Journal of Mechanical Engineering and Mechatronics                                                          Submitted : 2017-05-21 ISSN: 2527-6212, Vol. 2 No. 1, pp. 1-10                                                                                  Accepted : 2017-07-22 © 2017 Pres Univ Press Publication, Indonesia
Rancang Bangun Alat Uji Drop Weight Impact Skala Laboratorium
Kokok Tri Budianto 1,a* , Anggun Rizka Maudina 1,b , Askar Triwiyanto 2,c
1 Program Sarjana Teknik Mesin, Universitas Presiden, Jawa Barat, Indonesia
2 Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Presiden, Jawa Barat, Indonesia
a kokok3b@gmail.com, b anggunnrizkaa@gmail.com, c askartri@president.ac.id
Abstract. The  impact  test  is  a  test  to  measure  the  material's  durability  against  shock  loads.  The impact test simulates the operating conditions of that material often found where the load does not always  occur  slowly  but  rather  came  suddenly.  The  impact  test  instrument  to  be  designed  in  this study  is  a  Drop  Weight  Tester  (DWT)  tool.  This  impact  test  apparatus  utilizes  mass  objects  and gravitational  forces.  Design  of  Drop  Weight  Tester  (DWT)  tool,  design  the  design  refers  to  the ASTM D-5420-04 standard. In this study the design the impact test apparatus analyzed the strength of the connection as well as the construction deflection for ensure design results can be made. On testing  Drop  Weight  Tester,  objects  the  test  is  given  a  shock  load  with  certain  criteria  such  as altitude, load, dimension punch component striker as well as specimen thickness. At the same time it is done observation and data collection of the energy absorbed during the test. Specimen used is SPCC and Zincalume material with thickness different.
Keywords. ASTM, Drop Weight Tester, Specimen, SPCC, Zincalume .
Abstrak. Pengujian impak merupakan suatu pengujian untuk mengukur ketahanan bahan terhadap beban kejut. Pengujian impak mensimulasikan kondisi operasi material yang sering ditemui dimana beban  tidak  selamanya  terjadi  secara  perlahan-lahan  melainkan  datang  secara  tiba-tiba.  Alat  uji impak yang akan dirancang dalam penelitian ini merupakan alat Drop Weight Tester (DWT). Alat uji impak ini memanfaatkan massa benda serta gaya gravitasi. Perancangan alat Drop Weight Tester (DWT),  desain  rancangan  mengacu  pada  standar  ASTM  D-5420-04.  Dalam  penelitian  ini rancangan alat uji impak dianalisis kekuatan sambungan serta defleksi konstruksi untuk memastikan hasil  perancangan  bisa  dibuat.  Pada  pengujian  Drop  Weight  Tester,  benda  uji  diberi  beban  kejut dengan kriteria tertentu seperti ketinggian, beban, dimensi punch komponen striker serta ketebalan specimen.  Bersamaan  dengan  itu  dilakukan  pengamatan  dan  pendataan  terhadap  energi  yang diserap pada saat pengujian. Specimen yang digunakan yaitu material SPCC dan Zincalume dengan ketebalan yang berbeda.
Kata kunci. ASTM, Drop Weight Tester, Specimen, SPCC, Zincalume .

## Latar Belakang
Dalam  perkembangan  dunia  industri,  terutama  yang  berhubungan  dengan  penelitian  bahan  dan penggunannya,  maka  dalam  proses  produksinya  banyak  hal  yang  harus  dipenuhi  agar  material tersebut dapat digunakan dalam dunia industri.
Untuk  penggunaan  sebagai  bahan,  sifat-sifat  khas  dari  material  logam  harus  diketahui  sebab logam tersebut akan digunakan untuk berbagai macam keperluan dan keadaan. Sifat logam tersebut meliputi  sifat  mekanik,sifat  thermal,sifat  kimia,kemampukerasan,  akurasi  dimensi,dan  lain sebagainya. Adapun dalam percobaan ini yang akan diuji adalah sifat mekanik dari logam terutama sifat  ketangguhannya.  Dengan  mengetahui  tingkat  ketangguhan  logam  tentunya  kita  dapat memperkirakan kemampuannya dalam menerima energi  tumbukan  yang  diberikan secara tiba-tiba untuk dapat mematahkan suatu material. Untuk keperluan  itulah dilakukan pengujian impact pada suatu  material  atau  bahan  yang  akan  digunakan  dalam  berbagai  macam  kebutuhan.  Pengujian  ini amat penting dalam menentukan ketahanan suatu material  terhadap perpatahan,berdasarkan energi yang diberikan oleh tumbukan/pembebanan secara tiba-tiba pada suatu material.
Pengujian  Impact  adalah  suatu  tes  yang  mengukur  kemampuan  suatu  bahan  dalam  menerima beban tumbuk  yang diukur dengan besarnya energi  yang diperlukan untuk mematahkan spesimen.

## Journal of Mechanical Engineering and Mechatronics 2017
Pengujian impact bertujuan untuk mengetahui ketangguhan (toughness) logam akibat pembebanan kejut pada beberapa macam kondisi suhu. Ketangguhan adalah suatu ukuran energi yang diperlukan untuk mematahkan bahan. Suatu bahan ulet dengan kekuatan yang sama dibandingkan dengan bahan  getas  akan  memerlukan  energi  perpatahan  yang  lebih  besar  serta  mempunyai  sifat  tangguh yang lebih baik. Untuk menghindari penurunan sifat ketangguhan yang dapat berakibat fatal, maka pengukuran  menggunakan  uji  impak/benturan  menjadi  krusial.  Baik  melalui  pengukuran  secara konvensional maupun pengukuran secara otomatis. Dalam melaksanakan proses pengujian impact, perlu  mengacu  pada  prosedur  yang  sesuai  standar  tertentu  (API  RP  5L3  or  ASTM  E-436)  yang berlaku  agar  data/hasil  yang  diperoleh  dapat  digunakan  dan  berlaku  secara  luas.  Berbagai  standar yang dapat digunakan antara lain :
- ASTM ( American Standard for Testing Material )
- JIS ( Japanese Industrial Standard )
- DIN ( Deutche Industrie Normen )
Mempelajari sifat  mekanik  suatu material  dengan melakukan berbagai  macam  uji bahan sangat penting  dilakukan  dalam  rangka  mencari  suatu  kesesuaian  antara  kebutuhan  atau  aplikasi  spesifik dari suatu bahan dan sifat tertentu yang dimilikinya. Dalam kaitan itu kemajuan pengembangan dari teknologi  material  yang  ada  dilakukan  dengan  memodifikasi  dari  komposisi,  sifat  listrik,  sifat mekanik,  perlakuan  yang  diperlukan  dalam  fabrikasi  dari  suatu  bahan  hingga  menghasilkan  sifat- sifat  yang  lebih  bagus  dan  sesuai  dengan  target  yang  diharapkan  dengan  sebisa  mungkin mengurangi  keterbatasan  dari  sifat  suatu  bahan.  Pada  uji  impact,  benda  uji  diberi  beban  kejut dengan kriteria tertentu seperti ketinggian rod guide, beban, dimensi rod dan punch juga ketebalan dan bentuk sampel uji. Bersamaan dengan itu dilakukan pengamatan dan pendataan terhadap energi yang diserap pada saat pengujian. Oleh karena itu kami akan mencoba melakukan pengujian impact pada suatu material  dengan prosedur  yang ditetapkan oleh standar pengujian Drop Weight  Impact Tester (DWT).
Adapun tujuan dari pembuatan alat ini antara lain
1.  Mengetahui prinsip dan mekanisme pengujian impact pada mesin uji impact jenis DWT.
2.  Untuk melakukan proses rancang bangun alat uji impak jenis DWT berskala laboratorium.
3.  Mengolah data pengujian yang diperoleh dalam bentuk analisa terhadap hasil pengujian dari alat uji impact jenis DWT.

## Metodologi Penelitian
Pembuatan alat uji impak drop weight impact test dilakukan setelah perancangan spesifikasi alat uji memenuhi syarat sesuai dengan standar ASTM D 5420-04 dan sesuai dengan skala laboratorium yang  diinginkan.  Perancangan  konsep  alat  uji  impak  drop  weight  ini  dilakukan  dengan mempertimbangkan  spesifikasi  pada  alat  uji  impak  ASTM  D  5420-04.  Pada  perancangan  juga ditentukan  penggunaan  material  dari  rangka  alat  uji  agar  sesuai  dengan  kriteria  yang  dibutuhkan. Standar  ASTM  D5420-04  digunakan  untuk  standar  ukuran  komponen  pendulum  dan  juga  anvil. Dalam  pembuatan  design  alat  uji  dibuat  perancangan  dengan  menggunakan  software  AUTOCAD 2013.
Dalam  analisa  ini  dilakukan  perhitungan  kekuatan  struktur  material  karena  perlu  mengetahui ukuran  dari  perancangan  apakah  sudah  tepat  atau  belum  untuk  menahan  beban  atau  gaya  yang mungkin  terjadi.  Kegiatan  pembuatan  dan  perakitan  alat  ini  akan  selalu  membutuhkan  pemilihan bahan (material  selection). Tujuannya  adalah supaya hasil  yang didapatkan sesuai dan pas dengan kriteria  yang  dibutuhkan.  Kriteria  yang  dibutuhkan  itu  akan  erat  kaitannya  dengan  beberapa  hal sebagai  berikut  :  gaya,  panas,  ketahanan  korosi,  kekerasan,  ketahanan  pemakaian  (keawetan)  dan lain-lain.
Pada  tahap  ini  dilakukan  pengujian  terhadap  alat  uji  impak,  pengujian  dilakukan  terhadap beberapa  spesimen  dan  tebal  yang  berbeda  serta  dengan  ketinggian  pendulum  yang  berbeda  saat jatuh  bebas.  Pengujian  ini  dilakukan  beberapa  kali  untuk  melihat  perbedaan  yang  terjadi  terhadap impak  yang  diberikan  terhadap  spesimen.  Tujuan  pengujian  alat  uji  impak  ini  untuk  didapatkan
kesimpulan apakah hasil rancangan alat uji impak telah memenuhi standar serta sesuai dengan hasil yang diinginkan.
Gambar 1. Diagram alir

## Hasil Perancangan dan Analisa
Untuk  mendapatkan  suatu  mekanisme  yang  mampu  memenuhi  persyaratan  dan  standar,  maka perlu dilakukan pemilihan komponen penyusunnya yang nantinya dirangkai menjadi satu kesatuan sistem alat uji impak metode drop weight test. Berikut akan dibahas mengenai komponen yang akan digunakan  dan  diharapkan  dapat  membentuk  satu  kesatuan  alat  uji  yang  nanti  dapat  digunakan untuk melakukan pengujian alat skala laboratorium.
Base  merupakan  komponen  dasar  yang  mempunyai  fungsi  sebagai  dudukan  rangka  alat  uji impak agar dapat  berdiri dengan tegak atau lurus. Base dirancang dengan ukuran 10x400x400mm agar rangka tidak goyang ketika alat uji digunakan. Pada komponen base terdapat lubang diameter 12mm  yang  digunakan  untuk  masuknya  baut  sebagai  pengikat  dudukan  alat  uji  impak  pada permukaan  meja  kerja  atau  alat  uji  impak  juga  dapat  ditaruh  dipermukaan  lantai  karena  dudukan pada alat uji rata sehingga alat uji impak dapat berdiri tegak dan tidak berubah tempat.
Frame  1  merupakan  rangka  alat  uji  impak  yang  digunakan  untuk  tiang  penahan  beban  pada komponen  frame  2  dan  pipe  of  mass.  Lubang  yang  ada  pada  komponen  ini  digunakan  untuk sambungan baut yang nantinya akan disambungkan dengan komponen lainnya.
Frame  2  merupakan  rangka  alat  uji  impak  drop  weight  yang  digunakan  untuk  menahan  dan pengunci  pipe  of  mass.  Komponen  frame  2  memiliki  beberapa  lubang  yang  memiliki  fungsi masing-masing.  Pada  lubang  diameter  46mm  berfungsi  sebagai  masuknya  dan  tempat  pengunci pipe of mass. Lalu lubang diameter 25mm berfungsi untuk masuknya komponen axis dan terdapat lubang  diameter  8mm  berfungsi  sebagai  masuknya  pin  pengunci  yang  digunakan  untuk  pengunci dan  penahan  komponen  axis  dengan  komponen  frame  2.  Pada  ujung  komponen  frame  2  terdapat lubang  baut  yang  berfungsi  sebagai  pengunci  pipe  of  mass  yang  telah  dimasukkan  kelubang diameter 46mm pada komponen frame 2.

## Gambar 2. Alat uji drop weight
Pin  digunakan  untuk  pengunci  komponen  axis  dengan  komponen  frame  2.  Pin  pengunci  ini berdiameter 8mm dan memiliki panjang 70mm.
Guide  Arm  berfungsi  untuk  penahan  komponen  anvil  yang  nantinya  akan  menahan  benturan terhadap pendulum. Guide Arm  terpasang pada  komponen axis  yang terkunci  terhadap komponen frame 2. Pada sisi samping terdapat lubang baut sebagai pengunci terhadap komponen axis.
Gambar 3. Base
Gambar 4. Frame 1 Gambar 5. Frame 2
Gambar 6. Pin
Gambar 7. Guide Arm
Axis berbentuk  silinder  dengan  diameter  25mm  dan  panjang  160mm  yang  berfungsi  sebagai pengatur ketinggian guide arm yang nantinya juga berpengaruh terhadap tingginya anvil.
Pipe  of  Mass memiliki  ukuran  panjang  1430mm  dengan  diameter  luar  46mm  dan  diameter dalamnya  memiliki  ukuran  31mm  sedangkan  berat  komponen  ini  mencapai  5,5  kg.  Pipe  of  Mass memiliki  fungsi  sebagai  jalur  bebas  jatuhnya  pendulum.  Pada  dinding  komponen  ini  dibuatkan lubang  dengan  lebar  8mm  hingga  panjang  1413mm  sebagai  tempat  geraknya  handling  pendulum keatas dan kebawah.
Pendulum memiliki  fungsi  untuk  menghasilkan  energi  terhadap  anvil  yang  nantinya  akan berdampak pada spesimen. Komponen ini memiliki peran utama dalam alat uji impak drop weight . Pendulum memiliki diameter 31mm yang menyesuaikan dengan diameter dalam Pipe of Mass dan memiliki berat 1,5 kg.
Anvil memiliki fungsi sebagai penyalur energi dari benturan atau hantaman pendulum yang jatuh bebas  dari  ketinggian  tertentu  dan  kemudian  energi  yang  dihasilkan  dapat  dilihat  pada  spesimen yang dipakai.
Speciment  Support Anvil memiliki fungsi  sebagai tempat  spesimen  yang akan menerima energi atau hantaman dari Anvil . Pada Speciment Support Anvil terdapat lubang beriameter 16,26mm yang memakai  standar  ASTM  D5420-04,  fungsi  dari  lubang  ini  adalah  agar  Spesimen  membentuk coakan  seperti  kawah  yang  ditimbulkan  dari  energi  yang  diberikan  pendulum  jatuh  bebas  dari ketinggian tertentu terhadap Anvil.
Gambar 8. Axis
Gambar 9. Pipe of Mass
Gambar 10. Pendulum
Gambar 11. Anvil
Gambar 12. Speciment Support Anvil
Hasil pengujian alat uji impak ini didapat dari beberapa pengujian terhadap spesimen. Ada tiga jenis  spesimen  yang  dipakai  yaitu zincalum , galvalum dan galvalum colour. Pengujian  dilakukan dengan kekuatan impak sebesar 5 J, 10 J, 15J dan 20 J atau dengan ketinggian 34cm, 68cm, 102cm dan  136cm.  Tebal  setiap  spesimen  yang  dipakai  juga  berbeda  antara  0,20mm  dan  0,25mm. Pengujian  awal  dilakukan  dengan  cara  spesimen  dengan  tebal  0,25mm  dihantam  pada  ketinggian 34cm  atau dengan kekuatan 5 J sebanyak 10 kali kemudian dilihat hasil impak  yang dialami oleh spesimen  yang  berbentuk  coakan  seperti  kawah.  Uji  impak  yang  dilakukan  ini  bertujuan  untuk melihat  kestabilan  hasil  yang  didapat  apakah  sama  atau  tidak.  Hasil  yang  menunjukan  bahwa  uji impak  ini  stabil  didapat  dari  pengukuran  tebal  dan  diameter  coakan  seperti  kawah  yang  ada  pada spesimen. Berikut hasil yang didapatkan dari pengujian impak spesimen 0,25mm dengan kekuatan impak 5 J.
Kemudian dari hasil pengujian kestabilan alat uji impak drop weight tersebut maka dilakukan uji impak  berikutnya  dengan  menggunakan  kekuatan  impak  yang  berbeda  dan  tebal  spesimen  yang berbeda pula. Berikut rincian uji impak tersebut:
1. Spesimen Zincalum tebal 0,25 mm
Kekuatan impak 5 Joule
Kekuatan impak 10 Joule
Kekuatan impak 15 Joule
Kekuatan impak 20 Joule

## 2. Spesimen Galvalum
Kekuatan impak 5 Joule
Kekuatan impak 10 Joule
Kekuatan impak 15 Joule

## Kekuatan impak 20 Joule
3. Spesimen Galvalum Color
Kekuatan impak 5 Joule
Kekuatan impak 10 Joule

## Journal of Mechanical Engineering and Mechatronics 2017
Dari hasil pengujian  yang telah dilakukan maka dapat disimpulkan bahwa alat uji impak ini dapat digunakan dan sudah memenuhi standar yang telah ada.

## Kesimpulan
Pengujian Impact adalah  suatu  tes  yang  mengukur  kemampuan  suatu  bahan  dalam  menerima beban tumbuk  yang diukur dengan besarnya energi  yang diperlukan untuk mematahkan spesimen. Prinsip kerja dari alat uji impact drop weight adalah suatu beban (pendulum) dibiarkan jatuh bebas dengan  jarak  tertentu  sehingga  menumbuk  spesimen.  Dari  pengujian  yang  telah  dilakukan  dapat disimpulkan  bahwa  adanya  perbedaan  ketinggian  pendulum  sebelum  menumbuk  spesimen mengakibatkan energi serap yang diterima spesimen berbeda. Pada keadaan sebenarnya tidak semua energi  yang  hilang  tersebut  diserap  spesimen  ada  sebagian  energi  yang  hilang  tersebut  terjadi karena adanya tahanan spesimen.

## Daftar Pustaka
[1]   Riduwan, Metode dan Teknik Menyusun Tesis , Alfabeta, Bandung, 2004.
[2]   Yuwono,  Akhmad  Herman., Buku  Panduan  Praktikum  Karakteristik  Material  1  Pengujian Merusak  (Destructive  testing ),  Departemen  Metalurgi  dan  Material  Fakultas  Teknik Universitas Indonesia. Jakarta, 2009.
[3]   Seangatith,  Sittichai, Study  on  Impact  Responses  of  Pultruded  GFRP,  Steel  and  Aluminum Beams  by  Using  DropWeight  Impact  Test ,  Suranaree University  of  Technology,  Thailand, 2008.
[4]   Popov,  E.P.  and  translator  :  Zaenal  Astamar, Mekanika  Teknik  ,  Edisi  Kedua ,  Jakarta  : Erlangga, 1996.
[5]   Shackelford,  J.,  F., Introduction  to  Materials  Science  for  Engineers ,  Macmillan  Publishing Company, New York, 1992.
[6]   Zemansky,  Sears, FISIKA  untuk  Universitas  1  Mekanika,  Panas,  Bunyi .  Jakarta:  Binacipta, 1962.
[7]   Alfred,  R.  Lateiner, Teknik  Memimpin  Pegawai  dan  Pekerja .  Terjemahan  Imam  Soedjono. Jakarta : Aksara Baru,1983.
[8]   http://beyond-steel.blogspot.co.id
[9]   http://www.amesweb.info/Default.aspx
[10] American Society for Testing and Material (ASTM) D 5420-04.
[11]  Putranto, Benny, Perancangan Alat Uji Impak Charpy untuk Material Komposit Berpenguat Serat Alam , Teknik Industri, Universitas Sebelas Maret, Surakarta, 2011.