BAB II PEMBELAJARAN

C. Tolerance Design

1.   Pengertian

Toleransi adalah suatu nilai yang merepresentasikan seberapa besar dimensi dan geometri sebuah fitur pada sebuah komponen boleh terdeviasi atau berbeda dengan nilai nominal yang diinginkan. Fitur-fitur tersebut dapat berupa ukuran (size) dan geometri (form). Contoh untuk fitur ukuran (size) adalah diameter suatu silinder, tebal sebuah pelat besi, dan panjang sebuah balok. Sedangkan, conoth untuk fitur geometri (form) adalah flatness, straigthness, lokasi, orientasi dan run-out. Toleransi berfungsi untuk mempertimbangkan kesalahan-kesalahan (errors) yang berasal dari suatu proses manufaktur, termasuk proses perakitan (assembly). Untuk kedua jenis utama toleransi tersebut, toleransi dimensi dan geometri, masing-masing jenisnya membutuhkan metode, prosedur dan instrumen pengukuran yang berbeda pula [Syam 2018].

Terdapat dua komponen yang essensial dalam sebuah desain komponen atau produk. Kedua komponen tersebut adalah deskripsi dari keadaan nominal (dimensi nominal) dan deskripsi dari deviasi yang diperbolahkan dari nilai nominal tersebut (toleransi). Sehingga, toleransi merupakan satu dari dua parameter penting yang mendefinisikan geometri dari suatu komponen atau produk. Proses dimensi (dimensioning process) adalah suatu proses untuk memberikan nilai nominal dari suatu fitur yang menggambarkan suatu kondisi yang sempurna tanpa deviasi apapun dan proses toleransi adalah suatu proses untuk mendefinisikan devisasi yang diperbolehkan pada suatu fitur dalam satu produk, misalnya panjang dan lebar, atau suatu fitur antara dua atau lebih produk, misalnya jarak (gap) antara dua bidang dari dua produk yang berbeda.

Besarnya nilai toleransi merupakan tugas setiap disainer suatu produk. Maka dari itu, untuk menentukan jenis dan nilai toleransi yang tepat, seorang disainer produk harus memiliki pengetahuan yang luas mengenai fungsi dari produk yang didisainnya, efek dari setiap variasi komponen-komponen dari produk tersebut, berbagai macam proses manufaktur dan kemampuan komunikasi dengan berbagai orang atau perekayasa pada setiap tingkat proses produksi. Dengan demikian, menentukan nilai suatu toleransi bukanlah suatu pekerjaan yang mudah. Apabila jenis dan nilai toleransi yang diberikan pada sebuah komponen atau produk salah, maka walaupun komponen atau produk tersebut dapat dimanufaktur secara sempurna, komponen atau produk tersebut tidak dapat dirakit. Proses untuk menentukan seberapa besar nilai suatu toleransi disebut sebagai alokasi toleransi (tolerance allocation). Proses alokasi toleransi akan dibahas lebih jelas pada bagian contoh aplikasi di bab-bab selanjutnya.

Studi mengenai toleransi sebuah disain (baik alokasi dan analisis toleransi) sangat penting untuk menjawab pertanyaan-pertanyaan pada kondisi riil sebelum suatu proses manufaktur dan perakitan dilakukan (mempunyai implikasi yang sangat penting untuk mengurangi biaya-biaya apabila terjadi kesalahan disain), seperti:

• Apakah komponen-komponen yang didisain apabila dimanufaktur sesuai dengan batas-batas toleransinya akan dapat dirakit bersama menjadi suatu produk?
• Apakah komponen-komponen yang mempunyai deviasi dari nilai nominalnya masih bisa dirakit menjadi sebuah produk?
• Apakah apabila suatu komponen dibuat lebih kecil atau lebih besar dari nilai nominalnya masih bisa dirakit untuk menjadi suatu produk?
• Seberapa besar deviasi suatu fitur dari nilai nominalnya masih diperbolehkan?
• Seberapa tipis dinding suatu fitur (thin-walled features) pada suatu komponen dapat dimanufaktur?
• Dan lain sebagainya.

 Dari sebagian kecil pertanyaan-pertanyaan tersebut, pentingnya studi mengenai toleransi adalah sesuatu yang sangat penting. Contoh riil dari toleransi dimensional (size), geometri (form) dan tekstur permukaan pada sebuah disain komponen diperlihatkan pada gambar 1. Pada gambar 1, diperlihatkan sebuah komponen berupa balok solid yang diproses dengan sebuah proses slot milling dan pengeboran. Nilai-nilai dimensi pada gambar 1 diperlihatkan dengan nilai toleransi untuk masing-masing dimensi tersebut. Untuk menentukan nilai-nilai toleransi tersebut tidaklah mudah, karena untuk menentukan nilai toleransi tersebut dibutuhkan kombinasi dari pengetahuan yang mendalam mengenai keilmuan teknik dan pengalaman praktis dalam bidang manufaktur serta pengukuran. Kesalahan dalam menentukan nilai toleransi pada sebuah produk akan sangat berakibat fatal, bukan hanya pada produk tersebut, tetapi juga pada proses manufaktur dan pengukuran dari produk tersebut. Hal ini akan dijelaskan kemudian pada bagian alokasi dan analisis toleransi.

gambar diatas merupakan lambang lambang toleransi geometri.

Toleransi geometrik mencakup toleransi bentuk, posisi, tempat dan penyimpangan putar. Dalam tabel ini jenis-jenis toleransi diperlihatkan dengan lambangnya masing-masing. Toleransi bentuk membatasi penyimpangan diri sebuah elemen (titik, garis, sumbu, permukaan, atau bidang meridian) dari bentuk geometrik ideal. Posisi, tempat dan penyimpanan putar membatasi penyimpangan posisi atau tempat bersama dari dua atau lebih elemen.

berikut contoh penambahan toleransi geometri :

2.       Tipe Toleransi

Berdasarkan jenis-jenis variasi yang ingin dikontrol oleh suatu toleransi, maka toleransi dibagi menjadi tiga kelas, yaitu toleransi untuk mengontrol:

• Fitur individual dari size, misalnya: panjang, lebar, diameter, kedalaman dan gap.
• Fitur geometri individu dan fitur geometri berrelasi antara komponen-komponen dan antara fitur-fitur perakitan (assembly feature). Contoh dari fitur geometri individu, misalnya: flatness, roundness dan cylindricity. Sedangkan contoh dari fitur geometri berrelasi, misalnya: perpendicularity, location, concentricity dan orientasi.
• Fitur dari tekstur permukaan suatu komponen, misalnya: Ra, Ra, Rz, Sa, Sq, dan Sz.

 

Bab ini hanya membahas mengenai toleransi yang mengontrol variasi dari fitur size dan geometri (tidak membahas fitur tekstur permukaan). Dengan demikian, bab ini membahas dua metode untuk menentukan suatu toleransi pada komponen atau produk. Dua metode toleransi tersebut adalah:

a. Toleransi dimensional “plus/minus” Toleransi dimensinal adalah metode toleransi yang digunakan untuk mengontrol fitur size dari suatu komponen atau produk.

b. Toleransi geometri (geometric tolerancing and dimensioning/GD&T) Toleransi geometri (GD&T) adalah metode toleransi yang digunakan untuk mengontrol baik fitur geometri individual dan fitur geometri berrelasi antara komponen-komponen dan antara fitur-fitur perakitan.

 

Pertama-tama, metode toleransi dimensional akan dibahas. Metode toleransi dimensional adalah suatu metode toleransi yang bersifat konservatif dan sangat berdasarkan pada intuisi. Toleransi jenis ini mempunyai banyak aspekaspek inkonsistensi sehingga banyak menimbulkan ambiguitas, yang sangat menimbulkan maslaah pada saat suatu proses kontrol kualitas dilakukan, pada suatu kondisi riil. Sehingga, metode toleransi dimensional saja tidak cukup untuk dapat merepresentasikan sebuah kontrol variasi dari suatu komponen atau produk yang semakin kompleks seperti sekarang ini. Untuk menyempurnakan metode toleransi dimensioanal, maka metode toleransi geometri (GD&T) dikembangkan. Toleransi geometri dapat merepresentasikan apa yang diinginkan oleh seorang disainer agar produk yang didisainnya dapat berfungsi seperti yang diinginkan. Toleransi geometri (GD&T) ini disebut juga sebagai design langauge oleh seorang desainer untuk berkomunikasi dengan seorang perekayasa proses manufaktur dan seorang yang melakukan suatu proses pengukuran.

 

Ada berbagai jenis toleransi. Pertimbangan utama untuk toleransi dimensi adalah ukuran, bentuk, lokasi dan orientasi.

 

Toleransi ukuran hanyalah varians dimensi yang dapat diterima yang menentukan fitur bagian. Toleransi bentuk mempertimbangkan fitur tentang elemen dan permukaan. Toleransi lokasi menentukan posisi bagian. Akhirnya, toleransi orientasi berlaku untuk fitur individu dari bagian relatif suatu datum atau fitur lain.

 

• Size

Toleransi ukuran hanyalah varians dimensi yang dapat diterima yang menentukan fitur bagian. Misalnya, toleransi ukuran mungkin menentukan batas atas dan bawah dari panjang atau tinggi atau diameter bagian.

• Form

Toleransi bentuk mempertimbangkan fitur tentang elemen dan permukaan seperti kebulatan, kelurusan dan kerataan.

• Location

Toleransi lokasi menentukan posisi bagian relatif terhadap datum; contoh toleransi lokasi adalah untuk konsentrisitas, simetri atau posisi sebenarnya.

• Orientation

Toleransi orientasi berurusan dengan fitur individu dari bagian yang relatif datum atau fitur lain. Contohnya akan mencakup tegak lurus dari dua dinding yang berpotongan. Lainnya termasuk paralelisme dan angularitas.

Berikut batas toleransi umum yang telah disyaratkan menurut SN. 258440

 

Gambar diatas adalah contoh penambahan toleransi umum pada gambar Teknik

 

Letak dalam penulisan toleransi umum adalah diletakkan pada bagian atas kiri, seperti pada gambar diatas. Toleransi ± 0,2 berarti masuk pada toleransi umum pada tingkat kasar. Dengan demikian maka ukuran dalam pengerjaan teknik harus mengacu pada toleransi umum, ukuran 38 pada gambar berarti dapat dikerjakan antara 37,8-38,2 mm.

 

Toleransi Khusus

Toleransi khusus adalah toleransi di luar angka toleransi umum, dan diletakkan langsung setelah angka nominalnya. tolertansi khusus hanya mewakili ukuran dasar dengan toleransi tersebut dicantumkan

Toleransi Suaian

Suaian (fit) yaitu selisih ukuran dari dua atau lebih pasangan antara lubang (hole) dan poros (shaft) dari  komponen – komponen yang dipasangkan (assembling).

Pada umumnya komponen suatu mesin mencapai fungsi seperti yang direncanakan apabila telah menjalani  perakitan (assembling). Perakitan yang menggabungkan antara satu komponen dengan komponen lain akan menghubungkan bentuk dasar lubang dengan poros. Cara ini akan membantu perancang untuk menetapkan jenis suaian yang dikelompokkan menjadi :

a)    Suaian longgar (clearance fit).

       Bila suatu pasangan antara lubang dengan poros, dimana ukuran lubang lebih besar dari pada ukuran poros.

b)    Suaian transisi  (transition fit).

        Suaian transisi terbentuk karena pasangan antara lubang dengan poros mempunyai dua kecenderungan untuk menjadi longgar atau sesak.

c)    Suaian sesak  (interference fit)

       Terjadinya suaian sesak disebabkan oleh pasangan yang terbentuk antara lubang dengan poros, dimana ukuran lubang lebih kecil dari pada ukuran poros.

 

Sistem Basis Suaian

Memilih lubang atau poros sebagai basis pada suatu suaian ditentukan oleh tujuan perencanaan untuk menghasilkan suatu konstruksi mesin. Sebagai bentuk dari suatu gabungan, sambungan antara ke duanya memerlukan pemilihan salah satu sebagai basis (patokan). Basis sebaiknya ditetapkan terlebih dahulu karena akan  berperan sebagai bagian yang menjadi patokan bagi  komponen pasangannya.

 

Sistim basis poros dan sistim basis lubang.

Pemilihan basis disarankan menggunakan daerah toleransi pada  daerah  “ H “ untuk basis lubang dan “ h “ untuk basis poros dengan kualitas toleransi sedang, yang  dipasangkan masing – masing :

a)    a / A sampai  h / H   untuk suaian longgar

b)    j /  J  sampai   n / N untuk suaian transisi.

       p / P  sampai   z /  Z untuk suaian sesak.

 

Contoh-contoh pemakaian suaian :

PENULISAN TOLERANSI LINEAR DAN SUDUT

Penulisan ukuran linear dari sebuah komponen

 

Penulisan Toleransi Suaian pada Gambar Susunan

Lambang toleransi untuk lubang ditempatkan di depan lambang untuk poros atau di atasnya, dan di belakang ukuran nominal, yang hanya ditulis sekali.

Jika ingin menyatakan nilai numerik dari penyimpangannya, maka hal ini dapat ditulis dalam kurung atau tanpa kurung.  Untuk penyederhanaan garis ukur bawah dapat dihilangkan

Contoh

Hitung harga suaian dan tentukan jenis suaiannya dari ukuran Ǿ  60  H7 / g 5.

Jawab,

60   H 7, lihat di tabel toleransi, ditemukan :

Ukuran maksimum   :   60    +   0,025    =   60,025

Ukuran minimum      :   60    +   0           =   60,00

60   g5, lihat di tabel toleransi, ditemukan  :

Ukuran maksimum   :    60    -   0,01      =   59,99

Ukuran minimum     :     60    -   0,023    =   59,977

Jadi jenis suaian tersebut adalah :  Suaian  longgar ( clearance fit )

Kelonggaran maksimum  :  60,025  - 59,977  =  0, 048

Kelonggaran minimum     :  60,00   -  59,99   =  0, 01

 

Contoh pembacaan toleransi dimensi dan geometri (GD&T)

• Squareness

Gambar 1 dan Gambar 2 memperlihatkan dua contoh toleransi geometri untuk squareness. Gambar 1 memperlihatkan contoh dari squareness sebuah aksis (garis) terhadap sebuah datum aksis dan Gambar 2 memperlihatkan contoh dari squareness sebuah permukaan terhadap sebuah datum aksis.

Pembacaan toleransi geometri pada Gambar 1 adalah sebagai berikut aksis dari lubang vertikal, yang ditunjuk, harus berada di antara zona toleransi dua bidang datar yang saling parallel, yang terpisah sejauh 0.03 dan yang tegak lurus terhadap aksis datum A. Pada Gambar 2, pembacaan toleransi geometrinya adalah sebagai berikut: permukaan silinder yang ditunjuk harus berada di antara zona toleransi dua bidang datar yang saling parallel, yang terpisah sejauh 0.02 dan yang tegak lurus terhadap aksis datum B.

 

• Parallelism

Gambar 3 memperlihatkan sebuah contoh parallelism dari sebuah permukaan benda terhadap sebuah permukaan datum. Pembacaan toleransi geometri pada Gambar 3 adalah sebagai berikut: permukaan yang ditunjuk harus berada pada zona toleransi berupa dua bidang datar yang parallel, yang terpisah sejauh 0.02 dan yang parallel terhadap permukaan datum A. Gambar 4 memperlihatkan contoh parallelism sebuah aksis (garis) terhadap sebuah aksis datum. Pembacaan toleransi geometri pada gambar 4 adalah sebagai berikut: aksi dari lubang yang ditunjuk harus berada pada sebuah zona toleransi yang berbentuk silinder dengan diamater 0.03. Dimana, silinder, yang merupakan zona toleransi tersebut, harus parallel terhadap aksis datum A. Dari kedua contoh tersebut, parallelism dari suatu fitur dapat mempunyai bentuk yang berbeda-beda, misalnya antara suatu aksis dengan suatu permukaan, antara suatu permukaan dan permukaan lainnya dan antara suatu aksis dengan aksis lainnya. Hal ini juga berlaku untuk kebanyakan toleransi geometri lainnya.

 

• Profil garis (Line profile)

Gambar 5 memperlihatkan sebuah contoh dari toleransi geometri profil garis. Pembacaan arti toleransi geometri pada Gambar 5 adalah sebagai berikut: garis profil yang ditunjuk pada gambar teknik tersebut harus berada pada zona toleransi yang berupa dua buah garis profil yang terpisah sebesar 0.1. Toleransi ini merupakan toleransi tidak berrelasi. Sehingga, toleransi jenis ini tidak memerlukan atau tidak mendefinisikan sebuah datum pada simbol toleransinya.

 

• Profil permukaan (Surface profile)

Gambar 6 memperlihatkan sebuah contoh dari toleransi geometri profil permukaan. Pada Gambar 6, pembacaan toleransi geometri profil permukaan tersebut adalah sebagai berikut: permukaan yang ditunjuk harus berada pada zona toleransi berbentuk dua permukaan lengkung yang terpisah sejauh 0.02. Toleransi jenis ini tidak memerlukan atau tidak mendefinisikan sebuah datum pada simbol toleransinya. Hal penting yang perlu diingat adalah, karena bentuk permukaan yang ditoleransi berupa lengkungan, maka jumlah titik sampel yang diukur pada proses verifikasinya, misalnya dengan menggunakan sebuah mesin CMM, akan sangat mempengaruhi hasil proses verifikasinya.

• Simetri

Pembacaan toleransi symetry pada Gambar 7 adalah aksis yang ditunjuk harus berada di antara dua buah garis yang parallel yang terpisah sejauh 0.08 dan yang terpisah dengan jarak yang sama dari garis rata-rata dari datum B dan C. Sedangkan, pembacaan toleransi symetry pada Gambar 8 adalah aksis yang ditunjuk harus berada di antara dua buah garis yang parallel yang terpisah sejauh 0.03. Dimana, zona toleransi tersebut terpisah dengan jarak yang sama dari garis rata-rata dari datum A dan B.

• Concentricity

Pembacaan toleransi geometri pada Gambar 9 adalah sebagai berikut: aksis dari silinder yang ditunjuk harus berada di dalam zona toleransi berbentuk silinder dengan diameter 0.03 dan koaksis dengan aksis silinder datum A. Sedangkan, Pembacaan toleransi geometri pada Gambar 10 adalah sebagai berikut aksis dari silinder yang ditunjuk harus berada di dalam zona toleransi berbentuk silinder dengan diameter 0.05 dan koaksis dengan aksis rata-rata aksis dari datum A dn B.

• Angularity

Pembacaan toleransi geometri pada Gambar 11 adalah sebagai berikut aksis dari lubang yang ditunjuk harus berada di dalam zona toleransi silinder dengan diameter 0.06 dan aksisnya bersudut 60° terhadap permukaan datum A. Sedangkan, pembacaan toleransi geometri pada Gambar 12 adalah sebagai berikut: permukaan yang ditunjuk harus berada di dalam zona toleransi berupa dua bidang datar yang parallel dan terpisah sejauh 0.08. Dimana, kedua bidang parallel tersebut bersudut 30° terhadap permukaan datum A.

• Position/location

Gambar 13 dan gambar 14 memperlihatkan dua contoh dari toleransi geometri position/location. Pembacaan toleransi geometri untuk Gambar 13 adalah sebagai berikut: aksis dari lubang yang ditunjuk harus berada dalam zona toleransi berupa silinder dengan diameter 0.01 dan aksis dari zona toleransi silinder tersebut harus berada pada jarak 30 dari aksis silinder pertama dan 45 dari aksis silinder ke dua dan parallel dengan aksis kedua lubang lainnya. Pembacaan toleransi pada gambar 14 adalah sebagai berikut: aksis dari lubang yang ditunjuk harus berada dalam zona toleransi berupa silinder dengan diameter 0.05 dan aksis dari silinder zona toleransi tersebut harus berjarak 50/2 = 25 dan parallel dari aksis silinder utama. Khusus untuk toleransi geometri jenis position/location, walaupun pada simbol toleransinya tidak merujuk pada suatu datum, tetapi pada dasarnya, toleransi jenis ini merujuk pada suatu datum. Pada umumnya, penulisan toleransi position/location selalu mencantumkan datum yang akan dirujuk.

• Straightness

Gambar 15 memperlihatkan contoh dari toleransi geometri straightness pada sebuah benda yang sama, namun dengan situasi yang berbeda-beda. Pada gambar 15a, diperlihatkan sebuah contoh straightness sebuah permukaan yang ditunjuk dan toleransinya bukan merujuk pada suatu aksis. Pembacaan toleransi pada gambar 15a adalah sebagai berikut: profil permukaan yang ditunjuk harus berada pada zona toleransi berupa dua buah garis yang saling parallel yang terpisah sejauh 0.03. Pada gambar 15b, diperlihatkan sebuah contoh straightness pada sebuah aksis yang ditunjuk dan toleransinya merujuk kepada aksis dari silinder yang kecil. Pembacaan toleransi pada gambar 15b adalah sebagai berikut: aksis dari silinder kecil yang ditunjuk harus berada pada zona toleransi berupa dua buah garis yang saling parallel dan terpisah sejauh 0.03 dan zona toleransi tersebut sepanjang aksis silinder kecil. Gambar 15c memperlihatkan sebuah contoh dari toleransi geometri straightness sebuah aksis yang toleransinya terhadap seluruh aksis dari kedua silinder besar dan kecil. Pembacaan toleransi pada gambar 15c adalah sebagai berikut: seluruh aksis dari kedua silinder yang ditunjuk harus berada pada zona toleransi berupa dua buah garis yang saling parallel dan terpisah sejauh 0.03 dan zona toleransi tersebut sepanjang seluruh silinder besar dan kecil tersebut.

• Run-out

Gambar 16 dan 17 memperlihatkan dua contoh toleransi geometri run-out yang berbeda. Pada gambar 16, toleransi run-out mengharuskan seluruh silinder tersebut harus memenuhi toleransi roundness, concentricity dan parallelism-nya. Pembacaan toleransi pada gambar 16 adalah sebagai berikut: pada setiap potongan dari silinder yang ditunjuk, total pergerakan jarum (indikasi) dari dial-gauge tersebut harus kurang dari 0.05 ketika silinder tersebut diputar satu putaran penuh. Pada gambar 17, toleransi run-out mengharuskan seluruh silinder tersebut harus memenuhi toleransi squareness, flatness pada sisi permukaan yang ditunjuk. Pembacaan toleransi pada gambar 17 adalah sebagai berikut: pada setiap titik pada radius berapapun pada permukaan yang ditunjuk, total pergerakan jarum (indikasi) dari dial-gauge tersebut harus kurang dari 0.1 ketika silinder tersebut diputar satu putaran penuh. Dari kedua contoh toleransi run-out ini, dapat dilihat bahwa toleransi run-out juga secara tidak langsung meliputi beberapa toleransi geometri lainnya (tergantung pada fitur mana toleransi run-out tersebut diberikan).

• Kombinasi toleransi geometri

Pada bagian ini, sebuah contoh kombinasi dari berbagai macam toleransi geometri (GD&T) pada sebuah poros yang memiliki berbagai macam fitur diperlihatkan. Pada kondisi riil, sebuah komponen akan mempunyai berbagai macam fitur, dan setiap fitur dapat mempunyai satu atau bahkan lebih toleransi geometri. Contoh ini memperlihatkan salah satu kasus riil untuk sebuah benda yang mempunyai banyak toleransi geometri. Gambar 18 memperlihatkan gambar 3D dari komponen tersebut. Pada gambar 18, terlihat bahwa poros tersebut terdiri dari berbagai macam silinder dengan berbagai macam ukuran diameter, terdapat beberapa lubang pada sebuh permukaan silinder komponen tersebut dan terdapat sebuah slot (keyway) pada salah satu ujung poros tersebut yang mempunyai diameter terkecil. Setiap silinder dengan diameter tertentu pada poros tersebut mempunya fungsi yang penting. Demikian juga untuk lubang-lubang pada salah satu sisi silindernya, lokasi dari lubang-lubang tersebut mempunyai suatu fungsi yang penting. Geometri dari fitur-fitur pada poros tersebut saling berelasi antara satu dengan lainnya. Untuk merepresentasikan relasi dari berbagai fitur tersebut, hanya toleransi geometri yang dapat diterapkan.