## CAKRAM
Jurnal Teknik Mesin:

## ANALISA KERUSAKAN PADA POROS DUDUKAN
BOTTOM PLATE DARI MESIN PENCAMPUR CAT DAN UPAYA PENCEGAHANNYA

## Slamet Rahardian
1 Program Studi Teknik Mesin, Universitas Pamulang, Jl. Surya Kencana No.1, Tangerang Selatan, Indonesia
E-mail : rahardianslamet87@gmail.com
Masuk :   23 Mei 2020 Direvisi : 03 September 2020
Disetujui : 24 September 2020
Abstrak : Permintaan akan Cat tembok pada pasar domestic yang tinggi menuntut penggunaan mesin yang selalu  dalam  kondisi  prima,  namun  pada  prakteknya  sering  terjadi  kerusakan  mesin.  Salah  satu  komponen  yang sering  terjadi  kerusakan  adalah  Poros  Dudukan Bottom  Plate Pada  Mesin  Pencampur  Cat.  Kerusakan  tersebut mengharuskan  dilakukannya  penghentian  proses  produksi  untuk  melakukan  perbaikan,  hal  ini  menyebabkan kerugian  waktu  dan  biaya  bagi  perusahaan.  Tujuan  penelitian  ini  dilakukan  adalah  untuk  mencari  penyebab  serta mengetahui  mekanisme  terjadinya  kegagalan  yang  terjadi  pada  Poros  Dudukan Bottom  Plate dengan  spesifikasi material baja karbon S45C. Hasil fraktografi menunjukkan bahwa permukaan patahan merupakan struktur martensit temper  yang  mempunyai  kekerasan  cukup  tinggi  dan  bersifat  getas  ( brittle )  sehingga  tidak  ada  deformasi  plastis pada permukaan patahan, tetapi dapat mengurangi ketahanan material terhadap  beban kerja unidirectional bending dan  mempunyai  konsentrasi  teganggan  yang  tinggi.  Kemudian    dapat  disimpulkan  bahwa  kerusakan  yang  terjadi pada  Poros  Dudukan Bottom  Plate dari  material  S45C  pada  mesin  pencampur  cat  disebabkan  oleh  patah  lelah (fatique fracture) , hal ini didukung oleh penjalaran patah dimulai dari satu sisi shaft dan daerah fatigue terjadi pada ¾ dari diameter Poros Dudukan Bottom Plate .
Kata kunci: Poros Dudukan BottomPlate, Mesin Pencampur Cat, Analisa Kerusakan, Pengujian.
Abstract: The  high  demand  for  wall  paint  in  the  domestic  market  demands  the  use  of  machines  that  are  always  in prime condition, but in practice engine breakdowns often occur. One of the components that often gets damaged is the Bottom Plate Mount Shaft on the Paint Mixing Machine. This damage requires stopping the production process to make repairs, this causes time and cost loss for the company. The purpose of this study was to find the cause and determine  the  mechanism  of  failure  that  occurred  in  the  Bottom  plate  mounting  shaft  with  S45C  carbon  steel material  specifications.  Fractography  results  show  that  the  fracture  surface  is  a  tempered  martensite  structure which has a high enough hardness and is brittle so that there is no plastic deformation on the fracture surface, but it can reduce the resistance of the material to unidirectional bending workloads and has a high tension concentration. Then it can be concluded that the damage that occurs to the BottomPlate Mount Shaft from the S45C material on the Paint  Mixing  Machine  is  caused  by  fatigue  fractures,  this  is  supported  by  fracture  propagation  starting  from  one side of the shaft and the fatigue area occurs at ¾ of the diameter of the Bottomplate Mount Shaft.
Keywords: Bottom Plate Mount Shaft, Paint Mixing Machine, Damage Analysis, Testing.

## PENDAHULUAN
Gyroscopic Mixer  merupakan  salah  satu  bagian  dari  mesin  yang  digunakan  pada  industri  cat,  untuk  menghasilkan produksi cat yang tinggi dengan waktu pembuatan yang relatif lebih singkat daripada dengan proses manual. Pemeliharaan
dan keandalan ( Maintenance and reliability) merupakan aktivitas yang berkaitan untuk mempertahankan peralatan sistem kerja mesin dalam kondisi  baik untuk waktu tertentu sehingga tidak mengganggu proses produksi. Dalam BBRM Gyroscopic Mixer (Buku besar riwayat mesin Gyroscopic Mixer ) tidak ditemukan standart baku umur poros dudukan bottom plate serta material yang digunakan. Kerusakan yang terjadi pada umumnya Patah, Aus dan Keropos sehingga jika kerusakan tersebut di tunda penggantiannya maka proses pencampuran ( mixing ) dalam mesin akan menyebabkan kaleng cat akan penyok atau tumpah dan  bocor ke sekitar mesin Gyroscopic Mixer .[1] Dari  hasil pengamatan visual pada Gyroscopic Mixer menunjukkan bahwa kerusakan mayoritas terjadi pada area bottom plate yang berfungsi untuk menjepit ( clamp ) kaleng / pail yang ditopang oleh Poros sebagai titik pusat beban yang diterima. Guna  memastikan  komposisi  material  serta  faktor  -  faktor  lainnya  perlu  dilakukan  pengkajian  umur  operasional    dengan pengujian laboratorium dan simulasi penggunaan. Pengujian yang dilakukan adalah uji komposisi material, uji kekerasan, dan uji metalografi dan melakukan pengamatan struktur mikro. Dari beberapa pengujian dan analisa yang dilakukan, diharapkan dapat menjadikan referensi pengambilan keputusan yang tepat. Belajar dari kegagalan adalah ungkapan yang populer saat ini menjadikan  perkembangan  ilmu  pengetahuan  di  bidang  teknik  pemeliharaan  semakin  maju.  Dalam  industri  pemeliharaan ( maintenance ), kegagalan-kegagalan komponen dari alat ( component of machine ) begitu banyak ditemukan dan mengganggu proses produksi .
Pemeliharaan adalah suatu kombinasi dari berbagai tindakan yang dilakukan untuk menjaga suatu barang dalam, atau memperbaikinya  sampai  suatu  kondisi  yang  bisa  diterima  sehingga  Pengertian  Pemeliharaan  lebih  jelas  adalah  tindakan merawat mesin atau peralatan pabrik dengan memperbaharui umur masa  pakai dan kegagalan / kerusakan mesin, Kerusakan yang  terjadi  pada  umumnya  patah,  aus  sehingga  jika  kerusakan  tersebut  ditunda  penggantiannya  maka  akan  menyebabkan patah dan menyebabkan kaleng / pail akan bergeser yang menyebabkan tidak berada pada posisi tengah  sehingga membuat getaran  yang  berlebihan  dan  membuat  barang  yang  dimixing  menjadi  tumpah  karena  penyok.  Kerusakan  menyebabkan berhentinya proses produksi karena penggantian atau perbaikan memerlukan waktu yang ± 2 Jam. Kerugian perusahaan akibat kerusakan tersebut meliputi biaya perbaikan, terlambatnya proses produksi lanjutan dan tertundanya pengiriman ke konsumen ( customer ).
Dari    hasil  pengamatan  visual  pada  Poros menunjukkan  bahwa  kerusakan  mayoritas  terjadi  aus  pada  area  dudukan bearing  sepanjang  permukaan,  cacat  atau  tercoaknya  Poros  pada  bagian  dudukan  bearing patah.  Analisa  kerusakan  diawali dengan memastikan komposisi material dan faktor - faktor lainnya, serta perlu dilakukan pengkajian melalui tahapan pengujian laboratorium penggunaan FEM. Pengujian  laboratorium meliputi uji komposisi  material, uji kekerasan, dan uji metalografi. Data - data hasil pemeriksaan dan pengujian diharapkan menjadi referensi analisa kerusakan dan pengambilan keputusan yang tepat.[1]

## METODOLOGI

## 1. PROSESDUR PENELITIAN
Proses penelitian analisa kerusakan Poros Dudukan Bottom Plate material S45C dan studi kelayakan pada operasi Mesin Gyroscopic  Mixer .  Secara  garis  besar  proses  penelitian  yang  dilakukan  untuk  mendapatkan  akar  penyebab kegagalan operasional dan studi kelayakan Poros Dudukan Bottom Plate pada operasi Mesin Gyroscopic Mixer seperti yang terlihat pada (Gambar 1) sebagai berikut :
Gambar 1. Diagram alir penelitian
Pengujian laboratorium dilakukan di B2TKS-BPPT Puspiptek Serpong dan Laboraturium Departemen Teknik Metalurgi dan Material, berikut ini pengujian yang dilakukan pada penelitian ini.

## 1.1 Pengamatan Visual / Metalografi
Pengamatan visual yaitu dengan melakukan pemeriksaan  secara langsung terhadap material Poros  Dudukan Bottom  Plate yang  mengalami  kerusakan  dan  kegagalan.  Untuk  mendapatkan  data  yang  lebih  akurat  dilakukan pengambilan  photo  pada  Poros  Dudukan Bottom  Plate yang  rusak  dan  komponen-komponen  lainnya  yang berhubungan dengan sistem operasi Mesin Gyroscopic Mixer tersebut. Pengamatan visual ini penting dilakukan untuk menentukan langkah pemeriksaan berikutnya dari pola kerusakan yang terjadi.

## 1.2 Pengujian Komposisi Kimia
Pemeriksaan komposisi kimia bertujuan untuk mengetahui komposisi material Poros Dudukan Bottom Plate sehingga dapat dilakukan komparasi  antara material desain dengan komposisi material Poros Dudukan Bottom Plate secara aktual. Alat yang digunakan untuk pemeriksaan komposisi kimia adalah Optical Emission Spectrometer , yang dilakukan  di  B2TKS-BPP  Teknologi  Puspiptek  Serpong.  Langkah-langah  pengujian  kimia  yang  dilakukan  sebagai berikut:
a) Pemotongan benda uji. b) Melakukan gerinda atau pengampelasan pada benda uji.
c) Benda uji dicek apakah kandungan yang terdapat pada material tersebut.

## 1.3 Pengujian Kekerasan
Uji  kekerasan  ( hardness  testing )  dimaksudkan  untuk  mengetahui  daya  tahan  Poros  Dudukan Bottom  Plate
terhadap deformasi plastis, ketahanan aus serta abrasif pada material. Hasil uji kekerasan digunakan untuk mengetahui nilai  kekuatan  kekerasan  ( hardness  strength )  serta  mendeteksi  ketahanan  material  Poros  Dudukan Bottom  Plate terhadap  penetrasi  permukaan  serta  memastikan  terjadinya  degradasi  kekuatan  mekanik.  Hasil  uji  kekerasan dibandingkan  dengan data  literatur  untuk  mengetahui  spesifikasinya  detailnya.  Beberapa  hal  yang  perlu  diperhatikan pada uji kekerasan sebagai berikut :
a) Permukaan sampel uji harus rata dan halus minimal 500ccw b) Diameter jejak dapat dilihat dan dihitung dengan menggunakan pembesaran melalui mikroskop optik.
Pada  pengujian  kekerasan  Poros  Dudukan Bottom  Plate ini  menggunakan  metode  pengujian  yakni metode skala vickers. Hal ini disebabkan adanya kondisi material yang mengalami pelunakan sehingga dapat dilakukan pengujian dengan skala Vickers (Hv).

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Poros  dudukan bottom  plate merupakan  komponen  dari  Mesin Gyroscopic  Mixer yang  berfungsi  sebagai  penopang piringan  yaitu  tempat  untuk  menjepit  kaleng  atau  pail  serta  sebagai  dudukan  untuk  memutar  kaleng  atau  pail  Cat  dengan putaran  yang  diinginkan    pada display control.  Poros  dudukan bottom  plate terpasang  pada  bagian  bawah  (dalam)  Mesin Gyroscopic Mixer . Sistem kerja dari bottom Plate sebagai penopang dari rubber plate bawah atau atas, sehingga mempunyai beban terhadap rubber plate dan juga dari proses Clamping dari kaleng atau pail. Kecepatan yang tinggi serta arah yang bolak- balik  mampu  menjadikan  poros  tersebut  patah  atau  aus.  prinsip  kerja  sederhana  dari  mesin gyroscopic  mixer yaitu  dibagi menjadi  2  langkah,  langkah  pertama  proses  menekan  (pressing)  upper  plate  dan  bottom  plate  secara  bersamaan  menekan kaleng atau pail kemudian dilanjutkan dengan langkah kedua proses berputar secara gyroscopic memutar kaleng atau pail Cat yang digerakkan menggunakan v-belt sepeti ditunjukan pada Gambar 2.
Gambar 2. Mekanisme kerja poros dudukan bottom plate [1]
3. Analisa Metalografi Poros Dudukan Bottom Plate [7]
Analisa Metalografi dilakukan untuk mempelajari tentang pemeriksaan logam agar dapat mengetahui adanya perubahan sifat, cacat material, perubahanan struktur material, serta perpindahan panas yang terjadi.

## 3.1 Pemeriksaan struktur makro
Poros dudukan bottom Plate seperti terlihat pada Gambar 3.  yang digunakan sebagai penahan beban untuk mencampur Cat mengalami kegagalan atau kerusakan, patah saat digunakan 6000 jam operasi.

## Gambar 3. Hasil pengamatan visual komponen Poros[2]
Kemudian pada (gambar 4. ) menunjukan posisi patah pada daerah radius yang terjadi pada poros dudukan bottom plate yang akan diamati secara makro.
Gambar 4.. Posisi patah pada daerah radius poros
Pada Gambar 5. menunjukkan bahwa Kedua permukaan patahan diamati secara makro menggunakan stereo mikroskop dari perbesaran 6x, 12x dan 25x

## Gambar 5. Pengamatan Perrmukaan patahan
Kemudian Gambar 6. menunjukan Permukaan patahan pada pangkal Poros, ½ bagian merupakan patah lelah (farique fracture) yang berawal dari tepi satu sisi (bidang A). Penjalaran patah lelah berhenti disebabkan di lubang baut dan berlanjut kembali  (bidang  B  dan  C)  sedangkan  patah  sisa  (D)  mempunyai  permukaan  kasar.  Pada  daerah  tepi  (E)  terdapat  indikasi adanya  perbedaan  jenis  material  arah  melingkar.  Jadi    jenis  permukaan  patahan  Poros  termasuk low  nominal  stress yang mendapat beban kerja unidirectional bending dan mempunyai severe stress concentration.
Gambar 6. Photo makro Permukaan patahan pada pangkal Poros
3.2 Pemeriksaan struktur mikro [3]
Dari hasil pengamatan secara mikro pada permukaan patahan luar poros  yaitu di sekitar area yang dikeraskan seperti ditunjukkan pada (Gambar 7), Pengambilan sampel metalografi potongan memanjang dan hasil makro etsa menggunakan nital 2% dan etsa kalling reagent.
Gambar 7. Potongan sampel metalografi memanjang
Kemudian  pada  Gambar  8.  menunjukan  hasil  pengamatan  secara  makrografi  atau  makro  etsa  pada  sampel  potongan memanjang terlihat daerah permukaan mengalami rekondisi dengan material las yang bertujuan pengerasan permukaan untuk
mencegah terjadinya aus akibat putaran bearing. Pada daerah awal patah terlihat tidak terdapat material las hanya pengaruh panas (HAZ) sedangkan di daerah patah sisa material las cukup tebal 2 mm seperti terlihat pada photo makro patah sisa.
Gambar 8. Hasil pengamatan secara makrografi
Gambar 9. Hasil Perbesaran 500x dari Gambar 8
Pada Gambar 9. adalah perbesaran dari Gambar 7, pada awal patah terdapat cacat las berupa porosity dan area material las sangat tipis sedangkan di daerah patah sisa material las 2 mm, struktur mikro las berupa martensit dendrite austenit dan butir karbida  sedangkan  daerah  HAZ  berupa martensit ,  pada  batas  las  sisi  kiri  antara  material  las  dengan  HAZ  terjadi  retak secondary crack.
Gambar 10. Cacat retak pada daerah Las
Pada Gambar 10. menunjukkan bahwa Cacat Las berupa retak arah vertical dan horizontal, struktur las berupa martensite dan carbida  austenite bentuk dendrite .  Posisi  yang  mengalami  retak  mikro  sejajar  awal  patah  dan  dapat  dikatakan  proses pengelasan tidak sempurna[7].
Struktur HAZ berupa martensit  halus, jika diperbesar 200x dan  500x terlihat jelas struktur mikro material dasar yang berwarna putih dan hitam (Gambar 11)
Gambar 11. Struktur mikro ferit (putih) dan perlit (hitam)[4]

## b). Analisa Uji Komposisi Kimia
Berdasarkan hasil pemeriksaan visual, dipandang perlu untuk melakukan pengujian komposisi kimia sebagai berikut :
Tabel 1 Hasil uji komposisi kimia [6]
Dari analisa hasil uji komposisi kimia (Tabel 1.) Poros Dudukan Bottom Plate kondisi baru dan yang mengalami kerusakan dapat disimpulkan bahwa:
1) Unsur karbon (C) pada Poros Dudukan Bottom Plate baru (0.519% C) sesuai dengan  standar JIS G5501 2009 (0.42-0.48%C), memperlihatkan perbedaan komposisi karbon yang significant sehingga Poros Dudukan Bottom Plate terpengaruh efek panas dengan berkurangnya sifat kekerasan, sifat tarik, elongasi, kekuatan impact namun mempercepat titik lebur.
2) Unsur silikon (Si) pada Poros Dudukan Bottom Plate baru (0.238%Si) sesuai dengan  standar JIS G5501 2009 (0.15-0.35 %Si) sesuai standart sehingga ketahanan material masih dalam tahap toleransi sifat mekanis logam.
3) Unsur sulfur (S) pada Poros Dudukan Bottom Plate baru (0.006%S) sesuai dengan  standar JIS G5501 2007 (0.15%S) namun pada kondisi setengah pakai (0.002%S) dan kondisi rusak (0.003%S lebih rendah dari standart, dengan rendahnya unsur sulfur (S) pada material Poros Dudukan Bottom Plate maka akan mempengaruhi sifat mampu mesin dan sifat kekerasannya.
Unsur mangan (Mn) pada Poros Dudukan Bottom Plate (0.692%Mn) sesuai dengan  standar JIS G5501 2007 (0.6-0.9 %Mn). Masih dalam ranah toleransi.

## c). Analisa Uji Kekerasan [5]
Pengujian  kekerasan  pada  Poros  Dudukan Bottom  Plate bagian  dalam  dimaksudkan  untuk  menganalisa  perubahan kekerasan akibat Proses pengerasan permukaan, Sampel uji kekerasan diambil masing-masing pada daerah yang mengalami patah  atau aus dan daerah yang masih normal. Uji kekerasan tersebut menggunakan metode Hardnes Vickers (HV) dengan beban 5 Kgf dan sudut indentor 136 0 seperti terlihat pada Gambar 12.
Jurnal Teknik Mesin: CAKRAM 2020 Slamet Rahardian, S.T., M.T. Analisa Kerusakan Pada Poros Dudukan Bottom Plate Dari Mesin Pencampur Cat Dan Upaya Pencegahannya

## Gambar 12. hasil uji kekerasan

## Tabel 2. Hasil  Uji Kekerasan
Dari (Tabel 2) diatas nilai kekerasan pada permukaan Poros Dudukan Bottom Plate dapat diartikan Sample 1 (nomor 1- 12 ) nilai kekerasan yang naik dari standart, Sample 2 (Nomor 1-10) nilai kekerasan yang sesuai standart. Dengan lokasi uji 12 dan 10 titik dengan data awal sebagai berikut :
1) keadaan sample 1  kekerasan rata - rata  sebesar 195-199 HV
2) sedangkan keadaan sudah dilakukan pengerasan permukaan antara  412-699 HV. keadaan sample 2  kekerasan rata - rata  sebesar 172-216

## KESIMPULAN
Berdasarkan hasil analisa dan pembahasan dapat diambil beberapa kesimpulan sebagai berikut:
1. Berdasarkan pengamatan visual terhadap Poros yang lokasinya hampir sama (lokasi leher), kerusakan karena posisi dari  pail  cat  yang  tidak  berada  di  tengah  yang  menghasilkan  gaya  sentrifugal  yang  lebih  besar,  sehingga menyebabkan konsentrasi tegangan yang tinggi pada poros bottom plate
2. Mekanisme terjadinya kegagalan Poros dudukan bottom plate mengalami patah lelah (fatique fracture), Penjalaran patah dimulai dari satu sisi shaft dan daerah fatigue terjadi pada ¾ dari diameter Poros Dudukan Bottom Plate .    Jenis permukaan  patahan  Poros  termasuk  kelompok low  nominal  stress yang  mendapat  beban  kerja unidirectional bending dan mempunyai severe stress concentration .
3. Adanya usaha rekondisi poros agar tidak terjadi aus, dengan adanya pengelasan pada bagian luar polos, karena sudah ada bukti pengelasan pada Gambar 9
4. Adanya penambahan lubang untuk baut penahan poros, sehingga menyebabkan luas penampang poros menjadi kecil
5. Hasil uji kekerasan menunjukan adanya proses pengelasan yang tidak sempurna.
6. Hasil komposisi material poros sesuai dengan standar S45C, sehingga tidak perlu dilakukan perubahan material.
Saran :
Untuk menyempurnakan hasil penelitian ini, ada beberapa hal yang perlu dipertimbangkan adalah:
1) Perlu dilakukan pengkajian kembali secara lebih detail dalam pemilihan disain, pemasangan Poros Dudukan Bottom Plate terhadap ketahanan gesekan.
2) Hasil pemeriksaan dan pengujian  yang telah dilakukan terhadap poros dudukan bottom plate kondisi patah maka untuk  menanggulangi  hal  tersebut    disarankan  material  poros  (S45C)  untuk  dilakukan  proses heat  treatment dan kemudian ditemper agar  ulet atau kuat dan homogen serta dilakukan proses pengerasan permukaan ( case hardning layer ) pada bagian poros yang bergesekan.
3) Dibuatkan disain cetakan piringan rubber plate untuk menempatkan pail cat pada posisi tengah ( Centre )
Diperlukan upaya peningkatan dan optimasi kinerja mesin, simplikasi atau proses otomatis, efisiensi proses produksi dan lebih  meningkatkan  pemahaman  manajemen  pemeliharaan,  meliputi  jenis  perawatan,  penyesuaian  spesifikasi  mesin, pengujian dan analisa kerusakan serta pencegahannya.

## DAFTAR PUSTAKA
[1] HPU, 2017. Hand book Gyroscopic Mixer 5T.
[2] Chameleon, 2011. Hand book iMix Gyroscopic Paint Mixer Instruction Manual, UM013 iMix Rev.3 .
[3] Daryanto, Bandung  2010. Ilmu Metalurgy. Satu nusa.
[4] Andi, Padang, 2013. Anrinal, Metalurgi fisik .
[5]  http://ejurnalmaterialmetalurgi.com/index.php/metalurgi/article/download/255/122  diakses  pertanggal  04  Agustus 2018
[6] http://www.astmsteel.com/product/c45-round-bar-aisi-1045-din-jis-s45c/ diakses pertanggal 04 Agustus 2018
[7] D,N. Adnyana, 2003. Struktur dan Sifat Mekanis Material Logam , Diktat Mata Kuliah Program Pasca Sarjana (S2) ISTN Jakarta.