e -ISSN: 2548-9828
Analisa Kekuatan Material ASTM A36 Pada Konstruksi Ragum Terhadap Variasi Gaya Cekam Dengan Menggunakan Software SolidWorks 2013
Fedia Restu * , Rahman Hakim, Faris Saiful Anwar #
 Batam Polytechnics
Mechanical Engineering Study Program Jl. Ahmad Yani, Batam Centre, Batam 29461, Indonesia
E-mail: fedia@polibatam.ac.id

## Abstrak
Ragum merupakan alat yang erat kaitannya dengan pekerjaan teknik ,karena fungsinya untuk menjepit benda kerja. Banyak jenis ragum yang dapat dijumpai seperti juga ragum hasil pembuatan alat di Politeknik Negeri Batam. Salah satu variabel untuk mengetahui kekuatan konstruksi dari ragum adalah dengan mengukur tegangan yang terjadi ketika saat melakukan pencekaman. Penelitian ini untuk mengetahui kekuatan material ragum saat terjadi pembebanan dengan nilai gaya 94,75 KN dan divariasi lebih rendah serta lebih tinggi dari nilai tersebut. Penelitian  dilakukan  secara  simulasi  dengan  menggunakan software SolidWorks  2013 . Hasil  simulasi menunjukkan  bahwa  tegangan  maksimum  yang  diakibatkan  ialah  51.811.816  N/m 2 serta  variasi  gaya  yang diberikan  menghasilkan  tegangan  maksimum  yang  masing-masing  nilainya  ialah  51.267.120  N/m 2 dan 52.358.640 N/m 2 ,  nilai dari tegangan maksimum yang dihasilkan dari analisa simulasi tersebut masih dibawah dari batas kekuatan luluh material ( yield strength ) material konstruksi ragum itu sendiri, dengan menggunakan material ASTM A36 yang mempunyai kekuatan luluh 250 X 10 6 N/m 2 , oleh karena itu displacement dan Strain yang terjadi akibat dari pencekaman masih bersifat sangat elastis, untuk deformasi maksimum hanya mencapai 0,02548 mm serta regangan maksimum hanya terjadi sampai 0,0001859 mm.
Kata kunci: Simulasi, Ragum,Variasi gaya cekam,Solidworks 2013

## Abstract
Vise is a tool that is very related to engineering work, because its function is to clamp the workpiece. Many types of ragum that can be found as well as vise the result of making tools in Batam State Polytechnic. One of the variable to know the strength of the construction vise is by measuring the stress that occurs  when during the clamping. This research is to know the strength of the material from vise when loading with the value of 94,75 KN and then variation lower and higher than that value.  Research conducted with simulations using software SolidWorks 2013. The simulation results show that the maximum stress caused was  51.811.816 N/m 2 and the variation of  given  force  results  maximum stress of each  value is  51.267.120 N/m 2 and 52.358.640 N/m 2 , the value of maximum stress resulting from the simulation analysis is still below the limit of yield strength of the construction material vise, using ASTM A36 material having a yield strength of 250 X 10 6 N/m 2 , therefore the displacement and strain occurring due to retouching are still very elastic, for maximum deformation only reach 0,02548 mm and maximum strain only occurs to 0,0001859 mm .
Keywords : Simulation, Vise, Variation clamp force, Solidworks 2013

## 1 Pendahuluan
Perkembangan  zaman  yang  disertai  oleh perkembangan  ilmu  pengetahuan  dan  teknologi (IPTEK)  yang  pesat  menciptakan  era  globalisasi  dan keterbukaan  bagi  setiap  individu  untuk  ikut  serta didalamnya,  sehingga  sumber  daya  manusia  harus menguasai  IPTEK  serta  mampu  mengaplikasikannya dalam  setiap  kehidupan.  Dalam  bidang  rekayasa
teknik  mesin  ada  sebuah  praktek  kerja  yang melibatkan  keahlian  dalam  bidang  mekanikal  yaitu kerja bangku. Kerja bangku adalah kegiatan produksi yang  dilakukan  tanpa  menggunakan  mesin  berat, hanya menggunakan alat–alat yang langsung digunakan  oleh  tangan  manusia.  Contohnya  dalam berbagai  kegiatan  seperti:  menggergaji,  mengetap, menyenai,  mengikir  dan  menggambar    pada  benda kerja.
Dalam sebuah workshop pasti terdapat alat perkakas kerja tangan  untuk  memudahkan ataupun  merapikan suatu  proses  akhir.  Dalam  hal  ini  fungsi  ragum sebagai  alat  untuk  menjepit  benda  kerja  sangat penting.  Ragum  adalah  suatu  alat  penjepit  untuk menjepit  benda  kerja  yang  akan  dikikir,  dipahat, digergaji,  ditap,  diseney.  Dengan  adanya  ragum, benda  kerja  yang  akan  digergaji,  diseney,  dikikir ataupun dipahat bisa dengan kencang dijepit sehingga memudahkan dalam proses pengerjaan dan hasil dari sebuah  proses  akan  maksimal.  Ragum  sendiri memiliki komponen yang melengkapinya, antara lain tangkai  ragum,  rahang  tetap  dan  rahang  gerak. Komponen  yang  terdapat  pada  sebuah  ragum masing-masing  memiliki  fungsi  tersendiri.  Karena sangat  pentingnya  kegunaan  sebuah  ragum  pada proses  pekerjaan  tangan  maka  diperlukan  perawatan agar tidak mudah rusak[1].
Di  Politeknik  Negeri  Batam  itu  sendiri  banyak dijumpai  berbagai  macam  jenis  ragum  ,  karena didalam proses praktikum perkuliahan tentu memerlukan  alat  pencekam  benda  kerja.  Contohnya pada  mata  kuliah  kerja  bangku,  proses  pemesinan dasar  ,  serta  dalam  praktikum  CNC.  Karena  sangat dibutuhkannya  ragum  untuk  alat  pencekaman  benda kerja  pada  sebuah  pekerjaan  ,maka  penulis merancang  pembuatan  sebuah  ragum  yang  hasilnya diharapkan  dapat  digunakan  untuk  membantu pekerjaan  di  industri  rumahan,  bengkel,  dsb. Walaupun  rancangan  ragum  ini  belum  mampu bersaing  dengan  ragum-ragum  pabrikan,  namun diharapkan  mempunyai  nilai  lebih  yaitu  dari  segi ekonomis  (harga  yang  lebih  terjangkau),  karena material  yang  digunakan  merupakan  sisa  hasil produksi  di  perusahaan  penulis  bekerja  yang  sudah tidak  dipakai  dan  dimanfaatkan  kembali  sehingga tercapai  tujuannya  apabila  dapat  diproduksi  massal dapat dijangkau oleh perorangan.
Untuk  kekuatan  pencekaman  ragum  itu  sendiri sangat dipengaruhi dari batang ulir penggerak rahang cekamnya. Maka dari itu pemilihan bentuk desain ulir juga  menjadi  fokus  tersendiri  agar  rancangan  ragum tersebut  selain  kuat  dalam  pencekaman  benda  kerja tentu juga akan tahan lama dari segi umur pemakaian .
Di dalam Teknik Mesin ulir dibedakan menjadi dua kelompok menurut fungsinya, yaitu ulir pengikat ( threaded  fasteners )  dan  ulir  daya  ( power  screws ). Ulir  pengikat  berfungsi  untuk  menyambung  atau mengikat  dua  elemen,  contohnya  berbagai  macam baut dan mur. Ulir daya berfungsi untuk mendapatkan keuntungan mekanik yang besar, biasanya diterapkan pada  dongkrak  ulir  ,  klem,  mesin  pres,  ragum,  dan sebagainya[2].  Ulir  dibuat  dengan  membuat  alur melingkar  menanjak  pada  dinding  silinder.  Ulir  bisa tunggal yaitu kalau hanya satu alur dan ulir ganda bila terdapat  dua  alur,  dan  alur  multiple  bila  alurnya banyak.  Ulir  bisa  mengarah  ke  kiri  atau  kanan  yang disebut ulir kiri atau ulir kanan[3].
Setelah  membahas  ulir  karena  yang  menjadi sumber  kekuatan  pencekaman  ragum,  hal  lain  yang perlu diperhatikan ialah masalah beban rahang cekam itu  sendiri.  Karena  akan  berpengaruh  terhadap besarnya momen puntir / torsi ulir yang juga sebagai referensi  analisa  gaya  tekan  ragum  terhadap  benda kerja.
Kemajuan teknologi informasi sangat membantu pada proses perancangan ragum agar lebih cepat  dan  hemat  biaya,  dikarenakan  proses simulasinya dilakukan menggunakan perangkat lunak. Dari  hasil  simulasi  dapat  menentukan  apakah rancangan  tersebut  dapat  di  aplikasikan  atau  tidak sebelum rancangan tersebut di produksi[4]. Software SolidWorks 2013 sangat membantu untuk menganalisa  tegangan,  perubahan  bentuk,  dan regangan  pada  rahang  serta  kontruksi  lain  ragum apabila  diberikan  tekanan  untuk  mencekam  benda kerja.  Karena  tujuan  dari  penelitian  ini  ialah  untuk menganalisa  rancangan  ragum  tersebut  dari  segi kekuatan  material  yang  menggunakan  material ASTM A36. Kemudian dimensi terbesar benda kerja yang dapat dilakukan pencekaman dengan ragum ini. Dengan  menggunakan software SolidWorks  2013 akan  mendapatkan  hasil  simulasi  yang  bisa digunakan  referensi  untuk  antisipasi  kesalahan sehingga  tingkat  kegagalan  untuk  memproduksi rancangan ragum tersebut bisa dihindari.

## 2 Metodologi Penelitian
Metodologi  penelitian  ini  digunakan  untuk mengetahui  analisa  kekuatan  ragum,  dengan  metode pembuatan  desain  yang  sama  dengan  hasil  ragum yang telah dibuat  menggunakan software SolidWork 2013. Desain tersebut nantinya yang akan digunakan untuk analisa pendistribusian tegangan dan perubahan bentuk  dari  rangkaian  ragum  terhadap  variasi  gaya cekam  yang  materialnya  sudah  ditentukan  mengacu pada  material  ragum  sebenarnya  yaitu  ASTM  A36, serta mengasumsikan material dari benda kerja yang dicekam juga ASTM  A36. Karakteristik dari ASTM A36 diperlihatkan pada Tabel I.
TABEL I

## KARAKTERISTIK MATERIAL ASTM A36 [5].
Property Value Units Elastic Modulus 2e+011 N/m^2 Poissions Ratio 0,26 N/A Shear Modulus 7,93e+010 N/m^2 Density 7850 Kg/m^3 Tensile Strenght 400000000 N/m^2 Yield Strenght 250000000 N/m^2
Desain  dan  dimensi  dari  bentuk  ragum ditunjukkan pada Gambar I  dan Gambar II.
Gambar 1 : Desain 3D dari ragum.

## Gambar 2 : Dimensi dari ragum.
Simulasi pencekaman pada ragum dilakukan antara face rahang  cekam  terhadap  benda  kerja  yang  di asumsikan  dimensinya  ialah    panjang  110  mm  , lebar  78  mm,  dan  tinggi  60  mm,  mengacu  dengan lebar  maksimal  dari  pencekaman  ragum  seperti dapat dilihat pada Gambar 3.
Gambar 3 : lebar maks pencekaman.

## Alat dan Bahan.
Alat  dan  Bahan  yang  digunakan  untuk  penelitian adalah sebagai berikut:
1. Seperangkat  komputer  dengan  spesifikasi sebagai berikut:
a. Intel  (R)  Core  (TM)  i5-4570  CPU @ 3,20 GHz
b. Memori 8,00 GB
c. VGA NVIDIA GeForce GT 730
2. Perangkat  lunak  ( software) SolidWorks 2013  yang  digunakan  untuk  melakukan simulasi.
3. Data  –  data  referensi  untuk  pengujian kekuatan material dari - ragum.

## Diagram Alir.
Secara  umum,  metodologi  penelitan  dalam analisa  kekuatan  material  pada  ragum  terhadap variasi  gaya  cekam  dengan  menggunakan software SolidWorks 2013 ditunjukkan pada Gambar 4. Yaitu diawali  dengan  mulai  kemudian  mengidentifikasi masalah  dari  apa  saja  yang  dibutuhkan  untuk melakukan  penelitian,  lanjut  ke  pengumpulan  data yang  berisi  tentang  parameter  apa  yang  digunakan untuk analisa ,kemudian untuk selanjutnya membuat  desain  tiga  dimensi,  lalu  melakukan simulasi  dengan  berbagai  tahap  yang  harus dilakukan  dan  jika  berhasil  maka  bisa  menarik kesimpulan  dari  penelitian.  Namun  apabila  terjadi error atau  kegagalan  dalam  analisa  data  simulasi maka harus diulang dari langkah awal pensimulasian  sampai  berhasil  dengan  capaian keberhasilan  tersebut  ialah  memunculkan  analisa stress , displacement , serta strain dari desain ragum tersebut.
115 | Jurnal Integrasi | Vol. 9, No. 2, October 2017, 113-118 | e -ISSN: 2548-9828

## Gambar 4 : Diagram alir metodologi penelitian
Guna  mendapatkan  nilai  gaya  pencekaman benda  kerja,  maka  sebelumnya  akan  dilakukan pencarian  pada  kekuatan  torsi  ulir  yang  digunakan untuk pencekaman ragum tersebut, dengan menggunakan  torsi  meter.  Setelah  nilai  torsi  pada ulir  diketahui  maka  selanjutnya  bisa  digunakan untuk menentukan perhitungan gaya yang menekan benda kerja .
Untuk  mengetahui  nilai  torsi  maksimal  pada shaft ulir penggerak ragum dilakukan eksperimen dengan menggunakan torsi meter seperti pada Gambar 5
Gambar 5: Penggunaan torsi meter pada ulir penggerak.
Pengencangan terus dilakukan sampai indikator dari torsi meter menunjukkan load terbesar yaitu sampai lampu LED berwarna merah menyala dan berbunyi
Gambar 6 : Hasil torsi maksimal
Sesuai  dengan  eksperimen  yang  dilakukan  maka didapatkan  torsi  maksimal  dari  ulir  penggerak ragum yaitu sebesar 379 N.m.
Selanjutnya  parameter  yang  dibutuhkan  untuk melakukan simulasi ini adalah nilai force atau gaya yang seolah mencekam benda kerja , sehingga nilai torsi hasil dari eksperimen tersebut diubah  menjadi nilai F dengan menggunakan persamaan 1[6].
T = K.Fi.d (1)
Persamaan  1  adalah  untuk  mencari  torsi dengan menggunakan nilai F yang sudah diketahui. Maka,  untuk  mencari  nilai  dari    F  bisa  digunakan persamaan 2.

## Fi = T / K.d
(2)
Dengan diketahui nilai  :
T = 379 N.m K = 0,2 [6] d = 0,02 m maka, dapat dihitung sebagai berikut: Fi = 379 N.m / 0,2 . 0,02 m
= 94,75 KN.
Nilai force inilah yang akan dijadikan referensi untuk  simulasi  pengujian  memakai software SolidWorks  2013  berbasis  metode  elemen  hingga. Analisis  pengujian  dilakukan  terhadap Von  Mises Stress yang    terjadi  pada  konstruksi  ragum  untuk mengetahui  kekuatan  material  apabila  diberikan nilai force untuk  pencekaman  benda  kerja  .  Dari pengujian juga dapat diketahui besarnya deformasi dan  regangan  yang  terjadi  pada  konstruksi  ragum tersebut.
Langkah  –  langkah  pengujian  adalah  sebagai berikut :
116 | Jurnal Integrasi | Vol. 9, No. 2, October 2017, 113-118 | e -ISSN: 2548-9828
1. Menyiapkan  desain  dalam  bentuk  3D  sesuai dengan kondisi ragum yang sebenarnya.
2. Menentukan  titik  tumpu  ( fixture )  dari  model ragum  dimana  ragum  tersebut  dapat  berdiri tegak.
3. Memberikan    gaya  dengan  arah  dan  besar sesuai dengan perhitungan dan arah pencekaman benda kerja.
4. Pembuatan  jaring  –jaring  elemen  hingga  atau mesh pada  model  ragum  untuk  mengetahui detail  pembebanannya,  langkah  ini  dilakukan otomatis  oleh perangkat lunak.
5. Melakukan perhitungan secara otomatis
menggunakan software SolidWorks 2013 .
6. Menganalisa  hasil  perhitungan  dari  simulasi perangkat lunak software SolidWorks 2013.
Langkah  –  langkah  pengujian  simulasi  model  tiga dimensi  dari  ragum  yang  terdapat  dalam software SolidWorks 2013 ditunjukkan pada Gambar 7.
Gambar 7: Langkah simulasi pengujian.
Titik tumpu pada simulasi dari ragum ini ialah pada bagian siku atau seperti yang terlihat pada Gambar 7, yang  seolah  terikat  di  atas  meja  kerja  sehingga menjadikan  ragum  tidak  bergerak  pada  saat digunakan  untuk  melakukan  pencekaman  benda kerja. Besar gaya yang diberikan untuk pencekaman adalah sesuai dengan perhitungan sebelumnya yaitu sebesar 94,75   KN dan akan divariasi nilai dari gaya untuk  pengujian  simulasi  lebih  rendah  dan  lebih tinggi  dari  besarnya  nilai  optimum  gaya  cekam tersebut.  Tipe mesh pada  analisis  dipilih  jenis curvature  mesh dengan density tinggi  supaya mendapatkan  hasil  perhitungan  yang  lebih  teliti, dengan jumlah total elemen 29.183.

## 3 Analisa Data dan Pembahasan
Dari  hasil  pengujian  simulasi  dengan  kondisi seperti  yang  telah  dipaparkan  sebelumnya  ,  maka didapatkan  besaran  nilai  dari Von-  mises  Stress maksimum  sebesar  51.811.816  N/m 2 pada  bagian plat  rahang  pencekaman  ragum  dan  benda  kerja. Nilai Von- mises Stress minimum yaitu sebesar 0,0 N/m 2 terletak pada pertengahan rahang tetap ragum. Hasil  dari  simulasi von-  mises  Stress ditunjukkan pada Gambar 8. dan Gambar 9.
Gambar 8: Plot kontur dari Von- mises Stress pada simulasi konstruksi ragum.
Gambar 9: Titik kritis dari Von- mises Stress pada simulasi konstruksi ragum.
Selain besarnya Von- mises Stress , juga dapat diketahui analisa simulasi deformasi ( displacement ) yang terjadi saat pencekaman ragum terhadap benda kerja. Deformasi terbesar ialah 2548 X 10 -2 mm dan terjadi  pada  ujung  poros  ulir  penggerak  ragum. Hasil  analisa  simulasi  terhadap  deformasi  dapat dilihat pada   Gambar 10.
Gambar 10: Displacement terbesar pada simulasi ragum
Dalam penelitian ini, pada simulasi dari SolidWorks 2013  terdapat Strain (  regangan  )  yang  juga  dapat dianalisis.    Nilai Strain maksimum  dari  ragum ketika  melakukan  pencekaman  ialah  sebesar 1859X10 -4 mm terjadi pada plat rahang ragum yang mencekam  benda  kerja  seperti  yang  dapat  dilihat pada Gambar 11.
Gambar 11: Hasil plot simulasi Strain pada simulasi ragum.
Untuk  variasi  dari  gaya  yang  diberikan  guna melakukan pencekaman terhadap benda kerja serta hasil  analisa  data  yang  diperoleh  dari  simulasi menggunakan software SolidWorks  2013  dapat dilihat dalam Tabel II.

## TABEL II

## VARIASI GAYA CEKAM DAN HASIL  SIMULASI
Force Maksimum deformasi Stress Strain 93,75 KN 0,02521 mm 51.267.120 N/m 2 0,0001839mm 94,75 KN 0,02548 mm 51.811.816 N/m 2 0,0001859mm 95,75 KN 0,02575 mm 52.358.640 N/m 2 0,0001879mm
Berdasarkan  simulasi  terhadap Von-  mises Stress  ,  Strain  , dan Displacement, dapat  diketahui bahwa  tegangan  maksimum  yang  terjadi  pada ragum  saat  dilakukan  pencekaman  benda  kerja sesuai  dengan  nilai  gaya  yang  ditentukan    yaitu sebesar  51.811.816  N/m 2 pada  bagian  plat  cekam dimana benda kerja terjepit, serta variasi gaya yang diberikan  menghasilkan  tegangan  maksimum  yang sedikit  terjadi  perbedaan  dengan  masing-masing nilainya  ialah  51.267.120  N/m 2 lebih  rendah  dan 52.358.640  N/m 2 untuk  yang  lebih  tinggi,  nilai tersebut    masih  dibawah  dari  kekuatan  luluh material yang digunakan (ASTM A36) yaitu 250 X 10 6 N/m 2 ,  sehingga  deformasi  yang  diakibatkan dari gaya cekam masih bersifat elastis, maka dari itu ragum  tersebut  aman  untuk  digunakan  sesuai fungsinya.

## 4 Kesimpulan
Dari  hasil  simulasi  pengujian  kekuatan material  konstruksi  ragum  terhadap  pencekaman benda  kerja  dengan  menggunakan software SolidWorks 2013 yang dilakukan pada penelitian ini maka dapat ditarik kesimpulan sebagai berikut :
Berdasarkan  analisa  pengujian  kekuatan material dari konstruksi ragum dengan menggunakan  perangkat  lunak  SolidWorks  2013, maka  diketahui Von-mises  Stress atau  tegangan maksimum yang diakibatkan ialah sebesar 51.811.816  N/m 2 serta  variasi  gaya  yang  diberikan menghasilkan  tegangan  maksimum  yang  sedikit mengalami  perbedaan  dengan  masing-masing nilainya  ialah  51.267.120  N/m 2 lebih  rendah  dan 52.358.640  N/m 2 untuk  yang  lebih  tinggi,    maka nilai dari tegangan maksimum yang dihasilkan dari variasi  gaya  yang  diberikan  masih  jauh  dari  batas kekuatan  luluh  material  ( yield  strength )  material konstruksi  ragum  itu  sendiri,  yang  menggunakan material  ASTM  A36  yaitu  mempunyai  kekuatan luluh  250X10 6 N/m 2 , oleh  karena  itu displacement dan Strain yang  terjadi  akibat  dari  pencekaman masih  bersifat  sangat  elastis,  untuk  deformasi maksimum  hanya  mencapai  0,02548  mm  serta regangan maksimum hanya terjadi sampai 0,0001859  mm.  Kelanjutan  untuk  penelitian  ini akan dibuat produk ragum yang sesuai dengan hasil analisa pengujian kekuatan material dalam penelitian ini.

## Referensi
[1] Etd UGM (2017). TugasAkhir-Perancangan dan Pembuatan Ragum Modular. From http://etd.repository.ugm.ac.id/index.php?act=v iew&buku_id=76760 28 februari 2017 .
[2] Besmart UNY (2017).Perancangan ulir daya.From
http://besmart.uny.ac.id/mod/resource/view.php ?id=5437 26 Februari 2017 .
[3] Dahlan  ,  Damhir.  2012. Elemen  mesin. Citra Harta Prima. Jakarta .
[4] Zulkarnain  ,  Riza  ahmad  (2016). Simulasi Tegangan dan Perubahan Bentuk Pada Rangka Sepeda  Air  Hamors  Menggunakan  Software Solidwork  2013. Jurusan  Teknik  Mesin Politeknik Negeri Batam.
[5] Paul Kurowski, “ Engineering 2014 SDC Analysis with SolidWorks Simulation ”, 2014.
[6] Albana, M Hasan (2016). Sambungan ulir From
: http://mhasanalbana.blogspot.co.id/2016/11/sa mbungan.html#more 8 Juni 2017.
118 | Jurnal Integrasi | Vol. 9, No. 2, October 2017, 113-118 | e -ISSN: 2548-9828