 Ukuran Benda Jatuh Bebas ……… 70

3.5 3.6 4.1 4.2 4.3 4.4 4.5 Gaya Impak Akibat Beban Benda Jatuh Bebas Secara Teoritis Hasil Gaya Impak pada Benda Jatuh Bebas Menggunakan Load Cell ... Pendekatan Diameter Nominal Cetakan Terhadap Kelonggaran Rangkuman Hasil Pembuatan Koin Aluminium yang Gagal Dibentuk ……… Rangkuman Ukuran Koin dengan Variasi Massa, Kecepatan Benda Jatuh ... Urutan Pendekatan Ukuran Nominal Cetakan dengan Variasi Massa ... Perbandingan Gaya Impak Teoritis dengan Gaya Impak Hasil Pengukuran Menggunakan Load Cell Software ... 81

82

88

89

92

96

Nomor Judul Halaman 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

Gambar Perangakat Benda Jatuh Bebas ... Data Pengujian Loboratorium Tegangan/Kekuatan Tarik Pelat Aluminium (Bahan Koin) ……… Data Hasil Pembuatan Koin Aluminium

(Tabel 1 sampai dengan Tabel 25) ... Hasil Ukuran Koin Aluminium untuk Kelonggaran

(Tabel 1 s.d 5) ... Cara Mengoperasikan Impact Force Measurement

Software ……….. Gaya Impak Benda Jatuh Bebas dengan Variasi

Ketinggian dan Massa Benda (Gambar 1 s.d 17) ………… Tabel Toleransi Ukuran Koin Aluminium (Kurt Lange) .. Gambar Foto Alat benda Jatuh Bebas Saat Pengujian dengan load cell ……….. Gambar Alat Ukur dan Alat Bantu Ukur ... Gambar Produk aluminium ... Gambar Alat/Mesin Pembuatan Pons dan Cetakan ……

120 121 124 137 142 144 152 153 154 156 157

BAB 1 PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang

Dewasa ini banyak cara pembuatan produk atau proses pengerjaan logam di bidang manufaktur, yaitu dengan proses pembentukan dan pemotongan. Proses pemotongan logam merupaan suatu proses yang digunakan untuk mengubah bentuk suatu produk dari logam dengan cara memotong. Menurut Rochim T., [1] tergantung pada cara pemotongannya seluruh proses pemotongan logam dapat dikelompokkan menjadi empat kelompok dasar yaitu,

1. Proses pemotongan dengan mesin las, 2. Proses pemotongan dengan mesin pres,

3. Proses pemotongan dengan mesin perkakas, dan

4. Proses pemotongan non-konvensional, di antaranya: Electro Discharge Machining (EDM), Laser Beam Machining (LBM), Chemical Milling

(CM), Wire Cutting, Ultrasonic Machine/Permesinan Ultrasonik,

Abrasive Jet AJ, Water Jet (WJ), Chemical Electrical (CE), dan sebagainya.

Untuk penelitian ini proses yang digunakan adalah proses pemotongan dengan mesin pres. Menurut Budiarto [2] mesin pres adalah suatu alat bantu pembentukan atau pemotongan produk dari bahan dasar lembaran yang operasinya

menggunakan mesin pres. Proses pemotongannya dilakukan dengan menggunakan sepasang alat pemotong yaitu pons (punch)dan cetakan (dies).

Produk yang dihasilkan adalah berbentuk lempengan bulat (koin) sebagai proses dasar pemotongan dengan jenis dan proses pemotongan tunggal yang juga disebut dengan blanking tools yaitu, proses pemotongan dengan menghasilkan benda kerja utuh, dan seluruh sisinya terpotong secara serempak. Pengembangan dari proses di atas dapat dilakukan untuk pembuatan cincin baja (ring plate), paking dan berbagai produk yang terbuat dari pelat lembaran.

Pertimbangan penggunaan pembuatan suatu produk dengan proses pemotongan dengan menggunakan pons dan cetakan baik secara teknis maupun ekonomis menurut Budiarto [2], untuk menghasilkan produk dalam jumlah yang banyak atau produk massal, menjamin keseragaman bentuk dan ukuran produk agar tetap sama, waktu pengerjaan yang singkat, dapat meningkatkan kualitas hasil, penghematan biaya proses permesinan dan biaya operator yang terkait, menurunkan harga produk dan pruduktivitas lebih tinggi. Namun untuk mengerjakan produk dalam jumlah yang sedikit, biayanya sangat mahal, sehingga hal ini sulit untuk dilakukan.

Biasanya proses pembuatan koin dilakukan dengan alat penekan yang dilengkapi dengan sepasang alat pemotong yaitu, pons dan cetakan. Proses pemotongan menggunakan sistem tenaga manual, mekanis, pneumatik dan hidrolik. Semua jenis di atas disebut dengan mesin pres (press tools) atau disebut juga dengan mesin kempa. Mesin ini terdiri dari suatu rangka mesin yang menopang sebuah

landasan, sebuah penumbuk, sebuah sumber tenaga, dan suatu mekanisme yang menyebkan penumbuk bergerak lurus dan tegak menuju ke landasannya.

Pada umumnya jenis beban pada sistem manual, mekanik, pneumatik serta hidrolik, menggunakan beban impak kecepatan rendah. Menurut Lange, K., [3] kecepatannya adalah antara 20 s.d 40 m/menit.

Untuk mendapatkan hasil yang sebaik-baiknya dari hasil pemotongan, ada beberapa faktor yang harus diperhatikan dari beberapa permasalahan yang ada, di antaranya adalah ketelitian ukuran dan faktor material alat potong, proses pemotongan serta beberapa faktor lainnya.

Berdasarkan pengamatan dan pengalaman di lapangan, kebanyakan para operator kurang memahami pentingnya ketepatan ukuran alat pemotong atau ketelitian kelonggaran ukuran antara pons dengan cetakan, tanpa menyadari adanya pengaruh material alat potong dan material benda produk, ketebalan material yang hendak dipotong/diproduksi.

Untuk menentukan ukuran-ukuran pons dan cetakan, tidak cukup hanya memperkirakan berdasarkan pengalaman serta keterbatasan pengetahuan semata. Hal ini harus benar-benar dipahami dan membutuhkan pengetahuan yang diperoleh dari literatur maupun pengembangan penelitian yang dilakukan.

Meskipun pons dan cetakan dikerjakan secara terpisah dengan menggunakan mesin dan orang yang berbeda namun bila dikerjakan berdasarkan kemampuan dan penguasaan pengetahuan yang memadai maka produk yang dihasilkan dari hasil pemotongan pons dan cetakan diperoleh hasil yang baik.

Perbedaan ukuran antara pons dan cetakan (clearance) tergantung pada ketebalan dan bahan/material produk yang dibentuk. Bahan yang dibentuk dari pelat lembaran yang dirol dan mempunyai ketebalan tertentu, kemudian pons memotong dan menekan bahan pelat tersebut yang terletak di atas cetakan. Proses pembuatannya disebut blanking dan hasil pemotongan tersebut merupakan produk yang dinamakan blank.

Bila perbedaan ukuran antara pons dan cetakan (clearance) tidak sesuai maka hasil pemotongan yang dilakukan oleh kedua pemotong tersebut akan menghasilkan produk yang kurang baik. Maksudnya adalah hasil produk dipastikan cenderung cacat bentuk, ukurannya tidak sesuai dengan yang diinginkan dan bagian sisinya terdapat serpihan yang tajaman.

Menurut Lange K., [3] ketelitian benda kerja menjadi karakter yang dapat menentukan agar tidak melakukan beberapa kesalahan, hal ini digambarkan pada faktor efek dari kesalahan saat melakukan proses pemotongan benda kerja atau pembentukan koin (Gambar 1.1).

Material Tool Process Machine

Dimensional Error

Positional Error

Form Error

Gambar 1.1 dapat dijelaskan bahwa pada diagram bagian atas yang masing- masing bertuliskan Material, Tool, Process dan Machine disebut dengan penyebab kesalahan, sedangkan pada diagram bagian bawah yang masing-masing bertuliskan

Dimensional Error, Positional Error dan Form Error disebut dengan faktor efek kesalahan atau hal yang dapat menimbulkan kesalahan. Jadi ada tiga faktor kesalahan pada proses pembentukan/pemotongan koin, penjelasannya dapat dilihat sebagai berikut.

1. Kesalahan dimensi (dimensional error) pada koin, penyebab kesalahan adalah pada alat potong (tool) dan proses (process), dijelaskan sebagai berikut:

a. Alat potong pons dan cetakan harus mempunyai perbedaan ukuran (clearance) yang sesuai. Hal ini akan menjamin kesalahan ukuran/dimensi pada koin atau benda kerja akan dapat dihindari.

b. Proses pengerjaan harus betul-betul sesuai dengan prosedur pengerjaan yang benar. Hal ini akan dapat memberikan suatu hasil yang benar-benar baik terhadap ukuran/dimensi koin.

2. Kesalahan posisi (positional error), penyebab kesalahan adalah pada alat potong (tool), proses (process) dan mesin(machine) yang digunakan, dijelaskan sebagai berikut:

a. Kesalahan posisi pada koin adalah ketidaksimetrisan/kebulatan bentuk atau terjadinya pergeseran titik sumbu pada koin. Hal ini dapat terjadi bila alat potong pons maupun cetakan yang tidak mempunyai satu

kesumbuan. Maka pada waktu proses pembuatan alat potong hal ini betul-betul harus diperhatikan.

b. Proses pengerjaan juga harus betul-betul sesuai dengan prosedur pengerjaan yang benar.

c. Mesin yang digunakan pada proses pemotongan juga akan

mempengaruhi timbulnya kesalahan posisi pada pembentukan koin. Sebab setiap mesin mempunyai karakter dan unjuk kerja yang berbeda pada pelaksanaan pembuatan koin.

3. Kesalahan bentuk (form error), penyebab kesalahan adalah material dan alat potong (tool), dijelaskan sebagai berikut:

a. Setiap material mempunyai karaktristik struktur, sifat dan kekerasan yang berbeda. Oleh sebab itu untuk membuat koin dengan ukuran yang sama dan material yang berbeda, maka ukuran maupun kelonggaran antara pons dan cetakan juga akan berbeda.

b. Alat potong yang baik untuk pembentukan koin harus mempunyai ukuran dan bentuk yang sesuai dengan yang diinginkan. Namun ketajaman alat potong juga dapat mempengaruhi bentuk hasil produk koin. Alat potong yang sudah tidak tajam (tumpul) cenderung membuat ukuran dan bentuk koin akan menyimpang.

Proses pemotongan produk harus benar-benar diperhatikan agar mendapatkan hasil yang sebaik-baiknya. Menurut Brolund T., [4] pada artikelnya Determining Punch Problems, dituliskan setidak-tidaknya ada beberapa hal yang paling utama

harus diketahui oleh orang-orang yang berkecimpung dalam bidang proses pemotongan menggunakan pons dan cetakan agar mendapatkan hasil yang lebih baik, satu di antaranya adalah masalah kelonggaran cetakan (clearance dies), yaitu menentukan besar kelonggaran antara pons dan cetakan dengan tepat atau cocok.

Direkomendasikan oleh Baeumler F., [5] sebelum melakukan pemilihan ukuran dan bentuk pemotong yang sesungguhnya, terlebih dahulu melakukan pememilihan variasi ukuran yang tepat, menentukan kualitas yang terbaik dari bagian bahan produk, menentukan usia alat potong (long tool life) dan menyeleksi kelonggaran cetakan (clearance dies).

Menurut Kalpakjian S., [6] ada beberapa variabel umum agar dapat menghasikan suatu produk yang baik, pemotongan dengan pons dan cetakan harus memepertimbangkan: (1) besar gaya pemotongan (punch force), (2) kecepatan gerak pons (punch speed), (3) pelumasan pada proses pemotongan (lubrication), (4) kondisi permukaan material (surface condition), (5) material pons dan cetakan (material of the punch and dies), (6) radius sudut pons dan cetakan (corner radii), dan (7) kelonggaran antara pons dan cetakan (clearance).

Bahan koin pada penelitian ini adalah lembaran pelat aluminium yang mempunyai ketebalan tertentu, disesuaikan dengan kemampuan peralatan impak benda jatuh bebas yang digunakan untuk melakukan proses pembuatannya. Jenis bahan yang dipakai disesuaikan dengan bahan pelat aluminium hasil pengerolan yang ada di pasaran. Besar kekuatan tariknya harus diketahui satu di antaranya dengan cara pengujian material di laboratorium.

Dari berbagai penjelasan dan temuan di atas , faktor yang sangat penting untuk memperoleh hasil pemotongan yang baik, dan menjaga agar usia pakai alat potong yang lebih lama selain tergantung pada kualitas bahan/material alat potong, jenis material yang dipotong, adalah masalah perbedaan ukuran atau kelonggaran pada pasangan pons dan cetakan.

Untuk menentukan kualitas material dapat dilakukan dengan cara memilih material yang sesuai antara material bahan alat potong dan material benda yang diproduksi, tetapi untuk menentukan ukuran paling optimal, ukuran yang cocok atau perbedaan antara ukuran pons dan cetakan harus melalui ketentuan yang telah direkomendasikan oleh pakar atau dengan perhitungan yang berpedoman pada ketentuan-ketentuan teori, rumus-rumus yang telah ditetapkan serta perbedaan ukuran antara pons dan cetakan yang disebut dengan kelonggaran (clearance).

Berdasarkan penjelasan-penjelasan di atas maka peneliti ingin mencoba dan melakukan proses pembuatan koin dengan menggunakan beban impak kecepatan yang lebih tinggi dari kecepatan pada press tool yaitu dengan memakai uji Standar Jepang JIS maupun Standar Nasional Indonesia (SNI) [7] yaitu benda jatuh bebas dari ketinggian maksimum (h) antara 2 s.d 3 meter. Dengan demikian kecepatan benda hanya pada v= 2gh atau sekitar 7 m/s. Massa benda jatuh bebas harus ditentukan agar dapat memberikan besar gaya yang dibutuhkan untuk melakukan proses pemotongan. Pada penelitian ini dirancang tinggi jatuh benda antara 0,5 s.d 2,5 meter, atau dengan kecepatan antara 3,13 s.d 7,0 m/s.

1.2. Perumusan Masalah

Mendapatkan suatu produk koin aluminium yang baik di antaranya ditentukan oleh ketepatan kelonggaran antara pons dan cetakan, besar gaya minimum yang dibutuhkan untuk melakukan impak terhadap material produk, jarak ketinggian minimum benda jatuh bebas sehingga mempengaruhi kecepatan pemotongan terhadap benda kerja, ketepatan/kelurusan sumbu pons terhadap cetakan, keausan pons dan cetakan maka bertitik tolak dari uraian masalah di atas, dibutuhkan beberapa langkah pokok untuk membantu kelancaran penelitian ini yaitu, sebagai berikut:

1. Membuat peralatan berupa konstruksi tempat jatuhnya benda jatuh bebas, serta membuat perangkat tempat dudukan pons dan cetakan yang disesuaikan dengan beban yang diberikan dan kondisi benda jatuh bebas. 2. Membuat beberapa buah pons dengan berbagai ukuran sesuai dengan

ketentuan-ketentuan kelonggaran berdasarkan rekomendasi para pakar dan literatur, serta membuat sebuah cetakan dengan ukuran dan bahan yang ditetapkan.

3. Menentukan variasi massa beban dan variasi ketinggian benda jatuh bebas dengan melakukan perhitungan hingga batas pons dan cetakan dapat melakukan pemotongan dengan baik.

4. Melakukan penyetingan (set-up) pons dan cetakan setepat-tepatnya yaitu sesumbu pada saat pengoperasinnya.

5. Melakukan pengujian terhadap bahan pelat aluminium dengan mesin uji kekuatan tarik guna mendapatkan data tegangan tarik bahan aluminium. 6. Membuat koin-koin menggunakan pons-pons dan cetakan dengan variasi

beban dan ketinggian benda jatuh bebas.

7. Melakukan pengujian terhadap beban sesungguhnya yang terjadi dengan menggunakan alat load cell.

1.3. Tujuan Penelitian 1.3.1. Tujuan umum

Tujuan umum dari penelitian ini adalah untuk mendapatkan suatu hasil proses pembuatan koin aluminium menggunakan variasi beban impak dan ketinggian

dengan benda jatuh bebas. 1.3.2. Tujuan khusus

1. Memperoleh hasil tentang pengaruh besarnya kelonggaran (clearance) antara pons dan cetakan yang optimal dari hasil analisis data pembuatan koin aluminium, untuk mendapatkan ukuran produk yang baik dan sesuai dengan batas toleransi yang diijinkan.

2. Memperoleh hasil akibat adanya pengaruh massa dan tinggi beban benda jatuh bebas, untuk pembuatan koin dari bahan aluminium.

3. Memperoleh hasil pengukuran dengan load cell, besarnya gaya impak akibat variasi massa dan ketinggian benda jatuh bebas.

1.4. Manfaat Penelitian

Penelitian ini nantinya diharapkan merupakan suatu upaya nyata pihak perguruan tinggi, khususnya lembaga penelitian dalam memberikan informasi tentang proses pembuatan dengan menggunakan pons dan cetakan untuk mengerjakan suatu produk dengan ukuran dan bentuk yang presisi dan berkualitas.

Adapun hasil penelitian ini diharapkan bermanfaat bagi:

1. Para pelaku perancang, pembuat dan pengguna pons dan cetakan, agar dapat memahami berapa besar kelonggaran (clearance) antara pons dan cetakan yang optimal, serta pengaruh beban dan jarak benda jatuh bebas. 2. Memberi informasi tentang upaya yang dilakukan untuk memperoleh

keberhasilan mendapatkan ukuran dan bentuk koin aluminium dengan menggunakan beban impak benda jatuh bebas.

3. Para praktisi dan ahli teknik manufaktur serta mahasiswa lainnya yang ingin mengembangkan hasil penelitian ini serta dapat dijadikan sebagai pembanding dalam pembahasan pada topik yang sama.

BAB 2

TINJAUAN PUSTAKA

2.1. Proses Pembentukan pada Lembaran Metal

Bentuk produk dengan proses pembentukan pada lembaran metal ( sheet-metal) sangat banyak pemakainnya di lapangan, di antaranya adalah perlengkapan-perlengkapan lemari dan meja perkantoran, lemari kabinet, bodi dan karoseri mobil, bagian-bagian bidang perkapalan, alat-alat rumah tangga, hingga pemakaian peralatan perlengkapan pada pesawat terbang, dan lain sebagainya.

Dasar pembentukan lembaran metal adalah beracu pada bentuk bulat berupa lempengan koin. Bentuk ini adalah yang paling sederhana, gampang diukur dan diamati. Selanjutnya pembuatan pons dan cetakannya pun tidak terlalu sulit dan dapat dikerjakan pada mesin konvensional maupun non-konvensional. Hasil penelitian bentuk koin dapat dijadikan dasar pertimbangan untuk bentuk lainnnya.

Pembentukan lempengan koin diawali dari pemilihan lembaran metal dalam hal ini lembaran pelat yang dirol. Kemudian dilakukan pemotongan atau pengguntingan (shearing) dengan proses blanking yang dilengkapi dengan alat pemotong pons (punch) dan cetakan (dies) yang mempunyai bentuk bulat. Terakhir untuk mendapatkan hasil produk yang lebih baik dilakukan pembersihan pada sisi produk yang disebut dengan deburring.

Secara umum menurut Kalpakjian S., [8] proses pembentukan pada lembaran metal ingin dijadikan produk, dapat dilihat pada Gambar 2.1.

Punching Blanking Fine blanking Stamping Embosing Punching Fine blanking Stamping Embosing Bending Roll forming Stretch forming Deep drawing Rubber forming Spinning Superflastic forming Peen forming Explosive forming Magnetic-pulse forming Blanking Bending Roll forming Stretch forming Deep drawing Rubber forming Spinning Superflastic forming Peen forming Explosive forming Magnetic-pulse forming Sheet Plate Sheet Plate Shearing Slitting Cutting Sawing Shearing Deburring Slitting Cutting Sawing Cleaning Coating Deburring Cleaning Coating Rolling

Punches, dies (compound, progresive, transfer)

Gambar 2.1 Denah Proses Pembentukan pada Lembaran Metal

2.2. Operasi Pemotongan

Pemotongan lembaran pelat disesuaikan dengan aksi pemotongan antara dua buah mata pisau pemotong. Aksi pemotongan ada empat tahapan [9] Gambar 2.2.

Langkah awal dijelaskan bahwa pons (punch) merupakan mata pisau bagian atas. (1) Sebelum pons menyentuh lembaran pelat (benda kerja) di mana kecepatan pons bergerak dengan kecepatan v = 0 tanpa beban; (2) Pons mulai menuyusup masuk ke permukaan menuju cetakan bergerak dengan kecepatan v1 dengan gaya F, maka pisau bagian dalam (die) yang diam menahan tekanan pons terhadap benda kerja kerja maka terjadilah deformasi plastis pada benda kerja; (3) Seterusnya

Gambar 2.2 Proses Pemotongan Lembaran Pelat Antara Dua Mata Pisau

pons terus bergerak menekan dan menyusup ke benda kerja, maka bagian ini akan diperoleh permukaan pemotongan yang lebih halus. Secara umum daerah penyusupan diperkirakan sebesar 1/3 tebal lembaran benda kerja; (4) Bila penekanan diteruskan terhadap benda kerja maka akan terjadi keretakan (fracture) terhadap sisi pemotongan benda kerja. Jika kelonggaran (clearance) antara pons dengan cetakan ditentukan secara tepat dan benar maka dua garis keretakan akan bertemu, hasil pemisahan kedua benda relatif lebih bersih, atau hanya sedikit sekali terdapat bagian yang tajam pada hasil pemotongan.

Pada Gambar 2.3 diperlihatkan karakteristik keretakan pada hasil pemotongan pada bagian produk yang terbentuk oleh hasil pemotongan pembuatan koin.

Pada bagian bawah permukaan benda kerja dari hasil pemotongan akan membentuk radius dan daerah ini disebut dengan rollover atau disebut juga dengan

Gambar 2.3 Karakteristik Sisi Hasil Pembuatan Koin

permukaan pelat/benda kerja terhadap cetakan sehingga terjadi perubahan bentuk terhadap permukaan yang disebut dengan deformasi plastis. Menurut Lange K., [3] bentuk ini dipengaruhi oleh, (a) jenis material, (b) kelonggaran blank, dan (c) ketajaman & bentuk permukaan pons. Bagian atas rollover terbentuk hasil pemotongan yang lebih halus, daerah ini disebut burrnish atau smooth-sheared. Ini dihasilkan karena menuyusupnya pelat terhadap cetakan akibat penekanan pons, dan masih mampu ditahan oleh cetakan (pisau bagian bawah) sehingga terjadi penyayatan/pemotongan bukan karena retak atau dengan kata lain pons mampu menyusup ke benda kerja sebelum terjadi keretakan pada benda kerja. Selanjutnya pada bagian atas burrnish disebut dengan daerah fractured, pada daerah ini terdapat bagian sisi pemotongan yang relatif kasar. Bagian ini tidak terdapat hasil pemotongan namun terpisahnya atau lepasnya benda ini adalah akibat adaya pengaruh tekanan sehingga terjadilah pergeseran akibat adanya keretakan. Pada sisi bagian atas koin hasil pemotongan atau permukaan yang menyentuh pons disebut

burr yang merupakan sisi tajam yang menonjol. Terbentuknya burr dan besar ketinggiannya (burr height) ditentukan oleh faktor material produk dan ketajaman

alat potong (tools) [3], dan juga dipengaruhi oleh akibat keausan pada alat potong (tool edges wear) dan kelonggaran antara pons dengan cetakan yang tepat (optimum clearance) [9].

Kelonggaran yang besar menimbulkan deformasi plastis yang lebih besar, sehingga menimbulkan pemisahan yang lambat dan akan menimbulkan pembentukan burr akibat ditarik oleh bagian permukaan sisi pons. Oleh sebab itu terbentuknya burr dapat dihindari dengan menentukan besar kelonggaran antara pons dan cetakan, besar kedalaman penyusupan dengan benar, besar keretakan sama dengan besar kelonggaran.

Kelengkapan terjadinya proses pengguntingan/pemotongan, maka komponen-komponen gaya pada operasi pengguntingan dapat dilihat pada Gambar 2.4

Gambar 2.4 Komponen Gaya Proses Pemotongan

Gaya Fv dan F v beraksi pada jarak yang pendek dekat dengan sisi potong, hal ini disebabkan oleh adanya distribusi tegangan kompresi yang tidak beraturan

sepanjang daerah mata pisau. Jarak L dihasilkan oleh suatu gaya yang menyebabkan momen bengkok atau perubahan sudut pada benda kerja. Reaksi momen menyebabkan momen perlawanan bengkok menghasilkan bengkokan dan tegangan normal horizontal (stress normal horizontal/SNH) pada benda kerja dan alat potong. SNH dapat digantikan oleh gaya resultan FH dan FH Gaya horizontal tambahan akan timbul bila alat potong tidak mempunyai sudut potong 90° atau ketika permukaan benda kerja tidak tegak lurus terhadap arah permukaan pelat.

Sebagai tambahan gaya-gaya di atas gaya-gaya gesek juga bereaksi pada alat potong. Gaya-gaya horizontal FH dan FH menyebabkan gaya-gaya gesek pada sisi permukaan dari alat potong dinamakan µFH dan µFH. Gaya potong yang terdapat pada permukaan material di permukaan alat potong menyebabkan alat potong gaya-gaya gesek µFH dan µFH.

Penyelidikan yang lebih jauh menunjukkan tidak adanya hubungan antara distribusi gaya-gaya horizontal dengan vertical. Hal ini dikenal dengan FH dan FV yang parameternya bervariasi pada proses pemotongan.

2.3. Gaya Pemotongan (Cutting Forces)

Perhitungan untuk menentukan gaya pemotongan yang dibutuhkan untuk melakukan pemotongan terhadap satu buah produk dengan bahan tertentu sangatlah penting. Maka untuk menentukan gaya F pada pemotongan pelat menurut Groover M.P., [10] dapat ditentukan sebagai berikut:

F =S.t.L (N) (2.1) Dimana : F = gaya potong (N)

S = tegangan geser pelat (MPa) t = ketebalan pelat (mm)

L= panjang daerah yang dipotong (mm)

Bila tegangan geser tidak diketahui dan yang diketahui hanya tegangan tarik pelat, maka :

F =0,7.TS.t.L (mm) (2.2) di mana: TS = tegangan tarik (MPa)

2.4. Proses Blanking

Proses pembuatan pelat logam berbentuk lempengan seperti koin disebut

blanking, yaitu satu di antara proses pemotongan yang menggunakan pons dan cetakan untuk menghasilkan benda kerja secara utuh dan seluruh sisinya terpotong secara serentak (Gambar 2.5). Sedangkan blank adalah produk hasil pemotongan yang terpakai dan dihasilkan dari salah satu proses pemotongan tunggal dengan seluruh bentuk kontur terpotong secara utuh (Gambar 2.6) atau hasil dari pemotongan bertahap dengan alat bantu press tool.

Menurut Amstead B.H., etl [11] blanking adalah operasi memotong luasan datar menjadi suatu bentuk yang diinginkan dan biasanya merupakan tingkat awal

dalam sederetan operasi. Dalam hal ini pons harus datar dan cetakan harus diberi suatu sudut pemotongan sehingga bagian yang diselesaikan akan datar pula.

Kedua permukaan pons dan cetakan memang harus datar sehingga tak dapat dipungkiri untuk pembuatan koin dengan proses blanking membutuhkan tenaga yang lebih besar atau maksimum bila dibandingkan dengan proses piercing, yaitu proses yang membutuhkan lubang sebagai hasil produk.

Keterangan: 1. Pons (punch)

2. Pelat penjepit cetakan (dies)

3. Pelat lembaran logam 4. Cetakan (dies)

5. Hasil produk koin (blanking piece)

Gambar 2.5 Proses Blanking Pembentukan Produk Koin

2.5. Koin Aluminium

Menurut kamus teknik dan kamus Inggris bahwa koin (coin) mempunyai arti adalah mata uang atau uang logam, bentuk penampangnya relatif bulat dan tipis. Pada penelitian ini koin aluminium yang dimaksud adalah suatu benda berbetuk lempengan bulat tipis hasil pemotongan yang dilakukan pons dan cetakan (lihat Gambar 2.7).

Gambar 2.7 Koin Aluminium

Koin dirancang dari bahan aluminium, dan sifat yang paling menonjol adalah lunak, tahan terhadap korosi dan ringan. Oleh sebab itu proses pembuatan bahan ini untuk dijadikan bentuk koin tidak memerlukan beban yang terlalu besar bila dibandingkan dengan jenis logam lainnya.

Keberadaan aluminium di lapangan mulai dari bentuk penampang bulat, segi

empat maupun bentuk profil lainnya, ada juga dalam bentuk pelat lembaran dengan ketebalan yang bervariasi. Pada umumnya aluminium yang berbentuk lembaran

dihasilkan dari proses pengerolan [12], mempunyai massa jenis 2,7 gr/cm3 dengan

Koin aluminium yang bentuknya bulat tipis atau pipih, merupakan bentuk dasar untuk menentukan bentuk-bentuk lainnya seperti bulat lonjong, segi empat, bentuk tak beraturan, bentuk kompleks, dll.

Hasil produk atau benda kerja yang diproduksi pada proses blanking selain bentuk koin adalah berupa lempengan pelat berbagai bentuk (Gambar 2.8 (a) s.d (j).

Gambar 2.8 Contoh Hasil Proses Blank

2.6. Ukuran Koin

Pada pembuatan lempengan logam (koin) dengan proses blanking, ukurannya beracu pada ukuran cetakan, sedang ukuran pons menyesuaikan sesuai dengan besar kelonggaran yang diberikan [2]. Misalnya dikehendaki suatu koin berdiameter 22 mm maka diameter cetakan mempunyai ukuran yang sama dengan ukuran produk (koin). Sedang ukuran pons sedikit lebih kecil dari ukuran cetakan sebesar celah kelonggaran yang diberikan. Untuk mengukur produk dapat digunakan mikrometer luar digital (out side micrometer) dengan ketelitian 0,001 mm.

Bentuk koin tergantung pada bentuk pons dan cetakan. Bentuk pons dan cetakan tergantung pada kebutuhan penggunaannya. Untuk membuat pons dan cetakan yang berbentuk sederhana dapat dikerjakan dengan mesin perkakas biasa, misalnya mesin bubut, mesin bor dan pengerjaan akhirnya dilakukan pada mesin gerinda. Tetapi untuk bentuk-bentuk yang lebih rumit atau lebih kompleks maka harus pula dikerjakan pada mesin-mesin non-konvensional, seperti EDM, Wire Cutting, LBM, dan sebagainya.

Untuk menentukan kualitas koin bila dilihat dari bentuk dan ukuran sangat ditentukan oleh hasil pembuatan pons dan cetakan, serta perbedaan ukuran yang sesuai antara pons dan cetakan (clearance), oleh sebab itu proses pembuatannya harus benar-benar dilakukan dengan teliti dan ukurannya presisi.

2.7. Diameter Pons dan Cetakan

Setelah diketahui dan ditentukannya berapa besar kelonggaran antara pons dengan cetakan, maka dapat pula ditentukan besar diameter pons dan cetakan. Menurut Groover M.P., [10] untuk proses blanking diameter pons harus lebih kecil dari diameter cetakan, besarnya adalah diameter cetakan dikurangi dengan jumlah dua sisi kelonggarannya. Hal ini dapat diilustrasikan pada Gambar 2.9.

Bentuk diameter pons dan cetakan juga sangat menentukan hasil poduk. Produk koin aluminium dibentuk oleh pons dan cetakan yang kedua alat tersebut harus betul-betul silindris. Kesilindrisan kedua alat ini sangat ditentukan oleh proses

pembuatan dan pengerjaannya pada mesin perkakas. Oleh sebab itu hal ini harus betul-betul diperhatikan.

Gambar 2.9 menjelaskan tentang diameter pons, cetakan dan kelonggarannya dan juga dijelaskan istilah-istiah yang digunakan di dalamnya.

Gambar 2.9 Diameter Pons, Cetakan dan Kelonggarannya

Menentukan diameter pons (blanking punch) adalah:

Dh=Db−2c (mm) (2.3) Dimana : Dh = diameter pons (punch size) (mm)

Db = diameter cetakan (die size) (mm)

c = kelonggaran antara pons dengan cetakan (mm)

2.8. Kelonggaran ( Clearance)

Kelonggaran atau clearance adalah suatu ukuran antara sisi potong pons dengan sisi potong cetakan. Menurut Budiarto [2] ada beberapa fungsi kelonggaran (clearance) di antaranya adalah:

1. Mencegah terjadinya gesekan antara pons dan cetakan saat operasi pemotongan, gesekan semakin besar bila kelonggaran antara pons dengan cetakan terlalu kecil dan sebaliknya. Gesekan kecil bila kelonggaran besar.

2. Menentukan kualitas sisi potong yang diharapkan, kelonggaran yang lebih kecil menghasilkan hasil yang lebih halus dan lebih baik.

3. Menentukan ketepatan toleransi produk hasil yang diperoleh, kelonggaran yang lebih kecil dan membentuk beberapa toleransi produk yang lebih baik.

4. Berpengaruh terhadap burr (Gambar 2.3) yang terjadi beralur lebih kecil bila kelonggaran lebih kecil.

Kelonggaran (clearance) diklasifikasikan ke dalam tiga bagian besar, yaitu: 1. Excesive clearance (kasar).

a. Kelonggaran antara pons dan cetakan relatif besar membentuk burr

yang besar,

b. Bibir pelat pada permukaan yang terpotong membentuk radius cukup besar,

c. Permukaan bawah bibir blank/sekrap membentuk radius, d. Penetrasi pemotongan kecil.

2. Proper Clearance (normal)

a. Kelonggaran antara pons dan cetakan normal atau medium, b. Bentuk burr relatif kecil,

c. Radius pada bibir pelat terpotong relatif kecil, d. Penetrasi pemotongan dapat mencapai ½ tebal plat.

3. Insufficient Clearance (halus) a. Kelonggaran relatif kecil,

b. Membentuk dua bidang sisi potongan pada patahan, c. Burr sangat kecil,

d. Tahanan pemotongan lebih besar.

Ada beberapa rekomendasi dari beberapa pakar dan literatur untuk menentukan besar kelonggaran antara pons dan cetakan untuk bahan logam khususnya aluminium. Dari beberapa rekomendasi inilah peneliti akan merealisasikannya dalam menentukan ukuran pons dan cetakan. Untuk memperjelas maksud di atas, maka uraiannya dapat dilihat berikut ini:

(1) Groover M.P., [10], menetapkan kelonggaran sebagai berikut:

t a

c= . (mm) (2.4) di mana : c = kelonggaran (clearance) (mm)

a = konstanta , harganya dapat dilihat pada Tabel 2.1 t = tebal bahan koin (mm)

Tabel 2.1 Kelonggaran Pons dan Cetakan untuk Beberapa Bahan Metal Group a

11005 and 50, 25 Aluminum alloys , All Tempers 0,045 21245 and 6061 ST Alloys, brass all tempers,

solf cold rolled steel, stainless steel 0,060 Cold rolled steel, half hard, stainless steel half hard and full hard 0,075 Sumber: Groover M.P., 2002, Fundamentals of Modern Manufacturing, p.439

(2) Kalpakjian S., [6], menetapkan kelonggarannya secara umum adalah, 2 s.d 10 % dari ketebalan pelat yang dipotong. Untuk pemotongan yang halus (fine blanking) 1 % dari tebal pelat (untuk kecepatan pons yang rendah/slow punching speeds).

(3) Sckey J.A., [9], menetapkan kelonggaran yang dianjurkan adalah sebesar 0,04 s.d 0,12 h, h adalah ketebalan dari material yang dipotong.

(4) Luchsinger H.R., [13] secara umum untuk menentukan kelonggaran (C) antara pons dengan cetakan adalah sebagai berikut.

a. Untuk ketebalan pelat s ≤ 3 mm

C =k.s T_B (mm) (2.5) b. Untuk ketebalan pelat s ≥ 3 mm

C =(1,5.k.s−0,015) TB (mm) (2.6)

Dimana : k = konstanta

0,005 untuk permukaan halus 0,010 untuk permukaan normal 0,035 untuk permukaan kasar

s = tebal pelat yang dipotong (mm)

TB = tegangan geser (shear stress) bahan (kg/mm2) TB = 0,8 tegangan tarik bahan (kg/mm2)

(5) Alamsyah A., [14] untuk menentukan kelonggaran direkomendasikan berdasarkan Tabel 2.2.

Tabel 2.2 Rekomendasi Kelonggaran (Clearance) (% x tebal pelat) Jenis Material Kekuatan Material ( kg/mm2) % x Tebal Pelat Mild Steel > 25 2 s.d 3 Mild Steel 25 s.d 40 3 s.d 5 Steel 40 s.d 80 5 s.d 9 Al, Brass, Copper - 2 s.d 4 Sumber: Alamsyah A., 1993 Pemilihan baja perkakas dan perlakuan panasnya\

(6) Sharma P.C., [15] kelonggaran pons dan cetakan untuk beberapa macam metal adalah C = % x tebal pelat atau % x t, (lihat Tabel 2.3).

Tabel 2.3 Rekomendasi Kelonggaran Menurut Sharma P.C

Jenis Material Kelonggaran C = % x tebal Pelat Brass 5

Soft Steel 5 Medium Steel 6 Hard Steel 7 Aluminum 10

Sumber: Sharma P.C., 2003, Production Engineering, S. Chand & Company LTD. Ram Nagar, New Delhi – 110 055.

(7) Sharma P.C., juga menentukan kelonggaran dengan melakukan perhitungan memakai rumus :

c=0,0032.t τg (mm) (2.7) di mana: c = kelonggaran (mm)

t = tebal pelat (material) (mm) τg = tegangan geser material (kg/mm2)

2.9. Benda Jatuh Bebas

Sebuah benda jatuh bebas dari keadaan mula berhenti mengalami pertambahan kecepatan selama benda tersebut jatuh. Jika benda jatuh ke bumi dari ketinggian tertentu relatif kecil dibandingkan dengan jari-jari bumi, maka benda mengalami pertambahan kecepatan dengan harga yang sama setiap detik. Hal ini berarti bahwa percepatan ke bawah benda bertambah dengan harga yang sama jika sebuah benda ditembakkan ke atas kecepatannya berkurang dengan harga yang sama setiap detik dan perlambatan ke atasnya seragam.

Menurut Khurmi R.S., [16] untuk menentukan kecepatan benda jatuh setiap detik akan diperoleh harga pendekatan seperti terlihat pada Tabel 2.4.

Tabel 2.4 Waktu dan Kecepatan Benda Jatuh

Waktu t

(s) 0 1 2 3 4 5

Kecepatan

v (m/s) 0 9,8 19,6 29,4 39,2 49

Grafik v – t yang sesuai dengan tabel tersebut di atas ditunjukkan pada Gambar 2.10 merupakan sebuah garis lurus sehingga percepatan seragam dan sama dengan:

(

2

8 , 9 5

0 49

s m t

v v _o

= − =

−

₎

(2.8)

Jika tahanan udara diabaikan gerakan benda jatuh bebas dapat dihitung dengan percepatan seragam melintas sebuah garis lurus, asalkan percepatan diganti dengan percepatan gravitasi g

1. Untuk gerakan ke bawah a = + g (percepatan) 2. Untuk gerakan ke atas a = - g (perlambatan).

Percepatan gravitasi g dapat dipandang sebagai sebuah vektor dengan arah menuju ke pusat bumi dengan demikian tegak ke bawah.

2.10. Gerak Lurus

Perpindahan adalah perubahan kedudukan. Hal ini merupakan besaran vektor mencakup jarak dan arah. Kecepatan adalah laju perubahan kedudukan terhadap waktu. Hal ini juga merupakan besaran vektor mencakup jarak, arah dan waktu. Kecepatan seragam memiliki partikel yang bergerak dengan kecepatan konstan pada lintasan lurus atau dimiliki partikel yang melintasi perpindahan yang sama dalam selang waktu yang sama berturut-turut tidak perduli betapa kecilnya selang waktu.

Percepatan seragam dimiliki partikel yang mengalami perubahan kecepatan yang sama dalam selang waktu yang sama berturut-turut tidak perduli betapa kecilnya selang waktu. Satuan perpindahan diukur dalam meter [m], kecepatan diukur dalam meter per detik [m/s], percepatan diukur dalam meter per detik kwadrat [m/s2], persamaan gerakan lurus percepatan seragam. Penjelasannya dapat dilihat pada Gambar 2.11.

Katakan v0 kecepatan awal, v kecepatan akhir, a percepatan, t waktu dan s perpindahan kecepatan pertengahan = perpindahan/waktu.

Gambar 2.11 Diagram Kecepatan – Waktu

Perpindahan digambarkan dengan luas daerah di bawah grafik kecepatan

waktu a

t v

= Δ

Δ _{; t}

t v v v

Δ Δ +

= 0 ; ∴v =v0 +at

Penggantian (v0 + at) untuk v di dalam persamaan (1),

2 0

2 1

at t

v

Penggantian a

v v− ₀

untuk t di dalam persamaan (1),

as v

v2 = ₀2 +2 Bila v₀ = 0, maka : v2 =0+2as

as v= 2

Untuk jatuh bebas maka a = g dan s = h , sehingga :

v= 2gh (2.9) Di mana : v = kecepatan benda jatuh (m/s)

g = gravitasi (m/s2)

h = ketinggian jatuh benda (m).

2.11. Gerakan di Bawah Pengaruh Gravitasi

Sebuah benda tidak dapat jatuh bebas kecuali di dalam ruang hampa sempurna. Ketika jatuh melintasi sebuah benda mengalami tahanan udara yang tergantung pada ukuran, bentuk dan kecepatan benda jatuh.

Percepatan sebuah benda jatuh bebas tergantung pada jarak ketinggian benda kerja dari pusat bumi. Bagaimanapun, ketika sebuah benda cukup padat jatuh dengan kecepatan sedang, boleh dianggap benda mengalami percepatan gravitasi seragam. Seperti yang telah dijelaskan di atas (2.9), secara umum para ilmuwan mengambil harga percepatan gravitasi g = 9,81 [m/s2].

2.12. Momentum Sebuah benda bergerak dikatakan mempunyai momentum yang dinyatakan

dengan hasil kali massa benda dengan kecepatan benda. Momentum = massa x kecepatan.

M =m.v ( kg. m/s) (2.10) Di mana M = momentum (kg. m/s)

m = massa (kg)

v = kecepatan benda bergerak (m/s)

2.13. Impuls

Impuls sebuah gaya konstan adalah hasil kali gaya dengan selang waktu yang diperlukan gaya bekerja, dituliskan dengan rumus:

I =F.t (2.11) Karena gaya = laju perubahan momentum terhadap waktu = perubahan momentum dibagi dengan selang waktu yang diperlukan, atau dengan rumus:

t v m

F = . (2.12) Maka impuls = perubahan momentum

I =F.t=m.v (kg. m/s) (2.13) Di mana: m = massa (kg)

2.14. Energi

Energi didefinisikan sebagai kesanggupan untuk melakukan kerja. Prinsip kekekalan energi menyatakan bahwa energi tidak dapat diciptakan atau dirusakkan (dimusnakan). Dalam hal ini terdapat dua bentuk energi mekanik, yaitu:

1. Energi potensial (Ep), yaitu energi yang dapat dimiliki benda berdasarkan kedudukan benda. Benda mempunyai energi berdasakan massa dan posisi (tinggi) benda. Besarannya dapat ditentukan dengan rumus:

E_P =m.g.h (2.14) di mana: Ep = energi potensial (joule)

m = massa benda (kg) g = gaya gravitasi (m/s2)

h = kedudukan/ ketinggian benda (m)

2. Energi kinetik (Ek), yaitu energi yang dapat dimiliki benda berdasarkan gerakan benda. Adanya pergerakan benda dari kecepatan awal vo ke kecepatan perubah v1. Besarannya dapat ditentukan dengan rumus:

2

. 2 1

v m

Ek = (2.15) di mana: Ek = energi kinetik (joule)

m = massa benda (kg)

2.15. Aplikasi Proses Pembuatan Koin Aluminium dengan Beban Impak Benda Jatuh Bebas

Proses pembuatan koin yang lazim dilakukan dengan alat penekan (press tools) dilengkapi dengan pons dan cetakan dengan menggunakan sistem tenaga manual, mekanis, pneumatik dan hidrolik. Tetapi dalam penelitian ini peralatan yang digunakan untuk mendapatkan besar gaya yang memotong pelat pada cetakan adalah dengan sistem benda yang dijatuhkan pada pons dengan gerakan jatuh bebas. Penjelasannya dapat dilihat pada penjelasan di Gambar 2.12.

Gambar 2.12 Proses Pembuatan Koin dengan Gaya Benda Jatuh Bebas

Sebelum benda m1 jatuh pada permukaan batang pons maka kecepatan awalnya adalah vo = 0. Bila m1 jatuh bebas maka kecepatannya yang akan mendorong pons tepat sebelum bertumbuk adalah v1 yang besarnya adalah:

v₁ = 2gh, di mana h adalah ketinggian benda jatuh.

2.16. Gaya yang Diserap Pelat

Gaya tahanan atau besar gaya yang diserap oleh pelat yang hendak dipotong menurut Khurmi R.S., [14] adalah:

F_t.h₂ =E_P +E_K (2.16)

2

h E E F P K

t + = 2 2 2 1/2 .

. . h v m h g m Ft +

= (2.17) Di mana : Ft = gaya yang diserap (N)

m = m1 = massa benda (kg)

h2 = tebal pemotongan (tebal pelat), (m) v = kecepatan benda jatuh (m/s)

Gaya Ft adalah besar gaya minimum yang akan digunakan untuk memotong pelat atau gaya Ft harus lebih besar dari gaya F (gaya yang dibutuhkan untuk memotong pelat). Agar Ft dapat dipenuhi maka bobot m1 harus dipenuhi pula.

2.17. Massa Benda Jatuh Bebas

Dari persamaan (2.17) di atas maka dapat ditentukan besar bobot atau massa benda jatuh bebas sebagai berikut:

₂

2 2

. 2 / 1 .

.

v h

g h F

m t

+

= (2.18)

2.18. Pengukuran Gaya Impak

Kemampuan suatu benda dalam menyerap energi impak diketahui dengan melakukan pengujian impak. Biasanya yang dilakukan pada pengujian ini, memukul spesimen dengan sebuah datum atau lengan pemberat. Pengujian seperti ini dikenal dengan metode charpy dan izod jenis ini tergolong pergerakan dengan kecepatan rendah. Ada juga yang dilakukan oleh Syam, B.[17] yaitu uji impak dengan kecepatan tinggi dan realisasinya telah membuat suatu alat uji impak yang dikenal dengan nama Kompak atau disebut juga dengan Air Gun Compressor yang mampu meluncurkan striker dengan kecepatan yang bervariasi dan mencapai lebih kurang 50 m/s. Peralatan ini dapat memberikan gambaran terhadap kenyataan di lapangan di mana benda jatuh dari ketinggian tertentu dengan kecepatan tinggi.

Pada penelitian ini untuk melakukan pengukuran besar gaya impak digunakan peralatan load cell yang dirancang dalam bentuk unit portable. Alat ini mampu mengukur langsung besar gaya impak ketika sebuah benda yang mempunyai bobot dan ketinggian tertentu jatuh dan menimpa atau menyentuh alat sensor. Besaran gaya impak terbaca langsung pada sebuah alat perekam data/pengkondisi sinyal dengan angka digital. Kemampuan pengukuran besar gaya impak alat ini hanya pada batas 30 kN. Gambar dan cara kerjanya dijelaskan pada Bab 3 (Metode Penelitian).

2.19. Kerangka Konsep

Hasil yang diperoleh dalam suatu penelitian dipengaruhi oleh variabel-variabel penelitian itu sendiri. Kerangka konsep dalam penelitian ini digambarkan seperti pada Gambar 2.13, dijelaskan permasalahannya adalah biasanya pembuatan koin aluminium secara massal dilakukan pemotongan dengan pons dan cetakan pada kecepatan rendah, dan proses pengerjaannya menggunakan sistem tenaga manual, mekanis, pneumatik dan hidrolik. Pada penelitian ini dicoba pembuatan koin dengan menggunakan kecepatan potong yang lebih tinggi dengan menggunakan beban impak benda jatuh bebas sesuai standar JIS atau SNI. Perangkat alat benda jatuh bebas yang konstruksinya disesuaikan dengan kebutuhannya. Pembuatan cetakan dan lima buah pons dengan ukurannya berpatokan pada diameter koin yang kelonggarannya (clearance) berdasarkan rekomendasi/ketentuan para pakar yang diperoleh dari literatur dan jurnal penelitian yang sudah ada.

Sebelum pembuatan koin perlu diketahui kekuatan tarik dari bahan koin yang pengujiannya dilakukan di laboratorium. Juga dilakukan pengukuran besar gaya impak yang ditimbulkan pada benda jatuh bebas menggunakan load cell, sementara ukuran koin dan kondisi hasil pemotongan merupakan objek penelitian ini.

Penelitian ini diharapkan dapat menghasilkan mampu memberikan informasi tentang adanya pengaruh kelonggaran pons dan cetakan, massa dan ketiggian jatuh benda jatuh bebas serta memperoleh data tentang besar gaya impak akibat benda jatuh bebas.

Informasi proses pembuatan koin aluminium dengan kecepatan lebih tinggi belum meluas

dilaporkan

Permasalahan: Proses pembuatan koin aluminium biasanya dilakukan dengan mesin pres dengan kecepatan potong rendah Proses pengerjaan dengan menggunakan sistem tenaga manual, mekanis, pneumatik dan hidroulik

Dicoba dilakukan proses pembuatan koin dengan kecepatan lebih tinggi menggunakan beban impak benda jatuh bebas

Benda jatuh bebas berdasarkan standar Jepang JIS atau Standar Nasional Indoesia (SNI)

• Pembuatan perangkat benda jatuh bebas

• Pembuatan cetakan dan lima buah pons dengan kelonggaran sesuai rekomendasi para pakar.

• Pembuatan benda jatuh bebas dengan lima variasi massa

• Pengujian bahan koin

• Pengukuran dan pengujian besar gaya impak akibat benda jatuh bebas

• Pembuatan koin

• Pengamatan hasil pemotongan pada sisi koin

Variabel yang diamati: 1. Variabel tetap :

- Ketebalan bahan pembuatan koin - Diameter cetakan (die)

2. Variabel bebas:

- Beban benda jatuh bebas - Jarak ketinggian benda jatuh - Diameter pons (punch) 3. Unit analisis/objek penelitian

- Ukuran koin

- Gaya impak benda jatuh bebas

- Kondisi hasil pemotongan pada sisi koin

Hasil yang diperoleh:

1. Hasil pengaruh besar kelonggaran (clearance) dan ukuran koin yang baik sesuai batas toleransi yang diijinkan

2. Pengaruh massa dan ketinggian benda jatuh bebas pada pembuatan koin aluminium

3. Hasil pengukuran besar gaya impak akibat benda jatuh bebas

BAB 3

METODE PENELITIAN

3.1. Tempat dan Waktu

1. Penelitian ini telah dilaksanakan setelah disetujui sejak tanggal pengesahan usulan oleh pengelola program sampai dinyatakan selesai.

2. Pembuatan alat bantu, pons dan cetakan dilaksanakan di Bengkel Polmed. 3. Pengujian bahan aluminium, dilaksanakan di Laboratorium Polmed. 4. Kegiatan penelitian dilaksanakan di Laboratorium dan Bengkel Polmed.

5. Pengambilan data bentuk dan hasil proses pemotongan pada sisi koin dilaksanakan di Laboratorium Pusat Riset Impak dan Keretakan Departemen Teknik Mesin F.T. USU.

3.2. Bahan, Peralatan dan Metode 3.2.1. Bahan

3.2.1.1. Bahan koin

Bahan koin terdiri dari bahan pelat aluminium dirol yang ada di pasaran dengan ketebalan 2 mm. Diameter koin aluminium direncanakan sebesar 22 mm. 3.2.1.2. Bahan pons dan cetakan

Ada beberapa jenis bahan yang dipilih untuk membuat cetakan dan pons. Bahan ini mempunyai persyaratan khusus di samping bahannya harus keras, tahan aus, dan juga sifat mampu mesinnya cukup baik. Berdasarkan pertimbangan

kemudahan bahan diperoleh di pasaran maka peneliti merencanakan memilih jenis

Cold Work Steels bahan Amutit-S (Grade Bohler) dengan No. DIN 12510 dengan data sebagai berikut:

Tabel 3.1 Komposisi Kimia Baja Amutit-S [18] Bahan Komposisi Kimia

Amutit – S 95 % C; 0,3 % Si; 1,1 % Mn; 0,5 % Cr; 0,1 % V; 0,5 % W (DIN 12510)

Temperatur pengerasan (hardening temperature) = 780 s.d 820 º C ; Media pendingin (quenching medium) = oil ; Kekerasan setelah ditempering (100 s.d 400 º C) = 64 s.d 52 HRC

Sumber: BOHLER, High Grade Steel, P.T. Bolindo – Baja

3.2.1.3. Bahan peralatan pendukung cetakan (pemegang cetakan) & kelengkapannya Bahan peralatan bantu penyanggah dan perlengkapannya dipilih dari bahan baja lunak yang banyak dijumpai di pasaran. Bahan ini lebih ekonomis dan tidak memerlukan persyaratan khusus.

3.2.2. Peralatan

Pada penelitian ini peralatan yang digunakan dikelompokkan antara lain: 1. Alat untuk pengujian bahan koin

(1) Alat uji kekuatan tarik bahan,

(2) Alat pengukur koin aluminium (mikrometer digital pengukur diameter luar dan jangka sorong),

(3) Alat pengamat/peneropong sisi hasil pemotongan koin (mikroskop digital).

2. Alat pembuatan perangkat penelitian

(2) Alat impak benda jatuh bebas dan perlengkapannya. 3. Alat pengukur gaya impak benda jatuh bebas (load cell).

3.2.2.1. Alat pengujian bahan koin

(1) Alat uji kekuatan tarik bahan

a. Alat pembuatan sampel adalah mesin potong (shearing machine) dan mesin frais (milling machine),

b. Alat pengujian kekuatan sampel bahan aluminium adalah alat uji kekuatan tarik bahan (Gambar 3.1).

Gambar 3.1 Alat Uji Kekuatan Tarik Bahan

(2) Alat pengukur koin aluminium (mikrometer digital pengukur diameter luar dan jangka sorong), seperti pada Gambar 3.2

(3) Alat pengamat sisi hasil pemotongan koin (mikroskop digital).

Gambar 3.3 Alat Pengamat Sisi Koin Mikroskop Digital

3.2.2.2. Alat pembuatan perangkat penelitian

(1) Alat/mesin pembuatan pons dan cetakan, (lihat Lampiran 10) a. Mesin potong bahan,

b. Mesin bubut presisi atau CNC lathe, c. Mesin frais (milling machine),

d. Peralatan perlakuan panas (heattreatment equipment), e. Mesin gerinda/grinding machine (finishing).

(2) Alat impak benda jatuh bebas dan perlengkapannya.

Alat ini dibuat di bengkel Polmed Medan. Desain dan konstruksinya disesuaikan dengan contoh yang ada di Laboratorium Impak FT. USU. Tetapi pada alat ini akan mengalami inovasi yang disesuaikan dengan jenis kebutuhan penelitian ini. Rancangannya dapat dilihat pada Gambar 3.4. Sedang penjelasan potongan gambar pada Gambar 3.5 dan set-up peralatan pada Gambar 3.6. Ukuran akan disesuaikan dengan kebutuhan untuk mendapatkan besarnya gaya untuk melakukan

pemotongan terhadap pelat dengan ketebalan tertentu, bahan benda dari baja biasa yang mudah diperoleh di pasar dan juga tidak memerlukan persyaratan khusus.

Gambar 3.4 Desain Alat Impak Benda Jatuh Bebas

Keterangan: 1. Bobot benda jatuh bebas 6. Pons

2. Penahan benda 7. Pengarah/penyokong pons 3. Tiang penyokong tabung 8. Pelat aluminium

4. Tabung jalur jatuh 9. Cetakan 5. Batang penahan tabung 10. Landasan

Beban

Perangkat Komputer

Load cell Batang penerus

Cetakan (dies) Pons

Perekam data

Gambar 3.6 Posisi Penempatan Load Cell

Alat pengukur gaya impak benda jatuh bebas (load cell)

Load cell

Perekam data (Pengkondisi sinyal)

Alat sensor

Gambar 3.7 Alat Pengukur Beban (Load Cell)

Alat ini mempunyai kemampuan menerima beban dan mengukur gaya impak hingga 30.000 (N). Dipasangkan di bawah alat impak benda jatuh bebas seperti yang terlihat pada Gambar 3.6.

3.2.3. Metode

Penelitian dilakukan terdiri dari beberapa tahapan pekerjaan, mulai dari pembuatan peralatan benda jatuh bebas, pons dan cetakan serta perlengkapannya. Setelah itu pembuatan koin sebagai objek penelitian. Adapun rincian tahapan-tahapannya adalah:

1. Membuat alat impak benda jatuh bebas, terdiri dari:

a. Merancang peralatan, disesuaikan dengan kebutuhan ruang lingkup penelitian yang dilakukan,

b. Pengadaan bahan-bahan dan peralatan yang dibutuhkan,

c. Mengerjakan dan merakit peralatan sesuai dengan model rancangan, d. Melakukan penyetelan (set-up) alat,

e. Uji coba peralatan, setelah peralatan lainnya (pons, cetakan dan perlengkapannya) diselesaikan.

2. Pembuatan pons, cetakan dan perlengkapannya, terdiri dari:

a. Cetakan (dies) dibuat dengan diameter nominal 22 mm dengan toleransi 0 _{+ 0,005 ,}

b. Pons (punch) dibuat sebanyak lima buah dengan diameter hasil ukuran cetakan yang masing-masing pons mempunyai perbedaan ukuran kurang dari 2, 4, 6, 8, dan 10 % dari ketebalan pelat,

c. Melakukan perlakuan panas pengerasan ( heattreatment/hardening-tempering) pada pons dan cetakan,

d. Melakukan pekerjaan akhir (finishing) pada pons dan cetakan sesuai dengan ukuran yang diminta.

3. Melakukan pengujian terhadap pelat aluminium guna mendapatkan data besar tegangan tariknya dengan alat uji tarik di laboratorium.

4. Penyetingan (set-up) peralatan untuk mendapatkan kedataran, kesumbuan arah benda jatuh bebas terhadap pons dan cetakan.

5. Melakukan pengukuran beban gaya impak yang ditimbulkan benda jatuh bebas dengan menggunakan alat load cell.

6. Melakukan pembuatan koin sesuai dengan variasi beban dan ketinggian benda jatuh untuk masing-masing pons, setiap sampel berjumlah tiga buah koin.

7. Pengambilan data dengan pengukuran tiap-tiap hasil permbuatan koin, dengan mikrometer digital dan hasilnya ditabulasikan pada suatu tabel yang telah dipersiapkan.

8. Mengamati sisi koin hasil pemotongan pons dan cetakan dengan

menggunakan mikroskop digital. Juga dilakukan pengamatan terhadap sisi tajam yang timbul digunakan kaca pembesar membantu pengamatan, serta untuk mengetahui tinggi sisi tajamnya (burr height) digunakan mikroskop gigital.

9. Analisis hasil.

Rancangan Penelitian

Penelitian ini diawali dengan pembuatan dudukan/perangkat cetakan dan lima buah pons yang mempunyai ukuran berbeda sesuai ketentuan yang direncanakan, pembuatan perangkat benda jatuh bebas, pengujian plat aluminium untuk mendapatkan kekuatan tariknya, pembuatan koin dengan masing-masing pons, pengambilan data beban gaya impak yang terjadi dengan alat load cell, pengambilan data ukuran koin, pengamatan sisi dan ketinggian sisi tajam yang terbentuk (burr height) dengan menggunakan mikroskop digital.

Dudukan/perangkat cetakan terdiri dari sebuah cetakan (dies) yang direncanakan langsung diletakkan dan diikat dengan baut pada landasan/meja perangkan alat benda jatuh bebas, kemudian pada bagian atas cetakan dibuat suatu pengarah pons yang juga diikatkan langsung dengan cetakan juga berfungsi sebagai penjepit pelat aluminium (bahan koin). Posisi perangkat cetakan sesumbu dengan arah jatuhnya beban jatuh bebas terhadap sumbu pons yang dipasangkan pada pengarah.

Perangkat benda jatuh bebas dirancang sesuai dengan pengembangan alat yang ada pada peralatan sebelumnya di Laboratorium Impak pada Departemen Teknik Mesin, Faskultas Teknik USU. Peralatan ini sedikit berbeda karena disesuaikan dengan kebutuhan penelitian, yaitu ditambahkannya diameter dan tinggi pengarah benda jatuh bebas, serta adanya meja sebagai tempat dudukan cetakan dan jatuhnya beban terhadap pons. Tinggi total alat ini dirancang lebih kurang tiga meter

dan dapat diturunkan setengah meter dari tinggi total. Sehingga penempatannya di ruangan laboratorium masih memungkinkan.

Peralatan load cell ditempatkan pada bagian bawah meja perangkat benda jatuh bebas, seperti pada Gambar 3.8.

Gambar 3.8 Posisi Penempatan Load Cell pada Perangkat Benda Jatuh Bebas

Untuk mendapatkan berapa besar beban gaya impak yang timbul dapat dilakukan dengan dua cara pengambilan data, yaitu:

1. Pengambilan data beban gaya impak teoritis menggunakan software

pengukuran gaya impak (impact force measurement software). Dengan cara memasukkan data besar massa beban maka akan diketahui besar gaya impak lalu hasilnya dapat dicatat secara manual yang terlihat pada layar komputer.

2. Pengambilan data beban gaya impak yang terjadi diperoleh langsung dari benda jatuh menyentuh sensor pada alat ukur load cell, yang hasil data program dapat dilihat pada lembaran catatan ( notepad ) setelah itu dapat dibuat grafik pada format impact measurement software.

Pengambilan data ukuran koin dilakukan sebanyak tiga kali untuk setiap ukuran pons, bobot benda dan jarak benda jatuh masing-masing sebanyak lima variasi dari yang tertinggi hingga terendah dari bobot yang telah ditetapkan.

Secara garis besar pelaksanaan penelitian ini akan dilakukan secara berurutan dan sistematis. Semua hasil penelitian akan diolah dan didapatkan suatu kesimpulan yang merupakan jawaban dari tujuan penelitian. Urutan pelaksanaan penelitian dapat dilihat pada Gambar 3.9.

Tidak Tidak

Ya

Pembuatan peralatan

pembuat koin (pons, cetakan dan pengarah pons)

Pengujian pelat aluminium bahan

untuk pembuat koin Pembuatan perangakat

benda jatuh bebas dan beban

Pembuatan koin

Pengujian/peng-ukuran gaya impak beban jatuh bebas

dengan load cell

Kesimpulan Pengambilan data

Pengambilan gambar sisi potong

dan burr height

koin dengan mikroskop digital Hasil dan

Analisis

Selesai Mulai

3.4. Variabel yang Diamati

Bentuk dan hasil pembuatan koin dengan proses blanking masing-masing ditentukan oleh kelonggaran pasangan antara pons dengan cetakan. Kemudian variasi massa dan jarak jatuh benda terhadap pons untuk melakukan pembentukan koin. Pada penelitian ini variabel tetapnya adalah:

1. Ketebalan bahan pembuatan koin 2. Diameter cetakan .

Sedang variabel bebasnya adalah:

1. Diameter pons dengan lima variasi perbedaan kelonggaran antar pons dengan cetakan

2. Besar massa beban dan ketinggian benda jatuh bebas dengan lima variasi.

Unit analisis maupun objek penelitian dalam penelitian ini adalah:

1. Ukuran diameter sampel (diameter produk hasil pemotongan/

pembentukan) lempengan koin aluminium dengan alat ukur micrometer digital

2. Pengukuran besar gaya impak benda jatuh bebas dengan menggunakan

load cell

3. Pengamatan kondisi hasil pemotongan melalui sisi potong koin dengan menggunakan mikroskop digital.

3.5. Pelaksanaan Penelitian

3.5.1. Pembuatan peralatan pembuat koin 3.5.1.1. Membuat pons (punch)

Bahan pons dipilih dari bahan yang keras, tahan terhadap keausan, tahan terhadap benturan dan mudah dibentuk serta diperlakukan (treatment). Kemudian untuk menentukan ukuran diameter pons digunakan rumus (2.3),

C Db

Dh= −2 (mm) di mana : Dh = diameter pons (mm)

Db = diameter cetakan (mm)

C = kelonggaran antara pons dengan cetakan (mm)

Untuk menentukan kelonggaran (C) digunakan ketentuan Kalpakjian S., [6], secara umum kelonggarannya adalah: 2 s.d 10 % dari ketebalan pelat yang dipotong di mana tebal pelat = 2 mm.

Menentukan diameter pons untuk kelonggaran 2 % adalah sebagai berikut:

C

Dh=22−2

di mana : C = 2% x tebal pelat

maka, Dh = 22 - 2 . 0,04 = 21,92 mm

Untuk diameter pons untuk kelonggaran 2 s.d 10 % dapat dilihat pada Tabel 3.2. Tabel 3.2 Ukuran Pons Sesuai dengan Persentase Kelonggaran

No. Kode Pons Clearance (C) % Diameter Pons (Øa) mm 1 A 2 21,92

2 B 4 21,84 3 C 6 21,76 4 D 8 21,68

5 E 10 21,60

Sumber: Hasil penelitian

Tahapan pembuatan pons dapat dilihat pada Gambar 3.10.

Pengerjaan akhir pada

mesin gerinda Dikeraskan

(hardening dan tempering) Dibentuk/

dikerjakan pada mesin bubut, sesuai gambar Bahan Amutit

Ø 40 x 50

Gambar 3.10 Diagram Alir Pengerjaan Pons

Jumlah pons yang dikerjakan sebanyak lima buah, perbedaan ukuran pons hanya pada bagian pisau pembentuknya saja (Ø a) sementara ukuran lainnya sama. Sket gambar pons dapat dilihat pada Gambar 3.11.

Gambar 3.11 Pons (Punch)

3.5.1.2. Membuat cetakan (dies)

Bahan cetakan dan tahapan pembuatannya juga sama dengan pembuatan pons. Tahapannya dapat dilihat pada Gambar 3.12.

Dikeraskan (hardening

dan tempering)

Pengerjaan akhir pada mesin gerinda

silinder dan permukaan Dibentuk/

dikerjakan pada mesin bubut, mesin

milling sesuai dengan gambar Bahan Amutit

Ø 110 x 38

Gambar 3.12 Diagram Alir Pengerjaan Cetakan (Dies)

Jumlah cetakan hanya sebuah dengan ukuran diameter nominal lubang cetakan 22 mm, dengan toleransi . Lihat Gambar 3.13. 0 + 0,005.

Gambar 3.13 Cetakan (Dies)

3.5.1.3. Membuat pengarah pons dan penjepit pelat

Bahan pengarah pons dan penjepit pelat terbuat dari bahan baja biasa. Karena alat ini tidak memerlukan sifat-sifat khusus, tahapannya lihat pada Gambar 3.14.

Dibentuk/ dikerjakan pada mesin bubut, mesin milling sesuai gambar Bahan baja biasa

Ø 110 x 35

Gambar 3.14 Diagram Alir Pengerjaan Pengarah Pons

Gambar 3.15 Pengarah Pons dan Penjepit Pelat

3.5.2. Pembuatan perangakat benda jatuh bebas dan beban 3.5.2.1. Pembuatan perangakat benda jatuh bebas

Pembuatan perangkat ini diawali dengan pembuatan meja landasan untuk tempat dudukan perangkat pons dan cetakan. Kaki dan rangka bahannya terbuat dari profil ”L” berukuran 60 x 60 mm, meja dari bahan pelat lembaran yang diperhitungkan akan mampu menahan jatuhnya beban tanpa mengalami perubahan bentuk maka ketebalannya ditentukan sebesar 10 mm kemudian penyambungannya dilas listrik. Penyokong tabung pengarah beban jatuh terbuat dari pipa galvanis yang pada salah satu ujungnya, bagian dalamnya dibuat mur penahan untuk tempat mur pengikat terhadap meja dengan baut yang berukuran M 20, dan ujung lainnya ditutup dengan pelat tipis yang dibentuk bulat parabola kemudian dilas. Gambar dan ukuran assembling lengkapnya dapat dilihat pada Lampiran 1 dan pada gambar kerja terlampir.

Lampiran 7

Tabel Toleransi Ukran Koin Aluminium (Kurt Lange)

Toleransi ukuran koin dengan diameter 10 s.d 50 mm, pada tebal pelat 2 mm

yaitu sebesar 0,06 mm

Lampiran 8

Lampiran 9

Alat Ukur dan Alat Bantu Ukur

Gambar 1. Alat Ukur Mikrometer Digital Ketelitian 0,001 mm

Lampiran 10

Produk Koin Aluminium

Gambar 1 Produk Koin Aluminium

Lampiran 11