## STUDI PERANCANGAN COMBINATION TOOL AIR VENT NON-CYLINDER
DENGAN METODE VDI 2222
Riona Ihsan Media, Riky Adhiharto, Endjang Patriatna, Uci Primayangputri Jurusan Teknik Perancangan Manufaktur, Politeknik Manufaktur Negeri Bandung E-mail: rio_sanmed@polman-bandung.ac.id
Abstrak-- Air  vent  non-cylinder  adalah  salah  satu  produk  yang  digunakan  sebagai  cerobong pembuangan aliran udara dari dalam ke luar pada bangunan pabrik maupun kantor. Produk ini awalnya dibuat dengan menggunakan dua alat bantu proses yaitu untuk pemotongan dan pembentukkan  secara  terpisah.  Banyak  parameter  yang  harus  diatur  sehingga  tidak  efektif dan  efisien  dalam  waktu  proses.  Penelitian  ini  bertujuan  untuk  menghasilkan  konsep rancangan  combination  tool  yang  merupakan  alat  bantu  pembuatan  produk  menggunakan  bahan dasar  lembaran  pelat  dengan  menggabungkan  fungsi  pemotongan  dan  fungsi  pembentukkan  pada satu  kali  proses.  Variasi alternatif konsep  serta tahapan proses dibuat  kemudian dinilai berdasarkan beberapa faktor sehingga didapat konsep terpilih pada proses perancangan berdasarkan metode VDI 2222. Dari proses perancangan tersebut dihasilkan konsep rancangan combination tool dengan dimensi 1012 mm x 826 mm x 516 mm serta total gaya combination tool sebesar 97,5 ton.
Kata kunci: combination tool, drawing process, deep drawing, presstool, VDI 2222
Abstract --Air vent non-cylinder is one of the products used as a stack exhaust air flow from inside to the outside of factory building and office. This product was originally created using two process tools i.e for cutting and forming separately. Many parameters must be set so that it is ineffective and efficient. This study aims to produce the concept of combination tool design which is a tool for making products using  sheet  metal  by  combining  cutting  and  forming  a  one-time  process.  Variations  of  alternative concepts and process  stages are made then assessed  based on several factors to get the concept selected in the design process based on VDI 2222 method. From the design process is produced the concept  of  combination  tool  design  with  dimensions  of  1012  mm  x  826  mm  x  516  mm  and  total combination style 97.5 tons.
Keywords: combination tool, drawing process, deep drawing, presstool, VDI 2222

## 1.  PENDAHULUAN
Perkembangan  industri  semakin  pesat  dengan adanya  teknologi  informasi  yang  dapat  diakses dengan  mudah  oleh  siapa  saja  dan  dimana  saja. Mereka  dituntut  untuk  selalu  mengikuti  kemajuan teknologi  pada  setiap  lini  produksinya.  Pada umumnya,  teknologi  yang  digunakan  adalah otomatisasi  dalam  menghasilkan  produk  untuk mencapai produktifitas yang sangat tinggi. Proses menghasilkan  suatu  produk  dari  bahan  mentah/ setengah  jadi  menjadi  bahan  yang  sudah  siap digunakan dengan adanya nilai tambah melibatkan teknologi  didalamnya  disebut  proses  manufaktur (Kalpakjian, 2005:22-36).
Didalam  industri  manufaktur,  istilah Quality , Cost ,  and Delivery ( QCD )  merupakan  hal  yang sangat  berhubungan  erat  dalam  setiap  aktivitas produksi  (Biswajit,  2015:74-82).  Kualitas  ( quality ) produk  yang  dihasilkan  dituntut  untuk  sesuai dengan  standar  yang  berlaku  dipasar  sehingga harga  dasar  ( cost )  yang  ditawarkan  ke  pasar sangat tinggi karena berkaitan dengan waktu dan proses  pengerjaannya ( delivery ). Oleh karena itu, seringkali  industri  melibatkan  institusi  pendidikan dalam  membantu  memenuhi  kebutuhan  pasar dengan cara optimalisasi produk atau proses.
PT  Tamura  adalah  perusahaan  manufaktur
yang  bergerak  dalam  bidang  instalasi  pengatur temperatur  udara.  Salah  satu  produk  yang dihasilkan adalah air vent non-cylinder . Produk ini berfungsi  untuk  mengalirkan  udara  dari  dalam  ke luar  ruangan  yang  dipasang  pada  setiap  dinding- dinding  terluar  pada  bangunan  seperti  gedung perkantoran dan pabrik.
Pada  awalnya,  produk  ini  dibuat  dengan menggunakan alat bantu ( tools ) proses sebanyak tiga  buah.  Proses  pertama  adalah  pemotongan ( cutting ),  kedua  adalah  pembentukkan  ( forming ) dan ketiga adalah pemotongan sisi ( parting ). Ketiga proses  diatas  tentunya  sangat  menyita  waktu, terutama  dalam  hal  pengaturan  parameter  dari tiap-tiap tools .
Penelitian  ini  bertujuan  untuk  mengkaji  serta membuat rancangan combination tools yang dapat menggabungkan ketiga proses pembuatan menjadi  satu  kali  proses  sehingga  diharapkan mampu  bersaing  dengan  industri  sejenisnya. Metode  VDI  2222 merupakan  perumusan  desain secara  sistematik  dan  pengembangan  berbagai macam  metode  desain  sebagai  akibat  kegiatan penelitian  (Pahl,  2010).  Sehingga,  metode  ini digunakan  dalam  proses  perancangan  dengan menambahkan  beberapa  penyesuaian  parameter didalamnya.

## 2. TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Presstool
Press  tool adalah  peralatan  produksi  atau cetakan  yang  berfungsi  untuk  memotong (cutting) dan  membentuk (forming) material pelat  baja (sheet  metal) yang  hasil  akhirnya menjadi suatu produk yang disebut sheet metal product. Proses  memotong  dan  membentuk tersebut dilakukan dengan menggunakan mesin press sehingga  dihasilkan  produk sheet  metal dengan  jumlah  yang  banyak (mass  production) dan kualitas yang konsisten (Theryo, 2009:63).
2.2 Combination Tool Combination tool
adalah tool yang menggabungkan  dua  atau  lebih tool proses pemotongan  dan  proses  pembentukan  secara bertahap  pada station yang  sama  dalam  satu kali operasi (stroke). Tujuan pembuatan combination  tool adalah  mengurangi  biaya pembuatan tool dengan  mereduksi  jumlah tool untuk membuat sebuah produk, memperpendek cycle time, dan penghematan pemakaian mesin.

## 2.3 Proses pemotongan
Dalam proses pemotongan (Gambar 2.1.) untuk produk air  vent non-cylinder  terdapat  dua  jenis proses pemotongan yaitu pemotongan keseluruhan  seperti  pada  Gambar  2.1(a) ( blanking )  dan  pemotongan  sebagian  seperti pada Gambar 2.1(b) ( parting ).
(a) blanking (b) parting scrap Produk
Gambar 2.1 Jenis proses pemotongan
Pemotongan  keseluruhan  adalah  proses pemotongan  pada  seluruh  sisi  dari  bentuk produk yang menghasilkan produk secara utuh. Sedangkan  pemotongan  sebagian  merupakan pemotongan untuk menghasilkan produk dengan  pemotong  pembagi  dan  bagian  yang terpotong menjadi scrap atau tidak terpakai. Pada  tahapan  pemotongan,  parameter penetrasi  dari  alat  dan  jarak  kebebasan ( clearance )  menjadi  pertimbangan  selanjutnya. Besarnya penetrasi normal dapat menggunakan faktor pengali 0.3 s.d. 0.5 dari tebal pelat (Ivana, 2006).  Sedangkan  untuk clearance didapatkan dengan melihat tabel konstanta dengan memasukkannya kedalam pers. (1).
= (1)
dimana,
CL = besarnya clearance per-sisi (mm); c = konstanta material; dan S  = tegangan geser material (N/mm 2 ).
Selain mempertimbangkan parameter diatas, diperlukan juga perhitungan jumlah energi yang dibutuhkan untuk memotong sheet metal (pers. (2)) dengan mengalikan konstanta 0.8 terhadap besarnya  tegangan  maksimum  material  0.8 serta dikalikan dengan hasil perhitungan keliling potong  dari  produk  dan  tebal  pelat  (Hilbert, 1970).
= 0,8 ∙ ∙ ∙ (2)
dimana,
Ps  = besarnya gaya yang dibutuhkan (N);
= tegangan maksimum (N/mm 2 );
K  = keliling potong (mm); dan
s  = tebal pelat (mm).

## 2.4 Proses pembentukkan
Pada proses pembentukkannya, produk air vent non-cylinder dibentuk  dengan  menggunakan metode deep  drawing  tools . Metode  ini digunakan  untuk  membentuk sheet  metal menjadi  bentuk  mangkuk  atau  wadah  dengan bentukan  konturnya  mengikuti punch dan dies tanpa  mengurangi  ketebalan  serta volume secara signifikan (Schuler, 2002:156).
Berdasarkan  bentukannya, deep  drawing tools memiliki beberapa komponen diantaranya, punch, dies, dan blank holder (Colgan M, 2003). Di  dalam  proses deep  drawing ,  ada  beberapa parameter  yang  perlu  diperhatikan  seperti, perhitungan bentangan, jumlah tahapan proses, dan clearance antara punch dan dies .  Untuk mendapatkan  bentangan  awal  ( fix  blank ) dilakukan  dengan  cara  menghitung  luas  area atau  menghitung  keliling  bentukan  seperti Gambar 2.2.
Gambar 2.2 Perhitungan bentangan awal
Parameter  selanjutnya  adalah  perhitungan jumlah tahapan proses dengan membandingkan antara  ukuran fix  blank dari  produk  terhadap kedalaman  pembentukkan  produk  (Hilbert, 1970:212). Kondisi tersebut merupakan batasan yang  digunakan  untuk  menentukan  urutan proses pada deep drawing atau draw ratio .
= . ∙ (3)
dimana, n  = jumlah tahapan proses; h  = tinggi produk (mm); dan d  = diameter produk(mm).
Sedangkan  untuk  parameter clearance antara punch dan dies didapat  dengan menghitung  besarnya radius / diameter punch dan dies terhadap  tebal  material  (Hilbert, 1970:251) seperti pada Gambar 2.3.
Gambar 2.3 Clearance antara punch dan dies
Untuk  mendapatkan  nilai clearance dapat dilihat pada Pers. (4) dengan menghitung radius pada punch (Pers.(5))  serta radius pada dies (Pers.(6)) terlebih dahulu.
= ( − )/2 (4) = (3~5) (5) = 0,05[50 + ( − )] ∙ √
(6)
dimana: = clearance (mm); = diameter dies (mm); = diameter punch (mm); = radius punch (mm); = radius dies ; = diameter dies (mm); dan = diameter punch (mm).

## 2.5 Gaya Pembentukkan
Proses pembentukkan membutuhkan gaya yang besarnya  berbanding  lurus  dengan  besarnya keliling  produk  serta  tebal  material  (Hilbert, 1970:298) seperti pada Pers. (7).
= ∙ ∙ ∙ (7)
dimana:
= gaya pembentukkan (N);
= keliling produk (mm); = tebal material (mm);
= tegangan tarik material (N/mm 2 ); dan = faktor koreksi.
Disamping  itu,  perhitungan  besarnya  gaya penekanan blank holder saat proses pembentukkan  didapatkan  dengan  menghitung diameter fix  blank serta  diameter  produk  jadi (Pers. (8)).
= ( − ) ∙  0,785 ∙ (8)
dimana:
= gaya blankholder (mm);
= diameter blank ; = diameter produk; = tekanan spesifik (didapat dari Pers. (9)); = koefisien pembanding.
= . ( − 1) + , (9) 2.6 Metode Perancangan VDI 2222 Proses perancangan combination tool menggunakan  metode  yang  dipadukan  dengan metode  perancangan VDI  2222 (metode  yang dihasilkan  dari  persatuan  para  insinyur  Jerman). Metode  ini  diawali  dengan  proses  merencana untuk  menghasilkan  spesifikasi  produk  beserta tuntutan teknisnya sampai dengan proses penyelesaian untuk menghasilkan gambar konsep beserta gambar detailnya ( Wiendahl, 1981 ) seperti pada Gambar 2.4.
Gambar 2.4 Metode perancangan VDI2222

## 3.  METODE PENELITIAN

## 3.1 Merencana
Proses merencana, bentangan awal produk ( fix blank )  dihitung  berdasarkan  spesifikasi  dan tuntutan  produk  seperti  pada  Gambar  3.1. Material  produk  terbuat  dari  aluminium  tipe Al6111 yang memiliki kekuatan tarik maksimum sebesar  280  N/mm 2 ,  sedangkan  ketebalannya sebesar  1  mm  dengan  batasan  penyebaran penipisan  produk  sebesar  20%  dari  tebal produk.

## Gambar 3.1 Gambar produk

## 3.2 Mengonsep
Pada proses ini,  pembuatan konsep  rancangan dibuat beberapa alternatif yang kemudian dinilai serta dipilih
alternatif
yang
paling memungkinkan  untuk  dibuatkan combination tool secara  utuh.  Beberapa  parameter  seperti konstruksi, keterbuatan, serta perawatan digunakan sebagai pertimbagan dalam pembuatan konsep.
Alternatif satu dengan tahapan proses dibuat dengan  konsep  rancangan push  through  tool yaitu  terdiri  dari punch yang  terletak  diatas, sedangkan dies diletakkan  dibagian  bawah seperti  pada  Gambar  3.2.  Namun,  untuk konstruksi inverted  tool terdiri  dari punch yang terletak  pada  bagian  bawah,  sedangkan dies terletak dibagian atas seperti pada Gambar 3.3.
Gambar 3.2 Alternatif 1 push through tool
Gambar 3.3 Alternatif 2 inverted tool
Pada alternatif konsep 1 memiliki kelebihan tool lebih  sederhana  dalam  hal  konstruksi,  namun gaya yang bekerja pada blankholder tidak stabil tidak  seperti  pada  alternatif  konsep  2.  Hal  ini disebabkan  karena  pada  alternatif  konsep  2 menggunakan  sistem pad yang  berfungsi sebagai  pembantu  pendistribusian  gaya  pada saat proses pembentukkan.
Pertimbangan  lain  adalah  pada  alternatif konsep  1  dibutuhkan  area stripper yang  besar, sedangkan  pada  alternatif  konsep  2  area  kerja relatif  kecil  sehingga  berpengaruh  terhadap pegas stripper yang  dibutuhkan  lebih  kecil. Faktor  kestabilan  aliran  material  juga  menjadi pertimbangan,  sehingga  pada  alternatif  konsep 1  relatif  tidak stabil tidak  seperti  pada  alternatif konsep  2.  Hasilnya,  alternatif  konsep  2  terpilih dengan  mempertimbangkan kestabilan  material serta
konstruksi
walaupun dalam pembuatannya, konstruksi inverted tool tergolong relatif rumit karena terdapat beberapa komponen tambahan.
Selanjutnya, konsep
loading-unloading material juga dipertimbangkan dengan berdasarkan pada layout strip material. Gambar 3.4  menunjukkan  konsep  arah  material sheet metal yang  akan  dimasukkan  kedalam tool . Proses tersebut dimulai dengan memasukkan fix blank ,  kemudian  proses  pembentukkan  serta pemotongan.
Gambar 3.4 Tahapan proses loading-unloading
Setelah  proses  pembuatan  konsep  tersebut diatas,  untuk  memastikan  bahwa  produk  dapat dibentuk  dan  dibuat  dalam  satu  kali  proses, maka  memerlukan  perhitungan  diantaranya, tahapan proses, perhitungan
gaya pembentukkan,  serta  perhitungan  gaya  secara keseluruhan.
= + + + + = 337457,79 + 325080 + 16872,88 +116642,8 + 16254 = 812260 = 812260 = 812,26 = ∙ 1,2 = 812,26 ∙ 1,2
= 974,7 = 97,47
Dari  analisis  perhitungan  diatas  didapatkan gaya seluruh proses pemotongan dan pembentukkan  pada combination  tool dalam satu kali proses adalah sebesar 97,5 ton.

## 3.3 Merancang
Pada  tahapan  merancang, combination  tool dibuat  dalam  bentuk draft rancangan  yang meliputi  mekanisme  stripper  dengan  tipe inverted  tool  secara  keseluruhan  seperti  pada Gambar 3.5.
Gambar 3.5 Konstruksi baji, slider, dan stripper
Konstruksi
seperti gambar diatas
memungkinkan tool untuk  bergerak  secara horizontal  dengan  adanya  bantuan  baji  yang bergerak  secara  vertikal  kemudian  di  konversi oleh komponen slider untuk arah horizontalnya.
Metode ini digunakan untuk proses pembentukkan produk pada arah samping untuk proses cutting maupun forming pada combination tool tipe inverted tool . Secara keseluruhan, konstruksi combination tool tipe inverted dibagi  menjadi enam tahapan mekanisme  seperti  pada  Gambar  3.6  Seluruh komponen tool sebelum  bekerja  (Gambar 3.6(a)).  Pada  saat sheet  metal yang  berupa bentangan  produk,  maka tool bergerak  turun sebesar 6 mm sampai posisi stripper menyentuh fix blank  (Gambar  3.6(b)).  Tahapan  berikutnya adalah tool turun  sebesar  9  mm  yaitu punch memotong  strip  material  atau  disebut blanking (Gambar 3.6(c)).
(a) (b) (c) (d) (e) (f) Gambar 3.6 Tahapan mekanisme tool Tahapan mekanisme selanjutnya adalah proses drawing 1 dengan tool bergerak sebesar 85 mm sehingga dies menekan strip material dan punch drawing 1  mulai  membentuk  (Gambar  3.6(d)).
Proses  selanjutnya  adalah drawing 2  dengan melibatkan tool turun  sebesar  23,17  mm sehingga dies menekan strip material dan punch mulai  membentuk flange  side (Gambar  3.6(e)).
Proses  terakhir  adalah  pengeluaran  produk dengan  menggerakkan tool pada  posisi  teratas seperti pada tahapan Gambar 3.6(a).

## 4.3 HASIL DAN DISKUSI
Perhitungan bentangan awal produk dengan jenis material Al6111 untuk proses deep drawing adalah sebesar  164.444  mm 2 .  Sedangkan  banyaknya proses  yang  diperbolehkan  untuk  karakteristik material tersebut adalah satu kali proses. Besarnya bentangan  tersebut  didapat  dari  perhitungan secara manual dengan mempertimbangkan parameter-parameter  pada  produk  dan  proses yang akan dilakukan.
Berdasarkan  hasil  dari  studi  perancangan combination  tool dengan  menggunakan  metode VDI  2222 ,  maka  didapatkan  sebuah draft rancangan  dengan  menggunakan  jenis inverted tool .  Adapun tool  set dalam  komponen presstool secara keseluruhan dapat dilihat pada Gambar 3.7. Beberapa draft rancangan  disajikan  dalam beberapa  pandangan  yang  terdiri  dari  padangan utama  dan  pandangan  potongan  serta  bukaan presstool . Penyetelan pada mesin press dipermudah  dengan  adanya marking pada  setiap bukaan gambar draft untuk memudahkan operator dalam proses uji coba seperti pada Gambar 3.8.
Gambar 3.7 Draft rancangan combination tool
Gambar 3.8 Peletakkan marking serta pandangan bukaan pada presstool

## 5.  KESIMPULAN
Berdasarkan dari studi penelitian yang dilakukan,  terdapat  tiga  kesimpulan  yang diantaranya: 1.  Penggabungan tool proses dapat  dilakukan dengan kajian berdasarkan metode perancangan VDI  2222 dalam  upaya peningkatan  optimalisasi  QCD  ( Quality, Time, and Delivery ).
2.  Hasil  dari  kajian  penelitian  yang  berupa gambar draft  combination  tool dengan  tipe inverted dapat  dijadikan  sebagai  alternatif solusi  proses  untuk  menghasilkan  produk sheet metal . 3.  Dimensi total dari draft rancangan combination  tool sebesar  1012  mm  x  826 mm  x  516  mm  dengan  gaya presstool sebesar  97,5  Ton  yang  memungkinkan penggunaan nya  pada mesin press dengan kapasitas maksimum sebesar 120 ton.

## DAFTAR PUSTAKA
[1].  Biswajit  Sarkar,  Kripasindhu  Chaudhuri, Ilkyeong  Moon.  (2015). Manufacturing  setup cost reduction and quality improvement for the distribution  free  continuous-review  inventory
model with a service level constraint . Journal of Manufacturing Systems, Volume 34, Pages 74-82.
[2].  Colgan M, Monaghan J. (2003) . Deep drawing process:  analysis  and  experiment .  J.  Mater. Process. Technology. Page 132(1–3):35–41.
[3].  Hilbert,  Heinrich  L.  (1970). Stanzereitechnik Band II . Munchen. Carl Hanser Verlag.
[4].  Kalpakjian,  Serope;  Steven  Schmid  (2005). Manufacturing,  Engineering  &  Technology . Prentice Hall. pp. 22–36.
[5].  Pahl,  G.,  Beitz,  W.  (2010). VDI  Guideline 2222, Systematic approach to the development  and  design of technical  system and  products .  Verein  Deutscher  Inginieure. Berlin: Beuth Verlag.
[6].  Schuler  GmbH.  (2002). Metal  Forming Handbook . New York: Springer.
[7].  Suchy,  Ivana.  (2006) .  Handbook  of  Die Design  2nd  edition .  New  York:  Mc  Graw-Hill
Book Company. [8].  Theryo, Rony Sudarmawan. (2009). Teknologi Press Dies. Yogyakarta: Kanisius.
[9]. Wiendahl, H-P. (1981). Five years experience with  VDI  2222  guideline  in  a  large  capital equipment enterprise . Design Studies 2. Pages 165-170.