Optimisasi Parameter Desain Asymmetric Notch Hinge Dengan Metode Elemen Hingga Untuk Penggunaan Pada Ultrasonic Vibration Assisted Turning (UVAT)
Abstract
Abstrak — Teknik permesinan Ultrasonic Vibration
Assisted Turning (UVAT) adalah salah satu teknik permesinan
yang menggunakan gelombang ultrasonic untuk menciptakan
gerakan relatif antara alat potong dan benda kerja yang
menghasilkan pemotongan dengan tingkat presisi tinggi. Kajian
ini difokuskan pada peningkatan efisiensi dan kualitas
permesinan UVAT dengan mempelajari karakteristik
asymmetric notch hinge. Simulasi ini dilakukan untuk
memahami karakteristik asymmetric notch hinge dengan
parameter (radius, tebal hinge, dan jarak antar hinge) dalam
menghantarkan getaran untuk memaksimalkan deformasi dan
mengurangi hinge stress. Pengaruh dari setiap parameter
desain akan dievaluasi menggunakan metode full factorial.
Hinge yang lebih tebal dapat mengurangi stress dan
mengurangi deformasi. Sementara radius yang lebih besar
dapat memperbesar stress dan meningkatkan deformasi.
Namun perubahan ukuran jarak antar hinge tidak diketahui
pengaruh terhadap deformasi dan stress. Desain yang optimal
ditentukan dengan metode gray relational analysis dengan hasil
optimal yaitu 1 mm radius, 6.5 mm tebal hinge, dan 7 mm jarak
antar hinge. Desain ini dapat memaksimalkan deformasi pada
tool hingga 8.56 μm dan meminimasi stress yang diterima
sebesar 216.91 Mpa Dengan demikian, hasil dari penelitian ini
diharapkan dapat memberikan kontribusi dalam
mengembangkan desain optimal yang dapat meningkatkan
tingkat deformasi dalam permesinan UVAT.
Kata kunci— UVAT, Flexure Hinge, Asymmetric Notch Hinge, Deformasi, Parameter Desain, Finite Element
References
[1] D. E. Brehl and T. A. Dow, .Review of vibrationassisted machining,= Jul. 2008. doi: 10.1016/j.precisioneng.2007.08.003.
[2] S. Mohith, A. R. Upadhya, K. P. Navin, S. M. Kulkarni, and M. Rao, .Recent trends in piezoelectric actuators for precision motion and their applications: a review,= Jan. 01, 2021, IOP Publishing Ltd. doi: 10.1088/1361-665X/abc6b9.
[3] H. Rachmat, M. R. Ibrahim, and S. Bin Hasan, .Design selection of an innovative tool holder for ultrasonic vibration assisted turning (IN-UVAT) using finite element analysis simulation,= AIP Conf Proc, vol. 1831, no. April, 2017, doi:10.1063/1.4981170.
[4] Z. Ying, L. Shu, and N. Sugita, .Experimental and Finite Element Analysis of Force and Temperature in Ultrasonic Vibration Assisted Bone Cutting,= Ann Biomed Eng, vol. 48, no. 4, pp. 1281–1290, 2020, doi: 10.1007/s10439-020-02452-w.
[5] J. Wu, Y. Zhang, S. Cai, and J. Cui, .Modeling and analysis of conical-shaped notch flexure hinges based on NURBS,= Mech Mach Theory, vol. 128, pp. 560– 568, 2018, doi: 10.1016/j.mechmachtheory.2018.07.005.
[6] X. Long, H. Jiang, and G. Meng, .Active vibration control for peripheral milling processes,= J Mater Process Technol, vol. 213, no. 5, pp. 660–670, 2013, doi: 10.1016/j.jmatprotec.2012.11.025.
[7] M. J. Madou et al., Nicolae Lobontiu-Compliant Mechanisms_ Design of Flexure Hinges-CRC Press (2002), vol. 53, no. 9. 2013.
[8] Z. Wang et al., .A high-frequency non-resonant elliptical vibration-assisted cutting device for diamond turning microstructured surfaces,= International Journal of Advanced Manufacturing Technology, vol. 112, no. 11–12, pp. 3247–3261, 2021, doi: 10.1007/s00170-021-06608-3.
[9] O. C. Zienkiewicz, R. L. Taylor, and J. Z. Zhu, .The Finite Element Method: Its Basis and Fundamentals Sixth edition.= [Online]. Available: www.cimne.upc.es
