Investigasi Numerik dan Eksperimen pada Spur Gear dengan Perlakuan Panas untuk Penggunaan dalam Mesin Press Mekanik

Eko Saputro, Imang (2020) Investigasi Numerik dan Eksperimen pada Spur Gear dengan Perlakuan Panas untuk Penggunaan dalam Mesin Press Mekanik. Masters thesis, Institut Teknologi Sepuluh Nopember.

[img] Text
02111850080006-Master_Thesis.pdf - Accepted Version
Restricted to Repository staff only

Download (3MB) | Request a copy

Abstract

Sistem roda gigi adalah komponen mekanik yang paling sering digunakan pada permesinan, antara lain mesin press mekanik. Ketahanan terhadap aus dan beban letih (fatigue) pada gigi adalah faktor yang paling penting dalam mempengaruhi umur roda gigi yang mana bisa ditingkatkan dengan proses perlakuan panas. Pencapaian pada hardenability yang diinginkan adalah tujuan utama dalam proses ini. Oleh karena itu teknik pengerasan logam (steel hardening) seperti induction hardening (umum diterapkan pada roda gigi) dan proses quenching memegang peranan penting pada proses tersebut. Akan tetapi, uji fisik secara traditional dalam mengoptimasi teknik-teknik perlakuan panas ini harus didapatkan dengan jumlah material dan pekerja yang sangat besar. Simulasi numerik, sebuah metode alternatif yang lebih ekonomis dimana didasarkan pada beberapa permodelan fisis dan dikombinasikan dengan beberapa metode kalkulasi numerik bisa menjadi solusi terobosan akan banyaknya uji perlakuan panas yang harus dilakukan tersebut. Sebuah metode numerik dibangun untuk mensimulasikan proses perlakuan panas-dengan induksi terhadap roda gigi jenis spur gear. Evolusi temperatur, transformasi fase, dan distribusi tegangan sisa pada gigi diteliti berdasarkan pada hasil-hasil simulasi. Validasi kekerasan (hardness) secara uji eksperimen juga dilakukan untuk menganalisa akurasi daripada metode numerik tersebut. Dan hasilnya, metode numerik tersebut kurang akurat dalam memprediksi hasil eksperimen distribusi kekerasan disebabkan oleh beberapa isu, antara lain kesalahan pengukuran, tidak sebandingnya data parameter antara simulasi dan kondisi lapangan, dan adanya fenomena skin depth pada proses induction hardening Sistem roda gigi adalah komponen mekanik yang paling sering digunakan pada permesinan, antara lain mesin press mekanik. Ketahanan terhadap aus dan beban letih (fatigue) pada gigi adalah faktor yang paling penting dalam mempengaruhi umur roda gigi yang mana bisa ditingkatkan dengan proses perlakuan panas. Pencapaian pada hardenability yang diinginkan adalah tujuan utama dalam proses ini. Oleh karena itu teknik pengerasan logam (steel hardening) seperti induction hardening (umum diterapkan pada roda gigi) dan proses quenching memegang peranan penting pada proses tersebut. Akan tetapi, uji fisik secara traditional dalam mengoptimasi teknik-teknik perlakuan panas ini harus didapatkan dengan jumlah material dan pekerja yang sangat besar. Simulasi numerik, sebuah metode alternatif yang lebih ekonomis dimana didasarkan pada beberapa permodelan fisis dan dikombinasikan dengan beberapa metode kalkulasi numerik bisa menjadi solusi terobosan akan banyaknya uji perlakuan panas yang harus dilakukan tersebut. Sebuah metode numerik dibangun untuk mensimulasikan proses perlakuan panas-dengan induksi terhadap roda gigi jenis spur gear. Evolusi temperatur, transformasi fase, dan distribusi tegangan sisa pada gigi diteliti berdasarkan pada hasil-hasil simulasi. Validasi kekerasan (hardness) secara uji eksperimen juga dilakukan untuk menganalisa akurasi daripada metode numerik tersebut. Dan hasilnya, metode numerik tersebut kurang akurat dalam memprediksi hasil eksperimen distribusi kekerasan disebabkan oleh beberapa isu, antara lain kesalahan pengukuran, tidak sebandingnya data parameter antara simulasi dan kondisi lapangan, dan adanya fenomena skin depth pada proses induction hardening ================================================================= Gear system is one of most common mechanical parts for machinery, such as mechanical press machine. Wear resistance and fatigue resistance of the teeth are the most critical factors influencing gear life and can be improved using heat treatment process. To improve wear resistance, the achievement of desired hardenability is the main goal. Therefore, the steel hardening technique such as induction hardening (commonly used in gear) and quenching process takes an important role for this treatment. However, traditional physical testing for optimizing heat treatment techniques must be obtained at the expense of large amounts of labor and materials. Numerical simulation, an economic alternative technique which is based on some physical models and by combining with some numerical calculation methods can become breakthrough solution for those numerous heat treatment tests. A numerical method is built to simulate the induction hardening-heat treatment process of the spur gear. The evolution of temperature, phase transformation, and residual stress distribution of gear tooth have been studied according to the simulation results. The hardness experimental validation is also conducted to analyze the accuracy of the numerical method. As the results, the numerical method is not too accurate in predicting the real hardness distribution due to some issues such as measurement error, parameter data mismatch between simulation and real case, and skin depth phenomenon in induction hardening which is difficult to be implemented in numerical method. Cooling time during quenching takes a big role on the distribution of martensite evolution and the hardening depth, the higher heat transfer coefficient of quenchant does not increase the maximum hardness value, but shorten the quenching time to reach it, quenching process left massive compressive residual stresses in the root of gear teeth and tensile residual stresses in the tip of gear teeth, design of gear influence the distortion in the gear geometry.

Item Type: Thesis (Masters)
Uncontrolled Keywords: hardenability, heat treatment, induction hardening, mechanical press machine, numerical simulation, quenching, residual stress, skin depth, steel hardening, perlakuan panas, mesin press mekanik, simulasi numerik, tegangan sisa, pengerasan logam
Subjects: T Technology > TJ Mechanical engineering and machinery
T Technology > TJ Mechanical engineering and machinery > TJ230 Machine design
T Technology > TN Mining engineering. Metallurgy > TN752.I5 Steel--Heat treatment
Divisions: Faculty of Industrial Technology > Mechanical Engineering > 21101-(S2) Master Thesis
Depositing User: Imang Eko Saputro
Date Deposited: 28 Aug 2020 06:17
Last Modified: 28 Aug 2020 06:17
URI: http://repository.its.ac.id/id/eprint/81537

Actions (login required)

View Item View Item