METROLOGI INDUSTRI DAN STATISTIK 1
DAFTAR ISI
Hal
1. Karakteristik Geometri
1
2. Toleransi dan Suaian
2
3. Cara Penulisan Toleransi Ukuran/Dimensi
5
7
4. Toleransi Standar dan Penyimpangan Fundamental 5. Kondisi permukaan
10
6. Harga kekasaran
10
7. Tanda Pengerjaan
14
8. Toleransi Geometrik
21
9. Pengolahan dan analisis data
30
10 Statistik Industri
31
2
KARAKTERISTIK GEOMETRIK Karakteristik geometrik (misalnya: besarnya kelonggaran antara komponen yang berpasangan) berhubungan dengan karakteristik fungsional. Karakteristik fungsional mesin tidak tergantung pada karakteristik geometrik saja, tetapi dipengaruhi juga oleh: kekuatan, kekerasan, struktur metalografi, dan sebagainya yang berhubungan dengan karakteristik material. Komponen mesin hasil proses pemesinan bercirikan karakteristik geometrik yang teliti dan utama. Karakteristik geometrik tersebut meliputi : ukuran, bentuk, dan kehalusan permukaan. A. Penyimpangan Selama Proses Pembuatan Karakteristik geometrik yang ideal : ukuran yang teliti, bentuk yang sempurna dan permukaan yang halus sekali dalam praktek tidak mungkin tercapai karena ada penyimpangan yang terjadi, yaitu: 1
penyetelan mesin perkakas,
2
pengukuran dimensi produk,
3
gerakan mesin perkakas,
4
keausan pahat,
5
perubahan temperatur, dan
6
besarnya gaya pemotongan.
Penyimpangan yang terjadi selama proses pembuatan memang diusahakan seminimal mungkin, akan tetapi tidak mungkin dihilangkan sama sekali. Untuk itu dalam proses pembuatan komponen mesin dengan menggunakan mesin perkakas diperbolehkan adanya penyimpangan ukuran maupun bentuk. Terjadinya penyimpangan tersebut misalnya terjadi pada pasangan poros dan lubang. Agar poros dan lubang yang berpasangan nantinya bisa dirakit, maka ditempuh cara sebagai berikut. 1
Membiarkan adanya penyimpangan ukuran poros dan lubang. Pengontrolan ukuran
sewaktu proses pembuatan poros dan lubang berlangsung tidak diutamakan. Untuk pemasangannya dilakukan dengan coba‐coba. 2
Membiarkan adanya penyimpangan kecil yang telah ditentukan terlebih dahulu.
Pengontrolan ukuran sangat dipentingkan sewaktu proses produksi berlangsung. Untuk perakitannya semua poros pasti bisa dipasangkan pada lubangnya. Cara kedua ini yang 3
dinamakan cara produksi dengan sifat ketertukaran. Keuntungan cara kedua adalah proses produksi bisa berlangsung dengan cepat, dengan cara mengerja‐kannya secara paralel, yaitu lubang dan poros dikerjakan di mesin yang berbeda dengan operator yang berbeda. Poros selalu bisa dirakit dengan lubang, karena ukuran dan penyimpangannya sudah ditentukan terlebih dahulu, sehingga variasi ukuran bisa diterima asal masih dalam batas ukuran yang telah disepakati. Selain dari itu suku cadang bisa dibuat dalam jumlah banyak, serta memudahkan mengatur proses pembuatan. Hal ter‐sebut bisa terjadi karena komponen yang dibuat bersifat mampu tukar (interchangeability). Sifat mampu tukar inilah yang dianut pada proses produksi modern. Variasi merupakan sifat umum bagi produk yang dihasilkan oleh suatu proses produksi, oleh karena itu perlu diberikan suatu toleransi. Memberikan toleransi berarti menentukan batas‐batas maksimum dan minimum di mana penyimpangan karakteristik produk harus terletak. Bagian‐bagian yang tidak utama dalam suatu komponen mesin tidak diberi toletansi, yang berarti menggunakan toleransi bebas/terbuka (open tolerance). Toleransi diberikan pada bagian yang penting bila ditinjau dari aspek: 1
fungsi komponen,
2
perakitan, dan
3
pembuatan.
B. Toleransi dan Suaian Standar ISO 286‐1:1988 Part 1: ”Bases of tolerances, deviations and fits”, serta ISO 286‐2:1988 Part 2: ”Tables of standard tolerance grades and limit “ adalah merupakan dasar bagi penggunaan toleransi dan suaian yang diikuti banyak perusahaan dan perancang sampai saat ini. Toleransi ukuran adalah perbedaan ukuran Control Limit /UCL) dan batas
bawah antara kedua harga batas di mana ukuran atau jarak permukaan/batas geometri komponen harus terletak (lihat Gambar 15.1).
4
Beberapa istilah perlu dipahami untuk penerapan standar ISO tersebut di atas. Untuk setiap komponen perlu didefinisikan: 1
ukuran dasar (basic size),
2
daerah toleransi (tolerance zone), dan
3
penyimpangan (deviation).
Ukuran dasar adalah ukuran/dimensi benda yang dituliskan dalam bilangan bulat. Daerah toleransi adalah daerah antara harga batas atas dan harga batas bawah. Penyimpangan adalah jarak antara ukuran dasar dan ukuran sebenarnya. C. Suaian Apabila dua buah komponen akan dirakit maka hubungan yang terjadi yang ditimbulkan oleh karena adanya perbedaan ukuran sebelum mereka disatukan, disebut dengan suaian (fit). Suaian ada tiga kategori, yaitu: 1. Suaian Longgar (Clearance Fit): selalu menghasilkan kelonggaran, daerah 5
toleransi lubang selalu terletak di atas daerah toleransi poros. 2. Suaian paksa (Interference Fit): suaian yang akan menghasilkan kerapatan, daerah toleransi lubang selalu terletak di bawah toleransi poros. 3. Suaian pas (Transition Fit): suaian yang dapat menghasilkan kelonggaran ataupun kerapatan, daerah toleransi lubang dan daerah toleransi poros saling menutupi. Tiga jenis suaian tersebut dijelaskan pada Gambar 15.3 dan Gambar 15.4. Untuk mengurangi banyaknya kombinasi yang mungkin dapat dipilih maka ISO telah menetapkan dua buah sistem suaian yang dapat dipilih, yaitu: 1. sistem suaian berbasis poros (shaft basic system), 2. sistem suaian berbasis lubang (hole basic system). Apabila sistem suaian berbasis poros yang dipakai maka penyimpangan atas toleransi poros selalu berharga nol (es = 0). Sebaliknya, untuk sistem suaian berbasis lubang maka penyimpangan bawah toleransi lubang yang bersangkutan selalu bernilai nol (EI = 0).
6
D. Cara Penulisan Toleransi Ukuran/Dimensi Toleransi dituliskan di gambar kerja dengan cara tertentu sesuai dengan standar yang diikuti (ASME atau ISO). Toleransi bisa dituliskan dengan beberapa cara: 1
Ditulis menggunakan ukuran dasar dan penyimpangan yang diizinkan.
2
Menggunakan ukuran dasar dan simbol huruf dan angka sesuai dengan standar ISO,
misalnya : 45H7, 45h7, 30H7/k6.
Toleransi yang ditetapkan bisa dua macam toleransi (Gambar 15.5), yaitu toleransi bilateral dan toleransi unilateral. Kedua cara penulisan toleransi tersebut yaitu a dan b sampai saat ini masih diterapkan. Akan tetapi cara b lebih komunikatif karena: ¾ Memperlancar komunikasi sebab dibakukan secara internasional. ¾ Mempermudah perancangan (design) karena dikaitkan dengan fungsi. 7
¾ Mempermudah perencanaan proses kualitas. Pada penulisan toleransi ada dua hal yang harus ditetapkan, yaitu: a.
Posisi daerah toleransi terhadap garis nol ditetapkan sebagai suatu fungsi ukuran
dasar. Penyimpangan ini dinyatakan dengan simbol satu huruf (untuk beberapa hal bisa dua huruf). Huruf kapital untuk lubang dan huruf kecil untuk poros. b.
Toleransi, harganya/besarnya ditetapkan sebagai suatu fungsi ukuran dasar. Simbol
yang dipakai untuk menyatakan besarnya toleransi adalah suatu angka (sering disebut angka kualitas). Contoh: 45 g7 artinya suatu poros dengan ukuran dasar 45 mm posisi daerah toleransi (penyimpangan) mengikuti aturan kode g serta besar/harga toleransinya menuruti aturan kode angka 7. Catatan: Kode g7 ini mempunyai makna lebih jauh, yaitu: ¾ Jika lubang pasangannya dirancang menuruti sistem suaian berbasis lubang akan terjadi suaian longgar. Bisa diputar/digeser tetapi tidak bisa dengan kecepatan putaran tinggi. ¾ Poros tersebut cukup dibubut tetapi perlu dilakukan secara seksama. ¾ Dimensinya perlu dikontrol dengan komparator sebab untuk ukuran dasar 45 mm dengan kualitas 7 toleransinya hanya 25 m. Apabila komponen dirakit, penulisan suatu suaian dilakukan dengan menyatakan ukuran dasarnya yang kemudian diikuti dengan penulisan simbol toleransi dari masing masing komponen yang bersangkutan. Simbol lubang dituliskan terlebih dahulu: H845 H8/g7 atau 45 H8–g7 atau 45/g7 Artinya untuk ukuran dasar 45 mm, lubang dengan penyimpangan H berkualitas toleransi 8, berpasangan dengan poros dengan penyimpangan berkualitas toleransi 7. Untuk simbol huruf (simbol penyimpangan) digunakan semua huruf abjad kecuali I, l, o, q 8
dan w (I, L, O, Q, dan W), huruf ini menyatakan penyimpangan minimum absolut terhadap garis nol. Hal tersebut dapat dilihat di Gambar 15.6. Besarnya penyimpangan dapat dilihat pada tabel di Lampiran. a.
Huruf a sampai h (A sampai H) menunjukkan minimum material condition (smallest shaft largest hole).
b.
Huruf Js menunjukkan toleransi yang pada prinsipnya adalah simetris terhadap garis nol.
c.
Huruf k sampai z (K sampai Z) menunjukkan maximum material condition (largest
shaft small‐est hole). E. Toleransi Standar dan Penyimpangan Fundamental 1. Toleransi Standar (untuk Diameter Nominal sampai dengan 500 mm) Dalam sistem ISO telah ditetapkan 20 kelas toleransi (grades of tolerance) yang dinamakan toleransi standar yaitu mulai dari IT 01, IT 0, IT 1 sampai dengan IT 18. Untuk kualitas 5 sampai 16 harga dari toleransi standar dapat dihitung dengan menggunakan satuan toleransi i (tolerance unit), yaitu:
Di mana:i = satuan toleransi (dalam m) D = diameter nominal (dalam mm) Catatan:
9
Selanjutnya berdasarkan harga satuan toleransi i maka besarnya toleransi standar dapatdihitung sesuai dengan kualitasnya mulai dari 5 sampai 16 sebagai berikut.
Sedangkan untuk kualitas 01 sampai 1 dihitung dengan rumus sebagai berikut. Kualitas
IT01
Harga dalam um,
IT0
IT1
0,3+0,008D 0,5+0,012D 0,8+0,020D
sedang D dalam mm Untuk kualitas 2,3 dan 4 dicari dengan rumus sebagai berikut. IT2 =
(IT1×IT3)
IT3 =
(IT1×IT5)
IT4 =
(IT3 ×IT5)
ISO 286 mengimplementasikan 20 tingkatan ketelitian untuk memenuhi keperluan industri yang berbeda yaitu: a.
IT01, IT0, IT1, IT2, IT3, IT4, IT5, IT6. Untuk pembuatan gauges dan alat‐alat ukur.
b.
IT 5, IT6, IT7, IT8, I9, IT10, IT11, IT12. Untuk industri yang membuat komponen presisi dan umum.
c.
IT11, IT14, IT15, IT16. Untuk produk setengah jadi (semi finished products).
d.
IT16, IT17, IT18 . Untuk teknik struktur.
2. Penyimpangan Fundamental (untuk Diameter Nominal sampai dengan 3.150 mm) 10
Dari
1
3
6
10 18
30
50
80
120
180
250
Sampai
3
6
10 18 30
50
80 120
180
250
315
Tingkatan
Ukuran Nominal (mm)/D
Penyimpangan (dalam µm)
IT 1
0,8
1
2
1,2 1,5 1,5
3
2
4
3
4
5
4
6
6
7
1
2,5 2,5
1,2 1,5 1,5 2
2,5 2,5
2
2,5
3,5
4,5
6
3
4
5
7
8
3
4
4
5
6
8
10
12
4
5
6
7
8
10
12
14
16
5
6
8
9
11
13
15
18
20
23
8
9
11 13
16
19
22
25
29
32
10 12
15 18 21
25
30
35
40
46
52
8
14 18
22 27 33
39
46
54
63
72
81
9
25 30
36 43 52
62
74
87
100
115
130
10
40 48
58 70 84 100 120 140
160
185
210
11
60 75
90 110 130 160 190 220
250
290
320
12
100 120 150 180 210 250 300 350
400
460
520
13
140 180 220 270 330 390 460 540
630
720
810
14
250 300 360 430 520 620 740 870 1.000 1.150 1.300
Tabel penyimpangan fundamental untuk ukuran yang lain dapat dilihat pada Lampiran. Proses pemesinan yang dilakukan ada hubungannya dengan tingkatan toleransi, sehingga dalam menetapkan besarnya angka kualitas bisa disesuaikan dengan proses pemesinannya. Tingkatan IT yang mungkin bisa dicapai untuk beberapa macam proses dapat dilihat pada Tabel 15.3.
11
Tabel 15.3 Hubungan proses pemesinan dengan tingkatan IT yang bisa dicapai Tingkatan IT
2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
Lapping
Honing
Superfinishing
Cylinderical
grinding
Diamond
turning
Plan grinding
Broaching
Reaming
Boring
Turning
Sawing
Milling
Planing
Shaping
Extruding
Cold Rolling
Drawing
Drilling
Die Casting
Forging
Sand Casting
Hot rolling
Flame cutting
12
Kondisi Permukaan Permukaan suatu benda kerja harus dikondisikan sedemikian rupa sehingga dapat memenuhi fungsinya. Misalnya fungsi harus rapat kalau tidak terdapat kebocoran. Berdasarkan uraian tersebut, dalam gambar kerja, kondisi permukaan yang diinginkan harus diinformasikan dengan lambang‐lambang standar berikut ini.
Harga Kekasaran Harga kekasaran permukaan yang lazim digunakan pada gambar kerja merupakan harga kekasaran rata‐rata (Ra/roughness arithmatic). Ra tersebut didapat dari gambar berikut ini yang merupakan suatu permukaan hasil dari pengerjaan (gambar dibesarkan).
A1+A2+A3+A5 Ra = ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐Rmaks= 4Ra L Gambar 2.1 Pengertian harga kekasaran Supaya gambar lebih sederhana, harga Ra ini sebaiknya dicantumkan pada gambar kerja dengan menggunakan lambang N (normal), dibagi menjadi 12 kelas, yakni dari N1 sampai dengan N12.
Berikut ini disampaikan persamaan harga Ra dengan lambang, satuan Ra dalam mikrometer (mm), 1 mm = 0.001 mm.
13
Lambang
Harga Kekasaran (Ra) dalam um
N1
0,025
N2
0,05
N3
0,1
N4
0,2
N5
0,4
N6
0,8
N7
1,6
N8
3,2
N9
6,3
N10
12,5
N11
25
N12
50
Tabel berikut di bawah ini menunjukkan kemampuan proses untuk mencapai harga kekasaran rata‐rata (Ra). Dengan dasar tabel dapat ditentukan harga kekasaran umum untuk suatu gambar kerja. Misalnya benda kerja yang akan dikerjakan dengan mesin bubut, dapat dipilih harga kekasaran umum antara N7 sampai dengan N9.
14
15
Tanda Pengerjaan 0
¾
Lambang dasar (biasanya digambar dengan garis tipis, bersudut 60 , tinggi – 4 mm untuk garis yang pendek dan – 8 mm untuk garis yang panjang.
¾
Lambang untuk permukaan yang dikerjakan dengan cara penyayatan, antara lain dengan mesin bubut. Gambar 2.3 Lambang Tanda Pengerjaan dengan Penyayatan
¾
Lambang untuk permukaan yang dibentuk tanpa penyayatan, misalnya dicor atau hasil pembentukan dari pabrik baja, tidak dikerjakan lagi.
Gambar 2.4 Lambang Tanda Pengerjaan tanpa Penyayatan Tanda Pengerjaan dan Harga Kekasaran
Kondisi permukaan yang dihasilkan dari suatu cara produksi harus mempunyai kekasaran maksimum N8.
Gambar 2.5 Lambang Pengerjaan untuk Semua Proses
16
Kondisi permukaan yang dikerjakan dengan mesin harus mempunyai kekasaran maksimum N9.
Gambar 2.6 Lambang Pengerjaan dengan Mesin Kondisi permukaan harus mempunyai kekasaran maksimum N8 dengan proses yang tidak menghasilkan tatal. Misalnya dirol atau permukaan tersebut tidak dikerjakan lagi (hasil dari pabrik baja). Kondisi permukaan harus mempunyai kekasaran minimum N6 dan maksimum N8. Lambang dengan Perintah Khusus Proses pengerjaan, ditempatkan seperti contoh.
Gambar 2.9 Proses Pengerjaan Kelebihan ukuran untuk proses berikutnya, ditempatkan seperti contoh.
17
Arah alur bekas pengerjaan yang diinginkan. Gambar 2.11 Arah Alur Bekas Pengerjaan Lambang lengkap (jarang ditemui pada gambar kerja) : a : Harga kekasaran (Ra), sebaiknya dengan lambang b : Cara produksi c : Kelebihan ukuran untuk proses berikutnya d : Arah alur bekas pengerjaan e : Panjang contoh f : Harga kekasaran contoh (dalam kurung) Penyajian pada Gambar Lambang harus disimpan pada tempat yang jelas terlihat, apabila diputar harus searah dengan putaran jarum jam, dibaca seperti membaca angka ukur, berlaku prinsip simetri, cukup satu lambang pada bidang yang sama untuk gambar dengan dua pandangan. 18
Penyederhanaan dilakukan untuk kondisi permukaan dengan harga kekasaran yang sama, disimpan pada tempat yang mudah terlihat, biasanya di kiri atas gambar setelah nomor bagian. Kondisi permukaan dengan harga kekasaran yang berbeda disajikan seperti Gambar 2.14. Kondisi permukaan umum yaitu beberapa kondisi permukaan dengan harga kekasaran yang sama (biasanya pengerjaannya secara umum, misalnya dibubut) ditempatkan setelah nomor bagian dan kondisi permukaan khusus ditempatkan dalam tanda kurung juga harus ditempatkan langsung pada permukaan yang dimaksud. Gambar di sampingnya merupakan penyederhanaan, kondisi permukaan khusus dicantumkan langsung pada permukaan yang dimaksud, sedangkan lambang dasar disimpan dalam tanda kurung setelah kondisi permukaan umum. Kedua gambar mempunyai maksud yang sama.
19
atau
Untuk proses khusus (akhir) dicantumkan pada garis rantai tebal titik tunggal (gambar).
Harga kekasaran dapat diwakili dengan huruf jika rumit apabila dicantumkan menurut aturan yang biasa, seperti gambar berikut ini.
Gambar 2.17 Penyederhanaan 20
Hubungan antara Harga Kekasaran dengan Biaya Produksi Diagram berikut ini memperlihatkan hubungan antara harga kekasaran dengan biaya produksi, semakin kecil harga kekasaran akan menyebabkan semakin tinggi biaya produksi, bahkan dapat beberapa kali lipat harganya.
c. Rangkuman 1. Fungsi dari kondisi permukaan ialah Sebagai instruksi bagi operator untuk penyelesaian akhir (finishing) untuk pengerjaan suatu permukaan benda kerja. 2. Tanda pengerjaan adalah lambang bagi suatu perintah proses pengerjaan. 3. Harga kekasaran (Ra) adalah harga kekasaran rata‐rata maksimum yang harus dicapai oleh suatu proses pengerjaan. 4. Lambang harus dicantumkan pada tempat yang mudah terlihat dengan jelas. 5. Untuk kekasaran umum, pilihlah harga kekasaran yang paling kasar yang masih dapat memenuhi fungsinya. 6. Informasi mengenai proses pengerjaan, kelebihan ukuran, arah alur bekas pengerjaan, panjang contoh hanya dicantumkan apabila benarbenar diperlukan. 21
7. Lambang tidak dicantumkan (tidak berlaku) pada gambar ulir, lubang bor atau hasil dari punching tool , lubang kontersing atau konterbor untuk dudukan kepala baut/sekrup. 8. Harga kekasaran maksimum N7 untuk (a)
permukaan yang akan dipasangi seal (rapat terhadap kebocoran).
(b)
permukaan yang bertoleransi mikrometer (toleransi ISO).
(c)
permukaan yang dalam fungsinya akan bergesekan seperti
permukaan roda gigi.
22
