BAB IPENDAHULUAN1.1 Latar BelakangPerkembangan 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 Insinyur terdahulu yang lebih memperhatikan 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 router kayu berbasis CNC. Oleh 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 aluminium agar dapat mengetahui kekuatan meja 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 aluminium 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 . Pengujian bending kita dapat menentukan mutu suatu material secara visual dan selain itu dapat digunakan untuk mengukur kekuatan material akibat pembebanan dan kekenyalan hasil sambungan las baik di weld metal maupun HAZ dari material, sedangkan pengujian tekan kita dapat mengetahui tekanan maksimum yang dapat diterima meja mesin router kayu tersebut, serta pengujian kekerasan dapat kita ketahui ketahanan material terhadap deformasi dan merupakan ukuran ketahanan logam terhadap deformasi plastik atau deformasi permanen, juga sebagai ukuran kemudahan dan kuantitas khusus yang menunjukkan sesuatu mengenai kekuatan dan perlakuan panas dari material. Oleh karena itu dalam penyusunan Skripsi ini penulis mengambil judul Analisa Perhitungan Kekuatan Meja Mesin Router Kayu Berbasis CNC .1.2 Batasan MasalahUntuk mengetahui masalah yang ada, penulis memberikan suatu batasan- batasan mengenai pengetahuan dasar tentang pengujian bending, tekanan dan kekerasan, pengetahuan bahan yang akan di uji, prosedur pengujian bahan dengan metode uji bending, tekan dan kekerasan untuk mengetahui kekuatan mejamesin router kayu berbasis CNC. Apabila terjadi kekuarangan dalam batasan masalah maupun dalam pembuatan proposal skripsi ini, mohon ditambahkan. 1.3 Rumusan MasalahDalam menganalisa perhitungan kekuatan stainless steel persegi empat, dengan menggunakan pengujian bending, tekan dan kekerasan dapat meliputi beberapa masalah antara lain :1. Apa itu pengujian bending, tekan dan kekerasan ?1. Bagaiman mencari mutu secara visual serta pembebanan dan kekenyalan dari meja stainless steel hexagonal dengan uji bending ?1. Bagaimana mencari tekanan maksimum yang dapat diterima meja stainless steel hexagonal dengan menggunakan uji tekan ?1. Bagaimana mencari ketahanan material terhadap deformasi dan juga kekuatan dan perlakuan panas dari stainless steel hexagonal dengan uji kekerasan ?1. Metode penelitian yang dilakukan ?1.4 TujuanPenelitian bertujuan untuk mengetahui kekuatan meja stainless steel hexagonal mesin router kayu berbasisi CNC dengan uji bending, uji kekerasan dan uji tekan.

1.5 Manfaat1. Untuk mengetahui kekuatan bahan yang di uji.1. Untuk mendapatkan data uji yang kongkrit dari material stainless steel persegi empat yang di uji dengan pengujian bending, tekan dan kekerasan.1. Untuk menganalisa kekuatan yang ada pada material meja mesin router.1. Sebagai tambahan pengetahuan dari bahan uji.1.6 Metode PenelitianDalam memperoleh data yang diperlukan untuk penulisan laporan ini menggunakan beberapa metode, yaitu:1. Observasi (Pengamatan)Dalam memperoleh data yang diperlukan, penulis melihat secara langsung mengenai meja mesin router kayu berbasis CNC. 2. Interview (Wawancara)Metode pengumpulan data dengan cara mengadakan tanya- jawab secara langsung dengan orang-orang berkompeten dalam bidang ini 3. Metode Pustaka Penulis mengumpulkan bahan untuk laporan ini yang bersumber dari beberapa buku yang dijadikan sebagai pedoman atau bacaan dalam menyusun landasan teori.

1.7 Sistematika SkripsiProposal skripsi yang disusun memiliki sistematika sebagai berikut :BAB 1 PENDAHULUANBagian pendahuluan ini berisi halaman judul latar belakang, batasan masalah, rumusan masalah, tujuan, manfaat, metode, sistematika skripsi pengantar, daftar isi, daftar lampiran. BAB II DASAR TEORIPada bab ini akan dijelaskan mengenai tentang pengertian teori pendukung dari uji bending, uji tekan dan uji kekerasan secara umum, serta beberapa pengetahuan untuk menunjang pengujian.BAB III METODOLOGI PENELITIANPada bab ini berisi alur kegiatan dan alur diagram penelitian yang digunakan oleh penulis untuk melakukan analisa.BAB IV ANALISA DAN PEMBAHASANPada bab ini di jelaskan mengenai perhitungan- perhitungan mengenai uji tarik serta analisis terhadap perhitungan tersebut.BAB V KESIMPULAN DAN SARANPada bab ini akan di uraikan tentang kesimpulan dan saran dari apa yang telah penulis uraikan dalam bab- bab sebelumnya.

BAB IIDASAR TEORI

2.1 Mesin Router Kayu Berbasis CNC

Gambar 2.1 Mesin Router Kayu Berbasis CNC

Mesin router CNC (computerized numerical control) adalah suatu alat yang dapat berfungsi untuk mengerjakan pekerjaan router yang berbasis bahan lunak seperti kayu , tipleks , acrylic , plastic , mdf ( bubuk kayu olahan ). Mesin ini dapat digunakan untuk mengukir kayu, membuat kaligrafi, lukisan grafis, handycraft/souvenir-souvenir.Dalampengoperasian mesin CNC router sebelum kita menjalankan mesin,yang pertama adalah kita siapkan dahulu desainnya.Kemudian kita gambar di computer/laptop dengan software corel draw atau CAD/CAM 3D(tiga dimensi) seperti Rhino, AutoCAD atau Autodesk, Vcarve, Simli CAM, BMP to CNC, Master CAM dll2.1.1 Keuntungan menggunakan mesin router CNC :1. Pengefisienan waktu kerja2. Hasil yang kita peroleh dari mesin ini lebih memuaskan serta lebih rapi dibanding kita mengerjakan dengan tangan.3. Menghasilkan 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. Unit-unit tersebut seluruhnya termasuk kedalam sistem kontrol dari mesin.Adapun yang merealisasikan seluruh perintahnya adalah bagian mesin perkakas (machines tools).Dengan demikian, suatu mesin CNC pada dasarnya hanya terdiri dari dua bagian utama yaitu bagian CNC sistem dan mesin perkakas.

2.1.2 Bagian-baian mesin CNC A.Unit Kontrol 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.Kepala Tetap berupa roda-roda gigi transmisi penukar putaran yang akanmemutar poros spindelC.Poros utama (spindel) berupa tempat kedudukan pencekam untuk berdirinya benda kerja.Eretan utama (appron) akan bergerak sepanjang meja sambilmembawa eretan lintangD.(cross slide) dan eretan atas (upper cross slide) dan dudukan pahat.E.Eretan Melintang yang menggerakan pahat arah melintang.F.Eretan Memanjang yang menggerakan pahat arah vertikal.G.Kepala Lepas, sejajar kepala tetap untuk membantu pergerakan spindel dalam memegang

2.1.3 Penjelasan tentang komponen dari mesin CNC.

Jantungnya dalam sistem CNC adalah komputer yang membawa/ memuat semua perhitungan dan rangkaian logik (logical link-ups). Mengingat sistem CNC sebagai alat penghubung antara oprator dengan mesin perkakas, maka akan terdapat dua interface yang berfungsi sebagai penghubung untuk operator dan mesin.a) Interface untuk oprator. Dalam komponen ini terdiri dari panel kendali (control panel) dan berbagai penghubung untuk alat pemuat data seperti punche tape reader dan perforator, unti tipe magnitic, dan untuk penggerak disket dan printer.b) Interface untuk mesin perkakas. Interfacce ini adalah interface yang berhubungan dengan sistem pengendalian, terdiri dari interface untuk pengendali sumbu (Axis Control) dan sumber tenaga (Power suplly).

2.1.4 Panel panel pengendali mesin CNC:

a) Display adalah komponen dari kontrol unit yang berguna untuk melihat kondisi aktual pada saat beroprasi. Display ini biasanya berbentuk monitor.b)Pengendali untuk pengoperasian mesin. Komponen ini terdiri dari tombol-tombol yang berfungsi untuk menggerakan mesin perkakas.c)Control untuk pemuatan program secara manual. Komponen ini digunakan untuk pemuatan data atau program secara manual dan pembetulan (corecting). Komponen ini dikenal dengan nama keyboard.d)Komponen pemindah fungsi mode. Komponen ini berfungsi sebagai pengubah fungsi (operating modes) seperti mode manual, edit, eksekusi dan otomatis

2.2 Meja Mesin Router Kayu

Gambar 2.2 Meja Mesin Router Kayu CNCMeja mesin router berfungsi sebagai tempat dudukan kepala lepas,eretan, penyangga diam (steadyrest), tempat benda kerja dan merupakan tumpuan gaya pemakanan waktu perouteran. Bentuk ala ini bermacam-macam, ada yang datar dan ada yang salah satu atau kedua sisinya mempunyai ketinggiana tertentu. Dalam penggunaanya meja mesin router kayu haruslah mempunyai standar pembuatan yang mumpuni untuk menopang beban yang di topangnya. Untuk menganalisa kekuatan pada meja mesin router tersebut kita dapat melakukan pengujian terhadap material meja mesin router tersebut. Dalam menganalisan kekuatan meja mesin router tersebut penulis terfokus dengan pengujian bending, kekerasan dan tekan, karena pengujian tersebut dibilang dapat memberikan hasil analisa yang memadai.

2.3 Uji BendingPengujian ini merupakan salah satu pengujian sifat mekanik bahan yang diletakkan terhadap specimen dan bahan, baik bahan yang akan digunakan pada kontraksi atau komponen yang akan menerima pembebanan terhadap suatu bahan pada satu titik tengah dari bahan yang ditahan diatas dua tumpuan. Pengujian lentur (bending) pada umumnya dilakukan dengan dua metode berikut :a. three point bending Pada three point bending, spesimen atau benda dikenai beban pada satu titik yaitu tepat pada bagian tengah batang ( L). Pada metode ini material harus tepat berada di L, agar mendapatkan momen maksimum karena saat mecari dibutuhkan momen maksimum tersebut.b. four point bending Pada four point bending, benda kerja dikenai beban pada dua titik, yaitu pada L dan L. Pembebanan menggunakan four point benidng lebih baik dari pada menggunakan Three poin bening ini dikarenakan adanya rentang pada spesimen yang menyebabkan tegangan geser = 0. Ilustrasi pengujian dapat dilihat di gambar berikut :

Gambar 2.3 Ilustrasi Uji BendingPengukuran tegangan yang terjadi pada spesimen uji dapat dilakukan melalui perhitungan berikut :

..(2.1)

dengan

= Tegangan NormalM= Momen lentur di penampang melintang yang ditinjauc = Jarak dari sumbu netral ke elemen yang ditinjauI = Momen inersia penampangUntuk momen Inersia dapat dicari dengan perumusan sebagai berikut :(2.2)

Untuk spesimen yang mempunyai penampang segi empat, maka tegangan normal maksimumnya adalah :

. (2.3)Persamaan ini didapatkan sesuai dengan perhitungan momen maksimum pada spesimen berpenampang persegi. Dengan metode pemotongan (spesimen) akan didapatkan distribusi momen dan tegangan geser disetiap titik spesimen uji. Spesimen memiliki momen maksimum pada tengah batang ( L/2 ) dan menerima beban sebesar ( P/2). c merupakan jarak dari sumbu netral ke elemen yang akan ditinjau. Nilai c adalah jarak dari sumbu netral (titik pusat spesimen) ke permukaan spesimen. Inersia dilampirkan. Sedangkan untuk mencari modulus elastisitas bending mengunakan rumus : .............(2.4)Dimana :E = Modulus Elastisitas Bending (MPa)F = Beban /Load (kg)L = Panjang Span / Support span(mm) b = Lebar/ Width (mm) d = Tebal / Depth (mm) = Defleksi (mm)

Jika modulus elastisitas dan tegangan telah diketahui maka regangan dapat di cari dengan hukum Hooke , menjadi

....(2.5)Untuk momen bending dapat dicari tahu dengan persamaan

.....(2.6)

Dimana :M = Momen Bending ( kg.mm)F = Beban radial (N)L = Panjang bahan (mm)

Sedangkan defleksi yang terjadi, dapat dihitung dengan persamaan :

..(2.7)Dengan = defleksi P = beban yang bekerja L = panjang specimen E = modulus elastisitas bahan specimen I = modulus inersia penampang

Pada perhitungan kekuatan bending ini, digunakan persamaan :

.(2.8)

Dimana : = Tegangan bending (MPa)F = Beban /Load (kg)L = Panjang Span / Support span(mm) b = Lebar/ Width (mm)d = Tebal / Depth (mm)Karena panjang poros adalah L dan beban radial berada ditengah poros beerjarak L/2 maka momen bending terbesar terdapat pada titik L/2 tersebut. Pada tumpuan tidak terdapat momen bending atau M = 0.

2.4Uji KekerasanPada umumnya, kekerasan menyatakan ketahanan terhadap deformasi dan merupakan ukuran ketahanan logam terhadap deformasi plastik atau deformasi permanen (Dieter, 1987). Untuk para insinyur perancang, kekerasan sering diartikan sebagai ukuran kemudahan dan kuantitas khusus yang menunjukkan sesuatu mengenai kekuatan dan perlakuan panas dari suatu logam.Terdapat tiga jenis ukuran kekerasan, tergantung pada cara melakukan pengujian, yaitu: (1) Kekerasan goresan (scratch hardness); (2) Kekerasan lekukan (indentation hardness); (3) Kekerasan pantulan (rebound). Untuk logam, hanya kekerasan lekukan yang banyak diguanakan dalam kaitannya dengan bidang rekayasa. Terdapat berbagai macam uji kekerasan lekukan, antara lain: Uji kekerasan Brinell, Vickers, Rockwell, Knoop, dan lain sebagainya.

Gambar 2.4 Perbandingan dari beberapa skala kekerasan.

BAJAKUNINGANBESI CORANGKA KEKERASAN BRINELLKEKUATAN TARIK ( psi)KEKUATAN TARIK (MPa)KEKERASAN ROCKWELL

Gambar 2.5 Hubungan antara kekerasan dan tarik kekuatan untuk baja , kuningan , dan besi cor. 2.4.1 Uji Kekerasan VickersPada dasarnya metode pengujian kekerasan Vickers hampir sama dengan Brinells hanya identornya saja yang berbeda. abcGambar 2.6 Tipe-tipe lekukan piramid intan: (a) lekukan yang sempurna, (b) lekukan bantal jarum, (c) lekukan berbetuk tong (Dieter, 1987)

Lekukan yang benar yang dibuat oleh penekan piramida intan harus berbentuk bujur sangkar (gambar 3a). Lekukan bantal jarum (gambar 3b) adalah akibat terjadinya penurunan logam di sekitar permukaan piramida yang datar. Keadaan demikian terjadi pada logam-logam yang dilunakkan dan mengakibatkan pengukuran panjang diagonal yang berlebihan. Lekukan berbentuk tong (gambar 3c) akibat penimbunan ke atas logam-logam di sekitar permukaan penekan tedapat pada logam-logam yang mengalami proses pengerjaan dingin.Beberapa hal yang perlu diperhatikan pada metode pengujian kekerasan Vickers adalah sebagai berikut :1. Spesimen harus memenuhi persyaratan: Permukaan harus rata dan halus Dapat ditumpu dengan baik dan permukaan horisontal2. Identor yang digunakan adalah pyramid intan yang beralas bujur sangkar dengan sudut puncak antara dua sisi yang berhadapan adalah 136o .3. Pada dasarnya semua beban bisa digunakan, kecuali untuk pelat yang tipis harus digunakan beban yang ringan.4. Pada pelaksanaannya, pengujian kekerasan ini dilakukan dengan menekan identor pada permukaan specimen selama 10 30 detik.5. Nilai kekerasan pengujian ini dinyatakan dalam satuan DPH (Vickers Diamond Pyramid Hardness) yang dihitung berdasarkan diagonal identasi dengan persamaan sebagai berikut :

...(2.9)

Dimana : P= beban yang diterapkan, kg= sudut antara intan yang berlawanan = L= panjang diagonal rata-rata, mm

Persamaan ini didapatkan dari Hasil tapak tekan pengujian vickers yang ditunjukkan pada gambar 2.7:

Gambar 2.7 Hasil Tapak Tekan Pengujian Vickers

2.4.2 Uji Kekerasan RockwellPengujian rockwell mirip dengan pengujian brinell, yakni angka kekerasan yang diperoleh merupakan fungsi derajat indentasi. Beban dan indentor yang digunakan bervariasi tergantung pada kondisi pengujian. Berbeda dengan pengujian brinell, indentor dan beban yang digunakan lebih kecil sehingga menghasilkan indentasi yang lebih kecil dan lebih halus. Banyak digunakan di industri karena prosedurnya lebih cepat (Davis, Troxell, dan Wiskocil, 1955).Karena pada pengujian rockwell, angka kekerasan yang ditunjukkan merupakan kombinasi antara beban dan indentor yang dipakai, maka perlu diberikan awalan huruf pada angka kekerasan yang menunjukkan kombinasi beban dan penumbuk tertentu untuk skala beban yang digunakan.

BRINELL HBVICKERS HBROCKWELL HRB ROCKWELL HRCTEGANGAN MAKS (MPa)TEGANGAN MAKS (ksi)

627667-58.72393347

578615-56.02158313

534569-53.51986288

495528-51.01813263

461491-48.51669242

429455-45.71517220

401425-43.11393202

375396-40.41267184

341360-36.61131164

311328-33.11027149

277292-28.8924134

24125310022.8800116

21722896.4-724105

19720792.8-65595

17918889.0-60087

15916783.9-5387

14315078.6-49071

13113774.2-44865

11612276.6-40058

Tabel 2.1 Nilai aproksimasi kekerasan equivalen dan kekuatan tarik ultimat untuk baja (beban 3000 kg untuk HB)SIMBOL SKALAINDENTERBEBAN MAJOR (kg)

ABerlian60

BBola 1/16 in100

CBerlian150

DBerlian100

EBola 1/8 in100

FBola 1/16 in60

GBola 1/16 in150

HBola 1/8 in60

KBola 1/8 in150

Tabel 2.2 Skala Kekerasan RockwellSIMBOL SKALAINDENTERBEBAN MAJOR (kg)

15NBerlian15

30NBerlian30

45NBerlian45

15TBola 1/16 in15

30TBola 1/16 in30

45TBola 1/16 in45

15WBola 1/8 in15

30WBola 1/8 in30

45WBola 1/8 in45

Tabel 2.3 Skala Kekerasan Rockwell DangkalDibawah ini merupakan rumus yang digunakan untuk mencari besarnya kekerasan dengan metode Rockwell.HR = E e.(2.10)

Dimana :F0 = Beban Minor(Minor Load) (kgf)F1 = Beban Mayor(Major Load) (kgf)F = Total beban (kgf)e = Jarak antara kondisi 1 dan kondisi 3 yang dibagi dengan 0.002 mmE = Jarak antara indentor saat diberi minor load dan zero reference line yang untuk tiap jenis indentor berbeda-beda yang bias dilihat pada table 2.2HR = Besarnya nilai kekerasan dengan metode hardness RockwellTabel dibawah ini merupakan skala yang dipakai dalam pengujian Rockwell skala dan range uji dalam skala Rockwell.ScaleIndentorF0(kgf)F1(kgf)F(kgf)EJenis Material Uji

ADiamond cone105060100Exremely hard materials, tugsen carbides, dll

B1/16" steel ball1090100130Medium hard materials, low dan medium carbon steels, kuningan, perunggu, dll

CDiamond cone10140150100Hardened steels, hardened and tempered alloys

DDiamond cone1090100100Annealed kuningan dan tembaga

E1/8" steel ball1090100130Berrylium copper,phosphor bronze, dll

F1/16" steel ball105060130Alumunium sheet

G1/16" steel ball10140150130Cast iron, alumunium alloys

H1/8" steel ball105060130Plastik dan soft metals seperti timah

K1/8" steel ball10140150130Sama dengan H scale

L1/4" steel ball105060130Sama dengan H scale

M1/4" steel ball1090100130Sama dengan H scale

P1/4" steel ball10140150130Sama dengan H scale

R1/2" steel ball105060130Sama dengan H scale

S1/2" steel ball1090100130Sama dengan H scale

V1/2" steel ball10140150130Sama dengan H scale

Tabel 2.2 Tabel skala kekerasan Rockwell

2.4.3Uji Kekerasan BrinellMetode uji kekerasan yang diajukan oleh J.A. Brinell pada tahun 1900 ini merupakan uji kekerasan lekukan yang pertama kali banyak digunakan serta disusun pembakuannya (Dieter, 1987). Uji ini berupa pembentukan lekukan pada permukaan logam memakai bola baja yang dikeraskan yang ditekan dengan beban tertentu. Beban diterapkan selama waktu tertentu, biasanya 30 detik, dan diameter lekukan diukur dengan mikroskop atau kaca pembesar berskala, setelah beban dihilangkan. Permukaan yang akan dibuat lekukan harus relatif halus, rata dan bersih dari debu atau kerak.Angka kekerasan brinell (BHN) dinyatakan sebagai beban P dibagi luas permukaan lekukan. Pada prakteknya, luas ini dihitung dari pengukuran mikroskopik panjang diameter jejak. BHN dapat ditentukan dari persamaan berikut:

BHN = .....(2.11)

Dimana P=beban yang digunakan (kg)D= diameter bola baja (mm) d=diameter lekukan (mm)t = kedalaman jejak, mm

Dari gambar 2.13, Dapat dilihat bahwa d=Dsin. Dengan memasukkan harga ini ke dalam persamaan (1) akan dihasilkan bentuk persamaan kekerasan brinell yang lain, yaitu:BHN= ...................(2.12) DdP

Gambar 2.8 Parameter parameter dasar pada pengujian Brinel ( Dieter, 1987)

2.4.4 Hubungan antara kekerasan dan kekuatan tarikKedua kekuatan tarik dan kekerasan adalah indikator ketahanan logam untuk plastic deformasi. Akibatnya, mereka kurang proporsional untuk kekuatan tarik sebagai fungsi dari HB untuk besi cor , baja , dan kuningan . Sama hubungan proporsionalitas tidak berlaku untuk semua logam. Sebagai aturan praktis untuk sebagian besar baja , HB dan kekuatan tarik yang terkait dirumuskan

TS(Mpa) = 3,45 X HB(2.13)

TS(psi) = 500 X HB(2.14)

2.5 Uji TekanUji tekan adalah cara untuk mengetahui sifat mekanik suatu bahan. Dalam hal ini adalah kuat tekan bahan. Kekuatan tekan material adalah gaya per satuan luas yang dapat menahan kompresi dan ketika batas kuat tekan tercapai, maka bahan akan terdeformasi atau mengalami perubahan bentuk. 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 Contoh bentuk akhir uji tekan untuk material getas dan ulet ditunjukkan pada gambar 2.6.

Gambar 2.9 Pengujian tekan, disarankan oleh ASTM

Gambar 2.10 Pelat tekan kronis

Gambar 2.11 Pengujian tekan memakai batang uji tambahan2.5.1 Kekuatan TekanKekuatan tekan adalah kapasitas dari suatu bahan atau struktur dalam menahan beban yang akan mengurangi ukurannya. Kekuatan tekan dapat diukur dengan memasukkannya ke dalam kurva tegangan-regangan dari data yang didapatkan dari mesin uji. Beberapa bahan akan patah pada batas tekan, beberapa mengalami deformasi yang tidak dapat dikembalikan. Deformasi tertentu dapat dianggap sebagai batas kekuatan tekan, meski belum patah, terutama pada bahan yang tidak dapat kembali ke kondisi semula (irreversible). Pengujian kekuatan tekan, seperti halnya pengujian kekuatan tarik, dipengaruhi oleh kondisi pengujian (penyiapan spesimen, kondisi kelembaban dan temperatur ruang uji, dan sebagainya).

Gambar 2.12 Ilustrasi benda yang ditekan, yang mengalami gaya pada kedua ujungnya

Gambar 2.13 Kurva tegangan-regangan dalam uji tekan suatu specimen

Gambar 2.14 ( A) Skema ilustrasi bagaimana beban tarik memproduksi perpanjangan dan linear positif ketegangan. Garis putus-putus mewakili bentuk sebelum deformasi ; garis padat , setelah deformasi. ( B ) Skema ilustrasi bagaimana beban tekan menghasilkan kontraksi dan linear negatif ketegangan. ( C ) Skema representasi regangan geser ,mana .g tan ug( D )Skema perwakilan dari torsional deformasi ( yaitu, sudut twist ) diproduksi oleh terapan torsi T.

Untuk tegangan dapat dirumuskan sebagai berikut :(2.15)Dimana= Tegangan tekanF= Beban (kg)= Luas penampang (mm2)

Rekayasa regangan didefinisikan dengan

(2.16)

Sedangkan untuk modulus elastisitas dapat dicari dengan mengubah hokum Hooke :

...(2.17)

Menjadi...........(2.18)

Untuk regangan aksial dapat dicari dengan

.(2.19)

Untuk tegangan lateral atau bending dirumuskan dengan

..(2.20)Dan untuk regangan volume dirmuskan dengan

...(2.21)

BAB IIIMETODOLOGI PENELITIAN

3.1 DIAGRAM ALIR

Gambar 3.1 Diagram Alir

3.2.Waktu dan Tempat Penelitian Waktu penelitian dilaksanakan pada semester ganjil 2015/2016. Tempat dilaksanakannya penelitian adalah di Laboratorium Teknik Mesin pada Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Pamulang.

3.3. Desain Eksperimen Desain eksperimen merupakan langkah-langkah dalam melakukan pembuatan, penelitian sehingga dihasilkan data yang objektif sesuai dengan permasalahan. Desain eksperimen yang digunakan dalam penelitian ini adalah analisa kekuatan meja mesin router kayu yaitu beberapa pengujian kekuatan material untuk bending, kekerasan dan tekan pada beberapa specimen sampel subyek yang sama. Maksudnya suatu spesimen dikenakan pengujian tertentu, kemudian dilakukan pengukuran untuk mengetahui kuat bending, kekerasan dan tekan dengan persamaan beban mulai dari 25 kg/ berangsur meningkat pada surface specimen sampel.

3.4 Bahan dan Alat Penelitian

3.3.1 Bahan 1. Meja mesin router kayu CNCDalam proses pengujian ini, digunakan meja mesin router kayu CNC yang terbuat dari material aluminium. Sebagai bahan sampel penulis memotong material meja mesin router kayu CNC dengan dimensi sebagai berikutPanjang : 150 mmLebar : 20 mmTinggi : 20 mmLuas penampang ujung : Luas setiap permukaan : 3000

Berikut ini adalah table sifat fisik dari aluminium :

Nama, Simbol, dan NomorAluminium, Al, 13

Sifat Fisik

WujudPadat

Massa jenis2,70 gram/cm3

Massa jenis pada wujud cair2,375 gram/cm3

Titik lebur933,47 K, 660,32 oC, 1220,58 oF

Titik didih2792 K, 2519 oC, 4566 oF

Kalor jenis (25 oC)24,2 J/mol K

Resistansi listrik (20 oC)28.2 n m

Konduktivitas termal (300 K)237 W/m K

Pemuaian termal (25 oC)23.1 m/m K

Modulus Young70 Gpa

Modulus geser26 Gpa

Poisson ratio0,35

Kekerasan skala Mohs2,75

Kekerasan skala Vickers167 Mpa

Kekerasan skala Brinnel245 Mpa

Tabel 3.1 Sifat fisik aluminium

3.3.2 AlatAdapun alat penelitian untuk pelaksanaan penelitin ini adalah 1. Mesin Uji Bending Mesin uji bending dapat lihat pada gambar 3.4

Gambar 324 Mesin uji bending

2. Mesin Uji Kekerasan Adapun untuk mesin uji kekerasan penenlitian menggunakan mesin uji kekerasan Vickers, Rockwell dan Brinell. Yang bisa dilihat berturut-turut pada gambar (3.5), (3.6) dan (3.7).

Gambar 3.3 Mesin uji kekerasan Vickers

Gambar 3.4 Mesin uji kekerasan Rockwell

Gambar 3.5 Mesin uji kekerasan Brinell

1. Mesin Uji Tekan

Gambar 36 Mesin uji Tekan2. Mesin GerindaMesin gerinda digunakan untuk memotong sampel uji pada meja mesin router CNC, juga digunakan untuk memperhalus permukaan sampel spesimen benda uji.

Gambar 3.7 Mesin Gerinda

3.4 Metode PenelitianDalam memperoleh data yang diperlukan untuk penulisan laporan ini menggunakan beberapa metode, yaitu:1. Observasi (Pengamatan)Dalam memperoleh data yang diperlukan, penulis melihat secara langsung mengenai meja mesin router kayu berbasis CNC. 2. Interview (Wawancara)Metode pengumpulan data dengan cara mengadakan tanya jawab secara langsung dengan orang-orang berkompeten dalam bidang ini, yang selaku ini dalah dosen pembimbing penulis yaitu Bapak M. Perkasa, ST.MT dan Bapak Kusdi Prijono, ST.3. Metode Pustaka Penulis mengumpulkan bahan untuk laporan ini yang bersumber dari beberapa buku yang dijadikan sebagai pedoman atau bacaan dalam menyusun landasan teori.

3.5 Prosedur penelitian3.5.1 Prosedur Uji bending :Pengujian bending menggunakan metode three point bending dan standar uji ASTM C 393-94 dengan spesifikasi, sebagai berikut :Jenis materialTebal( mm )Panjang( mm )Tinggi( mm )

Aluminium2015020

Tabel 3.2 Dimensi Spesimen uji bending

Langkah Kerja pengujian bending.Tahapan pengujian bending dilakukan sesuai dengan langkah berikut:1. Mengukur dimensi specimen meliputi panjang, lebar, dan tebal sesuai standard AI.1. Pemberian label pada setiap spesimen yang telah diukur untuk menghindari kesalahan pembacaan.1. Menghidupkan mesin bending untuk melakukan pengujian bending.1. Pemasangan spesimen uji tepat di tengah kedua tumpuan dan pastikan identor tepat di tengah kedua tumpuan.1. Pemasangan dial indicator dengan melakukan kalibrasi ulang pada posisi 0 mm yang digunakan untuk menghitung besarnya defleksi ( 1 putaran = 1 mm) pada specimen.1. Mencatat besar defleksi setiap 1mm untuk 1 putaran dengan kecepatan konstan dalam setiap penambahan beban sampai terjadi kegagalan.Setelah mendapatkan data hasil pengujian dilanjutkan dengan perhitungan kekuatan bending, yang pertama adalah dengan menghitung tegangan normal pada bending dengan :

..(3.1)dengan

= Tegangan NormalM= Momen lentur di penampang melintang yang ditinjauc = Jarak dari sumbu netral ke elemen yang ditinjauI = Momen inersia penampang

Untuk momen Inersia dapat dicari dengan perumusan sebagai berikut :(3.2)

Untuk spesimen yang mempunyai penampang segi empat, maka tegangan normal maksimumnya adalah :

. (3.3)Persamaan ini didapatkan sesuai dengan perhitungan momen maksimum pada spesimen berpenampang persegi. Dengan metode pemotongan (spesimen) akan didapatkan distribusi momen dan tegangan geser disetiap titik spesimen uji. Spesimen memiliki momen maksimum pada tengah batang ( L/2 ) dan menerima beban sebesar ( P/2). c merupakan jarak dari sumbu netral ke elemen yang akan ditinjau. Nilai c adalah jarak dari sumbu netral (titik pusat spesimen) ke permukaan spesimen. Inersia dilampirkan. Sedangkan untuk mencari modulus elastisitas bending mengunakan rumus : .............(3.4)Dimana :E = Modulus Elastisitas Bending (MPa)F = Beban /Load (kg)L = Panjang Span / Support span(mm) b = Lebar/ Width (mm) d = Tebal / Depth (mm) = Defleksi (mm)

Jika modulus elastisitas dan tegangan telah diketahui maka regangan dapat di cari dengan hukum Hooke , menjadi

....(3.5)Untuk momen bending dapat dicari tahu dengan persamaan

.....(3.6)

Dimana :M = Momen Bending ( kg.mm)F = Beban radial (N)L = Panjang bahan (mm)

Sedangkan defleksi yang terjadi, dapat dihitung dengan persamaan :

..(3.7)Dengan = defleksi P = beban yang bekerja L = panjang specimen E = modulus elastisitas bahan specimen I = modulus inersia penampang

Pada perhitungan kekuatan bending ini, digunakan persamaan :

.(3.8)

Dimana : = Tegangan bending (MPa)F = Beban /Load (kg)L = Panjang Span / Support span(mm) b = Lebar/ Width (mm)d = Tebal / Depth (mm)

3.5.1 Prosedur Uji Kekerasan :Pengujian kekerasan dilakukan dengan menggunakan metode Rockwell dengan skala HRC, yang menggunakan indentor berupa sebuah bola baja dengan ukuran 1/16 inchi. Pembebanan yang diberikan adalah sebesar 50 kgf.Jenis materialTebal( mm )Panjang( mm )Tinggi( mm )

Aluminium2015020

Tabel 3.3 Dimensi material uji kekerasan

Gambar 3.8. Ukuran indenter bola baja

Gambar 3.9 Indikator bola baja

Langkah pengujian1. Bersihkan benda uji dari kotoran dan karat sampai bersih agar hasilnya baik.1. Letakan benda uji pada dudukannya lalu setel hingga rata.1. Kalibrasi mesin uji Rockwell ke skala E dengan mengarahkan jarum indikator ke skala E dan atur besar beban.1. Pasang indentor bola baja dengan ukuran 1/16 inchi untuk benda uji kekerasan.1. Naikkan benda uji dengan memutar roda tangan sampai menyentuh indentor dan kedudukannya harus tetap rata.1. Tekan dial indicator, tunggu loading selama 60 detik. 1. Setelah loading 60 detik kembalikan tuas indicator ke posisi unload.1. Lakukan penekanan ke material yang akan diuji dengan beban penekan 10 Kgf, pada 4 titik penekanan.1. Mengkonversi harga kekerasan Rockwell ke harga kekerasan Vickers dan Brinell untuk mengetahui perbedaan harga kekerasan.1. Perhatikan penujuk skala kekerasan pada setiap percobaan yang dilakukan dan catat.

Dari hasil data kekerasan Rockwell yang sudah didapat, kita dapat mengkonversikannya ke bentuk HV. Tujuan pengkonversian ini adalah agar kita dapat mengetahui perbedaan nilai kekerasan antara HRC dan HV.Keterangan :

HR = Rockwell Hardness number ( nilai kekerasan Rockwell )HV = Vickers Hardness number ( nilai kekerasanVickers ) Konversi dari nilai HR ke nilai HV :

Pertama mencari nilai HV dengan rumus dibawah ini :

.(3.9)Dimana, P= beban yang diterapkan, kg= sudut bola yang berlawanan = L= panjang diagonal rata-rata, mm

Kemudian dapat mencari nilai kekerasan Rockwell dengan persamaan :

HR = E e(3.10)

Dimana :F0 = Beban Minor(Minor Load) (kgf)F1 = Beban Mayor(Major Load) (kgf)F = Total beban (kgf)e = Jarak antara kondisi 1 dan kondisi 3 yang dibagi dengan 0.002 mmE = Jarak antara indentor saat diberi minor load dan zero reference line yang untuk tiap jenis indentor berbeda-beda yang bias dilihat pada table 2.2HR = Besarnya nilai kekerasan dengan metode hardness Rockwell

1. Untuk HRC, pencarian nilai HV dapat menggunakan persamaan :

(3.11)

.3.5.2 Prosedur Uji Tekan :1. Ambil benda uji yang akan ditentukan kekutan tekanan.2. Tentukan berat dan ukuran benda uji. 3. Letakkan benda uji pada mesin secara sentries. sesuai dengan tempat yang tepat pada mesin tes kuat tekan. 4. Jalankan benda uji atau mesin tekan dengan penambahan beban konstan mulai dari 200 hingga 250 kg/cm2. 5. Lakukan pembebanan sampai benda uji menjadi hancur dan catatlah beban maksimum yang terjadi selama pemeriksaan benda uji. 6. Pengujian kuat tekan ini dilakukan pada saat spesimen benda uji telah diambil sampelnya. 7. Menghitung kuat tekan benda uji dengan rumus :(3.12)Dimana= Tegangan tekanF= Beban (kg)= Luas penampang (mm2)

Rekayasa regangan didefinisikan dengan

(2.13)

Sedangkan untuk modulus elastisitas dapat dicari dengan mengubah hokum Hooke :

...(2.14)

Menjadi...........(2.15)

Untuk regangan aksial dapat dicari dengan

.(2.16)

Untuk tegangan lateral atau bending dirumuskan dengan

..(2.17)Dan untuk regangan volume dirmuskan dengan

...(2.18)

3.6 Keselamatan KerjaUntuk melakukan pengujian perhatikan hal-hal berikut ini : 1. Lakukan pengujian sesuai petunjuk 2. Hindarkan alat-alat jatuh 3. Gunakan alat sesuai fungsinya 4. Sebelum pengujian periksa kembali apakah semua persiapan sudah benar 5. Selama pengujian harus memperhatikan penunjukan pembebanan dan pemakaian indentor

DAFTAR PUSTAKA

ASM Handbook, Vol. 8, Mechanical Testing and Evaluation, ASM International, Materials Park, OH, 2000.Boyer, H. E. (Editor), Atlas of StressStrain Curves, 2nd edition,ASM International, Materials Park, OH, 2002.Chandler, H.(Editor), Hardness Testing, 2nd edition, ASM International, Materials Park, OH, 2000.Courtney, T. H., Mechanical Behavior of Materials, 2nd edition, McGraw-Hill Higher Education, Burr Ridge, IL, 2000.Davis, J. R. (Editor), Tensile Testing, 2nd edition, ASM International, Materials Park, OH, 2004.Dieter, G. E., Mechanical Metallurgy, 3rd edition, McGraw-Hill Book Company, New York, 1986.Dowling, N. E., Mechanical Behavior of Materials, 2nd edition, Prentice Hall PTR, Paramus, NJ, 1998.G. F. Kinney ,Tekniksifat dan aplikasi Plastik , hal . 202 .hak cipta1957 olehJohn Wiley & Sons, New York .Dicetak ulang izin John Wiley & Sons , IncH. W. Hayden,W. G. Moffatt, and J. Wulff, The Structure andProperties of Materials, Vol. III, Mechanical Behavior, p. 2. Copyright 1965 by John Wiley & Sons, New York. Reprinted by permission of John Wiley & Sons, Inc.McClintock, F. A. and A. S. Argon, Mechanical Behavior of Materials, Addison-Wesley Publishing Co., Reading, MA, 1966. Reprinted by CBLS Publishers, Marietta, OH, 1993.

Metals Handbook: Properties and Selection: Irons and Steels, Vol. 1, 9th edition, B. Bardes (Editor), American Society for Metals, 1978, pp. 36 and 461; and Metals Handbook: Properties and Selection: Nonferrous Alloys and Pure Metals, Vol. 2, 9th edition, H. Baker (Managing Editor), American Society for Metals, 1979, p. 327.Meyers, M. A. and K. K. Chawla, Mechanical Behavior of Materials, Prentice Hall PTR, Paramus, NJ, 1999.Timoshenko, S. 1930 Strength of Materials. D. VAN NOSTRAND COMPANY, Inc : New York, 1940.http://belajarmetalurgi.blogspot.com/2011/02/pendahuluan-dalam-kehidupanseharihari.html(Diakses tgl 10-02-2016 pukul 23:22)

31