Rekabentuk Bagi Sambungan dan Permesinan

1
Rekabentuk Bagi Sambungan dan Permesinan

• EBB 224 Rekabentuk Bahan Kejuruteraan
• Dr. Zuhailawati Hussain

2
Rekabentuk Melibatkan Proses Sambungan

• Sambungan kaedah pemasangan, iaitu komponen2
  yang dihasilkan oleh proses lain digabungkan
  untuk menghasilkan bentuk yang lebih kompleks
  atau struktur yang lebih besar.
• Sambungan melanjutkan keupayaan proses2 tuangan,
  tempaan, dan kerja kepingan logam
• Ini kerana ia membolehkan pembuatan produk
  seperti rangka mesin, struktur keluli, badan
  kereta, tin makanan minuman, tangki simpanan
  dan sistem paip.
• Sesetengah sambungan bersifat sementara boleh
  ditanggalkan dengan mudah, cth sambungan
  berpasak (bolted joint)

3

• Sambungan kekal seperti paku (rivet) dan kimpalan
  (weldments.)
• Fungsi sambungan yang utama ialah memindahkan
  tegasan dari satu komponen ke komponen lain. Olh
  itu sambungan mesti cukup kuat untuk menampung
  beban khidmat yang dijangkakan.
• Kekemasan (tightness) sambungan juga perlu untuk
  mengelak kebocoran.
• Sambungan bererti tidak berterusan
  (discontinuities), maka ia perlu berada di kaw.
  Yang menerima tegasan rendah terutamanya bagi
  struktur yang dibeban secara dinamik.

4
Kimpalan

• Kimpalan telah menggantikan perivetan (riveting)
  dlm kebanyakan aplikasi-struktur keluli, dandang,
  tangki, casis kenderaan krn rivet
• kurang versatile dan memerlukan sambungan tindih
  (lap joint).
• Hanya blh mencapai 85 kekuatan sedangkan kawasan
  terkimpal blh mencapai kekuatan sama dgn logam
  dasar.
• Kimpalan lebih mudah diperiksa dan blh dibuat
  kedap gas _at_ cecair-sukar dilakukan dgn rivet

5

• Struktur terkimpal seperti monolit dan sifatnya
  umpama satu kepingan
• Blh memberi kesan negatif kpd struktur.
• Retak dlm satu komponen yang terdiri drpd
  pelbagai struktur yang dirivet tidak membahayakan
  krn ia jarang merambat dlm komponen tersebuut
  tanpa dikesan.
• Retak dlm struktur terkimpal bermula dalam satu
  kepingan dan merambat untuk jarak yang jauh dan
  menyebabkan kegagalan sepenuhnya.

6

• Pertimbangan lain kesan saiz struktur terkimpal
  ke atas keupayaan menyerap tenaga keluli.
• Semasa ujian hentaman Charpy, struktur kimpalan
  yg kecil blh mempamerkan suhu peralihan
  rapuh-mulur yg lebih rendah berbanding struktur
  kimpalan yang besar.
• Kapal sms Perang Dunia ke II, contoh struktur
  monolit, kebanyakkannya gagal setelah satu retak
  merambat di seluruh struktur.
• Olh itu, kemuluran takuk keluli dlm struktur
  terkimpal yg besar perlu diambilkira.

7

• Panduan untuk Rekabentuk Struktur Terkimpal
• Struktur dan sambungan terkimpal perlu mempunyai
  kebolehlenturan yg cukup. Struktur yang terlalu
  kaku
• tidak membenarkan pengecutan logam kimpal,
• mempunyai keupayaan terhad untuk mengagihkan
  tegsan, dan
• terdedah kpd herotan dan kegagalan.
• Kebolehcapaian (accessibility) sambungan untuk
  kimpalan, kedudukan kimpalan, danpadanan komponen
  merupakan element penting dlm rekabentuk.

8

1. Keratan nipis lebih mudah dikimpal
2. Tebal keratan terkimpal perlulah bersaiz sama utk
   mengelakkan herotan haba yg berbeza.
3. Meletakkan sambungan terkimpal secara simetri di
   paksi satu assembly utk mengurangkan herotan.
4. Jika blh, sambungan terkimpal diletakkan jauh
   dari permukaan yang hendak dimesin. Titik keras
   dalam kimpalan blh merosakkan alat pemotong.

9
Jenis Sambungan Kimpalan

• Plat logam blh disambung melalui kimpalan secara
  5 jenis samb. utama, Rajah 7.5.

10

• Rjh 7.6 Sambungan lap (tindih), tee dan penjuru
  (corner) yang menggunakan kimpalan jenis kambi
  (fillet).

11

• Kimpalan plat tebal memerlukan penyediaan tepi
  utk mempastikan penusukan yang lengkap.
• Satu atau kedua2 tepi yg akan dikimpal di potong
  serong (chamfer) utk mengurangkan jumlah logam
  terkimpal yg diendap.
• Kos per unit berat endapan logam terkimpal
  kira-kira 25-50 kali lebih berbanding struktur
  keluli.
• Jumlah pengecutan dan herotan meningkat apabila
  jum. logam endapan meningkat

12
Kekuatan Sambungan Terkimpal

• Kimpal temu (butt) yang ditusuk sepenuhnya
  lazimnya dianggap mempunyai kekuatan yg sama spt
  logam dasar.
• Maka tidak perlu mengira kekuatan kimpalan jika
  endapan logam sama spt logam dasar.
• Kekuatan kimpalan kambi (fillet) rendah vs
  kimpalan temu yg ditusuk sepenuhnya.

13

• Apabila beban dikenakan selari dengan garis
  kimpalan, satah pecah ialah pada 45-leher
  kimpalan.
• Kod AWS memberikan daya yg dibenarkan per unit
  panjang kimpalan ialah 30 daripada kekuatan
  tegangan elektrod kimpalan, S.

14

• Keupayaan menanggung beban bagi 2 kimpalan kambi
  (fillet), P ialah
• P2 x 0.30S x 0.707t x L
• L panjang kimpalan,
• S kekuatan tegangan ektrod kimpalan,
• tkaki kimpalan (bersamaan dengan tebal plat)
• Rajah 7.7

15
Contoh

• An AISI 1020 steel angle of dimensions 150 x 150
  x 12 mm is to be welded to a steel plate by
  fillet welds along the edges of the 150 mm leg.
  The angle should support a load of 270 kN acting
  along its length. Determine the lentghs of the
  welds to be specified. The welding electrode used
  is AWS-AISI E6012 with a tensile strength of 414
  MPa.

16

• P2 x 0.30S x 0.707t x L
• 270 000 2 x 0.30 (414) x 0.707 (12) x L
• L 128 mm

17
Ikatan Rekatan (Adhesive Bonding)

• Kaedah yg menarik utk sambungan dan penggunaanya
  semakin meningkat dalam pelbagai aplikasi.
• Kelebihan
• Kepingan nipis dan komponen berbeza tebal blh
  disambung dgn mudah
• Plg sesuai utk menyambung komposit matrik polimer
• Rekatan adalah penebat elektrik blh menghalang
  tindakan galvanic dlm sambungan logam yg berbeza

18

• Sesuai utk bahan berbeza atau tidak serasi
• Rekatan bersifat blh lentur-menyebarkan tegasan
  dlm kaw.yg luas dan blh menampung pengembangan
  terma yg berbeza
• Rekatan bersifat blh lentur-menyerap getaran
  hentakan, maka meningkatkan hayat lesu
• Juga bersifat kedap
• Tiada kepala skru, kepala paku atau kumai
  kimpalan bagus utk aplikasi yg tidak
  membenarkan gangguan aliran cecair atau
  mementingkan apppearance

19

• Kekurangan
• Sambungan lemah di bawah belahan (cleavage), juga
  beban pengupasan (peel loading) vs keadaan
  tegangan atau ricihan
• Kebanyakan tidak blh digunakan pada Tgt300C
• Pelarut, cahaya ultra ungu, air ozon blh
  menyerang sambungan rekatan
• Perlu mengambil kira rintangan rekatan terhadap
  hentaman dan rayapan serta aliran sejuk dan
  kekuatan

20
Rekabentuk Sambungan Rekatan

• Kekuatan sambungan rekatan bergantung pada
  geometri samb., arah beban , bahan rekatan,
  penyediaan perm., teknik pengenaan awet
  (curing).
• Kekuatan sambungan rekatan dihadkan olh luas
  sambungan
• samb. tindih (lap) dan ikatan berganda (double
  strap) lebih diutamakan berbanding ikatan temu
  (butt).
• Jika geometri samb.tidak membenarkan samb. lap
  double strap maka samb.skaf atau skaf berganda
  (scarf) blh dibuat.

21
(No Transcript)
22

• Jika samb.tindih mengikat keratan nipis, tegasan
  ricih mengakibatkan lenturan yg menghasilkan
  tumpuan tegasan pada hujung tindihan.
• Penirusan (tapering) hujung samb. dilakukan utk
  memberikan pembebanan yg lebih seragam.
• Samb.rekatan lemah dlm keadaan daya kupasan, maka
  elakkan beban jenis ini utk rekabentuk samb.

23
Rekabentuk Melibatkan Proses Pemesinan

• Pemesinan
• penghasilan komponen spt aci bolt (pasak) drpd
  stok bar
• Proses penyudahan spt dlm kes komponen tempa
  atau tuangan
• Rekabentuk pastikan komponen mestilah blh dimesin
  dengan mudah dan ekonomi
• 3 jenis pemesinan pemotongan logam, pencanaian,
  dan kesan elektrik atau bukan konvensional.

24

• Jenis konvensional blh dipecahkan kpd 3
• Kebolehmesinan bahan kerja dikatakan baik
• Kadar haus pemotong rendah
• Daya pemotongan rendah,
• Serpihan pecah menjadi kecil bukan berbentuk
  lingkaran panjang
• Permukaan siap yg blh diterima

• Pemotong beralih (tool translate), pemotong
  berputar bahan kerja berputar.

25
Panduan rekabentuk

• Bahan kerja mestilah mempunyai permukaan rujukan
  yang sesuai dipegang pada mesin-permukaan rata
  atau silinder.
• Jika tidak, kaki penyokong blh ditambah pada
  komponen tempa atau tuangan utk tujuan sokongan,
  dan dikeluarkan slps pemesinan.
• Jika blh, rekabentuk perlu membenarkan operasi
  pemesinan disiapkan tanpa set semula atau
  pengapitan (clamping) semula.

26

• Lenturan di bawah daya pemotongan perlu
  diambilkira.
• Utk daya pemotongan yg sama, lebih banyak
  lenturan bagi komponen yg nipis dan modulus young
  yg rendah.
• Penyokong diperlukan utk mempastikan ketepatan
  bahagian yg dimesin.

27

• Penebuk berputar mestilah masuk dan keluar pada
  sudut yg sesuai dengan permukaan yg ditebuk
• Tebukan secara bersudut dgn permukaan menyebabkan
  penebuk melentur dan pecah.
• Semasa penebuk sedang memotong, ia mesti menerima
  rintangan yang sama dari semua arah-hanya jika ia
  melalui permukaan masuk keluar berserenjang dgn
  paksinya.

28

• Lubang tidak blh terlalu hampir dgn pinggir bahan
  kerja
• Bahan kerja lemah rapuh spt keluli tuang-boleh
  pecah
• Keluli-melentur pada keratan nipis dan membidas
  (spring back) dan menghasilkan lubang yg tidak
  bulat
• Elakkan lubang tebukan dasar rata krn memerlukan
  operasi tambahan dan perkakasan khas utk
  membentuk dasar.

29

• Utk kurangkan kos, minimumkan kawasan yg perlu
  dimesin. Hasilkan permukaan bermesin hanya bagi
  mempastikan komponen berfungsi.
• 2 cth utk mengurangkan kaw.pemesinan