BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Perkembangan teknol ogi sek ara ng be gi tu cepat sei ri ng dengan wakt u untukmembantu mempermuda h keg iata n man usi a. Ber bag ai pen elit ian tela h dil akukan ole h berbagai institusi dari seluruh penjuru dunia untuk menemukan teknologi baru. Penemuan baru tersebut sebagai modal awal untuk menciptakan teknologi yang lebih mutakhir dan efis ien dari teknolog i sebelumny a. Ber bag ai upa ya pun dilaku kan unt uk men ciptakan tekno logi baru, salah satuny a adalah mesin router kayu berbasis CNC. Dunia permesinan memiliki peran yang sangat penting dalam perkembangan teknologi yang ada saat ini, di satu sisi sebagai produsen teknologi bar u yan g ada dan disisi lain sebagai kon sumen yang membutuhkan teknologi dalam proses produksi. Semaki n mod ern tek nol ogi yan g ada saat ini tidak di imb ang i den gan ket elit ian maupun kejujuran dari pelaku kecurangan ekonomi, sehingga hanya karena rupiah mereka dapat meng esampin gkan keun ggula n kuali tas dan lebih mempri oritask an kuant itas, yang berbanding terbalik dengan prinsip seorang desainer atau nsinyur terdahulu yang lebih memperhatikan keselamatan konsumen dengan menghasilkan kualitas yang baik di banding kua nti tas yang banya k namun mer ugi kan kon sumen. Seb agai sal ah sat u yan g mel atar! belakangi permasalahan ini penulis ingin melakukan analisa perhitungan kekuatan meja mesin st ainles s steel hex agonal mesin ro ute r kayu er asis !N!. "l eh ka ren a it u dibutuhkan acuan standar untuk mengetahui kekuatan suatu struktur desain material agarperancang dan pembuat memiliki patokan dasar dalam merancang atau membuat meja mesin router kay u ber bas is CNC dar i bah an stai nle ss stee l he# ago nal aga r dap at men geta hui kekuatan rangka mesin router kayu berbasis CNC tersebut. Salah satu cara untuk mengetahui kekuatan suatu struktur desain material adalah den gan mencari tah u kek uatan mat eria l yan g dig una kan yai tu sta inl ess stee l he# ago nal dengan menggunakan uji bending, uji tekan dan uji kekerasan. Pengujian bending, tekanan dan kekerasan sangatlah cocok untuk digunakan sebagai dasar pen guj ian untuk mancar i tahu kekua tan mej a mes in router kay u ber basis CNC . 1
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Perkembangan teknologi sekarang begitu cepat seiring dengan waktu untuk
membantu mempermudah kegiatan manusia. Berbagai penelitian telah dilakukan oleh
berbagai institusi dari seluruh penjuru dunia untuk menemukan teknologi baru. Penemuan
baru tersebut sebagai modal awal untuk menciptakan teknologi yang lebih mutakhir dan
efisien dari teknologi sebelumnya. Berbagai upaya pun dilakukan untuk menciptakan
teknologi baru, salah satunya adalah mesin router kayu berbasis CNC. Dunia permesinan
memiliki peran yang sangat penting dalam perkembangan teknologi yang ada saat ini, di satu
sisi sebagai produsen teknologi baru yang ada dan disisi lain sebagai konsumen yang
membutuhkan teknologi dalam proses produksi.
Semakin modern teknologi yang ada saat ini tidak di imbangi dengan ketelitian
maupun kejujuran dari pelaku kecurangan ekonomi, sehingga hanya karena rupiah mereka
dapat mengesampingkan keunggulan kualitas dan lebih memprioritaskan kuantitas, yang
berbanding terbalik dengan prinsip seorang desainer atau nsinyur terdahulu yang lebihmemperhatikan keselamatan konsumen dengan menghasilkan kualitas yang baik di banding
kuantitas yang banyak namun merugikan konsumen. Sebagai salah satu yang melatar!
belakangi permasalahan ini penulis ingin melakukan analisa perhitungan kekuatan meja
mesin stainless steel hexagonal mesin router kayu erasis !N!. "leh karena itu
dibutuhkan acuan standar untuk mengetahui kekuatan suatu struktur desain material agar
perancang dan pembuat memiliki patokan dasar dalam merancang atau membuat meja mesin
router kayu berbasis CNC dari bahan stainless steel he#agonal agar dapat mengetahui
kekuatan rangka mesin router kayu berbasis CNC tersebut.
Salah satu cara untuk mengetahui kekuatan suatu struktur desain material adalah
dengan mencari tahu kekuatan material yang digunakan yaitu stainless steel he#agonal
dengan menggunakan uji bending, uji tekan dan uji kekerasan.
Pengujian bending, tekanan dan kekerasan sangatlah cocok untuk digunakan sebagai
dasar pengujian untuk mancari tahu kekuatan meja mesin router kayu berbasis CNC .
. %asil yang kita peroleh dari mesin ini lebih memuaskan serta lebih rapi dibanding kita
mengerjakan dengan tangan.
-. 0enghasilkan pola yang sejenis apabila diperintahkan untuk memproduksi secara
massal.
Dalam suatu mesin CNC tersebut akan terdiri dari beberapa unit yaitu input unit,computing ot mathematics unit, memory unit, control unit, and output unit dan yang lainnya.
(nit!unit tersebut seluruhnya termasuk kedalam sistem kontrol dari mesin.&dapun yang
merealisasikan seluruh perintahnya adalah bagian mesin perkakas 1machines tools2.Dengan
demikian, suatu mesin CNC pada dasarnya hanya terdiri dari dua bagian utama yaitu bagian
CNC sistem dan mesin perkakas.
(.1.( Bagian3aian mesin !N!
&.(nit :ontrol berupa panel pengontrolan yang berisi tombol!tombol perintah untuk
menjelaskan kontrol gerakan mesin dan berbagai fungsi lainnya yang menggunakan
instruksi oleh sistem kontrol elektronika.
B.:epala 7etap berupa roda!roda gigi transmisi penukar putaran yang akanmemutar poros
spindel
C.Poros utama 1spindel2 berupa tempat kedudukan pencekam untuk berdirinya benda
kerja.4retan utama 1appron2 akan bergerak sepanjang meja sambilmembawa eretan
lintang
D.1cross slide2 dan eretan atas 1upper cross slide2 dan dudukan pahat.
4.4retan 0elintang yang menggerakan pahat arah melintang.
=.4retan 0emanjang yang menggerakan pahat arah $ertikal.
8.:epala 5epas, sejajar kepala tetap untuk membantu pergerakan spindel dalam
5ekukan yang benar yang dibuat oleh penekan piramida intan harus berbentuk bujur
sangkar 1gambar -a2. 5ekukan bantal jarum 1gambar -b2 adalah akibat terjadinya
penurunan logam di sekitar permukaan piramida yang datar. :eadaan demikian terjadi
pada logam!logam yang dilunakkan dan mengakibatkan pengukuran panjang diagonalyang berlebihan. 5ekukan berbentuk tong 1gambar -c2 akibat penimbunan ke atas logam!
0eyer mengajukan definisi kekrasan yang lebih rasonal disbanding yang di jukan
oleh Brinell, yang berdasarkan luas proyeksi jejak, bukan luas permukannya. 7ekanan rata!rata antara luas penumbuk 1indenter2 dan lekukan adalah sama dengan beban dibagi luas luas
proyeksi tekukan.
Pm= P
πr2 ....!8"
0eyer mengemukakan bahwa tekanan rata!rata ini, dapat diambil sebagai ukuran
kekerasan, yang dinamakan -e-erasan Meyer.
KekerasanMeyer=4 P
πd2 .!5"
Seperti kekerasan Brinell, kekersan 0eyer mempunyai satuan kg< mm2
. :ekerasan
0eyer kurang peka terhadap beban yang diterapkan disbanding kekerasn Brinell. (ntuk
bahan!bahan yang mengalami pengerjaan dingin, kekerasan 0eyer pada dasarnya tetap dan
tidak tergantung pada beban, sedangkan :ekerasan Brinell akan mengecil bila beban
bertambah besar. (ntuk logam yng dilunakan, kekerasan 0eyer bertambah secara kontinyu
sejalan dengan pertambahan bebn, karena lekukan yang terjadi mengakibatkan pengerasan
regang. Sedangkan untuk kekersan Brinell, mula mula naik sejalan dengan kenaikan beban,
dan kemudian turun untuk beban yang lebih tinggi lagi. :ekerasan 0eyer merupakan cara
pengukuran yang lebih mendasar dalam hal pengukurn kekerasan lekukanI namun jarang
0eyer mengajukan suatu hubungan empiris antara beban dan ukuran lekukan.
%ubungan tersebut bisanya dinamakan (o-um Meyer.
P=k dn 1*2
Dimana
P beban yang diterapkan, kg
D diameter lekukan, mm
nO konstanta bahan yang kaitannya dengan pengerasan regang
d konstanta bhn yang menyatakan ketahan bahan terhadap penembusan 1penetration2
Parameter nO dalah kemingurungan garis lurus yang diperoleh bila log P dipetakan
terhadap log ddan - adalah nili / pada d *. 5ogam!logam yag dilunakan secara sempurna
mempunyai nilai nD sekitar ,/, sedangkan nD untuk logam!logam yang mengalami pengerasan
regang sempurna kira!kira . Parameter ini secara kasar dikaitkan dengan koefisien pengeraasan egang pada persamaan eksponensial untuk kur$a regangan sejati!regangan sejati.
4ksponen pada hukum 0eyer kira!kira sama dengan koefisien pengerasan regang di tambah
.
7erdapat batas bawah dari beban, di mana untuk beban di bawah batas tersebut,
hukum 0eyer tidak dipenuhi. >ika beban terlalu kecil, maka deformasi disekitar lekukan
bukan plastic secra keseluruhan, sehigga persamaan 12 tidak dipenuhi. Beban tersebut
tergantung pada kekerasan logam. (ntuk bola berdiameter * mm, beban untuk tembaga
yang mempunyai B%N * harus lebih dari / kg, dan untuk baja yang mempunyai B%N
, bebannya harus lebh dari */ kg. (ntuk bola dengan diameter yang berbeda!beda, beban kritis berbanding lurus terhadap kuadrat diameternya.
(.*., Huungan antara kekerasan /an kur8a aliran
7abor mengajukan sutu metode yang dapat digunakan untuk meetukan daerah plsatik
kur$a tegangan sejati!regangan sejat dari pengukuran kekerasan lekukan. 0etode
berdasarkan pada kenyataan terdapatnya keserupaan bentuk antra bentuk kur$a aliran dan
kur$a kekerasan yang diperoleh dari pengujian 0eyer pada sejumlah benda uji terhadap
bersarnya tegangan kenaikan regangan plastic. Pada dasarnya metode ini bersifat empiri,karena distribusi tegangan yang komlesk pada lekukan kekersan menghalangi terbentuknya
hubungan yang jelas dengan dstribusi tegangan pada uji tarik atau uji tekan. &kan tetapi
metode tersebut telah memperlihatkan kecocokan pada berbagai logam, dank arena itu
sebaiknya mendapatkan perhtin ebagai usha memeperoleh data aliran, apabila situasi tidak
memungkinkan dilakukannya pengukuran sifat!sifat tarik. 7egangan sejati 1 tegangan aliran
diperoleh dari persamaan , dimanaσ o dapat duanggap sebagai tegangan aliran pada nilai
regangan sejati. Dari kuliah mengenai deformasi pada lekukan, 7aboe mengemukakan bahwa
regangan sejati sebanding dengan perbandingan d<D dan dapat dinyatakan sebagai
>adi jika kekerasan 0eyer diukur pada kedaan sedemikian rupa hingga d<d ber$riasidari nilai terkecil untuk plastisitas sempurna hingga nilai d<D terbesar dan engn menggunkan
persamaan serta , maka diperole kemungkinan setidak!tidaknya untuk mendekti kur$a aliran
tarik. 8ambar memperlihatkan kecocokan yang diperoleh 7aylor anatara kur$ aliran dan
kur$a antara kekerasan dengan d<D untuk baja lunak dan tembaga yang dilunakan.
:ekuatan luluh offset , dapat ditentukn dengan ketelitian yng baik dari
pengukuran kekerasan 9ickers, sesuai dengan hubungan
σ o= DPH
3(01)n
' −2
.
1*2
Dimana
σ o kekuatan luluh offset .,
kg
mm2
DP% angka kekerasan 9ickers
n' =n+2 eksponen dalam hokum 0eyer
(.*. Uji kekerasan mikro
Penumbuk :noop adalah intan kasar yang dibentuk menjadi piramida sedemikian
hingga dihasilkan lekukan bentuk intan dengan perbandingan diagonal panjang dan pendek
dalam perbandingan H)*. &ngka kekerasan :noop 1:%N2 adalah beban dibagi luas proyeksi
lekukan yang tidak akan kembali ke bentuk semula.
KHN = P
A p=
P
L2
C ..
1*-2
Dimana
P beban yang diterapkan, kg A p luas proyeksi lekukan yang tidak pulih ke bentuk semula, mm
2
5 panjang diagonal yang lebih panjang
C kosntanta untuk setiap penumbuk 1ditentukan oleh pabrik pembuat2
:euntunngan uji dengan penumbuk ini antara lain lekukan yang lebih rapat dibanding
lekukan 9ickers. Selain itu bahwa untuk diagonal yang panjang, luas dan kedalaman :noop
kira!kira hanya */ dari luas lekukan 9ickers untuk lapisan tipis, atau apabila mengukur
kekererasan bahan getas, di man kecenderungan terjadinya patah sebanding dengan $olume
bahan!bahan yang ditegangkan.
(.*.0 Huungan antara kekerasan /an kekuatan tarik
:edua kekuatan tarik dan kekerasan adalah indikator ketahanan logam untuk plastic
deformasi. &kibatnya, mereka kurang proporsional , seperti yang ditunjukkan pada 8ambar
./, untuk kekuatan tarik sebagai fungsi dari %B untuk besi cor , baja , dan kuningan . Sama
hubungan proporsionalitas tidak berlaku untuk semua logam , seperti ditunjukan 8ambar ./.
Sebagai aturan praktis untuk sebagian besar baja , %B dan kekuatan tarik yang terkait
dirumuskan
7S10pa2 -,/ Q %B1*2
7S1psi2 / Q %B1*/2
(., Uji +ekan
(j i tekan ada lah cara untu k m enge tahui sifat mekanik suatu bahan . D alam hal ini adalah kuat tekan bahan. :ekua tan teka n mater ial ada lah gaya per satua n lua s yang dapa t me nahan kom presi dan ketika batas kuat tekan tercapai mak a b aha n akan terdefor ma si atau menga lam i p erub ahan bentuk. Pada umumnya kekuatan tekan lebih tinggi dari kekuatan tarik sehingga
perencanaan cukup mempergunakan kekuatan tarik. 7etapi kalau suatu komponen hanya
menerima beban tekan saja dan dirancang berdasarkan kekuatan tarik saja, kadang kadang
perhitungan menghasilkan dimensi yang berlebihan. >adi dalam hal tersebut pengujian tekan
masih diperlukan.
Pada pengujian tekan, apabila ada eksentrisitas, ia akan bertambah besar ketika
deformasi berlangsung, maka perlu suatu cara agar tidak terjadi eksentrisitas, jadi hanya
bekerja beban aksial saja. (ji tekan dilakukan dengan memberikan beban tekan kepada
spesimen yang merupakan silinder dengan diameter konstan. (ntuk material ulet, sangat sulit
memperoleh kur$a tegangan!regangan dari pengujian ini karena material ulet tidak akan
patah bila ditekan.
:ebanyakan material ulet mempunyai kekuatan tekan yang sama dengan kekuatan
tariknya. 0aterial yang mempunyai kekuatan tarik dan kekuatan tekan yang sama disebut
sebagai e$en material. (mumnya material getas mempunyai kekuatan tarik dan
kekuatan tekan yang berbeda sehingga tergolong dalam jenis une$en material. >adi untuk
material getas, uji tekan sangat diperlukan untuk mendapatkan kur$a tegangan! regangan
yang lengkap. Contoh bentuk akhir uji tekan untuk material getas dan ulet ditunjukkan pada
Gambar 2.13 Kur@a tegangan>regangan dalam uji te-an suatu s&e+imen
(.,.( +egangan /an &egangan
>ika beban statis atau perubahan relatif lambat dengan waktu dan diterapkan secara
seragam lebih penampang atau permukaan anggota, perilaku mekanik dapat dipastikan
dengan tes tegangan!regangan sederhana I ini yang paling sering dilakukan untuk logam pada
suhu kamar . &da tiga cara utama di mana beban mungkin diterapkan ) yaitu , ketegangan ,
kompresi, dan geser 1 &ngka .- a , b , c 2 . dalam rekayasa berlatih banyak beban yang
torsional bukan geser murni I jenis pembebanan diilustrasikan pada 8ambar .-d .
Salah satu tes tegangan!regangan yang paling umum mekanik dilakukan di tension.
&kan memperlihatkan, tes ketegangan dapat digunakan untuk memastikan beberapa sifat
mekanik bahan yang penting dalam desain. Sebuah spesimen cacat, biasanya untuk fraktur,
dengan beban tarik secara bertahap meningkatkan yang diterapkan uniaksial sepanjang
sumbu panjang dari spesimen. Sebuah spesimen tarik standar ditunjukkan pada 8ambar ..
Biasanya, penampang melingkar, tapi spesimen persegi panjang juga digunakan. ni
TDogboneT konfigurasi spesimen dipilih sehingga, selama pengujian, deformasi hanyaterbatas pada wilayah pusat sempit 1yang memiliki penampang seragam sepanjang
panjangnya2, dan, juga, untuk mengurangi kemungkinan fraktur di ujung spesimen. Diameter
standar sekitar *,G mm 1,/.2, Sedangkan berkurang Bagian panjang harus setidaknya empat
kali diameter iniI K mm 1in.2 &dalah umum. panjang 8auge digunakan dalam perhitungan
daktilitas, seperti yang dibahas dalam Bagian K.KI nilai standar / mm 1, in.2. spesimen
dipasang oleh ujung!ujungnya ke dalam memegang grip dari aparat pengujian 18ambar ./2.
0esin uji tarik adalah dirancang untuk memanjang spesimen dengan laju yang konstan, dan
untuk terus!menerus dan bersamaan mengukur beban diterapkan seketika 1dengan sel beban2
7ingkat dimana struktur deformasi atau regangan tergantung pada besarnya
tegangan yang diberikan. (ntuk kebanyakan logam yang ditekankan dalam ketegangan dan
pada tingkat relatif rendah, tegangan dan regangan yang sebanding dengan satu sama lain
dihubungkan melelui persamaan
σ = Eϵ ...
1*G2
%al ini dikenal sebagai hukum %ooke , dan konstanta proporsionalitas 4 1 8Pa atau
psi
2 adalah modulus elastisitas , atau modulus Uoung . (ntuk logam yang paling khas besarnyamodulus ini berkisar antara / 8Pa 1psi 2 , untuk magnesium , dan H 8Pa 1 psi 2 , untuk
tungsten . 0odulus nilai elastisitas selama beberapa logam pada suhu kamar disajikan pada
7abel .K.
,abel 2.9 Kamar > %u(u elastis dan %(ear Modulus dan Rasio /oisson
Gambar 2.17 %-ema tegangan>regangan diagram menunju--an linear
de;ormasi elastis untu- bong-ar muat si-lus .
Deformasi pada hasil keregangan dan ketegangan yang proporsional disebut
deformasi elastis I bidang stres 1 ordinat 2 $s regangan 1 absis 2 menghasilkan hubungan linear
,seperti yang ditunjukkan pada 8ambar .-- . :emiringan segmen linier ini sesuai dengan
modulus elastisitas 4. modulus ini mungkin dianggap sebagai kekakuan , atau material iniketahanan terhadap deformasi elastis . Semakin besar modulus , yang kaku materi , atau
semakin kecil regangan elastis yang dihasilkan dari penerapan stres yang diberikan . 0odulus
itu merupakan parameter desain penting yang digunakan untuk menghitung defleksi elastis .
deformasi elastis adalah tidak tetap , yang berarti bahwa ketika diterapkan beban dilepaskan ,
potongan kembali ke bentuk aslinya . Seperti ditunjukkan dalam plot tegangan!regangan
1 8ambar .G 2 , penerapan beban sesuai dengan bergerak dari asal dan sepanjang garis lurus
. Setelah rilis beban , garis dilalui di seberang arah, kembali ke asal . &da beberapa bahan
1misalnya , abu!abu besi cor , beton , dan banyak polimer 2 untuk yang sebagian elastis ini
dari kur$a tegangan!regangan tidak linear 1 8ambar .F 2 I oleh karena itu, tidak mungkin
untuk menentukan modulus elastisitas seperti dijelaskan di atas . (ntuk nonlinear ini tingkah
laku, baik bersinggungan atau modulus sekan biasanya digunakan . modulus tangen diambil
sebagai kemiringan kur$a tegangan!regangan pada tingkat tertentu stress , sementara
modulus sekan merupakan kemiringan garis potong yang diambil dari asal ke beberapa
diberikan titik kur$a . Penentuan modulus ini diilustrasikan dalam 8ambar .F.
Gambar 2.18 %-ema tegangan>regangan diagram menunju--an non > linear &erila-u elastis
dan bagaimana garis &otong dan modulus tangen ditentu-an .