Outline:JUDULLATAR BELAKANGRUMUSAN MASALAHBATASAN MASALAHTUJUAN PERANCANGANMETODOLOGI PERANCANGANSPESIFIKASI PRODUK DAN SPESIFIKASI MESINPERENCANAAN JUMLAH CAVITYDIMENSI SISTEM SALURANPERHITUNGAN TEKANAN INJEKSI DAN GAYA PENCEKAMANPENDINGINAN CETAKAN DAN WAKTU SIKLUS
ESTIMASI BIAYA PRODUKSIPENENTUAN LOKASI GATE
KESIMPULAN
Tugas Akhir
Perancangan Cetakan Bagasi Sepeda Motor (Honda) Untuk Proses Injection Molding
Oleh :FIRMAN WAHYUDI
2105 109 618
Dosen Pembimbing :Prof. Dr. Ing. I Made Londen Batan, M.Eng
Latar Belakang
Adanya keinginan masyarakat yang menjadikan sepeda motor sebagai alternatif sarana angkut barang, sehingga masyarakat meminta kepada Astra Otoparts untuk memproduksi bagasi sepeda motor.
Dan selama ini cetakan belum dibuat, sehingga Astra Otopart berkeinginan untuk membuat cetakan dan memproduksinya sendiri.
Gambar bagasi sepeda motor yang dirancang
RUMUSAN MASALAH Bagaimana merancang sebuah unit cetakan
injeksi,sehingga produk yang dihasilkan sesuai dengan spesifikasi yang ditetapkan.
BATASAN MASALAH Produk yang dibuat bagasi sepeda motor. Material yang digunakan Polypropilene (PP-7533 :
Taiwan PP )
Software perancangan dan simulasi dengan Mechanical Desktop dan Mold Flow Plastic Insight 5.0.
Spesifikasi mesin cetakan injeksi: Mitsubhisi Met III. Tidak dilakukan optimasi parameter proses.
TUJUAN PERANCANGAN Merancang komponen – komponen utama
injection mold: nozzle, runner, sprue dan gate.
Menggambar hasil perancangan dalam bentuk gambar kerja.
Menghitung estimasi biaya untuk proses pembuatan bagasi sepeda motor.
METODOLOGI PERANCANGAN
SPESIFIKASI PRODUK Material Produk: Polypropilene Taiwan PP -7533
Spesifikasi Mesin Injeksi
Max. injection speed 8.27 psi
Max. injection pressure 24157 psi
Max. holding pressure 21315 psi
Clamping force 300 US ton
Clamping stroke 23.62 in
Tir-bar clearance (HxV) 28.74 x 28.74 (in)
Luas proyeksi 1223,8 cm2
Volume cavity 987,08 cm3
Massa cavity 742,74 g
PERENCANAAN JUMLAH CAVITY
Berdasarkan gaya pencekaman (Fc) N = 1.6 x 10-2 cavityBerdasarkan kapasitas injeksi maks. N = 7.21 x 10-2 cavityBerdasarkan kapasitas injeksi min. N = 2.88. x 10-1 cavityBerdasarkan laju aliran plastik. N = 1.5 cavity
Dari hasil perhitungan jumlah cavity, dapat disimpulkan: dalam sekali injeksi = 1 cavity
DIMENSI SISTEM SALURAN
4
7,3LxWD =
mmmmD 246,23 ≈=
sprue
runner4 25,106
7,374,742 xD =
Pin point gate
53.6.6,2778.7525.04.742=gA
222 4.5104.5 mmcmxAg == −
mmmmD 36.2 ==
dS = 6.5 mmA = 2o
L = 60 mmDF = 8.5 mm
Penurunan Tekanan Injeksi Saluran Sprue = 14.43 MPa ≈ 14.5 Mpa Runner = 0,12 MPa Gate = 0,0014 MPa
Tekanan Isi Spesifik pada Cavity Flow path (FP) = 23.62603 cmTekanan isi spesifik Pi = 15.967 Mpa
Jadi, tekanan injeksi = 30.58 MPa
HASIL PERHITUNGAN TEKANAN INJEKSI
Gaya injeksi = 3.74 kNGaya pencekaman minimum = 4.114 kN Sedangkan,Gaya pencekaman mesin maksimum = 2668.9 kN Sehingga, kemampuan mesin memenuhi.
PENDINGINAN CETAKAN
Waktu pendinginan = 26 detik
Laju aliran cairan pendingin = 5.55x10-4 m3 / s
Diameter maksimum saluran pendingin = 17 mm
Waktu gerak cetakan, Gerak cetakan membuka = 0,4 detik Gerak cetakan menutup = 0,34 detik
Waktu pendinginan = 26 detik
Waktu injeksi. Waktu injeksi sebenarnya = 3.53 detik Holding time = 6.5 detik
Waktu pengeluaran produk = 0,893 detik
Jadi, total waktu siklus sebesar 34,163 detik
Penentuan Lokasi Gate
Dengan menggunakan 2 gate (uniform flow length),
ESTIMASI BIAYA PRODUKSI
Biaya produksi cavity = Rp. 4.087.750 ,-
Biaya produksi base mold = Rp. 36.000.000 ,-Biaya produksi komponen pendukung =Rp. 47.821.937,00-
Total Biaya Produksi Cetakan = Rp. 87.909.687,-
KESIMPULAN
Dari hasil perancangan dapat diperoleh:
1. Jumlah cavity untuk kemampuan mesin adalah 1 cavity
2. Ukuran base mold 596 mm x 446 mm x 324 mm.
3. Untuk dimensi saluran: - sprue : ds = 6,5 mm ; df = 8.5 mm ; L = 59,91 mm (diambil dari catalog standard)
-runner : penampang lingkaran, D = 24 mm -gate : pin point gate 2.6 mm≈ diameter = 3mm 4. Parameter proses yang didapatkan dari hasil perhitungan adalah: Mold Temperature : 57 oC Melt Temperature : 232 oC Injection time : 3,53 s Maximum Injection Pressure : 160 Mpa 5. Jumlah biaya untuk proses pembuatan :Rp. 87.909.687
Demikian dan Terima KasihMohon Kritik dan Saran
☻
PERHITUNGAN JUMLAH CAVITY
Berdasarkan gaya pencekaman (Fc)
Berdasarkan kapasitas injeksi maks.
Berdasarkan kapasitas injeksi min.
Berdasarkan laju aliran plastik.
PinjAFcfN
...10=
cavityxcmkgfcm
N 222 106.1
/4,1698.868,1223 8.9kN10.1,3.266 −==
VpVsN .2.0= 65,967
04,349.2.0=N 021021.7 −= xN
p
s
VVN 8,0=
65,96704,349.8.0=N 011088,2 −= xN
mp
pevel
VRt
nρ.6,3
.4 = cavity
xxxn 5,1
75252,065,9676,31726,23
4 ==
[ Menges-Mohren, 1986]:
Grow From
Hasil simulasi Grow from merupakan visualisasi dari proses pengisian cairan plastik yang terjadi melalui masing-masing gate. Bahwa proses pengisian dimulai dari warna biru kemudian dilanjutkan warna merah. Meski menggunakan balancing gate, daerah yang lebih dulu terisi merupakan warna biru.
Fill Time
Hasil simulasi fill time menunjukkan waktu yang dibutuhkan cairan plastik untuk mengisi semua rongga cavity dari sprue hingga produk. Pengisian paling awal dimulai dari warna biru, sedangkan akhir dari proses pengisian ditunjukkan dengan warna merah. Dari gambar dapat diketahui waktu yang dibutuhkan untuk mengisi semua komponen saluran ialah 4.032 detik
Temperature at Flow Front
Hasil simulasi temperature at flow front menunjukkan tingginya temperatur cairan plastik ketika mencapai titik atau area tertentu pada rongga cavity. Untuk menghindari terjadinya cacat hesitasi, maka selisih temperatur ketika cairan plastik masuk rongga cavity dan akhir dari proses injeksi tidak boleh lebih dari 5oC. Selisih perubahan temperatur yang tinggi menunjukkan bahwa waktu injeksi sangat lamban. Dari gambar menunjukkan temperatur cairan plastik ketika memasuki sprue ialah sebesar 232.3oC. Sedangkan aliran plastic yang melalui sprue tetap berkisar 232.3oC
Bulk Temperature
Hasil dari simulasi bulk temperature menunjukkan besarnya temperatur rata-rata ketika cairan plastik melewati ketebalan tertentu. Dari gambar dapat dilihat pada runner berwarna kuning mendekati merah dengan temperatur 184.3 oC. Hal ini terjadi karena terjadi penyempitan pada runner menuju gate, sehingga terjadi gesekan yang besar yang menyebabkan peningkatan temperatur sesaat. Sedangkan pada produk didominasi warna biru, yang menunjukkan temperatur 57 oC. Dikuatirkan akan terjadi short shot pada cavity.
Pressure
Hasil dari simulasi pressure menunjukkan distribusi tekanan pada tahap akhir proses pengisian. Tekanan merupakan energi yang digunakan untuk mendorong cairan plastik menuju rongga cavity melalui sistem saluran.
Pada menunjukkan bahwa distribusi tekanan merata pada produk yang menunjukkan warna biru muda pada ujung produk. Tekanan pada ujung produk merupakan tekanan yang paling rendah.. Tekanan yang diperlukan untuk mengisi agar cavity terisi secara penuh adalah 75 Mpa.
Orientation at skin
Hasil dari simulasi orientation at skin menunjukkan arah orientasi dari molekul cairan plastik yang tampak pada bagian terluar produk. Arah orientasi yang sama akan menghasilkan permukaan produk yang baik. Apabila terjadi perbedaan arah orientasi yang cukup besar, maka dapat menyebabkan terjadinya penyusutan yang tidak seragam. Disamping itu, area bertemunya arah orientasi yang berbeda akan menimbulkan cacat weldline. Tampak bahwa arah orientasi seragam dari in gate menuju daerah terluar produk, akan tetapi ada area yang memungkinkan bertemunya dua arah orientasi yang berbeda sehingga menyebabkan weld lines.
Weld line
Weld lines dapat terjadi ketika bertemunya dua atau lebih arah aliran cairan plastik. Bertemunya dua atau lebih arah aliran cairan plastik dapat disebabkan karena beberapa hal, diantaranya ialah adanya lubang pada produk, lokasi in gate yang lebih dari satu, atau adanya ketebalan produk yang tidak merata. Dari gambar menunjukkan adanya kemungkinan cacat weld lines yang terjadi pada produk. Hal ini terjadi karena pada produk terdapat lubang dan adanya dua penempatan lokasi in gate.
Air Traps
Hasil simulasi air traps merupakan visualisasi adanya udara terjebak dalam proses injeksi. Terjadinya udara terjebak dapat ditimbulkan karena kecepatan aliran dan tekanan yang terlalu tinggi, sehingga udara tidak sempat keluar dari rongga, serta holding pressure yang terlalu cepat. Adanya air traps dapat mengakibatkan burn marks dan short shot. Untuk menghindari cacat ini, maka perlu diletakkan venting atau celah sebagai tempat mengalirnya udara.
Time to Freeze
Hasil simulasi time to freeze menunjukkan waku yang dibutuhkan untuk mendinginkan cairan plastik menjadi padat, yaitu waktu setelah proses injeksi selesai hingga mencapai temperatur pengeluaran produk. Dari gambar 5.9 dapat terlihat waktu yang dibutuhkan untuk pendinginan adalah 768.8 detik
Flow rate
Hasil simulasi circuit flow rate menunjukkan besarnya debit aliran air ketika melewati saluran pendingin. Gambar 5.11 menunjukkan debit aliran air yang konstan, yaitu sebesar 3860.8 cm3 /sec.
Penurunan Tekanan Pada Spruen
sprue R
Qn
RkLP
+
=∆ 3_
132
π378,0
3
3
3
_ 003115,014,3
000349044,0378,013
003115,0099,0..103,5.2
+
=∆mx
smx
mmsxPaxxP sprue
= 14.43 MPa ≈ 14.5 MPa
Penurunan Tekanan Pada Runnern
runner R
Qn
RkLP
+
=∆ 3_
132
π378,0
3
3
3
_ 024,014,3
000349044,0378,013
024,02125,0..103,52
+
=∆mx
smx
mmsxPaxxP runner
MPaP runner 1114006341,0_ =∆ ≈ 0,12 MPa
Penurunan Tekanan Pada Gate378,0
3
3
3
_ 004,014,3
000349044,0378,013
004,0001,0..103,52
+
=∆mx
smx
mmsxPaxxP gate
MPaP gate 00131577,0_ =∆≈
0,0014 MPa
=14.5 MPa + 0.12 Mpa + 0,0014 Mpa=14.62 MPa
Pmin = Pi + ΔP
= 16.2 MPa + 14.62 MPa= 30.82 MPa
Fi = Ptot x A
Fi= 30.58 MPa x 0,1224 m2 = 3.74 kN
Fc= Fi (1 + 10%)
= 4.114 kN <
Gaya pencekaman
150 US Ton = 23,250 kN
−−
we
wm
p TTTTS
.8ln 22
2max
πλπtc =
−−= − 4063
40232.8ln10.67,0)003,0(
272
2
ππtc
76,6ln61,13 xtc =
Perhitungan Waktu Pendinginan Cetakan
iktc det26=
Laju Perpindahan Panas Yang Diperlukan
Q molding = M produk. Cp . ( T melt – T eject )
Q molding = 0,74274 kg x 2890 CkgJ
0. x (2320 C - 63 0 C)
= 362761,64 J
C
moldingCooling T
QQ =
SecJQCooling 26
64,362761=
WQCooling 3,13952=
lines
coolinglines n
QQ =
63,13952 WQlines =
WQlines 3.2325= =0.5554 kcal/det
Pcoolantcoolantcoolant
linescoolant CT
QV..ρ∆
=
Laju Aliran Fluida Pendingin
CkgJmkgCWVcoolant 020 /4187./1000.1
3.2325=
smxVcoolant /1055.5 34−=
tbb = bbVL
Gerak cetakan membuka
ikdet34,067,116
40 =tbt =
ikdet4,010040 =
Waktu penginjeksianti =
ti* + th
sin8,0 me
p
Qx
V•ti* =
ti* = 0445.3498,0
987
x = 3,53 detik
ti = 3,53 detik + 3 detik= 6,53 detik