PERANCANGAN DAN ANALISIS KEKUATAN … fileBelajar dari masalah itu, perusahaan kecil dan menengah ... masing komponen penyususn dilakukan dengan menggunakan fitur simulasi dari perangkat

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

ii

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 2014


commit to user

iii

HALAMAN PENGESAHAN

PERANCANGAN DAN ANALISIS KEKUATAN KONSTRUKSI

MESIN TEKUK PLAT HIDROLIK

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)


commit to user

v

PERSEMBAHAN

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.


commit to user

vi

PERANCANGAN DAN ANALISIS KEKUATAN KONSTRUKSI MESIN TEKUK PLAT HIDROLIK

Tyas Ari Wibowo

Program Sarjana Teknik, Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret, Surakarta

([email protected])

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

vii

DESIGN AND ANALYSIS OF THE STRENGHT HYDRAULIC BENDING MACHINE

Tyas Ari Wibowo

Engineering Graduate Program, Machine Engineering Department, Engineering Faculty

Sebelas Maret University, Surakarta ([email protected])

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 and would be used to bend the material with ultimate strength to 370 N/mm2 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

viii

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.

Semoga skripsi ini dapat digunakan sebagaimana mestinya.

Surakarta, 1 Oktober 2013

Penulis


commit to user

ix

DAFTAR ISI

Halaman

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 ............................................................................ 1

1.1. Latar Belakang ............................................................................ 1

1.2. Perumusan Masalah .................................................................... 2

1.3. Batasan Masalah ......................................................................... 2

1.4. Tujuan Penelitian......................................................................... 3

1.5. Manfaat Penelitian....................................................................... 3

1.6. Sistematika Penulisan ................................................................. 3

BAB II. LANDASAN TEORI ....................................................................... 4

2.1. Tinjauan Pustaka ......................................................................... 4

2.2. Pengertian Umum Tentang Mesin Tekuk.................................... 4

2.3. Proses Pengerjaan Dingin............................................................ 5

2.4. Teori Penekukan (Bending) ........................................................ 7

2.5. Faktor-Faktor Yang Mempengaruhi Proses Bending.................. 8

2.5.1. Jari-Jari Minimum Bending ………….............................. 8

2.5.2. Springback…………………………………..................... 9

2.5.3.Panjang Material Yang mengalami Bending…………...... 10


commit to user

x

2.6.Jenis-Jenis Proses Bending............................................................ 10

2.6.1. Flanging………………….. ………….............................. 10

2.6.2. Hemming..…………………………………..................... 11

2.6.3.Beading…………………………………….…………...... 11

2.6.4.V-bending dan Wiping Bending….……….…………...... 12

2.7.Perhitungan Gaya Bending………............................................... 12

2.8.Perhitungan Kekuatan dan Dimensi.............................................. 13

2.9.Perhitungan Komponen Pendukung............................................. 18

2.9.1.Perhitungan Komponen Hidrolik.….……….…………..... 18

2.9.2.Perhitungan Baut………………..….……….…………..... 20

2.10.Solidwork…………………………............................................ 21

BAB III. METODOLOGI PERANCANGAN............................................... 25

3.1. Diagram Alir Perancangan........................................................... 25

3.2. Alat dan Bahan…………........................................................... 26

3.3. Garis Besar Perancangan............................................................ 26

3.4. Pelaksanaan Perancangan............................................................. 27

3.5. Penentuan Concept Embodiment Detail...................................... 28

3.5.1. Brainstorming…………………………............................ 28

3.5.2. Problem Statement............................................................. 29

3.5.3. Product Design Specification............................................. 31

3.5.4. Planning Matrix….………................................................ 32

3.5.5. Generating Alternatives………........................................ 35

3.5.6. Evaluating Alternatives………........................................ 37

BAB IV. HASIL DAN ANALISIS PERANCANGAN................................. 40

4.1. Perhitungan Gaya Bending…..………………............................ 40

4.2. Perhitungan dan Analisis Komponen…...……............................ 40

4.2.1. Perhitungan dan Analisis Komponen Hidrolik................. 40

4.2.1.1 Perhitungan dan Analisis Silinder Hidrolik................. 41

4.2.1.2 Perhitungan dan Analisis Pipa Hidrolik….................. 43

4.2.1.3 Perhitungan dan Analisis Power Pack……................. 44

4.2.2. Perhitungan dan Analisis Komponen Punch Holder……. 45

4.2.2.1 Perhitungan dan Analisis Punch………….................. 45


commit to user

xi

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

xii

DAFTAR TABEL

Halaman Tabel 2.1 Jari-Jari Minimum Dari Beberapa Material .................................. 8

Tabel 2.2 Perhitungan Momen Bending dan Pelengkungan Material ........... 14

Tabel 2.3 Perhitungan Momen Inersia ........................................................... 16

Tabel 2.4 Angka Keamanan Berdasarkan Pembebanan ................................ 18

Tabel 3.1 Penilaian Problem Statement. ........................................................ 28

Tabel 3.2 Customer Requirement…………………………………………… 30

Tabel 3.3 Keterangan Nilai Dalam Planning Matrix. .................................... 32

Tabel 3.4 Planning Matrix. ............................................................................ 33

Tabel 3.5 Morphological Box Perancangan Mesin Tekuk Plat...................... 34

Tabel 3.6 Sistem Penilaian Eleven Point Scale. ............................................. 36

Tabel 3.7 Hasil Pembobotan Customer Requirement .................................... 37

Tabel 3.8 Penilaian Aspek Ekonomis Alternatif Solusi ................................. 38

Tabel 3.9 Penilaian Aspek Teknis Alternatif Solusi ...................................... 38

Tabel 3.10 Rekap Penilaian Alternatif Solusi ................................................ 39

Tabel 4.1. Perhitungan Harga Mesin Tekuk Plat ............................................ 83


commit to user

xiii

DAFTAR GAMBAR

Halaman

Gambar 2.1. Mesin Tekuk Plat Mekanis Hidrolik……................................ 5

Gambar 2.2. Variasi Kekuatan dan Keuletan Selama Siklus Pengerjaan

Dingin-Penganilan….................................................................. 6

Gambar 2.3. Proses Bending………….. ....................................................... 7

Gambar 2.4. Springback………..................................................................... 9

Gambar 2.5. Bend Allowance…..................................................................... 10

Gambar 2.6. Proses Flanging…..................................................................... 11

Gambar 2.7. Proses Hemming..................................................................... 11

Gambar 2.8. Proses Beading.…..................................................................... 11

Gambar 2.9. Proses V-Bending dan Wiping Bending.................................... 12

Gambar 2.10. Tampilan Program Solidwork………….................................... 21

Gambar 2.11. Contoh Pembagian Parsial dari Suatu Geometri Secara 2D

Menjadi Beberapa Elemen Segitiga……….............................. 22

Gambar 3.1. Diagram Alir Perancangan......................................................... 23

Gambar 3.2. Diagram Penilaian Alternatif Solusi......................................... 39

Gambar 4.1. Pemilihan Kapasitas Silinder Hidrolis Berdasarkan Katalog…. 41

Gambar 4.2. Pemilihan Stroke Silinder Hidrolis Berdasarkan Katalog…….. 42

Gambar 4.3. Pemodelan 3D Punch ………………………..………..……… 45

Gambar 4.4. Pengukuran Luas Bidang Tekan Pada Punch ….…………….. 46

Gambar 4.5. Pemodelan 3D Fixed dan Moveable Base Punch Holder….….. 47

Gambar 4.6. Permukaan Tekan Komponen Fixed dan Moveable Base

Punch Holder…………………………………………….. 48

Gambar 4.7. Pengukuran Luas Bidang Tekan Pada Fixed Base Punch

Holder ………............................................................................ 48

Gambar 4.8. Pengukuran Luas Bidang Tekan Pada Moveable Base Punch

Holder ………............................................................................ 49

Gambar 4.9. Pemodelan 3D Cylinder, Upper, Guide, Support dan Rib

Punch Holder.….……………………………………………… 50

Gambar 4.10. Pengukuran Luas Bidang Tekan Pada Cylinder, Upper, Guide,

Support dan Rib Punch Holder.……..………………………… 51


commit to user

xiv

Gambar 4.11. Pemodelan 3D Die………………………………………………….. 52

Gambar 4.12. Pengukuran Luas Bidang Tekan Pada Die………………………. 53

Gambar 4.13. Pemodelan 3D Fixed dan Moveable Dies Holder.….………… 54

Gambar 4.14. Permukaan Tekan Komponen Fixed dan Moveable Dies

Holder…………………………………………………………. 55

Gambar 4.15. Pengukuran Luas Bidang Tekan Pada Fixed Dies Holder.……. 56

Gambar 4.16. Pengukuran Luas Bidang Tekan Pada Moveable Dies Holder.. 56

Gambar 4.17. Pemodelan 3D Table dan Bottom Frame Cover.….……...…… 58

Gambar 4.18. Pengukuran Luas Bidang Tekan Pada Table dan Bottom

Frame Cover.….……...…….……..…………………………… 59

Gambar 4.19. Rancangan Konstruksi Column…………………………….…….. 60

Gambar 4.20. (1) Free Body Diagram, (2) Bending Moment Diagram, (3)

Shear Force Diagram Pembebanan Column…………………... 61

Gambar 4.21. Pengukuran Luas Bidang Tekan Pada Column………...……….. 62

Gambar 4.22. Pengukuran Momen Inersia Bidang Tekan Pada Column…….. 62

Gambar 4.23. Pemodelan 3D Cylinder Frame Cover.….……...…………….. 64

Gambar 4.24. Pengukuran Luas Bidang Tekan Pada Cylinder Frame Cover.. 65

Gambar 4.25. Pemodelan 3D Upper Frame Cover.….……...……………….. 66

Gambar 4.26. Pengukuran Luas Bidang Tekan Pada Upper Frame Cover….. 67

Gambar 4.27. Pemodelan 3D Guide.….……...………………………………. 69

Gambar 4.28. Pengukuran Luas Bidang Tekan Pada Guide…………………… 70

Gambar 4.29. Pemodelan 3D Fixed Dies Clamping ………………………. 72

Gambar 4.30. Pengukuran Luas Bidang Tekan Pada Fixed Dies Clamping…. 73

Gambar 4.31. Pemodelan 3D Front Dies Clamping ………………………. 75

Gambar 4.32. Pengukuran Luas Bidang Tekan Pada Front Dies Clamping…. 75

Gambar 4.33. Hasil Pemodelan 3D Rancangan Mesin Tekuk…………………. 78

Gambar 4.34. Urutan Proses Analisis Konstruksi Mesin Tekuk Plat………... 80

Gambar 4.35. Plot Kontur dari Von-misses Stress pada Konstruksi Mesin

Tekuk………………………………………………………….. 81

Gambar 4.36. Titik kritis dari Von-misses Stress pada Konstruksi Mesin

Tekuk …………………………………………………………. 82

Gambar 4.37. Displacement Terbesar pada Konstruksi Mesin Tekuk ………. 82


commit to user

xv

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

xvi

DAFTAR NOTASI

A = Luas penampang (mm2)

D = Diameter (mm)

E = Modulus Elastisitas (N/mm2)

F = Gaya (N)

Fk = Beban tekuk (N)

Fmax = Gaya maksimum yang diperlukan (Kg)

I = Momen inersia penampang (mm4)

K = Konstanta, untuk V-die bending

L = Lebar benda kerja (mm)

Lk = Panjang tekuk (mm)

Q = Debit (m3/s)

S = Jarak langkah stroke (m)

T = Tebal benda kerja (mm)

t = Waktu tempuh (s)

UTS = Ultimate tensile strength dari material (Kg/mm2)

V = Kecepatan (m2/s)

W = Die opening (Jarak terbuka antara die dan punch)

σtek = Tegangan tekan (N/mm2)

δ = Angka keamanan

PERANCANGAN DAN ANALISIS KEKUATAN … fileBelajar dari masalah itu, perusahaan kecil dan menengah ... masing komponen penyususn dilakukan dengan menggunakan fitur simulasi dari perangkat

Documents