Download - magang teknik mesin II Tinjauan Pustaka
II. TINJAUAN PUSTAKA
A. Pendahuluan
Untuk mengurangi biaya produksi, peningkatan efisiensi proses manufaktur
suatu produk sangat berpengaruh, terutama dengan menurunkan waktu
proses manufakturnya. Dalam laporan ini, waktu proses manufaktur
didefinisikan dengan penurunan waktu setup dan proses pemotongan
(cutting).
Fixture merupakan “perkakas bantu” yang berfungsi untuk memegang dan
atau mengarahkan benda kerja sehingga proses manufaktur suatu produk
dapat lebih efisien (Fatahul Arifin, 2008:1). Selain itu fixture juga dapat
berfungsi agar kualitas produk dapat terjaga seperti kualitas yang telah
ditentukan. Dengan adanya fixture, tidak diperlukan lagi skill operator
dalam melakukan operasi manufaktur, dengan kata lain pengerjaan proses
manufaktur akan lebih mudah untuk mendapatkan kualitas produk yang
lebih tinggi ataupun laju produksi yang lebih tinggi pula.
Filosofi dari grup teknologi adalah mendapatkan keuntungan dari
pengelompokan sejumlah produk, baik atas dasar kesamaan perancangannya
ataupun atas dasar kesamaan proses manufakturnya. Dalam laporan ini,
kesamaan proses yang menjadi pertimbangan untuk meningkatkan efisiensi
proses manufaktur.
Dengan demikian, efisiensi proses manufaktur suatu produk dapat
ditingkatkan (mereduksi waktu setup dan waktu proses milling) melalui
perancangan fixture pada proses manufaktur suatu produk.
LaporanKerjaPraktekPT. Dirgantara Indonesia
B. Definisi Fixture
Fixture adalah suatu alat yang berfungsi untuk menempatkan benda kerja
didalam ruang kerja mesin, sehinga terjadi suatu koordinasi antara pahat/cuter
dengan benda kerja agar posisinya tidak berubah selama mengalami prosese
pengerjaan. (Arifin F, 2011)
Menurut Bambang Heryanto (1995:1) Perkakas bantu pegang (fixture) yang
digunakan untuk mencekam dan menempatkan benda kerja pada posisi yang
tepat, pada daerah potong dan alat potong, serta dapat menahan berat benda
kerja dari pengaruh gaya potong yang terjadi selama proses pemesinan
berlangsung.
Adapun pendapat lain mengenai definisi fixture, yaitu piranti pemegang
benda kerja produksi yang digunakan dalam rangka membuat pengadaan
komponen secara akurat. Hubungan dan kelurusan yang benar antara alat
potong dan alat bantu lainnya, dan benda kerja mesti dijaga. Untuk
melakukan ini dipakailah fixture yang didesain untuk memegang,
menyangga, dan memposisikan setiap bagian sehingga setiap proses
pengerjaan pemesinan dilakukan sesuai dengan batas spesifikasi.
Dari definisi di atas, maka didapat satu definisi lain dari fixture, yaitu
peralatan produksi yang menempatkan, memegang, dan menyangga benda
kerja secara kuat sehingga pekerjaan pemesinan yang diperlukan bisa
dilakukan. Fixture harus dipasang tepat ke meja mesin dimana benda kerja
diletakkan.
Perancangan (desain/design) alat bantu (tool/fixture) merupakan proses
mendesain dan menggambarkan alat bantu, metode, dan teknik yang
dibutuhkan untuk meningkatkan efisiensi dan produktivitas manufaktur,
produksi dengan volume produksi yang besar dan kecepatan produksi yang
tinggi memerlukan alat bantu yang khusus
RizkiRisdiono (0915021043)6
LaporanKerjaPraktekPT. Dirgantara Indonesia
Desain alat bantu selalu berkembang karena tidak ada satu alat yang
mampumemenuhi seluruh proses manufaktur.
Adapun tujuan digunakannya alat bantu, yaitu :
1. Menurunkan biaya manufaktur
Dengan fixture waktu produksi bisa dikurangi, selain itu dengan adanya
alat bantu maka penggunaan operator/tenaga kerja bisa dikurangi.
2. Menjaga kualitas
Produk yang dihasilkan memenuhi standar kualitas yang telah ditentukan
karena dengan alat bantu fixture produk yang dihasilkan lebih presisi.
3. Meningkatkan produksi
Dengan fixture waktu setup bisa dikurangi, menurunkan waktu produksi
sehingga laju produksi meningkat.
Syarat desain alat bantu yang baik :
1. Sederhana, mudah dioperasikan
2. Menurunkan biaya manufaktur
3. Menhasilkan part berkualitas tinggi secara konsisten
4. Menaikkan laju produksi dengan alat/mesin yang ada
5. Foolproof, mencegah penggunaan/pemasangan yang salah
6. Menggunkan material alat bantu yang menjamin umur
7. Pemakaian yang cukup
8. Menjamin kemanan kerja operator
Gagal atau sukses alat bantu sangat ditentukan oleh perancangannya. Maka
dari itu diperlukan ketelitian yang tinggi dan memenuhi syarat desain alat
bantu yang baik dan benar. Dan tooling engineer (pembuat tool) harus
memahami tool yang akan dibuat dan proses pembuatannya.
RizkiRisdiono (0915021043)7
LaporanKerjaPraktekPT. Dirgantara Indonesia
C. Prinsip Fixture
Di dalam proses pemesinan benda kerja yang akan dikerjakan oleh alat yang
digunakan dengan perkakas pemegang sebagai fungsi dari perkakas bantu
(fixture). Secara umum perkakas bantu (fixture) adalah mencakup semua
peralatan yang digunakan untuk memegang benda kerja dengan cara
sedemikian rupa sesuai dengan cara yang telah ditentukan mengenai
kekokohan dan lokasi sehingga pada benda kerja itu dapat dilakukan
pengerjaan dengan mesin secara mudah.
Fungsi dari perkakas bantu ini adalah memegang dan menempatkan benda
kerja pada tempat yang tepat di daerah potong dan alat serta mempertahankan
posisi tersebut selama ada pengaruh gaya-gaya potong. Disamping itu alat
potong tersebut harus dapat menahan berat benda kerja dan tekanan yang
timbul selama proses pemesinan berlangsung.
Dalam hal ini cara memegang benda kerja dapat menggunakan beberapa cara
baik secara mekanis, hisapan udara (vacuum), dan atau keduanya secara
bersamaan. Pemegang perkakas ini d rancang untuk dapat melindungi pekerja
(operator) dari bahaya-bahaya yang mungkin timbul akibat human error.
Setelah benda lokasikan, benda kerja itu harus ditekan pada permukaan lokasi
dan dipegang pada tempatnya sedemikian sehingga tidak dapat digerakkan
oleh gaya-gaya pemotongan yang bekerja pada benda kerja tersebut. Tooling
engineer (tooling desainer) menyebut kerja ini pencekaman dan alat atau
mekanisme yang digunakan untuk melakukan pekerjaan pencekaman ini
disebut clamping system atau sistem pencekaman.
Pemilihan sebuah cekam (clamping) ditentukan oleh benda kerja yang akan
dipegangnya dan jenis proses pembuatannya. Sebuah cekam yang akan
dipergunakan harus memenuhi beberapa syarat tertentu, yaitu :
1. Clamping system pada fixture harus kuat memegang benda kerja selama
proses pemesinan,
RizkiRisdiono (0915021043)8
LaporanKerjaPraktekPT. Dirgantara Indonesia
2. Clamping system pada fixture harus dioperasikan dengan seefisien
mungkin.
3. Tidak merusak permukaan benda kerja.
4. Apabila ada pengaruh vibrasi, dan tekanan reaksi tinggi, clamping harus
bekerja positif.
5. Dibuat sesederhana mungkin.
D. Jenis-jenis fixture
Jenis-jenis fixture juga dipakai untuk menentukan posisi relatif beberapa
benda kerja terhadap yang lainnya untuk tujuan fabrikasi juga sering disebut
sebagai perkakas bantu pegang (fixture). subassy fixture dan welding fixture
adalah contoh dari jenis ini.
Selain itu jenis fixture juga dapat dibedakan menjadi 2 macam yaitu, fixture
mekanis dan fixture non-mekanis, untuk jelasnya akan diuraikan sebagai
sebagai berikut :
1. Fixture mekanis
Fixture mekanis terdiri atas :
a. Vice fixture (perkakas bantu pegang cekam rahang)
Vice fixture yaitu cekam rahang standard merupakan perkakas bantu
pegang paling umum dipakai dalam proses produksi.
Gambar 2.1 Jenis-jenis Vice Fixture
b. Milling fixture (perkakas bantu pegang proses milling)
RizkiRisdiono (0915021043)9
LaporanKerjaPraktekPT. Dirgantara Indonesia
Milling fixture yaitu suatu perkakas bantu proses milling, fungsinya
memegang benda kerja dalam posisi relatif tepat terhadap perkakas
milling sewaktu pergerakan meja (colom spindle) mewujudkan
gerakan relatif antara benda kerja dengan perkakas potong yang
diperlukan untuk menghasilkan geometris uang diinginkan.
Gambar 2.2 Milling Fixture
c. Drilling fixture (perkakas bantu pegang pengeboran)
Drilling fixture dapat mempunyai sifat sebuah perkakas tuntun gurdi
atau perkakas bantu pegang tergantung jenis operasi bor.
Gambar 2.3 Drilling Fixture
d. Turning fixture
RizkiRisdiono (0915021043)10
LaporanKerjaPraktekPT. Dirgantara Indonesia
Perkakas bantu pegang bubut pada umumnya berupa adaptasi dari
cekam bubut, pelat muka dan mandrel atau kombinasi ketiganya.
Gambar 2.4 Skema Turning Fixture
2. Fixture non-meknisme
Fixture non-mekanis sifatnya tidak menimbulkan distorsi, fixture non-
mekanis ini pada umumnya dipakai untuk proses gerinda yang
membutuhkan ketelitian tinggi walaupun untuk proses lain seperti proses
milling, fixture non-mekanis juga dipakai.
Fixture non-mekanis terdiri dari :
a. Magnetic fixture
Magnetic fixture dapat dipakai untuk menggerinda benda yang terbuat
dari besi atau benda kerja paduanya ferrous.
Gambar 2.5 Magnetic Fixture
RizkiRisdiono (0915021043)11
LaporanKerjaPraktekPT. Dirgantara Indonesia
b. Vacuum fixture
Vacuum fixture dipakai untuk memegang benda kerja non-ferro dan
non-magnetic yang tidak boleh mengalami distortion.
Gambar 2.6 Vacuum Fixture
c. Electrostatic Fixture
gaya tarik menarik antara komponen-komponen bermuatan listrik
berlawanan dapat dipakai untuk memegang benda kerja pada non-
magnetic.
Gambar 2.7 Electrostatic fixture
E. Perancangan Milling Fixture
Sebelum merancang milling fixture terlebih dahulu melihat sifat dari milling
fixture yaitu :
1. Milling fixture harus kuat menahan beban.
2. Struktur milling fixture kuat sehingga bisa menahan dorongan mesin
milling.
RizkiRisdiono (0915021043)12
LaporanKerjaPraktekPT. Dirgantara Indonesia
3. Milling fixture harus diluruskan dengan locating tennons.
4. Penjepit tetap/keras sehinga kuat menahan getaran mesin.
5. Terdapat lubang perkembangan tebal agar fixture bersih.
6. Menghemat gerakan, penjepit dapat menahan benda kerja lebih banyak.
Hal – hal yang diperlukan dalam merancang suatu fixture :
1. Gambar produk
a. Bentuk dan ukuran part
b. Jenis dan kondisi material yang akan diproses
c. Jenis pemesinan
d. Derajat akurasi yang disyaratkan.
e. Jumlah yang akan diproduksi.
2. Rencana produksi
a. Tipe dan kapasitas memsin yang digunakan.
b. Tipe dan ukuran cuter.
c. Urutan operasi.
d. Proses pemesinan sebelumnya.
3. Waktu dan biaya yang tersedia untuk mendesain alat
4. Diperlukan pengalaman dan kreativitas
Ada beberapa bagian utama milling fixture yang harus diperhatikan adalah :
a. Tooling Holes ( T/H )
Berfungsi untuk menempatkan atau mengarahkan benda kerja atau part ke
fixture di dalam ruang kerja mesin.
b. Hold down
Hold down ( H/D ) adalah lubang pengikat atau tempat pencekaman.
c. Stoper
Berfungsi untuk memposisikan benda kerja fixture
d. Clamp
Berfungsi untuk mengklem benda kerja pada fixture
e. Base
RizkiRisdiono (0915021043)13
LaporanKerjaPraktekPT. Dirgantara Indonesia
Merupakan landasan utama untuk menempatkan benda kerja dan segala
komponen fixture, dalam ruang kerja mesin yang diletakan berimpit
dengan meja mesin itu sendiri.
f. Check cutter
Berfungsi untuk mengetes kepresisian cutter (Ike Mart, 2006)
F. Bahan Mentah (Raw Material)
Alumunium dan paduannya dipakai secara luas dalam berbagai bidang karena
memiliki sifat-sifat antara lain ringan, sifat mampu bentuk yang tinggi, sifat
mekanik, ketahan korosi dan kombinasi sifat-sifat ini. Aplikasi alumunium
dan paduannya yang utama adalah bidang konstruksi, transportasi, peti kemas
dan paket-paket listrik. Dua sifat utama alumunium yang membuat
alumunium banyak digunakan adalah ringan dan tahan korosi. Massa jenisnya
hanya 2700 kg/m³, yaitu kira-kira 1/3 massa jenis besi, tembaga, dan
kuningan. Alumunium tahan korosi pada lingkungan atmosfer, air (termasuk
garam), minyak dan bahan zat lainnya.
Paduan alumunium merupakan material uatama yang saat ini digunakan
industri pesawat terbang komersial. Alumunium dipilih karena memiliki sifat
ringan dan kekuatannya dapat dibentuk dengan cara dipadu dengan unsur
lain. Permasalahan yang dihadapi adalah pemilihan jenis apa yang akan
diapadu dengan alumunium untuk mendapatkan karakteristik material ang
dibutuhakn. Unsur paduan yang ditambahkan dan perlakuan panas (heat
treatment) yang diberikan pada alumunium selama pemrosesan sangat
mempengaruhi sifat paduan alumunium yang dihasilkan.
Awalnya paduan alumunium dikembangkan dengan tujuan mendapatkan
material yang kuat dan ringan. Namun, seiring dengan berkembangnya
kebutuhan struktur pesawat udara komersial dengan ukuran yang semakin
besar, material yang dibutuhkan tidak hanya kuat dan ringan saja. Dewasa ini
paduan alumium dikembnagkan untuk mendapatkan material yang kuat,
RizkiRisdiono (0915021043)14
LaporanKerjaPraktekPT. Dirgantara Indonesia
ringan, usia pakai yang lama, biaya produksi rendah, toleransi kegagalan
tinggi, dan tahan korosi yang baik. (American Metals service, 1998 : 40)
Adapun kriteria yang digunakan dalam pemilihan material adalah sebagai
berikut :
1. Ketersediaan bahan material di pasaran. Sehingga material yang dipilih
sedapat mungkin mudah didapat dipasaran lokal tanpa harus membeli dari
luar negri.
2. Material yang dipilih harus kuat untuk menahan beban pada
pengoprasiannya. Besar beban dan kondisi lingkungan harus diperhatikan
sehingga milling fixture dapat bekerja dengan baik dan tidak cepat rusak.
3. Material harus mudah dimachining karena materialnya membutuhkan
proses permesinan yang bertujuan untuk mendapatkan bentuk yang sesuai
dengan desainnya.
G. Proses Pemesinan
Pengerjaan logam dalam dunia manufacturing ada beberapa macam, mulai
dari pengerjaan panas, pengerjaan dingin, hingga pengerjaan logam secara
mekanis. Pengerjaan mekanis logam biasanya digunakan untuk pengerjaan
lanjutan maupun finishing sehingga pengerjaan mekanis dikenal beberapa
prinsip pengerjaan, salah satunya adalah pengerjaan perataan permukaan
dengan menggunakan mesin freis atau biasa juga disebut dengan mesin
milling.
“Proses pemotongan logam adalah proses mengubah material dari bahan
mentah menjadi bentuk yang diingikan dengan cara dipotong” (Puspito Eko,
2010).
Untuk menghasilkan dimensi yang diinginkan banyak faktor yang
mempengaruhinya, dari faktor tersebut ada beberapa elemen dasar proses
pemesinan milling. yaitu :
RizkiRisdiono (0915021043)15
LaporanKerjaPraktekPT. Dirgantara Indonesia
1. Fixture untuk mesin milling pada mesin perkakas control numeric.
Fixture yang digunakan pada mesin milling berfungsi untuk menahan
benda kerja terhadap gerakan pemakanan atau pemotongan oleh pahat.
Alat ini berada diatas meja mesin atau diikat atau kunci dengan baut atau
dihungkan dengan mesin T-slot. Untuk perancangannya diketahui
dimensi dari meja lain, panjang lintasan gerakan meja pada ketiga sumbu
gerakannya, dimensi T-slot, dan gaya-gaya yang bekerja pada benda
kerja. Beberapa bagian penting dari milling fixture adalah base,
clamping, dan locator element. Bagian base harus dapat menahan berat
dari keseluruhan komponen fixture dan gaya-gaya yang bekerja
diatasnya. Clamping element harus kaku dan cukup kuat untuk menahan
gaya potong dan getaran yang terjadi akbat gerakan-gerakan pemakanan
material oleh pahat ( Rochim, 1993 ).
2. Benda kerja tidak boleh rusak atau terdeformasi akibat gaya tekan dari
Clamping. Salah satu prinsip dari mesin control numerik adalah bahwa
mesin tersebut harus mempunyai fleksibilitas yang tinggi dan mengurangi
jumlah perkakas bantu yang dibutuhkan.
3. Mesin perkakas control numeric pada umumnya dilengkapi suatu sensor
ukur tiga dimensi yang dapat memberikan sinyal pada suatu mesin
perkakas untuk membekukan pembacaan posisinya sewaktu sensor ukur
itu menyentuh suatu titik. Sensor itu dapat dipasang pada spindle mesin
dengan bantuan pengganti perkakas otomatis (automatic tool change) dari
mesin perkakas. Pada permukaan siklus pengerjaan sinyal pacu
pengambilan data ditransmisikan oleh sebuah pemancar induktif.
4. Elemen geometris yang diapakai untuk menentukan letak relatif system
referensi benda kerja dapat berupa sisi-sisi benda kerja fresmatis tooling
hole dan sebagainya.
RizkiRisdiono (0915021043)16
LaporanKerjaPraktekPT. Dirgantara Indonesia
Proses milling adalah proses penyayatan benda kerja dengan menggunakan
mata pahat sebagai penyayatnya untuk menghasilkan kontur atau profil dengan
ukuram yang ditentukan dan kehalusan atau kualitas permukaan yang
ditentukan. Proses kerja pada pengerjaan dengan mesin milling dimulai dengan
dengan mencekam benda kerja, kemudian dilanjutkan dengan pemotongan
dengan alat potong yang disebut cutter, dan akhirnya pada benda kerja
terbentuk profil atau kontur yang diinginkan.
Adapun proses kerja pada mesin milling adalah sebagai berikut :
1. Proses kerja milling
Pada proses kerja milling tenaga yang digunakan untuk pemotongan
berasal dari energi listrik yang diubah menjadi gerak utama oleh sebuah
motor listrik, selanjutnya gerakan utama tersebut akan diteruskan melalui
suatu transmisi untuk menghasilkan gerakan putar pada spindel mesin
milling.
Spindel mesin milling adalah bagian dari sistem utama mesin milling yang
bertugas untuk memegang dan memutar cutter hingga menghasilkan
putaran atau gerakkan pemotongan.
Gerakan pemotongan pada cutter jika dikenakan pada benda kerja yang
telah dicekam maka akan terjadi gesekan/tabrakan sehingga akan
menghasilkan pemotongan pada bagian benda kerja, hal ini dapat terjadi
karena material penyusun cutter mempunyai kekerasan diatas kekerasan
benda kerja.
Gambar 2.9 Skema proses kerja milling
RizkiRisdiono (0915021043)17
LaporanKerjaPraktekPT. Dirgantara Indonesia
2. Gerakan dalam mesin milling
Pekerjaan dengan mesin melling harus selalu mempunyai 3 gerakan kerja,
yaitu :
1. Gerakan pemotongan
Sisi potong cutter yang dibuat berbentuk bulat dan berpytar dengan
pusat sumbu utama.
2. Gerakan pemakanan
Benda kerja digerakkan sepanjang ukuran yang akan dipotong dan
digerakkan mendatar searah gerakan yang dipunyai oleh alas.
3. Gerakan penyetelan
Gerakan untuk mengatur posisi pemakanan, kedalaman pemakanan,
dan pengembalian. Untuk memungkinkan benda kerja masuk ke dalam
sisi potong cutter, gerakan ini dapat juga disebut gerakan pengikatan.
Pada proses pemesinan terdapat beberapa perhitungan yang digunakan untuk
menentukan hasil dari pengerjaan benda kerja baik dimensi ataupun sifat
produk, yaitu sebagai berikut :
1. Menghitung berat benda kerja
Rumus yang digunakan untuk menghitung berat benda kerja adalah :
M = ρ V
Dimana :
M = Berat benda kerja ( kg )
ρ = Massa jenis material ( Kg/cm³ )
V = Volume material ( Cm³ )
2. Kecepatan Potong (Cutting Speed)
Rumus menghitung kecepatan potong (cutting speed) adalah :
Vc = π . D .n1000
RizkiRisdiono (0915021043)18
LaporanKerjaPraktekPT. Dirgantara Indonesia
Dimana :
Vc : Kecepatan Potong (m/min)
D : Diamter cutter (mm)
n : Putaran spindle (rpm)
3. Analisa gaya potong
karena daya potong
Nc = Fv xVc
6000
Dimana :
Nc : Daya potong (kW)
Fv : Gaya potong (N)
Vc : Kecepatan potong (m/min)
H. Baut
Baut adalah suatu batang atau tabung dengan alur heliks pada permukaannya.
Penggunaan utamanya adalah sebagai pengikat (fastener) untuk menahan dua
objek bersama, dan sebagai pesawat sederhana untuk mengubah torka
(torque) menjadi gaya linear. Baut dapat juga didefinisikan sebagai bidang
miring yang membungkus suatu batang.
Gambar 2.10 Jenis-jenis baut
RizkiRisdiono (0915021043)19
LaporanKerjaPraktekPT. Dirgantara Indonesia
Gaya geser yang dapat dipikul baut
F = π/4 x d² x Tg
Dimana :
F = gaya geser yang dapat dipikul baut
d = diameter baut
Tg = tegangan geser
RizkiRisdiono (0915021043)20