Transcription

PERANCANGAN DAN PEMBUATAN ALAT BANTU PENCEKAMANUNTUK MESIN MORTISERDisusun sebagai salah satu syarat menyelesaikan Program Studi Strata 1 padaJurusan Teknik Industri Fakultas TeknikUniversitas Muhammadiyah SurakartaOleh:MUHAMMAD AGUNG RAHMADID 600 120 027PROGRAM STUDI TEKNIK INDUSTRIFAKULTAS TEKNIKUNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA2016

1

2

3

PERANCANGAN DAN PEMBUATAN ALAT BANTU PENCEKAMANUNTUK MESIN MORTISERAbstrakTeknologi yang semakin berkembang pesat membuat permintaan akan produkcustom semakin meningkat. Di sisi lain, sering kali teknologi penunjang yangdigunakan memiliki batasan dalam pengoperasiannya. Hal ini berdampak padaketidakmampuan teknologi dalam mengakomodir kebutuhan secaramenyeluruh dan berimbas pada terhambatnya proses manufaktur. Padakegiatan proses produksi Praktikum Perancangan Teknik Industri 1 di JurusanTeknik Industri Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta,dimana salah satu mesin produksi yaitu mesin Mortiser tidak dapat digunakansecara maksimal karena ukuran benda kerja yang diproses tidak ideal untuksistem pencekaman yang ada. Hal ini mendorong peneliti untuk melakukanmodifikasi terhadap sistem pencekaman tersebut. Modifikasi dilakukan denganmempertimbangkan dimensi benda kerja yang diproses, proses yang dilakukanoleh mesin Mortiser, aspek teknis perancangan alat bantu produksi, sertaketersediaan tool dan material penunjang. Alat bantu pencekaman yangdirancang diharapkan mampu mengatasi masalah proses pemesinan pada mesinMortiser, memudahkan operator mesin dalam menjalankan proses pemesinan,serta meningkatkan efisiensi waktu proses.Kata kunci: Alat Bantu Produksi, Fixture, Mesin MortiserAbstractThe technology that growing rapidly increasing custom product demand. Onthe other hand, support the technology mostly has limitations in operation.This resulted in an inability to accommodate overall the technology needs andthe impact on the delay of the manufacturing process. In the productionprocess Industrial Engineering Design Practice 1 at theIndustrialEngineering Department, Muhammadiyah University of Surakarta, where oneproduction machine that Mortiser machine can not be used optimally becauseof the size of the workpiece to be processed is not ideal for existing clampingsystem. This prompted the researchers to make modifications to the clampingsystem. Modifications made by considering the dimensions of the workpiece tobe processed, the process is done by machines Mortiser, the technical aspectsof designing production tools, as well as the availability of tools and materialsupport. Tools designed clamping expected to overcome problems Mortisermachining process on the machine, allowing the machine operator to run themachining process, and increase efficiency.Keywords: Fixture design, Manufacturing tools, Mortising machine1

1. PENDAHULUANSentuhan teknologi memberikan perubahan dan kemudahan dalam dunia manufaktur.Teknologi yang semakin berkembang pesat dewasa ini memungkinkan suatu kegiatanproduksi dilakukan secara masal dalam waktu yang relatif singkat. Namun dengan segalakemudahan yang ada saat ini membuat permintaan akan produk custom semakin meningkat.Sementara, sering kali teknologi penunjang yang digunakan memiliki batasan dalampengoperasiannya. Hal ini berdampak pada ketidakmampuan teknologi dalam mengakomodirkebutuhan secara menyeluruh.Contoh dari kasus ini terdapat pada fasilitas Laboratorium Perancangan TeknikIndustri Jurusan Teknik Industri Universitas Muhammadiyah Surakarta yang digunakanuntuk kegiatan produksi pada mata kuliah Praktikum Perancangan Teknik Industri 1 tepatnyapada stasiun kerja mesin Mortiser. Pada stasiun kerja tersebut operator sering kali mengalamikendala dalam melakukan proses pemesinan. Ketika mesin digunakan untuk melubangibenda, mata pahat akan tersangkut pada benda kerja yang mengakibatkan benda kerja ikutterangkat dan berubah posisi ketika mata pahat dicabut. Hal ini disebabkan oleh sistempencekam pada mesin Mortiser yang hanya dapat membatasi pergerakan linear benda kerjaterhadap sumbu x dan sumbu y namun tidak pada sumbu z. Sementara menurut Hoffman(1996) sebuah sistem pencekaman yang ideal adalah sistem pencekaman yang dapatmembatasi seluruh derajat kebebasan benda kerja selama proses pemesinan berlangsungsekaligus memberikan kemudahan bagi operator dalam penggunaannya.Berdasarkan latar belakang yang tersebut maka perlu dilakukan perancangan sistempencekam dan pembuatan alat bantu pencekaman guna mengatasi masalah proses pemesinanpada stasiun kerja mesin Mortiser di Laboratorium Perancangan Teknik Industri JurusanTeknik Industri Universitas Muhammadiyah Surakarta.2. METODE2.1 Jig dan FixtureJig dan fixture merupakan alat bantu produksi yang digunakan untuk memegang benda kerjaagar didapatkan hasil produksi yang presisi dan seragam. Dalam perancangannya jig danfixture harus didesain sedemikian rupa agar dapat menopang serta mempertahankan posisibenda kerja selama proses pemesinan. Jig dan fixture harus dilengkapi dengan prosedurpenggunaan yang jelas dengan tujuan agar output dari proses pemesinan sesuai dengan yangdirencanakan,dapatdigunakan oleh operator yang belumberpengalaman,meminimalisir kesalahan dalam penggunaan alat bantu tersebut (Hoffman, 1996).2serta

2.2 Prinsip-prinsip Perancangan Jig dan FixtureMenurut Rong dan Zhu (1999) proses locating pada penggunaan fixture merupakan prosespenempatan benda kerja hingga beberapa permukaan benda kerja tersebut bersentuhandengan lokator-lokator yang terdapat pada fixture. Selanjutnya dilakukan proses pencekaman(clamping) benda kerja terhadap fixture sebagai usaha dalam mempertahankan kedudukanbenda kerja ketika proses pemesinan sedang berlangsung. Beberapa permukaan benda kerjayang mengalami kontak dengan lokator-lokator pada fixture disebut sebagai locating-surface.Terdapat 12 derajat kebebasan pergerakan pada sebuah benda kerja yang merupakanpergerakan linear searah, berlawanan arah, atau pergerakan rotasi terhadap sumbu x, y, dan z.Gambar 1. Derajat Kebebasan Benda KerjaMenurut Rong dan Zhu (1999), lokator dipasang pada masing-masing titik kontaksehingga posisi benda kerja dapat dipertahankan dan untuk menghindari pergerakan bendakerja. Keenam lokator tersebut diposisikan pada tiga bidang yang saling tegak lurus, antaralain:1. Bidang lokator primer berupa tiga buah lokator yang diletakkan pada bidang x-y sehinggamembatasi kebebasan linear pada sumbu z serta derajat kebebasan rotasi terhadap sumbu xdan y.2. Bidang lokator sekunder berupa dua lokator yang diletakkan pada bidang x-z sehinggadapat membatasi derajat kebebasan linear sumbu y serta derajat kebebasan rotasi terhadapsumbu z.3. Satu lokator diletakkan pada bidang y-z sehingga membatasi derajat kebebasan linearsumbu x.Selain prinsip peletakan benda kerja, dalam perancangan jig dan fixture juga harusmempertimbangkan prinsip pencekaman. Sama halnya dengan lokator, pencekaman(clamping) berfungsi untuk mempertahankan posisi benda kerja. Pencekam (clamp) secaraspesifik dirancang untuk menahan pergerakan benda kerja dan membatasi kebebasan linearpada sumbu z.3

Kriteria yang harus dipenuhi dalam pencekaman adalah mampu memenuhikeakuratan dan repeatability, tidak merusak/mendeformasi benda kerja, menjamin tidak adainterferensi antara fixture dan pahat potong, serta memungkinkan clamp tambahan untukmeminimalisir getaran atau distorsi (Chou, dkk: 1989).Dalam menentukan besarnya gaya pencekaman didasarkan pada kemungkinan gayapemesinan terbesar yang terjadi selama proses berlangsung. Perhitungan gaya pencekamanmenggunakan persamaan sebagai berikut:Keterangan:Fc Gaya pencekaman (Newton)D Diameter mata bor (mm)SS Kecepatan spindel (rpm)fm Kecepatan pemakanan (cm/menit)2.3 Formulasi AnalitikHubungan antara gaya pencekaman, gaya peletakan, dan gaya pemesinan dapat dinyatakandalam bentuk vektor sebagai berikut:atau,Keterangan:wp Matriks arah gaya yang bekerja pada lokatorwa Matriks arah gaya yang bekerja pada clampwk Matriks arah gaya pemotonganFp Matriks gaya yang bekerja pada lokatorFa Matriks gaya yang bekerja pada clampFk Matriks gaya pemotonganp Pasifa Aktifmatriks Wp, Wa, dan wk disusun berdasarkan arah gaya dan momen dari suatu gaya tertentudan terdiri dari tiga arah gaya pada sumbu x, y, dan z (n x, ny, nz) dan tiga buah momenterhadap sumbu x, y, dan z (mx, my, mz).Dari persamaan diatas, gaya reaksi pada lokator Fp dapat dihitung sebagai berikut:4

Penyusunan invers dari matriks Wp dapat dinyatakan sebagai berikut:Formulasi analitik yang digunakan dalam tahap penempatan, tahap pencekaman, dan tahappemesinan adalah sebagai berikut:1. Tahap PenempatanPada tahap ini gaya yang terjadi pada benda kerja adalah gaya penempatan dari arahberlawanan dengan arah gaya lokator. Persamaan dari gaya penempatan dapat dituliskansebagai berikut:Keterangan:Fp Matriks gaya yang bekerja pada lokatorwp Matriks arah gaya yang bekerja pada lokatorwl Matriks arah gaya penempatanfl Matriks gaya penempatan2. Tahap PencekamanPada tahap ini gaya penempatan sudah tidak bekerja lagi sedangkan gaya pencekamanbelum bekerja, sehingga persamaannya adalah sebagai berikut:Keterangan:Fp Matriks gaya yang bekerja pada lokatorwp Matriks arah gaya yang bekerja pada lokatorwa Matriks arah gaya yang bekerja pada pencekamfa Matriks gaya yang bekerja pada pencekam3. Tahap PemesinanPada tahap ini akan dilakukan pengujian terhadap setiap lokator untuk mengetahui adatidaknya kontak antara benda kerja dengan lokator selama proses pemesinan. Pada tahapini gaya potong dan gaya pencekaman bekerja pada benda kerja:Keterangan:Fp Matriks gaya yang bekerja pada lokator5

wp Matriks arah gaya yang bekerja pada lokatorwk Matriks arah gaya pemesinanfk Matriks gaya pemesinansemua persamaan diatas harus menghasilkan solusi non-negatif untuk Fp yang berartiterdapat adanya kontak antara benda kerja dan lokator.3. HASIL DAN PEMBAHASAN3.1 Identifikasi Benda KerjaProduk akhir dari Praktikum Perancangan Teknik Industri 1 berupa miniatur mobil yangterdiri dari berbagai komponen penyusun. Adapun benda kerja yang digunakan sebagaisampel pada penelitian ini adalah komponen-komponen miniatur mobil yang salah satuproses produksinya menggunakan mesin Mortiser dengan dimensi panjang tidak lebih dari220 mm dan lebar tidak lebih dari 120 mm, dimana batasan tersebut merupakan dimensipanjang dan lebar dari meja kerja mesin Mortiser.Produk tersebut memiliki desain yang berbeda antara satu kelompok praktikumdengan kelompok praktikum yang lain, sehingga terdapat variansi bentuk dan ukuran padakomponen-komponen yang digunakan sebagai objek pengamatan. Sebagai bahanpertimbangan dalam perancangan sistem pencekaman diambil 19 sampel komponen dengandimensi berbeda dari produk hasil praktikum dua tahun terakhir. Adapun komponenkomponen tersebut beserta dimensinya ditunjukan pada Tabel 1.Dari 19 komponen tersebut dipilih komponen yang memiliki dimensi maksimal danminimal untuk digunakan sebagai acuan dalam pembuatan sistem pencekaman. Komponendengan dimensi maksimal adalah komponen 13 dengan volume 162.000 mm3 dan komponendengan dimensi minimal adalah komponen 17 dengan volume 15.000 mm3.Komponen12345678910Tabel 1. Sampel Benda 01260003750033750136000

00011200015000225001470003.2 Parameter PerhitunganParameter yang dibutuhkan dalam formulasi analitik antara lain adalah massa benda kerja dangaya pencekaman. Untuk massa benda kerja dengan dimensi maksimal, diketahui massa jenis(mσ) dari kayu mahoni adalah 0,000631 kg/cm3, volume (V) benda kerja adalah 162 cm3,dengan percepatan gravitasi (g) sebesar 9,8 m/detik2. Sehingga didapat massa benda kerjadimensi maksimal (Wmax) adalah:Wmax mσ x V x g 0,000631 kg/cm3 x 162 cm3 x 9,8 m/detik2 1NUntuk massa benda kerja dengan dimensi minimal, diketahui massa jenis (mσ) dari kayumahoni adalah 0,000631 kg/cm3, volume (V) benda kerja adalah 15 cm3, dengan percepatangravitasi (g) sebesar 9,8 m/detik2. Sehingga didapat massa benda kerja dimensi minimal(Wmin) adalah:Wmin 0,000631 kg/cm3 x 15 cm3 x 9,8 m/detik2 0,09 NDalam menentukan besarnya gaya pencekaman, diketahui kecepatan pemakanan(fm) adalah 8,98 cm/menit, kecepatan putar (Spindle Speed) 2800 RPM, dan diameter matabor 10 mm. Sehingga besarnya gaya pencekaman yang terjadi adalah: 1976,26 N3.3 Perancangan dan Pembuatan Alat BantuBerdasarkan sampel benda kerja yang diproses pada mesin Mortiser, dipilih dua benda kerjayang memiliki dimensi terkecil dan dimensi terbesar untuk digunakan sebagai batasan dalamperancangan alat bantu pencekaman. Dimensi minimal benda kerja yang dapat diakomodir7

oleh alat bantu yaitu benda karja yang memiliki panjang 75 mm, lebar 40 mm, dan ketebalan5 mm. Sementara dimensi maksimal yaitu benda kerja yang memiliki panjang 135 mm, lebar80 mm, dan ketebalan 15 mm.Gaya yang dimiliki benda kerja dimensi minimal yaitu sebesar 0,09 N dan gayabenda kerja dimensi maksimal yaitu sebesar 1 N. Sementara gaya pencekaman yang terjadiadalah sebesar 1976,26 N. Kedua benda kerja tersebut kemudian melalui tiga tahap pengujianantara lain tahap peletakan, tahap pencekaman, dan tahap pemesinan.Dalam tahap peletakan, terlebih dahulu menentukan koordinat titik peletakan(lokator) berdasarkan dimensi benda kerja dengan menggunakan metoda 3-2-1. Masingmasing koordinat titik peletakan untuk benda kerja dimensi minimal dan benda kerja dimensimaksimal dapat dilihat pada Tabel 4.9 dan Tabel 4.10.Tabel 2. Koordinat Titik Peletakan Benda Kerja Dimensi ,5600667,5200Tabel 3. Koordinat Titik Peletakan Benda Kerja Dimensi ,5300637,5100Pada pengujian tahap ini didapat nilai Fp non negatif yang berarti terjadi kontakantara lokator pada fixture dengan permukaan benda kerja selama tahap peletakan. Sehinggakoordinat titik peletakan tersebut diatas dinyatakan aman serta memungkinkan untukdigunakan dan dapat dilanjutkan pada tahap berikutnya.Dalam tahap pencekaman, digunakan metoda 6 daerah untuk menentukan kandidattitik pencekaman. Pada benda kerja dimensi minimal didapat 8 kandidat titik pencekamandan pada benda kerja dimensi maksimal didapat 6 kandidat titik pencekaman. Koordinat titikpencekaman masing-masing benda kerja dapat dilihat pada Tabel 4.11 dan Tabel 4.12.8

Tabel 4. Koordinat Titik Pencekaman Benda Kerja Dimensi MinimalTitik 05Tabel 5. Koordinat Titik Pencekaman Benda Kerja Dimensi MaksimalTitik f454015g67,54015h904015Pada tahap pencekaman didapat nilai Fp non negatif yang berarti terjadi kontakantara lokator pada fixture dengan permukaan benda kerja selama tahap pencekaman danseluruh kandidat titik cekam memungkinkan untuk dipilih salah satunya untuk digunakansebagai titik pencekaman. Titik pencekaman dipilih dari koordinat kandidat titik pencekamanyang memiliki jarak terjauh dari daerah pemesinan (feature). Pada benda kerja dimensiminimal terpilih titik c sebagai titik pencekaman dengan jarak terhadap feature sejauh 34mm.Sementara pada benda kerja dimensi maksimal terpilih titik e dengan jarak 54,08mm darifeature.Dalam tahap pemesinan diasumsikan arah gaya pemesinan terhadap daerah featuresama dengan arah peletakan benda kerja. Pada tahap pemesinan didapat nilai Fp non negatifyang berarti terjadi kontak antara benda kerja dengan lokator selama proses pemesinan.Jenis pencekam yang dipilih adalah Step Clamp dengan aksi pencekaman hold down(menekan kebawah) menggunakan satu buah poros pencekam (Stud) dan pengencang(Fastener Device) dengan ukuran M8. Pencekam yang digunakan memiliki dimensi ukuran63,5 mm x 25,4 mm x 12,7 mm dengan gaya pencekaman hingga 4003,2 N. Alat bantupencekaman menggunakan pelat dasar (Base Plate) alumunium berjenis T-Slot yangdimensinya disesuaikan dengan meja kerja yang ada pada mesin Mortiser yaitu 220 mm x120 mm. Pelat dasar berjenis T-Slot memungkinkan pergerakan posisi klem menjadi lebihfleksibel sehingga dapat digunakan terhadap varian dimensi benda kerja.9

Gambar 2. Desain Alat Bantu Pencekaman Mesin MortiserGambar 3. Alat Bantu Pencekaman Pada Meja Kerja4. PENUTUP4.1 KesimpulanBerdasarkan pembahasan yang dilakukan sebelumnya, maka dapat ditarik beberapakesimpulan sebagai berikut.1.Alat bantu pencekaman benda kerja berjenis Plate Fixture yang dirancang denganmenggunakan Base-plate (pelat dasar) berjenis T-slot yang memungkinkan posisi klemdisesuaikan dengan dimensi benda kerja.2.Klem yang digunakan adalah Step Clamp dengan aksi pencekaman hold down (menekanke bawah) yang secara teknis aman digunakan karena matrik gaya yang bekerja bernilainon negatif.Jenis klem yang digunakan memiliki dimensi 63,5 mm x 25,4 mm x 12,7 mmdan dapat memberikan gaya pencekaman hingga sebesar 4003,2 N.3.Alat bantu pencekaman yang dirancang dapat digunakan pada benda kerja denganrentang volume antara 15.000 mm3 sampai 162.000 mm3. Rincian dimensi panjang,lebar, dan tinggi minimal benda kerja adalah 75 mm, 40 mm, dan 5 mm. Sementarauntuk dimensi panjang, lebar, dan tinggi maksimal benda kerja adalah 135 mm, 80 mm,dan 15 mm.10

4.2 SaranBeberapa saran yang dapat penulis berikan berkaitan dengan penelitian ini adalah sebagaiberikut.1.Pada dasarnya benda kerja yang optimal untuk diproses menggunakan sistempencekaman orisinal mesin Mortiser adalah benda kerja yang memiliki dimensiberbentuk balok. Alat bantu yang dirancang pada penelitian ini merupakan alternatifyang memungkinkan benda kerja dengan dimensi berbentuk papan juga dapat diproses.Namun untuk mendapatkan hasil optimal pada pemesinan terhadap benda kerjaberbentuk papan disarankan untuk menggunakan mesin Milling2.Alat bantu pencekaman dirancang untuk benda kerja berbentuk papan dengan ketebalanmaksimum 15mm. Apabila benda kerja yang diproses berbentuk balok dengan ketebalandiatas 15mm maka disarankan untuk menggunakan klem tambahan yang telah tersedia.3.Alat bantu pencekaman menggunakan bahan dasar logam yang rentan terhadap korosi,karena itu perlu adanya perawatan secara berkala dan tempat penyimpanan khusus untukmencegah timbulnya karat yang akan merusak fisik alat bantu tersebut.DAFTAR PUSTAKAAprianto, A. (2014). Perancangan Alat Bantu Pencekam Mesin Bandsaw. Jurusan TeknikIndustri Universitas Muhamadiyah Surakarta.Hoffman, E.G. (1996). Jig and Fixture Design, dalam Hoffman, E.G., Delmar Publishers.Mesin Dasar Industri kayu. ustrikayu 03.html (diakses 31 Maret 2016).Nudu, J.H., dan Toha, I.S. (2008). Algoritma Penentuan Titik Pencekaman HoleBasedModular Fixture, Jurnal Teknik Industri Vol. 10.Prassetyo, H., Taroepratjeka, H., dan Felix, J. (2010). Rancangan Jig & Fixture Untuk ProsesProduksi Gear Belakang Sepeda Motor Yamaha, dalam Prassetyo, H. (ed.), InstitutTeknologi Nasional.Reid, D.T. (1998). Fundamentas of Tool Design, 4th edition, dalam Reid, D.T., Society ofManufacturing Engineering, Dearborn.Rong, Y., dan Zhu, Y. (1999). Computer Aided Fixture Design, dalam Rong, Y., dan Zhu, Y.,Marcel Dekker Inc, New York.Yanis, M., dan Leonardo, H., 2015. Perancangan Dan Pembuatan Alat Bantu Cekam PadaMesin Sekrap Untuk Mengerjakan Proses Freis, Jurnal Rekayasa Mesin Vol. 15 No. 1.11

) dari kayu mahoni adalah 0,000631 kg/cm3, volume (V) benda kerja adalah 15 cm3, dengan percepatan gravitasi (g) sebesar 9,8 m/detik2. Sehingga didapat massa benda kerja dimensi minimal (W min) adalah: W min 0,000631 kg/cm 3 x 15 cm 3 x 9,8 m/detik2 0,09 N Dalam menentukan besarnya gaya pencekaman, diketahui kecepatan pemakanan