PERANCANGAN SLITTER CUTTER PADA MESIN OPEN MILL

73
PERANCANGAN SLITTER CUTTER PADA MESIN OPEN MILL A final project report presented to the Faculty of Engineering By Amat Sofianto 003201305018 In partial fulfillment of the requirements of the degree Bachelor of Science in Mechanical Engineering President University May 2018

Transcript of PERANCANGAN SLITTER CUTTER PADA MESIN OPEN MILL

Page 1: PERANCANGAN SLITTER CUTTER PADA MESIN OPEN MILL

PERANCANGAN SLITTER CUTTER PADA MESIN OPEN

MILL

A final project report

presented to

the Faculty of Engineering

By

Amat Sofianto

003201305018

In partial fulfillment

of the requirements of the degree

Bachelor of Science in Mechanical Engineering

President University

May 2018

Page 2: PERANCANGAN SLITTER CUTTER PADA MESIN OPEN MILL

ii

LEMBAR PERNYATAAN KEASLIAN

Saya yang bertanda tangan di bawah ini, mahasiswa Program Studi Teknik Mesin,

Fakultas Teknik, President University.

Nama : Amat Sofianto

NIM : 003201305018

Menyatakan dengan sesungguhnya nya bahwa Tugas Akhir dengan judul

PERANCANGAN SLITTER CUTTER PADA MESIN OPEN MILL, adalah:

1. Dibuat dan diselesaikan sendiri dengan menggunakan literatur, hasil kuliah,

survei lapangan, bimbingan, serta jurnal acuan yang tertera dalam referensi

pada tugas akhir ini.

2. Bukan merupakan duplikasi karya tulis yang telah dipublikasikan atau

pernah dipakai untuk mendapatkan gelar sarjana di perguruan tinggi lain,

kecuali bagian-bagian tertentu digunakan sebagai referensi pendukung untuk

melengkapi sumber informasi.

3. Bukan merupakan karya tulis terjemahan dari kumpulan buku-buku atau

jurnal acuan yang tertera dalam referensi pada tulisan tugas akhir saya.

Jika terbukti saya tidak memenuhi apa yang telah dinyatakan seperti di atas, maka

tugas akhir saya ini akan dibatalkan.

Cikarang, 02 Mei 2018

Yang membuat pernyataan,

Amat Sofianto

Page 3: PERANCANGAN SLITTER CUTTER PADA MESIN OPEN MILL

iii

LEMBAR PENGESAHAN

PERANCANGAN SLITTER CUTTER PADA MESIN OPEN

MILL

By

Amat Sofianto

003201305018

Approved by

Nanang Ali Sutisna, M.Eng.

Final Project Supervisor

Lidya Anggraini,ST.,M.Eng.,Ph.D.

Head of Study Program

Mechanical Engineering

Dr.-Ing. Erwin Sitompul,S.T., M.Sc.

Dean of Faculty of Engineering

Page 4: PERANCANGAN SLITTER CUTTER PADA MESIN OPEN MILL

iv

MOTTO

“Tidak Ada Kesuksesan Tanpa Doa dan Kerja Keras”

Page 5: PERANCANGAN SLITTER CUTTER PADA MESIN OPEN MILL

v

ABSTRAK

Skripsi ini membahas mengenai perancangan slitter cutter pada open mill karena sheet

compound yang dihasilkan banyak mengalami FM dip (Foreign Material Dipping)

terutama pada sisi-sisi sheet compound, sehingga hasil sheet compound tersebut harus di-

rework dan hasil produksi ban banyak yang NG (Not Good) dan jadi scrap. Perancangan

ini bertujuan untuk mengurangi bahkan menghilangkan FM dip yang terjadi pada sheet

compound guna menjaga kontinuitas produksi secara keseluruhan. Dalam produksi ban

banyak FM yang sering ditemukan, nama FM sesuai material asing yang ada atau yang

tercampur pada bahan pembuat ban contoh FM I (Foreign Material Iron) yaitu ada

material asing dalam bahan pembuat ban berupa besi atau logam. Tetapi kali ini penulis

fokus untuk menghilangkan FM dip dengan perancangan slitter cutter pada open mill

menggunakan tenaga pneumatik sehingga tercapai slogan perusahaan “Zero FM” dapat

tercapai. Dalam perancangan ini menggunakan tenaga pneumatik sebagai penggeraknya.

Pneumatik dipilih karena lebih murah, simple dan bersih sehingga cocok untuk

diaplikasikan ke mesin open mill. Perancangan alat ini dibuat manual untuk memudahkan

operator mesin mengoperasikan. Operator mesin cukup menggeser tuas hand valve

pneumatik sehingga cutter dapat maju dan mundur. Setelah melakukan perancangan

kemudian dilakukan analisis gaya-gaya yang terjadi dan menghitung kekuatan

konstruksinya. Dari hasil analisis dan perhitungan dengan factor keamanan (safety factor)

menunjukkan hasil yang aman. Sehingga dapat dikatan alat tersebut aman terhadap gaya-

gaya yang bekerja.

.

Kata kunci: Perancangan, Sistem Pneumatik, Slitter Cutter, Rubber Compound.

Page 6: PERANCANGAN SLITTER CUTTER PADA MESIN OPEN MILL

vi

KATA PENGANTAR

Alhamdulillah, puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah SWT yang telah

melimpahkan nikmat dan karunia-Nya, sehingga penulis dapat menyelesaikan laporan

skripsi dengan judul PERANCANGAN SLITTER CUTTER PADA MESIN OPEN

MILL tepat pada waktunya. Laporan ini dibuat sebagai syarat untuk memperoleh gelar

sarjana teknik mesin di fakultas teknik President University.

Ucapan terima kasih yang sebesar-sebesarnya kepada semua pihak yang telah

membantu menyelesaikan laporan skripsi ini, khususnya kepada:

1. Bapak Dr.Ing. Erwin Sitompul, selaku Dekan Fakultas Teknik, President University.

2. Ibu Dr. Lydia Anggraini, S.T, M.Eng, selaku Kepala Program Studi Teknik Mesin

sekaligus dosen pembimbing yang telah memberikan bimbingan, saran dan masukan

kepada penulis dalam menyelesaikan laporan ini.

3. Bapak Nanang Ali Sutisna, M.Eng selaku dosen pembimbing yang telah memberikan

masukan dalam pembuatan alat serta laporan.

4. Dosen pengajar dan juga staf di lingkungan President University yang telah

membantu dalam proses dan selesainya laporan ini.

5. Kedua orangtua dan keluarga tercinta yang selalu memberikan doa, semangat dan

dukungan dalam segala hal.

6. Rekan-rekan satu angkatan jurusan Teknik Mesin President University serta semua

pihak yang telah membantu dalam penyelesaian laporan ini.

Akhir kata, Semoga laporan ini dapat bermanfaat bagi penulis pribadi dan bagi

pembaca pada umumnya. Laporan ini tentunya masih jauh dari kata sempurna serta banyak

kekurangan, oleh karena itu kritik dan saran yang membangun dari berbagai pihak sangat

diharapkan.

Cikarang, 02 Mei 2018

Penulis :

Amat Sofianto

Page 7: PERANCANGAN SLITTER CUTTER PADA MESIN OPEN MILL

vii

DAFTAR ISI

LEMBAR PERNYATAAN KEASLIAN ...........................................................................ii

LEMBAR PENGESAHAN ............................................................................................... iii

MOTTO .............................................................................................................................. iv

ABSTRAK........................................................................................................................... v

KATA PENGANTAR ........................................................................................................ vi

DAFTAR ISI .....................................................................................................................vii

DAFTAR GAMBAR .......................................................................................................... ix

DAFTAR TABEL ............................................................................................................... x

BAB I PENDAHULUAN……………………………………………………………..….1

1.1 Latar Belakang……………………………………………………………..………1

1.2 Perumusan Masalah…………………………………………………………..……2

1.3 Batasan Penelitian……………………………………………………………….....2

1.4 Tujuan dan Manfaat Penelitian……………………………………………...……..3

1.5 Sistematika Penulis…………………………………………………………...……3

BAB II LANDASAN TEORI………………………………………………………..…..4

2.1 Definisi open mill (Sheet Mill)……………………………………………..……..4

2.2 Roller………………………………………………………………………………4

2.2.1 Gravity roller……………………………………………………………....5

2.2.2 Impact roller…………………………………………...…..………………5

2.3 Klasifikasi baja……………………………………………………………...….…6

2.3.1 Berdasarkan persentase paduannya………………………………….....…6

2.3.2 Berdasarkan komponen……………………………………………..…....6

2.3.3 Berdasarkan strukturnya…………………………………………….........7

2.3.4 Berdasarkan penggunaan dan sifatnya……………………………….......7

2.3.5 Klasifikasi lain…………………………………………………………....9

2.4 Pengertian baut (Bolt)…………………………………………………………..10

2.4.1 Perbedaan jenis material pada baut………………………………….….10

2.4.2 Resistance pada baut.……………………………………….…………..12

2.5 Pelat besi hitam SS400……………………………………………….………...12

2.6 Macam-macam material pembentuk cutting tools………………………….….13

2.7 Pengertian sistem pneumatik…………………………………………………..15

Page 8: PERANCANGAN SLITTER CUTTER PADA MESIN OPEN MILL

viii

2.7.1 Kelebihan dan kekurangan sistem pneuatik………………..…………….16

2.7.2 Komponen-komponen sistem pneumatik………………………..…...….16

2.7.3 Simbol dan standarisasi sistem pneumatikesistance………………..……20

2.7.4 Analisis gaya pada pneumatik……………………………………………21

2.8 Teori tegangan regangan umum…………………………………………………….25

2.8.1 Macam-macam tegangan yang terjadi pada suatu material…..………….26

BAB III METODOLOGI PENELITIAN…………………………………………………32

3.1 Definisi perancangan……………………………………………………………….32

3.2 Langkah-langkah perancangan……………………………………………………..33

BAB IV ANALISIS DAN EVALUASI…………………………………………………..37

4.1 Analisis design alat………………………………………………………………37

4.1.1 Material alat slitter cutter……….………………………………………….38

4.2 Analisis sistem penggerak………………………………………………………39

4.3 Analisis cutter slitter…………………………………………………………….43

4.4 Analisis gaya pada pneumatik…………………………………………………..44

4.5 Analisis kekuatan konstruksi alat……………………………………………….46

BAB V PENUTUP………………………………………………………………………..57

5.1 Kesimpulan………………………………………………………………………...57

5.2 Saran……………………………………………………………………………….57

DAFTAR PUSTAKA…………………………………………………………………….58

LAMPIRAN………………………………………………………………………………59

Page 9: PERANCANGAN SLITTER CUTTER PADA MESIN OPEN MILL

ix

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2. 1 Open Mill (Sheet Mill) ................................................................................. 4

Gambar 2. 2 Gravity Roller……………………………………………………………....5

Gambar 2. 3 Impact Roller…………………………………………………………….....5

Gambar 2. 4 Pelat Besi Hitam SS400………………………………………………......13

Gambar 2. 5 Macam-macam Cutting Tools…………………………………………….15

Gambar 2. 6 Hukum Boyle Mariotte’s Law……………………..……………….........15

Gambar 2. 7 Kompressor……………………………………………………………….17

Gambar 2. 8 Cylinder Single Acting Spring Return……………………………………17

Gambar 2. 9 Cylinder Double Acting Single ended………………………………...….18

Gambar 2. 10 Cylinder Double Acting Double Ended…………………………………18

Gambar 2. 11 Macam-macam Directional Valve………………………………………19

Gambar 2. 12 Macam-macam Flow Control Valve…………………………………….20

Gambar 2. 13 Daftar Simbol Pneumatik………………………………………………..21

Gambar 2. 14 Metode Pemasangan Batang Pneumatik dan hidrolik………..…………25

Gambar 2. 15 Tegangan Normal………………………………………………………..27

Gambar 2. 16 Tegangan Tarik…………………………………………………...……..28

Gambar 2. 17 Tegangan Lengkung Pada Poros……………………………………......28

Gambar 2. 18 Tegangan Puntir…………………………………………………………29

Gambar 2. 19 Tegangan Tekan…………………………………………………………30

Gambar 2. 20 Tegangan Geser…………………………………………………………31

Gambar 3. 1 Diagram Alir Perancangan……………………………………………....34

Gambar 4. 1 Design Slitter Cutter……………………………………………………..37

Gambar 4. 2 Rangkaian Sistem Pneumatik.....………………………………………..39

Gambar 4. 3 Drawing Sistem Pneumatik……………………………………………...39

Gambar 4. 4 Cylinder Double Acting…..……………………………………………..40

Gambar 4. 5 Hand Valve 4/3…………………………………………………………..41

Gambar 4. 6 Air Regulator…………………………………………………………….41

Gambar 4. 7 Fitting Niple elbow………………………………………………………41

Gambar 4. 8 Speed Controllertter……………………………………………………..43

Gambar 4. 9 Reducer Nippler…………………………….……………….…………..43

Gambar 4.10 Selang Angin (Hose)………………………..…………………………..43

Page 10: PERANCANGAN SLITTER CUTTER PADA MESIN OPEN MILL

x

Gambar 4.11 Shut Off Valve………………………………………….………………43

Gambar 4.12 Cutter Slitter…………………………………………….………………44

Gambar 4.13 Gaya Dorong Pada Silinder…………………………….…………...….47

Gambar 4.14 Gaya Buckling Pada Batang Silinder………………….……………….48

Gambar 4.15 Analisis Gaya Pada Alat……………………………….……………….50

Gambar 4.16 Free Body Diagram Slitter Cutter…………………….………………..51

Gambar 4.17 Desain Roller dan Bracket…………………………….……………….52

Gambar 4.18 Free Body Diagram Bracket Dan Roller………..…….……………….53

Gambar 4.19 Free Body Diagram Roller…………………………………………….55

DAFTAR TABEL

Tabel 2. 1 Mekanikal Properti Baut Satuan Inch……………………………………….11

Tabel 2. 2 Mekanikal Properti Baut Satuan Metrik…………………………………….11

Tabel 2. 3 Koefisien Gaya Gesek Pada Bantalan……………………………………….24

Tabel 4. 1 Mekanikal Prooperti SS400…………………………………………………38

Tabel 4. 2 Komponen Sistem Pneumatik Pada Alat...………………………………….40

Tabel 4. 3 Harga Faktor Keamanan Beberapa Material.............................................……45

Tabel 4. 4 Tegangan Geser Compound……….………………….......……..…………..50

Tabel 4. 5 Ultimate Stress Compound……….………………….......…………..………53

Page 11: PERANCANGAN SLITTER CUTTER PADA MESIN OPEN MILL

1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Dalam dunia industri otomotif terutama pada sektor komponen penunjang seperti ban

(tire) mengalami perkembangan yang sangat pesat dewasa ini. Para pelaku dalam dunia

industri ini dituntut untuk menghasilkan produk yang inovatif, ramah lingkungan serta

aman bagi penggunanya (user friendly). Proses pembuatan ban melalui proses dan tahapan

yang sangat panjang dari proses awal pencampuran bahan-bahan (mixing) sampai proses

memasak ban (curing). Pada proses awal pengadukan semua bahan pembuat ban dalam

mesin pengaduk (Banbury Mixer) untuk menghasilkan lembaran-lembaran karet

(compound) sering terjadi rework karena ditemukan benda asing (Foreign Material)

disingkat FM, sehingga meghambat proses kontuinitas produksi.

Apabila suatu FM sampai lolos hingga menjadi suatu ban (tire) akan menjadi masalah

yang sangat besar dan tentunya akan membahayakan konsumen. Salah satu FM yang

sering terjadi adalah FM dipping. Dipping adalah zat aditif yang berbahan dasar sabun

yang digunakan sebagai anti lengket pada lembaran-lembaran karet (compound). Setelah

material keluar dari mesin banbury mixer, bahan tersebut harus melaui mesin open mill

guna membentuk menjadi lembaran-lembaran (sheet compound). Setelah melalui open

mill, compound tersebut yang masih dalam keadaan panas maka harus melalui cairan

dipping untuk didinginkan dan agar tidak lengket saat ditumpuk dalam suatu pallet.

Setelah melalui dipping, compound akan masuk dalam conveyor pengering (Batch

Off). Dalam proses ini sering menyebabkan timbulnya FM dipping karena kedua sisi

compound yang tidak rata. Cairan dipping setelah kering akan sedikit menggumpal pada

bagian sisi-sisi compound yang tidak rata tersebut. Gumpalan dipping tersebut menjadi

masalah jika sampai lolos menjadi ban (tire). Karena tidak ada mesin yang dapat

mendeteksi dipping seperti logam yang dapat dideteksi dengan mesin metal detector,

sehingga pengecekan harus dilakukan secara visual yang rentan terhadap kesalahan.

Biasanya pada proses berikutnya akan mengembalikan compound yang terindikasi

dapat menyebabkan FM dipping untuk di-Rework. Apabila compound yang dihasilkan

harus di-rework maka menyebabkan lost time yang sangat banyak karena pengerjaan

Page 12: PERANCANGAN SLITTER CUTTER PADA MESIN OPEN MILL

2

rework seperti disini harus mulai dari step awal lagi. Selain lost time juga berdampak pada

operator yang harus bekerja lebih sehingga harus membayar untuk kerja lembur (overtime).

Apabila dalam suatu ban ada FM atau ada bahan yang seharusnya tidak ada dalam ban

maka resiko ban tiba-tiba meletus dijalan saat dipakai besar. Dan bila hal tersebut terjadi

maka konsumenlah yang menjadi korban dan perusahaan akan mengalami kerugian karena

kesalahan fatal tersebut.

Maka dari itu penulis melakukan perancangan slitter cutter pada open mill PT. X

untuk mengatasi masalah yang ada pada proses mixing. Slitter cutter ini bertujuan untuk

mencegah atau meghilangkan penyebab terjadinya FM dipping dengan cara memotong

pada kedua sisi compound setelah keluar dari open mill. Desain dari slitter cutter ini dibuat

manual karena pengopersiannya yang sangat mudah dan sederhana. Metode penggerak dari

slitter cutter ini menggunakan silinder pneumatic tipe double acting single ended dengan

katup manual (hand valve). Cutter yang dipakai berbentuk bulat sehingga dapat berputar

mengikuti roll pada open mill tersebut.

1.2 Perumusan Masalah

Berdasarkan latar belakang masalah yang telah dipaparkan di atas, maka dapat di

rumuskan permasalahan yang ada, yaitu :

1. Bagaimana cara agar perancangan slitter cutter pada open mill mudah digunakan

serta aman bagi operator mesin.

2. Perancangan sistem pneumatic sebagai tenaga penggerak menggunakan software

Festo FluidSIM .

3. Perencanaan kekuatan konstruksi slitter cutter.

1.3 Batasan Masalah

Berdasarkan uraian rumusan masalah tersebut, maka dapat dirumuskan permasalahan

yang ada, yaitu:

1. Hanya membahas tentang desain dan sistem dari perancangan slitter cutter pada open

mill.

2. Membahas tentang safety factor dan kekuatan konstruksi yang dibuat.

Page 13: PERANCANGAN SLITTER CUTTER PADA MESIN OPEN MILL

3

1.4 Tujuan Dan Manfaat

Adapun tujuan yang ingin diperoleh adalah:

1. Mengetahui tahapan-tahapan dari proses perancangan slitter cutter sehingga mudah

digunakan dan aman bagi operator mesin.

2. Mampu membuat drawing pneumatic sebagai tenaga penggerak dari slitter cutter.

3. Mampu menghitung kekuatan konstruksi dari perancangan slitter cutter .

Dan manfaat yang ingin diperoleh antara lain:

1. Mampu mengurangi resiko terjadinya FM dip pada compound.

2. Untuk mengurangi kerugian yang diakibatkan oleh FM dip.

1.5 Sistematika Penulisan

Sistematika dalam penulisan skripsi ini sangat di butuhkan sehingga dapat

mempermudah dalam penyelesaian penyusunan penulisan skripsi ini, sistematika penulisan

adalah sebagai berikut :

1. BAB I. PENDAHULUAN

Bab ini berisi tentang latar belakang, rumusan masalah, batasan masalah, tujuan, manfaat

dan sistematika penulisan.

2. BAB II. LANDASAN TEORI

Dalam bab ini berisi tentang pengertian-pengertian dari istilah-istilah yang digunakan

dalam penelitian ini, serta teori-teori yang mendukung dalam skripsi ini.

3. BAB III: METODOLOGI PENELITIAN

Dalam bab ini akan menjelaskan mengenai metode apa saja yang digunakan dalam

melakukan penelitian.

4. BAB IV: ANALISIS DAN EVALUASI

Dalam bab ini menjelaskan tentang analisis dan evaluasi tentang perancangan slitter

cutter pada mesin open mill terhadap kekuatan strukturnya.

5. BAB V: PENUTUP

Dalam bab ini menjelaskan tentang kesimpulan secara keseluruhan dalam pembuatan

skripsi. Serta berisi kritik dan saran yang berupa masukan yang dapat diberikan

kepada perusahaan atau pihak-pihak yang terkait secara langsung.

Page 14: PERANCANGAN SLITTER CUTTER PADA MESIN OPEN MILL

4

BAB II

LANDASAN TEORI

2.1 Definisi Open Mill (Sheet Mill)

Definisi Open Mill (Sheet Mill) adalah mesin yang memiliki dua silinder (Roll)

yang berputar berlawanan arah. Silinder (Roll) tersebut polos (tidak memiliki ulir) dan

keduanya hanya terpisah dengan jarak yang sangat kecil. Open Mill (Sheet Mill) berfungsi

untuk membuat campuran yang telah dikeluarkan dari mesin mixer (Banbury) untuk

menjadi lembaran tipis. Lembaran tipis tersebut kemudian disebut compound.

Ukuran open mill sangat bermacam-macam dari 20” sampai 28’. Open mill didesain

dengan gear penggerak depan lebih sedikit dibandingkan gear penggerak yang belakang.

Walaupun ukuran kedua roll tersebut sama hal ini dimaksudkan agar material setelah

melewati roll akan bergerak kedepan karena perbedaan kecapatan antar roll depan dan

belakang yang disebabkan oleh perrbedaan jumlah gearnya.

Gambar 2. 1 Open mill (Sheet Mill)

2.2 Roller

Roller adalah suatu alat yang biasa digunakan dalam dunia industri, pabrik maupun

dunia otomotif yang berfungsi untuk mentransmisikan gaya. Dalam dunia manufaktur

Page 15: PERANCANGAN SLITTER CUTTER PADA MESIN OPEN MILL

5

Roller banyak digunakan untuk memindahkan beban dari satu tempat ke tempat lainnya.

Roller terdapat banyak jenisnya dari yang terbuat dari logam ataupun non-logam. Berikut

adalah macam-macam roller:

2.2.1 Gravity Roller

Roller ini biasa digunakan untuk mengangkut beban kecil atau besar tergantung

pada bahan material dan besar atau kecil roller tersebut. Material dasar yang digunakan

dalam pembuatan roller ini sangat bervariasi mulai dari bahan logam maupun non-logam,

seperti: steel pipe, stainless steel pipe, plastic pipe / PVC, dan aluminium pipe.

Gambar 2.2 Gravity Roller

2.2.2 Impact Roller

Roller jenis ini biasanya dilapisi atau dibalut (rubber) karet pada bagian diameter

luar (outside diameter) pipanya. Kenapa digunakan bahan karet (rubber) sebagai pelapis

roller, yaitu untuk meminimalisir beban kejut (impact), sesuai dengan karakter elastis dari

bahan karet (rubber) tersebut

Gambar 2.3 Gravity Roller

Page 16: PERANCANGAN SLITTER CUTTER PADA MESIN OPEN MILL

6

2.3 Klasifikasi Baja

Baja adalah logam paduan dengan besi (Fe) sebagai unsur dasar dan karbon (C)

sebagai unsur paduan utamanya. Kandungan karbon dalam baja berkisar antara 0,2 %

hingga 2,1 % berat sesuai grade-nya. Fungsi karbon dalam baja adalah sebagai unsur

pengerasan pada kisi kristal atom besi. Baja karbon adalah baja yang mengandung karbon

lebih kecil 1,7 %, sedangkan besi mempunyai kadar karbon lebih besar dari 1,7 %. Baja

dapat diklasifikasikan sebagai berikut:

1.2.1 Berdasarkan persentase paduannya

a. Baja paduan rendah

Bila jumlah unsur tambahan selain karbon lebih kecil dari 8% (menurut Degarmo.

Sumber lain, misalnya Smith dan Hashemi menyebutkan 4%), misalnya : suatu baja

terdiri atas 1,35%C; 0,35%Si; 0,5%Mn; 0,03%P; 0,03%S; 0,75%Cr; 4,5%W [Dalam

hal ini 6,06%<8%]>

b. Baja paduan tinggi

Bila jumlah unsur tambahan selain karban lebih dari atau sama dengan 8% (atau 4%

menurut Smith dan Hashemi), misalnya : baja HSS (High Speed Steel) atau SKH 53

(JIS) atau M3-1 (AISI) mempunyai kandungan unsur : 1,25%C; 4,5%Cr; 6,2%Mo;

6,7%W; 3,3%V.

Sumber lain menyebutkan:

a. Low alloy steel (baja paduan rendah), jika elemen paduannya ≤ 2,5 %.

b. Medium alloy steel (baja paduan sedang), jika elemen paduannya 2,5 – 10 %.

c. High alloy steel (baja paduan tinggi), jika elemen paduannya > 10 %.

1.2.2 Berdasarkan jumlah komponennya

a. Baja tiga komponen

Terdiri satu unsur pemadu dalam penambahan Fe dan C.

b. Baja empat komponen atau lebih

Terdiri dua unsur atau lebih pemadu dalam penambahan Fe dan C. Sebagai contoh

baja paduan yang terdiri: 0,35% C, 1% Cr,3% Ni dan 1% Mo

Page 17: PERANCANGAN SLITTER CUTTER PADA MESIN OPEN MILL

7

1.2.3 Berdasarkan strukturnya

a. Baja pearlit (sorbit dan troostit)

Unsur-unsur paduan relatif kecil maximum 5% Baja ini mampu dimesin, sifat

mekaniknya meningkat oleh heat treatment (hardening &tempering).

b. Baja martensit

Unsur pemadunya lebih dari 5 %, sangat keras dan sukar dimesin

c. Baja austenit

Terdiri dari 10 – 30% unsur pemadu tertentu (Ni, Mn atau CO) Misalnya : Baja tahan

karat (Stainless steel), nonmagnetic dan baja tahan panas (heat resistant steel).

d. Baja ferrit

Terdiri dari sejumlah besar unsur pemadu (Cr, W atau Si) tetapi karbonnya rendah.

Tidak dapat dikeraskan.

e. Karbid atau ledeburit

Terdiri sejumlah karbon dan unsur-unsur pembentuk karbid (Cr, W, Mn, Ti, Zr).

1.2.4 Berdasarkan penggunaan dan sifat-sifatnya

a. Baja konstruksi (structural steel)

Dibedakan lagi menjadi tiga golongan tergantung persentase unsur pemadunya, yaitu

baja paduan rendah (maksimum 2 %), baja paduan menengah (2- 5 %), baja paduan

tinggi (lebih dari 5 %). Sesudah di-heat treatment baja jenis ini sifat-sifat mekaniknya

lebih baik dari pada baja karbon biasa.

b. Baja perkakas (tool steel)

Dipakai untuk alat-alat potong, komposisinya tergantung bahan dan tebal benda yang

dipotong/disayat,kecepatan potong, suhu kerja. Baja paduan jenis ini dibedakan lagi

menjadi dua golongan, yaitu baja perkakas paduan rendah (kekerasannya tak berubah

hingga pada suhu 250 °C) dan baja perkakas paduan tinggi (kekerasannya tak berubah

hingga pada suhu 600°C). Biasanya terdiri dari 0,8% C, 18% W, 4% Cr, dan 1% V,

atau terdiri dari 0,9% C, 9 W, 4% Cr dan 2-2,5% V.

Page 18: PERANCANGAN SLITTER CUTTER PADA MESIN OPEN MILL

8

c. Baja dengan sifat fisik khusus

Dibedakan lagi menjadi tiga golongan, yaitu baja tahan karat (mengandung 0,1-0,45%

C dan 12-14% Cr), baja tahan panas (yang mengandung 12-14% Cr tahan hingga suhu

750-800oC, sementara yang mengandung 15-17% Cr tahan hingga suhu 850-1000

oC),

dan baja tahan pakai pada suhu tinggi (ada yang terdiri dari 23-27% Cr, 18-21% Ni, 2-

3% Si, ada yang terdiri dari 13-15% Cr, 13-15% Ni, yang lainnya terdiri dari 2-2,7%

W, 0,25-0,4% Mo, 0,4-0,5% C).

d. Baja paduan istimewa

Baja paduan istimewa lainnya terdiri 35-44% Ni dan 0,35% C,memiliki koefisien

muai yang rendah yaitu :

» Invar : memiliki koefisien muai sama dengan nol pada suhu 0 – 100 °C, digunakan

untuk alat ukur presisi.

» Platinite : memiliki koefisien muai seperti glass, sebagai pengganti platina.

» Elinvar : memiliki modulus elastisitet tak berubah pada suhu 50°C sampai 100°C.

Digunakan untuk pegas arloji dan berbagai alat ukur fisika.

e. Baja Paduan dengan Sifat Khusus

Baja Tahan Karat (Stainless Steel), sifatnya antara lain:

1. Memiliki daya tahan yang baik terhadap panas, karat dan goresan/gesekan

2. Tahan temperature rendah maupun tinggi

3. Memiliki kekuatan besar dengan massa yang kecil

4. Keras, liat, densitasnya besar dan permukaannya tahan aus

5. Tahan terhadap oksidasi

6. Kuat dan dapat ditempa

7. Mudah dibersihkan

8. Mengkilat dan tampak menarik

High Strength Low Alloy Steel (HSLA)

Sifat dari HSLA adalah memiliki tensile strength yang tinggi, anti bocor, tahan terhadap

abrasi, mudah dibentuk, tahan terhadap korosi, ulet, sifat mampu mesin yang baik dan

sifat mampu las yang tinggi (weldability). Untuk mendapatkan sifat-sifat di atas maka

Page 19: PERANCANGAN SLITTER CUTTER PADA MESIN OPEN MILL

9

baja ini diproses secara khusus dengan menambahkan unsur-unsur seperti: tembaga

(Cu), nikel (Ni), Chromium (Cr), Molybdenum (Mo), Vanadium (Va) dan Columbium.

Baja Perkakas (Tool Steel)

Sifat-sifat yang harus dimiliki oleh baja perkakas adalah tahan pakai, tajam atau mudah

diasah, tahan panas, kuat dan ulet. Kelompok dari tool steel berdasarkan unsur paduan

dan proses pengerjaan panas yang diberikan antara lain:

– Later hardening atau carbon tool steel (ditandai dengan tipe W oleh AISI), Shock

resisting (Tipe S), memiliki sifat kuat dan ulet dan tahan terhadap beban kejut

dan repeat loading. Banyak dipakai untuk pahat, palu dan pisau.

– Cool work tool steel, diperoleh dengan proses hardening dengan pendinginan yang

berbeda-beda. Tipe O dijelaskan dengan mendinginkan pada minyak sedangkan

tipe A dan D didinginkan di udara.

– Hot Work Steel (tipe H), mula-mula dipanaskan hingga (300 – 500) ºC dan

didinginkan perlahan-lahan, karena baja ini banyak mengandung tungsten dan

molybdenum sehingga sifatnya keras.

– High speed steel (tipe T dan M), merupakan hasil paduan baja dengan tungsten dan

molybdenum tanpa dilunakkan. Dengan sifatnya yang tidak mudah tumpul dan

tahan panas tetapi tidak tahan kejut.

– Campuran carbon-tungsten (tipe F), sifatnya adalah keras tapi tidak tahan aus dan

tidak cocok untuk beban dinamis serta untuk pemakaian pada temperatur tinggi.

1.2.5 Klasifikasi lain

a. Menurut penggunaannya:

» Baja konstruksi (structural steel), mengandung karbon kurang dari 0,7 % C.

» Baja perkakas (tool steel), mengandung karbon lebih dari 0,7 % C.

b. Baja dengan sifat fisik dan kimia khusus:

» Baja tahan garam (acid-resisting steel)

» Baja tahan panas (heat resistant steel)

Page 20: PERANCANGAN SLITTER CUTTER PADA MESIN OPEN MILL

10

» Baja tanpa sisik (non scaling steel)

» Electric steel

» Magnetic steel

» Non magnetic steel

» Baja tahan pakai (wear resisting steel)

» Baja tahan karat/korosi

c. Dengan mengkombinasikan dua klasifikasi baja menurut kegunaan dan komposisi

kimia maka diperoleh lima kelompok baja yaitu:

» Baja karbon konstruksi (carbon structural steel)

» Baja karbon perkakas (carbon tool steel)

» Baja paduan konstruksi (Alloyed structural steel)

» Baja paduan perkakas (Alloyed tool steel)

» Baja konstruksi paduan tinggi (Highly alloy structural steel)

d. Selain itu baja juga diklasifisikan menurut kualitas:

» Baja kualitas biasa

» Baja kualitas baik

» Baja kualitas tinggi

2.4 Perangkat Lunak Sistem Kontrol

Baut adalah alat sambung dengan batang bulat dan berulir, salah satu ujungnya

dibentuk kepala baut (umumnya segi enam). Dalam pemakaian di lapangan, baut dapat

digunakan untuk membuat konstruksi sambungan tetap, sambungan bergerak, maupun

sambungan sementara yang dapat dibongkar atau pasang kembali.

1.3.1 Perbedaan jenis material pada baut

Jenis material yang berbeda memiliki kekuatan dan resistence yang berbeda. Jadi,

pemilihan material tergantung penggunaan baut. Menurut satuannya baut ada dua jenis

yaitu inch dan metrik, kekuatan baut dapat dilihat dari gambar table dibawah ini:

Page 21: PERANCANGAN SLITTER CUTTER PADA MESIN OPEN MILL

11

Tabel 2.1 Mekanikal properti baut satuan inch

Tabel 2. 2 Mekanikal properti baut satuan metrik

Page 22: PERANCANGAN SLITTER CUTTER PADA MESIN OPEN MILL

12

1.3.2 Resistance pada baut

a. Alloy steel/baja memiliki kepadatan yang tinggi dan dapat digalvanis untuk memberikan

anti korosi. Dalam bajapun memiliki beberapa tingkat keukatan: 4.6, 8.8, 10.9, 12.9

(paling kuat diantaranya). Adapun baja B7 yang memiliki kekuatan serupa 8.8 tetapi

lebih tahan terhadap temperature tinggi.

b. Zinc-plated steel / besi dengan lapisan zinc adalah low carbon steel yang lebih umum

dan relatif lebih murah disbanding bahan lain. Dengan lapisan zinc yang berwarna putih

kebiruan atay kuning akan memberikan anti korosi ringan.

c. Hot-dipped galvanized steel memiliki lapisan zinc yang lebih tebal untuk memberikan

perlindungan di pemakaian luar ruangan yang lebih bauik. Tekstur permukaanya

biasanya kasar dan berwarna abu-abu.

d. Stainless Steel memberikan perlindungan korosif yang lebih baik. Cocok untuk di luar

atau di daerah yang mudah mengakibatkan besi berkarat.

e. Chrome & Nickel plated steel memberikan tampilan yang halus dan mengkilap dengan

memberikan anti korosi yang ringan.

f. Tembaga & Kuningan memiliki warna luar yang ditujukan untuk dekorasi. Bahan ini

juga lebih mahal dibanding besi/baja. Tembaga memilki keuntungan dalam mengalirkan

listrik.

g. Nylon memberikan perlindungan terhadap beberapa zat kimia dan tidak mengalirkan

listrik. Namun memiliki kekurangan di kekuatan, temperature tinggi, dan mudah

terbakar.

h. PVC memberikan perlindungan dari korosi dan perubahan cuaca, dan dapat

memadamkan api sendiri jika terbakar.

2.5 Pelat Besi Hitam SS400

Pelat besi hitam SS400 (Structursl Steel) merupakan suatu material yang sering

digunakan dalam konstruksi. Dalam konstruksi bangunan, besi pelat hitam sering

digunakan sebagai bahan utama sambungan konstruksi, terutama jika bahan yang

digunakan kurang atau ada konstruksi dengan posisi yang sulit jika menggunakan

lembaran utuh. Besi pelat ini dapat disatukan dengan cara di las. Material ini mempunyai

kandungan karbon sedang sehinga sangat ideal dipergunakan untuk bahan berhubungan

Page 23: PERANCANGAN SLITTER CUTTER PADA MESIN OPEN MILL

13

dengan kemudahan membentuk material ini. Baja pelat hitam (Carbon Steel) disebut juga

Base Plate atau Pelat Eser dikarenakan mempunyai fungsi sebagai penyambung struktur

konstruksi profil yang mempunyai ketebalan dari 1,2mm sampai dengan 200mm dan

dimensinya yaitu 4 feet x 8 feet (1,2 meter x 2,4 meter) lebih umum menyebutnya ukuran

triplek.

Pada kasus SS400/ JIS G3101/ ASTM A36 adalah baja umum (Mild Steel) dimana

komposisi kimianya hanya Karbon (C), Manganese (Mn), Silikon (Si), Sulfur (S), dan

posfor (P) yang dipakai untuk aplikasi struktur atau konstruksi umum (general purpose

structural steel) missal untuk jembatan (bridge), pelat kapal laut, oil tank dan lain-lain.

Besi SS400 mempunyai nilai tegangan luluh (yield strength) min 250 MPa dan kekuatan

tarik (tensile strength) antara 400-550 MPa.

Gambar 2.4 Pelat besi hitam SS400

2.6 Macam-macam Material Pembentuk Cutting Tools

Perkakas potong (cutting tools) adalah instrumen / peralatan yang digunakan untuk

menghilangkan sebagian benda kerja. Material penyusun perkakas potong harus lebih

keras daripada benda kerja agar proses permesinan dapat berjalan dengan baik. Material

perkakas dapat terbuat dari berbagai macam jenis, misalnya: baja karbon, baja paduan

kecepatan tinggi, karbida, keramik, boron polikristalin, dan intan polikristalin. Perkakas

potong banyak diaplikasikan untuk pisau dapur, pisau cukur, gergaji kayu atau besi, dan

permesinan di industri.

Kekerasan, ketangguhan, dan ketahanan aus merupakan parameter penting dalam

menentukan aplikasi peralatan perkakas. Kekerasan berhubungan dengan ikatan

Page 24: PERANCANGAN SLITTER CUTTER PADA MESIN OPEN MILL

14

intermolekuler yang dapat mempertahankan geometri material tanpa adanya deformasi

permanen. Kekerasan juga dapat direpresentasikan sebagai kemampuan material menahan

deformasi terpusat. Dalam konteks peralatan perkakas, kekerasan didefinisikan sebagai

kemampuan untuk penetrasi ke dalam benda kerja. Karakteristik ini sangat penting ketika

proses pengerjaan dimana panas timbul akibat gesekan tools dan benda kerja.

Berdasarkan jenis raw material, perkakas potong (cutting tool) dibedakan menjadi

bebererapa jenis, yaitu:

1. Baja perkakas (High Speed Steel)

Baja yang digunakan untuk perkakas adalah jenis baja kecepatan tinggi yang

mengandung molibdenun (tipe M) dan tungsten (tipe T). Baja perkakas ini relatif tangguh

dibandingkan material perkakas lain. Penambahan unsur paduan dan perlakuan panas

meningkatkan kekerasan dan ketahanan aus.

2. Paduan kobalt

Paduan kobalt-kromium-tungsten paling banyak ditemukan dalam keadaan cor. Paduan

tersebut tidak dapat dikeraskan melalui perlakuan panas. Kekerasan maksimum 55-65

HRC.

3. Karbida

Karbida yang memiliki sifat keras dan tahan aus ini biasanya diikatkan pada binder

kobalt atau nikel. Sifat kekerasan dan ketangguhannya dapat diubah melalui modifikasi

perbandingan karbida dan matriks serta ukuran butirnya.

4. Keramik

Material keramik lebih stabil pada temperatur tinggi daripada karbida. Namun

ketahanan terhadap patah (ketangguhan) rendah. Untuk mengatasi hal itu, keramik

digabungkan dengan binder metalik.

5. Intan polikristalin

Intan polikristalin dan boron nitride merupakan material dengan kekerasan sangat tinggi.

Material tersebut biasa digunakan untuk memotong besi tuang dan paduan super. Namun,

tidak untuk baja karena akan memicu grafitisasi intan akibat kelarutan dan sifat katalis dari

besi.

Page 25: PERANCANGAN SLITTER CUTTER PADA MESIN OPEN MILL

15

Gambar 2.5 Macam-macam cutting tools

2.7 Pengertian Sistem Pneumatik

Sistem pneumatik yang dalam bahasa Yunani ‘pneuma’ yang artinya udara atau

angin. Dengan kata lain pneumatik adalah semua sistem yang menggunakan tenaga yang

disimpan dalam bentuk udara yang dimampatkan sehingga udara tersebut mempunyai

tekanan. Pneumatik merupakan teori atau pengetahuan tentang udara yang bergerak,

keadaan-keadaan keseimbangan udara dan syarat-syarat keseimbangan. Pneumatik

menggunakan hukum-hukum aerodinamika yang menentukan keadaan keseimbangan gas

dan uap.

Memang sistem elektronik mempunyai respon yang sangat cepat terhadap sinyal

kontrol. Tetapi sistem pneumatic mempunyai daya tahan yang lebih baik. Dalam beberapa

aplikasi sistem pneumatic dapat bekerja dalam atmosfer yang tidak bias dilakukan oleh

sistem elektronik dan sistem pneumatic juga dapat digunakan dalam kondisi basah

(Mulianto, E. Suanli, dan T. Sutanto, 2002).

Pneumatik dibeda-bedakan ke dalambidang menurut tekanan kerjanya, dari bidang

tekanan sangat rendah (1,001-1,1 bar), pneumatik tekanan rndah (1,2-2,0 bar), pneumatik

tekanan menengah atau disebut juga pneumatik tekanan normal (2-8 bar) dan pneumatik

tekanan tinggi (>8 bar).

Gambar 2.6 Hukum Boyle Mariotte’s Law

Page 26: PERANCANGAN SLITTER CUTTER PADA MESIN OPEN MILL

16

1.2.1 BKelebihan dan Kekurangan Sistem Pneumatik

Beberapa kelebihan dari penggunaan sistem pneumatik adalah:

1. Merupakan media/fluida kerja yang mudah didapat dan murah serta tersedia dalam

jumlah yang tak terhingga.

2. Mudah dalam pemeliharaan (maintenance) pada komponen-komponen.

3. Aman terhadapkebakaran dan ledakan.

4. Tahan terhadap pembebanan lebih. Pada alat-alat udara bertekanan tahan terhadap

pembebanan yang lebih, tetapi tidak akan mengalami kerusakan. Beda dengan alat-

alat listrik akan terbakar pada pemebenan lebih.

5. Lebih murah dibandingkan dengan komponen-komponen hidraulik. Dan pneumatik

adalah 40 sampai 50 kali lebih murah daripada tenaga otot.

Selain kelebihan, pneumatik mempunyai kekeurangan sebagai berikut:

1. Suatu silinder pneumatic mempunyai kemampuan daya tekan yang terbatas.

2. Gangguan suara bising.

3. Suatu gerakan teratur hamper tidak dapat diwujudkan apabila terjadi perubhan

beban.

1.2.2 Komponen-komponen Sistem Pneumatik

Dalam penggunaan aplikasi sistem pneumatik sangat penting untuk kita memilih

komponen-komponen yang tepat. Komponen-komponen sistem pneumatic dibagi atas

beberapa bagian, antara lain:

1. Sumber energy (energy supply).

Pada sistem pneumatic sumber energi didapatkan dari udara yang

dimampatkan biasanya melalui kompressor. Prinsip kerja dari sumber energy pada

sistem pneumatik adalah udara yang dimampatkan sehingga berkumpul dan

mempunyai energy untuk menggerakkan sistem pneumatik.

Komponen-komponen yang digunakan untuk mendapatkan udara mampat

antara lain, komperessor (air compressor) sebagai penghasil udara mampat. Tangki

udara (reservoir) sebagai penyimpan udara, unit persiapan udara (air service unit)

untuk mempersiapkan udara mampat, dan unit penyalur udara (air distribution unit)

untuk menyalurkan udara mampat kepada komponen-komponen pneumatik.

Page 27: PERANCANGAN SLITTER CUTTER PADA MESIN OPEN MILL

17

Gambar 2.7 Kompressor

2. Aktuator (actuator)

Aktuator merupakan salah satu output sistem pada pneumatik. Pada

umumnya aktuator ada 2 macam yaitu, rotary actuator dan linear actuator.

Linear actuator sendiri ada beberapa macam yaitu:

a. Silinder pneumatik single dengan spring/per (Single Acting Spring Return)

Yaitu silinder dengan supply angin satu dengan spring/per didalamnya

sebagai tenaga penggerak baliknya (return).

Gambar 2.8 Cylinder Single Acting Spring Return

b. Silinder pneumatik kerja ganda (Double Acting Single Ended)

Yaitu silinder pneumatik dengan supply angin dua atau ganda sebagai

tenaga penggerak untuk maju atau mundur dengan ujung penggeraknya satu

(single).

Page 28: PERANCANGAN SLITTER CUTTER PADA MESIN OPEN MILL

18

Gambar 2.9 Cylinder Double Acting Single Ended

c. Silinder pneumatik kerja ganda ujung ganda (Double Acting Double Ended)

Yaitu silinder pneumatic dengan supply angin dua/ganda sebagai tenaga

penggerak untuk maju atau mundur dan ujung penggeraknya dua (double) tapi

bersebrangan.

Gambar 2.10 Cylinder Double Acting Double Ended

3. Elemen Kontrol (control element)

Elemen kontrol merupakan komponen pneumatik yang digunakan untuk

mengendalikan aliran udara yang masuk dan keluar, tekanan atau tingkat aliran

(flow rate) dari udara mampat yang akan disalurkan kepada komponen-komponen

pneumatik lain sebagaininput atau pada aktuator. Elemen kontrol dibagi menjadi

beberapa kategori, yaitu:

a. Katup kontrol tekanan (Pressure Control Valve)

Katup ini berfungsi sebagai kontrol tekanan pada pneumatik. Katup ini

merupakan komponen pneumatik yang berfungsi untuk memanipulasi tekanan

Page 29: PERANCANGAN SLITTER CUTTER PADA MESIN OPEN MILL

19

udara mampat dan juga komponen ini dapatbekerja dengan udara mampat yang

telah dimanipulasi.

b. Katup kontrol arah (Directional Control Valve)

Katup ini berfungsi sebagai kontrol arah pada silinder pneumatik. Jadi yang

mengatur silinder untuk maju atau mundur adalah katup ini. Directional control

valve ada beberapa tipe digunakan sesuai dengan kebutuhan aplikasi

dilapangan.

Contoh katup tipe 5/2 yaitu katup yang memiliki 5 lubang dan 2 pergerakan

secara mekanik. Contoh lain adalah katup tipe 5/3 yaitu katup yang memiliki 5

lubang dan 3 pergerakan secara mekanikal. Contoh lain lagi adalah katup tipe

3/2 yaitu katup yang memiliki 3 lubang dan 2 pergerakan secara mekanikal, dan

lain-lain.

Gambar 2.11 Macam-macam directional valve

c. Katup kontrol aliran (Flow Control Valve)

Yaitu merupakan komponen katup dalam sistem pneumatik yang berfungsi

untuk mengatur aliran atau besarnya volume udara mampat yang ingin dialirkan

ke silinder, sehingga kecepatan silinder dapat diatur sesuai kebutuhan. Dilihat

dari arah aliran katup ini dibedakan menjadi 2 jenis, yaitu throttle valve (2 arah)

dan one-way flow control (1 arah).

Dalam aplikasi dilapangan yang sering dipakai untuk mengatur kecepatan

silinder ada 2 jenis, yaitu meter-in dan meter-out. Meter-in adalah mengatur

aliran atau volume udara mampat yang akan masuk kedalam silinder.

Sedangkan meter-out adalah katup yang mengatur aliran atau volume udara

mampat yang keluar dari silinder.

Page 30: PERANCANGAN SLITTER CUTTER PADA MESIN OPEN MILL

20

Gambar 2.12 Macam-macam Flow Control Valve

4. Elemen masukan (Input Element)

Elemen masukan adalah komponen-komponen yang menghasilkan suatu besaran

atau sinyal yang diberikan kepada sistem sebagai masukkan untuk menjalankan sistem

kepada langkah sistem berikutnya. Elemen-elemen pada pneumatik terdiri dari switch dan

sensor. Seperti tombol, tuas pedal, roller dan lain-lain.

1.2.3 Simbol Dan Standarisasi Dalam Pneumatik

Pada pneumatic telah ditetapkan standar lambang-lambang bagan untuk unsur

hubungan antar komponen pneumatic, sehingga hubungan-hubungan yang direncanakan

menjadi jelas. Lambang-lambang ini ditetapkan dalam ISO 1219-1976 mengenai “Circuit

symbol for fluidic equipment and system”.

Setiap penomoran dan pemberian huruf pada setiap komponen mengikuti ketentuan

DIN ISO 5599-3. Selain itu terdapat ketentuan keamanan sistem pneumatik yang diatur

dalam ketetntuan VDI 3229 mengenai “Technical Design Guidelenes for Machine Tools

and other Production Equipment”. (Lihat lampiran symbol-simbol standar pneumatik).

Page 31: PERANCANGAN SLITTER CUTTER PADA MESIN OPEN MILL

21

Gambar 2.13 Daftar simbol pneumatik

1.2.1 Analisis Gaya Pada Pneumatik

Studi mengenai gerak dan konsep-konsep gaya yang berhubungan, membentuk satu

bidang yang disebut mekanika. Mekanika biasanya dibagi dua bagian: kinematik yang

merupakan penjelasan mengenai benda bergerak dan dinamika yang mengalami masalah

gaya dan menjelaskan mengapa benda begerak sedemikian rupa.

a. Gaya

Gaya merupakan semacam dorongan atau tarikan terhadap sebuah benda. Gaya

tidak selalu menyebabkan benda bergerak. Sebuah gaya memiliki arah dan besar, sehingga

merupakan sebuah vektor. Secara umum gaya dirumuskan:

Page 32: PERANCANGAN SLITTER CUTTER PADA MESIN OPEN MILL

22

F = m . a

dimana:

F = gaya (N)

m = massa (kg)

a = percepatan (m/s²)

b. Gaya piston teoritis

Gaya teoritis ini besarnya dapat diketahui dari luas area penampang piston dan

tekanan operasi, sehingga dapat dicari dengan rumus sebagai berikut:

Ft = A . P

dimana:

Ft = gaya teoritis (N)

P = tekanan kerja (Pa)

A = luas penampang piston (m²)

c. Gaya piston efektif (aktual)

Gaya aktual adalah gaya dorong piston sesungguhnya yang digunakan untuk

melakukan kerja. Harga dari gaya aktual akan selalu lebih rendah dari gaya teoritis,

disebabkan oleh adanya gaya gesek antara piston dengan dinding tabung. Gaya tarik ke

dalam (instroke) harganya lebih kecil dari langkah maju (outstroke) ini disebabkan adanya

pengurangan luas efektif piston oleh luas penampang batang piston.

Gaya efektif sama dengan gaya teoritis dikurangi gaya piston yang digunakan untuk

melawan gaya gesek dari gaya efektif. Gaya gesek dianggap sebesar 10%. Untuk silinder

gerak ganda gaya efektif dapat dihitung :

1. langkah maju

Fmaju = A . P – Rr

= (π/4 . D2) . P – Rr

Page 33: PERANCANGAN SLITTER CUTTER PADA MESIN OPEN MILL

23

2. langkah mundur

Fmundur= A’. P – Rr

= { π /4 . (D2 – d2)}. P – Rr

dimana:

Fmaju = gaya aktual pada langkah maju (N)

Fmundur = gaya aktual pada langkah mundur (N)

A = luas penampang silinder dengan batang torak (m²)

A’ = luas penampang silinder tanpa batang torak (m²)

P = tekanan kerja (Pa)

D = diameter piston (m)

d = diameter batang piston (m)

Rr = gaya gesek (10%)

d. Gaya gesekan

Gaya gesekan antara dua permukaan yang saling diam satu terhadap yang lain

disebut gaya gesekan statik (static friction). Gaya gesekan statik yang maksimum sama

dengan gaya terkecil yang dibutuhkan agar benda mulai bergerak.

Fs = μs . FN

dimana: Fs = gaya gesek statik

μs = koefisien gesek statik

FN = gaya normal

Koefisies gaya gesek pada tipe beberapa bantalan dapat dilihat dari table dibawah ini.

Page 34: PERANCANGAN SLITTER CUTTER PADA MESIN OPEN MILL

24

Tabel 2.3 Koefisien gaya gesek pada bantalan

e. Gaya Buckling (bengkok)

Kejadian bengkok (buckling) dapat terjadi pada batang langsing yang mendapatkan

tekanan aksial. Analisis gaya buckling perlu dilakukan pada batang piston (rod cylinder).

Dimana batang piston (rod cylinder) harus dapat memberikan gaya dorong tanpa terjadi

bengkok (buckling). Maka dari itu gaya buckling perlu dievaluasi. Gaya buckling dapat

dihitung dengan rumus euler berikut.

𝐹𝐜𝐫 =π²𝐸𝐼

𝐿𝑘²𝑣

Dimana :

F cr = Gaya Bemgkok

E = Modulus Elestisitas

I = Momen Inersia

Lk = Panjang Benda

Dengan momen inersia, penampang lingkaran dapat dihitung melalui persamaan berikut.

Page 35: PERANCANGAN SLITTER CUTTER PADA MESIN OPEN MILL

25

𝐼 =π𝑑⁴

64

Dimana :

I = Inersia

π = Konstanta

d = Diameter

Untuk panjang benda (Lk) adalah tergantung dari metode yang dipakai dalam

pemasangan batang piston (rod cylinder) yang telah didesain. Panjang benda (Lk) dapat

dilihat seperti gambar table dibawah ini.

Gambar 2.14 Metode pemasangan batang pneumatic dan hidrolik

2.8 Teori Tegangan-Regangan Umum

Tegangan (σ) dalam suatu elemen mesin adalah besarnya gaya yang bekerja tiap

satuan luas penampang. Tegangan dapat diketahui dengan melakukan pengujian, dan

besarnya kekuatan sangat tergantung pada jenis material yang diuji. Bahan yang sering dan

Page 36: PERANCANGAN SLITTER CUTTER PADA MESIN OPEN MILL

26

umum digunakan adalah baja (steel). Rumus untuk mencari nilai tegangan adalah sebagai

berikut:

σ =𝐹

𝐴

Dimana :

σ = Tegangan (N/m²)

F = Gaya yang diberikan (N)

A = Luas penampang (m²)

Regangan merupakan perubahan panjang per satuan panjang awal. Regangan rata-

rata dinyatakan oleh perubahan panjang dibagi dengan panjang awal, atau secara

matematis dapat dituliskan:

ε =△ 𝐿

𝐿

Dimana :

ε = Regangan

△L = Perubahan panjang batang (m)

= L₁ - L

L₁ = Akhir panjang batang (m)

L = Panjang batang awal (m)

2.8.1 Macam-macam Tegangan yang Terjadi Pada Suatu Material

Tegangan timbul akibat adanya tekanan, tarikan, bengkokan dan reaksi. Pada

pembebanan tarik terjadi tegangan tarik, pada pembebanan geser terjadi tegangan geser

dan begitu pula pada pembebanan yang lainnya.

Page 37: PERANCANGAN SLITTER CUTTER PADA MESIN OPEN MILL

27

1. Tegangan Normal

Syidad (2016) mengatakan bahwa tegangan normal (σ) adalah intensitas

gaya yang bekerja normal (tegak lurus) terhadap irisan yang mengalami

tegangan. Bila gaya-gaya luar yang bekerja pada suatu batang yang sejajar

terhadap sumbu utamanya dan potongan batang penampang tersebut konstan,

tegangan internal yang dihasilkan adalah sejajar pada sumbu-sumbu tersebut.

Tegangan normal terjadi akibat adanya reaksi yang diberikan pada benda. Jika

gaya diukur dalam satuan Newton (N) danluas penampang diukur dalam satuan

meter persegi (m²), maka satuan tegangan adalah N/ m².

Gambar 2.15 Tegangan Normal

Tegangan normal dapat dihitung melalui persamaan berikut:

σ =𝐹

𝐴

Dimana:

σ = Tegangan (N/m2)

F= Gaya (N)

A= Luas Penampang (m2)

2. Tegangan Tarik

Tegangan tarik pada umumnya terjadi pada rantai, tali, paku keeling dan lain-

lain. Rantai yang diberi beban W akan mengalami tegangan tarik yang besarnya

tergantung pada beratnya.

Page 38: PERANCANGAN SLITTER CUTTER PADA MESIN OPEN MILL

28

Gambar 2.16 Tegangan Tarik

σt =𝐹

𝐴

Dimana:

σt = Tegangan tarik (N/m2)

F= Gaya tarik (N)

A= Luas penampang (m2)

3. Tegangan Lengkung

Tegangan lengkung yaitu tegangan yang basanya terjadi pada poros yang

mendapat beban. Tegangan lengkung merupakan tegangan tangensial.

Gambar 2.17 Tegangan lengkung pada poros

Dengan:

Page 39: PERANCANGAN SLITTER CUTTER PADA MESIN OPEN MILL

29

F = 𝑅𝐴 + 𝑅𝐵 dan τb =𝑀𝑏

𝑊𝑏

Dimana:

Mb= Momen lengkung

Wb= Momen tahanan lengkung

4. Tegangan Puntir

Tegangan puntir merupakan tegangan yang diakibatkan oleh gaya putar.

Contoh tegngan punter adalah pada roda gigi dan batang torsi atau pada saat

melakukan pengeboran terjadi tegangan puntir. Tegangan puntir merupakan

tehgangan tangensial.

Gambar 2.18 Tegangan puntir

Benda yang mengalami beban puntir akan menimbulkan tegangan puntir

sebesar;

τt =𝑀𝑡

𝑊𝑝

Dimana:

Mt = Momen puntir (torsi)

Wp = Momen tahanan polar (pada puntir)

5. Tegangan Tekan

Tegangan tekan terjadi bila suatu batang diberi gaya sebesar F yang saling

berlawanan dan terletak dalam satu garis gaya.. Contoh tegangan tarik adalah pada

Page 40: PERANCANGAN SLITTER CUTTER PADA MESIN OPEN MILL

30

tiang bangunan yang belum mengalami tekukan, batang torak dan lain-lain.

Tegangan tekan dapat ditulis sebagai berikut:

σD =𝐹

𝐴

Dimana:

F = Gaya yang diberikan (N)

A= Luas penampang (m2)

Gambar 2.19 Tegangan tekan

6. Tegangan Geser

Tegangan geser (τ) adalah tegangan yang bekerja sejajar dengan bidang

pembebanan. Tegangan geser terjadi jika suatu benda bekerja dengan dua gaya

yang berlawanan arah, tegak lurus sumbu batang, tidak segaris gaya namun pada

penampangnya tidak terjadi momen. Tegangan ini banyak terjadi pada konstruksi.

Misal pada sambungan keeling, gunting dan sambungan baut.

Tegangan geser terjadi apabila beban terpasang menyebabkan salah satu

penampang benda cenderung menggelincir pada penampang yang bersinggungan.

Tegangan geser dapat dibagi menjadi dua apabila ditinjau dari banyaknya geseran

bidang yang terjadi, yakni geser tunggal dan geser ganda. Dalam geser ganda,

Page 41: PERANCANGAN SLITTER CUTTER PADA MESIN OPEN MILL

31

masing-masing gaya geser sama dengan setengah dari beban total yang disalurkan,

artinya F=P/2.

Gambar 2.20 Tegangan Geser

τg =𝐹

𝐴

Dimana :

τg = Tegangan geser (N/m²)

F = Gaya geser yang bekerja (N)

A = Luas penampang (m²)

Page 42: PERANCANGAN SLITTER CUTTER PADA MESIN OPEN MILL

32

BAB III

METODOLOGI PENELITIAN

3.1 Definisi Perancangan

Perancangan adalah suatu aktifitas kegiatan yang dilaksanakan menggunakan

tahapan-tahapan atau metode secara sistematis. Dimana pada setiap tahap memberikan

spesifikasi atau hasil yang memiliki korelasi terhadap tahap selanjutnya. Dalam

merancang, perlu merumuskan konsep dan ide-ide baru untuk memenuhi kebutuhan atau

tututan, dalam perancangan membutuhkan sistem yang baik agar dapat meminimalisir

kegagalan yang terjadi.

Sedangkan merancang adalah serangkaian proses yang dilakukan untuk

memecahkan masalah yang dihadapi dengan mengubah suatu yang lama yang sudah ada

menjadi lebih baik atau dengan membuat sesuatu yang baru melalui beberapan tahapan

yang harus dilalui. Dalam merancang sebagai kegiatan teknik dibutuhkan aspek-aspek

penting dari berbagai sumber penelitian dan hokum-hukum ilmu pengetahuan dan

teknologi agar dapat memodelkan bentuk secara fisik, fungsi dan lainnya termasuk pada

sistem benda teknik yang dirancang, diantaranya:

1. Kaitan Fungsi

Maksud dari kaitan fungsi adalah hubungan antara masukan dan keluaran

yang menghasilkan efisiensi dan efektifitas dalam suatu sistem kerja dilingkungan

sekitarnya.

2. Kaitan Kerja

Maksud dari kaitan kerja adalah hubungan dari fenomena-fenomena yang

terjadi seperti, proses fisika dan kimia. Proses fisika ini berdasarkan efek fisik yang

terjadi pada perilaku benda kerja yang terjadi. Proses kimia unsur-unsur yang

dikombinasikan yang dapat menghasilkan suatu fungsi tertentu seperti material

yang menghasilkan spesifikasi kekuatannya.

3. Kaitan Bentuk

Maksud dari kaitan bentuk adalah perwujudan nyata dari bentuk dasar/part

dirangkai menjadi komponen dan digabungmenjadi produk.

Page 43: PERANCANGAN SLITTER CUTTER PADA MESIN OPEN MILL

33

4. Kaitan Sistem

Maksud dari kaitan sistem disini adalah hasil dari rancangan suatu sistem

yang mempunyai korelasi dengan sistem lainnya, yang menghasilkan efektifitas

dalam penyelesaian suatu pekerjaan dalam lingkungannya.

3.2 Langkah-Langkah Perancangan

Secara umum langkah-langkah metodologi penelitian dalam merancang slitter

cutter pada open mill ditunjukkan pada gambar diagram 3.2 dibawah ini:

Page 44: PERANCANGAN SLITTER CUTTER PADA MESIN OPEN MILL

34

Gambar 3.1 Diagram Alir Metodologi Perancangan

1. Observasi Awal

Observasi merupakan metode pengumpulan datayang digunakan untuk

menghimpun data-data yang diperlukandalam melakukan penelitian. Tempat dilakukan

observasi adalah area M1 Mixing (Manufacturing 1 Mixing) terutama dibagian yang

berhubungan dengan dipping. Dalam melakukan observasi dilakukan pengamatan secara

langsung. Kemudian dilakukan pencatatan secara sistematis dan terjadwal terhadap objek

yang diteliti. Beberapa hal yang diamati adalah tempat, user, objek yang dilakukan, waktu

pelaksanaan, peristiwa yang terjadi dan beberapa hal lainnya.

2. Identifikasi Masalah

Tujuan dari identifikasi masalah adalah untuk menemukan permasalahan yang

terjadi pada proses dipping. Langkah yang dilakukan dalam mengidentifikasi suatu

masalah yang terjadi adalah dengan menganalisa hasil observasi yang dilakukan.

Page 45: PERANCANGAN SLITTER CUTTER PADA MESIN OPEN MILL

35

3. Membuat Konsep Design

Membuat konsep design adalah membuat gambar berupa sketsa terlebih dahulu

bagaimana konsep dari cutter slitter akan dibuat. Setelah itu membuat gambar dengan

detail ukuran melalui software drawing 2D dan 3D.

4. Evaluasi Design

Evaluasi design dilakukan sebelum memulai untuk melakukan pembuatan dan

perakitan cutter slitter agar tidak terjadi kesalahan design.

5. Pembuatan Alat

Setelah design selesai dievaluasi langkah selanjutnya adalah melakukan pembuatan

dan perakitan cutter slitter. Dimulai dengan pemilihan bahan, pengukuran, pemotongan

dan perakitan setiap part hingga menjadi satu-kesatuan yang diinginkan. Biasanya proses

ini memakan waktu yang cukup lama.

6. Pengujian

Setelah semua telah jadi maka selanjutnya adalah melakukan pengujian terhadap

cutter slitter yang telah dibuat. Pengujian dilakukan dimesin open mill (sheet mill) tempat

cutter slitter dipasang. Dalam pengujian ini dilakukan pencatatan data yang diperoleh guna

untuk mengetahui kekurangan apa saja yang terjadi serta untuk bahan evaluasi selanjutnya.

7. Analisa Kegagalan dan Tindakan Perbaikan

Jarang sekali dalam suatu pengujian awal atau trial alat bias langsung mendapatkan

hasil yang diinginkan. Maka dari itu perlu dilakukan analisa kegagalan dan tindakan

perbaikan apabila ditemui hasil yang tidak sesuai.

Page 46: PERANCANGAN SLITTER CUTTER PADA MESIN OPEN MILL

36

8. Analisa Kerja Alat

Setelah alat diuji langkah selanjutnya adalah melakukan analisa terhadap kinerja

alat yang sudah dibuat dan melakukan pendataan yang dibutuhkan. Apakah alat berfungsi

dengan baik dan sesuai dengan keinginan.

9. Kesimpulan

Kesimpulan didapat setelah dilakukan pengujian dan pengumpulan data yang

diperlukan, apakah hasilnya sesuai yang diharapkan yaitu dapat mengurangi resiko

terjadinya FM dip.

Page 47: PERANCANGAN SLITTER CUTTER PADA MESIN OPEN MILL

37

BAB IV

ANALISIS DAN EVALUASI

4.1 Analisis Design Alat

Bracket dari cutter dan silinder pneumatic menggunakan pelat baja SS400 dengan

ketebalan 15mm, 20mm dan 30mm. Cutter slitter dirancang menggunakan silinder

pneumatik sebagai tenaga penggeraknya. Gambar design dari cutter slitter dibuat

menggunakan software drawing.

Gambar 4.1. Design Slitter Cutter

4.1.1 Material Alat Slitter Cutter

Material untuk bracket cutter slitter adalah baja SS400, material ini biasanya

dalam bentuk pelat lembaran, dan sering disebut juga pelat hitam karena warnanya yang

gelap hitam. Pelat besi hitam SS400 (Structursl Steel) merupakan suatu material yang

sering digunakan dalam konstruksi. Dalam konstruksi bangunan, besi pelat hitam sering

digunakan sebagai bahan utama sambungan konstruksi, terutama jika bahan yang

digunakan kurang atau ada konstruksi dengan posisi yang sulit jika menggunakan

Page 48: PERANCANGAN SLITTER CUTTER PADA MESIN OPEN MILL

38

lembaran utuh. Besi pelat ini dapat disatukan dengan cara di las. Material ini mempunyai

kandungan karbon sedang sehinga sangat ideal dipergunakan untuk bahan berhubungan

dengan kemudahan membentuk material ini. Baja pelat hitam (Carbon Steel) disebut juga

Base Plate atau Pelat Eser dikarenakan mempunyai fungsi sebagai penyambung struktur

konstruksi profil yang mempunyai ketebalan dari 1,2mm sampai dengan 200mm dan

dimensinya yaitu 4 feet x 8 feet (1,2 meter x 2,4 meter) lebih umum menyebutnya ukuran

triplek.

Pada kasus SS400/ JIS G3101/ ASTM A36 adalah baja umum (Mild Steel) dimana

komposisi kimianya hanya Karbon (C), Manganese (Mn), Silikon (Si), Sulfur (S), dan

posfor (P) yang dipakai untuk aplikasi struktur atau konstruksi umum (general purpose

structural steel) missal untuk jembatan (bridge), pelat kapal laut, oil tank dan lain-lain.

Baja SS400 mempunyai nilai tegangan luluh (yield strength) min 250 MPa dan kekuatan

tarik (tensile strength) antara 400-550 MPa.

Tabel 4.1 Mekanikal Properti SS400

Page 49: PERANCANGAN SLITTER CUTTER PADA MESIN OPEN MILL

39

4.2 Analisis Sistem Penggerak

Cutter slitter dirancang secara manual dengan tenaga pneumatik sebagai

penggeraknya. Silinder pneumatik dapat digerakkan maju mundur dengan menggunakan

hand valve dengan tekanan angin sebesar 5 bar. Supply angin didapat dari kompressor

utility. Sistem pneumatik dipilih karena lebih efisien dan bersih. Gambar rangkaian sistem

pneumatik dibuat menggunakan software drawing yaitu Festo FluidSIM versi 4.2.

Gambar 4.2 Rangkaian Sistem Pneumatik

Gambar 4.3 Drawing Sistem Pneumatik

Page 50: PERANCANGAN SLITTER CUTTER PADA MESIN OPEN MILL

40

Komponen-komponen yang digunakan dalam sistem pneumatic untuk penggerak cutter

slitter dapat dilihat melalui table 4.2. dibawah ini:

Tabel 4.2 Komponen sistem pneumatik pada alat

No Nama Komponen Merk Spec Qty

1 Silinder SMC CM2B32-50 1 ea

2 Hand Valve SMC SMC VH300-03 1 ea

3 Air Regulator SMC G36-10-01 1 ea

4 Fitting Niple Elbow SMC KQL08-01S 4 ea

5 Speed Control SMC AS2201F-N-02-06SA 4 ea

6 Niple Reducer 8-6 SMC KQR06-08 4 ea

7 Hose 8 Festo OD 8mm 5 meter

8 Hose 6 Festo OD 6 mm 3 meter

9 Shut off valve Festo HE-2-1/8-QS-8 1 ea

Berikut dibawah ini adalah spesifikasi komponen pada sistem pneumatic yang digunakan:

1. Silinder (actuator)

Spesifikasi silinder pneumatik yang digunakan adalah SMC CM2B32-50, silinder

ini mempunyai diameter torak (piston) 32mm, diameter batang torak (piston rod)

12mm, dan mempunyai langkah torak (stroke) sepanjanh 50mm.

Gambar 4.4 Cylinder double acting

2. Valve (katup)

Hand valve atau katup manual berfungsi untuk mengarahkan aliran udara mampat

ke silinder (actuator). Hand valve yang digunakan adalah SMC VH300-03. Katup

ini adalah katup tipe 4/3 yaitu katup yang mempunyai 4 lubang dan 3 posisi katup.

Page 51: PERANCANGAN SLITTER CUTTER PADA MESIN OPEN MILL

41

Gambar 4.5 Hand valve 4/3

3. Air regulator

Air regulator menggunakan SMC AC30-NO3CE-Z-B. Air regulator mempunyai

fungsi untuk menurunkan tekanan udara dari kompresor sebelum masuk ke katup

dan silinder.

Gambar 4.6 Air regulator

4. Fitting Niple Elbow

Fitting nipple digunakan untuk menyambungkan antar komponen satu dengan

komponen lain maupun merubah diameter aliran. Fitting nipple elbow yang

digunakan adalah SMC KQL08-01S. Spesifikasi fitting ini mempunyai diameter

ulir (thread) 1/8’’ R(PT) dan diameter untuk selang adalah 8mm.

Gambar 4.7 Fitting Niple Elbow

Page 52: PERANCANGAN SLITTER CUTTER PADA MESIN OPEN MILL

42

5. Speed Control Niple

Speed control berfungsi sebagai pengatur kecepatan silinder saat maju atau mundur

dengan mengatur besarnya aliran udara masuk atau keluar dari silinder. Speed

control menggunakan SMC AS2201F-N-02-06SA, speed control ini adalah tipe

meter out yaitu kecepatan silinder diatur melalui udara keluarnya.

Gambar 4.8 Speed control

6. Reducer Niple

Reducer nipple digunakan untuk menyambungkan dua selang yang berbeda ukuran.

Pada slitter cutter ini dipakai reducer nipple SMC KQR06-08 untuk

menyambungkan selang 8mm keluaran dari hand valve ke silinder yang

menggunakan selang 6mm.

Gambar 4.9 Reducer nipple

10. Selang angin (hose)

Selang angin (hose) berfungsi untuk menyambungkan antar komponen satu dengan

yang lainnya dan sebagai saluran udara mampat pada sistem pneumatik. Selang

pneumatik biasanya terbuat dari bahan polyurethane sehingga selang angina

bersifat fleksible.

Page 53: PERANCANGAN SLITTER CUTTER PADA MESIN OPEN MILL

43

Gambar 4.10 Selang angina (hose)

11. Shut off valve

Shut off valve atau katup buka tutup manual digunakan untuk membuka atau

menutup aliran udara mampat. Biasanya sebelum air regulator dipasang valve ini

untuk mempermudah bila ada perbaikan (maintenance).

Gambar 4.11 Shut off valve

4.3 Analisis Cutter Slitter

Cutter slitter digunakan untuk memotong sisi-sisi sheet compound setelah keluar

dari open mill. Temperatur compound yang keluar dari open mill adalah sekitar 80ºC.

Design dari cutter slitter adalah berbentuk bulat dengan diameter luar 70mm dan terdapat

bantalan bearing ditengahnya sehingga memungkinkan cutter berputar dengan lancar

mengikuti putaran roll open mill.

Material cutter slitter menggunakan baja kecepatan tinggi (High Speed Steel) atau

HSS. Material jenis ini sering digunakan untuk aplikasi pemesinan yang membutuhkan laju

pemotongan tinggi. Sifat utama baja ini adalah kemampuan bekerja pada temperature

tinggi akibat cepatnya laju potong. Kekerasan dapat dipertahankan tetap tinggi pada

temperature tinggi, kekerasan baja ini setelah dikeraskan 65HRC.

Page 54: PERANCANGAN SLITTER CUTTER PADA MESIN OPEN MILL

44

Gambar 4.12 Cutter Slitter

4.4 Faktor Keamanan (Safety Factor)

Faktor keamanan didefinisikan sebagai berikut:

1. Perbandingan antara tegangan maksimum dan tegangan kerja actual atau

tegangan ijin.

2. Perbandingan tegangan luluh (σy) dengan tegangan kerja atau tegangan ijin.

3. Perbandingan tegangan ultimate dengan tegangan kerja atau tegangan ijin.

Dalam desain konstruksi mesin, besarnya angka keamanan harus lebih besar dari 1 (satu).

Faktor keamanan diberikan agar desain konstruksi dan komponen mesin dengan tujuan

agar desain tersebut mempunyai ketahanan terhadap beban yang diterima.

Pemilihan SF harus didasarkan pada beberapa hal sebagai berikut:

a. Jenis bahan

b. Jenis material

c. Proses pembuatan / manufaktur

d. Jenis tegangan

e. Jenis kerja yang dilayani

f. Bentuk komponen

Page 55: PERANCANGAN SLITTER CUTTER PADA MESIN OPEN MILL

45

Makin besar kemungkinan adanya kerusakan pada komponen mesin, maka angka

keamanan diambil makin besar. Angka keamanan beberapa material dengan berbagai

beban dapat dilihat pada table berikut ini.

Tabel 4.3 Harga Faktor Keamanan Beberapa Material

Faktor keamanan adalah factor yang digunakan untuk mengevaluasi keamanan dari

suatu bagian mesin. Misal sebuah mesin diberi efek yang disebut sebagai F,

diumpamakan bahwa F adalah suatu istilah yang umum dan bias saja berupa gaya.

Kalau F dinaikkan sampai suatu besaran tertentu, sedemikian rupa sehingga jika

dinaikkan sedikit saja akan mengganggu kemampuan mesin tersebut, untuk melakukan

fungsinya secara semestinya. Jika menyatakan batasan ini sebagai batas akhir, harga F

sebagai Fu, maka factor keamanan dapat dinyatakan sebagai berikut:

SF = Fu : F

Bila “F” sama dengan “Fu” maka FS = 1, dan pada saat ini tidak ada keamanan.

Akibatnya sering dipakai istilah batas keamanan (margin of safety). Batas keamanan

dinyatakan dengan persmaan sebagai berikut:

M = FS – 1

Istilah factor keamanan, batas keamanan dan Fu banyak diguanakan dalam

perancangan. Faktor keamanan untuk memperhitungkan ketidaklenturan yang mungkin

terjadi atas kekuatan suatu bagian mesin dan ketidaklenturan yang mungkin terjasi atas

beban yang bekerja pada bagian mesin tersebut.

Beberapa cara memilih factor keamanan antara lain sebagai berikut:

a. Faktor keamanan total atau factor keamanan menyeluruh

Faktor keamanan ini dipakai terhadap semua bagian mesin dan factor yang

tersendiri dipakai secara terpisah terhadap kekuatan dan terhadap beban, atau

terhadap tegangan yang terjadi akibat beban.

Fj = Fs.Fp

Page 56: PERANCANGAN SLITTER CUTTER PADA MESIN OPEN MILL

46

Fs dipakai untuk memperhitungkan semua variasi atau ketidaktetapan yang

menyangkut kekuatan. Fp dipakai untuk memperhitungkan semua variasi yang

menyangkut beban. Jika menggunakan suatu factor keamanan seperti Fs terhadap

kekuatan yang didapat tidak akan pernah lebih kecil. Jadi harga terkecil dari

kekuatan dapat dihitung:

σ min.Fs = σ

Tegangan terbesar yang dapat dihitung adalah sebagai berikut:

σ p = Fj. σ atau Fp = Fj.F

Fj adalah komponen dari factor keamanan total yang diperhitungkan secara terpisah

terhadap ketidaktetapan yang menyangkut tegangan atau beban.

b. Metode Thumb

Menurut Thumb, factor keamanan dapat dengan cepat diperkirakan menggunakan

variasi lima ukuran sebagaiberikut:

FS = FSmaterial x FStegangan x FSgeometri x FSanalisa kegagalan x FSkeandalan

1. Perkiraan kontribusi untuk material, FSmaterial

FS = 1,0 jika property material diketahui. Jika secara eksperimental diperoleh

dari pengujian specimen.

FS = 1,1 jika property material diketahui dari buku panduan atau nilai fabrikasi

FS = 1,2 – 1,4 jika property material tidak diketahui.

2. Perkiraan kontribusi tegangan akibat beban, FStegangan

FS = 1,0 – 1,1 jika beban dibatasi pada beban static atau berfluktuasi. Jika

beban berlebih atau beban kejut dan jika menggunakan metode analisa yang

akurat.

FS = 1,2 – 1,3 jika gaya normal dibatasi padakeadaan tertentu dengan

peningkatan 20% - 50%, dan metode analisa tegangan mungkin menghasilkan

kesalahan dibawah 50%.

FS = 1,4 – 1,7 jika beban tidak diketahui atau metode analisa tegangan

memiliki akurasi yang tidak pasti.

4.

Page 57: PERANCANGAN SLITTER CUTTER PADA MESIN OPEN MILL

47

4.5 Analisis Gaya Pada Pneumatik

Pada analisis ini akan didapatkan nilai gaya yang dibutuhkan setiap rancangan

untuk melakukan proses sehingga rancangan bekerja dengan baik.

5. Gaya teoritis dari silinder pneumatik pada slitter cutter adalah:

Diketahui:

Diameter piston = 32 mm = 0,032 m

Diameter batang piston = 12 mm = 0,012 m

Tekanan udara (P) = 5 x 105 N/m²

F = A x P

= (𝜋

4𝑥𝐷²)𝑥𝑃

= (𝜋

4𝑥0,032²)𝑥(5𝑥10⁵𝑁/𝑚²)

= 402𝑁

Gambar 4.13 Gaya Dorong Pada Silinder

Gaya yang dihasilkan silinder pneumatik untuk mengumpan benda kerja apabila koefisien

gesek pada silinder (Rr) adalah 10% dari gaya teoritisnya gaya maju pada silinder adalah:

Fmaju = (A x P) – Rr

= 402N – 40.2N

= 361.8N

Sedangkan gaya mundur pada silinder pneumatic adalah:

Fmaju = (A’ x P) – Rr

Page 58: PERANCANGAN SLITTER CUTTER PADA MESIN OPEN MILL

48

= ((π

4𝑥𝐷2 − 𝑑²)𝑥𝑃)-Rr

= (π

4𝑥(0,0322) − (0.0122))𝑥(5𝑥10⁵𝑁/𝑚²) − 𝑅𝑟

= 157𝑁 − 40.2𝑁

= 116.8𝑁

6. Gaya Buckling (gaya bengkok)

Gambar 4.14 Gaya Buckling Pada Batang Silinder

Diketahui:

E = Modulus elastisitas untuk carbon steel adalah 200 GPa = 2000000 MPa.

I = Arah momen (mm⁴)

𝐼 =π𝑑⁴

64

d = 12mm

v = factor keamanan 2,5 – 3,5

Lk = free buckling length 50mm

Berdasarkan metode yang dipakai dalam pemasangan batang piston yang telah didesain

maka didapat nilai Lk pada gambar table gambar 2.8.1 sebesar 1:1 dengan panjang piston,

sehingga panjang Lk didapat 50mm.

Page 59: PERANCANGAN SLITTER CUTTER PADA MESIN OPEN MILL

49

𝐹𝐜𝐫 =π²𝐸𝐼

𝐿𝑘²𝑣

=π²𝑥 200000𝑥 (

π𝑑4

64 )

502(𝑚𝑚2) 𝑥 3,5

=π² 𝑥 200000 𝑥 (

π 𝑥 104

64(𝑚𝑚4))

502(𝑚𝑚2) 𝑥 3,5

F𝐜𝐫 = 431.795𝑁

4.5 Analisis Kekuatan Konstruksi Alat

Sebelum menganalisa konstruksi lebih lanjut, diperlukan massa dan beban terpusat.

Fungsi dari pencarian massa dan beban terpusat ialah untuk mendapatkan beban yang

diterima oleh alat. Dengan menghitung manual didapat massa dan beban total. Beban

terpusat diasumsikan terletak pada centernya.

1. Massa alat slitter cutter, roller dan bracket roller

Diketahui massa alat slitter cutter adalah 22,02 kg. Dan massa roller adalah 5,23 kg

serta massa bracket roller UNP adalah 2,25 kg.

2. Analisis tegangan geser yang terjadi pada alat.

Analisis tegangan geser pada alat perlu dilakukan agar alat yang didesain memiliki

konstruksi yang kuat dan aman. Dalam menganalisa tegangan geser yang terjadi

pada alat perlu dibuat analisa gaya-gaya yang bekerja pada alat tersebut.

Page 60: PERANCANGAN SLITTER CUTTER PADA MESIN OPEN MILL

50

Gambar 4.15 Analisa gaya pada alat

Terdapat 2 gaya yang bekerja pada alat yaitu gaya berat (W) dan gaya (F)

pada cutter. Gaya berat yaitu perkalian antar massa benda dengan percepatan

gravitasi. Sedang gaya (F) adalah tegangan geser yang terjadi pada cutter,

diasumsikan tegangan geser tersebut adalah tegangan geser lembaran karet (sheet

compound) pada temperatur 800C. Tegangan geser compound dapat dilihat pada

gambar table 4.5 dibawah ini.

Tabel 4.4 Tegangan Geser Compound

Page 61: PERANCANGAN SLITTER CUTTER PADA MESIN OPEN MILL

51

Tegangan geser yang terjadi pada alat:

Gambar 4.16 Free Body Diagram Slitter Cutter

Pertama hitung luas penampang baut. Baut yang digunakan adalah M12x25 grade

8.8. Tegangan tarik (tensile strength) nominal baut grade 8.8 adalan 800 N/mm² atau 800

MPa dan tegangan gesernya (shear strength) adalah 400N/mm² Total beban yang akan

dipukul adalah 216,045 Newton. Diameter solid baut M12 setelah dikurangi ulir adalah

kurang lebih 10mm. Maka luas penampang efektif adalah:

A = πr²

= 3.14 x (5x5)

= 78,5 mm²

Luas total penampang efektif 4 baut M12 adalah 4 x 78,5 mm² = 314 mm².

Tegangan geser alat:

𝜏 =𝐵𝑒𝑟𝑎𝑡 𝑎𝑙𝑎𝑡

𝐿𝑢𝑎𝑠 𝑝𝑒𝑛𝑎𝑚𝑝𝑎𝑛𝑔+ 𝐹 𝐾𝑎𝑟𝑒𝑡

𝜏 =𝑊

𝐴+ 𝜏k

𝜏 =(𝑚.𝑔)

𝐴+ 𝜏k

=(22,023𝑘𝑔 𝑥 9,81𝑚/𝑠²)

314 𝑚𝑚²+ 48𝑥106

N/m2

= 0,688 𝑁/𝑚𝑚² + 48 𝑁/𝑚𝑚²

= 48,688 𝑁/𝑚𝑚²

Page 62: PERANCANGAN SLITTER CUTTER PADA MESIN OPEN MILL

52

Tegangan geser ijin alat:

τi =𝜏

𝑣

τi =400 𝑁/𝑚𝑚²

2,5

τi = 160 𝑁/𝑚𝑚²

Dari perhitungan diatas didapatkan tegangan geser lebih kecil dari pada tegangan

geser ijin (τg < τi). Jadi dapat disimpulkan konstruksi kuat untuk menahan gaya geser yang

terjadi pada alat.

4.6. Analisis Kekuatan Konstruksi Pada Roller

Sebelum menganalisa konstruksi lebih lanjut, diperlukan massa dan beban terpusat.

Fungsi dari pencarian massa dan beban terpusat ialah untuk mendapatkan beban yang

diterima oleh alat. Dengan menghitung manual didapat massa dan beban total. Beban

terpusat diasumsikan terletak pada centernya.

Gambar 4.17 Desain Roller dan Bracket

Diketahui gaya yang bekerja adalah gaya berat (W) dan gaya tarik (F) karet pada

temperature 80ºC. Gaya tarik karet dapat dilihat dari table 4.6 berikut ini.

Page 63: PERANCANGAN SLITTER CUTTER PADA MESIN OPEN MILL

53

Tabel 4.5. Ultimate Stress Compound

1. Menghitung Kekuatan Konstruksi Pada Bracket Roller

Gambar 4.18 Free Body Diagram Bracket dan Roller

Diketahui massa bracket UNP adalah 2,25 kg dan massa roller adalah 5,23 kg. Baut

penyambung yang dihgunakan seharusnya dapat menopang beban yang akan diterima.

Pertama menghitung kekuatan baut penyambung antara bracket ke body mesin yang

berjumlah 4 buah.

Pertama hitung luas penampang baut. Baut yang digunakan adalah baut M10x25

grade 8.8. Kekuatan tarik (tensile strength) nominal baut grade 8.8 adalan 800 N/mm² atau

800 MPa dan tagangan geser (shear strength) adalah 400 N/mm² atau 400 MPa. Diameter

solid baut M10 setelah dikurangi ulir adalah kurang lebih 8mm. Maka luas penampang

efektif adalah:

Page 64: PERANCANGAN SLITTER CUTTER PADA MESIN OPEN MILL

54

πr² = 3,14 x (4x4)

= 50,24 mm²

Luas total penampang efektif 4 baut M10 adalah 4 x 50,24 mm² = 200,96 mm².

Gaya berat bracket dan roller:

W = m x g

= (5,23 kg + 2,25 kg) x 9,81 m/s²

= 7,48 kg x 9,81 m/s²

= 73,3788 Newton

Tegangan geser yang terjadi pada bracket dan roller:

τg =𝑤

𝐴 + 2(F)

=(73,381 𝑁)

200,96 𝑚𝑚²+ 2(18𝑥106

)N/m²

= 0,365𝑁/𝑚𝑚² + 36𝑁/𝑚𝑚²

= 36,365𝑁/𝑚𝑚²

Tegangan geser ijin alat:

τi =𝜏

𝑣

τi =400 𝑁/𝑚𝑚²

2,5

τi = 160 𝑁/𝑚𝑚²

Page 65: PERANCANGAN SLITTER CUTTER PADA MESIN OPEN MILL

55

Dari perhitungan diatas didapatkan tegangan geser lebih kecil dari pada tegangan

geser ijin (τg < τi). Jadi dapat disimpulkan konstruksi kuat untuk menahan gaya geser yang

terjadi pada bracket roller.

2. Menghitung Kekuatan Baut Roller

Baut penyambung antara roller dan bracket berjumlah 2 buah. Baut yang digunakan

adalah baut M8x20 grade 8.8. Kekuatan tarik (tensile strength) baut grade 8.8 adalah

800N/mm² atau 800 MPa dan tegangan gesernya (shear strength) adalah 400N/mm² atau

400 MPa. Diketahui massa roller adalah 5,23 kg.

Gambar 4.19 Free body diagram roller

Gaya yang bekerja pada roller adalah gaya berat (W) dan gaya tarik karet (F). Gaya

tarik karet pada temperature 80ºC adalah 18 MPa. Gaya tarik karet dapat dilihat pada table

4.6.

Pertama hitung luas penampang baut. Baut M8 mempunyai diameter solid setelah

dikurangi ulir kurang lebih 6,5mm. Maka luas penampang efektif baut tersebut adalah:

πr² = 3,14 x (3,25x3,25)

= 38,465 mm²

Luas total penampang efektif 2 baut adalah: 2 x 38,465 mm² = 76,93 mm².

Gaya berat roller: F = m x a

= 5.23 kg x 9.81 m/s

= 51.3063 Newton

Page 66: PERANCANGAN SLITTER CUTTER PADA MESIN OPEN MILL

56

Tegangan geser yang terjadi pada roller adalah:

τg =𝑤

𝐴+ 2(𝐹)

=(51,3066 𝑁)

76,93 𝑚𝑚²+ 2(18𝑥106

) 𝑁/𝑚2

= 0,666𝑁/𝑚𝑚2 + 36 𝑁/𝑚𝑚2

= 36,666 𝑁/𝑚𝑚2

Tegangan geser ijin alat:

τi =𝜏

𝑣

τi =400 𝑁/𝑚𝑚²

2,5

τi = 160 𝑁/𝑚𝑚²

Dari perhitungan diatas didapatkan tegangan geser lebih kecil dari pada tegangan geser ijin

(τg < τi). Jadi dapat disimpulkan konstruksi kuat untuk menahan gaya geser yang terjadi

pada roller.

Page 67: PERANCANGAN SLITTER CUTTER PADA MESIN OPEN MILL

57

BAB V

PENUTUP

5.1 Kesimpulan

Dari hasil perancangan slitter cutter pada mesin open mill, dapat diambil kesimpulan

sebagai berikut :

1. Slitter cutter dirancang sesuai kebutuhan pada mesin open mill untuk memotong

sisi-sisi rubber compound agar rapih.

2. Dengan konsep manual pada slitter cutter yang mudah dioperasikan

memungkinkan operator tidak mengalami kesulitan dan juga aman.

3. Dengan menggunakan sistem pneumatic sehingga pemeliharaan (maintenance)

tidak rumit.

4. Kekuatan konstruksi alat sudah diperhitungkan dengan factor keamanan 2,5 dapat

disimpulkan desain pada alat slitter cutter pada mesin open mill aman untuk

digunakan.

5.2 Saran

Dalam penulisan skripsi ini, penulis memberikan saran demi perbaikan perancangan

kearah yang lebih baik. Adapun saran dari penulis adalah sebagai berikut:

1. Hasil perancangan slitter cutter pada mesin open mill dapat dikembangkan lagi

agar lebih baik lagi.

2. Agar dapat dioperasikan secara otomatis perlu mengganti hand valve dengan

solenoid valve dan dibuatkan program PLC nya.

3. Untuk hasil terbaik cutter disetting hanya menempel sedikit pada roller Open Mill,

tidak terlalu menekan dan tidak terlalu renggang.

Page 68: PERANCANGAN SLITTER CUTTER PADA MESIN OPEN MILL

58

DAFTAR PUSTAKA

1. http://www.smcworld.com

2. Handbook of Comparative World Steel Standart ( third edition ) Jhon E. Bringas

3. Fundamentals of Fluid Mechanics ( sixth edition ) Munson, Young, Okiishi, &

Huebsch

4. Sularso dan Suga, K. 2002, “ Dasar Perencanaan Dan Pemilihan Elemen Mesin”

Jakarta: Pradnya Paramita.

5. Anhar Khalid, H.Raihan, “Rancang Bangun Simulasi Sistem Pneumatik Untuk

Pemindah Barang”, Journal INTEKNA, Volume 16, No.1, Mei 2016.

6. Joseph Thomas South, “Mechanical Properties and Durability of Natural Rubber

Compounds and Composites”, Blacksburg, Virginia, Desember 2001.

7. Echanical Properties of Rubber, Bulletin of the Transilvania of Brasov, Vol 3 (52),

2010.

8. Material properties of ASTM-A36, http://www.makeitfrom.com/material-

properties/ASTM-A36-SS400-S275-Structural-Carbon-Steel

9. http://pisauindustri.co.id/baja-kecepatan-tinggi-hss-klasifikasi--struktur-mikro--

dan-sifat-mekaniknya/

10. http://blog.ub.ac.id/afrizalh/2012/09/12/buckling-stress-tegangan-tekuk/

11. Mulianto, E. Suanli, dan T. Sutanto, 2002, “Sistem Pneumatik”.

12. http://yefrichan.wordpress.com/2012/10/10/faktor-keamanansafety-factor-dalam-

perancangan-elemen-mesin/

13. Timoshenko, S.,D.H. Young. Mekanika Teknik. Terjemahan, edisi ke-4, Penerbit

Erlangga. Jakarta. 1996.

14. www.google.co.id/gambar.

Page 69: PERANCANGAN SLITTER CUTTER PADA MESIN OPEN MILL

59

LAMPIRAN

1. Gambar Section 1

2. Gambar Section 2

3. Gambar General Assy

Page 70: PERANCANGAN SLITTER CUTTER PADA MESIN OPEN MILL

60

1. SECTION 1

Page 71: PERANCANGAN SLITTER CUTTER PADA MESIN OPEN MILL

61

2. SECTION 2

Page 72: PERANCANGAN SLITTER CUTTER PADA MESIN OPEN MILL

62

3.GENERALASSY

Page 73: PERANCANGAN SLITTER CUTTER PADA MESIN OPEN MILL

63