PERANCANGAN DAN ANALISIS KEKUATAN KONSTRUKSI MESIN TEKUK PLAT HIDROLIK
PERANCANGAN DAN ANALISIS KEKUATAN KONSTRUKSI MESIN TEKUK PLAT HIDROLIK
SKRIPSI Diajukan sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Sarjana Teknik Oleh :
TYAS ARI WIBOWO NIM. I1409029
JURUSAN TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SEBELAS MARET
SURAKARTA
commit to user
2014
ii
PERANCANGAN DAN ANALISIS KEKUATAN KONSTRUKSI MESIN TEKUK PLAT HIDROLIK
commit to user
iii
HALAMAN PENGESAHAN
Disusun oleh TYAS ARI WIBOWO NIM. I 1409029
Dosen Pembimbing I Wahyu Purwo Raharjo, ST, MT
NIP. 197202292000121001 Dosen Pembimbing II Bambang Kusharjanta, ST. MT.
NIP 196911161997021001 Telah dipertahankan di hadapan Tim Dosen Penguji pada hari Jumat tanggal 10 Januari 2014.
1. Dr. Syamsul Hadi, ST, MT NIP. 197106151998021002 ………………………
2. Heru Sukanto, ST, MT NIP. 197207311997021001 ………………………
Mengetahui Ketua Jurusan Teknik Mesin Didik Djoko Susilo, ST, MT
NIP. 197203131997021001 Koordinator Tugas Akhir
Wahyu Purwo Raharjo, ST, MT NIP. 197202292000121001 commit to user
iv
MOTTO Tidak ada sesuatupun yang baik dan buruk, hanya pikiranlah yang membedakannya (Wiliam Shakespeare)
Tiga dasar penting untuk mencapai segala sesuatu yang berharga dalam kerja keras, tetap berpegang pada kepastian, dan berpikir sehat (Thomas Edison)
PERSEMBAHAN
commit to user
v
Skripsi ini aku persembahakan : Jesus Christ, My Lord.
Bapak dan Ibu tercinta Istri dan anak tercinta
Semua Saudara-saudaraku Semua Angkatan Non Reg 2010 dan Almamater Teknik
Mesin UNS. PERANCANGAN DAN ANALISIS KEKUATAN KONSTRUKSI MESIN TEKUK PLAT HIDROLIK
Tyas Ari Wibowo Program Sarjana Teknik, Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik
Universitas Sebelas Maret, Surakarta
(tyas_atmi38@yahoo.co.id)
Abstrak Bisnis manufaktur telah berkembang sangat cepat tahun ini, tidak hanya perusahaan besar, namun perusahaan kecil juga memberi pengaruh dalam mengembangkan bisnis manufaktur. Perusahaan kecil dan menengah masih menggunakan alat sederhana dibandingkan dengan perusahaan besar. Contohnya adalah proses penekukan. Perusahaan kecil dan menengah masih menggunakan cara lama, seperti memukul material atau menjepitnya, sampai material tertekuk dan memenuhi tujuan. Proses ini tidak efisien dan efektif, karena penggunaan biaya, waktu, dan energi yang banyak, tapi kualitas dari hasilnya tidak dijamin. Belajar dari masalah itu, perusahaan kecil dan menengah harus mengurangi pengeluaran dengan menggunakan beberapa mesin bending yang harga terjangkau namun memiliki kualitas hasil yang baik untuk meningkatkan produktivitas mereka. Penelitian ini bertujuan untuk mendapatkan rancangan mesin tekuk plat dengan harga yang murah dan berkualitas sehingga perusahan kecil bisa bersaing dengan perusahaan besar.
Mesin bending yang dirancang sesuai spesifikasi harus melalui perhitungan, gambar 3D dan mensimulasikannya supaya rancangan mesin bending aman sebelum mesin dibuat. Proses perancangan dilakukan dengan mendapatkan konsep desain bersama team responden. Perhitungan masing- masing komponen penyususn dilakukan dengan menggunakan fitur simulasi dari perangkat lunak Solidwork 2012. Dari proses perancangan, perhitungan dan simulasi, kekuatan dari setiap komponen mesin dapat dihitung, sehingga pemilihan tentang bentuk, ukuran, dan bahan untuk setiap komponen bisa diputuskan dengan lebih efektif.
Hasil rancangan berupa gambar kerja mesin tekuk dengan ukuran panjang 2m x lebar 1m x tinggi 2,6m. Mesin menggunakan sistem mekanis hidrolik dengan dua buah silinder aktuator yang memiliki kapastias 90 ton dan akan digunakan untuk menekuk bahan dengan ultimate strength hingga 370 N/mm2 dengan ketebalan maksimal 7 mm. Dari hasil simulasi menggunakan software Solidwork 2012 desain mesin dapat menahan beban dari kekuatan tekuk sampai 882 kN tanpa terjadi kegagalan konstruksi. Kata kunci: mesin tekuk, analisis solidwork
commit to user
vi DESIGN AND ANALYSIS OF THE STRENGHT HYDRAULIC BENDING MACHINE
Tyas Ari Wibowo Engineering Graduate Program, Machine Engineering Department, Engineering
Faculty Sebelas Maret University, Surakarta
(tyas_atmi38@yahoo.co.id)
Abstract
Manufacturing business has developed very rapidly this year; not only large companies but also small companies contribute to developing manufacturing business. Small-to-medium scale enterprises still use simple instruments compared with large companies. The example is bending process. The small-to-medium scale enterprises still use conventionalmethod, such as knocking the material or clamping it, until the bended material and meet the objective. This process is not efficient and effective, because of much cost, time, and energyuses, but the quality of result is not guaranteed. Learning from that problem, the small- to-medium scale enterprises should reduce the expense using several affordable bending machines but have good quality to improve their productivity. This research aimed to get a plate bending machine design with low cost and high quality so that the small companies could compete with the large ones.
The designed bending machine should pass through calculation, 3D imaging and be simulated to get a safe bending machine design. The design process was conducted by obtaining the design concept developed by the respondents. The calculation of each component comprising it was conducted by using simulation feature of Solidwork 2012 software. From the design, calculation, and simulation processes, the strength of every machine component could be estimated, so that the selection of shape, size, and material of every component could be decided more effectively.
The result of design constituted bending machine work image in 2 m (length) x 1 m (width) x 2.6 m (height) dimension. The machine employed a hydraulic mechanic system with two actuator cylinders having 90 ton capacities
2
and would be used to bend the material with ultimate strength to 370 N/mm with the maximum thickness of 7 mm. From the result of simulation using Solidwork 2012 software, the design of machine could restrain the load of bending strength to 882 kN without construction failure.
Keywords: bending machine, solidwork analysis
commit to user
vii KATA PENGANTAR Puji dan syukur kehadirat Tuhan Yang Maha Esa, sehingga penulis dapat menyelesaikan penyusunan skripsi dengan judul “ Perancangan dan Analisis
Konstruksi Mesin Tekuk Plat Mekanis Hidrolik ” dengan baik dan lancar. Melalui penyusunan skripsi ini diharapakn dapat menambah wawasan dan pengalaman bagi penulis sehingga dapat menjadi bekal dikemudian hari.
Penulis mengucapkan terima kasih kepada semua pihak yang telah membantu dalam penelitian dan penulisan laporan tugas akhir ini, khususnya kepada :
1. Bapak Wahyu Purwo Raharjo, MT. selaku pembimbing I atas semua arahan dan masukannya.
2. Bapak Bambang Kusharjanta, ST, MT selaku pembimbing II yang telah memberikan arahan dan masukan selama penyusunan tugas akhir ini.
3. Semua rekan-rekan angkatan 2010 Non Reguler Jurusan Teknik Mesin Fakultas teknik UNS.
4. Serta semua pihak yang tidak dapat penulis sebutkan yang telah membantu penyelesaian tugas akhir ini.
Semoga Tuhan Yang Maha Esa membalas budi baik anda semuanya.
Penulis menyadari, bahwa dalam skripsi ini masih terdapat banyak kekurangan. Oleh karena itu, bila ada saran, koreksi dan kritik demi kesempurnaan skripsi ini, penulis menerima dengan senang hati.
Surakarta, 1 Oktober 2013 Penulis
commit to user
viii
commit to user
4 2.2. Pengertian Umum Tentang Mesin Tekuk....................................
9
8 2.5.2. Springback………………………………….....................
8 2.5.1. Jari-Jari Minimum Bending …………..............................
7 2.5. Faktor-Faktor Yang Mempengaruhi Proses Bending..................
5 2.4. Teori Penekukan (Bending) ........................................................
4 2.3. Proses Pengerjaan Dingin............................................................
3 2.1. Tinjauan Pustaka .........................................................................
DAFTAR ISI Halaman
3 1.6. Sistematika Penulisan .................................................................
3 1.5. Manfaat Penelitian.......................................................................
2 1.4. Tujuan Penelitian.........................................................................
2 1.3. Batasan Masalah .........................................................................
1 1.2. Perumusan Masalah ....................................................................
1 1.1. Latar Belakang ............................................................................
HALAMAN JUDUL ..................................................................................... i HALAMAN SURAT TUGAS ....................................................................... ii HALAMAN PENGESAHAN ....................................................................... iii MOTTO DAN PERSEMBAHAN................................................................. iv ABSTRAK .................................................................................................... vi ABSTRACT .................................................................................................. vii KATA PENGANTAR ................................................................................... viii DAFTAR ISI ................................................................................................. ix DAFTAR TABEL ......................................................................................... xii DAFTAR GAMBAR .................................................................................... xiii DAFTAR LAMPIRAN .................................................................................. xiv DAFTAR NOTASI ….................................................................................... xvi BAB I. PENDAHULUAN ............................................................................
2.5.3.Panjang Material Yang mengalami Bending…………...... 10
commit to user
3.5. Penentuan Concept Embodiment Detail...................................... 28 3.5.1. Brainstorming…………………………............................
4.2.2. Perhitungan dan Analisis Komponen Punch Holder……. 45
4.2.1.3 Perhitungan dan Analisis Power Pack……................. 44
43
4.2.1.1 Perhitungan dan Analisis Silinder Hidrolik................. 41 4.2.1.2 Perhitungan dan Analisis Pipa Hidrolik…..................
40
4.2. Perhitungan dan Analisis Komponen…...……............................ 40 4.2.1. Perhitungan dan Analisis Komponen Hidrolik.................
40
37 BAB IV. HASIL DAN ANALISIS PERANCANGAN................................. 40 4.1. Perhitungan Gaya Bending…..………………............................
35 3.5.6. Evaluating Alternatives………........................................
32 3.5.5. Generating Alternatives………........................................
3.5.3. Product Design Specification............................................. 31 3.5.4. Planning Matrix….………................................................
3.5.2. Problem Statement............................................................. 29
28
3.4. Pelaksanaan Perancangan............................................................. 27
2.6.Jenis-Jenis Proses Bending............................................................ 10 2.6.1. Flanging………………….. …………..............................
26
26 3.3. Garis Besar Perancangan............................................................
3.1. Diagram Alir Perancangan........................................................... 25 3.2. Alat dan Bahan…………...........................................................
25
2.10.Solidwork…………………………............................................ 21 BAB III. METODOLOGI PERANCANGAN...............................................
2.9.2.Perhitungan Baut………………..….……….…………..... 20
2.9.1.Perhitungan Komponen Hidrolik.….……….…………..... 18
18
2.8.Perhitungan Kekuatan dan Dimensi.............................................. 13 2.9.Perhitungan Komponen Pendukung.............................................
12
2.6.4.V-bending dan Wiping Bending….……….…………...... 12 2.7.Perhitungan Gaya Bending………...............................................
11
11 2.6.3.Beading…………………………………….…………......
10 2.6.2. Hemming..………………………………….....................
4.2.2.1 Perhitungan dan Analisis Punch………….................. 45
4.2.2.2 Perhitungan dan Analisis Fixed dan Moveable Base Punch Holder……………………………………………………… 46
4.2.2.3 Perhitungan dan Analisis Cylinder, Upper, Guide, Support dan Rib Punch Holder…………………………………. 50
4.2.3. Perhitungan dan Analisis Komponen Dies Holder…... 52 4.2.3.1 Perhitungan dan Analisis Die..…………..................
52
4.2.3.2 Perhitungan dan Analisis Fixed dan Moveable Dies Holder……………………………………………………………… 54
4.2.4. Perhitungan dan Analisis Komponen Frame…….…… 57
4.2.4.1 Perhitungan dan Analisis Table dan Bottom Frame Cover……………………………………………………………….. 58
4.2.4.2 Perhitungan dan Analisis Column Left dan Right……. 60
4.2.4.3 Perhitungan dan Analisis Cylinder Frame Cover……. 64
4.2.4.4 Perhitungan dan Analisis Upper Frame Cover………. 65
4.2.4.3 Perhitungan dan Analisis Guide…………………..……. 68
4.2.5. Perhitungan dan Analisis Komponen Clamping…..….. 71
4.2.5.1Perhitungan dan Analisis Fixed Dies Clamping………. 72
4.2.5.2 Perhitungan dan Analisis Front Dies Clamping..……. 74
4.3. Pemodelan 3D Menggunakan Software Solidwork…................. 77
4.4. Analisis Konstruksi Menggunakan Software Solidwork............. 79
4.5. Analisis Biaya………………………………….......................... 83
4.6. Pembuatan Gambar Kerja.……………………........................... 83
BAB V. PENUTUP…………………………………………………………
84 5.1. Kesimpulan .................................................................................
84 5.2. Saran ...........................................................................................
84 DAFTAR PUSTAKA .................................................................................... 85 LAMPIRAN ..................................................................................................
86
commit to user
DAFTAR TABEL Halaman
Tabel 2.1 Jari-Jari Minimum Dari Beberapa Material .................................. 8Tabel 2.2 Perhitungan Momen Bending dan Pelengkungan Material ........... 14Tabel 2.3 Perhitungan Momen Inersia ........................................................... 16Tabel 2.4 Angka Keamanan Berdasarkan Pembebanan ................................ 18Tabel 3.1 Penilaian Problem Statement. ........................................................ 28Tabel 3.2 Customer Requirement…………………………………………… 30Tabel 3.3 Keterangan Nilai Dalam Planning Matrix. .................................... 32Tabel 3.4 Planning Matrix. ............................................................................ 33Tabel 3.5 Morphological Box Perancangan Mesin Tekuk Plat...................... 34Tabel 3.6 Sistem Penilaian Eleven Point Scale. ............................................. 36Tabel 3.7 Hasil Pembobotan Customer Requirement .................................... 37Tabel 3.8 Penilaian Aspek Ekonomis Alternatif Solusi ................................. 38Tabel 3.9 Penilaian Aspek Teknis Alternatif Solusi ...................................... 38Tabel 3.10 Rekap Penilaian Alternatif Solusi ................................................ 39Tabel 4.1. Perhitungan Harga Mesin Tekuk Plat ............................................ 83
commit to user
commit to user
Gambar 4.2. Pemilihan Stroke Silinder Hidrolis Berdasarkan Katalog…….. 42Gambar 4.10. Pengukuran Luas Bidang Tekan Pada Cylinder, Upper, Guide,Punch Holder.….……………………………………………… 50
Gambar 4.9. Pemodelan 3D Cylinder, Upper, Guide, Support dan RibHolder ………............................................................................ 49
Gambar 4.8. Pengukuran Luas Bidang Tekan Pada Moveable Base Punch48 Gambar 4.7. Pengukuran Luas Bidang Tekan Pada Fixed Base Punch Holder ………............................................................................ 48
Gambar 4.6. Permukaan Tekan Komponen Fixed dan Moveable Base Punch Holder……………………………………………..Gambar 4.5. Pemodelan 3D Fixed dan Moveable Base Punch Holder….….. 47Gambar 4.4. Pengukuran Luas Bidang Tekan Pada Punch ….…………….. 46Gambar 4.3. Pemodelan 3D Punch ………………………..………..……… 45Gambar 4.1. Pemilihan Kapasitas Silinder Hidrolis Berdasarkan Katalog…. 41DAFTAR GAMBAR Halaman Gambar 2.1. Mesin Tekuk Plat Mekanis Hidrolik……................................
Gambar 3.2. Diagram Penilaian Alternatif Solusi......................................... 39Gambar 3.1. Diagram Alir Perancangan......................................................... 23Menjadi Beberapa Elemen Segitiga……….............................. 22
Gambar 2.11. Contoh Pembagian Parsial dari Suatu Geometri Secara 2DGambar 2.10. Tampilan Program Solidwork………….................................... 21Gambar 2.9. Proses V-Bending dan Wiping Bending.................................... 1211 Gambar 2.8. Proses Beading.…..................................................................... 11
Gambar 2.6. Proses Flanging…..................................................................... 11 Gambar 2.7. Proses Hemming.....................................................................9 Gambar 2.5. Bend Allowance…..................................................................... 10
7 Gambar 2.4. Springback……….....................................................................
5 Gambar 2.2. Variasi Kekuatan dan Keuletan Selama Siklus Pengerjaan Dingin-Penganilan….................................................................. 6 Gambar 2.3. Proses Bending………….. .......................................................
Support dan Rib Punch Holder.……..………………………… 51
commit to user
Gambar 4.22. Pengukuran Momen Inersia Bidang Tekan Pada Column…….. 6281 Gambar 4.36. Titik kritis dari Von-misses Stress pada Konstruksi Mesin
Gambar 4.35. Plot Kontur dari Von-misses Stress pada Konstruksi Mesin Tekuk…………………………………………………………..Gambar 4.34. Urutan Proses Analisis Konstruksi Mesin Tekuk Plat………... 80Gambar 4.33. Hasil Pemodelan 3D Rancangan Mesin Tekuk…………………. 7875 Gambar 4.32. Pengukuran Luas Bidang Tekan Pada Front Dies Clamping…. 75
72 Gambar 4.30. Pengukuran Luas Bidang Tekan Pada Fixed Dies Clamping…. 73 Gambar 4.31. Pemodelan 3D Front Dies Clamping ……………………….
Gambar 4.28. Pengukuran Luas Bidang Tekan Pada Guide…………………… 70 Gambar 4.29. Pemodelan 3D Fixed Dies Clamping ……………………….Gambar 4.27. Pemodelan 3D Guide.….……...………………………………. 69Gambar 4.26. Pengukuran Luas Bidang Tekan Pada Upper Frame Cover….. 67Gambar 4.25. Pemodelan 3D Upper Frame Cover.….……...……………….. 66Gambar 4.24. Pengukuran Luas Bidang Tekan Pada Cylinder Frame Cover.. 65Gambar 4.23. Pemodelan 3D Cylinder Frame Cover.….……...…………….. 64Gambar 4.21. Pengukuran Luas Bidang Tekan Pada Column………...……….. 62Gambar 4.11. Pemodelan 3D Die………………………………………………….. 52Shear Force Diagram Pembebanan Column…………………... 61
Gambar 4.20. (1) Free Body Diagram, (2) Bending Moment Diagram, (3)Gambar 4.19. Rancangan Konstruksi Column…………………………….…….. 60Frame Cover.….……...…….……..…………………………… 59
Gambar 4.18. Pengukuran Luas Bidang Tekan Pada Table dan BottomGambar 4.17. Pemodelan 3D Table dan Bottom Frame Cover.….……...…… 58Gambar 4.16. Pengukuran Luas Bidang Tekan Pada Moveable Dies Holder.. 56Gambar 4.15. Pengukuran Luas Bidang Tekan Pada Fixed Dies Holder.……. 56Holder…………………………………………………………. 55
Gambar 4.14. Permukaan Tekan Komponen Fixed dan Moveable DiesGambar 4.13. Pemodelan 3D Fixed dan Moveable Dies Holder.….………… 54Gambar 4.12. Pengukuran Luas Bidang Tekan Pada Die………………………. 53Tekuk …………………………………………………………. 82 Gambar 4.37. Displacement Terbesar pada Konstruksi Mesin Tekuk ………. 82
commit to user
DAFTAR LAMPIRAN Halaman LAMPIRAN 1. Katalog Kekuatan Ulir ....................................................
86 LAMPIRAN 2. Katalog Silinder Hidrolik ...............................................
87 LAMPIRAN 3. Katalog Punch dan Die ...................................................
88 LAMPIRAN 4. Acuan Standard Part Punch dan Die .............................
89 LAMPIRAN 5. Katalog Power Pack .......................................................
90 LAMPIRAN 6. Katalog Limit Switch ......................................................
91 LAMPIRAN 7. Katalog Double Acting Cylinder ....................................
92 LAMPIRAN 8. Katalog Double Acting Cylinder ....................................
93 LAMPIRAN 9. Katalog Control Panel ...................................................
94 LAMPIRAN 10. Katalog Solenoid ..........................................................
95 LAMPIRAN 11. Katalog Push Button ....................................................
96 LAMPIRAN 12. Katalog UNP ................................................................
97 LAMPIRAN 13. Proses Permesinan ........................................................
98 LAMPIRAN 14. Rincian Biaya ...............................................................
99 LAMPIRAN 15. Gambar Kerja Produksi ................................................ 100
commit to user
2
2
= Tegangan tekan (N/mm
tek
/s) W = Die opening (Jarak terbuka antara die dan punch) σ
2
) V = Kecepatan (m
/s) S = Jarak langkah stroke (m) T = Tebal benda kerja (mm) t = Waktu tempuh (s) UTS = Ultimate tensile strength dari material (Kg/mm
DAFTAR NOTASI A = Luas penampang (mm
3
) K = Konstanta, untuk V-die bending L = Lebar benda kerja (mm) Lk = Panjang tekuk (mm) Q = Debit (m
4
) F = Gaya (N) Fk = Beban tekuk (N) F max = Gaya maksimum yang diperlukan (Kg) I = Momen inersia penampang (mm
2
) D = Diameter (mm) E = Modulus Elastisitas (N/mm
2
) δ = Angka keamanan