bab IV PEMBAHASAN baru 1

77

BAB IV

PEMBAHASAN

4.1 Perhitungan Gaya Potong dan Gaya Pengecapan.

4.1.1 Penentuan gaya potong dari rumus

Pada penentuan gaya potong bisa ditentukan melaui rumus yang ada di leteratur. Pada

rumus ini perlu diketahui data-data mengenai luasan yang mengalami gaya potong dan UTS

dari material yang dipotong. Untuk besarnya gaya pemotongan yang terjadi dapat

diperkirakan dengan menggunakan rumus sebagai berikut :

F = 0,7 TL (UTS)

Dimana F = Gaya potong

UTS = Ultimate tensile strength dari material yang dipotong.

T = Tebal benda kerja

L = Panjang daerah yang dipotong

Dari data yang diketahui dari lampiran besarnya UTS untuk jenis material spon EVA sebesar

0,74 N/mm2.

Dari hasil surve yang dilakukan ke daerah wedoro didapatkan bahwa jumlah

permintaan untuk pembuatan ukuran 39-43 sangat banyak dari pada ukuran sandal yang lain.

Untuk itu dalam pembuatan Tugas Akhir ini ukuran 41 dibuat sampel dengan merek ardiles.

Lubang 4

Lubang 3

Lubang 2

Lubang 1 Tempat baut

Gambar 4.1. sket pisau potong dengan ukuran 41

78

Untuk melakukan proses pemotongan perlu diketahui total luasan potong yang akan

terjadi. Luasan pemotongan pada pembuatan sandal terbagi menjadi beberapa bagian yaitu

pada bagian kanan dan kiri.bagian sebelah kanan terdapat beberapa lubang antara lain :

1. Lubang 1

Keliling L1 = π x d = 3,14 x 5

= 15,7 mm = 0,0157 m

Luas L1 = Kel L1 x tinggi (tebal material)

= 0,0157 x 0,01

= 0,000157 m2

2. Lubang 2

Keliling L2 = 75 mm = 0,075 m

Luas L2 = Kel L2 x tinggi (tebal material)

= 0,075 x 0,01

= 0,00075 m2

3. Lubang 3

Pada lubang 3 besarnya luasan potong sama dengan lubang 2. Jadi besar luasan

lubang 3 = 0,00075 m2

4. Sedang pada lubang 4 adalah keliling bagian sisi terluar pada pisau pemotong.

Keliling lubang 4 = 67,8 cm = 0,678 m

Jadi luas pada L4 = kel L4 x 0,01

= 0,00678 m2

Untuk total lubang yang terjadi pada bagian pisau sebelah kanan adalah : Atotal = L1 + L2 +

L3 + L4

= 0,000175 + 0,00075 + 0,00075 + 0,00678

= 0,008437 m2

Dengan melihat data-data yang ada di atas dapat di cari besar gaya potong yang terjadi pada

luasan (T x L) 0,008437 m2

79

F = 0,7 TL (UTS)

F = 0,7 x 0,008437 m2 x 0,74 N/mm2

F = 4370,37 N

Hasil observasi di home industri di daerah Wedoro dan studi pustaka dari Tugas Akhir

Dica Novianto dan Ferry Ardianto (2006). Dari data Tugas Akhir Dica Novianto dan Ferry

Ardianto (2006) didapat gaya potong ( F ) = 16792,4 N = 1679,24 kgf dan saat melakukan

proses pemotongan atau cutting di dapat Pressure sebesar P = 900 psi = 6205500 N/m2.

Diketahui besarnya luasan potong yang terjadi pada saat pemotongan sebesar Atot= 0,016874

m2.

Perhitungan gaya yang dirancangkan :

)24,1679%30(24,1679 kgfxkgfF +=

kgfF 012,2183=

Jadi besar gaya potong yang terjadi pada saat proses cutting sebesar F = 4370,37 N. Dengan

melihat bahwa besar gaya yang didapat rumus < besar gaya yang direncanakan , maka

dianggap besar gaya potong yang direncanakan bisa melakukan pemotongan.

4.1.2 Penentuan gaya pengecapan untuk dasar perencanaan

Untuk menentukan dasar rancangan gaya pengecapan didapat dari hasil percobaan

proses embossing pada bahan Spon EVA di Lab Fluid Power D3 Teknik Mesin ITS dengan

menggunakan mesin hot embossing yang ada dengan spesifikasi sbb:

Dp (diameter piston atau diameter bor) = 63mm

P (tekanan yang terjadi) = 7 bar

= 7 – 1,5 Kgf/cm2

= 5,5 Kgf/cm2

µ (koofisien gesekan yang terjadi pada silinder) = 0,95

80

Maka didapat gaya pembentukan:

F =4

πD2 P µ

= 4

π (6.3 cm)2 7 Kgf/cm2 – 1,5 Kgf/cm2 0.95

= 163 kgf

= 163 N

Didapatkan hasil pengujian yang terbaik pada :

Temperature = 85°C

Holding Time = 12 detik

4.2. Perhitungan Perpindahan Panas Konduksi Pada Mesin dan Konfigurasi Sensor

Temperatur

Pada cetakan terjadi perpindahan panas dari heater menuju produk, perpindahan

panas dapat diketahui dengan pendekatan menggunakan perhitungan perpindahan panas.

Data awal :

Daya heater : 350 watt

Konduktivitas panas almunium ( k) : 177 W/m.K

( heat transfer)

P = 0,29 m

L = 0,017 m

81

Gambar. 4.4. Perpindahan Panas yang terjadi

Asumsi : 1. steady state condition

2. perpindahan panas satu dimensi ( arah x )

pada almunium

3. perpindahan panas pada cetakan atas dan

bawah sama

4.perambatan panas merata di seluruh

permukaan dengan

arah x

Dari data diatas dapat diketahui temperatur pada cetakan dengan menggunakan rumus

perpindahan panas konduksi.

q” = - k A ( T2 – T1 )

L

350 W = -177 W/m.K x (0,29x0,24) m2 ( T2 – T1)

0,017 m

( T2 – T1 ) = 350 W x 0,017m

(-177 W/m.K x 0,0696 m2)

T2 = T1 – 0,483 oC

Dari rumus didapatkan temperatur pada cetakan die sebesar T2= T1 – 0,483 oC,dengan T1 disetting 850C. Jadi temperatur pada cetakan die berbeda 0,483 oC dari

temperatur pada heater. Hal ini disebabkan karena ada panas yang terbuang ke lingkungan,

sehingga untuk memperoleh temperatur yang mendekati sama dengan temperatur produk

maka sensor temperatur diletakkan pada dinding cetakan, seperti yang terlihat pada gambar

dibawah.

l = 0,24 m

q”

T1 = 85 º C

T2

82

Gambar. 4.5. Konfigurasi Sensor Thermocouple

4.3. Pemilihan Punch dan Die Mesin.

Pada cetakan embosing penggabungan antara punch dengan elemen pemanas

dijadikan satu. Pada pemilihan ini menggunakan sistem baut tanam untuk menggabungkan

kedua elemen tersebut dan heater. Baut tersebut berfungsi sebagai adjustable atau pengatur

antara punch dan die. Die atau cetakan ini dibuat dari coran almunium yang dibentuk melalui

proses machining dengan fraiz dan kikir di Bengkel Pelangi Indo karya Surabaya. Untuk

menjaga agar sel yang ada pada silinder tidak rusak karena panas, maka digunakan material

penahan panas diantara poros silinder dan heater. Material yang digunakan adalah ebonit,

ebonit mempunyai fungsi sebagai isolator.

Pada cetakan cutting penggabungan antara pisau dengan dudukan pisau yang

tersambung ke poros silender hidarulik menggunakan sistem baut.pada dudukan pisau yang

terbuat dari besi plat terdapat stoper. Stoper ini berfungsi agar ketika terjadi proses cutting

saat poros silinder naik atau turun dudukan tidak berubah posisi/ berputar.hal serupa pula

yang digunakan untuk punch di sinder embossing. Pembuatan pisau dilakukan di tempat

pembuatan pisau di wedoro.

4.3.1 Perencanaan punch dan die embossing

Pada perencanaan punch die embossing yang terbuat dari alumunium dengan type

1060-0 harus memiliki kekuatan sehingga bisa menahan semua beban yang terjadi saat proses

Thermocouple

83

embossing. Dari literatur dan uji coba di lab pneumatik dan hidraulik D3 Teknik Mesin

didapat data-data sebagai berikut :

• Tekanan yang terjadi saat proses embossing dengan menggunakan alat yang telah

direncanakan, P = 55 bar

• Gaya yang terjadi saat proses embossing dengan menggunakan alat yang telah

direncanakan, F = 6908 N

• Luasan Punch and Die yang mengalami proses embossing, A = 0,0696 m2

• Besarnya nilai Yield Strength untuk material Punch and Die yang digunakan Alumunium

1060-0 dengan besar Yield Strength = 28 Mpa (Mott, 2004)

Dengan memperhatikan data-data di atas didapat besarnya tegangan ijin material Tegangan

tarik ijin material [σt] = N

gthYieldStren dimana N = angka keamanan pada saat cetakan ini

bekerja = 2,5 maka besarnya tegangan tarik ijin material adalah [σt] = 5,2

280bar = 112 bar.

Sedang tegangan kompresi yang terjadi saat proses pengecapan dengan memperhatikan data-

data sebagai berikut :

• F = 6908 N

• A = 0,0696 m2

Maka besarnya adalah σc = A

F =

20696,0

6908

m

N = 99252,87 N/m2 = 99252,87 Pa = 0,99 bar

Dari perhitungan diatas didapatkan tegangan tarik ijin pada material adalah 112 bar > 0,99 bar

sehingga punch ini sangat aman digunakan untuk proses embossing selama mesin press

beroperasi

Gambar. 4.6 Desain Die embossing yang Direncanakan

84

Gambar.4.7. Punch, Die, dan Heater pada proses Hot Embossing

4.3.2 Perencanaan punch Cutting

Pembuatan die atau pisau pemotong cutting menggunakan meterial ASTM A36 yang

memiliki Yield Strength sebesar 250 Mpa = 2500 bar. Punch direncanakan mempunyai data-

data sebagai berikut :

• Berbahan punch ASTM A36 yang memiliki Yield Strength sebesar sebesar 250 Mpa

= 2500 bar. (Mott, 2004)

• Mempunyai luasan potong 0,01687 m2 (luasan ini hanya untuk material yang

mempunyai tebal 10 mm).

• Gaya yang dipakai saat terjadi proses cutting = 21830,12 N.

Dari data-data diatas dapat diperhitungkan apakah punch saat berkerja tidak rusak karena

menerima tekanan dan gaya yang diberikan.

Besar tegangan geser yang terjadi saat proses cutting dengan memperhatikan data-data diatas

maka besarnya adalah σ = A

F =

201687,0

12,21830

m

N = 1294020,15 N/m2 = 1294020,15 Pa = 12,9 bar

Mengingat bahwa cetakan ini dibuat dari material jenis ASTM A36 yang mempunyai Yield

Strength sebesar 250 Mpa = 2500 bar maka duperoleh :

Tegangan tarik ijin material [σt] = N

gthYieldStren dimana N = angka keamanan pada saat

cetakan ini bekerja = 2,5 maka besarnya tegangan tarik ijin material adalah [σt] = 5,2

2500bar =

1000 bar.maka besar tegangan tarik ijin material > tegangan gesser yang terjadi selama proses

Punch

Heater

Die

Adjustable

85

cutting sehingga bisa dikatakan bahwa cetakan ini aman saat digunakan untuk memotong

material sandal selama mesin hidraulik ini bekerja.

Gambar. 4.6 Desain Die cutting yang Direncanakan

Gambar.4.7. Punch dan die pada proses cutting

4.4 Pemilihan Jig & Fixture

Gambar. 4.8.Jig dan Fixture Mesin Hot Embossing

Punch

86

Pemilihan jig dan fixture dibuat agar operator tidak perlu menggunakan tangan dalam

menahan benda kerja sehingga memiliki safety yang tinggi. Jig ini dibuat dari besi plat yang

dilas kemudian dihubungkan dengan rangka dengan mur dan baut sebagai runner. Untuk

proses penekanan penjepit yang biasa digunakan untuk lemari. Pada satu buah jig di beri dua

penjepit sehingga gaya penekanan pada material bisa bagus sehingga material tida berubah-

ubah posisi saat di prosess cutting maupun embossing.

4.5 Hasil pengujian proses cutting dengan menggunakan alat yang sudah dibuat.

Dalam penentuan gaya potong ini dilakukan pengujian terhadap spon Eva dengan

menggunakan pisau yang sudah dirancang dan menggunakn mesin dengan menggunakan

sistem elektrohydraulik yang baru dibuat. Material yang digunakan sama seperti pengujian

embossing yaitu, spoon EVA dengan tebal 10 mm. EVA terbuat dari vinyl acetate yang

dicampur dengan LPDE ( Ethylene Polimer).

Dari percobaan yang dilakukan didapat hasil sebagai berikut :

Gambar 4.2. hasil cutting dengan Pressure 90 bar

87





88



Keterangan :

1. Dengan pressure 60 bar tidak terpotong seluruhnya.

2. Dengan pressure 65 bar terpotong pada bagian sisi luar dan lubang 1,

sementara lubang 2 dan lubang 3 tidak terpotong.


sementara lubang 2 dan lubang 3 terpotong sedikit.


sementara lubang 2 dan lubang 3 terpotong dengan baik.

89


sementara lubang 2 dan lubang 3 terpotong dengan baik.

6. Dengan pressure 85 dan 90 bar terpotong dengan baik.

Dari hasil pengujian didapat bahwa dengan pressure 75 bar dapat melakukan

pemotongan dengan baik. Dengan besar deameter bor silender 63 mm akan bisa didapat besar

gaya yang dihasilkan saat proses cutting.

Jadi gaya yang digunakan sehingga bisa terpotong dengan baik adalah F = 23367.53 N

4.5 Hasil pengujian proses hot embossing dengan menggunakan alat yang sudah

dibuat.

Dari hasil uji coba dengan menggunakan mesin yang baru didapat bahwa hasil terbaik

saat melakukan embossing dengan memberi tekanan saat proses embosing dengan tekanan (P)

55 bar dan temperatur (T) 90o

Table 4.9 Hasil Percobaan Embossing Bahan Spoon EVA dengan menggunakan mesin

embossing baru.

Temperatur

Co

Holding

Time (detik)

Tekanan

(bar)

Keterangan

90°

8

55 bar

2

12 2

24 3

36 3

48 4

60 5

Keterangan : Tidak jelas : 1

90

Kurang jelas : 2

Agak jelas : 3

Jelas : 4

Sangat jelas : 5

Dari pengujian material dengan material EVA (Etyline Vinyl Asetat Copolymer) yang

merupakan polimer jenis plastik dengan bahan utama adalah ethylene copolymers. Prosedure

pengujian dilakukan dengan menggunakan parameter tekanan yang sama yaitu 55 bar, dengan

perubahan variasi holding time berdasarkan hasil observasi dan data spon eva. Berikut ini

beberapa contoh hasil proses embosing menggunakan mesin yang dibuat.

Gambar 4.10 hasil embossing dengan holding time 8 detik

Gambar 4.11 hasil embossing dengan holding time 12detik

91



92



Hasil pengujian diatas dilakukan dengan cara pengamatan visual dan perabaan untuk

menentukan hasil kualitas embossing. Dari hasil tersebut dapat disimpulkan material

embossing dapat terbentuk pada saat mencapai temperature glas / transisinya. Serta

memerlukan waktu penahanan tertentu dan ketebalan cetakan tertentu.Berdasarkan hasil

pengujian diperoleh data terbaik hasil pengembosan adalah pada temperature 90oC holding

time 60 detik.Dengan besar deameter bor silender 40 mm akan bisa didapat besar gaya yang

dihasilkan saat proses cutting.

Jadi gaya yang digunakan untuk mengecap dengan baik adalah F = 6908 N

Documents

bab IV PEMBAHASAN baru 1