tugas akhir --- teknik mesin its surabaya pembimbing...
TRANSCRIPT
Tugas Akhir --- Teknik Mesin ITS SurabayaPembimbing : Agus Sigit Pramono, Ir., DEA., Dr.
Foreground
Literature Study
Methodology
Analysis & Result
Conclusion
FOREGROUND
Perkembangan industriparalel terhadapperkembangan mc.tool
Permintaan thd mesinmeningkat setiap tahun
Data from : DMG Mori Seiki
The products of Woodworking
CNC Machinery
Strong enough
Lightweight
Good damping capability
perbandingan hasil analisa struktur dan geataran antarapenggunaan material besi tuang dan material kompositpada komponen bergerak.
perubahan geometri/design untuk material epoxy danbagaimana efeknya
Apakah epoxy resin layak sebagai bahan pengganti untukstruktur mesin perkakas
Benda kerja >> miniatur mesin CNC Milling
Analisa kekuatan struktur dan getaran,fokus: spindle carrier, work carrier
Feedrate max 30 m/menit dan spindle speed max 3000 rpm.
Tool: EMCF 10mm, 4 mata potong, doc= 1mm.
Permodelan ballscrew dan pemotongan pada material disederhanakan >> komponen gaya utama saja.
Analisa struktural dibatasi untuk mencari deformasimaksimal saat beban gaya potong maksimum.
Analisa getaran dibatasi untuk menentukan kekakuanlewat frekuensi pribadi.
Tidak dilakukan uji eksperimental untuk kemampuanredam/damping capability
Perubahan geometri untuk model dengan bahan epoxy dilakukan dengan tujuan memperoleh kekakuan yang mendekati atau lebih baik dari desain awal
Material telah ditetapkan dan diuji properti
Faktor-faktor lain dianggap konstan.
Komponen-komponen yang tidak bergerak >> rigid model.
Tidak ada getaran dari luar sistem.
Pada kekakuan yang sama, damping capability strukturdengan bahan epoxy resin lebih baik (kualitatif)
Sifat mekanik & komposisi kimia material homogen.
Bahan epoxy resin dimodelkan isotropik
Mesin ukuran ideal tanpa toleransi dan suaian.
LITERATURE STUDY
JUNG DO, et al (2008)Karakteristik yg menentukanperforma mesin perkakas
KOVAC, et al (2010)Komponen gaya pada proses pemotongan frais
ABUTHAKEER (2011)Kemampuan redaman dan frekuensinatural mesin perkakas
Penelitian Terdahulu
SELVAKUMAR, et al (2012)Untuk kekakuan yg sama, epoxy memberipengurangan berat dan redaman yg lebih baik(high damping ratio)
LEE, et al (2004)Mengaplikasikan epoxy sbg lapisan tambahan(sandwich) pada struktur baja lasan, memberidamping yang lebih baik
RUMUS GAYA POTONG PROSES MILLINGPutaran spindle Chipping speed
Feedrate Chip sectional area
Engaged teeth
Gaya potong tangensial empiris
Dasar Teori
𝒏𝒏 =𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏 𝒗𝒗
𝝅𝝅 𝒅𝒅
𝒇𝒇𝒛𝒛 = ⁄𝒗𝒗𝒇𝒇 𝒛𝒛 𝒏𝒏 𝑨𝑨 = 𝐚𝐚 × 𝒇𝒇𝒛𝒛
𝑪𝑪𝒗𝒗 =𝒗𝒗𝒇𝒇 𝒂𝒂 𝒘𝒘𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏
Zc = Z × α ÷ 360°
Ft = σ × A × Zc × Ef × Tf
RUMUS TRANSMISI GAYA PENGGERAK
Percepatan Friction resistance
Screw Lead angle Gaya aksial yang diperlukan
Torsi minimum yang diperlukan
Gaya aksial dr torsi motor
f = 𝝁𝝁 × 𝒎𝒎 × 𝒈𝒈𝜶𝜶 = ⁄𝑽𝑽𝒎𝒎𝒂𝒂𝒎𝒎 𝒕𝒕
𝑭𝑭𝒂𝒂𝟏𝟏 = 𝝁𝝁 × 𝒎𝒎. 𝒈𝒈 + 𝒇𝒇 + 𝒎𝒎 × 𝛂𝛂 + 𝑭𝑭𝒖𝒖
𝑻𝑻 =𝟐𝟐 × 𝒑𝒑 × 𝑭𝑭𝒂𝒂𝟏𝟏
𝟐𝟐𝝅𝝅
𝐅𝐅𝐚𝐚 =𝟐𝟐𝝅𝝅 × 𝜼𝜼𝟏𝟏 × 𝑻𝑻
𝐩𝐩
tan β = 𝒑𝒑 / (⍉𝒑𝒑 × 𝝅𝝅)
METHODOLOGY
Your Company name
Your logo
FINISH
Defleksi, KonsentrasiTegangan, Frekuensi Natural
Analisa Modal
Simulasi Struktural Sistem
Studi Literatur
START
Menentukan Tujuan dan Rumusan Masalah
Model Benda Uji, Gaya Potong, Gaya Penggerak
Pembuatan Model 3D
Your Company name
Your logo
X
MendefinisikanMaterial Umum
Mendefinisikan Tumpuan, Arah dan Besar Gaya
Mendefinisikan Kontak danSambungan / Joint
Mendefinisikan TitikKonsentrasi Gaya
Meshing Model
Import Model Assembly
START
Your Company name
Your logo
FINISH
A’ = A + 1 A = 3
Hasil Simulasi Structural Static Analysis
M’ = M + 1M = 2
M = 1
Input Material Moving Parts
A = 1
X
Your Company name
Your logo
FINISH
Hasil Simulasi Modal Analysis
M’ = M+1M=2
M=1
Mendefinisikan Material
Mendefinisikan Preload
Meshing Model
Import Model Sub-Assembly
START
Your Company name
Your logoInput Data
Data from : BAKELITE AG, matweb.com, SolidWorks library
Your Company name
Your logoInput Data
Data from : Wikipedia, carbidetooling.com, matweb.com,
SolidWorks library
Your Company name
Your logoImport Geometry
Your Company name
Your logoConnections
1. Bonded contact
2. Friction contact
Your Company name
Your logoMeshing
Defaults Physics Preference Mechanical
Relevance 0 Sizing
Use Advanced Size Function Off Relevance Center Medium
Element Size Default Initial Size Seed Active Assembly
Smoothing Medium Transition Fast
Span Angle Center Coarse Minimum Edge Length 3.e-004 m
Patch Conforming Options Triangle Surface Mesher Program Controlled Patch Independent Options
Topology Checking Yes
Mesh type : Tetrahedron
,automatic
Your Company name
Your logoPermodelan Beban
arahgaya
potonggaya
dorongmomen potong
Struktur BridgeFC10 EPR
X+ X+ - CCWX- X- - CCWY Z+ X- CCW
Your Company name
Your logoPermodelan Beban
arahgaya
potonggaya
dorongmomen potong
Struktur BaseFC10 EPR
X+ X- Z- CWX- X+ Z+ CWY Z- - CW
EXPERIMENT RESULT
Stress Analysis
Bridge Base
FC10 EPR EPR-2 FC10 EPR EPR-2
X+ 1.6397E+8 1.6397E+8 1.6494E+8 1.3636E+8 1.3635E+8 1.4821E+8
X- 1.5781E+8 1.5781E+8 1.5810E+8 1.5269E+8 1.5269E+8 1.3556E+8
Y 1.3951E+8 1.3951E+8 1.2922E+8 1.5764E+8 1.5763E+8 1.4053E+8
• Pemotongan arah X+
Deformation
Deformation
• Pemotongan arah X-
Deformation
• Pemotongan arah Y
3.68
E-02
3.74
E-02
2.13
E-02
1.56
E-02
1.58
E-02
1.79
E-02
2.45
E-02
2.43
E-02
1.42
E-02
X+ X- Y
Defle
ksi(
mm
)
CUTTING
Deformasi Max pada struktur Bridge
EPR FC10 EPR-NEW
Deformation
• BRIDGE structure
9.05
E-03
9.17
E-03
5.84
E-03
5.94
E-03
4.68
E-03
5.14
E-03
5.97
E-03
3.96
E-03
3.36
E-03
X+ X- Y
Defle
ksi(
mm
)
CUTTING
Deformasi Max pada struktur Base
EPR FC10 EPR-NEW
Deformation
• BASE structure
3.40
08E-
05
3.33
60E-
05
2.13
31E-
05
1.55
60E-
05
1.54
71E-
05
1.78
52E-
05
2.44
14E-
05
2.42
70E-
05
1.42
30E-
05
X+ X- Y
Defle
ksi (
m)
CUTTING
Deformasi Max pada CUTTING TOOL
EPR FC10 EPR-NEW
Deformation
• Deformasi maksimum pd cutting tool
Modal Analysis
• Tujuan : mencari karakteristik getaran struktur(frekuensi natural, mode shape)
282.
79
283.
78 801.
75
463.
78
649.
56
1354
.9
307.
74
337.
39
979.
34
1 2 3
Freq
uenc
y (Hz
)
MODE
Frekuensi Natural Sub-Assy Spindle Carrier/ Head
EPR FC10 EPR-NEW
Modal Analysis
• Spindle carrier / Head sub assembly
469.
1
673.
05
832.
771378
.3 1950
.6
2707
611.
86
792.
59
1022
.8
1 2 3
Freq
uenc
y (Hz
)
MODE
Frekuensi Natural Sub-Assy Work Carrier/ Table
EPR FC10 EPR-NEW
• Work carrier / Table sub assembly
Modal Analysis
Weight Reduction
73 %79 %
massHead; FC10 1.2329Head; EPR, new design 0.3323Table; FC10 2.4873Table; EPR, new design 0.5067
Analisa
• Perkiraan frekuensi kerja 200Hz , ( << frekuensi natural )tdk terjadi resonansi
• Distribusi tegangan fokus di cutting tool, safety factor = 4.97, struktur aman ; tegangan pd struktur < tegangan ijin
• Deformasi yg penting pada cutting tool, dengan modifikasigeometri > deformasi berkurang > memperbaiki kekakuan > masuk ke ambang batas 0.025mm
• Deformasi pada work carrier, modifikasi geometri dapatmemperbaiki kekakuan statis
CONCLUSION
Safety factor min=4.9 716, untuk pemotongan arah X+, tegangan berfokus di tool >> struktur aman& over-design
Dengan modifikasi geometri pada komponen berbahan epoxy resin, untuk arah pemotongan X+, terjadi perbaikankekakuan senilai 36 % pada struktur bridge dan 98 % padastruktur base
Untuk arah pemotongan X-, diperoleh perbaikan kekakuan39 % pada struktur bridge dan 137 % pada struktur base
Untuk arah pemotongan Y, diperoleh perbaikan kekakuan257 % pada struktur bridge dan 527 % pada struktur base
Frekuensi natural lbh condong dipengaruhi material pembentuk saja.
Deformasi max pada desain baru bahan epoxy, terjadi padatool 0.0244 mm, ambang batas 0.025mm >> aman
Dengan density yang lebih rendah, diperoleh penguranganberat hingga 73% dan 79 %
Epoxy resin cocok sbg bahan substitusi struktur mesinperkakas
penelitian berikutnya hendaknyamelibatkan eksperimen , mencari damping ratio, respon getaran
Penelitian diteruskan dengan parameter desain dan jenis bahan, melalui metodeeksperimen optimasi rancangan untukbeban dinamis
