Cacat-Cacat Solidifikasi

Sebelum membahas lebih jauh tentang cacat, maka terlebih dahulu marilah kita coba mengenal dengan kristalisasi. Kristalisasi ialah proses pembentukan Kristal yang terjadi pada saat pembekuan, perubahan dari fasa cair ke fasa padat. Jika ditinjau dari mekanismenya, kristalisasi terjadi melalui 2 tahap :
1. Tahapan Nucleation (pembentukan inti)
2. Tahapan Crystal Growth (Pertumbuhan Kristal)

Bagaimana hal ini dapat terjadi? Secara sederhana dapat dijelaskan sebagai berikut :
Dalam keadaaan cair, atom-atom tidak memiliki susunan yang teratur (selalu mudah bergerak) dan mempunyai temperature yang relatip tinggi serta atom-atomnya memiliki energi yang cukup banyak sehingga mudah bergerak dan tidak ada pengaturan letak atom relatip terhadap atom lainnya.

Dengan semakin turunnya temperature maka energy atom akan semakin rendah dan semakin sulit bergerak sehingga atom-atom ini mulai mencari atau mengatur kedudukan relatip terhadap atom lainnya dan mulai membentuk lattice. Proses ini terjadi pada temperature yang relatip lebih dingin dimana sekelompok atom menyusun diri membentuk inti Kristal. Inti-inti ini akan menjadi pusat dari proses kristalisasi selanjutnya.

Dengan semakin turunnya temperature maka akan semakin banyak atom-atom yang ikut bergabung dengan inti yang sudah ada ataupun membentuk inti baru. Setiap inti akan tumbuh dengan menarik atom-atom lainnya dari cairan ataupun dari inti yang tidak sempat tumbuh, untuk mengisi tempat kosong pada lattice yang akan dibentuk. Pertumbuhan ini berlangsung dari tempat yang bersuhu dingin ke tempat yang bersuhu panas. Pertumbuhan ini tidak bergerak lurus saja tetapi mulai membentuk cabang-cabang dan ranting-ranting. Struktur ini disebut dengan struktur dendritik. Dendrit ini akan terus tumbuh ke segala arah sehingga cabang-cabang (ranting-ranting) dendrit ini hampir bersentuhan satu dengan lainnya sehingga sisa cairang yang terakhir akan membeku disela-sela dendrit ini.

Pertemuan antara satu dendrit kristal dengan lainnya dinamakan grain boundary (butir-butir kristal) yang merupakan bidang yang membatasi antara 2 kristal. Pada grain boundary ini akan terkandun unsur-unsur ikutan (impurity) yang lebih banyak dan pada grain boundary ini juga terdapat ketidakteraturan susunan atom (mismatch).

Cacat-cacat Kristal (Imperfection)
 Cacat dapat terjadi karena adanya solidifikasi (pendinginan) ataupun akibat dari luar. Cacat tersebut dapat berupa :
 
Cacat titik (point defect) 
Dapat berupa :
a. Cacat kekosongan (Vacancy) yang terjadi karena tidak terisinya suatu posisi atom pada lattice.
b. Interstitial (“salah tempat”, posisi yang seharusnya kosong justru ditempati atom)
c. Substitusional (adanya atom “asing” yang menggantikan tempat yang seharusnya diisi oleh atom)

Cacat garis (line defect)
Yakni Cacat yang menimbulkan distorsi pada lattice yang berpusat pada suatu garis. Sering pula disebut dengan dislokasi. Secara umum ada 2 jenis dislokasi, yakni : edge dislocation dan screw dislocation.

Cacat bidang (interfacial defect)
Ialah batasan antara 2 buah dimensi dan umumnya memisahkan daerah dari material yang mempunyai struktur kristal berbeda dan atau arah kristalnya berbeda, misalnya : Batas Butir (karena bagian batas butir inilah yang membeku paling akhir dan mempunyai orientasi serta arah atom yang tidak sama. Semakin banyak batas butir maka akan semakin besar peluang menghentikan dislokasi. Kemudian contoh yang berikutnya adalah Twin (Batas butir tapi special, maksudnya : antara butiran satu dengan butiran lainnya merupakan cerminan).

Cacat Ruang (Bulk defect)
Perubahan bentuk secara permanen disebut dengan Deformasi Plastis, deformasi plastis terjadi dengan mekanisme :
a. Slip, yaitu : Perubahan dari metallic material oleh pergerakan dari luar sepanjang Kristal. Bidang slip dan arah slip terjadi pada bidang grafik dan arah atom yang paling padat karena dia butuh energi yang paling ringan atau kecil.
b. Twinning terjadi bila satu bagian dari butir berubah orientasinya sedemikian rupa sehingga susunan atom di bagian tersebut akan membentuk simetri dengan bagian kristal yang lain yang tidak mengalami twinning.

Read more »

Pengerjaan Dingin (Cold Working)

Secara definisi, Cold Working (Pengerjaan Dingin) ialah pembentukan logam plastis pada temperatur dibawah temperatur recrystalisasi (Deforming metal plastically at a temperature lower than recrystallization temperature). Terus, Apa itu temperatur recrystalisasi? Temperatur recrystalisasi ialah perkiraan temperatur minimum dimana logam yang dideformasi dingin akan mengalami rekristalisasi secara keseluruhan yang selesai dalam 1 jam (The approximate minimum temperature at wich complete recrystallization of a high cold worked metal occurs within a specified time, usually 1 hour).

Suatu logam dikatakan mengalami pengerjaan dingin (Cold Working) apabila butir-butir kristalnya berada dalam keadaan terdistorsi setelah mengalami deformasi plastik. Dalam keadaan ini pada kristal terdapat berbagai dislokasi setelah terjadi slip dan atau twinning.

Sebagai akibat dari pengerjaan dingin ini beberapa sifat mekanik akan mengalami perubahan, misalnya : Tensile Strenght, Yield streghth dan Hardnessnya akan naik sedangkan keuletan (ductility) akan menurun sebanding dengan makin tingginya derajat deformasi dingin yang dialami.


Dari gambar diatas dapat kita analisa sebagai berikut : bahwa laju kenaikan Yield Strenght itu lebih tinggi dari pada laju kenaikan Tensile Strenght dan pada derajat deformasi yang lebih tinggi lagi perbedaan antara Yield Strenght dengan Tensile Strenght hanya sedikit sekali. Jadi apa maksudnya? Maksudnya adalah deformasi yang akan terjadi sebelum patah sedikit sekali (keuletannya rendah). Dan ini juga berarti bahwa akan sangat berbahaya bila menderformasikan logam yang telah mengalami derajat deformasi dingin yang cukup tinggi karena sewaktu-waktu dapat patah (putus).

Keterangan :  
The grain structure of a low carbon steel produced by cold working: (a) 10% cold work, (b) 30% cold work, (c) 60% cold work, and (d) 90% cold work (250). (Source: From ASM Handbook Vol. 9, Metallography and Microstructure, (1985) ASM International, Materials Park, OH 44073. Used with permission.)
 
Sebagaimana telah dikemukakan diawal bahwa akibat dari pengerjaan dingin adalah Tensile Strenght, Yield streghth dan Hardnessnya akan naik sedangkan keuletan (ductility) akan menurun sebanding dengan makin tingginya derajat deformasi dingin yang dialami. Selain itu juga perlu diketahui bahwa sebagian energi yang diberikan untuk mendeformasi logam itu dikeluarkan lagi sebagai panas dan sebagian lagi tetap tersimpan dalam struktur kristal sebagai energi dalam (tegangan dalam) yang dikaitkan dengan cacat kristal yang terjadi sebagai akibat dari deformasi. Jadi, secara sederhana bahwa setiap logam yang mengalami pengerjaan dingin itu pasti akan menyimpan sejumlah tegangan dalam sebagai akibat terjadinya sejumlah dislokasi.

Seumpama ada contoh kasus : Logam yang telah mengalami pengerjaan dingin ini dipanaskan kembali, apa yang terjadi? Maka terjadi suatu keadaan dimana atom-atom akan menerima sejumlah energi yang dapat dipakai untuk membentuk sejumlah kristal yang lebih bebas cacat dan bebas tegangan dalam. Nah, tahapan-tahapannya itu seperti berikut ini :

1. Recovery
Pada Fase Recovery ini terjadi pada awal pemanasan kembali dan dengan temperatur pemanasan yang rendah (A low-temperature annealing heat treatment), hal ini bertujuan untuk mengurangi tegangan dalam yang terjadi selama deformasi dan pada tahapan ini belum terjadi perubahan sifat mekanik maupun struktur mikro.

2. Recrystallization
Pada fase rekristalisasi ini dilakukan pemanasan kembali dengan temperatur pemanasan yang lebih tinggi (A medium-temperature annealing heat treatment), hal ini bertujuan untuk mengeliminasi semua akibat dari pengerasan regangan yang terjadi (strain hardening) selama pengerjaan dingin. Rekristalisasi terjadi melalui tahapan nucleaction (pengintian) dan growth (pertumbuhan).

3. Grain growth 
Pertumbuhan dari batas butir dengan proses difusi yang bertujuan untuk mengurangi jumlah dari Area Batas Butir.

Read more »

Perlakuan Panas (Hot Working)

Sifat mekanik tidak hanya tergantung pada komposisi kimia suatu paduan, tetapi juga tergantung pada strukturmikronya. Suatu paduan dengan komposisi kimia yang sama dapat memiliki strukturmikro yang berbeda, dan sifat mekaniknya akan berbeda. Strukturmikro tergantung pada proses pengerjaan yang dialami, terutama proses laku-panas yang diterima selama proses pengerjaan.

Proses laku-panas adalah kombinasi dari operasi pemanasan dan pendinginan dengan kecepatan tertentu yang dilakukan terhadap logam atau paduan dalam keadaan padat, sebagai suatu upaya untuk memperoleh sifat-sifat tertentu. Proses laku-panas pada dasarnya terdiri dari beberapa tahapan, dimulai dengan pemanasan sampai ke temperatur tertentu, lalu diikuti dengan penahanan selama beberapa saat, baru kemudian dilakukan pendinginan dengan kecepatan tertentu.

Secara umum perlakukan panas (Heat treatment) diklasifikasikan dalam 2 jenis :
1. Near Equilibrium (Mendekati Kesetimbangan) 
Tujuan umum dari perlakuan panas jenis Near Equilibrium ini diantaranya adalah untuk : melunakkan struktur kristal, menghaluskan butir, menghilangkan tegangan dalam dan memperbaiki machineability. Jenis dari perlakukan panas Near Equibrium, misalnya : Full Annealing (annealing), Stress relief Annealing, Process annealing, Spheroidizing, Normalizing dan Homogenizing.

2. Non Equilirium (Tidak setimbang)
Tujuan umum dari perlakuan panas jenis Non Equilibrium ini adalah untuk mendapatkan kekerasan dan kekuatan yang lebih tinggi. Jenis dari perlakukan panas Non Equibrium, misalnya : Hardening, Martempering, Austempering, Surface Hardening (Carburizing, Nitriding, Cyaniding, Flame hardening, Induction hardening)

Sebelum kita membahas lebih jauh lagi tentang perlakuan panas, tidak ada salahnya jika kita sedikit mereview kembali (mengulang kembali) pengetahuan kita tentang Diagram Near Equilibrium Ferrite-Cementid (Fe-Fe3C) 

Penekanan kita terletak pada Struktur mikro, garis-garis dan Kandungan Carbon.

Kandungan Carbon 
0,008%C = Batas kelarutan maksimum Carbon pada Ferrite pada temperature kamar.
0,025%C = Batas kelarutan maksimum Carbon pada Ferrite pada temperature 723 Derajat Celcius.
0,83%C = Titik Eutectoid
2%C = Batas kelarutan Carbon pada besi Gamma pada temperature 1130 Derajat Celcius
4,3%C = Titik Eutectic.
0,1%C = Batas kelarutan Carbon pada besi Delta pada temperature 1493 Derajat Celcius

Garis-garis 
Garis Liquidus ialah garis yang menunjukan awal dari proses pendinginan (pembekuan).
Garis Solidus ialah garis yang menunjukan akhir dari proses pembekuan (pendinginan).
Garis Solvus ialah garis yang menunjukan batas antara fasa padat denga fasa padat atau solid solution dengan solid solution.
Garis Acm = garis kelarutan Carbon pada besi Gamma (Austenite)
Garis A3 = garis temperature dimana terjadi perubahan Ferrit menjadi Autenite (Gamma) pada pemanasan.
Garis A1 = garis temperature dimana terjadi perubahan Austenite (Gamma) menjadi Ferrit pada pendinginan.
Garis A0 = Garis temperature dimana terjadi transformasi magnetic pada Cementid.
Garis A2 = Garis temperature dimana terjadi transformasi magnetic pada Ferrite.

Struktur mikro
Ferrite ialah suatu komposisi logam yang mempunyai batas maksimum kelarutan Carbon 0,025%C pada temperature 723 Derajat Celcius, struktur kristalnya BCC (Body Center Cubic) dan pada temperature kamar mempunyai batas kelarutan Carbon 0,008%C.

Austenite ialah suatu larutan padat yang mempunyai batas maksimum kelarutan Carbon 2%C pada temperature 1130 Derajat Celcius, struktur kristalnya FCC (Face Center Cubic).

Cementid ialah suatu senyawa yang terdiri dari unsur Fe dan C dengan perbandingan tertentu (mempunyai rumus empiris) dan struktur kristalnya Orthohombic.

Lediburite ialah campuran Eutectic antara besi Gamma dengan Cementid yang dibentuk pada temperature 1130 Derajat Celcius dengan kandungan Carbon 4,3%C.

Pearlite ialah campuran Eutectoid antara Ferrite dengan Cementid yang dibentuk pada temperature 723 Derajat Celcius dengan kandungan Carbon 0,83%C. 

Dari sedikit penjelasan diatas dapat kita tarik benang merah bahwa secara umum laku panas dengan kondisi Near Equilibrium itu dapat disebut dengan anneling.

Anneling ialah suatu proses laku panas (heat treatment) yang sering dilakukan terhadap logam atau paduan dalam proses pembuatan suatu produk. Tahapan dari proses Anneling ini dimulai dengan memanaskan logam (paduan) sampai temperature tertentu, menahan pada temperature tertentu tadi selama beberapa waktu tertentu agar tercapai perubahan yang diinginkan lalu mendinginkan logam atau paduan tadi dengan laju pendinginan yang cukup lambat. Jenis Anneling itu beraneka ragam, tergantung pada jenis atau kondisi benda kerja, temperature pemanasan, lamanya waktu penahanan, laju pendinginan (cooling rate), dll. Sehingga kita akan mengenal dengan apa yang disebut : Full Annealing (annealing), Stress relief Annealing, Process annealing, Spheroidizing, Normalizing dan Homogenizing.

1. Full annealing (annealing) 
Merupakan proses perlakuan panas untuk menghasilkan perlite yang kasar (coarse pearlite) tetapi lunak dengan pemanasan sampai austenitisasi dan didinginkan dengan dapur, memperbaiki ukuran butir serta dalam beberapa hal juga memperbaiki machinibility.

Pada proses full annealing ini biasanya dilakukan dengan memanaskan logam sampai keatas temperature kritis (untuk baja hypoeutectoid , 25 Derajat hingga 50 Derajat Celcius diatas garis A3 sedang untuk baja hypereutectoid 25 Derajat hingga 50 Derajat Celcius diatas garis A1). Kemudian dilanjutkan dengan pendinginan yang cukup lambat (biasanya dengan dapur atau dalam bahan yang mempunyai sifat penyekat panas yang baik).

Perlu diketahui bahwa selama pemanasan dibawah temperature kritis garis A1 maka belum terjadi perubahan struktur mikro. Perubahan baru mulai terjadi bila temperature pemanasan mencapai garis atau temperature A1 (butir-butir Kristal pearlite bertransformasi menjadi austenite yang halus). Pada baja hypoeutectoid bila pemanasan dilanjutkan ke temperature yang lebih tinggi maka butir kristalnya mulai bertransformasi menjadi sejumlah Kristal austenite yang halus, sedang butir Kristal austenite yang sudah ada (yang berasal dari pearlite) hampir tidak tumbuh. Perubahan ini selesai setelah menyentuh garis A3 (temperature kritis A3). Pada temperature ini butir kristal austenite masih halus sekali dan tidak homogen. Dengan menaikan temperature sedikit diatas temperature kritis A3 (garis A3) dan memberI waktu penahanan (holding time) seperlunya maka akan diperoleh austenite yang lebih homogen dengan butiran kristal yang juga masih halus sehingga bila nantinya didinginkan dengan lambat akan menghasilkan butir-butir Kristal ferrite dan pearlite yang halus.

Baja yang dalam proses pengerjaannya mengalami pemanasan sampai temperature yang terlalu tinggi ataupun waktu tahan (holding time) terlalu lama biasanya butiran kristal austenitenya akan terlalu kasar dan bila didinginkan dengan lambat akan menghasilkan ferrit atau pearlite yang kasar sehingga sifat mekaniknya juga kurang baik (akan lebih getas). Untuk baja hypereutectoid, annealing merupakan persiapan untuk proses selanjutnya dan tidak merupakan proses akhir.

2. Normalizing
Merupakan proses perlakuan panas yang menghasilkan perlite halus, pendinginannya dengan menggunakan media udara, lebih keras dan kuat dari hasil anneal.

Secara teknis prosesnya hampir sama dengan annealing, yakni biasanya dilakukan dengan memanaskan logam sampai keatas temperature kritis (untuk baja hypoeutectoid , 50 Derajat Celcius diatas garis A3 sedang untuk baja hypereutectoid 50 Derajat Celcius diatas garis Acm). Kemudian dilanjutkan dengan pendinginan pada udara. Pendinginan ini lebih cepat daripada pendinginan pada annealing.

3. Spheroidizing
Merupakan process perlakuan panas untuk menghasilkan struktur carbida berbentuk bulat (spheroid) pada matriks ferrite. Pada proses Spheroidizing ini akan memperbaiki machinibility pada baja paduan kadar Carbon tinggi. Secara sederhana dapat dijelaskan sebagai berikut : bahwa baja hypereutectoid yang dianneal itu mempunyai struktur yang terdiri dari pearlite yang “terbungkus” oleh jaringan cemented. Adanya jaringan cemented (cemented network) ini meyebabkan baja (hypereutectoid) ini mempunyai machinibility rendah. Untuk memperbaikinya maka cemented network tersebut harus dihancurkan dengan proses spheroidizing.

Spheroidizing ini dilaksanakan dengan melakukan pemanasan sampai disekitar temperature kritis A1 bawah atau sedikit dibawahnya dan dibiarkan pada temperature tersebut dalam waktu yang lama (sekitar 24 jam) baru kemudian didinginkan. Karena berada pada temperature yang tinggi dalam waktu yang lama maka cemented yang tadinya berbentuk plat atau lempengan itu akan hancur menjadi bola-bola kecil (sphere) yang disebut dengan spheroidite yang tersebar dalam matriks ferrite.

4. Process Annealing
Merupakan proses perlakuan panas yang ditujukan untuk melunakkan dan menaikkan kembali keuletan benda kerja agar dapat dideformasi lebih lanjut. Pada dasarnya proses Annealing dan Stress relief Annealing itu mempunyai kesamaan yakni bahwa kedua proses tersebut dilakukan masih dibawah garis A1 (temperature kritis A1) sehingga pada dasarnya yang terjadi hanyalah rekristalisasi saja.

5. Stress relief Annealing
Merupakan process perlakuan panas untuk menghilangkan tegangan sisa akibat proses sebelumnya. Perlu diingat bahwa baja dengan kandungan karbon dibawah 0,3% C itu tidak bisa dikeraskan dengan membuat struktur mikronya berupa martensite. Nah, bagaimana caranya agar kekerasannya meningkat tetapi struktur mikronya tidak martensite? Ya, dapat dilakukan dengan pengerjaan dingin (cold working) tetapi perlu diingat bahwa efek dari cold working ini akan timbu yang namanya tegangan dalam atau tegangan sisa dan untuk menghilangkan tegangan sisa ini perlu dilakukan proses Stress relief Annealing.

Read more »

Teori Dasar Statistical Process Control

Bagi kalangan praktisi di dunia industri tentunya sudah tidak asing lagi dengan terminologi-terminologi Quality yang sekarang sedang banyak sekali dipelajari dan dikembangkan oleh berbagai pihak, baik dari kalangan akademis sebagai dasar referensi teori maupun dari praktisi didunia industri sebagai subjek sekaligus objek atas “Quality knowledge” yang sekarang sedang berkembang.

Salah satu metode Quality yang erat kaitannya dengan hal tersebut adalah Statistical Process Control (SPC). Secara Etimologi, Statistical Process Control
1. Process : adalah suatu kegiatan yang melibatkan penggunaan mesin (alat), penerapan suatu metode, penggunaan suatu material dan atau pendayagunaan orang untuk mencapai suatu tujuan.
2. Control : adalah suatu rangkaian kegiatan umpan balik (reciprocal) untuk mengukur suatu hasil yang harus dicapai apabila dibandingkan dengan standard serta melakukan tindakan jika terjadi penyimpangan (abnormality)

Sedang secara epistimologi, Statistical Process Control (SPC): adalah penerapan teknik statistik untuk mengukur dan menganalisa variasi yang terjadi selama proses (produksi-red) berlangsung.

Jenis-jenis Variasi
Satu hal yang harus menjadi filosofi dasar dan harus dipahami oleh kita bahwa setiap produk ataupun jasa yang dihasilkan dari suatu proses (produksi-red) itu tidak akan 100% sama, hal ini terjadi karena adanya variasi selama proses (produksi-red) berlangsung. Variasi dapat didefinisikan sebagai ketidakseragaman produk atau jasa yang dihasilkan. Dapat pula didefinisikan sebagai produk atau jasa yang dihasilkan tidak memenuhi spesifikasi standard yang telah ditetapkan. 

Variasi dikelompokan menjadi 2 jenis :
1. Variasi yang tidak bisa dihindari (uncontrollable variation/chance/common/random variation) contoh: kelembaban udara, suhu ruangan yang berubah-ubah, getaran mesin penggilingan padi, perubahan voltage PLN, dll
2. Variasi yang bisa dihindari (controllable variation/assignable variation)
Contoh: kurang homogennya bahan baku, kurang cermatnya operator, dll.
 
Manfaat Umum Penerapan SPC
Secara Umum dengan menerapkan SPC akan diperoleh beberapa manfaat, antara lain :
1. Meningkatkan daya saing produksi dengan menekan terjadinya variasi.
Mengurangi biaya-biaya yang seharusnya tidak perlu dikeluarkan, misalnya : rework cost, sorting cost, Punishment cost akibat customer complaint, dll.
2. Meningkatakan mutu bahan dan material yang dibeli melalui penerapan Incoming Inspection.
3. Meningkatkan produktivitas dengan menekan persentase cacat, kesalahan ataupun rework.

Lima langkah praktis dalam menerapkan SPC
a. Mendefinisikan, menggambarkan dan memahami tentang proses (produksi-red) yang akan dilakukan perbaikan.
b. Mengidentifikasi parameter proses yang kritis (critical process parameter)
c. Memindahkan data-data yang sudah diperoleh kedalam format grafik statistik (menerapkan teknik kendali statistik) d. Memonitor proses pengendalian
e. Mereview dan tindak lanjut

terdiri dari :Pada dasarnya “inti permasalahan” ini terletak pada terjadinya variasi pada proses (produksi-red) yang disebabkan oleh berbagai faktor secara kompleks. Faktor-faktor tersebut dapat diklasifikasikan melalui pendekatan 4M +1E (Man, Material, Measurement, Methode and Environment) dan suatu analisa yang tidak dapat dilepaskan dengan adanya variasi ini adalah Process Capability Analyze.
 
Process Capability Analyze
Process Capability Analyze dapat didefinisikan sebagai suatu analisa untuk mengetahui apakah proses kerja yang sedang berjalan memenuhi spesifikasi yang telah ditetapkan. Proses disebut capable jika mampu menghasilkan hampir 100 % output sesuai dengan spesifikasi yang telah ditetapkan. Capability adalah kemampuan suatu proses untuk menghasilkan output sesuai dengan spesifikasi yang telah ditetapkan. Process Capability ialah suatu kemampuan proses yang merefleksikan derajat keseragaman dalam memproduksi suatu produk.Capability index adalah suatu index yang mengggambarkan seberapa jauh proses tersebut dapat memenuhi spesifikasi yang diharapkan. Dengan mengetahui Capability index, hal ini akan membantu kita dalam memfokuskan pada target value, target value yaitu value yang paling diinginkan pelanggan. Meskipun output 100% berada di dalam spesifikasi limit, bisa jadi pelanggan tidak puas dan memungkinkan hilangnya bisnis.

Index untuk mengukur Process Capability Analyze : 
1. Cp : Index yang menunjukkan kemampuan suatu sistem dalam memenuhi spesifikasi limit (limit atas-USL dan limit bawah-LSL).
2. Perhitungan Cp menggunakan estimasi sigma dan dapat digunakan untuk menunjukkan potensi suatu sistem dalam memenuhi spesifikasi.
3. Dalam Cp, tidak memperhitungkan rata-rata proses, hanya terfokus pada spread (persebaran data). Jika sistem tidak centered di dalam batas spesifikasi, maka nilai Cp kurang memberikan gambaran yang sebenarnya.
4. Cpk : Index yang menunjukkan seberapa baik suatu sistem dapat memenuhi spesifikasi limit.
5. Perhitungan Cpk menggunakan estimasi sigma dan dapat digunakan untuk menunjukkan potensi suatu sistem dalam memenuhi spesifikasi.
6. Dalam Cpk, rata-rata proses diperhitungkan sehingga proses tidak perlu centered terhadap target.

Mengukur Process Capability Analyze :
Hal-hal yang perlu diketahui :
a. Control Limit merupakan garis batas yang menggambarkan kemampuan proses berdasarkan pengalaman dan kemampuan teknik. Control Limit ada 2 jenis, yakni : Upper Control Limit (UCL) dan Lower Control Limit (LCL).
XBAR Control Limit :
- UCL = X+ (A2)*(R)
- LCL = X - (A2)*(R)
R Control Limit :
- UCL = (D4)*(R)
- LCL = (D3)*(R)

 
b. Spesifikasi Limit merupakan batas-batas yang ditentukan oleh konsumen (internal maupun eksternal) ataupun target yang harus dicapai. Specifikasi Limit ada 2 jenis, yaitu : Upper Specification Limit (USL) dan Lower Specification Limit (LSL).
c. Mean (Rata-rata) adalah nilai yang mewakili data secara keseluruhan.
d. Median adalah nilai tengah dari data yang telah diurutkan.
e. Modus adalah nila data yang mempunyai frekuensi tertinggi.

 
f. Standard Deviation (Sigma) bisa dianggap sebagai akar dari variance sedangkan variance ialah rata-rata kuadrat dari tiap-tiap titik ke rata-rata.

 
g. Bias ialah Perbedaan antara data yang dikumpulkan dalam sampel dengan kondisi yang sebenarnya dalam populasi.
h. Populasi ialah keseluruhan object yang ingin kita ukur dan analisa.Sample ialah sebagian (kecil) dari populasi dimana kita benar-benar melakukan pengukuran dan dengan ini kita dapat menarik kesimpulan.
 
Pengumpulan Data
Dalam melakukan suatu observasi dibutuhkan data-data yang accountable. Data yang baik apabila diolah maka akan menghasilkan informasi yang berguna atau bermanfaat. Jadi yang dimaksud dengan data adalah sekumpulan fakta, angka atau segala sesuatu yang dapat dipercaya kebenarannya sehingga dapat digunakan sebagai referensi dalam mengambil keputusan. Data terbagi dalam data variable dan data attribute.

1. Data variable : disebut juga data continues atau measurement. Data ini berasal dari hasil pengukuran dan nilainya berada dalam suatu interval atau jangkaun tertentu, contoh : Hasil pengukuran berat badan dari 46 Inspector di PQA, hasill pengukuran panjang Frame Main DV28EC selama 1 bulan, dll.
2. Data attribute : disebut juga data diskrit atau data non continues. Umumnya data ini merupakan hasil perhitungan dan berupa bilangan bulat, contoh : Jenis suku bangsa Inspector PQA, jenis kelamin (pria/ wanita), jumlah karyawan yang tidak masuk per hari, dll.
Dalam pengumpulan data-data dilapangan, ada beberapa faktor yang mempengarui hasil pengukuran, diantaranya : kesalahan alat ukur (repeatability), kesalahan operator (reproducibility), kesalahan alat hitung, kesalahan metode pengukuran, dll.
 
Control Chart
Pada dasarnya kurang lebih ada 7 buah QC Tools yang dapat dalam pengendalian mutu (Quality Control), yakni :
1. Flow Chart
2. Check Sheet
3. Histogram
4. Scatter Diagram
5. Pareto Diagram
6. Cause-and-Effect Diagram
7. Control Chart
 
 
Dan dalam hal ini pembahasan akan dikonsentrasikan pada Control Chart (Peta kendali). Control Chart ialah suatu Quality Tool yang dapat digunakan untuk mendeteksi apakah sebuah proses tersebut dalam kondisi terkontrol secara statistik (statistically stable) ataukah tidak. Proses yang tidak dalam kondisi terkontrol secara statistik akan menunjukan suatu variasi yang berlebih sebanding dengan perubahan waktu.





 
Control Chart membedakan antara Common Cause dan Special Cause. Common Cause ialah Penyebab yang agak susah untuk bisa dihilangkan (Natural variation) sedang Special Cause ialah Penyebab yang masih mungkin bisa dihilangkan, misalnya : Kesalahan Operator, materialnya retak dan kotor, Operator masih baru, tidak ada Standard Operasional Procedure untuk menjalankan suatu mesin produksi, dll.
 
Manfaat Control Chart 
1. Mengetahui perubahan-perubahan yang terjadi selama satu periode produksi.
2. Memberikan informasi proses secara kronologis, yakni menunjukkan bagaimana pengaruh berbagai faktor, misalnya : material, manusia, metode, dll. terhadap proses produksi.
3. Mengidentifikasi gejala penyimpangan suatu proses yakni dengan memperhatikan pola atas pergerakan titik-titik sehingga dapat dihindari Over Control yaitu pengontrolan terlalu ketat sehingga dapat menurunkan efisiensi maupun Under Control yaitu pengontrolan terlalu longgar sehingga dapat menurunkan mutu.

8 Kategori adanya pola yang Out of Control pada special Cause yang menunjukan bahwa proses belum stabil secara statistik (Uncontrolled)
a. Dua titik berada lebih dari 3 sigma dari garis tengah.b. Sembilan titik berada pada lajur baris yang sama dari center line.c. Enam titik pada gambar kecenderungannya semuanya naik atau turun.
d. Keempat belas titik yang terdapat pada gambar naik dan turun.
e. Titik-titik yang dilingkari berada lebih dari 2 sigma pada CL. f. Titik-titik yang dilingkari melebihi 1 sigma dari CL.
g. Kelima belas titik berada pada batas 1 sigma dari CL.
h. Kedelapan titik yang dilingkari melebihi 1 sigma dari CL.. Jenis Control Chart
Sebagaimana telah disinggung pada pembahasan diatas bahwa pada dasarnya data diklasifikasikan menjadi 2, yakni : Data attribute dan data variable, sehingga dengan demikian jenis-jenis Control Chart terbagi atas :
1. Variable Control Chart, yaitu suatu jenis Control Chart dimana data yang dikumpulkan dan akan dianalisa merupakan data-data variable, misalnya : X-R Bar Chart dan X-S Bar Chart.
2. Attribute Control Chart, yaitu suatu jenis Control Chart dimana data yang dikumpulkan dan akan dianalisa merupakan data-data attribute, misalnya : p-chart
 
Contoh Langkah kerja pada penggunaan X-R Bar Control Chart
X-R Bar Control Chart merupakan salah satu variable Control Chart dimana data yang dikumpulkan dalam setiap pengamatan berbentuk sub-group yang besarnya sekitar 2 hingga 9 sampel.

Koreksi dalam menentukan frekwensi dan besarnya sample, jika ditemui kondisi sebagai berikut :
a. Sample size terlalu kecil
Jika Control Chart tidak bisa cepat mendeteksi perubahan ekonomis penting.
b. Sample Size terlalu besar
Jika Control Chart “Out of Control” untuk perubahan yang tidak bernilai ekonomis.
c. Frekwensi Penyampelan terlalu sering
Jika sampling and plotting cost melebihi keuntungan ekonomis yang diperoleh dari proses control tersebut.
d. Frekwensi penyampelan terlalu jarang
Jika Economic loss lebih tinggi biayanya dibandingkan dengan waktu tambahan.

Langkah-langkah Kerja :
1. Tentukan tujuan dari penelitian.
2. Buatlah Blue Print (Rancangan-rancangan) sistematis dari penelitian yang akan dilakukan.
3. Buatlah lembar data (Check Sheet) dengan menentukan : jenis data yang dibutuhkan, Critical parameter yang akan dikontrol, besar sample (sub group), frekuensi pengambilan sampel, dll.
4. Lakukan pengumpulan data.
5. Buatlah Control Chart. Hal ini dapat dilakukan dengan bantuan software (MINITAB) maupun secara konvensional dengan rumus sebagaimana telah dibahas dimuka.
6. Perlu diperhatikan bahwa Control Chart yang dibuat pertama kali merupakan Control Chart “percobaan”.
7. Periksa apakah ada titik-titik yang Out of Control ataukah tidak dengan menggunaikan kaidah pengujian 8 titik Out of Control sebagimana telah dikemukakan diatas. Jika terdapat titik yang Out of Control maka Control Chart harus diperbaiki (revisi)
8. Merperbaiki (revisi) Control Chart dengan membuang data-data yang Out of Control (tidak stabil), kemudian hitung kembali dan tampilkan dalam Control Chart. Perlu diingat bahwa pembuangan data-data yang Out of Control harus disertai dengan penjelasan logis 5W+1H dan dilengkapi dengan Corrective Action. Setelah dianggap jelas (close) maka data-data yang Out of Control dapat dibuang.
9. Ulangi proses 5 ~ 8 dan hingga seluruh titik berada dalam Chart serta dalam keadaan In Control. Perlu diperhatikan juga bahwa dalam pembentukkan Control Chart ini dalam satu periode proses pengambilan data harus diperhatikan dalam keadaan normal serta tidak mengalami perubahan proses kerja yang signifikan (perubahan material, mesin, sistem kerja, dll.
10. Jika telah tercapai, maka garis kendali yang diperoleh dapat digunakan untuk mengontrol proses pada periode berikutnya.
11. Menerapkan pengontrolan proses. Sebagai informasi tambahan saja bahwa seiring dengan mobilitas produksi yang tinggi maka alangkah baiknya jika dalam aktual penerapan pengontrolan proses itu menggunakan bantuan software (misal : MINITAB). Hal ini bertujuan jika terjadi Out of Control (abnormality) akan segera ketahuan dan terdeteksi.

Read more »

Teori Dasar Six Sigma Secara Sederhana

Definisi
Secara etimologi six sigma tersusun dari 2 kata yaitu : six yang berarti enam dan sigma yang merupakan simbol dari standard deviasi atau dapat pula diartikan sebagai ukuran satuan statistik yang menggambarkan kemampuan suatu proses dan ukuran nilai sigma dinyatakan dalam DPU (Defect Per Unit) atau PPM (Part Per Million). Dapat dikatakan bahwa proses dengan nilai sigmadefect yang lebih sedikit (baik jumlah defect maupun jenis defect). Semakin bertambah nilai sigma maka semakin berkurang Quality Cost dan Cycle time.Secara epistimologi six sigma merupakan sebuah metodologi terstruktur untuk memperbaiki suatu proses dengan memfokuskan pada usaha-usaha untuk memperkecil variasi yang terjadi (process variance) sekaligus mengurangi cacat ataupun produk atau jasa yang keluar dari spesifikasi dengan menggunakan metode statistik dan tools quality lainnya secara insentif. Umumnya six sigma dituliskan dalam simbol 6 sigma. Dan secara sederhana six sigma (6 sigma) dapat diterjemahkan sebagai suatu proses yang mempunyai kemungkinan cacat (defect opportunity) sebanyak 3,4 buah dalam satu juta produk (jasa). Mengenai penurunan nilai 3,4 sebenarnya banyak sekali kontroversi, tapi yang terpenting adalah kita memahami six sigma sebagai sebuah referensi tool untuk mengurangi jumlah cacat. Defectopportunity Process Yield; Tes Destructive; Rejects – Repair; Visual Check (Appraisal); EHS - OSHA/LTA (Accidents); Ketidakhadiran; Perbedaan Material; Forecasting; Schedule Achievement; Kapasitas; CTQ - Critical to Quality; Scrap dan Rework; Organizational Development; Training; Inventory; Overtime; On-Time-Delivery; Order yang akurat; Transportasi; Down time; dll.
yang lebih tinggi (pada suatu proses) akan mempunyai ialah Kegagalan dalam menghasilkan suatu produk sesuai dengan spesifikasi yang telah ditetapkan sedang yang dimaksud dengan (Kesempatan) antara lain : Kualitas produk; Kualitas komponen;Dan dalam perkembangannya six sigma juga data diaplikasikan seluruh sistem bisnis, design, manufacturing, sales, service, dll.



Sejarah
Sebelum kita membahas lebih jauh terlebih dahulu marilah kita melihat kebelakang tentang sejarah six sigma.
Six sigma dimulai oleh Motorola di era tahun 1980-an oleh salah seorang engineer bernama Bill Smith atas dukungan penuh dari CEO Bob galvin. Hal ini dilatarbelakangi oleh hilangnya market Motorola karena perbedaan kualitas dibandingkan dengan perusahaan Jepang. Pada tahun 1981 Motorola menghadapi tantangan tersebut dengan mengevaluasi kualitasnya hingga 5 kali dalam 5 tahun namun tetap saja tidak berhasil. Kemudian Motorola menggunakan statistical tools yang dipadukan dengan ilmu manajemen financial metrics yaitu Return on Investment (ROI) sebagai salah satu alat ukur (metrics) dari quality improvement process. Konsep ini kemudian dikembangkan oleh Dr. Mikel Harry dan Richard Schroeder secara lebih mendalam sehingga metode ini mendapat sambutan luas dari jajaran manajement Motorola dan perusahaan-perusahaan lain.

Perusahaan selain Motorola yang juga mengembangkan six sigma salah satunya yakni General electric (GE). Pada tahun 1995, GE menggulirkan six sigma disegala aspek bisnisnya guna menghadapi tantangan kualitas sebagai perusahaan kelas dunia. GE memperbaharui prosesnya seperti produktivitas, Inventory Return namun improvement tersebut tertunda karena adanya defect diprosesnya. Kemudian dikalangan GE muncul suatu pemikiran bahwa World Class Quality adalah suatu hal yang menantang sehingga di GE six sigma menjadi sebuah trend terlebih setelah mendapat dukungan penuh dari CEO Jack Welch. Hal inilah yang membuat perusahaan-perusahaan lain ingin mengetahui lebih jauh tentang six sigma dan mencoba mengimplementasikan metode ini ditempat kerjanya masing-masing.

Kemudian akan muncul sebuah opini, siapakah penemu ataupun penggagas sig sigma pertama kali? Apakah Motorola?

Hal inilah yang menarik untuk dibicarakan. Perlu diketahui bahwa konsep dasar six sigma sebenarnya diambil dari Total Quality Management (TQM) dan Statistical Process Control (SPC). Kedua konsep ini sudah lama dikembangkan oleh para ahli quality seperti Dr. Kaoru Ishikawa, Shewhart, Crossby, dll. Jadi ditinjau dari segi waktu dapat dikatakan bahwa six sigma merupakan hasil pengembangan dari quality improvement semenjak tahun 1940-an. Tapi yang jelas, bagi kita adalah seperti apapun metode yang terpenting adalah menerapkannya secara disiplin, berkesinambungan dan konsisten sehingga dapat menghasilkan suatu perbaikan (improvement).

Konsep Dasar Six Sigma
Secara umum ada 2 buah konsep dasar dari six sigma, yaitu :
Six sigma sebagai suatu aktivitasPada penjelasan sebelumnya telah disebutkan bahwa six sigma dapat diartikan sebagai suatu proses yang mempunyai defect opportunity atau kemungkinan cacat sebanyak 3,4 buah dalam satu juta produk atau jasa (DPPM). Untuk mencapai “target” angka tersebut maka ada beberapa rangkain aktivitas six sigma yang perlu dilakukan, misalnya :
a. Memahami dan mendefinsikan suatu proses design, manufacturing dan service secara jelas.
b. Aplikasi untuk six sigma statistic tools dan proses.
c. Mengidentifikasikan faktor penyebab defect.
d. Analisa dan improvement (perbaikan).
e. Melalui penurunan defect ratio akan meningkatkan yield dan total kepuasan pelanggan.
f. Management innovation tool memberikan kontribusi terhadap management out put.

Six sigma sebagai suatu strategi bisnis
Secara umum ada ada enam komponen utama konsep six sigma sebagai strategi bisnis (Peter S. Pande, 2002: 8), yaitu :
a. Customer service oriented (mengutamakan pelayanan kepada pelanggan).
Definisi customer (pelanggan) bukan hanya terbatas pada pembeli saja tetapi juga berarti rekan kerja kita, orang/ pihak yang akan menerima hasil kerja kita, masyarakat umum sebagai pengguna jasa, pemerintah, dll. Six sigma mampu memberikan informasi kepada kita mengenai seberapa bagus produk, service kita dan proses didalamnya serta membantu kita untuk menentukan langkah-langkah demi kepuasan customer secara total.
b. Manajemen yang bedasarkan data dan fakta.
c. Fokus pada proses, manajemen dan perbaikan.
Perlu diketahui bahwa six sigma sangat dipengaruhi dan bergantung pada seberapa jauh kita memahai suatu proses. Dan hal ini belum cukup apabila tidak didukung dengan appresiasi manajemen yang bagus dalam melakukan perbaikan.
d. Manajemen yang proaktif
e. Kerjasama tim yang bagus
f. Selalu mengejar kesempurnaan.

Sig sixma merupakan suatu tool yang lengkap yang dapat dipergunakan dan diaplikasikan pada bidang design, manufaktur, Sales, Service, dll. Six sigma dapat membantu kita dalam meraih keuntungan pada suatu persaingan. Bila kita dapat memperbaiki sigma level pada proses kita, berarti kualitas produk akan lebih baik dan biaya-biaya yang tidak perlu akan berkurang sehingga kita dapat memenuhi kepuasan customer.

 
Tahapan-tahapan Six Sigma
Sebagaimana telah dikemukakan dimuka bahwa six sigma merupakan suatu metode terstruktur. Terstruktur disini dapat diartikan karena six sigma mempunyai sedikitnya ada lima tahapan, yakni :
1. DefinePada tahapan ini tim pelaksana akan mengidentifikasi masalah, menentukan target waktu, mendefinisikan specifikasi customer (critical to quality), mendefinisikan dan menggambarkan QC flow chart serta menentukan tujuan yang ingin dicapai (misal : pengurangan cacat, biaya, dll).
2. Measure
Pada tahapan ini bertujuan untuk memvalidasi permasalahan, mengukur atau menganalisa permasalahan dari data-data yang ada.
3. Analyze
Pada tahapan ini akan ditentukan faktor-faktor apa saja yang berpengaruh pada proses. Hal ini berarti bahwa jika ada empat faktor pokok yang apabila diperbaiki maka akan memperbaiki proses secara signifikan.
4. Improve
Pada tahapan ini kita akan mendiskusikan dan membicarakan tentang ide-ide untuk melakukan suatu improvement berdasarkana hasil analisa yang telah dilakukan. Selain itu juga dilakukan percobaan untuk melihat hasilnya apakah sudah efektif ataukah belum. Jika hasilnya efektif maka dapat dibakukan dalam suatu Standard Operasional Procedure (SOP).
5. Control
Setelah keempat tahapan diatas sudah dilakukan maka langkah selanjutnya adalah membuat suatu rencana dan merancang pengukuran atas hasil improvement yang sudah dilakukan agar dapat dikontrol dan diawasi secara berkesinambungan.

Sebenarnya kunci pokok agar tetap bertahan dalam sebuah persaingan bisnis yang semakin ketat ini adalah berusaha untuk lebih cepat, lebih baik (berkualitas) dan lebih murah. Kita ambil contoh misalnya membandingkan service pada jasa pengiriman paket barang dari Wonosobo (Jawa Tengah) ke Batam antara melalui Kantor Pos (BUMN) dan TIKI (swasta).

Pengiriman paket barang melalui Kantor Pos dipilih dengan beberapa pertimbangan misalnya murah dan hampir menjangkau seluruh wilayah Indonesia. Tetapi kadang-kadang Estimation Time Arrival (ETA) melebihi dari perkiraan semula, misalnya terlambat 1 minggu dan bahkan tidak jarang kondisi barang yang diterima sudah rusak.

Pengiriman paket barang dengan jasa TIKI akan dipilih jika kita akan mengirim barang dengan jaminan tidak rusak (aman) dan tepat waktu. Namun, kadang-kadang barang yang dipaketkan terlambat 1 hingga 2 hari saja dari ETA. Meskipun demikian biaya pengiriman melalui jasa TIKI jauh lebih mahal bila dibandingkan dengan jasa POS.

Intinya bahwa kedua biro jasa pengiriman tersebut mempunyai “variasi” dari proses dan service mereka. Saya tidak tahu apakah keduanya menerapkan six sigma ataukah tidak, tapi yang jelas manajemen keduanya pasti selalu memperbaiki proses dan service dengan metode yang sangat terstruktur dan rapi.
Filosofi dasar six sigma
1. Kelangsungan perusahaan bergantung kepada kemajuan bisnis.
2. Perusahaan bertambah besar berdasarkan kepuasan pelanggan (customer)
3. Kepuasan pelanggan ditentukan oleh quality, price dan delivery.
4. Quality, price dan delivery dikontrol oleh process capability.
5. Process capability tergantung dari variasi.
6. Variasi proses menentukan kenaikan defect, cost dan cycle time.
7. Untuk mengurangi variasi, kita harus mengaplikasikan pengetahuan yang benar.
8. Untuk mengaplikasikan pengetahuan yang benar, langkah pertama adalah dengan mengukur.
9. Dengan mengukur permasalahan, kita akan dapat pengetahuan yang benar.

Perbandingan antara 3 sigma dengan 6 sigmaManfaat dan keunggulan-keunggulan six sigma
1. Menurunkan Cost of loss, perbaikan kualitas dan service produk serta kepuasan konsumen.
2. Dapat mengurangi secondary process [rework] dan claim.3. Membuat keputusan berdasarkan data dan tidak hanya berdasar praduga saja.
4. Dapat diterapkan disegala bidang baik bidang Industri maupun bidang financial.
5. Fokus terhadap 3P (Product, Process, People).
Tidak hanya produk dan service saja, tapi juga proses dan kualitas sumber daya manusia dapat mencapai tujuan melalui pengukuran sigma level.
6. Sangat berdampak terhadap investasi.
7. Berdampak terhadap biaya.
8. Pengolahan data sangat mudah dengan menggunakan statistik.
Melalui analisa data eksperimen hal yang samar menjadi jelas. Tidak berdasarkan praduga dan pengalaman karena dibantu dengan statistic Software (Minitab)
 
Faktor-faktor Kunci keberhasilan Six Sigma
Ditinjau dari segi Sistem pengoperasian
a. Six sigma membutuhkan Top down drive atau dorongan dan dukungan penuh dari manajemen untuk menggerakan dan memotivasi subordinate-subordinat yang ada dibawahnya.
b. Six sigma membutuhkan partisipasi [harus] dari karyawannya khususnya untuk selalu customer oriented (berorientasi ke pelanggan).
c. Six sigma sebagai standar umum perusahaan, misalnya mensosialisasikan istilah (terminology) CTQ, Sigma, Cp, Z-level atau istilah statistik lainnya kepada para Operator (karyawan), Mencantumkan keterangan sigma level untuk setiap proses produksi dalam sebuah papan informasi yang besar dan mudah dilihat oleh siapa saja, dll.

Ditinjau dari segi Metodologi
1. Berasal dari voice of customer.Pada pembahasannya sebelumnya sering disinggung istilah CTQ. CTQ ialah pemilihan faktor yang terpenting bagi konsumen atau dapat juga diartikan Customer Anda merasa bahwa karakteristik product, service atau proses adalah suatu hal yang kritikal. Pernyataan konsumen merupakan CTQ untuk suatu produk, proses ataupun service. Pengertian umum dari kontrol CTQ adalah pemilihan faktor yang terpenting bagi konsumen. Umumnya CTQ berasal dari konsumen, namun bisa juga dari resiko, ekonomi, dan Peraturan. Contoh yang mudah kita temukan yakni : Bakso harus bebas Formalin, Specifikasi external view untuk panjang Drive model DW224EV-VD3 adalah 132,18 +/- 0,3 [mm] atau contoh lainnya adalah adanya kebijakan RoHs compliance untuk semua Drive [part] yang akan memasuki wilayah Uni Eropa dan masih banyak lagi contoh-contoh CTQ. CTQ dapat diperoleh dengan alat-alat analisa (typical tool), misalnya : survey konsumen, interview, peta kebutuhan konsumen, Quality Function Deployment (QFD), Quick Market Intelligence, Pareto Diagram, dll.
2. Seluruh karyawan memerlukan training.
Training program six sigma secara intensif diperuntuk bagi seluruh karyawan agar karyawan dapat memahami dengan benar tentang metode six sigma. Hal ini diperlukan karena untuk menerapkan metode six sigma diperlukan investasi sumber daya manusia yang paham dengan 6 sigma.
3. Membutuhkan case study project, resource information untuk organisasi dan sistem, penilaian yang berdasar dan sistem penghargaan (reward system).
 
Istilah-istilah dalam Six Sigma
a. Defects Per Unit : 
Jumlah Defect per unit
Menentukan proses tidak bagus atau kita tidak dapat mengetahui bahwa bahwa proses tersebut mengandung defect. Six Sigma dapat mengatasi hal tersebut, contoh : Sebuah Laporan komplaint terdiri dari 10 halaman, 2 halaman diantaranya salah sehingga
DPU= Defect / Unit = 2 / 1 = 2


b. Defects Per Opportunity : 
Jumlah Defect disesuaikan dengan kesempatan defect per unit.
DPO merupakan pengembangan dari konsep DPU ditambah dengan variabel opportunity (Kemungkinan). Contoh : Sebuah laporan komplaint terdiri dari 10 halaman, 2 halaman diantaranya salah sehingga :
DPO = 2 Defect / (1 unit X 10 opportunity) = 0,2
DPO = 0,2


c. Defect Per Million Opportunities : 
Nilai dari DPO X 1.000.000
Mengubah DPO menjadi sejuta unit karena dalam sigma biasanya menggunakan PPM (Part Per Million). Contoh :
DPMO = 0.2 DPO x 1.000.000 = 200.000

d. Z-Value 
Z merupakan perbandingan Nilai Perbedaan antara X (USL atau LSL) dan target dibagi dengan standard deviation (sigma). Z-Value merupakan Standard terhadap nilai normal untuk Variasi Normal Distribusi sehingga memudahkan untuk analisa statistik. Z-Value adalah bagian dari sigma level. Bila nilai Z adalah 6, ini merupakan 6 sigma level.

e. Normal distribution : 
Menunjukkan suatu bentuk distribusi, sisi kanan dan sisi kiri jaraknya sama dengan sumbu Mean (M).

f. Standard normal distribution : 
Standard Deviasi 0 maka Normal Distribusinya adalah 1.
 
Sisi lain tentang Six Sigma
Dalam perkembangannya six sigma banyak mengandung kontroversi khususnya dikalangan praktisi dibidang quality. Disatu sisi banyak kalangan menganggap six sigma sebagai sebuah metode yang sederhana dan powerful tetapi tidak sedikit pula yang memandang sebelah mata tentang six sigma serta mempertanyakan tentang eksistensi dari metode six sigma, sebagai contoh artikel dari Arthur Schneiderman yang berjudul “Question : When is six sigma not six sigma? Answer : When it’s the six sigma metrics !!”. Dan masih banyak lagi artikel-artikel yang mengupas tentang sisi lain dari metode six sigma, baik yang sependapat, berbeda pendapat maupun yang mengupas secara berimbang. Dan perlu ditegaskan sekali lagi bahwa dalam artikel ini kita tidak memperdebatkan eksistensi six sigma tetapi kita lebih cenderung mempelajari dan mengenal six sigma lebih jauh sebagai suatu metode dan disiplin ilmu.

Read more »

Fabrikasi Besi Kasar

Cobalah amati barang-barang yang berada disekitar kita dan silahkan hitung berapa banyak barang-barang yang terbuat dari besi, kuningan, kayu, dll. Pernahkah kita mencoba untuk mengetahui seperti apakah proses pembuatannya? Bagaimanakah Baja dibuat? Dan masih banyak lagi pertanyaan-pertanyaan yang seharusnya kita tanyakan untuk menambah wawasan kita.

Baja merupakah suatu istilah yang tidak asing lagi kita khususnya bagi kalangan dunia Industri yang bergerak dalam bidang Pengecoran Logam. Bahan baku utama baja berupa bijih besi yang diolah dalam dapur tinggi, namun perlu diketahui bahwa baja yang akan diproses itu tidak 100% murni bijih besi semuanya. Biasanya bijih besi tersebut masih tercampur dengan kotoran, gas, pasir, tanah liat, dll. Untuk mendapatkan kualitas bijih besi yang bagus, bahan-bahan seperti kotoran, gas, tanah liat. Pasir, dll. harus dibuang ataupun dicuci terlebih dahulu. Bijih besi yang sudah “bersih” selanjutnya diolah bersama-sama dengan bahan-bahan tambahan seperti kokas, batu kapur, dll. didalam suatu Dapur Tinggi sehingga akan dihasilkan besi cair yang masih bercampur dengan terak. Besi cair tersebut akan dipisahkan dengan terak dan barulah dituangkan kedalam sebuah cetakan sebagai besi kasar. Besi kasar ini umumnya disebut dengan Ingot.


Bijih Besi
Untuk menghasilkan besi kasar, jenis bijih besi yang umum dipakai antara lain :
- Batu besi coklat (2Fe2O3.3H2O) dengan kandungan hingga 40% Fe
- Batu besi merah (Fe2O3) dengan kandungan hingga 50% Fe
- Batu besi magnit (Fe3O4) dengan kandungan hingga 60% Fe
- Batu besi kalsit (FeCO3) dengan kandungan hingga 40% Fe

Selanjutnya bahan-bahan seperti kotoran, pasir, tanah liat, dll. dibersihkan (dibuang). Proses pembuangan bahan-bahan tersebut dapat dijelaskan sebagai berikut :
1. Pencucian : Bijih besi diangkut dengan menggunakan konveyor (sabuk berjalan) yang dirancang sedemikian rupa sehingga dapat bergoyang dan berjalan melawan arus air dari sebuah Nozzel pada ujung konveyor tadi.
2. Pemecahan : Bijih besi dipecah dengan menggunakan sebuah mesin khusus sehingga akan dihasilkan kepingan-kepingan bijih besi dengan ukurang yang relatip sama (seragam).
3. Sortir : Pada tahapan proses ini, kepingan-kepingan bijih besi akan dilewatkan pada roda magnit yang mempunyai sifat kemagnetan kuat sehingga dalam hal ini akan terpisahkan antara bijih besi dengan kandungan Fe rendah dan bijih besi dengan kandungan Fe tinggi.
4. Heating (Pemanasan) : Tujuan dari proses ini adalah untuk menghilangkan kandungan air dan udara (gas) yang masih menempel di bijih besi. Hal ini perlu dilakukan untuk menghindari sifat rapuh (kerapuhan) pada hasil akhirnya (besi).

Dapur Tinggi
Umumnya dapur tinggi dibangun dalam 2 lapisan, yaitu lapisan luar (plat baja) dan lapisan dalam (batu bata tahan api). Didalam dapur ini, bijih besi akan ditambahkan batu kapur yang berfungsi sebagai pengikat kotoran (terak) dan juga kokas yang berfungsi sebagai bahan bakar. Kesemua bahan-bahan tersebut dipanaskan hingga mencair.

Prinsip pokok dari kerja dapur tinggi adalah dengan mereduksi oksigen dari bijih besi yang terjadi dalam 3 tahap, yaitu :
a. Reduksi tidak langsung dengan CO pada suhu 300 derajat Celcius hingga 800 derajat Celcius.
Fe2O3 + CO --> 2FeO + CO2
b. Reduksi tidak langsung pada daerah temperature 800 derajat Celcius hingga 1100 derajat Celcius.
FeO + CO --> Fe + CO2
c. Reduksi langsung pada daerah temperature 1100 derajat Celcius hingga 1800 derajat Celcius.
FeO + C --> Fe + CO
Bahan-bahan ikatan akan diikat oleh batu kapur pada titik cair yang tinggi dalam bentuk terak. Bahan terak ini tidak akan dipakai pada fabrikasi besi kasar. Meskipun demikian terak ini masih bernilai ekonomis, misalnya sebagai bahan ASPAL (untuk jalan raya-red).

Selain terak, produk sampingan dari dapur tinggi ini yakni : Gas. Hal ini dikatakan demikian karena Gas ketika keluar dari dapur tinggi masih mempunyai panas yang tinggi sehingga dapat dimanfaatkan ulang untuk memanaskan dapur atau tungku yang lainnya.
Secara sederhana, skema fabrikasi besi kasar sebagai berikut :
Bijih besi --> Dicuci --> Dipecahkan dan disaring --> Pemisahan dengan roda magnit --> dipanaskan --> masuk ke Dapur Tinggi (dengan ditambah Kokas, batu kapur dan udara tiup) --> akan dihasilkan besi kasar, terak dan gas dapur tinggi. 

Hasil (Produk) Dapur Tinggi
Beberapa macam produk yang dihasilkan dari dapur tinggi, antara lain :
 
1. Besi kasar (Pig Iron)
Merupakan hasil pokok dari dapur tinggi yang berasal dari reaksi reduksi atas bijih besi dengan komposisi sebagai berikut :
- Karbon (C) = 3,85% (rata-rata)
- Mangan (Mn) = 0,9% (rata-rata)
- Phospor (P) = 0,9% (rata-rata)
- Belerang (S) = 0,025% (rata-rata)
- Silikon (Si) = 0,12% (rata-rata)

Sifat utama dari besi kasar adalah rapuh (getas). Sehingga hal ini perlu dilakukan pengolahan lebih lanjut dengan menggunakan dapur-dapur baja dan kupola.

Pig iron dapat dibedakan dalam dua macam, yakni :
a. Besi kasar putih : Berwarna putih (mengandung 2,3 ~ 3,5% C), bersifat getas dan keras, kandungan Mangan (Mn) masih cukup tinggi serta sulit ditempa.
b. Besi kasar kelabu : Berwarna kelabu (mengandung lebih dari 3,5% C), kandungan Si masih cukup tinggi, kekuatan tarik lebih rendah dari besi kasar putih, mudah dituang meskipun masih cukup getas. Besi kasar kelabu digolongkan menjadi : besi kasar kelabu muda yang mengandung 0,5 ~ 1% Si dengan butir-butir halus serta banyak dipakai sebagai bahan pembuat silinder mesin dan jenis yang kedua yakni besi kasar kelabu tua yang mengandung hingga 3% Si dengan butir-butir kasar serta tahan getaran.
 
2. Terak 
Terak merupakan produk sampingan dari besi kasar, umumnya terak mengandung komposisi sebagai berikut :
- Silika = 33% ~ 42%
- Alumina = 10% ~ 16%
- Kapur = 36% ~ 45%
- Magnesia = 3%~ 12%
- Belerang = 1% ~ 3%
- Ferro Oksida = 0,3% ~ 2%
- Mangan Oksida = 0,2% ~ 1,5%

Terak dapat dikategorikan menjadi terak yang bersifat Asam dan terak yang bersifat Basa. Hal ini sangat tergantung pada komposisi Kapur (CaO) dan Magnesia (MgO) terhadap Silika dan Alumina. Terak juga dapat digunakan sebagai bahan pengganti kerikil (pada pengecoran Beton), pembuatan aspal dan pupuk Phospat (jika kandungan Phospat cukup tinggi-red).
 
3. Gas Dapur Tinggi
Sebagaimana telah dijabarkan pada pembahasan dipermulaan bahwa hasil pembakan kokas berupa gas Karbon Monoksida dan Karbon Dioksida yang menyebabkan terjadinya proses reduksi pada bijih besi, misalnya :
Fe2O3 + 3C --> 2Fe + 3CO
Fe2O3 + CO --> 2FeO + CO2

Secara umum, komposisi dapur tinggi terdiri dari 27,6% CO; 58% Nitrogen; 13,6% Karbon Dioksida; dan 0,4% Hidrogen. Sekedar informasi saja bahwa umumnya Gas yang masih panas yang keluar dari dapur tinggi masih dapat digunakan kembali untuk memanaskan dapur-dapur lainnya sehingga biaya produksi untuk memanaskan dapur dihemat (cost reduction).

Klasifikasi Sederhana pada Baja Berdasarkan Kandungan Karbon
Menurut Budinski (1989) dijelaskan bahwa yang dimaksud dengan baja karbon adalah suatu jenis baja yang ditentukan sifat-sifatnya oleh unsur karbon. Unsur-unsur yang lainnya dapat diabaikan dengan kandungan yang dibatasi, misalnya : 1,65% Mn; 0,6% Si; 0,6% Cu dan 0,05% Phospor.

Pada kandungan baja karbon akan dijumpai penyebutan : %C, maksudnya adalah bahwa %C merupakan prosentasi kandungan C (Karbon) dari Fe3C (Sementid).
1. Baja Lunak (0,05%C ~ 0,2%C) = Masih tergolong baja karbon rendah yang mempunyai sifat lunak, ulet, kekuatan tarik rendah dan mempunyai sifat mampu las yang baik, contohnya : kawat, dinding ketel uap, dll.
2. Baja ringan atau baja umum atau mild steel (0,2%C ~ 0,5%C) = Tergolong baja karbon sedang yang mempunyai sifat mampu mesin dan mampu las yang baik serta cocok untuk pengolahan panas, contohnya : Poros motor (Shaft), Crak Shaft, dll.
3. Baja Karbon tinggi (0,5%C ~ 0,7%C) = Baja jenis ini dapat dikeraskan dengan proses pengolahan panas (Heat Threatment), Contohnya : Pegas, Dies, Baut, dll.
4. Baja Karbon sangat tinggi (0,7%C ~ 1,5%C) = Cocok untuk pengolahan panas tetapi mempunyai sifat mampu las yang buruk serta getas, Contohnya : Mata bor, pahat pisau, dll.
(Sumber : Anngarwal, O.P, Engineering Chemistry, 1993).


Contoh Baja Paduan 
Perlu ditekankan bahwa baja paduan bukan merupakan baja karbon. Hal ini ditinjau dari unsur-unsur yang dominan sudah bukan unsur C (Karbon) lagi. Dan sebagai informasi tambahan bahwa pada baja karbon, kita dapat menggunakan diagram fasa besi Karbon dalam menganalisa fasa-fasanya. Sedang pada baja paduan, diagram fasa baja Karbon sudah tidak berlaku lagi melainkan menggunakan diagram fasa yang berhubungan dengan unsur paduannya saja, misalnya : Untuk Stainless Steel menggunakan diagram Trinari Fe-Cr-Ni.
1. Baja Nikel (3,5%Ni) = Mempunyai sifat yang keras namun elastis dan tahan korosi, Contohnya : kabel, komponen pesawat dan komponen mobil, dll.
2. Baja Invar (3,6%Ni) = Mempunyai koefisien ekspansi sangat rendah, Contohnya : Instrumentasi.
3. Baja Khrom (1,5%Cr ~ 2%Cr) = Sangat keras, Contohnya : Peralatan tambang, Plat lapis baja, dll.
4. Baja Tungsten (14%W ~ 20%W dan 3%Cr ~ 8%Cr) = Cukup keras pada suhu tinggi, Contohnya : Pahat kecepatan tinggi (HSS)
5. Baja Tahan karat (12%Cr ~ 28%Cr dan 3%Ni ~ 8%Ni) = Tahan karat, Contohnya : Instrument kedokteran, industri makanan, mobil, industri kimia, dll.
6. Baja Molibdenum (0,3%Mo ~ 3%Mo) = Tahan korosi, cukup keras pada suhu tinggi, Contohnys : Pahat kecepatan tinggi dan industri mobil.
7. Baja Mangan (12%Mn ~ 15%Mn) = Sangat keras dan tahan aus, Contohnya : Peralatan tambang, roda gigi, rel kereta api, dll.
8. Baja Vanadium (0,15%V ~ 1%V) = Kekuatan tarik cukup tinggi dan tahan impact, Contohnya : Pegas, Poros, hammer, dll.
9. Baja Silikon (15%Si) = Sangat keras dan tahan terhadap reaksi asam, Contohnya : Industri kimia, inti (plat) Transformator, dll.
(Sumber : Anngarwal, O.P, Engineering Chemistry, 1993).


Pengaruh Unsur-Unsur paduan (Pada Baja Paduan)
Menurut JIS dan WES (Japan International Standard; Standard of Japan Welding Engineering society) dinyatakan bahwa untuk menyederhanakan dengan memakai analogi baja karbon dengan kadar karbon = %Ceq dalam rangka mencari kekerasan yang diinginkan dirumuskan :
%Ceq = C + Mn/6 + Si/24 + Ni/40 + Cr/5 + Mo/4 + V/14
Sedang menurut IIW dan Llyod (IIW = International Institude of Welding) dirumuskan :
%Ceq = C + Mn/6 + (Cr+Mo+V)/5 + (Ni+Cu)/15
Dan hubungannya dengan Nilai kekerasan Hvmaks dirumuskan :
Hvmax= (666 x Ceq) + 40


Dapur-Dapur Baja
Sebenarnya Dapur-dapur baja yang akan kita bahas selanjutnya masih ada korelasinya dengan Dapur Tinggi yang sudah dibahas dimuka. Pada penjelasan diatas disebutkan bahwa kadar karbon yang dihasilkan dari Dapur Tinggi masing tinggi prosentasenya. Hal ini berarti bahwa besi kasar (pig iron) mempunyai sifat mudah rapuh sehingga memerlukan pengolahan lebih lanjut.

Dapur baja berfungsi untuk mengurangi kadar karbon yang masih cukup tinggi pada besi kasar sehingga diharapkan akan dihasilkan %C sebesar 1,5%C atau lebih rendah. Baja mempunyai kekuatan tarik yang lebih tinggi bila dibandingkan dengan besi kasar, lebih ulet, dapat ditempa, mudah dilas,dll.

Jenis-jenis baja sangat variatif dan banyak sekali aplikasinya, khususnya dalam bidang kontruksi Teknik Sipil maupun Teknik Mesin tergantung dari proses pembuatan, pengolahan panas (Heat threatment), pengerjaan mekanis, dll.

Setelah besi kasar dihasilkan dari Dapur Tinggi, selanjutnya dapat diteruskan dengan proses-proses berikut :
 
1. Konverter Bessemer
Konverter Bessemer merupakan suatu bejana dari plat baja yang dilapisi batu tahan api yang berfungsi untuk menahan panas dan agar dinding tidak mudah aus. Konventer Bessemer ini dapat diputar pada porosnya.

Konverter Bessemer mampu mengolah 25Ton besi kasar kelabu (mengandung Si) yang diisikan kedalamnya. Karena sebelumnya isi bejana telah dipanaskan melalui pembakaran kokas sehingga mencapai sihu 1500 derajat Celcius dan dialiri udara bertekanan 2 Atm dari arah bawah, maka besi kasar akan bereaksi dengan Oksigen. Unsur-unsur pengotor akan bereaksi menurut rekasi :
Si + O2 --> SiO2
2Mn + O2 --> 2MnO
MnO + SiO2 --> MnSiO3 (Slag atau ampas biji atau arang )

Sedang unsur phospor bereaksi dengan Oksigen menurut persamaan reaksi :
4P + 5O2 --> 2P2O5
S + O2 --> SO2

Mengingat silika bereaksi dengan asam, maka batu tahan api yang dipakai juga harus bereaksi dengan asam, hal ini perlu untuk mengindari reaksi :
Asam + Basa --> Garam + Air
Pada Konverter Bessemer terjadi pembakaran dimana unsur C (Karbon) diikat oleh O2 (Oksigen) sehingga akan mejadi CO2 (karbon Dioksida). Dan setelah itu akan diikuti pembakaran Fe (Nyala api Coklat) menurut reaksi :
Fe + (1/2)O2 --> FeO
Umumnya lapisan batu tahan api dapat bertahan hingga 200 Kali pemakaian.
 
2. Konverter Thomas
Seperti pada Konverter Bessemer, Konverter Thomas juga memakai batu tahan api. Hanya saja batu tahan api yang digunakannya bersifat basa. Hal ini dilakukan karena Konverter Thomas diperuntukan untuk mengolah besi kasar putih yang mengandung Phospor. Agar menjadi terak, P2O5 yang terbentuk perlu direaksikan dengan batu kapur menurut :
P2O5 + 3CaO --> Ca3 (PO4)3

Kedua dapur tersebut (Konverter Bessemer dan Konverter Thomas) tidak dipakai lagi mengingat produk baja yang dihasilkan kurang begitu bagus kualitasnya.
 
3. Dapur Siemens Martin 
Dapur ini memiliki 4 buah ruangan regenerator yang terbuat dari susunan batu tahan api. Sebelum memulai proses peleburan, dapur dipanaskan terlebih dahulu dengan bahan bakar gas. Kemudian besi kasar cair (besi skrap) dimasukan ke dalam dapur. Reaksi kimiawi dan pengikatan kotoran oleh batu kapur sama seperti dengan yang terjadi pada Konverter Bessemer, Konverter Thomas dan Dapur Tinggi.

4. Dapur Listrik
Proses peleburan besi kasar (besi skrap) memerlukan energi panas. Energi panas tersebut dapat diperoleh dari energi Listrik yang diterapkan pada dapur listrik. Dibandingkan dengan dapur-dapur yang menggunakan bahan bakar fosil (Padat/Cair/Gas), dapur listrik mempunyai keunggulan-keunggulan :
- Kontrol atas suhu peleburan cukup mudah.
- Tidak terjadi pengotoran yang disebabkan oleh pembakaran bahan bakar maupun gas hasil pembakaran.
- Dapat mencapai suhu tinggi dalam waktu yang relatip singkat.
- Produk yang dihasilkan lebih berkualitas.

Dapur Busur Cahaya atau busur nyala api
Dapur busur cahaya memiliki batu tahan api pada bagian dalam dapur yang terbagi menjadi 2 proses, yaitu : Proses Asam dan Proses Basa. Proses Asam digunakan untuk peleburan baja skrap kualitas tinggi sedang proses Basa digunakan untuk peleburan baja kualitas sedang, contohnya : Dapur Heroult.

Pada Dapur Heroult, Energi panas yang dihasilkan oleh loncatan busur listrik antara elektroda karbon dan cairan baja. Setelah sekitar 15 menit hingga 1 jam, terbentuklah terak pada permukaan cairan yang melindungi dari udara maupun gas selama proses peleburan.
Pada peleburan dengan dapur listrik akan memberikan keuntungan tambahan berupa biaya peleburan yang cukup rendah. Namun untuk dapur jenis ini memerlukan biaya investasi yang cukup besar.

Read more »

The Manufacture of Ball Bearings

Normally every people who have a CAR or a Motorcycle will know with therminology ball bearing (In Indonesian Language is called “Bantalan”).
Ball bearings are at the heart of almost every product with a rotating shaft.
Anyway, do you know the manufacture of ball bearings?
I hope after I shared my knowledge on simple explanation below, you can increase the manufacturing knowledge of ball bearing. And please up date your knowledge with looking for the other Engineering literature to know more about manucfaturing process (on especially) and engineering (on generally). 

Principles of Friction
For example, You have been asked to move a one ton, smoothly polished block of granite to another location. During your initial attempt to move the block, the two surfaces in contact (the base of the granite block and the ground) resist movement. This is called static friction. Trying harder, you exert greater force, enough so that the surfaces begin to slide against one another. Once in motion, the resisting force is from kinetic or sliding friction, rather than static friction. If that same block is now placed on five equally spaced rollers the force required to move the block is significantly decreased. Why? The rollers, in contact with both the surfaces of the roadway and block, still encounter friction; however, the rotating action of the rollers carries the block forward with less effort. The rollers eliminate the need to slide the block and have eliminated the resisting force of kinetic friction: the friction encountered is now classified as rolling friction. Rolling element bearings are designed to take advantage of this principle. They eliminate sliding friction and utilize the efficiencies of rolling friction to carry a load. 

 
Rolling Element Bearings
Rolling element bearings consist of two circular steel rings and a set of rolling elements. One of the rings is much larger than the other—in fact, it is large enough for the other to fit well within its perimeter. This larger ring is referred to as the outer ring. The smaller of the two is the inner ring. A predetermined number of solid balls or rollers are formed into geometric shapes and placed at equal intervals in the open space between the two rings. These components are usually made of steel and are referred to as rolling elements. A cage, or retainer, is then used to maintain the intervals between the elements. This basic terminology will be used and expanded upon in the pages to come to describe the simple design and construction of a bearing.

Rolling Element Bearing Classifications The rolling elements are formed as standard geometric shapes which include :
1. Balls
2. Cylindrical Rollers
3. Needle Rollers
4. Tapered Rollers
5. Spherical Rollers
 
The geometric shape of these rolling elements are used to define the classification, or name, of each rolling element bearing type. Ball bearings use perfectly round balls as their rolling elements, cylindrical roller bearings use cylindrical rollers, etc.
   
Rolling Element Bearings and Tolerances
The precise operation of a rolling element bearing increases incrementally as each of the individual components approach "perfection" in its manufacture. The American Bearing Manufacturing Association (ABMA) has established two sets of tolerance classes that define the acceptable minimum and maximum manufacturing ranges for rolling element bearings. These are the ABEC (Annular Bearing Engineering Committee) tolerance classes for ball bearing and RBEC (Roller Bearing Engineering Committee) tolerance classes for roller bearings. The international bearing community also has an association to regulate international standards, the ISO or International Standards Organization. ISO and ABMA standards are identical with respect to these tolerances, although they use different class designations

Note : Bearings manufactured within tighter tolerance ranges provide greater accuracy of shaft rotation and contribute to higher speed capability.
 
Bearing Life
Bearing life refers to the amount of time any bearing will perform in a specified operation before failure. This is the life which 90% of identical bearings subjected to identical usage applications and environments will attain (or surpass) before bearing material fails from fatigue. Many factors have a profound affect on the actual life of the bearing. Some of these factors are :
1. Temperature
2. Lubrication
3. Improper care in mounting resulting in contamination, misalignment, deformation, etc.
As a result of these factors, an estimated 95% of all failures are classified as premature bearing failures.
 
Standard Ball Bearing Components
Bearings have a lot in common with Cars. A car’s basic design begins with a number of essential components for normal operation and can include additional components which may enhance performance. The same is true for bearings. The essential components of a ball bearing are defined as follows.
  The Inner Ring (1)
This is the smaller of the two bearing rings and gets its name from the position it holds. It has a groove on its outside diameter to form a path for the balls. The surface of this path is precision finished to extremely tight tolerances and is honed to a very smooth, mirror-like surface finish. The inner ring is mounted on the shaft and is usually the rotating element.
 
The Outer Ring (2)
This is the larger of the two rings and, like its counterpart the inner ring, its name is derived from the position it holds. Conversely, there is a groove on its inside diameter to form a pathway for the balls. This surface also has the same high precision finish of the inner ring. The outer ring is normally placed into a housing and is usually held stationery.
 
The Balls (3)
These are the rolling elements that separate the inner and outer ring and permit the bearing to rotate with minimal friction. The ball radius is slightly smaller than the grooved ball track on the inner and outer rings. This allows the balls to contact the rings at a single point, appropriately called point contact. Ball dimensions are controlled to very tight tolerances. Ball roundness, size variations, and surface finish are very important attributes and are controlled to a micro inch level (1 micro inch = 1/1,000,000th, or one-millionth of an inch).
 
The Cage (Retainer) (4)
The main purpose of the cage is to separate the balls, maintaining an even and consistent spacing, to accurately guide the balls in the paths or raceways, during rotation, and to prevent the balls from falling out.
 
Lubrication
The lubricant is an integral part of a bearing’s standard components. However, the complexity of the subject merits more detailed examination and will be addressed in other training modules.
 
Bearing Loads
The rolling element bearing is subject to forces from gears, pulleys, or other components. These forces simultaneously act on the bearing from many different directions.
  The direction in which force is exerted on the bearing helps identify the type of load on the bearing :
Radial loads are exerted on the bearing on a plane perpendicular (90°) to the shaft.
Axial loads or thrust loads, are exerted on the bearing on a plane parallel to the center of the shaft.
Combination loads exert both a radial and axial load on the bearing.
The illustration below shows a shaft mounted fan driven by a belt and powered by a motor. Two bearings support the shaft and are subjected to loads as follows :
 Radial loads originate from the :
(A) Weight of shaft
(B) Weight of the pulley
(C) Tension of the belt
(D) Weight of the propeller
(E) Propeller rotation
 
Note : Radial loads exerted on the ends of the shaft, outside of the two bearings supporting the load ( for example : the belt tension, pulley weight and propeller weight), are compounded by a lever affect and are referred to as overhung loads.
Axial loads originate from the wind (E) induced by the propeller rotation.
Combination loads are the result of both radial load(s) and axial load(s) being combined and exerted on a single bearing.
 
Load Carrying Surfaces
As noted earlier, a bearing is designed to carry a load and reduce friction. The critical surfaces involved in supporting or carrying the load are :
  The Balls (3)
Balls have been defined previously as one of the essential bearing components. They are subjected to the full brunt of the load carried by the bearing.
 
Cages (4)
Under normal conditions, cages carry very little load. However, when a bearing is not installed properly, is subjected to loads and speeds higher than recommended by the manufacturer, does not maintain proper lubrication, etc., the cage then may be subjected to loads far beyond what it is able to carry. These conditions can lead to premature cage failure.
 
The Raceways (5)
Raceways are the large, honed (highly polished), track surfaces on the inside of the outer ring (referred to as the outer raceway) and the outside of the inner ring (the inner raceway), that form a closed circle around the circumference of the ring. As the bearing rotates the rolling elements run on these surfaces.
 
Load Zone and Contact Points
When a bearing is supporting a radial load, the load is distributed through only a portion of the bearing—approximately one-third (1/3)—at any given time. This area supporting the load is called the bearing load zone.
  Every point or surface where loads are supported by the bearing are load carrying contact points or surfaces. These include the outer Ring (O.D), inner Ring (I.D), the adjacent surfaces that form right angles to each other, raceways and rolling elements.
 
Manufacturing Process
Basically, Manufacturing Process for Ball bearing between one company with the others company does not have to same process.
 
Inner or Outer Ring
1. The bearing steel is machined (turned) or forged into rough cut, basic ring configurations;
2. Rings are machined to within rough tolerance specifications;
3. Rings are heat treated to increase the steel’s strength;
4. Ring faces receive the final grinding, removing any rough spots;
5. The ring O.D. and I.D. are finish ground to a smooth surface;
6. Raceways are also finish ground to an even surface;
7. The raceways are honed to a polished finish; and
8. The rings are then cleaned and readied for assembly.
 Ball
1. The bearing steel wire is cold stamped (headed) into roughly shaped balls;
2. Balls are rough ground to remove the flashing (orbit) created during heading;
3. The balls are heat treated for strength; 4. Balls are rough ground again to remove coarser imperfections;
5. The balls are next finish ground; 6. The balls are lapped (a fine-polishing process); and
7. Finally, the balls are cleaned and readied for assembly.The Stamped Steel Cage  
1. Blanks, or donut shaped discs, are stamped out of strip steel;
2. The retainers are partially (rough) formed; 3. The retainers are next finish formed;
4. Retainers are then punched (if rivets are to be used);
5. Retainers go through a deburring process; and
6. The finished retainers are cleaned and readied for assemblyBall Bearing Assembly
Before I start explain about Ball bearing Asssembly, for your information if you want to know process detail for "Ball" please visit on http://www.abbottball.com/about/production.asp

The bearing components will next go through the final assembly process. The assembled bearing is then cleaned, lubricated, noise tested, etc.

Read more »