Mechanical Engineering Specialist in Industry 4.0 for Manufacturing Industry: 2. Sambungan

2. Sambungan

MODUL ELEMEN MESIN
SAMBUNGAN KELING, LAS DAN BAUT

Makna sambungan dalam bidang pemesinan, tidak jauh berbeda dengan apa yang kita jumpai dalam kehidupan sehari-hari, yaitu menghubungkan antara satu benda dengan lainnya. Dalam sebuah konstruksi mesin untuk dapat merangkai menjadi sebuah benda utuh, dibutuhkanlah sebuah elemen penyambung.

Gambar.1 Sambungan
Macam-macam sambungan dalam sebuah konstruksi mesin :
Sambungan Tetap/ Permanen Joint

Sambungan tetap merupakan salah satu jenis sambungan yang bersifat permanen dan tetap sehingga tidak dapat dibongkar pasang, kecuali dengan cara merusak sambungan tersebut.
Contoh dari pengaplikasian sambungan tetap yaitu :

Sambungan las (welded joint)
Sambungan paku keling (rivet joint)

Sambungan Tidak Tetap/ Semi Permanent Joint

Sambungan tidak tetap merupakan salah satu jenis sambungan yang bersifat sementara dan temporer untuk kebutuhan komponen tertentu, sehingga sambungan tersebut dapat dibongkar pasang dengan catatan kondisi sambungan masih baik, tidak rusak ataupun berkarat.
Contoh dari pengaplikasian sambungan tidak tetap yaitu :

Sambungan pasak (keys joint)
Sambungan ulir/mur-baut (screwed joint)

SAMBUNGAN KELING
A. Pengertian Paku Keling

Paku keling merupakan sebuah batang silinder dengan terdapat sebuah kepala pada bagian atasnya, silinder pada bagian tengah sebagai badan dan pada bagian bawah yang membentuk kerucut sebagai ekor. Paku keling dibuat dari bahan logam yang ulet/ductile, karena selain lebih mudah membentuk kepala keling juga untuk melepas ikatan kelingan dengan cara merusak paku keling tersebut.

B. Fungsi Sambungan Keling
Sambungan kelingan banyak digunakan pada produk atau benda benda kerja dari bahan pelat atau bahan profil
Sambungan kelingan digunakan juga untuk konstruksi yang mendapat beban getaran dan yang memerlukan kerapatan pada tekanan tinggi.
Sambungan paku keling umumnya dipakai untuk menyambung logam-logam ringan yang kurang baik kwalitas dan kekuatannya bila dilas.

C. Bentuk dan Ukuran Paku Keling

Kepala Bulat

Kepala bulat jenis A banyak dipergunakan pada konstruksi-konstruksi jembatan, bangunan, ketel dan lain-lain, sedangkan jenis B untuk keperluan- keperluan khusus pada konstruksi jenis A.

Kepala Tirus/Konis

Jenis kepala tirus/konis banyak dipakai pada konstruksi/sambungan yang tidak boleh bocor seperti tangki ketel uap, tangki minyak dll.

Kepala Persing/Benam

Kepala Silinder Datar

5. Palu keling dengan Bahan Peledak (Exploded Rivet)

Paku keling jenis ini banyak digunakan pada industri pesawat terbang, dipergunakan pada sambungan rangka pesawat terbang, yaitu pada bagian-bagian yang sulit dikeling dengan paku keling biasa/pejal. Diameter paku d umumnya > 8 mm.

Kepala Silinder Datar

Banyak dibuat dari alumunium dan tembaga, dipergunakan untuk pengelingan bahan-bahan bukan logam, isolator dan lain-lain.

Diameter paku d1 = 4 ~ 20 mm,

Tebal dinding t = 0,25 ~ 2 mm.

D. Macam Macam Sambungan Keling

Macam macam sambungan kelingan dapat di tinjau dari kekuatan sambungan dsn bentuk sambungannya .

Macam macam kekuatan sambungan kelingan Ditinjau dari kekuatan sambungannya sambungan kelingan terdiri atas :

a. Sambungan ringan

Sambungan ringan yaitu sambungan yang berfungsi untuk menyambung dua bagian dari suatu produk dengan sambungan yang tidak mempunyai beban yang besar misalnya sambungan kelingan pada perabotan-rumah dan semacamnya.

b. Sambungan kuat

Sambungan kuat yaitu sambungan pada pekerjaan pelat yang mendapatkan beban sehingga memerlukan kekuatan tertentu seperti pada sambungan pelat pada bodi kendaraan , sambungan pada konstruksi jembatan atau konstruksi baja lainnya.

c. Sambungan Rapat

Sambungan rapat yaitu sambungan yang memerlukan kerapatan dan tidak bocor, misalnya sambungan pelat pada bak air terbuka atau tangki air berukuran kecil.

d. Sambungan kuat dan rapat

Sambungan kuat rapat yaitu sambungan kelingan selain memerlukan kekuatan juga memerlukan kerapatan, sambungan kuat rapat tersebut biasanya digunakan pada sambungan pelat ketel atau sambungan pada pelat tabung gas yang bertekanan tinggi.

Ditinjau dari posisi pelat yang disambung dan bahan penyambung , macam macam bentuk sambungan kelingan terdiri atas :

a. Sambungan berimpit (Lap Joint)

Sambungan berimpit merupakan cara menyambung dengan menghimpitkan dua pelat dan kemudian dikeling, biasanya untuk kekuatan kecil dan sedang, dan juga untuk sambungan yang hanya memerlukan kerapatan.

Pada sambungan berimpit dapat dilakukan dengan cara memasang satu baris paku, dua baris paku keling maupun tiga baris paku keling lihat gambar berikut :

b. Sambungan bilah tunggal (Butt Joint)

Jika ujung ujung pelat disambung dengan menggunakan sebuah pelat lain yang berbentuk bilah maka sambungan kelingan tersebut disebut dengan sambungan bilah. Kampuh bilah tunggal dibuat untuk sambungan yang tidak mendapatkan gaya yang terlalu besar.

Tebal bilah t1biasanya 0,6 ~ 0,8 t dan maksimal t1 = t

Ditinjau dari jumlah bilah yang digunakan, sambungan bilah terdiri atas:

Bilah Tunggal

Bilah Ganda

d. Sambungan rowe

Sambungan rowe adalah sambungan kelingan semacam sambungan kombinasi antara sambungan bilah tunggal dengan sambungan bilah ganda, dengan ukuran bilah bawah lebih lebar dari bilah atas .

E. Proses Sambungan Keling

Sambungan keling | Mengenal Ilmu Teknik Sipil

Kedua pelat yang akan disambung dibor terlebih dahulu , kemudian dipasang paku keling pada lubang bor , kemudian kepala paku dibentuk dengan cara dipalu , sehingga paku keling tidak lepas dari pelatnya . Untuk membentuk kepala paku keling dapat dilakukan dengan menggunakan palu secara langsung yaitu dipukul sampai mengembang dan membentuk kepala paku keling atau dapat juga dengan menggunakan peralatan pembentuk kepala paku keling secara khusus. Dalam hal ini paku kelingnya tidak dipukul langsung melainkan alat pembentuknya saja yang dipukul dengan palu sehingga bentuk kepala paku keling lebih baik dibandingkan dengan bentuk kepala paku keling hasil pukulan palu secara langsung .

Mengeling dengan mesin press

Langkah langkah atau proses mengeling dengan mesin pres adalah sebagai berikut:

Persiapkan plat yang akan disambung dan dibor dengan ukuran mata bor d=d’+(0,1s/d0,2) mm, d’ adalah ukuran diameter paku keling.
Pasang paku keeling , dengan sisa panjangnya mempunyai ukuran (1,5 s/d 1,7)d’.
Tempatkan pelat yang akan disambung dengan posisi paku keling berada pada matres bawah.
Tekan dengan penekan (2) , supaya plat atas dan plat bawah betul betul rapat.
Tekan matres atas dengan gaya F yang cukup untuk membentuk kepala paku keeling .

Pembentukan kepala paku keling dapat dilakukan dengan cara panas, yaitu dengan cara membakar ujung paku keling sampai membara kemudian dipres. Pembentukan kepala paku keling dapat pula dilakukan dengan cara dingin .

Mengeling dengan paku keling berujung ledak

Cara menggunakan paku keling yang mempunyai ujung peledak yaitu dengan memanaskan kepala paku keeling yang telah terpasang pada sambungannnya . Panas akan merambat dan meledakan bahan peledak yang ada pada ujung paku keling, sehingga ujung paku keling melebar seperti terlihat pada gambar berikut;

F. Tang Keling

Untuk sambungan ringan yaitu sambungan yang tidak mempunyai beban dan tidak memerlukan kekuatan yang tinggi, sambungan kelingan dapat dilakukan dengan menggunakan alat pengeling khusus yang berupa tang dan selanjutnya disebut dengan tang keling. Tang keling disebut juga dengan riveter yaitu suatu perkakas tangan yang berfungsi untuk mengeling pelat pelat tipis yang tidak memerlukan kekuatan tinggi. Bentuk tang keling dapat dilihat pada gambar berikut!

G. Kerusakan pada Sambungan Keling

Pemeriksaan kekuatan sambungan keling ditinjau berdasarkan dua hal :

Kerusakan pada Pelat

a. Pelat sobek pada bagain ujung

Sambungan dengan pembebanan seperti gambar, memungkinkan pelat mengalami sobek pada bagian ujung. Untuk mencegah sobek pada pelat, umumnya diambil m = 1,5d d = diameter paku keling.

b. Pelat sobek pada Baris Paku Keling

Kerusakan pada Paku

a. Paku menerima Beban Geser

Sambungan kampuh berimpit (lap joint)

Sambungan kampuh bilah tinggal (single butt joint)

Keterangan :

t¹ = tebal bilah

Sambungan kampuh bilah ganda (double butt joint)

Kekuatan paku menerima beban geser :

H. Efisiensi Sambungan Paku Keling

Efisiensi sambungan keling adalah perbandingan antara kekuatan pelat setelah dikeling dengan kekuatan pelat sebelum dikeling.

Harga-harga efisiensi kekuatan sambungan keling adalah sebagaimana terlihat pada tabel berikut:

Tabel ukuran antara paku dan lubang

I. Sambungan Paku Keling dengan Beban Eksentrik

SAMBUNGAN LAS

A. Fungsi Sambungan Las

Sambungan las berfungsi untuk menyambung dua logam dengan cara memanaskan kedua ujung logam sampai melebur hingga ujung yang satu dengan ujung lainnya menyambung. Untuk menyambung kedua ujung logam tersebut dapat ditambah logam lain atau tanpa menambah logam lainnya .

Untuk memanaskan logam yang akan dilas dapat dilakukan dengan cara berikut :

Menyemprotkan api gas , misalnya gas karbit /asetiline , gas elpiji , dan gas gas lainnya.
Dengan busur api listrik.
Dengan tahanan listrik , misalnya pada las titik atau las rol.

B. Macam Macam Sambungan Las

Dilihat dari bentuk /konstruksi bagian yang akan dilas, sambungan las terdiri atas:

1) Las tumpul

Las tumpul yaitu menyambung dua ujung logam pada kedua tepinya dengan proses las. Macam-macam sambungna las tumpul bisa dilihat pada tabel 3.1 berikut:

2) Las Tumpang

Las tumpang disebut juga las berimpit, yaitu menyambung kedua ujung logam dengan cara ditumpangkan satu sama lainnya kemudian dilas pada sisi-nya .Lihat gambar berikut

Macam macam sambungan las tumpang dapat dilaksanakan sebagai berikut:

Sambungan las sisi muka (a)
Sambungan las sisi kiri-kanan (b)
Sambungan las sisi penuh (c)
Sambungan las tumpang dengan las alur (d)
Sambungan las tumpang dengan las lubang bulat (kunci) (e)
Las tumpang dengan las alur panjang (f)

3) Sambungan las T

Sambungan las T terdiri atas:

Las T sisi tumpul satu sisi.
Las T sisi tumpul dua sisi (ganda)

4) Las sudut

Las sudut terdiri atas :

Las sudut luar
Las sudut dalam

C. Penunjukan Simbol Las

Penunjukan simbol las dapat dijelaskan dengan gambar berikut .

Keterangan gambar:

1) anak panah menunjukan ke garis atau bagian las

2) garis penunjuk

3) tanda pengerjaan dilas di sekelilingnya

4) garis tanda

5) ukuran celah akar

6) jari-jari akar

7) sudut alur

8) kontur datar

9) pengerjaaan akhir atau digerindadalam alur.

D. Standar Elektroda Las

Elektroda las berselaput yang dipakai pada las busur listrik mempunyai perbedaan komposisi selaput maupun kawat inti. Pelapisan fluksi pada kawat inti dapat dengan cara destruksi, semprot atau celup. Ukuran standar diameter kawat inti dari 1,5 mm sampai 7 mm dengan panjang antar 350 sampai 450 mm. jenis-jenis selaput fluksi pada elektroda misalnya selulosa,kalsium karbonat (CaCO3),titanium dioksida (rutil),kaolin,kalium oksida mangan,oksidasi besi,serbuk besi,besi silicon,besi mangan dan sebagainya dengan presentase yang berbeda-beda,untuk tiap jenis elektroda.

Tebal selaput elektroda berkisar antara 10% sampai 50% dari diameter elektroda tergantung dari jenis selaput.pada waktu pengelasan ,selaput elektroda ini akan turut mencair dan menghasilkan gas CO2 yang melindungi cairan las,busur listrik dan sebagian benda kerja terhadap udara luar. Udara luar yang menggandung O2 dan N akan dapat mempengaruhi sifat mekanik dari logam las.cairan selaput yag disebut terak akan terapung dan membeku melapisi pemukaan las yang masih panas.

Standar elektroda baja lunak dan baja paduan rendah untuk las busur llistrik menurut klasifikasi AWS ( American Welding Society) dinyatakan dengan tanda Exxxx yang artinya sebagai berikut: E menyatakan elektroda xx (dua angka) sesudah E menyatakan kekuatan tarik deposit las dalam ribuan lb/in 2 , lihat tabel berikut .

X (angka ketiga) menyatakan posisi pengelasan.

Angka 1 untuk pengelasan segala posisi
Angka 2 untuk pengelasan posisi datar dan bawah tangan

X (angka keempat) menyatakan jenis selaput dan jenis arus yang cocok dipakai untuk poengelasan, lihat table berikut

D. Faktor Kekuatan Sambungan

Banyak factor yang menentukan kekuatan sambungan las , antara lain sebagai berikut :

Faktor pelaksana yaitu keahlian dari operator las itu sendiri.
Pelaksanaan waktu mengelas , misalnya keadaan terak sebelum mengelas berikutnya harus betul betul bersih dari permukaan las, sehingga logam tambahan dari electrode dapat bercampur secara homogen dengan harapan pada sambungan las tidak terdapat ronggarongga , dan mempunyai sambungan yang solid dan merata.
Zat asam dari udara mempunyai pengaruh , oleh kerena itu : kualitas electrode dan lapisannnya merupakan penentu dari kekuatan sambungan las itu sendiri.
Persiapan mengelas : dalam hal ini bentuk bentuk sambungan las.
Evaluasi las : Hasil lasan harus diperiksa , misalnya pengelasan untuk pipa pipa bertekanan , pipa pipa bawah air laut , atau sambungan yang digunakan pada alat alat angkat , harus diperiksa dengan sinar rontgen yaitu sinar X atau sinar gamma , atau digunakan magnit untuk menentukan bagian bagian mana saja yang tidak tersambung , keropos atau berongga.

Syarat syarat lainnya yaitu untuk menentukan kekuatan sambungan las yang mendapatkan beban dengan syarat sebagai berikut :

Beban pada sambungan dianggap merata.
Tegangan pada sambungan diperhitungkan pada penampang las yang terkecil.
Logam tambahan pada sambungan las dari electrode mempunyai kekuatan yang sama/homogen.
Untuk menghitung kekuatan las , digunakan rumus rumus berdasarkan mekanika dan rumus rumus empiris berdasarkan pengalaman.

E. Kekuatan Sambungan Las

Sambungan Las Tumpul (Butt Joint)

Tegangan tarik yang terjadi pada kampuh las :

2. Sambungan Las Tumpang (Lap Joint)/ Transverse Fillet Welded Joint

3. Sambungan Las Sudut Samping (Paralel Fillet Welded Joints)

Las Sudut Keliling dengan Beban Torsi

d = diameter batang (silinder)

r = radius batang

T = torsi yang bekerja pada silinder

s = lebar kampuh

t = tebal/tinggi kampuh

l = inersia polar pada kampuh las

I= π . t . d4

Tegangan puntir yang terjadi pada kampuh las :

Las Sudut Keliling dengan Beban Momen Bengkok

d = diameter batang (silinder)

r = radius batang

T = torsi yang bekerja pada silinder

S = lebar kampuh

t = tebal/tinggi kampuh

I = inersia polar pada kampuh las

Tegangan puntir yang terjadi pada kampuh las :

Kampuh T menerima Beban Torsi

Faktor Konsentrasi Tegangan pada Sambungan Las

SAMBUNGAN BAUT

A. Fungsi Sambungan Baut

Sambungan tidak tetap (semi permanen), sehingga dapat dibongkar pasang pada kondisi yang normal.
Menggunakan konstruksi ulir untuk mengikat dua atau lebih komponen permesinan.
Terdiri dari dua bagian, yaitu baut yang memiliki ulir dibagian luar, dan mur yang memiliki ulir dibagian dalam.

Fungsi teknis utama sambungan ulir:

Digunakan pada bagian mesin yang memerlukan sambungan dan pelepasan tanpa merusak bagian mesin.
Untuk memegang dan penyesuaian dalam perakitan atau perawatan.

B. Keuntungan dan Kerugian Sambungan Baut

Keuntungan sambungan ulir:

Mempunyai reliabilitas (kehandalan) tinggi dalam pengoperasiannya.
Untuk memudahkan perakitan dan pelepasan komponen.
Untuk pengoperasian khusus.
Murah dan efisien.

Kerugian sambungan ulir:

Konsentrasi tegangan pada bagian ulir yang tidak mampu menahan berbagai kondisi beban.

C. Jenis-Jenis Ulir

Berdasarkan sistemnya, ulir dapat dibedakan menjadi;

Ulir tunggal; atau satu jalan jika hanya ada satu jalur yang melilit silinder,
Ulir ganda; jika ada dua jalur yang melilit silinder
Ulir tripel; jika ada tiga jalur yang melilit silinder

Jarak antara puncak-puncak yang berbeda satu putaran dari satu jalur disebut kisar atau pitch. Jadi kisar pada ulir tunggal adalah sama dengan jarak baginya, sedangkan untuk ulir ganda dan tripel, besar kisarnya berturut-turut sama dengan dua kali dan tiga kali jarak baginya.

Berdasarkan bentuk penampang profil ulir dibedakan atas:

a. Ulir segitiga (V-thread),
b. Ulir segiempat (square thread),
c. Ulir trapesium (acme thread)
d. Ulir ½ trapesium (ulir gigi gergaji, buttress thread)
e. Ulir bulat (knuckle thread)

Ulir segitiga (V-thread) diklasifikasikan lagi menurut jarak baginya dalam ukuran metris dan inch, dan menurut ulir kasar dan ulir halus, yaitu:

British Standard Whitworth (BSW) thread; digunakan untuk menahan getaran (vibrasi) pada aerodinamis,automobil, dsb.
British association (BA) thread; puncak ulir tumpul, digunakan untuk mengulir pekerjaan yang presisi
American Standard National thread; disebut juga Seller’s thread, puncak ulir datar, dipergunakan untuk pemakaian umum.
Unified Standard thread; puncak dan lembah ulir bulat, merupakan persetujuan tiga negara yaitu British, Canada dan USA, digunakan untuk pemakaian umum.
Metric thread (Ulir metris); merupakan ulir standart India, mirip dengan ulir BSW, digunakan untuk pemakaian umum

Ulir Kanan Dan Ulir Kiri

Ulir kanan akan bergerak maju bila diputar searah jarum jam,
Ulir kiri akan bergerak maju bila diputar berlawanan arah jarum jam,
Pada umumnya ulir kanan lebih banyak digunakan.

Tipe penyambungan ulir:

Bentuk-Bentuk Kepala Baut

Kepala segienam (hexagonal head),
Kepala silinder dengan alur obeng (fillister head),
Kepala cembung (round head),
Kepala persing datar (flat head),
Kepala silinder dengan kunci segi enam dalam (hexagonal socket head),
Kepala silinder kunci gigi enam (fluted socket).

Baut Tanam

Baut tanam (set screw) ialah baut yang ditanam pada bagian konstruksi dengan tidak muncul pada permukaan.
Baut tanam biasanya berfungsi sebagai pencegah putaran antara poros dan roda, penekan pasak, penyetel bilah inset peralatan luncur bagian-bagian mesin, dan sebagainya.SS

D. Standart Ulir

E. Kekuatan Sambungan Ulir

Tegangan yang terjadi pada sambungan ulir :

Tegangan Internal akibat gaya pengencangan

a. Tegangan Tarik

Jika baut mendapat gaya (beban) sehingga cukup tegang dan tidak mengalami mulur, maka disebut ”Standard initial tension”.

Agar kuat maka baut dirancang berdasarkan tegangan tarik langsung dan faktor keamanan yang besar. Berdasarkan eksperimen, standard initial tension baut dinyatakan sebagai berikut:

F_i=2840 . d N

(digunakan untuk sambungan pada penggunaan zat cair/fluida)

Jika sambungan tidak memerlukan kekencangan seperti sambungan pada fluida, maka initial tension dikurangi menjadi setengah dari nilai diatas.

F_i=1420 . d N

Keterangan :

F_i= initial tension

d = diameter nominal

Jika baut awalnya pada kondisi tanpa tegangan, maka beban aksial maksimum yang aman dapat diterapkan pada baut adalah:

b. Tegangan Geser akibat Beban Torsi

Tegangan geser akibat tprsi selama pengencangan baut adalah :

c. Tegangan Geser Sepanjang Ulir

Tegangan geser pada ulir diperoleh dengan menggunakan hubungan :

Dan tegangan geser pada mur adalah :

Keterangan :

F = beban maksimum

b = lebar ulir

n = jumlah ulir

Tegangan Akibat Beban Eksternal

a. Tegangan tarik (Beban Aksial)

Jika baut mendapat gaya tarik F, agar baut tidak putus maka gaya tarik F harus memenuhi persamaan :

Jika sambungan menggunakan n buah baut , maka :

b. Tegangan Geser

Kadang-kadang baut digunakan untuk mencegah gerakan relatif dari dua atau lebih bagian, seperti pada kopling flens sehingga menyebabkan tegangan geser pada baut.

Beban geser yang diterima oleh baut adalah: