skripsi perancangan mesin high pressure die …eprints.umk.ac.id/7037/1/halaman_depan.pdf ·...
Post on 22-Jul-2019
227 Views
Preview:
TRANSCRIPT
i
SKRIPSI
PERANCANGAN MESIN HIGH PRESSURE DIE CASTING
DENGAN SISTEM HIDROLIS MAMPU CETAK LOGAM NON
FERRO
MUHAMAD SUKIS
NIM. 201454117
DOSEN PEMBIMBING
Sugeng Slamet, ST.MT.
Rochmad Winarso, ST, MT
TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS MURIA KUDUS
2017
ii
HALAMAN PERSETUJUAN
PERANCANGAN MESIN HIGH PRESSURE DIE CASTING
DENGAN SISTEM HIDROLIS MAMPU CETAK LOGAM NON
FERRO
MUHAMAD SUKIS
NIM. 201454117
Kudus, 05 Maret 2017
Menyetujui,
Pembimbing Utama,
Sugeng Slamet, ST., MT.
NIDN.0622067101
Pembimbing Pendamping,
Rochmad Winarso, ST., MT.
NIDN.0612037201
Mengetahui
Koordinator Skripsi
Qomaruddin, ST., MT.
NIDN.0626097102
iii
HALAMAN PENGESAHAN
PERANCANGAN MESIN HIGH PRESSURE DIE CASTING
DENGAN SISTEM HIDROLIS MAMPU CETAK LOGAM NON
FERRO
MUHAMAD SUKIS
NIM. 201454117
Kudus, 05 Maret 2017
Menyetujui,
Ketua Penguji,
Qomaruddin, ST., MT.
NIDN.0626097102
Anggota Penguji I,
Rianto Wibowo, ST., M.Eng.
NIDN.0630037301
Anggota Penguji II,
Sugeng Slamet, ST., MT.
NIDN.0622067101
Mengetahui
Dekan Fakultas Teknik
Mohammad Dahlan, ST., MT.
NIDN 0601076901
Ketua Program Studi
Taufiq Hidayat, ST., MT.
NIDN.0023017901
iv
PERNYATAAN KEASLIAN
Saya yang bertanda tangan dibawah ini :
Nama : Muhamad Sukis
NIM : 201454117
Tempat & Tanggal Lahir : Demak,13 Maret 1991
Judul Skripsi/Tugas Akhir* : Perancangan Mesin High Pressure Die Casting
Dengan Sistem Hidrolis Mampu Cetak Logam
Non Ferro
Menyatakan dengan sebenarnya bahwa penulisan Skripsi/Tugas Akhir* ini
berdasarkan hasil penelitian, pemikiran dan pemaparan asli dari saya sendiri, baik
untuk naskah laporan maupun kegiatan lain yang tercantum sebagai bagian dari
Skripsi ini. Seluruh ide, pendapat, atau materi dari sumber lain telah dikutip dalam
Skripsi dengan cara penulisan referensi yang sesuai.
Demikian pernyataan ini saya buat dengan sesungguhnya dan apabila di kemudian
hari terdapat penyimpangan dan ketidakbenaran dalam pernyataan ini, maka saya
bersedia menerima sanksi akademik berupa pencabutan gelar dan sanksi lain
sesuai dengan peraturan yang berlaku di Universitas Muria Kudus.
Demikian pernyataan ini saya buat dalam keadaan sadar tanpa paksaan dari pihak
manapun.
Kudus, 05 Maret 2017
Yang memberi pernyataan,
Materai 6000
Muhamad Sukis
NIM. 201454117
v
PERANCANGAN MESIN HIGH PRESSURE DIE CASTING
DENGAN SISTEM HIDROLIS MAMPU CETAK LOGAM NON
FERRO
Nama mahasiswa : Muhamad Sukis
NIM : 201454117
Pembimbing :
1. Sugeng Slamet,ST, MT
2. Rochmad Winarso, ST, MT
RINGKASAN
Pada pembuatan pengecoran logam di rumahan atau home industry biasaya
terjadi pendinginan secara cepat pada saat penuangan logam cor kedalam cetakan
dan belum ter aliri semua bentuk lekukan yang di cor .Untuk mengatasi
permasalahan tersebut akan di buat mesin press hidrolik die casting dengan
mempertahankan suhu pada saat penuangan sehingga cetakan yang sangat rumit
bisa ter aliri logam cor sehingga dapat memperkecil porositas dan menambah sifat
mekanik dari benda itu sendiri sehingga kepadatan yang di inginkan dapat
tercapai.
Dalam perencanaan mesin hidrolik die casting akan di rancang gaya penekanan
yang di perlukan untuk mengepres cetakan cor, perencanaan actuator yang
meliputi perencanaan diameter batang piston, diameter piston, tekanan kerja, dan
debit fluida. Untuk memompakan oli akan di rancang daya pompa dan daya motor
penggerak pompa dan system pemanas logam pada die casting. Untuk
perencanaan rangka akan di hitung SFD dan BMD pada tumpuan actuator dan
tumpuan press.
Sistem hidrolik yang akan di rancanag mempunyai dimeter piston 80mm dan
dimeter piston rod 40 mm dengan gaya dengan gaya penekanan sebesar 101
kg/m2. Tekanan kerja actuator sebesar 150 bar. Motor yang akan di gunakan untuk
menggerakkan pompa hidrolik mempunyai daya sebesar 1,05 Kw.
Kata kunci : Die casting, pengecoran logam, press hidrolik.
vi
DESIGN OF HIGH PRESSURE DIE CASTING MACHINE
USING A HYDRAULIC SYSTEM ABLE TO MAKE NON FERROUS
METALS
Student Name : Muhamad Sukis
Student Identity Number : 201454117
Supervisor :
1. Sugeng Slamet,ST, MT
2. Rochmad Winarso, ST, MT
ABSTRACT
In the manufacture of metal casting at a home or home industry, there is
rapid cooling during casting metal into a mold and there are forms of indentation
did not full of metal that was cast. To overcome these problems, it will be created
machines hydraulic press ‘die casting’, it is to maintain the temperature at the
time of casting, so if the mold very complicated, the mold can full of cast metal
and it can reduce porosity and also add the mechanical properties of the object
itself. So the desired density can be achieved.
In planning, the hydraulic die casting machine will be designed in the style
of emphasis need for pressing the mold cast, planning actuator that includes
planning diameter piston rod, piston diameter, working pressure and fluid
discharge. For pump oil will be designed power pump and pump drive motor
power and heating metal system on die casting. For planning framework will be
calculated SFD and BMD at the pedestal actuator and pedestal press.
The hydraulic system that will be designed, it has dimeter 80 mm pistons
and piston dimeter rod 45 mm in style using an emphasis force of 139,65 kg.
Working pressure 150 bar, Motor will be used to drive the hydraulic pump has a
power of 1,05 Kw.
Keywords : Die casting, metal casting, hidrolis pressure.
vii
KATA PENGANTAR
الرحمن الرحیمهللا بسم
Dengan memanjatkan puji syukur kehadirat Allah SWT, akhirnya penulis
dapat menyelesaikan tugas Proyek Akhir yang berjudul “Perancangan Mesin High
Pressure Die casting Dengan Sistem Hidrolis Mampu Cetak Logam Non
Ferro”.Laporan Proyek Akhir ini merupakan salah satu persyaratan yang harus
dipenuhi dalam rangka mencapai derajat Strata Satu Teknik Mesin Fakultas
Teknik Universitas Muria Kudus.
Pada kesempatan ini, penulis mengucapkan terima kasih kepada semua
pihak yang telah memberikan dukungan hingga terselesaikannya laporan ini,
dengan segala kerendahan hati penulis ingin mengucapkan terima kasih yang tulus
dan mendalam kepada:
1. Bapak Mohamad Dahlan, ST., MT. selaku Dekan Fakultas Teknik Universitas
Muria Kudus
2. Bapak Sugeng Slamet, ST., MT. selaku dosen pembimbing I yang banyak
memberi saran dan gagasan pada penulis dalam penyusunan laporan akhir ini.
3. Bapak Rochmad Winarso, ST., MT. selaku dosen pembimbing II yang banyak
memberi saran dan gagasan pada penulis dalam penyusunan laporan akhir ini.
4. Bapak Akhmad Zidni Hudaiya, ST., M.Eng. selaku Dosen wali yang dengan
sabar membimbing penulis dalam penyusunan laporan akhir ini.
5. Bapak Taufik Hidayat, ST., MT. selaku Kaprogdi Teknik Mesin, Fakultas
Teknik Universitas Muria Kudus.
6. Segenap Dosen Program Studi Teknik Mesin Universitas Muria Kudus yang
telah memberikan bekal ilmu pengetahuan dalam setiap perkuliahan.
7. Rekan – Rekan Mahasiswa Teknik Mesin seperjuangan yang telah banyak
membantu sehingga tersusunlah laporan ini.
8. Semua pihak yang secara langsung maupun tidak langsung telah membantu
penulis dalam penyusunan laporan ini.
viii
Penulis menyadari dalam penyusunan laporan ini masih terdapat banyak
kekurangannya, oleh karenanya penulis mengharap kritik dan saran dari pembaca
sekalian yang bersifat membangun demi kesempurnaan laporan ini.
Kudus, 05 Maret 2017
Muhamad Sukis
ix
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL ......................................................................................... i
HALAMAN PENGESAHAN ........................................................................... ii
ABSTRAK ......................................................................................................... v
ABSTRACT ....................................................................................................... vi
KATA PENGANTAR ....................................................................................... vii
DAFTAR ISI ...................................................................................................... ix
DAFTAR GAMBAR ......................................................................................... xii
DAFTAR TABEL ............................................................................................. xiv
DAFTAR SIMBOL ........................................................................................... xvi
DAFTAR SIMBOL ........................................................................................... xvii
BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar belakang .......................................................................................... 1
1.2 Perumusan Masalah .................................................................................. 2
1.3 Batasan Masalah ....................................................................................... 2
1.3 Tujuan ....................................................................................................... 2
1.5 Manfaat ..................................................................................................... 3
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Pendahuluan ............................................................................................... 3
2.2. Pengecoran Logam .................................................................................... 5
2.3. Macam – macam Pengecoran Tekan ......................................................... 6
2.3.1 Pengecoran cetak tekan die casting .................................................. 6
2.3.2 Pengecoran dengan System centrifugal casting .............................. 7
2.3.3 Proses Pengecoran Logam dengan Gravity Die Casting ................. 8
2.4. Sistem Hidrolik .......................................................................................... 10
2.5. Komponen Utama Sistem Hidrolik ........................................................... 13
2.5.1 Power Pack (Unit Tenaga) ............................................................... 13
2.5.2 Motor Listrik .................................................................................... 13
2.5.3 Pompa Hidrolik ................................................................................ 13
2.6. Macam – Macam Pompa ........................................................................... 14
2.6.1 Pompa Roda Gigi External .............................................................. 14
x
2.6.2 Pompa Roda Gigi Internal ............................................................... 14
2.6.3 Tipe Sumbu Bengkok ....................................................................... 15
2.6.4 Tipe Plat Pengatur ............................................................................ 15
2.6.5 Pompa Torak Radial ......................................................................... 15
2.6.6 Pompa Skrup .................................................................................... 16
2.7. Unit Penggerak Actuator ........................................................................... 16
2.7.1 Silinder Kerja Tunggal (Single Acting Cylinder) ............................. 16
2.7.2 Silinder Kerja Ganda (Doble Acting Cylinder) ................................ 17
2.7.3 Katup (Valve) ................................................................................... 18
2.7.4 Katup Pengtur Tekanan (Relief Valve) ............................................. 18
2.7.5 Katup Tekanan Arah Aliran (Direction Control Valve)................... 18
2.7.6 Katup Pengatur Arah Aliran (Flow Control Valve) ......................... 19
2.7.7 Manometer (Pressure Gauge) .......................................................... 19
2.7.8 Saringan Oli (Oil Filter) ................................................................... 20
2.8. Konsep Dasar Konstruksi Rangka Mesin ................................................ 21
2.8.1 Rangka .............................................................................................. 21
2.8.2 Teori Perhitungan Beban .................................................................. 21
2.8.3 Gaya ................................................................................................. 22
2.8.4 Defleksi ........................................................................................... 24
2.8.5 Tegangan .......................................................................................... 24
2.8.6 Regangan .......................................................................................... 25
2.8.7 Hubungan tegangan dan regangan ................................................... 26
2.9. Konsep Dasar Perencanaan Hidrolis ........................................................ 27
2.9.1 Kolom Euler ..................................................................................... 27
2.9.2 Tekanan Kerja Untuk Pengepressan ................................................ 28
2.9.3 Kecepatan Silinder ........................................................................... 29
2.9.4 Pompa Hidrolik ................................................................................ 30
2.9.5 Daya motor ....................................................................................... 31
2.9.6 Perencanaan Reservoir ..................................................................... 31
2.10. Konsep Dasar System Pemanas ................................................................ 31
2.10.1 Perpindahan panas konduksi ......................................................... 31
2.10.2 Tahanan dan Daya Hantar .............................................................. 33
xi
2.10.3 Thermocouple ................................................................................. 34
2.10.4 Jenis-jenis Thermocouple .............................................................
BAB III METODOLOGI ................................................................................. 37
3.1 Tahapan perancangan ................................................................................ 37
3.1.1 Study literature ................................................................................. 37
3.1.2 Rencana desain ................................................................................. 37
3.1.3 Merencanakan actuator ..................................................................... 37
3.1.4 Perencanaan pompa hidroilik ........................................................... 38
3.1.5 Perencanaan rangka .......................................................................... 38
3.1.6 Perencanaan pemanas ....................................................................... 38
3.1.7 Pembuatan......................................................................................... 38
3.1.8 Perakitan bahan dan part .................................................................. 38
3.1.9 Uji coba mesin .................................................................................. 39
3.1.10 Revisi mesin.................................................................................... 39
3.1.11 Kesimpulan ..................................................................................... 39
3.1.12 Selesai ............................................................................................. 39
3.2 Diagram alir ............................................................................................... 40
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1. Skema diagram perencanaan sistem hidrolis ............................................. 41
4.2. Volume penginjeksian ............................................................................... . 42
4.2.1. Perencanaan produk ....................................................................... 42
4.2.2. Volume produk yang akan di cetak ............................................... 42
4.2.3. Massa sekali injeksi ....................................................................... 43
4.2.4. Volume silinder tuang .................................................................... 43
4.3. Anlisa perhitungan gaya penekan .............................................................. 43
4.3.1. Perhitungan gaya penekan ............................................................. 43
4.3.2. Volume piston ................................................................................ 44
4.3.3. Volume sambugan piston ............................................................... 44
4.3.4. Gaya berat benda keseluruhan ....................................................... 45
4.3.5. Gaya untuk mendorong piston ....................................................... 45
4.3.6. Total gaya yang dibutuhkan untuk mendorong piston ................... 45
4.3.7. Tekanan alat untuk mendorong piston ........................................... 46
xii
4.3.8. Kecepatan aliran logam pada lubang gate ..................................... 46
4.3.9. Menghitung tekanan untuk mendorong logam cair ....................... 46
4.3.10. Total gaya untuk mendorong logam cair ....................................... 47
4.4. Perencanaan dimensi aktuator ................................................................... 48
4.4.1. Perhitungan diameter batang torak ................................................ 48
4.4.2. Pemilihan Aktuator ........................................................................ 49
4.4.3. Tekanan Kerja Untuk Penginjeksian ............................................. 50
4.5. Besarnya Debit Fluida Yang Masuk Dalam Silinder ................................ 50
4.5.1. Debit aliran pda saat gerakan maju/press ...................................... 50
4.5.2. Kecepatan Piston pada Saat Mundur ............................................ 51
4.5.3. Debit pada saat gerakan Mundur/kembali ..................................... 52
4.6. Perencanaan pompa ................................................................................... 52
4.6.1. Daya pompa ................................................................................... 53
4.6.2. Daya motor .................................................................................... 53
4.6.3. Penentuan pompa hidrolik yang digunakan ................................... 53
4.6.4. Perencanaan Reservoir ................................................................... 54
4.7. Analisa perhitungan rangka ....................................................................... 54
4.7.1. Perhitungan SFD dan BMD plat penahan injeksi .......................... 54
4.7.2. Perhitungan SFD dan BMD Rangka Mesin HPDC ....................... 58
4.8. Perrhitungan simulasi stress analisys dengan software ............................. 65
4.9. Analisa perencanaan pemanas ................................................................... 63
4.9.1. Perhitungan heater ......................................................................... 63
4.9.2. Perhitungan tebal isolasi dan volume silinder ............................... 65
4.10. Sambugan pada rangka atas dengan 4 kaki utama ..................................... 68
2.10.1. Perhitungan sambungan las ........................................................... 68
2.10.2. Pemilihan Bahan Rangka ............................................................... 69
BAB V PENUTUP
5.1 Kesimpulan .................................................................................................. 71
5.2 Saran .............................................................................................................. 72
DAFTAR PUSTAKA. ....................................................................................... 73
LAMPIRAN ....................................................................................................... 75
BIODATA PENULIS
xiii
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Aliran proses pada pembuatan coran (Surdia,1975) ..................... 5
Gambar 2.2 Prinsip proses pengecoran tekan (Mc clain, 1997) ........................ 7
Gambar 2.3 mesin centrifugal casting (Kristian, 2015) .................................... 8
Gambar 2.4 Mesin gravity die casting system vakum (paryono,2012) .............. 9
Gambar 2.5 Proses Pengecoran HPDC (Vinarcik, E.J, 2003) ........................... 0
Gambar 2.6 Fluida dalam pipa menurut Hukum pascal (Aryoseto, 2010) ........ 12
Gambar 2.7. Diagram aliran sistem hidrolik (Aryoseto, 2010)........................... 12
Gambar 2.8. Pompa Roda gigi external (Pinches, 1988) .................................... 14
Gambar 2.9. Pompa Roda gigi Internal (Pinches, 1988) .................................... 14
Gambar 2.10. Pompa Tipe Sumbu Bengkok (Wirawan, 2009) .......................... 15
Gambar 2.11. Pompa tipe plat pengatur (sutimbul, 2006) .................................. 15
Gambar 2.12. Pompa Torak Radial (wirawan, 2009) ......................................... 16
Gambar 2.13. Pompa sekrup (Wirawan, 2009) ................................................... 16
Gambar 2.14 Silinder Kerja Tunggal (Wirawan, 2009) ...................................... 17
Gambar 2.15. Silinder Penggerak Ganda (Wirawan, 2009)................................ 17
Gambar 2.16. Katup Pengatur Tekanan (Anonim, 2012) ................................... 18
Gambar 2.17. Katup Pengatur Arah Aliran (Anonim, 2012) .............................. 19
Gambar 2.18. Katup Pengatur Jumlah Aliran (Sutimbul, 2006) ......................... 19
Gambar 2.19. Manometer Dengan Prinsip Kerja Boourdon (Sutimbul, 2006) .. 20
Gambar 2.20. Cara Kerja Saringan (Sutimbul, 2006) ......................................... 20
Gambar 2.21. Beban terpusat pada batang sederhana (Prasetyo, 2010) ............. 21
Gambar 2.22. Beban merata pada batang sederhana (Prasetyo, 2010) ............... 22
Gambar 2.23. Reaksi gaya pada rangka (Aryoseto, 2010). ................................. 23
Gambar 2.24. Defleksi pada batang (Prasetyo, 2010). ........................................ 24
Gambar 2.25. Diagam tegangan-regangan (Irawan,2009). ................................. 26
Gambar 2.26. Debit fluida saat gerakan maju/press ........................................... 29
Gambar 2.27. Debit fluida saat gerakan mundur/kembali .................................. 30
xiv
Gambar 2.28. Perpindahan panas secara konduksi (Holman, J,p, 1997) ............ 32
Gambar 2.29 Prinsip Dasar Thermocouple (Effendrik Dkk, 2014) ............................. 34
Gambar 3.1 Rencana desain mesin HPDC .......................................................... 37
Gambar 3.2. Skema perencanaan sistem hidrolik ............................................... 38
Gambar 4.1. Diagram alir proeses perancangan ................................................. 40
Gambar 3.2. Skema perencanaan sistem hidrolik ............................................... 41
Gambar 4.1. Skema perencanaan sistem hidrolik ............................................... 41
Gambar 4.2. Rencana produk hasil injeksi ......................................................... 42
Gambar 4.3. Silinder Tuang ................................................................................ 43
Gambar 4.4. Piston penekan................................................................................ 44
Gambar 4.5. Sambungan Piston .......................................................................... 44
Gambar 4.6. Rencana Dimensi Aktuator ............................................................ 48
Gambar 4.7. Debit fluida saat gerakan maju/press ............................................. 50
Gambar 4.8. Debit fluida saat gerakan mundur/kembali .................................... 52
Gambar 4.9. Gaya Tekan yang Terjadi Pada Plat Penahan injeksi ..................... 55
Gambar 4.10. SFD dan BMD Pada Plat Pengepres ............................................ 56
Gambar 4.11. Plat ST 37 ..................................................................................... 56
Gambar 4.12 Rangka Mesin HPDC ................................................................... 58
Gambar 4.13. Perhitungan pembebanan ............................................................. 60
Gambar 4.14. SFD dan BMD dari plat rangka atas ............................................ 61
Gambar 4.15 Plat siku L bahan rangka .............................................................. 61
Gambar 4.16 Hasil simulasi analysis strees pada plat ....................................... 65
Gambar 4.18. Hasil simulasi safety factor pada plat ........................................... 66
Gambar 4.19 Hasil simulasi Defleksi pada plat .................................................. 66
Gambar 4.20 Hasil simulasi analysis strees pada rangka ................................... 67
Gambar 4.21 Hasil simulasi safety factor pada rangka ....................................... 68
Gambar 4.20 Hasil simulasi Defleksi pada plat .................................................. 68
Gambar 3.22. Tipe sambungan las rangka atas dengan 4 kaki utama ................. 69
xv
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 macam – macam thermocouple. (Effendrik Dkk, 2014) .................... 35
Tabel 4.1 Recommended cylinder bore and rod sizes ......................................... 49
xvi
DAFTAR SIMBOL
Simbol Keterangan Satuan Nomor
Persamaan
Fg Gaya gesek N 1
Faktor keamanan MPa 1
N Gaya berat benda N 1
P1
Pm
QE
QR
qR
R
V
I
Q
c
J
S
P
Koefisien gesek
Tekanan
Tekanan kerja penginjeksian
Debit pada diameter besar
Debit pada diameter besar gerakan mundur
Debit pada diameter kecil gerakan mundur
Massa jenis
Jari - jari
Konstanta resistensi
volt
Kuat arus
Kalor yang di terima suatu zat
Kalor jenis zat
Konsumsi Listrik
Waktu
Daya
Tegangan mulur
m
N/m2
N/m2
ltr/min
ltr/min
ltr/min
gr/mm3
mm
Ω /m
V
A
J/s
J/kgoC
Joule
Detik
Watt
N/mm2
3
2 , 3 , 6 , 8
2 , 6
5
2 , 6
3 , 8 , 9 , 11
3
3 , 8
3 , 8
4 , 9 , 10
4 , 5 , 10 , 11
4 , 5 , 10 , 11
5
7 , 9
11,4
6,8
4,5,6
top related