1

BAB I

IDENTIFIKASI KEBUTUHAN

A. Latar Belakang Masalah

Rumah adalah salah satu kebutuhan pokok manusia setelah sandang (pakaian) dan

pangan (makanan). Pembangunan perumahan suatu daerah tentunya tidak lepas dari

peningkatan pertumbuhan penduduk di daerahnya. Balai Pusat Statistik (BPS) Republik

Indonesia tahun 2004 menyebutkan bahwa, pertumbuhan penduduk di Daerah Istimewa

Yogyakarta (DIY) pada tahun 2000-2004 sebesar 81%. Hal tersebut mengakibatkan

kepadatan penduduk yaitu dari 980/km2 pada tahun 2000 menjadi 1012/km

2 pada tahun 2004

. Sehingga permintaan perumahan untuk DIY tahun 2004 mencapai 148.312 unit.

Berdasarkan data di atas, dinilai dari sudut pandang ekonomi dapat disimpulkan

bahwa bisnis dalam bidang properti memiliki nilai eksistensi yang cukup besar. Beberapa

bisnis properti perumahan selain bidang konsultan dan pembangunan adalah desain interior

dan eksterior. Desain interior mencakup penataan ruang dan seluruh kebutuhan di dalam

rumah. Sedangkan desain eksterior lebih menitikberatkan pada tampilan rumah dari luar

seperti area taman, pagar rumah dan lain sebagainya.

Desain interior rumah selain menggunakan unsur kayu, saat ini mulai banyak

ditambah logam. Alasannya adalah karena sifat logam yang kuat, tahan lama dan mudah

dalam perawatannya. Bisnis interior dan eksterior rumah yang berhubungan dengan logam

adalah teralis jendela, tangga rumah, meja, kursi, dan lain sebagainya. Jenis logam yang

digunakan bermacam-macam antara lain adalah besi pipa, besi beton, besi kotak, dan besi plat

2

strip. Salah satu model besi yang menarik saat ini adalah besi teralis model spiral atau sering

disebut juga besi ulir tempa.

Besi teralis model spiral adalah hasil inovasi dari besi kotak (gambar 1), seperti yang

dilakukan oleh beberapa industri kecil menengah (UKM) atau bengkel-bengkel las. Inovasi

tersebut dilakukan untuk menghasilkan produk baru yang berbeda serta meningkatkan daya

jualnya.

Gambar 1. Besi teralis model spiral dan besi kotak

Berdasarkan informasi toko Jaya Bersama Yogyakarta usaha ini cukup berhasil karena

berdasarkan tingkat penjualannya, produk besi teralis model spiral memiliki tingkat penjualan

yang baik walaupun harganya lebih mahal daripada produk besi kotak (tabel 1).

Tabel 1. Perbandingan harga besi kotak dan besi teralis model spiral

Besi Kotak Besi Teralis Model Spiral

Ukuran (mm) Harga Ukuran (mm) Harga

12x12x4500 Rp 46.500,00 12x12x4500 Rp 47.000,00

10x10x3800 Rp 22.000,00 10x10x3800 Rp 22.500,00

8x8x3400 Rp 12.500,00 8x8x3400 Rp 13.000,00

3

Prinsip produksi besi teralis model spiral adalah proses pemilinan atau pemuntiran

besi kotak dengan mesin pilin. Daya puntir mesin yang bekerja pada proses pemilinan

disesuaikan dengan tegangan luluh material. Proses ini disebut juga dengan pekerjaan dingin

karena tanpa adanya proses treatment. Ironisnya mesin pilin yang digunakan saat ini masih

banyak kekurangan (gambar 2), yaitu:

1. Konsumsi listrik yang tidak sesuai untuk tingkat usaha kecil menengah karena daya motor

listrik penggerak mesin yang digunakan terlalu besar yaitu 3 HP.

2. Putaran mesin terlalu cepat dengan putaran motor 1500 rpm sehingga dapat

membahayakan (no safety) bagi operator mesin.

Gambar 2. Mesin pilin sederhana

Keterangan di atas menunjukkan bahwa mesin pilin tersebut kurang proposional untuk

dikembangkan di tingkat usaha kecil menengah. Oleh karena itu dibutuhkan proses

perancangan dan pembuatan mesin pilin besi teralis model spiral yang proposional. Fungsi

dari proses tersebut adalah untuk:

1. Meningkatkan produksi dan profit dengan menyesuaikan sumber listrik UKM.

2. Meningkatkan nilai safety bagi operator mesin.

4

Dengan adanya kesesuaian terhadap kebutuhan market, mesin ini diharapkan mampu

membantu proses produksi UKM dengan hasil yang baik.

B. Identifikasi Masalah

Berdasarkan uraian sebelumnya dapat diperoleh identifikasi beberapa masalah,

diantaranya:

1. Bagaimanakah perancangan mesin pilin untuk produksi besi teralis model spiral yang

sesuai dengan kebutuhan listrik UKM serta memenuhi safety bagi operator.

2. Bagaimanakah proses pembuatan mesin pilin tersebut.

3. Berapakah kapasitas kerja mesin pilin tersebut.

4. Bagaimanakah efektifitas kinerja mesin pilin tersebut.

5. Berapakah biaya yang dibutuhkan dan keuntungan yang didapat dalam pembuatan mesin

tersebut.

C. Batasan Masalah

Mengingat luasnya masalah untuk menghasilkan produk mesin pilin untuk produksi

besi teralis model spiral, maka penulisan laporan ini difokuskan pada masalah perancangan

mesin pilin untuk produksi besi teralis model spiral dengan kapasitas produksi besi kotak

10101300 mm dan waktu produksi 9 menit/ pcs dengan daya penggerak motor listrik

HP dan manual.

D. Rumusan Masalah

Berdasarkan tuntutan desain, beberapa masalah pada perancangan mesin pilin untuk

produksi besi teralis model spiral adalah sebagai berikut:

1. Bagaimanakah desain dan gambar kerja konstruksi mesin pilin tersebut?

5

2. Bagaimanakah tingkat keamanan pada bahan-bahan komponen mesin pilin tersebut?

3. Bagaimanakah analisis ekonomi produk mesin pilin tersebut?

E. Tujuan

Tujuan perancangan mesin pilin untuk produksi besi teralis model spiral adalah

sebagai berikut:

1. Untuk mengetahui desain dan gambar kerja konstruksi mesin pilin.

2. Untuk mengetahui tingkat keamanan bahan yang digunakan pada komponen-komponen

mesin pilin.

3. Untuk mengetahui analisis ekonomi produk mesin pilin untuk pembuatan besi teralis

model spiral.

F. Manfaat

Manfaat dari perancangan dan pembuatan mesin pilin untuk produksi besi teralis

model spiral adalah sebagai berikut:

1. Bagi Mahasiswa

a. Sebagai model belajar aktif tentang cara inovasi teknologi bidang teknik mesin.

b. Sebagai proses pembentukan karakter kerja mahasiswa dalam menghadapi persaingan

dunia kerja.

2. Bagi Perguruan Tinggi

a. Secara teoritis dapat memberikan informasi terbaru khususnya Teknik Mesin UNY

tentang berbagai inovasi teknologi tepat guna kepada institusi pendidikan lain.

b. Sebagai bahan kajian di Jurusan Teknik Mesin dalam mata kuliah bidang teknik

mesin.

6

c. Sebagai wujud salah satu Tri Dharma Perguruan Tinggi tentang pengabdian kepada

masyarakat.

3. Bagi Masyarakat

Untuk meningkatkan meningkatkan kualitas, kuantitas dan keamanan produksi besi teralis

model spiral di industri kecil dan menengah.

G. Keaslian

Perancangan mesin pilin untuk produksi besi teralis model spiral merupakan bentuk

modifikasi mesin pilin yang sudah ada. Kesesuaian konsep kerja mesin merupakan dasar

utama perancangan mesin pilin untuk produksi besi teralis model spiral yang tidak dirubah.

Perubahan mesin difokuskan pada perbaikan konstruksi dan sistem kontrol mesin. Modifikasi

mesin ini bertujuan untuk meningkatkan kualitas, kuantitas dan keamanan pada proses

produksi besi teralis model spiral.

7

BAB II

PENDEKATAN PEMECAHAN MASALAH

A. Kajian tentang Mesin Pilin untuk Besi Teralis Model Spiral

1. Jendela dan Besi Teralis Model Spiral

a. Jendela Rumah

Menurut Gunadi (2007), jendela rumah merupakan salah satu bagian bukaan

rumah. Setiap penghuni rumah dapat merasakan manfaatnya, diantaranya dapat

menghirup udara segar, merasakan teriknya matahari atau menatap rintik hujan.

Beberapa fungsi yang penting dari jendela adalah tinjauan segi kesehatan, keamanan

dan estetika bangunan sehingga jendela merupakan elemen terpenting fisik rumah.

Ukuran jendela menyesuaikan ukuran luar bangunan atau ruang dalam. Beberapa

metode menyebutkan bahwa, ukuran luas bidang bukaan jendela pada suatu ruang

berkisar 1/6 sampai 1/8 luas seluruh bidang lantai atau tidak boleh kurang 1/10 dari

luas lantai ruangan (Gunadi, 2007:36). Artinya, setiap ruangan yang sering digunakan

atau membutuhkan sinar alami dan udara segar cukup memiliki satu bukaan jendela.

Bukaan jendela harus dibuat fungsional sehingga paling sedikit dari luas lantai

ruangan bersifat terbuka. Penentuan standar ketinggian jendela dapat mengacu pada

ketinggian badan manusia atau sejajar dengan ambang atas kusen pintu.

Kusen yaitu kerangka yang berfungsi sebagai penyangga jendela atau pintu.

Kusen jendela rumah tinggal memiliki standar ketinggian minimal 40 cm dan lebar

sesuai kebutuhan. Kusen kayu umumnya disukai oleh pembuat rumah karena

memiliki sentuhan alami yang kuat yang berasal dari kayu pohon pilihan dan dapat

8

disesuaikan dengan selera. Untuk memperindah jendela, setiap pembuat rumah

memasang teralis pada kusen jendela. Oleh karena itu teralis dapat berfungsi ganda,

yaitu sebagai pengaman dan memperindah ruangan. Teralis dapat dibuat dari berbagai

macam bahan, seperti kayu, aluminium dan besi.

b. Besi Teralis Model Spiral

Istilah besi teralis secara umum adalah besi yang dimanfaatkan untuk elemen

tambahan perabotan eksterior dan interior perumahan. Untuk lingkungan eksterior

diantaranya adalah pintu gerbang, pagar balkon, tempat tanaman hias, dan accessories

garasi luar. Sedangkan untuk lingkungan interior adalah teralis jendela, meja, kursi,

dan perabotan rumah lainnya. Secara khusus besi teralis merupakan elemen tambahan

jendela rumah yang berfungsi sebagai accessories dan pengaman. Besi teralis

memiliki model yang bermacam-macam. Salah satunya adalah besi teralis model

spiral atau besi ulir tempa.

Besi teralis model spiral atau besi ulir tempa adalah produk inovasi dari proses

pemuntiran atau pemilinan besi kotak. Ukuran besi teralis model spiral dibedakan

menjadi beberapa jenis (tabel 2).

Tabel 2. Ukuran besi teralis model spiral

No. Ukuran Penampang (mm) Ukuran Panjang (cm)

1. 14x14 570

2. 12x12 450

3. 10x10 380

4. 8x8 340

(Sekawan, 2007)

9

Berdasarkan hasil survey, kebutuhan ukuran besi teralis model spiral yang banyak

digunakan atau diminati konsumen adalah penampang 10x10 mm karena mudah

dibentuk dan murah.

2. Mesin Pilin untuk Besi Teralis Model Spiral

Mesin pilin untuk besi teralis model spiral adalah salah satu jenis alat tepat guna.

Sesuai dengan namanya, mesin tersebut berfungsi sebagai alat produksi besi teralis model

spiral atau biasa disebut besi ulir tempa. Ornamen spiral merupakan hasil deformasi

plastis pada material besi kotak akibat proses pilin atau puntir yang berulang-ulang.

Kapasitas mesin tersebut disesuaikan dengan spesifikasi ukuran ketinggian rata-rata

jendela perumahan daerah tropis seperti Indonesia, yaitu 1/8 luas bidang lantai ruangan

atau sekitar 120 hingga 130 centimeter (Gunadi, 2007).

Konsep dan cara kerja mesin tersebut memiliki persamaan dengan alat uji torsi,

karena mesin tersebut terdiri dari kepala puntir yang dilengkapi cekam untuk

mencengkeram benda uji dan untuk memberikan momen puntir pada benda uji serta

kepala bobot yaitu dengan cara mencengkeram salah satu ujung benda uji dan mengukur

besarnya momen ulir atau torsi (Djaprie, 1990). Namun, untuk menghasilkan mesin pilin

besi teralis model spiral yang reasonable di kalangan UKM diperlukan beberapa

minimalisasi desain pada konstruksi mesin. Beberapa bentuk minimalisasi desain tersebut

bertujuan untuk mengurangi biaya produksi mesin. Harapannya adalah untuk

menyesuaikan harga produk terhadap pasar atau pengguna yaitu UKM.

10

3. Besi dan Baja

Besi dan baja merupakan logam ferro yang sering digunakan dalam konstruksi

mesin.

a. Besi

Besi atau iron merupakan salah satu unsur pembentuk bermacam-macam logam

dan baja paduan. Dalam perkembangan bahan teknik, besi memiliki peranan penting

dalam sejarah teknologi. Kandungan biji besi berdasarkan prosentase terbagi menjadi

empat macam dengan ciri yang berbeda pula (tabel 3).

Tabel 3. Senyawa besi berupa biji besi dan kandungannya

Iron Core Colour Iron Content %

Magnetite (Fe 2 O 3 ) Black 72

Haematite (Fe 2 O 4 ) Red 70

Limonite (Fe 2 CO 3 ) Brown 60-65

Siderite[(Fe 2 O 3 (H O 3 )] Brown 48

(Khurmi, dan Gupta,1928:27)

Besi untuk perkakas dingin merupakan hasil dari beberapa paduan unsur seperti

karbon, silikon, mangan, kromium dan lain-lain. Beberapa unsur paduan tersebut

itulah yang mampu membentuk sifat-sifat tertentu pada besi untuk dapat digunakan

sebagai perkakas dingin. Berdasarkan unsur paduannya besi terbagi menjadi dua jenis,

yaitu:

1) Wrought Iron

Wrought iron adalah besi yang mempunyai kemurnian besi mendekati 100%.

Komposisi kimia bahan tersebut yaitu besi 99,5%-99,9%, 0,02% karbon, 0,120%

11

silikon, 0,018 sulfur, 0,02% fosfor, dan 0,07% kerak besi. Bahan tersebut bersifat

lunak, liat dan tidak mampu menahan beban kejut secara tiba-tiba serta berlebihan.

Kekuatan tarik wrought iron 2500-5000 Kg/cm2

dan kekuatan tekan 3000 Kg/cm2.

Bahan tersebut biasa digunakan pada pembuatan rantai (chains), cranks books,

railway coupling, pipa uap, dan pipa air.

2) Cast Iron

Cast iron merupakan paduan besi dan karbon. Kandungan karbon pada

material ini bervariasi dari 1,7% sampai 4,5%. Cast iron juga mengandung

sejumlah unsur lain, seperti silikon, mangan, fosfor, dan sulfur. Bentuk karbon

yang terdapat dalam cast iron terdapat dua macam, yaitu: karbon bebas yang

dinamakan graphite dan gabungan karbon yang dinamakan simentite.

Cast iron adalah material yang rapuh, tidak dapat digunakan untuk elemen

mesin yang mengalami pembebanan kejut (shock loaded). Sifat-sifat yang

membuatnya berharga adalah karena harganya murah, karakteristik coran yang

baik, kekuatan kompresinya lebih tinggi daripada tegangan tariknya. Variasi dari

cast iron meliputi: grey cast iron, mottled cast iron, White cast iron, malleable

cast iron, dan alloy cast.

b. Baja (Steel)

Baja atau steel didefinisikan sebagai logam ferro berkristal halus yang dihasilkan

dari proses pembuangan unsur pengotor, yakni sulfur dan fosfor dari pig iron dan

proses penambahan sejumlah unsur meliputi mangan, silikon, dan lain-lain. Secara

garis besar baja dibagi menjadi dua macam, yaitu: baja karbon (carbon steel) dan baja

paduan (alloy steel).

12

1) Baja Karbon

Baja karbon merupakan paduan besi dan karbon serta mengandung

mangan, silikon, fosfor, dan sulfur dalam jumlah tertentu yang dapat diketahui.

Apabila keempat unsur tersebut terdapat dalam jumlah normal, maka hasilnya

adalah plain carbon steel atau baja karbon biasa. Kekuatan dan sifat baja karbon

dipengaruhi oleh kandungan karbon. Semakin meningkat kandungan karbon akan

meningkatkan kekuatan dan kekerasan bahan tersebut, namun keuletan dan

kemampuannya dalam menahan beban kejut berkurang. Unsur lain dalam baja

karbon tidak begitu berpengaruh dalam menentukan sifat seperti halnya unsur

karbon. Berdasarkan unsur karbon yang terkandung dalam baja karbon terdiri

bermacam-macam jenis (tabel 4).

Tabel 4. Jenis-jenis baja karbon

No. Nama C (%) Keterangan

1. Dead mild steel 0,25

Bersifat: liat dan tidak

mampu dikeraskan dengan

perlakuan panas dan

mampu las baik.

Penggunaan : bodi mobil

2. Low carbon steel

atau mild steel 0,15-0,25

Bersifat: liat, kuat dan

cocok untukl pengerolan.

Penggunaan: bahan-bahan

pekerjaan permesinan dan

pengelasan

3. Medium carbon

steel 0,3-0,5

Bersifat: keras dan cocok

untuk pekerjaan panas.

Penggunaan: rel kereta api,

crankshaft, wheels, dan

aplikasi sejenis

4. High carbon steel 0,5-0.95

Bersifat: sangat keras, kuat,

sedikit liat dan memiliki

responsitas yang baik

terhadap perlakuan panas.

Penggunaan: alat-alat

potong pertanian, high

13

tensile strength wire, pahat

potong, pegas.

(Khurmi, 1982:31)

2) Baja Paduan (Alloy Steel)

Baja paduan memiliki perbedaan dengan baja karbon. Perbedaannya terdapat

pada unsur-unsur pembentuk baja yang berpengaruh pada sifat ketangguhan baja.

Menurut (Saito, dan Surdia:1999:84-85), sebagai unsur paduan untuk baja paduan

bagi konstruksi mekanik adalah Ni-Cr, Ni-Cr-Mo, Cr-Mo-Mn, dan Mn-Cr. Baja

paduan memiliki beberapa kelebihan, diantaranya adalah:

a) Mempunyai mampu keras yang baik meskipun berukuran besar dapat

dikeraskan sampai ke dalam, jadi dengan penemperan dapat diperoleh struktur

yang lebih uniform atau seragam. Disamping itu kekuatan yang lebih tinggi

dan keuletan yang lebih baik dapat diperoleh.

b) Karena memiliki mampu keras yang lebih baik, tidak diperlukan pendinginan

yang cepat pada pengerasannya, hal ini menyebabkan rendahnya tegangan

sisa.

Komponen mekanis yang umumnya dibuat adalah: poros, roda gigi, baut, mur,

batang torak dan seterusnya. Baja Ni-Cr-Mo sangat baik kekuatan dan

keuletannya, tetapi harganya mahal. Usaha yang dilakukan untuk

menggantikannya adalah baja Cr-Mo atau baja Cr.

14

4. Proses Pengerasan Baja

Menurut Rohyana (1999: 113-122), pengerasan baja adalah proses pemanasan bahan

sampai suhu tertentu kemudian dipertahankan pada suhu yang telah ditentukan untuk

beberapa saat, dan selanjutnya didinginkan dengan cepat. Tujuan dari pengerjaan panas

ini adalah untuk mengubah kekerasan logam. Pada proses pengerasan (hardening) baja

beberapa faktor yang perlu menjadi pertimbangan, antara lain:

a. Bahan pendingin

Bahan pendingin pada proses pengerasan baja mempunyai beberapa klasifikasi sesuai

kebutuhan. Adapun urutannya adalah sebagai berikut:

1) Udara

2) Udara tiupan

3) Minyak (mineral, tumbuh-tumbuhan dan hewan)

4) Air

5) Air yang mengalir

6) Na2CO3

7) Larutan NaCl (5%-10%)

8) Laruatan Na(OH) (5%-10%)

b. Temperatur pemanasan (lama pemanasan)

Waktu pemanasan benda kerja pada saat pengerasan dapat dipengaruhi oleh

beberapa faktor, antara lain:

1) Alat pemanas yang digunakan

2) Temperatur yang diinginkan

3) Ukuran benda kerja yang dipanaskan

Lunak

Keras

15

Untuk proses pemanasan dengan jumlah benda kerja yang banyak perlu diberi waktu

tambahan (holding time) setelah benda kerja mencapai temperatur pengerasan.

Holding time bertujuan untuk merubah struktur dari benda kerja menjadi austenit yaitu

fasa pemanasan baja yang mampu melarutkan 2 % karbon secara menyeluruh.

Tabel 5. Holding time (menit)

Tebal atau

(mm)

MATERIAL BAJA ASSAB

K-100 760 DF.2 XW-

10

M4 XW

41/5

8407

HWT-11

12 5 10 15-20 15

25 5-10 15 25-30 15-20

38 5-10 15-20 30-35 20-25

50 10-15 20-25 35-40

75 10-15 30-40 40-45 3-35

100 10-15 35-40 45-50 35-40

150 15 40-45 45-50 40-45

200 15 45 50 45

(Rohyana,1999)

c. Perubahan Struktur

Setelah proses pengerasan, pada baja akan terjadi perubahan struktur mikronya.

Struktur halus berbentuk jarum disebut martensit dan struktur yang sangat halus

berbentuk jarum disebut bainit. Kedua struktur ini akan mempengaruhi pada nilai

kekerasan baja.

5. Tempering (Pemudaan)

Tempering adalah suatu proses perlakuan panas untuk menghilangkan tegangan sisa

dan membuat baja tidak rapuh. Prinsip dari memudakan adalah memanaskan suatu baja

yang dikeraskan pada temperatur tempering dan kemudian didinginkan. Sistem

16

pendinginan pada proses tempering adalah benda kerja dibiarkan dingin di udara atau

dimasukkan ke dalam oli. Tujuan dari tempering adalah untuk mendapatkan baja yang

keras dan ulet, karena sebagian kekerasan baja akan berkurang dengan adanya

pemanasan.

Menurut Rohyana (1999), dalam praktiknya, tempering ini dapat dilakukan

bersamaan pada proses pengerasan. Caranya adalah sebagai berikut: Bahan kita

panaskan kemudian kita masukkan pada medium pendingin pada ujungnya (bagian yang

dikeraskan) sampai dingin, lalu bahan kita angkat dari medium pendingin. Selanjutnya,

bagian ujung benda kita bersihkan dengan kertas gosok, karena perambatan panas pada

sisi benda kerja yang tidak dimasukkan dalam medium maka benda akan berubah warna.

Setelah semua benda kerja berubah warna maka tempering dapat dilanjutkan kemudian

dimasukkan kembali ke media pendingin hingga dingin dengan sempurna.

6. Pengaruh Gaya terhadap Bahan

a. Modulus Elastik dan Modulus Kekakuan

Menurut (Saito, dan Surdia, 1999) deformasi di daerah elastik merupakan sifat

proposinal atau sebanding lurus dengan tegangan. Hubungan lurus ini disebut

modulus elastik, dan dalam deformasi memanjang disebut modulus elastik

memanjang atau modulus young yang dinyatakan E.

E ......................................................................................... (1)

17

(Saito dan Surdia, 1999: 8)

lo

l ......................................................................................... (2)

(Saito dan Surdia, 1999: 8)

Keterangan E = modulus elastik, GPa

= regangan,

l = pertambahan panjang, mm

lo = panjang mula-mula, mm

Modulus kekakuan atau modulus geser adalah hubungan deformasi di daerah

elastik yang berbanding lurus dengan tegangan geser atau puntir. E dan adalah

modulus elastik yang penting dalam bahan teknik. Harga memiliki hubungan

dengan E pada bahan isotropik adalah:

vE

12 ................................................................................. (3)

Keterangan, = perbandingan poisson, (0,33)

(Saito dan Surdia, 1999: 8)

b. Kekuatan Luluh (Yield Strength)

Batasan elastik suatu logam yang berguna dalam keperluan rekayasa adalah

kekuatan luluh. Kekuatan luluh atau yield strength adalah tegangan yang akan

menghasilkan deformasi permanen dalam jumlah kecil. Umumnya regangan yang

dihasilkan sebesar 0,002 (Djaprie, 1990). Menurut Djaprie (1990), gambar 4 regangan

permanen yang terjadi ialah OC. Deformasi plastik suatu logam akan muncul setelah

melampaui batas elastiknya.

18

Gambar 3. Tegangan-regangan

7. Sifat Mekanis Logam

Menurut (Saito, dan Surdia, 1999: 7), sifat mekanis logam adalah kemampuan logam

untuk menahan beban yang dikenakan padanya, baik pembebanan statis maupun

pembebanan dinamis. Pembebanan statis adalah pembebanan yang besar dan arahnya

tetap setiap saat. Pembebanan dinamis adalah pembebanan yang besar maupun arahnya

berubah setiap saat.

Kekuatan mekanis logam adalah sebagai berikut:

a. Kekuatan bahan (strength),

Kekuatan bahan (strength) disebut juga tegangan batas atau ultimate stress.

Kekuatan bahan merupakan bagian penting dari sifat mekanis bahan logam yang

didefinisikan sebagai tegangan satuan terbesar suatu bahan yang dapat ditahan tanpa

menimbulkan kerusakan (Rohyana,1999:15). Kekuatan bahan bervariasi menurut

bentuk dan beban yang diberikan, sehingga ada kekuatan atau ketahanan terhadap

beban statis seperti tarik, lentur, tekan, puntir (torsi) maupun geser. Sedangkan beban

dinamis adalah seperti pemberian beban dengan tiba-tiba (kejut) dan berubah-ubah.

Contoh, bila percobaan tarik dilakukan terhadap batang logam maka akan terjadi

19

deformasi yang berupa pertambahan panjang dan penciutan/ pengurangan penampang

sampai patah. Deformasi ini dapat berupa deformasi elastis yaitu perubahan bentuk

yang segera hilang kembali bila beban dihilangkan dan deformasi plastis yaitu

perubahan bentuk yang tetap walaupun beban dihilangkan.

1) Tegangan Tarik dan Tegangan Tekan

Gaya aksial P yang bekerja tegak lurus terhadap penampang A akan

menimbulkan tegangan normal (gambar 4). Menurut (Achmad, 1999:15) tegangan

tarik disebut tegangan normal positif, dimana gaya yang bekerja mempunyai arah

keluar (positif). Sedangkan tegangan tekan disebut tegangan normal negatif,

karena gaya yang bekerja mempunyai arah masuk penampang (negatif).

A

P ................................................................................... (4)

(Saito, dan Surdia. 1999)

Dimana = tegangan, N/m2 (Kg/mm2)

P = beban, N (Kg)

A = luas penampang, m2 (mm

2)

Gambar 4. Gaya aksial yang bekerja pada plat

2) Torsi

Menurut (Harahap, 2000:68), setiap vektor momen yang berimpit dengan

sumbu suatu bagian mesin disebut vektor torsi, karena momen ini menyebabkan

bagian mesin tersebut memuntir terhadap sumbunya. Batang yang menerima

b P P

a

20

momen seperti itu disebut batang torsi. Ukuran panjang batang torsi dapat

mempengaruhi besarnya momen yang terjadi. Gambar 5 menerangkan torsi T yang

bekerja pada sebuah batang torsi dengan panjang L dinyatakan dengan

menggambarkan anak panah pada permukaan batang untuk menyatakan arahnya,

atau menggambarkan vektor torsi sepanjang sumbu putar batang tersebut. Vektor

torsi adalah berupa tanda anak panah kosong pada sumbu x.

Gambar 5. Analisa tegangan torsi

Sudut puntir untuk penampang bulat, yaitu:

= GJ

TL ................................................................................. (6)

(Harahap, 2000:68)

Dimana = Sudut puntir, rad

T = torsi, N.m

L = panjang, m

G= modulus kekakuan, N/m2 (Pa)

J = momen inersia sudut dari penampang atau momen inersia polar, m4

Momen puntir (torsi) dari daya motor penggerak adalah :

21

NT ...................................................................................................................................

(7)

60

2 n ...............................................................................................................................

(8)

(Achmad, 1999 : 21 )

Keterangan : T = Momen puntir ( N.m)

N = Daya (Watt)

n = Putaran motor (rpm)

= kecepatan sudut (rad/s)

3) Tegangan Geser

Perhitungan tegangan geser maksimum untuk penampang batang bulat

cukup mudah. Tegangan geser di titik pusat adalah nol, dan tegangan geser

maksimum ( max ) berada di permukaan. Dengan menyatakan radius permukaan

luar sebagai r, maka:

max = J

Tr ........................................................................... (9)

(Harahap, 2000:70)

Perhitungan tegangan geser maksimum untuk penampang yang tidak bulat adalah

suatu persoalan yang rumit, sehingga tegangan geser maksimum untuk penampang

kotak atau persegi (gambar 6) dapat didekati dengan rumus:

max = a

b1.83

2

ab

T .................................................... (10)

(Ugural, 2003:81)

22

Gambar 6. Batang torsi dengan penampang persegi (a) sebelum dan (b) setelah

dipuntir

Dimana a dan b adalah ukuran panjang dan lebar dari batang torsi dengan syarat

a>b. Untuk penampang persegi dapat dilakukan pendekatan dengan membagi dua

penampang persegi, dimana setiap penampang menerima setengah dari torsi yang

ada.

b. Kekerasan

Kekerasan bahan adalah sifat dasar dari logam setelah kekuatan. Kekerasan

didefinisikan sebagai ketahanan suatu bahan untuk menahan pembebanan yang berupa

goresan atau penekanan. Untuk pengukuran kekerasan dengan penekanan dapat

dilakukan dengan pengujian Brinell (HB), Vickers (HV) dan Rockwell skala C

(HRC).

c. Elastisitas

Elastisitas adalah kemampuan untuk kembali ke bentuk semula setelah menerima

beban yang mengakibatkan perubahan bentuk. Sifat ini perlu diperhatikan dalam

perancangan elemem mesin, karena jika beban melebihi batas elastisitasnya, maka

bahan akan berubah bentuk serta melemahkan struktur atau turunnya kekuatan bahan.

23

d. Kekakuan

Kekakuan bahan adalah ukuran dari kekampuan suatu bahan untuk menahan

perubahan bentuk atau deformasi bila bahan tersebut diberi beban, kekakuan ini bisa

didefinisikan sebagai modulus young dari suatu bahan.

e. Plastisitas

Plastisitas adalah kemampuan dari suatu bahan padat untuk mengalami

perubahan bentuk tetap tanpa kerusakan. Perubahan bentuk plastis ini hanya akan

terjadi setelah melewati daerah elastis. Banyak dari pengerjaan panas dan pengerjaan

dingin tergantung pada deformasi plastis (Rohyana, 1999:21). Biasanya plastisitas

dari suatu bahan akan bertambah bila suhunya naik. Oleh sebab itu banyak bahan

yang dikerjakan dengan menaikkan suhunya.

f. Kelelahan bahan.

Kelelahan bahan adalah kemampuan bahan untuk menerima beban yang

berganti-ganti dimana tegangan maksimum diberikan pada setiap pembebanan

(Rohyana, 1999:21). Pada kondisi ini bahan akan rusak atau patah setelah berkali-kali

menerima pembebanan atau sebaliknya bahan mampu menahan beban. Sifat-sifat ini

perlu diperhatikan dalam pemilihan bahan untuk pembuatan elemen mesin, karena

sifat ini jika tidak dipenuhi akan menimbulkan kerugian yang fatal.

8. Faktor Keamanan (Factor of Safety)

Faktor keamanan n adalah faktor yang digunakan untuk mengevaluasi keamanan dari

suatu elemen mesin (Achmad, 1999: 3). Analisis faktor keamanan banyak digunakan pada

24

proses membandingkan antara tegangan dengan kekuatan untuk menaksir angka

keamanannya. Cara menentukan faktor keamanan adalah:

p

F

Fpn ............................................................................... (11)

(Harahap, 2000:13)

Dimana, Fp = Beban yang diijinkan

F = Beban yang bekerja

p = Tegangan yang diijinkan

= Tegangan yang bekerja

Menurut Achmad (1999), Berikut ini adalah rekomendasi nilai faktor keamanan

menurut P. Vidosic (tabel 6 ).

Tabel 6. Faktor keamanan berdasarkan tegangan luluh

No. Nilai keamanan, n Keterangan

1. 1,251,5

Untuk bahan yang sesuai dengan

penggunaan pada kondisi terkontrol dan

beban tegangan yang bekerja dapat

ditentukan dengan pasti.

2. 1,52,0

Untuk bahan yang sudah diketahui dan pada

kondisi lingkungan beban dan tegangan yang

tetap dan mudah ditentukan dengan mudah.

3. 2,02,5 Untuk bahan yang beroperasi pada

lingkungan biasa dan beban serta tegangan

25

dapat ditentukan.

4. 2,53,0

Untuk bahan getas di bawah kondisi,

lingkungan beban dan tegangan dapat

ditentukan.

5. 3,03,5

Untuk bahan belum diuji yang digunakan

pada kondisi lingkungan, beban dan

tegangan rata-rata atau untuk bahan yang

sudah diketahui baik yang bekerja pada

tegangan yang tidak pasti.

Elemen mesin dengan beban berulang, faktor ketetapan nomor 1 sampai 5 sudah sesuai,

tetapi harus disalurkan pada batas ketahanan lelah daripada kekuatan luluh bahan. Apabila

elemen mesin dengan gaya kejut, faktor keamanan yang sesuai adalah nomor 3 sampai 5

tetapi faktor kejut termasuk dalam beban kejut.

9. Analisis Ekonomi

Analisis ekonomi merupakan salah satu bagian dari pertimbangan dalam

perencanaan sebuah produk yang berupa mesin. Pertimbangan tersebut dipengaruhi oleh

biaya-biaya yang dikeluarkan selama menghasilkan produk.

a. Biaya

Biaya dalam arti luas adalah pengorbanan sumber ekonomi yang diukur dalam

satuan uang yang telah terjadi atau yang kemungkinan akan terjadi untuk tujuan

tertentu. Sedangkan biaya dalam arti sempit adalah pengorbanan sumber ekonomi

untuk memperoleh aktiva (Mulyadi, 1993).

Biaya digolongkan dengan berbagai macam cara. Penggolongan biaya ditentukan

atas dasar tujuan yang hendak dicapai. Biaya dapat digolongan menurut :

26

1) Objek pengeluaran

Objek pengeluaran merupakan dasar penggolongan biaya. Misalnya biaya gaji dan

biaya asuransi.

2) Fungsi pokok dalam perusahaan

Biaya menurut fungsi pokok dalam perusahaan terbagi menjadi tiga, yaitu: biaya

produksi, biaya pemasaran dan biaya administrasi. Biaya produksi adalah biaya-

biaya yang terjadi untuk mengolah bahan baku menjadi produk jadi yang siap

untuk dijual. Contoh: biaya bahan baku, biaya karyawan, biaya bahan penolong.

Biaya pemasaran adalah biaya-biaya yang terjadi untuk melaksanakan kegiatan

pemasaran produk. Contoh: biaya iklan, biaya promosi, biaya angkutan.

Sedangkan biaya administrasi adalah biaya-biaya untuk mengkoordinasi kegiatan

produksi dan pemasaran produk. Contoh biaya personalia, biaya akuntan dan

biaya foto kopi.

3) Hubungan biaya dengan sesuatu yang dibiayai

Berdasarkan hubungannya, biaya dibagi menjadi dua golongan, yakni: biaya

langsung dan biaya tidak langsung. Biaya langsung adalah biaya yang terjadi yang

penyebab satu-satunya karena ada sesuatu yang dibiayai. Biaya tidak langsung

adalah biaya yang terjadi tidak hanya disebabkan oleh sesuatu yang dibiayai.

4) Perilaku dalam hubungannya dengan perubahan volume kegiatan

Berdasarkan perilaku dalam hubungannya dengan volume kegiatan, biaya

digolongkan menjadi tiga, yaitu: biaya variabel, biaya semivariabel, biaya

semifixed, dan biaya tetap.

27

a) Biaya variabel adalah biaya yang jumlah totalnya berubah sebanding dengan

perubahan volume kegiatan.

b) Biaya semivariabel adalah biaya yang berubah tidak sebanding dengan

perubahan volume kegiatan.

c) Biaya semifixed adalah biaya yang tetap untuk tingkat volume kegiatan

tertentu dan berubah dengan jumlah yang konstan pada volume produksi

tertentu.

d) Biaya tetap atau fixed cost adalah biaya yang jumlah totalnya tetap dalam kisar

volume kegiatan tertentu.

5) Jangka waktu manfaatnya

Berdasarkan jangka waktu manfaatnya biaya dapat dibagi menjadi dua, yaitu:

pengeluaran modal dan pengeluaran pendapatan. Pengeluaran modal adalah biaya

yang mempunyai manfaat lebih dari satu periode akuntansi. Pada saat terjadi

dibebankan sebagai harga pokok aktiva. Sedangkan pengeluaran pendapatan

adalah biaya yang hanya mempunyai manfaat dalam periode akuntansi terjadinya

pengeluaran.

Pembuatan suatu produk terdapat dua kelompok biaya yaitu biaya produksi dan

biaya non produksi. Biaya produksi merupakan biaya-biaya yang dikeluarkan dalam

pengolahan bahan baku menjadi produk. Sedangkan biaya non produksi seperti

pemasaran dan administrasi. Biaya produksi membentuk harga pokok produksi yang

digunakan untuk menghitung harga pokok produk. Kemudian biaya non produksi

ditambahkan pada harga pokok produksi untuk menghitung total harga pokok produk.

b. Metode Penentuan Harga Pokok Produk Berdasarkan Pesanan

28

Penentuan harga pokok produk berdasarkan pesanan (full costing) dilakukan

dengan mengumpulkan biaya-biaya produksi pesanan tertentu dan harga pokok

produksi persatuan dihitung dengan cara membagi total biaya produksi pesanan

dengan jumlah satuan produk pesanan yang bersangkutan. Sebuah perusahaan dengan

proses produksi berdasarkan pesanan memulai proses produksi suatu produk

berdasarkan spesifikasi yang ditentukan oleh pemesan. Biaya produksi pesanan yang

satu dengan pesanan yang yang lain akan berbeda sesuai keinginan dari pemesan.

Harga jual yang dibebankan pada pemesan sangat ditentukan oleh besarnya biaya

produksi yang akan dikeluarkan untuk memproduksi pesanan tertentu.

Harga jual produk yang dipesan oleh pemesan, terkadang sudah terbentuk di

pasar. Hal tersebut menjadikan manajemen untuk mengambil keputusan menerima

atau menolak pesanan. Manajemen memerlukan informasi total harga pokok pesanan.

Informasi total harga pokok pesanan memberikan perlindungan bagi manajemen agar

dalam menerima pesanan tidak mengalami kerugiaan. Tanpa memiliki informasi yang

lengkap, manajemen tidak dapat mengetahui laba.

c. Neraca Ekonomi

Selain biaya-biaya yang akan dikeluarkan selama proses pembuatan menjadi

produk, dalam analisis ekonomi juga diperhitungkan mengenai neraca ekonomi.

Neraca ekonomi adalah suatu laporan yang berisi kegiatan perusahaan yang dibuat

dengan jangka waktu tertentu (Machfoedz, 1987). Hal-hal yang terdapat dalam neraca

perusahaan antara lain BCR (Benefit Cost Ratio), BEP (Break Event Point).

1) BCR (Benefit Cost Ratio)

29

BCR atau Benefit Cost Ratio merupakan perbandingan antara hasil yang

dipresentasikan dengan biaya modal sebagai indikator diterima atau tidaknya

investasi yang dijalankan dalam suatu usaha. BCR lebih dari satu maka investasi

yang ditanamkan menguntungkan (Saputro, 1993).

Menurut Budiono (1993), perhitungan BCR dapat dihitung dengan rumus :

ksiBiayaprodu

PenerimaanBCR .......................................................... (12)

2) BEP (Break Event Point)

BEP atau Break Event Point adalah suatu keadaan dimana penghasilan dari

penjualan hanya cukup untuk menutup biaya baik yang bersifat variabel maupun

yang bersifat tetap atau hanya mampu menutup biaya produksi dan biaya usaha

yang diperlukan dalam menjalankan kegiatannya. BEP menunjukkan jumlah laba

sama dengan nol atau jumlah penghasilan total sama dengan biaya total

(Partadiredja, 1996).

BEP bermanfaat untuk menetapkan penjualan minimal yang harus

dipertahankan agar tidak rugi dalam menjalankan kegiatan produksi dalam biaya

tetap maupun biaya variabel tertentu (Saputra, 2000). Perhitungan BEP dapat

dilakukan dengan rumus :

TR

TVC

TFCBEP

1

..................................................................... (13)

Dimana: TFC = Total Fixed Cost

TVC = Total Variable Cost

TR = Total Revenue (Pendapatan)

30

d. Pendapatan

Berdasarkan produk yang terjual, diperoleh pendapatan. Pendapatan merupakan

selisih antara output (penerimaan) yang diperoleh dari penjualan hasil produksi

dengan input (biaya) yang dikeluarkan untuk menghasilkan suatu produk (Adisaputro,

1993).

Menurut Budiono (1993), jumlah pendapatan yang diterima oleh perusahaan

dapat dirumuskan sebagai berikut :

Pendapatan = Total output total input ........................................ (14)

Pendapatan merupakan selisih antara output (penerimaan) yang diperoleh dari

penjualan hasil produksi dengan input (biaya) yang dikeluarkan untuk menghasilkan

suatu produk (Saputra, 2000).

Pendapatan sangat dipengaruhi oleh input dan output. Input merupakan faktor

yang dapat digunakan untuk menghasilkan sebuah produk yang dapat memuaskan

kebutuhan atau keinginan manusia. Sedangkan output adadalah hasil produksi total

sumber daya yang digunakan dalam usaha ekonomi.

B. Tuntutan Mesin Pilin untuk Besi Teralis Model Spiral dari Calon Pengguna

Pengembangan teknis suatu desain merupakan salah satu syarat utama keberhasilan

sebuah produk dalam memenuhi kebutuhan konsumen. Upaya tersebut memerlukan beberapa

langkah konstruktif (Budiman, dan Priambodo, 1999) yaitu:

1. Produksi perdana. Memenuhi target yang telah ditentukan.

2. Pengembangan lanjut. Eliminasi hambatan, kesempurnaan, kesederhanaan, dan penurunan

harga dari hasil desain.

31

3. Penyesuaian hasil desain untuk penerapan di bidang khusus dan pengembangan produksi

khusus.

4. Spesifikasi khusus. Menentukan ukuran tertentu, bentuk dan daya tahan khusus, jika hal

ini belum dilakukan dalam langkah terdahulu.

5. Memproduksi dengan cara lain atau bahan lain.

6. Hasil desain yang lebih bermutu.

Berdasarkan uraian di atas langkah awal proses perencanaan yang perlu dilakukan

adalah mempelajari syarat-syarat dan spesifikasi tugas secara detail. Sebagian besar masalah

atau kegagalan desain disebabkan karena kurang jelasnya kriteria tuntutan pemakai dan

kaburnya definisi tugas yang harus dipenuhi. Sedangkan alasan utama penolakan desain dari

konsumen adalah faktor investasi atau ekonomi yang tidak sepadan. Oleh karena itu,

diperlukan formula khusus sebagai langkah awal pengembangan desain dengan mempelajari

tuntutan produk dari pemakai. Formula tersebut tidak menutup kemungkinan pada

perencanaan mesin pilin untuk besi teralis model spiral (tabel 7).

Tabel 7. Identifikasi kebutuhan dan tuntutan pengguna mesin pilin untuk besi teralis model

spiral

Identifikasi Kekebutuhan dan

Analisa Desain Produk Sebelumnya

Kesimpulan

Tuntutan Pengguna

1. Sumber tenaga motor listrik (AC)

2. Daya motor terlalu besar atau

tidak sebanding dengan kinerja

mesin motor 3HP untuk

penampang besi kotak 8x8x380

mm

1. Diperlukan modifikasi sumber

tenaga penggerak dengan klasifikasi:

a. Memiliki alternatif sumber

tenaga penggerak yaitu tenaga

manusia dan motor listrik

b. Sumber tenaga motor listrik

32

3. Tenaga penggerak boros biaya

listrik

4. No safety operator, karena putaran

terlalu cepat 1500 rpm

5. Quality control hasil produk

kurang akurat atau metode

konvensinal dengan visual

6. Konstruksi mesin terlalu berat

175 Kg sehingga, sulit dipindah

tempat.

7. Biaya bahan Rp.2.500.000,00

harus sebanding dengan kinerja

mesin dan tidak boros biaya

listrik

c. Diperlukan sistem reduksi

putaran motor penggerak untuk

meningkatkan safety operator dan

fungsi kontrol kerja produksi

2. Diperlukan konstruksi mesin yang

kuat, kokoh, ringan, mudah

dipindah-pindah, dan harganya

terjangkau.

C. Analisis Morfologis Mesin Pilin untuk Besi Teralis Model Spiral

Analisis morfologi adalah suatu pendekatan yang sistematis dan terstruktur untuk

mencari alternatif penyelesaian dengan menggunakan matriks sederhana. Sebagai langkah

kedua pengembangan produk, penyelesaian tugas desain dapat dicapai dengan memahami

karakteristik mesin dan menguasai berbagai fungsi komponen mesin. Materi dasar inilah yang

selanjutnya dapat dikembangkan untuk memilih komponen mesin yang paling ekonomi,

perhitungan teknis dan menciptakan bentuk luar yang menarik. Oleh karena itu, diperlukan

beberapa pengalaman individu untuk mencapai penyelesaian tugas desain tersebut.

Pengalaman individu desainer khususnya pada konsep kerja mesin pilin untuk besi teralis

model spiral menyesuaikan cara kerja alat uji torsi. Benda kerja atau besi kotak dipasang pada

33

masing-masing sistem penjepit mesin dan disalah satu penjepit diputar untuk menghasilkan

profil spiral.

Berdasarkan keterangan dan penjelasan terkait dengan produk mesin pilin untuk besi

teralis model spiral, dapat memberikan gambaran mengenai kebutuhan spesikasi (tabel 8).

Spesifikasi mesin dapat dikategorikan menjadi dua, yaitu:

1. Keharusan (demands) disingkat D, yaitu syarat mutlak yang harus dimiliki mesin (jika

tidak terpenuhi maka mesin merupakan solusi yang tidak diterima).

2. Keinginan (wishes) disingkat W, yaitu syarat yang masih dapat dipertimbangan

keberadaannya agar dapat dimiliki oleh mesin yang dirancang.

Tabel 8. Spesifikasi mesin pilin untuk besi teralis model spiral

No. Tuntutan

Perencanaan Persyaratan

Tingkat

Kebutuhan

1. Energi a. Menggunakan tenaga motor b. Dapat diganti dengan penggerak lain

D

W

2. Gaya a. Mempunyai dan mampu memberikan

gaya torsi

D

3. Kinematika

a. Arah torsi dapat berubah-ubah b. Mekanismenya mudah beroperasi c. Mengunakan transmisi untuk

mendapatkan keuntungan mekanis

W

D

D

4. Material

a. Mudah didapat dan murah harganya b. Baik mutunya c. Sesuai dengan standar umum d. Memiliki umur pakai yang panjang e. Mempunyai sifat mekanis yang baik

D

W

D

D

D

5. Geometri

a. Panjang area kerja 130 cm b. Lebar 50 cm c. Tinggi 100 cm d. Dimensi dapat diperbesar / diperkecil

D

D

D

W

6. Ergonomi

a. Sesuai dengan kebutuhan b. Mudah dipindahkan c. Tidak bising d. Mudah dioperasikan

D

D

D

D

7. Sinyal

a. Petunjuk pengoperasian mudah dimengerti dalam bahas Indonesia

b. Petunjuk pengoperasian mudah

D

W

34

dipahami

8. Keselamatan

a. Konstruksi harus kokoh b. Bagian yang berbahaya ditutup c. Tidak menimbulkan polusi

D

D

W

9. Produksi

a. Dapat diproduksi bengkel kecil b. Suku cadang murah dan mudah

didapat

c. Biaya produksi relatif murah d. Dapat dikembangkan lagi

D

D

W

W

10. Perawatan

a. Biaya perawatan murah b. Perawatan mudah dilakukan c. Perawatan secara berkala

D

D

W

11. Transportasi a. Mudah dipindahkan

b. Perlu alat khusus untuk memindah

D

D

Berdasarkan cara kerja, identifikasi kebutuhan dan keterangan spesifikasi kebutuhan

mesin untuk mendapatkan klasifikasi kebutuhan komponen yang memiliki nilai ergonomis

dan ekonomis, maka dapat digunakan alternatif penyelesaian tugas desain dengan matriks

morfologi (tabel 9).

Tabel 9. Matriks morfologi mesin pilin untuk besi teralis model spiral

No. Variabel Varian

A B C D

1.

Sumber

tenaga

penggerak

Motor listrik

Bantuan alam

Manual/tenaga

manusia

Gabungan

motor

listrik dan

tenaga

manusia

2.

Sistem

transmisi

bawah

Sproket dan rantai

Belt dan

Pulley

Sistem

transmisi

perantara

bawah dan

tengah

Roda gigi payung

Ulir dan roda

gigi cacing Speed reducer

35

Sistem

transmisi

tengah Sproket dan rantai

Belt dan

Pulley

Sistem

transmisi

atas

Roda gigi payung

Ulir dan roda

gigi cacing Speed reducer

Lanjutan tabel 9. Matriks morfologi mesin pilin untuk besi teralis model spiral

3. Sistem

penjepit

Chuck mesin bubut

Chuck persegi

Chuck bor

4.

Bahan

profil

rangka Kanal UNP

Siku

&

Kanal UNP

dan Siku

5. Bahan

casing Plat Plastik

D. Gambaran Mesin Pilin untuk Besi Teralis Model Spiral

8

7

6

6

5

4

3

1

3

2

Keterangan:

1. Kepala tetap dengan penjepit berputar,

2. Kepala lepas dengan penjepit tetap,

3. Tombol kelistrikan mesin (saklar

ON/OFF),

4. Handel pemutar untuk pekerjaan manual,

5. Casing sebagai pengaman transmisi

mesin dari jangkauan

tangan operator,

6. Motor listrik penggerak dan sistem transmisi

mesin,

36

Gambar 7. Model mesin pilin untuk besi teralis model spiral

37

BAB III

KONSEP PERANCANGAN

Perencanaan atau perancangan mesin, berarti perencanaan dari sistem dan segala yang

berkaitan dengan sifat mesin-mesin, produk, struktur, alat-alat, dan instrumen. Pada umumnya

perencanaan mesin mempergunakan matematika, ilmu bahan, dan ilmu mekanika teknik (Shigley

dan Mitchell, 2000).

A. Diagram Alir Proses Perancangan

Metode perencanaan merujuk dari metode perencanaan menurut Pahl dan Beitz

(Dharmawan,1999) yang terbagi menjadi empat tahap, yaitu:

1. Perencanaan dan penjelasan tugas

Tahapan pertama ini meliputi pengumpulan informasi permasalahan dan kendala

yang dihadapi serta dilanjutkan dengan persyaratan mengenai sifat dan performa tuntutan

produk yang harus dimiliki untuk mendapatkan solusi.

2. Perencanaan konsep produk

Perencanaan konsep produk berguna untuk memberikan beberapa solusi alternatif

konsep produk selanjutnya dievaluasi berdasarkan persyaratan teknis, ekonomis, dan lain-

lain. Tahapan ini dapat diawali dengan mengenal dan menganalisis spesifikasi produk

yang telah ada. Hasil analisis spesifikasi produk dilanjutkan dengan memetakan struktur

fungsi komponen sehingga dapat disimpulkan beberapa varian solusi pemecahan masalah

konsep produk.

38

pasar, perusahaan, ekonomi

Tugas

Daftar Persyaratan(Spesifikasi Produk)

Mengembangkan Solusi UtamaMengidentifikasi masalah-masalah penting

Menentukan struktur fungsi produkMencari prinsip-prinsip kerja produk

Membentuk beberapa alternatif produk(varian)Evaluasi terhadap kriteria teknis dan ekonomis

Perencanaan dan Penjelasan TugasAnalisis pasar dan keadaan perusahaan

Mencari dan memilih ide produkMemformulasi usulan produk

Penjelasan tugasMengembangkan daftar persyaratan

Konsep Produk (solusi)

Mengembangkan Struktur ProdukMenentukan bentuk awal, memilih material, perhitungan

Memilih layout awal yang terbaikMemperbaiki layout

Evaluasi terhadap kriter ia teknis dan ekonomis

Layout Awal

Layout Akhir

Dokumen Produk

Menentukan Struktur ProdukMenghilangkan kelemahan dan kekurangan

Cek kalau-kalau ada kesalahanPersiapan daftar komponen awal dan dokumen

Pembuatan dan susunan produk

Menyiapkan Dokumen PembuatanMengembangkan gambar atau daftar detail

Menyelesaikan instruksi-instruksi pembuatanPeriksa semua dokumen

Solusi

Pen

ing

kat

an

dan

Per

ba

ika

n

Info

rmas

i per

ba

iki

da

ftar

per

sya

rata

n h

asi

l u

mp

an

bal

ik

Per

anc

ang

an D

etai

lP

era

nca

ngan

Pro

du

kP

era

nca

ngan

Kon

sep

Pro

duk

Per

enca

naan

da

n P

enje

lasa

n P

rod

uk

Gambar 8. Diagram alir proses perancangan Pahl dan Beitz

39

3. Perencanaan produk (embodiment design)

Perencanaan produk memerlukan beberapa pertimbangan untuk menentukan

keputusan atau solusi setiap proses perencanaan. Berdasarkan kasus masalah yang

dihadapi yaitu perencanaan produk mesin pilin untuk besi teralis model spiral, pendekatan

konsep yang digunakan adalah perencanaan produk dengan perencanaan simultan atau

perencanaan dengan pendekatan proses produksi.

Konsep perencanaan simultan terdapat empat elemen utama, yaitu: fungsi, bentuk,

material, dan produksi. Fungsi merupakan elemen penting diantara keempat elemen

perencanaan simultan.

Gambar 9. Elemen dasar dalam perencanaan simultan

Langkah untuk perencanaan produk terdiri dari sembilan langkah, yaitu:

a. Mencari produk jadi yang tersedia di pasar

Memilih dan memakai komponen yang telah tersedia di pasar atau produk

khusus (special product) adalah jauh lebih murah daripada merancang,

mengembangkan dan membuat komponen sendiri, seperti: bantalan, mur dan baut.

Alternatif memilih produk jadi yang tersedia untuk memenuhi fungsi komponen

merupakan solusi penting perencanaan produk untuk menghemat waktu dan biaya

produksi.

Bentuk

Fungsi

Produksi Material

l Produksi= manufaktur + merakit

40

b. Memilih material dan teknik produksi

Memilih material dan teknik produksi merupakan alternatif kedua perencanaan

produk jika produk jadi hasil konsep produk tidak ditemukan di pasar. Beberapa

faktor yang perlu diperhatikan pada proses pemilihan material dan teknik produksi

adalah:

1) Kuantitas produk yang harus dibuat

Faktor tersebut merupakan pertimbangan proses produksi. Jika produk yang

dirancang hanya sebuah, maka perlu dihindari penggunaan tooling atau alat

produksi yang mahal harganya.

2) Pengetahuan tentang penggunaan material pada aplikasi terdahulu

Informasi pemakaian material serupa merupakan faktor pertimbangan proses

produksi terkait pada bagaimana teknik produksi material yang baik, sifat dan

kinerja material terhadap beban yang diderita.

3) Pengetahuan dan pengalaman

Pengetahuan dan pengalaman yang terbatas akan berpengaruh pada keterbatasan

pemilihan material dan teknik produksi pula, oleh karena itu perlu didukung

dengan literatur aplikasi material.

4) Syarat-syarat teknis tentang material

Syarat-syarat teknis tentang material merupakan pertimbangan yang dapat

membatasi pemilihan material dan teknis produksi. Solusi untuk memenuhi syarat-

syarat teknis material dapat dipecahkan dengan mementingkan esensial fungsi

produk.

5) Faktor ketersediaan

41

Faktor ketersediaan material merupakan hambatan utama setiap perencanaan, oleh

karena itu beberapa alternatif pemilihan material maerupakan solusi penting

perencanaan produk.

c. Mendalami keterbatasan ruang

Salah satu persyaratan teknis perencanaan produk adalah batasan-batasan

ruang yang ditempati produk. Batasan-batasan ruang merupakan dasar pembuatan

gambar layout yang berfungsi sebagai referensi batas dimensi produk atau komponen.

d. Mengidentifikasi komponen-komponen produk

Identifikasi komponen-komponen produk berfungsi untuk memisahkan

beberapa komponen hasil sketsa konsep produk. Pemisahan komponen-komponen

produk bertujuan untuk mempermudah proses pemilihan material dan pembuatan

komponen yang sulit berdasarkan fungsi komponen.

e. Mengembangkan interface atau titik kontak antara dua komponen

Mengembangkan interface berfungsi untuk mengantisipasi interferensi atau

gangguan proses perakitan.

f. Memberi bentuk

Proses pemberian bentuk diharapkan menghasilkan produk yang memenuhi

tuntutan produk, seperti kuat, stabil, korosi dan aus yang terjadi dalam batas yang

diijinkan, dan lain-lain.

g. Evaluasi

Evalusi produk dilakukan pada proses perencanaan produk bertujuan untuk

mendapatkan ketelitian yang lebih baik. Pada langkah evaluasi dikumpulkan

42

informasi yang lengkap agar dapat dibandingkan dengan syarat-syarat pada spesifikasi

perancangan. Tiga hal pertimbangan hasil evaluasi, yaitu:

1) Hasil evaluasi baik, sehingga produk hasil rancangan telah siap ditinjau ulang

bersama produk hasil rancangan alternatif lainnya atau dilanjutkan pada

perencanaan detail.

2) Hasil evaluasi tidak memenuhi syarat sebagai produk bermutu, sehingga perlu

dikembalikan pada tahapan sebelumnya untuk ditinjau kembali sehingga diperoleh

konsep produk yang lebih baik.

3) Hasil evaluasi perlu perbaikan berdasarkan kekurangan-kekurangan yang

ditemukan pada proses evaluasi. Perbaikan terdiri dari dua jenis, yaitu: perbaikan

material dan atau cara pembuatannya dan perbaikan bentuk produk atau

komponen produk.

h. Perbaikan material dan cara produksi

Langkah perbaikan ini bertujuan untuk mendapatkan produk yang lebih baik

atau memenuhi syarat mutu evaluasi,seperti kekuatan bahan atau kualitas dan efisiensi

hasil perencanaan proses produksi.

i. Perbaikan bentuk

Langkah perbaikan bentuk berfungsi untuk menghilangkan interferensi gangguan atau

memperbaiki kinerja produk hasil evaluasi dengan cara merubah ukuran hingga

mengganti bentuk komponen.

Berdasarkan keterangan di atas, kesembilan langkah perancangan produk dapat

digambarkan dalam diagram alir (gambar 10).

43

Gambar 10. Langkah- langkah perancangan produk

4. Perencanaan detail

Perencanaan detail merupakan hasil keputusan perencanaan berdasarkan beberapa

tahapan sebelumnya. Luaran atau hasil akhir dari tahapan ini adalah gambar rancangan

lengkap dan spesifikasi produk untuk pembuatan yang biasa disebut dokumen pembuatan

produk.

Konsep produk

1. Mencari produk jadi yang tersedia

2. Memilih material dan teknik produksi

3. Mendalami keterbatasan ruang

4. Mengidentifikasi komponen-komponen

5. Mengembangkan interface

6. Pemberian bentuk

7. Evaluasi

8. Perbaiki material & cara produksi

9. Perbaiki bentuk

Per

anca

ng

an k

on

sep p

rod

uk

(fe

edba

ck)

Menetapkan

assemblies dan

komponen baru

Peninjauan

rancangan

44

Setiap tahapan proses perancangan berakhir, hasil tahapan selanjutnya tersebut

menjadi masukan untuk tahapan selanjutnya dan menjadi umpan balik tahapan sebelumnya.

Sebagai konsep utama perancangan metode tersebut, bahwa hasil setiap tahapan dapat

berubah setiap saat berdasarkan umpan balik yang diterima dari hasil tahapan-tahapan

berikutnya.

B. Pernyataan Kebutuhan

Mesin pilin untuk besi teralis model spiral merupakan alat produksi ditingkat usaha

kecil menengah. Berdasarkan analisis tuntutan calon pengguna diperoleh, beberapa

pernyataan kebutuhan terhadap mesin tersebut, antara lain:

1. Diperlukan modifikasi sumber tenaga penggerak dengan klasifikasi:

a. Memiliki alternatif sumber tenaga penggerak yaitu tenaga manusia dan motor listrik

b. Sumber tenaga motor listrik harus sebanding dengan kinerja mesin dan tidak boros

biaya listrik

2. Diperlukan sistem reduksi putaran motor penggerak untuk meningkatkan safety operator

dan fungsi kontrol kerja produksi

3. Diperlukan konstruksi mesin yang kuat, kokoh, ringan, mudah dipindah-pindah, dan

harganya terjangkau.

C. Analisis Kebutuhan

Berdasarkan pernyataan kebutuhan di atas maka, diperlukan beberapa langlah analisis

kebutuhan untuk memperjelas tugas perencanaan mesin pilin besi teralis model spiral.

Langkah-langkah analisis kebutuhan terdiri dari:

Spesifikasi mesin

45

Spesifikasi mesin pilin untuk besi teralis model spiral yaitu panjang 1800 mm,

lebar 560 mm dan tinggi1060 mm. Spesifikasi tersebut dipengaruhi oleh beberapa

ketentuan pernyataan kebutuhan konsumen, yaitu: harga penjualan, kapasitas kerja dan

daya motor penggerak.

Harga penjualan mesin yang terjangkau dapat dipengaruhi oleh jenis dan kualitas

material yang digunakan. Oleh karena itu, untuk memenuhi kebutuhan konstruksi

mesin yang kuat diharapkan perencanaan mesin mampu mengoptimalkan bahan-

bahan dengan harga terjangkau namun mampu menghasilkan konstruksi mesin yang

baik.

Kapasitas kerja dan daya motor penggerak merupakan satu kesatuan pengaruh spesifikasi

mesin yang penting. Kapasitas kerja mesin sebagai penghasil besi model spiral dari

bahan besi kotak dengan penampang 10x10 mm diharapkan mampu dikerjakan

dengan daya motor penggerak dengan kapasitas yang kecil. Alternatif perencanaan

sebagai solusi adalah mengoptimalkan kerja daya motor listrik HP karena daya

listrik yang dibutuhkan rata-rata dapat dipenuhi oleh listrik UKM untuk proses

pemilinan besi kotak penampang 10x10 mm. Kapasitas kerja perlu didukung dengan

batasan produksi. Untuk produksi bahan besi teralis disesuaikan dengan kebutuhan

standar umum jendela maka, kapasitas kerja maksimal adalah besi kotak penampang

10x10x1300 mm.

Standar Penampilan

Berdasarkan batasan kapasitas kerja tersebut maka, standar penampilan dapat

ditentukan batasan kapasitas kerja serta postur rata-rata orang dewasa sebagai operator.

Tujuannya adalah dengan spesifikasi mesin di atas mampu memberikan kenyamanan

46

operator, memudahkan proses produksi dan mampu menghasilkan hasil produk besi

teralis model spiral sesuai standar kebutuhan umum.

Target Keunggulan Produk

Target yang ingin dicapai sebagai keunggulan pada perencanaan dan proses

pemilinan besi kotak menjadi besi model spiral adalah:

Proses pembuatan dapat dikerjakan dengan mudah dan cepat.

Biaya keseluruhan pembuatan mesin yang terjangkau.

Mudah dalam pengoperasiannya dan cukup 1 orang sebagai operator.

Mesin tidak bising.

Safety operator sehingga mampu mendukung efektifitas proses produksi.

Mampu meningkatkan kualitas hasil produksi.

Mempunyai ukuran dan bentuk yang sesuai dengan ruang usaha yang kecil dan dapat

dipindah tempatkan.

Tidak menimbulkan polusi udara karena tidak menggunakan bahan bakar.

Perawatan dan pemeliharaan mesin tidak memerlukan biaya khusus.

D. Pertimbangan Perencanaan

Berdasarkan uraian analisis kebutuhan di atas pertimbangan perencanaan mesin pilin

besi teralis dibagi menjadi enam jenis, yaitu:

1. Pertimbangan Teknis

Pertimbangan nilai teknis identik dengan kekuatan konstruksi mesin sebagai

jaminan terhadap calon pembeli. Pertimbangan teknis mesin pilin untuk besi teralis model

spiral adalah sebagai berikut:

47

a. Konstruksi yang kuat dan proses finishing yang baik untuk menambah umur mesin.

b. Proses assemblies mesin relatif mudah sehingga perawatan dan maintenance mesin

dapat dilakukan dengan mudah dan murah.

2. Pertimbangan Ekonomis

Pertimbangan nilai ekonomis merupakan pertimbangan kedua setelah diterimanya

produk oleh calon pemakai. Pertimbangan nilai ekonomis memiliki keterkaitan antara

kemampuan nilai teknis produk terhadap daya beli konsumen serta harga jual produk

yang ditawarkan. Sebagai pertimbangan ekonomis mesin pilin untuk besi teralis model

spiral terhadap calon pemakai yaitu kalangan UKM adalah sebagai berikut:

a. Hasil kinerja mesin mampu memberikan jaminan modal pembeli cepat kembali.

b. Harga mesin yang terjangkau untuk kalangan UKM.

c. Jaminan umur produk yang lama sebagai pendukung profit usaha calon pemakai.

d. Suku cadang yang berkualitas dengan harga murah dan mudah didapat serta

perawatan yang mudah dikerjakan.

3. Pertimbangan Ergonomis

Pertimbangan ergonomis mesin pilin untuk besi teralis model spiral sebagai berdasarkan analisis kebutuhan adalah sebagai

berikut:

a. Kinerja mesin mampu menghasilkan produk besi model spiral yang baik sehingga

memberikan nilai efektifitas kerja mesin sebagai mesin produksi besi teralis model

spiral.

b. Konstruksi mesin yang sederhana dan proposional memungkinkan setiap orang dapat

mengoperasikannya dengan mudah sehingga memberikan efisiensi tenaga dan waktu

serta memberikan nilai comfortable atau kenyamanan terhadap kerja operator.

48

c. Berdasarkan spesifikasi mesin yang cukup proposional, dapat mempermudah proses

pemindahan tempat mesin serta pengaturan lingkungan tempat atau area kerja mesin

pilin untuk besi teralis model spiral.

4. Pertimbangan Lingkungan

Pertimbangan lingkungan sebagai pendukung diterimanya produk oleh masyarakat

dan calon pembeli adalah mesin pilin yang bebas polusi dan tidak bising, sebagai

pendukung kenyamanan operator.

5. Pertimbangan Keselamatan Kerja

Pertimbangan keselamatan kerja merupakan syarat ketentuan mesin untuk dapat

dikatakan layak pakai. Syarat tersebut dapat berupa bentuk komponen mesin yang

berfungsi sebagai pengaman atau pelindung operator pada bagian mesin yang berpotensi

terhadap kecelakaan kerja.

E. Tuntutan Perancangan

Berdasarkan uraian pertimbangan perencanaan, dapat diuraikan menjadi tuntutan

perencanaan. Tuntutan perencanaan mesin pilin untuk besi teralis model spiral terdiri dari:

1. Tuntutan Konstruksi

a. Kontruksi/Rangka dapat menahan beban dan juga getaran saat mesin sedang

dioperasikan.

b. Perawatan dapat dilakukan pada konstruksi mesin tanpa harus membongkar mesin

secara keseluruhan.

2. Tuntutan Ekonomi

a. Biaya yang dibutuhkan untuk membuat mesin relatif murah atau terjangkau.

49

b. Perawatan mesin dapat dilakukan dengan mudah dan tidak memerlukan biaya yang

mahal.

3. Tuntutan fungsi

a. Kapasitas kerja mesin dapat bekerja untuk proses pemilinan besi kotak dengan

dimensi 10x10x1300 mm.

b. Kinerja mesin dapat menghasilkan besi teralis model spiral dengan baik.

4. Tuntutan Pengoperasian

a. Proses pengoperasian mesin cukup mudah tanpa pengaturan-pengaturan yang sulit

dipahami oleh operator.

b. Mesin ini tidak menuntut pemakainya untuk harus mempunyai latar belakang

pendidikan yang tinggi dan juga keahlian khusus untuk mengoperasikannya.

5. Tuntutan Keamanan

Komponen-komponen mesin yang berpotensi terhadap kecelakaan kerja operator

dibutuhkan pelindung atau pengamanan dalam bentuk komponen yang sesuai.

6. Tuntutan Ergonomis

a. Mesin tersebut tidak memerlukan ruangan yang luas atau lebar karena ukurannya

tidak terlalu besar.

b. Mesin tersebut dapat dipindah-pindah tempat sesuai dengan keadaan dan kebutuhan

karena bobot mesin yang tidak terlalu berat.

c. Mesin tersebut membutuhkan alat bantu kunci L sebagai pengencang baut pengunci

benda kerja.

50

BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN

A. Desain dan Gambar Kerja Konstruksi Mesin Pilin

1. Desain Konstruksi Mesin Pilin

Desain konstruksi mesin pilin untuk produksi besi teralis model spiral ditentukan

dari beberapa pertimbangan, diantaranya adalah:

a. Spesifikasi mesin yang ergonomis dengan dimensi yang nyaman bagi operator dan

mudah disesuaikan dengan ruang kerja mesin diperkirakan berdimensi panjang

1800lebar 560 tinggi1060 mm.

b. Kapasitas produksi untuk satu besi teralis model spiral (Pcs) adalah dari besi kotak

berdimensi 10x10x1300 mm.

c. Proses produksi setiap satu besi teralis model spiral direncanakan 14 kali putaran

dengan waktu 9 menit atau 6 hingga 7 Pcs/ Jam.

d. Sumber penggerak motor listrik AC HP dan manual.

2. Gambar Kerja Konstruksi Mesin Pilin

Gambar kerja mesin pilin terlampir.

B. Analisis Konstruksi Mesin

Proses evaluasi adalah langkah yang dibutuhkan dalam perencanaan produk mesin

pilin untuk besi teralis model spiral. Tujuannya adalah untuk menentukan kelayakan

perancangan atau identifikasi kelemahan hasil perancangan. Hasil evaluasi dilanjutkan

sebagai bahan kajian pengembangan produk selanjutnya atau sebagai langkah

51

penyempurnaan mesin. Pendekatan evaluasi tersebut dilakukan berdasarkan pendekatan teori

dan aktual desain produk, antara lain: analisis konstruksi mesin dan analisis ekonomi.

1. Analisis Daya Puntir Material

a. Perencanaan Kekuatan Benda Kerja

Benda kerja besi teralis model spiral adalah besi kotak. Dimensi benda kerja

yang direncanakan adalah 10x10x1300 mm.

Tabel 10. Hasil uji tarik besi kotak

Spesimen maks Kg/mm2 maks rata-rata Regangan () rata-rata

R 51.6129 51.9197 Kg/mm2

0.59125x109 N/m2

0.51 GN/m2

0.0868

0.08823 S 51.6129 0.0907

T 52.5333 0.0872

Catatan: Pendekatan Gravitasi=9.806 m/s2 (1 Kg=9.806 kgf=9.806 N)

Hasil pengujian tarik (tabel 10) diperoleh data bahwa bahan besi kotak tersebut

memiliki kekuatan tarik maksimum maks=51,9197 Kg/mm2=0,51 GN/m2 (GPa).

Berdasarkan keterangan di atas, masih terdapat kekurangan pengujian karena

tidak adanya nilai modulus elastisitas E secara aktual. Oleh karena itu, untuk

mendapatkan modulus elastisitas besi kotak dilakukan dengan pendekatan teori

persamaan 1 (Saito dan Surdia, 1999: 8) sebagai berikut:

GPa

E

GPa08823.0

51.0E

GPa78.5E

52

Jika nilai E bahan tersebut digunakan untuk mencari modulus kekakuan atau G

dengan pendekatan poisons ratio = 0.33 maka, modulus kekakuan (persamaan 3)

besi kotak adalah sebagai berikut:

GPa)1(2

E

Pa)33.01(2

1078.5 9

2.17GPaPa2172932331

b. Perencanaan Kebutuhan Daya Puntir (Torsi)

Kebutuhan daya puntir sesuai persamaan 6 (Harahap, 2000: 68) untuk material

besi kotak 10x10x1300 mm adalah sebagai berikut:

JG

LT

rad

G

L

JGT mN

Karena penampang adalah kotak pejal (gambar 11) dengan b=h=10 mm dan L=1300

mm atau 1,3 m, maka momen inersia polar J adalah:

422

m12

)( hbhbJ

............................................................. (15)

(Ugural, 2003)

Gambar 11. Penampang besi kotak

Jika asumsi beban torsi besi kotak dipuntir 1 kali putaran penuh (360) maka, asumsi

sudut puntir =2rad. Sehingga, kebutuhan torsi besi kotak adalah:

b

h

53

mN

L

JGT

mN

rad2}1012

)({ 12-

22

L

hbhb

T

14331

12

101010102172932331

22

.mNm,

rad2}m10)(

{m/N 4-122

T

mN 17,5mN, 4948917T

2. Analisis Torsi Penggerak

a. Perancangan Sistem Transmisi Mesin

Sistem transmisi mesin (gambar 12) direncanakan terdiri dari empat komponen

reduktor, yaitu: 1. pulley, 2. speed reducer, 3. gear (sprocket), dan 4. roda gigi cacing.

Sistem transmisi tersebut diharapkan mampu menghasilkan reduksi putaran motor dari

1400 rpm menjadi 2 rpm pada putaran kerja untuk memenuhi syarat rencana kerja 14

putaran/ benda kerja= 9menit. Transmisi roda gigi cacing dan ulir cacing dipilih

karena pertimbangan perencanaan berdasarkan interferensi sistem transmisi yang

tidak memungkinkan untuk memakai bevel gear. Tujuannya adalah sebagai berikut:

1) Untuk meningkatkan torsi penggerak karena roda gigi dan ulir cacing mampu

mereduksi putaran yang besar.

2) Karena putaran kerja hasil reduksi berkurang maka, keamanan operator lebih baik

karena dapat mengantisipasi apabila benda kerja putus operator cepat untuk

menghindar.

54

Gambar 12. Sistem transmisi mesin pilin

Keterangan di atas menjelaskan secara konsep bahwa beban puntir benda kerja

(besi kotak) ditumpu oleh roda gigi cacing karena letak roda gigi satu sumbu dengan

benda kerja atau satu interface (gambar 13). Sehingga daya puntir yang bekerja pada

sistem transmisi terdapat pada roda gigi cacing setelah putaran utama direduksi oleh

pulley, speed reducer dan gear.

Berikut ini adalah nilai perbandingan rasio dan putaran reduksi sistem

transmisi mesin pilin (tabel 11).

Tabel 11. Perbandingan rasio putaran sistem transmisi mesin pilin

No. Transmisi (mm) Z i i Kerja n kerja

55

(rpm)

1. Pulley motor 58,5 -

58,5/44,5 1,32 1848 Pulley rotor 44,5 -

2. Speed reducer - - 1/20 0,05 92,4

3. Sprocket pinyon - 14

14/36 0,4 36,96 Sprocket Pinion - 36

4. Ulir cacing - -

1/20 0,05 1,85 Roda gigi cacing - -

i Total (i1xi2xi3xi4) 0,0013 n akhir=1,85

Keterangan:

n1 = 1400 rpm

i

1 =

Z2

Z1

1

2

Z2m

Z1m

2

1

n

n

d

d ......................................... (16)

(Sularso, dan Suga, 1997:216)

n kerja1=1400i1

n kerja2=1400(i1i2)

n kerja3=1400(i1i2i3)

n kerja4=1400(i1i2i3i4)= n akhir=1400i total

Keterangan di atas menyatakan, untuk satu benda kerja diperlukan waktu kerja

produktif 67851

14,

,

rpm

putaranmenit. Sehingga waktu produksi yang dihasilkan mesin

pilin jika ditambah waktu non produktif yaitu bongkar pasang benda kerja dengan

perkiraan 1 hingga 1,5 menit maka, total waktu produksi adalah 9 menit/ benda kerja

atau mesin mampu memproduksi 6 hingga 7 besi teralis model spiral/ jam.

Roda gigi

cacing

Detail A

Besi kotak

56

Gambar 13. Interface (hubungan) roda gigi cacing dan benda kerja

b. Perencanaan Torsi Penggerak

Identifikasi kemampuan daya listrik untuk usaha kecil menengah (home

industry) diperkirakan rata-rata berkisar antara 900 sampai 1300 Watt. Kemampuan

daya listrik tersebut merupakan pertimbangan variasi model perencanaan produk.

Berdasarkan hasil pertimbangan ekonomis, motor listrik yang dipilih adalah motor AC

57

HP, karena harganya cukup terjangkau dan tidak memerlukan daya listrik yang

besar yaitu 500 Watt.

Berdasarkan keterangan tersebut, maka nilai torsi penggerak T (persamaan 7)

adalah sebagai berikut:

sradnN

T /60

2dan kW 0,746HP 1mN

mN

n

NT

2

60

Jika daya penggerak yang direncakan adalah motor listrik AC HP dengan asumsi

efiensi = 90%, faktor koreksi transmisi belt dan rantai pada reduksi pulley dan

sproket fc=1,4 (Sularso dan Suga: 1997:165) serta efisiensi mekanis speed reducer

dan roda gigi cacing =57% (Sularso dan Suga: 1997: 280) maka, torsi penggerak

adalah:

mN

n

cingrodagigicafcrantaireducerfcbeltmotorNT

2

60

mN

,,

,,,,,),(

8511432

5704141570906050746T 90%motor

mN,

,

611

512826T

mN, 110671105T

Jadi, Tpenggerak 1106 Nm>T benda kerja17,5Nm)

Sesuai data di atas dapat disimpulkan bahwa, motor listrik penggerak mesin pilin

dengan daya HP yang direncanakan memenuhi syarat mampu kerja dengan

kapasitas 10x10x1300 mm.

3. Analisis Beban Konstruksi

58

Secara analisis, beban pada konstuksi mesin pilin merupakan hasil reaksi proses

pemilinan dan sebagian beban aksi dari beberapa komponen mesin. Beban reaksi

merupakan beban yang timbul akibat beban aksi T penggerak terhadap benda kerja pada

proses pemilinan. Sedangkan beban aksi yang lain adalah massa dari beberapa elemen

yang tersusun pada sistem transmisi terhadap konstruksi rangka.

a. Analisis Reaksi Besi Kotak Proses Pemilinan

Proses pemilinan besi kotak dikerjakan pada dua tumpuan yaitu jepit dan rol

(gambar 14).

Gambar 14. Model diagram analisis batang torsi

Keterangan:

L=Panjang batang torsi (m)

T=Torsi (Nm)

Tabel 12. Titik Koordinat model diagram analisis batang torsi (meter)

Titik Koordinat

x y

1 0 0

2 1,3 0

Beban puntir yang bekerja T = 1106 Nm. Panjang benda kerja L= 1300 mm atau 1,3

m. Modulus elastisitas besi kotak E=5,78 GPa dan poisons ratio =0,33. Pendekatan

analisis pada konsep kerja proses pemilinan besi kotak adalah pendekatan numeris

dengan software Ansys 5.4.

2 1

L

T

59

Hasil analisis proses pemilinan besi kotak diperoleh bahwa gaya-gaya reaksi

yang terjadi (tabel 13 ) adalah sebagai berikut:

Tabel 13. Gaya-gaya reaksi proses pemilinan (satuan gaya)

Titik FX FY MZ

1 0 1276,2 553

2 0 -1276,2 0

Gaya-gaya reaksi yang muncul dapat disimpulkan sebagai berikut:

1) Reaksi gaya vertikal positif yang terjadi pada titik satu yaitu 1276,2 N.

2) Reaksi gaya vertikal negatif yang terjadi pada titik satu yaitu 1276,2 N.

3) Reaksi torsi yang terjadi pada titik satu yaitu 533 Nm.

Beberapa gaya reaksi di atas merupakan gaya-gaya aksial atau beban yang bekerja

pada konstruksi mesin pilin.

b. Analisis Konstruksi Rangka

Konsep perancangan pada rangka mesin pilin adalah satu kesatuan elemen

penopang yang terdiri menjadi dua bagian, yaitu:

1) Rangka utama

2) Dudukan transmisi

Kedua komponen tersebut berfungsi sebagai penyangga komponen kerja dengan

tumpuan jepit (baut tanam) dan penghubung beberapa elemen sistem transmisi mesin

(gambar 15).

60

Gambar 15. Konstruksi rangka mesin pilin

Beban yang diterima oleh konstruksi rangka adalah reaksi gaya proses

pemilinan besi kotak dan beban sistem transmisi serta beberapa elemen yang terdapat

pada dudukan transmisi. Bahan yang digunakan pada konstruksi rangka adalah besi

siku 50505 mm, dengan luas penampang A=480 mm2 dan momen inersia

I=110000 mm4. Asumsi bahan konstruksi rangka adalah mild steel dengan modulus

elastisitas E=214 GPa dan poisons ratio =0,33.

Bentuk konstruksi rangka mesin pilin memiliki desain yang simetris. Sehingga

untuk mempermudah analisis maka pendekatan yang dilakukan adalah dengan

membagi dua bagian komponen dan gaya yang bekerja (gambar 16).

61

Gambar 16. Model diagram analisis konstruksi rangka mesin pilin

Keterangan:

P1= N ,2

N 276,21638

1

P2= N ,2

N 276,21638

1

T= Nm,2

Nm 335266

5

P3 = N 49N03,492

Kg 10m/s ,8069 2

(massa motor dan transmisi)

Gaya-gaya yang bekerja pada konstruksi rangka tersebut adalah gaya-gaya reaksi

akibat proses pemilinan besi kotak.

Tabel 14. Titik-titik koordinat model diagram analisis rangka (meter)

Titik

Koordinat Titik

Koordinat

x y x y

1 0 0 7 -1.5 0

2 0 0.151 8 0.06 0.906

3 0 0.906 9 0.03 0.906

4 -1.42 0.906 10 0.03 0.151

5 -1.5 0.906 11 0.150 0.151

6 -1.5 0.151

62

Hasil analisis konstruksi rangka didapatkan bahwa, gaya reaksi yang terjadi

pada masing-masing tumpuan (tabel 15) adalah sebagai berikut:

1) Tumpuan pada titik 1 reaksi terhadap sumbu x dengan arah negatif sebesar 361,46

N 361,5 N, terhadap sumbu y vertikal dengan arah negatif sebesar 1144,3 N

1144 N dan reaksi terhadap torsi senilai 12,580 Nm 12,6 Nm searah jarum jam.

2) Tumpuan pada titik 7 reaksi terhadap sumbu x dengan arah positif sebesar 361,46

361,5 N, tehadap sumbu y vertikal dengan arah positif sebesar 1193,3 N 1193

N dan reaksi terhadap torsi senilai 31,282 Nm 31,3 Nm searah jarum jam.

Tabel 15. Gaya-gaya reaksi pada model diagram konstruksi rangka

Titik FX FY MZ

1 -235,22 -741,37 -7,9592

7 235,22 790,37 -20,025

Sambungan pengikat atau pengunci pada tumpuan yang digunakan adalah

sambungan baut M121,75. Sambungan baut dirancang berdasarkan gaya reaksi pada

tumpuan yang mengakibatkan gaya tarik. Berdasarkan gaya reaksi di atas, gaya tarik

yang bekerja pada tumpuan F=790,37 N. Maka, faktor keamanan sambungan baut

berdasarkan tegangan tarik bahan 360t N/mm2 (asumsi bahan mild steel) adalah:

Syarat perencanaan td

F

2

4 ............................................... (17)

(Achmad, 1999:82)

Keterangan: t = Tegangan tarik yang diijinkan (N/mm2)

Karena sambungan baut bekerja pada konstruksi mesin yang bekerja secara berulang-

ulang (untuk proses produksi), maka angka keamanan (tabel 17) yang digunakan

adalah 5.

63

Jadi, td

F

2

4

5360

12143

3779042

,

,

N/mm2,99N/mm2 726

N/mm2N/mm2 727

Karena beban yang bekerja lebih kecil dari tegangan tarik bahan yang diijinkan (7

N/mm2 72N/mm2) dapat disimpulkan bahwa, ukuran sambungan baut M121,75

dapat dinyatakan aman untuk sambungan tumpuan konstruksi rangka mesin pilin.

Tabel 16. Angka keamanan beberapa bahan

No. Bahan Beban

statis

Beban

berulang

Beban

berganti

Beban

kejut

1. Cast iron, Brittle

metals dan alloys 4 6 10 15

2. Wrought iron,

mild steel 3 5 8 13

3. Cast steel 3 5 8 15

4. Copper, other soft

metal dan alloys 5 6 9 15

5. Timber 6 8 12 18

(Budiman, dan Priambodo, 1992)

Tabel 17 merupakan hasil analisis beberapa gaya yang bekerja pada model

diagram konstruksi rangka.

Tabel 17. Gaya yang bekerja pada model diagram konstruksi rangka

Titik FX FY MZ

64

1 225,4 735,3 7,774

2 -0,2366E-11 -0,5924E-12 0,1776E-14

3 0,5755E-10 0 -0,4263E-13

4 0,4221E-10 638,1 -266,5

5 0,4249E-10 0,2842E-11 -0,1421E-13

6 -0,1705E-12 0,1197E-12 0,1243E-13

7 -225,4 -784,3 19,37

8 0,4529E-10 -638,1 0,4108E-14

9 -0,9191E-11 0,4363E-11 -0,8882E-14

10 0,1279E-12 0,1037E-11 -0,8882E-14

11 0,7496E-12 49 0,1776E-14

Jumlah total gaya dan momen yang bekerja pada model diagram konstruksi rangka

adalah:

a) FX = 0.0000000

b) FY = 0.0000000

c) FZ = 0.0000000

d) MX = 0.0000000

e) MY = 0.0000000

f) MZ = 0,1301099E-11

Tabel 18. Pergeseran masing-masing titik pada model diagram konstruksi rangka

Titik UX UY ROTZ

1 0.00000 0.00000 0.00000

2 -0.13507E-04 0.16615E-05 0.23198E-03

3 -0.41249E-03 0.98794E-05 0.25439E-03

4 -0.41512E-03 0.15361E-03 0.23633E-02

5 -0.41527E-03 -0.10512E-04 0.17910E-02

6 0.56709E-05 -0.17722E-05 0.22031E-04

7 0.00000 0.00000 0.00000

8 -0.41247E-03 0.27846E-04 0.32249E-03

9 -0.41237E-03 0.11284E-03 0.41324E-03

10 -0.13627E-04 0.11232E-03 0.48557E-03

11 -0.13567E-04 0.47052E-04 0.37389E-03

Model diagram konstruksi rangka tersebut memiliki nilai pergeseran masing-

masing titik (tabel 18). Nilai pergeseran yang cukup kritis adalah pada titik lima yaitu

pergeseran terhadap sumbu x ke kiri (negatif) sebesar UX=0,4152710-3

m 0,4 mm.

65

Sedangkan pergeseran terhadap sumbu y sebesar UY=0.1536110-3

m 0,15 mm

dan pergeseran akibat momen terhadap sumbu Z sebesar ROTZ=0,2363310-2

rad

0,002 rad yang terdapat pada titik empat. Karena pergeseran tersebut dapat

dinyatakan kecil untuk berpengaruh terhadap konstruksi maka, konstruksi tersebut

dapat dinyatakan aman.

Berdasarkan aliran gaya dan tekanan yang bekerja pada masing-masing

elemen (gambar 17) konstruksi rangka, diperoleh bahwa gaya dan tekanan maksimum

(tabel 19) yang terjadi terdapat pada elemen dua (2). Sedangkan deformasi maksimum

konstruksi rangka yang terjadi adalah DMX=0,46110-3

m 0,5 mm (gambar 18).

Tabel 19. Aliran gaya dan tekanan kerja pada konstruksi rangka

Elemen AX FORCE (N) AX STRESS (N/m2)

1 11.602 37157

2 50,248 0.16092E+06

3 12.748 40287

4 12.748 40287

5 -60.923 -.19511E+06

6 -60.602 -.19408E+06

7 -19.300 -61808

8 4.0073 12833

9 4.0073 12833

10 10.676 34188

11 -4.0073 -12833

12 -4.0073 -12833

Secara aktual, elemen satu dan dua merupakan satu kesatuan. Jika diasumsikan

bahan konstruksi rangka 50505 mm adalah mild steel dengan kekuatan tarik

360t N/mm2 (lampiran 1). Maka, tingkat keamanan n berdasarkan kekuatan tarik

konstruksi rangka dan tekanan yang terjadi pada elemen dua adalah:

66

8 berulangbeban untuk steel mildbahan keamanan angka

p

F

Fpn

Pa,

Pa

6

6

1016092037157

105

360

n

198077

72000000n =363,5

Berdasarkan beberapa data di atas, dengan asumsi bahan konstruksi rangka

50505 mm adalah mild steel dengan modulus elastisitas E=214 GPa, tegangan

tarik 360t N/mm2 dapat dinyatakan aman terhadap gaya-gaya yang bekerja pada

konstruksi mesin.

Gambar 17. Elemen konstruksi rangka

67

Gambar 18. Deformasi model diagram konstruksi rangka

c. Analisis Konstruksi Kepala Lepas

Konstruksi kepala lepas (gambar 19) mesin pilin terdiri dari beberapa elemen,

yaitu:

Gambar 19. Konstruksi kepala lepas

1) Rumah kepala

2) Poros pengunci cekam

3) Cekam

4) Pengunci

68

Sesuai gambar di atas, elemen cekam dan poros merupakan satu kesatuan sehingga,

untuk mempermudah analisis pendekatan yang dibutuhkan adalah:

1) Poros dan cekam diasumsikan sebagai satu komponen poros sehingga, analisis

pada cekam dititikberatkan pada dimensi sambungan baut pengunci cekam dengan

poros dan sambungan las poros dengan kepala.

2) Rumah kepala diasumsikan sebagai tumpuan jepit. Sehingga analisis rumah kepala

dititikberatkan pada dimensi sambungan baut pengunci kepala.

Berdasarkan pendekatan analisis konsruksi kepala lepas, pendekatan model

diagram konstruksi kepala lepas adalah sebagai berikut (gambar 20).

Gambar 20. Model diagram konstruksi kepala lepas

Keterangan:

1) Gaya P merupakan hasil reaksi vertikal akibat puntiran benda kerja pada kepala lepas sebagai tumpuan senilai 638,1 N.

2) Beban torsi T adalah hasil distribusi torsi yang diterima titik 4 dari transmisi torsi T motor pada proses pemilinan senilai T=266,5 Nm

3) Panjang poros kerja L adalah 20 mm. 4) Poros cekam adalah poros cincin bertingkat dengan luar minimum 37 mm dan

dalam 20 mm.

5) Bahan poros adalah CK 45 atau S 45 C dengan tegangan tarik t= 570 MPa (asumsi modulus elastisitas E=207GPa dan poisons ratio=0.33).

Berdasarkan keterangan di atas, maka nilai keamanan konstruksi sambungan baut

kepala lepas adalah apabila mampu menghasilkan gaya 1276,2 N dan torsi T 533 Nm.

4 2

3

1

T

L P

69

Tegangan geser