PERANCANGAN ALAT UJI TARIK UNTUK BAJA KARBON RENDAH AISI 1018

PERANCANGAN ALAT UJI TARIK UNTUK BAJA KARBON RENDAH AISI 1018

Generousdi, M. Ficky Afrianto, dan M.Ryo Rizky Deninda. Program Studi Teknik Mesin Sekolah Tinggi Teknologi Nasional Jambi Indonesia Email: Ryorizky48@gmail.com

Abstrak

Dalam melakukan perancangan sebuah alat dibutuhkan sketsa gambar dan perhitungan kekuatan bahan serta gaya-gaya yang bekerja pada setiap komponen- komponen agar perancangan sebuah alat harus dapat bekerja sebagaimana yang diharapkan. Salah satu yang penting dari perancangan adalah mengetahui sifat mekanik dari material yang akan digunakan. Sifat mekanik terdiri dari keuletan, kekerasan, kekuatan, dan ketangguhan. Dalam hal ini alat yang akan dirancang adalah alat uji tarik. Perancangan alat uji tarik yang akan dibuat harus mengetahui gaya-gaya yang bekerja dalam perancangan kerangka, tegangan yang terjadi pada spesimen dan kekuatan pengelasan kerangka. Dari hasil perhitungan kerangka didapatkan gaya yang bekerja pada batang F2 menghasilkan gaya sebesar 7456,56 N, sedangkan gaya yang bekerja pada batang F3 didapatkan hasil sebesar 7456,53 N dan tegangan yang terjadi pada spesimen alat uji tarik sebesar 298.258800

2 N/m 2 . Untuk kekuatan pengelasan kerangka mendapatkan hasil sebesar 37.500 Kg/cm , tegangan yang terjadi pada kekuatan pengelasan sebesar sebesar 37.500 Kg/cm 2 .

Kata kunci :Perancangan alat uji tarik dan kekuatan kerangka.

PENDAHULUAN

Seiring dengan perkembangannya teknologi yang semakin maju, diharapkan dapat membantu dan mempermudah manusia dalam berbagai aspek kehidupan, salah satunya transportasi, seiring dengan transportasi tersebut banyak dibangun jembatan – jembatan yang semakin modern yang panjangnya mencapai ratusan meter. Dalam pembuatan suatu kontruksi diperlukan material dengan spesifikasi dan sifat- sifat yang khusus pada setiap bagiannya. Sebagai contoh dalam pembuatan kontruksi sebuah jembatan. Salah satu cara untuk mengetahui besaran sifat mekanik dari logam adalah dengan uji tarik. Sifat mekanik yang dapat diketahui adalah kekuatan dan elastisitas dari logam tersebut. Uji tarik adalah metode yang digunakan untuk menguji kekuatan suatu bahan / material dengan cara memberikan beban gaya yang sesumbu. Pengujian uji tarik digunakan untuk mengukur ketahanan suatu material terhadap gaya statis yang diberikan secara lambat. Dan hasil dari pengujian uji tarik sangat penting untuk rekayasa teknik dan desain produk karena menghasilkan data kekuatan material.

TEORI DASAR

Pengujian tarik yaitu pengujian yang bertujuan untuk mendapatkan gambaran tentang sifat-sifat dan keadaan dari suatu logam. Pengujian tarik dilakukan dengan penambahan beban secara perlahan-lahan, kemudian akan terjadi pertambahan panjang yang sebanding dengan gaya yang bekerja. Kesebandingan ini terus berlanjut sampai bahan sampai titik propotionality limit. Setelah itu pertambahan panjang yang terjadi sebagai akibat penambahan beban tidak lagi berbanding lurus, pertambahan beban yang sama akan menghasilkan penambahan panjang yang lebih besar dan suatu saat terjadi penambahan panjang tanpa ada penambahan beban, batang uji bertambah panjang dengan sendirinya. Hal ini dikatakan batang uji mengalami yield (luluh). Keadaan ini hanya berlangsung sesaat dan setelah itu akan naik lagi.

Komponen Alat Uji Tarik

Adapun peralatan atau komponen-komponen pada mekanisme mesin uji tarik sistem hidrolik, dapat dibagi menjadi beberapa komponen utama yaitu sebagai berikut :

1. Rangka alat uji tarik

2. Pencekam (penjepit)

3. Penarik

4. Hidrolik (dongkrak)

Pada saat dilakukan kerja suatu mesin uji tarik tidak terjadi kegagalan dalam konstruksi, maka perlu memakai kerangka. Kerangka alat uji tarik harus dapat benar-benar dapat mengatasi gaya-gaya yang terjadi pada saat uji tarik dilakukan, dalam hal ini berhubungan dengan dimensi dan model kerangka. Fungsi dan lingkungan kerja mesin dapat digunakan sebagai acuan untuk pemilihan jenis material yang akan dipilih. Hal ini bertujuan agar tidak terjadi kerusakkan atau kegagalan pada saat mesin dioperasikan [1].

Pada saat uji tarik dilakukan, kerangka mesin uji tarik merupakan bagian yang akan mengalami pembebanan, karena distrib-usi gaya-gaya dari mekanisme pencekam dan gaya pada hidrolik akan diteruskan ke kerangka. Pemilihan jenis material kerangka, berdasarkan kapasitas dari mesin uji tarik yang dirancang. Kekuatan kerangka harus lebih besar dari beban yang akan terjadi pada saat proses uji tarik dilakukan.

Dengan penentuan dimensi dan jenis material kerangka akan didapatkan kekuatan yang baik. Material kerangka harus memiliki rigiditas yang tinggi, karena apabila terjadi deformasi pada saat dilakukan uji tarik, maka besar deformasi ini akan mempengaruhi hasil pengukuran uji tarik. Dengan adanya deformasi ini, maka hasil uji tarik akan dilakukan penyesuain data, sehingga akan mempengaruhi ketelitian dari mesin uji tarik tersebut. Semakin kecil koreksi yang dilakukan pada data hasil percobaan, maka semakin baik mesin uji tarik tersebut.

Keterangan Gambar :

1. Hidrolik

2. Pressure gauge

3. Crossbar gerak

4. Batang penggerak

8. Pelat penyangga atas

9. Dial indicator

10. Crossbar tetap

11. Batang tetap

12. Crossbar bawah.

Gambar 1. Kerangka Uji Tarik.

Diagram Benda Bebas

Dalam memecahkan persoalan kesetimbangan benda tegar, sangatlah penting untuk meninjau semua gaya yang beraksi pada benda; juga sama pentingnya untuk tidak memasukkan setiap gaya yang tidak langsung diterapkan pada benda. Melupakan suatu gaya atau menambah gaya ekstra akan merusak syarat kesetimbangan. Jadi, langkah pertama dalam pemecahan soal ialah penggambaran suatu diagram benda-bebas dari benda tegar yang sedang ditinjau.

ƩF x =0 ƩF y =0

ƩM A = 0 ..............F.P.Beer, Mechanics for engineers STATICS, 3rd,1976 Hal: 80 ƩM A = 0 ; Persamaan ini dapat dipecahkan untuk mencari besar B.

ƩF x =0 dan ƩF y = 0 ; persamaan ini dapat dipecahkan untuk mencari komponen A x dan

A y , berturutan. Gaya Kopel Sepanjang gaya yang sejajar sama besar dan berlawanan arah yang bekerja pada suatu batang (benda), akan menimbulkan kopel (momen) pada batang tersebut.

M = F x r .................P.Beer, Mechanics for engineers STATICS, 3rd,1976 Hal: 80

F = Gaya

Gambar 2.2 Diagram Benda Bebas Alat Uji Tarik.

Keterangan Gambar : F1 = Tekanan Dongkrak/Hidrolik

2 = Tiang Crossbar Sebelah Kiri

3 = Tiang Crossbar Sebelah Kanan Sp = Spesimen

W 1 = Tiang Kerangka

Tabel 2.6 Klasifikasi Baja Karbon

METODOLOGI PERANCANGAN

3.1 Desain Alat Uji Tarik

Keterangan Gambar :

1. Baut penahan rangka uji tarik

2. Pressure gauge

3. Tiang Rangka Tetap

4. hidrolik/dongkrak

5. Spesimen uji tarik

6. Pencekam specimen

7. Crossbar rangka gerak

8. Tiang rangka gerak

9. Dial indicator

10. Crossbar rangka tetap

11. Meja

Gambar 3.1. Skema Alat Uji Tarik

3) spesimen Spesimen berfungsi sebagai bahan pengujian. spesimen alat uji tarik ini

menggunakan standar ASTM.

Gambar 3.6 Spesimen

Diagram alir

HASIL DAN PEMBAHASAN

Dalam perencanan kerangka pada alat uji tarik menggunakan perhitungan diagram benda bebas (DBB), adapun perhitungan kerangka pada alat uji tarik sebagai berikut : Diketahui :

5 Pressure guage 2 = 25x10 N/m

D (dongkrak) = 46 mm = 4,6 cm

D (spesimen) = 8 mm = 0,008 m

2 Luas penampang kepala dongkrak (A ) = 2

4 𝑥 0,046 m = 0,00166 m 5 2 2

Gaya yang bekerja pada dongkrak (F 1) = 25x10 N/m / 0,00166 m = 15060,24 N Beban Crossbar (W 2

1 ) = 15kg x 9,81 m/s = 147,15 N Ditanya :

Gaya yang bekerja pada batang (F 2 ) = (N) Gaya yang bekerja pada batang (F 3 ) = (N)

Tegangan yang bekerja pada spesimen (𝜎 SP ) = (N)

Penyelesaian:

ƩM F =0

= (W 1 xL 1 ) – (F 1 xL 2 ) – (F 3 xL 3 )=0

= (147,15 N x 0,15m) – (15060,24 N x 0,15m) – (F 3 0,30m) = 0

= (22,07Nm) – (2259,03Nm) – (F 3 0,30m) = 0

F3 = 7456,53 N (kebawah) ƩF y =0

= (F 2 ) – (W 1 ) + (F 1 ) – (F 3 )=0

= F2 – 147,15 N – 15060,24 N + 7453,53 N = 0 F2 = 7456,56 N

2 A= 2 xd = x 0,008 m = 0,00005 m

ƩF v =0 = F2’ – W1’ – SP + F3’ = 0 = 7456,56 N – 147,15 N – SP + 7456,53 N = 0

SP = 14912,94 N 𝜎SP = 14912,94 N/ A

= 14912,94 N/ 0,00005 m 2 = 298.258800 N/m 2

Batang kerangka tetep

P = 20000 kg x 9,81 m/s 2 = 196.200 N, σ t = 50 N/mm 2

A= d karena bentuknya lingkaran

σ t = 𝑃 atau P = σ t

A maka

2 2 196.200 N = 50 N/mm x 0,758 x 2 d

Dan d = √2588,39 = 50,87mm, dibulatkan 51 mm.

Batang kerangka gerak

P = 20000 kg x 9,81 m/s 2 = 196.200 N, σ 2

t = 85 N/mm

A= d karena bentuknya lingkaran

t = atau P = σ t

A maka

2 2 196.200 N = 85 N/mm x 0,758 x 2d

Jadi 2d =

Dan d = √1522,58 = 39,02 mm, dibulatkan 39 mm.

Perhitungan Kekuatan Pengelasan pada Alat Uji Tarik

Selain dalam perencanan kerangka pada alat uji tarik ada juga perhitungan kekuatan pengelasan didalam pengelasan, adapun perhitungan kekuatan pengelasan pada alat uji tarik sebagai berikut :

Diketahui : Gaya yang bekerja pada dongkrak (F) = 15060,24 N Tinggi plat yang akan dilas (L)

= 110 mm

Tebal plat ( t )

= 4 mm

Ditanya : Kekuatan pengelasan ( 2 𝜎𝑡)

= (N/mm )

𝜎𝑡 = 34,22 N/mm 2

KESIMPULAN

Kesimpulan yang dibuat berdasarkan perancangan yang diperoleh dari analisa dan perhitungan alat uji tarik, dapat disimpulkan diantaranya :

1. Perancangan alat uji tarik ini dimulai dari memperhitungkan gaya-gaya yang akan bekerja didalam komponen, serta dimensi komponen dari alat uji tarik.

2. Dari hasil perhitungan yang telah didapatkan untuk kekuatan kerangka pada alat uji tarik yang menggunakan diagram benda bebas mendapatkan hasil :

a. Gaya yang bekerja pada batang F2 didapatkan hasil sebesar 7456,56 N,

b. Gaya yang bekerja pada batang F3 didapatkan hasil sebesar 7456,53 N,

c. Tegangan spesimen ( 𝜎 SP ) yang terjadi pada spesimen alat uji tarik sebesar 298.258800 N/m 2 .

3. Dari hasil perhitungan yang telah didapatkan untuk kekuatan pengelasan kerangka pada alat uji tarik mendapatkan hasil 34,22 N/mm 2 . Jadi, las cukup kuat menahan gaya

yang bekerja tersebut.

DAFTAR PUSTAKA

1. Askeland, 1985 BAB II KAJIAN PUSTAKA Klasifikasi Material, dan Dalil dkk, 1999

2. Diamir Dahlan. Elemen Mesin. 2012. Penerbit: Citra Harta Prima Jakarta

3. 1st Dieter, 1993 Mekanika Kekuatan Material Edisi ,cetakan pertama

4. Dr.Ir. Akhmad Herman Yuwono, M.Phil, Eng. Pengujian Merusak (Destructive Testing) :

5. G.E.dieter jilid 1 tahun 1987, Mekanika kekuatan material,

6. MECHANICAL PROPERTIES OF 1018 STEEL IN TENSION

7. Ferdinand P.Beer/ E.Russell Johnston, Jr. Mekanika Untuk Insinyiur, STATIKA edisi ketiga, tahun 1976.

8. Syafda Agung Pratama PERANCANGAN, PEMBUATAN ALAT UJI TARIK DAN ANALISA SPESIMEN BAJA S30C. STITEKNAS JAMBI 2014

9. Slamet Muliadi,sikripsi, Universitas Indonesia, 2012

10. Serasih.wordpress.com diakses pada tanggal 20 Maret 2016

11. The testimg and inspecting of engineering material, George Earl Troxel.