laporan tugas akhir perancangan rangka mesin …eprints.umk.ac.id/8299/1/hal._judul.pdf · laporan...
TRANSCRIPT
i
LAPORAN TUGAS AKHIR
PERANCANGAN RANGKA MESIN PEMOTONG PLAT
DENGAN GAYA POTONG 432 KN
KHAYAN KURNIAWAN
NIM : 201354040
DOSEN PEMBIMBING
Ir. MASRUKI KABIB, M.T
QOMARUDDIN, S.T., M.T
PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN (SI)
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS MURIA KUDUS
2017
ii
iii
iv
v
PERANCANGAN RANGKA MESIN PEMOTONG PLAT
DENGAN GAYA POTONG 432 KN
Nama Mahasiswa : Khayan Kurniawan
NIM : 201354040
Pembimbing :
1. Ir. Masruki Kabib, M.T
2. Qomaruddin, S.T., M.T
ABSTRAK
Salah satu kegiatan manufaktur didalam dunia kerja adalah pemotongan
dan pembentukan sheet metal forming dengan sistem hidrolik. Dalam
mekanisme alat pemotongan perlu rangka yang kuat untuk memenuhi tujuan
tertentu. Tujuan yang akan dicapai adalah mendesain rangka mesin
pemotongan plat dengan gaya pemotongan 432 KN.Metode yang dilakukan
adalah studi literature, menganalisa kebutuhan rangka, memiliki konsep desain,
pemilihan konsep, perancangan dan perhitungan meliputi rangka (rangka, ram,
guide, dudukan actuator), serta menganalisa kekuatan rangka mesin pemotong
plat yang selanjutnya disimulasikan dengan software inventor.Hasil yang
diharapkan adalah desain rangka mesin pemotong plat dengan gaya
pemotongan 432 KN yan mampu memotong plat dengan ketebalan 4 mm dan
lebar 1200 mm. Hasil yang diperoleh dari simulasi tegangan dengan
menggunakan software inventor 2015 pada rangka atas 242,1 N/mm2 dan untuk
von mises stress pada dudukan actuator sebesar 7,231 Mpa.
Kata kunci : Gaya potong, Pemotongan Plat, Rangka, Simulasi Software
vi
PERANCANGAN RANGKA MESIN PEMOTONG PLAT
DENGAN GAYA POTONG 432 KN
Nama Mahasiswa : Khayan Kurniawan
NIM : 201354040
Pembimbing :
1. Ir. Masruki Kabib, M.T
2. Qomaruddin, S.T., M.T
ABSTRACT
One of the manufacturing activities in the world of work is the cutting and forming
of sheet metal forming with a hydraulic system. In the cutting tool mechanisms need
a strong frame to meet a certain purpose. The objective to be achieved is to design
the framework of cutting plate machine with cutting force 432 KN. Methods are
literature study, analyzing frame requirement, concept design, concept selection,
design and calculation include frame (frame, ram, guide, actuator stand) as well as
analyzing the strength of the frame of the cutting machine plate which is then
simulated with the inventor software. The expected result is a cutting machine frame
design with 432 KN cutting style which can cut plate with thickness 4 mm and width
1200 mm. Results obtained from the voltage simulation using 2015 inventory
software on the order of 242.1 N / mm2 and for von mises stress on the actuator
holder of 7,231 Mpa.
Keywords: Cutting style, Cutting Plat, Frame, Simulation Software
vii
KATA PENGANTAR
Assalamu’alaikum Warrahmatullahi Wabarakatuh.
Segala puja dan puji syukur bagi Allah SWT dan Sholawat serta salam tetap
tercurah pada Nabi besar Muhammad SAW. Dengan rahmat dan ridho-Nya
akhirnya penulisan laporan tugas akhir yang berjudul “PERANCANGAN
RANGKA MESIN PEMOTONG PLAT DENGAN GAYA POTONG
432 KN”. dapat terselesaikan.
Dalam proses penyelesaian laporan ini, banyak pihak yang telah membantu,
baik secara langsung maupun secara tidak langsung, secara materi, moral, maupun
scara spiritual. Untuk itu pada kesempatan ini penulis mengucapkan rasa terima
kasih dan hormat yang sebesar-besarnya:
1. Bapak Rektor Universitas Muria Kudus.
2. Bapak Dekan Fakultas Teknik Universitas Muria Kudus.
3. Bapak Kaprogdi Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Muria Kudus.
4. Bapak Ir. Masruki Kabib., M.T selaku Dosen pembimbing I dan Bapak
Qomaruddin, S.T.,M.T selaku Dosen pembimbing II yang telah dilibatkan
saya dalam penelitian mesin pemotong plat hidrolik dengan kontrol
otomatis.
5. Bapak Qomaruddin, S.T., M.T. selaku Dosen pembimbing II dan selaku
Dosen Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Muria Kudus. Terima
kasih atas segala masukan serta memberikan dorongan dalam
membimbing penulis selama penyusunan laporan ini.
viii
6. Kepada seluruh dosen Teknik Mesin Universitas Muria Kudus, terima
kasih atas ilmu yang diberikan, semoga penulis dapat mengamalkan dan
menjadi amal jariyah.
7. Rekan-rekan kos di kudus, pejuang malam lab gedung K dan spesial for
cutting plat Squot. seperjuangan yang banyak membantu dalam
penyusunan laporan ini.
8. Keluarga besar penulis dirumah, ayahanda, ibunda tercinta terima kasih
atas kesabaran juga kasih sayang serta do’anya yang senantiasa
mendukung penuh untuk kesuksesan penulis, baik moril, maupun materil.
Penulis menyadari bahwa penyusunan laporan tugas akhir ini mungkin belum
bisa dikatakan sempurna. Oleh karena itu penulis mengharapkan kritik, saran dan
sumbangan pemikiran dari berbagai pihak yang bersifat membangun demi
terciptanya laporan yang lebih baik. Semoga hasil karya penuliasan ini dapat
memberikan manfaat bagi kehidupan kita semua.
Wassalamu’alaikum Warrahmatullahi Wabarakatuh.
Kudus, 18 Agustus 2017
Khayan Kurniawn
ix
DAFTAR ISI
LEMBAR JUDUL ................................................................................................. i
LEMBAR PERSETUJUAN ................................................................................ ii
LEMBAR PENGESAHAN ............................................................................... iii
LEMBAR PERNYATAAN KEASLIAN .......................................................... iv
ABSTRAK .............................................................................................................. v
ABSTRACT ........................................................................................................... vi
KATA PENGANTAR ........................................................................................ vii
DAFTAR ISI ........................................................................................................ ix
DAFTAR GAMBAR .......................................................................................... xii
DAFTAR TABEL ............................................................................................... xv
DAFTAR SIMBOL ............................................................................................ xvi
DAFTAR LAMPIRAN .................................................................................... xvii
BAB I PENDAHULUAN ...................................................................................... 1
1.1 Latar Belakang ................................................................................................ 1
1.2 Perumusan Masalah ........................................................................................ 3
1.3 Batasan Masalah ............................................................................................. 3
1.4 Tujuan ............................................................................................................. 3
1.5 Manfaat ........................................................................................................... 4
BAB II TINJAUAN PUSTAKA ........................................................................... 5
2.1 Mesin Pemotong Plat Hidrolik ....................................................................... 5
2.1.1 Prinsip Kerja ...................................................................................... 8
2.2 Rangka Mesin Pemotong Plat Hidrolik ......................................................... 9
2.3 Ram dan Guide ............................................................................................. 10
2.4 Dudukan actuator ......................................................................................... 12
2.5 Konsep Dasar Konstruksi Rangka Mesin ..................................................... 13
2.5.1 Rangka .............................................................................................. 13
2.5.2 Besi dan Baja..................................................................................... 14
2.6 Sifat-Sifat Logam Pada Pembebanan Tarik .................................................. 16
2.7 Sifat-Sifat Logam Pada Pembebanan Dinamis ............................................. 17
2.8 Pertimbangan-Pertimbangan Dalam Perancangan Batang ........................... 17
2.8.1 Beban ................................................................................................ 18
x
2.9 Gaya-Gaya Yang Terdapat Dalam Pembuatan Rangka ................................ 20
2.9.1 Defleksi ............................................................................................. 23
2.9.2 Tegangan ........................................................................................... 23
2.9.3 Regangan ........................................................................................... 24
2.9.4 Hubungan Tegangan dan Regangan.................................................. 25
2.9.5 Perancangan Normal ......................................................................... 25
2.9.6 Gaya Geser dan Momen Lentur ........................................................ 27
2.9.7 Defleksi Pada Balok .......................................................................... 27
2.9.8 Lingkaran Mohn ................................................................................ 28
BAB III METODOLOGI .................................................................................... 30
3.1 Alur Perancangan ......................................................................................... 30
3.2 Studi Literatur ............................................................................................... 31
3.3 Analisa Kebutuhan Rangka Mesin Hidrolik ................................................. 31
3.4 Konsep Desain Rangka Mesin Pemotong plat ............................................. 33
3.4.1 Konsep Pertama ................................................................................... 33
3.4.2 Konsep Kedua ...................................................................................... 34
3.4.3 Konsep Ketiga ..................................................................................... 35
3.5 Pemilihan Konsep ......................................................................................... 36
3.6 Rangka Paling Banyak Terkena Beban ........................................................ 38
3.7 Perhitungan Rangka Mesin Pemotong Plat .................................................. 40
3.8 Simulasi Software ........................................................................................ 41
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ........................................................... 42
4.1 Perancangan Spesifikasi ............................................................................... 42
4.1.1 Kapasitas Pemotongan ......................................................................... 42
4.1.2 Perhitunngan Massa Diatas Rangk Mesin ........................................... 43
4.1.3 Perhitungan Kekuatan Profil Rangka .................................................. 44
4.1.4 Perhitungan Tegangan Bengkok .......................................................... 46
4.1.5 Perhitungan Defleksi ........................................................................... 47
4.1.6 Kekuatan Rangka Ditinjau Dari Tegangan Tarik Bahan ..................... 47
4.1.7 Hasil Perhitungan Terhadap Data Material ......................................... 48
4.2 Perancangan dan Perhitungan Rangka.......................................................... 48
xi
4.3 Perhitungan Dudukan Actuator .................................................................... 57
4.4 Perhitungan flange ........................................................................................ 63
4.5 Perhitungan RAM .......................................................................................... 63
4.6 Perhitungan Guide ........................................................................................ 67
4.7 Prosedur Simulasi ......................................................................................... 73
4.7.1 Pemodelan Pada Rangka Mesin........................................................... 73
4.7.2 Simulasi Rangka Dengan software inventor ....................................... 74
4.8 Hasil Frame Analysis Menggunakan Inventor ............................................. 76
4.8.1 Pembebanan Pada 4 Sisi Batang .......................................................... 76
4.8.2 Pembebanan Dudukan Actuator Dengan Software Inventor ............... 78
BAB V PENUTUP .............................................................................................. 81
5.1 Kesimpulan ................................................................................................... 81
5.2 Saran ............................................................................................................. 82
DAFTAR PUSTAKA .......................................................................................... 83
LAMPIRAN .......................................................................................................... 84
BIODATA PENULIS
xii
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1. Mesin Guillotine Hidrolik .................................................................. 5
Gambar 2.2. Mesin Guillotine Hidrolik .................................................................. 6
Gambar 2.3. Mesin Guillotine Engkol ..................................................................... 7
Gambar 2.4. Gunting Pegas ..................................................................................... 8
Gambar 2.5. Rangka Mesin Notching ...................................................................... 9
Gambar 2.6. Rangka Mesin Press 50000 N ........................................................... 10
Gambar 2.7. RAM dan Guide. ................................................................................ 11
Gambar 2.8. Large Bed Area ................................................................................. 12
Gambar 2.9. Dudukan Actuator ............................................................................ 12
Gambar 2.10. Hub antara Beban Tarik dan Pertambahan Panjang ........................ 16
Gambar 2.11. Beban Terpusat Pada Batang Sederhana ......................................... 19
Gambar 2.12. Beban Merata Pada Batang Sederhan ............................................ 19
Gambar 2.13. Reaksi Gaya Pada Rangka............................................................... 21
Gambar 2.14. Defleksi Pada Batang ...................................................................... 23
Gambar 2.15. Diagram Tegangan Regangan ......................................................... 25
Gambar 2.16. Sebuah Batang Yang Mengalami Pembebanan Tarik ..................... 26
Gambar 2.17. Segmen Batang Yang Sudah Diberikan Pembebanan..................... 26
Gambar 2.18. Pembebanan Pada Batang Cantilever .............................................. 27
Gambar 2.19. Defleksi Pada Batang ...................................................................... 28
Gambar 2.20. Lingkaran Mohr............................................................................... 29
Gambar 3.1. Diagram Alir Penelitian .................................................................... 30
Gambar 3.2. Konsep Pertama ................................................................................ 34
Gambar 3.3. Konsep Kedua ................................................................................... 34
Gambar 3.4. Konsep Ketiga ................................................................................... 35
Gambar 3.5. Desain Terpilih .................................................................................. 37
Gambar 3.6. Rangka Paling Banyak Terkena Beban ............................................. 38
Gambar 3.7. Penambah Kanal U dan Flange ......................................................... 39
xiii
Gambar 3.8. Hasil .................................................................................................. 40
Gambar 4.1. Kapasitas Pemotongan ...................................................................... 42
Gambar 4.2. Persegi Hollow .................................................................................. 44
Gambar 4.3. Gaya Tekan actuator ......................................................................... 45
Gambar 4.4. SFD dan BMD. .................................................................................. 45
Gambar 4.5. Rangka Atas ...................................................................................... 49
Gambar 4.6. Gaya Tekan Yang Terjadi Pada Rangka Horisontal ........................... 50
Gambar 4.7. SFD dan BMD Pada Rangka Horizontal .......................................... 51
Gambar 4.8. Bentuk Bahan Rangka ....................................................................... 52
Gambar 4.9. Menghitung Moment Inersia ............................................................. 52
Gambar 4.10. Kanal U Penyangga Actuator ......................................................... 54
Gambar 4.11. Perhitungan Pembebanan ................................................................ 55
Gambar 4.12. SFD dan BMD Kanal Penyangga Dudukan Actuator ..................... 56
Gambar 4.13. Dudukan Actuator ........................................................................... 57
Gambar 4.14. Gaya Tekan Pada Dudukan Actuator .............................................. 58
Gambar 4.15. SFD dan BMD Pada Dudukan Actuator ......................................... 59
Gambar 4.16. Dudukan actuator ............................................................................ 59
Gambar 4.17. Dudukan actuator ............................................................................ 60
Gambar 4.18. Flange.............................................................................................. 63
Gambar 4.19. RAM Mesin Pemotong Plat Hidrolik ............................................ 64
Gambar 4.20. Gaya Tekan RAM ............................................................................ 65
Gambar 4.21. SFD dan BMD RAM ....................................................................... 67
Gambar 4.22. Desain Guide ................................................................................... 68
Gambar 4.23. Desain Guide Digabungkan Dengan Ram, Dies dan Plat ............... 68
Gambar 4.24. Gaya Geser Antara Ram dan Guide ................................................ 70
Gambar 4.25. Tampilan Awal Software Inventor .................................................. 73
Gambar 4.26. Hasil Pemodelan Software Inventor 2015 ...................................... 73
Gambar 4.27. Pemilihan Material .......................................................................... 74
xiv
Gambar 4.28. Frame Analysis di Inventor ............................................................. 75
Gambar 4.29. Proses Menetukan Besar Pembebanan ............................................ 76
Gambar 4.30. Hasil Analisa Dengan Pembebanan di 4 sisi ................................... 77
Gambar 4.31. Defleksi Pada Rangka ..................................................................... 77
Gambar 4.32. Defleksi Pada Dudukan Actuator .................................................... 79
Gambar 4.33. Von Mises Stress Pada Dudukan Actuator ..................................... 79
Gambar 4.28. Proses Menetukan Besar Pembebanan .......................................... 68
Gambar 4.29. Hasil Analisis Dengan Pembebanan 4 sisi Rangka Atas................. 69
Gambar 4.30. Defleksi Pada Rangka ..................................................................... 69
Gambar 4.31. Defleksi Pada Dudukan Actuator .................................................... 71
Gambar 4.32. Tegangan Von Mises Stress Pada Dudukan Actuator ..................... 71
xv
DAFTAR TABEL
Tabel 3.1. Analisa Kebutuhan ................................................................................ 32
Tabel 3.2. Pemilihan Konsep ................................................................................. 36
Tabel 4.1. Nilai Koefisien gesekkan Benda ........................................................... 69
xvi
DAFTAR SIMBOL
Simbol Keterangan Satuan Nomor
Persamaan
𝜎𝑡
𝜏𝑔
V
F
A
M
I
D
𝛿
P
A
E
G
𝜎
Tegangan Permukaan
Tegangan Geser
Gaya geser
Gaya
Luas Penampang
Massa
Momen Inersia
Diameter
Defleksi
Gaya
Luas Penampang
Modulus Elastisitas
Grafitasi
Tegangan
N
Mpa
N
mm2
mm3
Kg
m4
m
N
mm2
Mpa
Mpa
m/s2
Kg/m2
1
2
3
4
5
7
8
9
10
11
12
13
14
15
xvii
DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran 1 Desain Rangka mesin pemotong plat ................................................. 84
Lampiran 2 Buku Konsultasi
Lampiran 3 Biodata Penulis