TUGAS AKHIR

DESAIN DAN PROSES PEMBUATAN CETAKAN PERMANEN

DENGAN MATERIAL LOGAM BESI COR KELABU HASIL CORAN

PASIR CO2 UNTUK PROSES PEMBUATAN FLANGE DENGAN

MATERIAL KUNINGAN (CuZn)

Disusun Sebagai Syarat Untuk Menyelesaikan Program Studi Strata Satu

Pada Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik

Universitas Muhammadiyah Surakarta

Disusun Oleh :

SUPRIYANTO

NIM : D 200 130 051

JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA

2018

ii

iii

iv

v

vi

HALAMAN MOTTO

“Man jaddahwajadah, selama kita bersungguh-sungguh, maka kita

akan memetik buah yang manis. Segala keputusan hanya ditangan

kita sendiri, kita mampu untuk itu”.

(#B.J. Habibie)

“Banyak kegagalan dalam hidup ini dikarenakan orang-orang tidak

menyadari betapa dekatnya mereka dengan keberhasilan saat

mereka menyerah”.

(#Thomas Alfa Edison)

“Kesuksesan hanya dapat diraih dengan segala upaya dan usaha

yang disertai dengan doa, karena sesungguhnya nasib seseorang

manusia tidak akan berubah dengan sendirinya tanpa berusaha”.

(#Penulis)

“Barang siapa yang mengamalkan yang diketahuinya maka Allah

menganugrahkan ilmu yang belum diketahuinya”.

(#Shihab, 1994: 439)

“Allah akan meninggikan derajat orang-orang yang beriman

diantaramu dan orang-orang yang berilmu pengetahuan”.

(#Qs.al-Mujadalah:11)

“Bertakwalah pada Allah, maka Allah akan mengajarimu.

Sesungguhnya Allah Maha Mengetahui segala sesuatu”.

(#Surat Al-Baqarah, ayat 282)

vii

DESAIN DAN PROSES PEMBUATAN CETAKAN PERMANEN

DENGAN MATERIAL LOGAM BESI COR KELABU HASIL CORAN

PASIR CO2 UNTUK PROSES PEMBUATAN FLANGE DENGAN

MATERIAL KUNINGAN (CuZn)

Supriyanto

Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Surakarta

Jl. A. Yani Tromol Pos 1, Pabelan, Surakarta

Email : Supriyanto.sa70@gmail.com

Abstraksi

Teknologi Computer Aided Design (CAD) adalah merupakan satu bentuk

otomasi yang membantu perancangan untuk memperbaiki gambar, spesifikasi,

dan elemen-elemen yang berhubungan dengan perancangan yang menggunakan

efek grafik khusus dan perhitungan program-program komputer. Sistem CAD

menggambar dengan menggunakan ketentuan-ketentuan software, dengan

menggunakan perintah-perintah atau menggunakan icon yang tersdia, atau kedua-

duanya, biasanya meliputi pemodelan 2 dan 3 dimensi dan model operasi simulasi

komputer. Sistem CAD dijalankan memalui PC untuk desain dan pemodelan 2D

dan 3D kemudian dijalankan dan diintegrasikan dengan sistem CAM (Computer

Aided Manufacture) yang disesuaikan dengan format mesin CNC yang akan

digunakan.

Pengecoran logam merupakan suatu proses pembuatan benda yang

dilakukan melalui beberapa tahapan mulai dari pembuatan pola, cetakan, proses

peleburan, menuang, membongkar dan membersihkan hasil coran. Penelitian ini

bertujuan menghasilkan produk yang berupa cetakan permanen (Permanent

Mold). Cetakan permanen yaitu cetakan yang dapat digunakan berulang-ulang dan

biasanya dibuat dari logam. Proses pengecoran menggunakan cetakan akan lebih

cepat dalam persiapan dan produk hasil pengecoran menggunakan cetakan

permanen menghasilkan produk yang memiliki kekasaran yang sangat minimal

sehingga mengurangi proses pemesinan. Solidwork 2014 digunakan untuk

pembuatan gambar teknik dan perangkat lunak CAM digunakan untuk

perencanaan proses pemesinan. Proses pemesinan menggunakan mesin CNC

milling.

Kata kunci : Computer aided design (CAD), Pengecoran logam, cetakan

permanen, solidwork, cad/cam, G code, CNC.

viii

DESAIN DAN PROSES PEMBUATAN CETAKAN PERMANEN

DENGAN MATERIAL LOGAM BESI COR KELABU HASIL CORAN

PASIR CO2 UNTUK PROSES PEMBUATAN FLANGE DENGAN

MATERIAL KUNINGAN (CuZn)

Supriyanto

Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Surakarta

Jl. A. Yani Tromol Pos 1, Pabelan, Surakarta

Email : Supriyanto.sa70@gmail.com

Abstrack

Computer Aided Design (CAD) technology is a form of automation that

helps designers to improve drawings, specifications, and design-related elements

that use special graphical effects and computer program computations. CAD

systems draw using software provisions, using commands or using an existing

icon, or both, typically include 2 and 3 dimensional modeling and computer

simulation operation models. The CAD system runs through the PC for 2D and

3D design and modeling and then runs and integrates with a CAM (Computer

Aided Manufacture) system customized to the CNC machine format to be used.

Metal casting is a process of making objects done through several stages

ranging from making patterns, molds, melting process, pouring, disassembling

and cleaning the castings. This study aims to produce products in the form of

permanent mold (Permanent Mold). Permanent prints are molds that can be used

repeatedly and are usually made of metal. The casting process using the mold will

be faster in preparation and foundry products using permanent molds to produce

products that have a very minimal roughness to reduce the machining process.

Solidwork 2014 is used for engineering drawing and CAM software used for

machining process planning. Machining process using CNC milling machine.

Keywords: Computer aided design (CAD),Metal casting, permanent molding,

solidwork, cad/cam, G code, CNC.

ix

HALAMAN PERSEMBAHAN

Assalamu’alaikum Wr.Wb

Syukur Alkhamdulillah, dipanjatkan kehadirat Allah SWT atas

berkah dan rahmat-Nya, Beserta Rasulnya. Alhamdulillah penulis selalu

bersyukur ataskemampuan sederhana yang dimiliki. Rasa bangga,

terharu, serta bahagia atas karunia dan kemudahan yang Engkau berikan

akhirnya skripsi yang sederhana ini dapat terselesaikan. Kupersembahkan

karya sederhana ini kepada orang yang sangat kukasihi dan kusayangi.

„‟Ayahanda dan Ibunda Tercinta‟‟

Kepada ayahanda (Sunardi Siswo Sunarto) dan ibunda (Sarmi) tercinta.

Sebagai tanda bakti, hormat dan rasa terimakasih yang tiada terhingga

aku persembahkan karya sederhana ini sebagai rasa bahagia serta terima

kasihku atas segala kasih sayang, nasehat, motivasi, doa yang tiada henti

engkau panjatkan, dukungan yang nyata serta cinta kasih tiada terhingga

yang selama ini Ayahanda dan Ibunda berikan kepada anakmu ini.

Semoga dengan karya sederhana ini menjadi langkah awal untuk

membuat Ayah dan Ibu bahagia.

x

„‟Kakakku Tersayang‟‟

Terima kasih untuk kakakku (Sutanti, Sutanto, Supriyanti) tersayang, atas

doa dan dukungan membuat adikmu ini menjadi lebih semangat untuk

menyusun skripsi hingga selesai. Mohon maaf apabila adikmu ini belum

dapat menjadi panutan yang baik tetapi akan berusaha menjadi adik yang

terbaik.

„‟My Best Friend‟s‟‟

Untuk sahabat seperjuangan skripsiku (Ibnu, Andri, Frabangasta, Ayub,

Febri, Dimas Ambogo, Andre, Danang, Gladito, Raffel,Gilang, Yunus,

Dimas Budi) terima kasih atas bantuan,nasihat, doa, hiburan, ejekan dan

semangat yang telah kalian berikan selama pengerjaan skripsi ini. Serta

untuk sahabat penghuni KOST KENZO yang selalu memberikan masukan

dan meluangkan waktu untuk mengajari saya apabila mengalami kesulitan

dalam pembuatan skripsi ini, aku ucapkan terimakasih atas bantuan dan

doa kalian semoga persahabatan ini selamanya. Teman-teman teknik

mesin UMS 2013 yang aku tidak bisa sebutkan namanya satu persatu aku

ucapkan terimakasih atas bantuan kalian semoga keakraban kita selalu

terjaga. Amiin.. (M Solidarity)

xi

„‟Dosen Pembimbing Tugas Akhirku‟‟

Bapak Ir. Masyrukan., M.T. selaku dosen pembimbing tugas akhir saya,

terima kasih banyak atas waktu, bimbingan, dan ilmu hidup yang selama

ini bapak berikan kepada saya selama pengerjaan tugas akhir ini. Semoga

bapak beserta keluarga diberikan kesehatan selalu dan rejeki yang

berlimpah oleh Allah SWT. Amiin.

xii

KATA PENGANTAR

Assalamu’alaikum Wr.Wb

Syukur Alhamdulillah penulis panjatkan kehadirat Allah SWT yang

telah melimpahkan rahmat dan hidayah-Nya, sehingga penulis dapat

menyelesaikan dan menyusun Laporan Tugas Akhir yang berjudul

“DESAIN DAN PROSES PEMBUATAN CETAKAN PERMANEN

DENGAN MATERIAL LOGAM BESI COR KELABU HASIL CORAN

PASIR CO2 UNTUK PROSES PEMBUATAN FLANGE DENGAN

MATERIAL KUNINGAN (CuZn)” dengan baik dan tepat pada waktunya.

Pada kesempatan ini penulis mengucapkan terima kasih kepada :

1. Allah SWT, atas segala limpahan rahmat-Nya sehingga penulis

dapat menyelesaikan laporan Tugas Akhir ini.

2. Bapak Ir. Masyrukan., M.T. .selaku pembimbing Tugas Akhir yang

telah banyak memberikan pengarahan, bimbingan, serta ilmu hidup

selama pengerjaan ini.

3. Bapak Ir. Subroto, M.T. selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin Fakultas

Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta.

4. Bapak Ir. Sunardi Wiyono, M.T. selaku Koordinator Tugas Akhir.

5. Bapak Ir. Subroto, M.T. selaku dosen Pembimbing Akademik yang

memberikan arahan dan semangat kepada penulis.

6. Laboratorium Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Surakarta

yang telah memberikan pengalaman yang bermanfaat.

xiii

xiv

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL ............................................................................... ...i

PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI .................................................... ..ii

HALAMAN PERSETUJUAN .................................................................. .iii

HALAMAN PENGESAHAN ................................................................... .iv

LEMBAR SOAL .................................................................................... ..v

LEMBAR MOTTO .................................................................................. .vi

ABSTRAK .............................................................................................. vii

HALAMAN PERSEMBAHAN ................................................................. .ix

KATA PENGANTAR .............................................................................. xii

DAFTAR ISI ......................................................................................... .xiv

DAFTAR GAMBAR .............................................................................. xviii

DAFTAR TABEL .................................................................................. xxii

DAFTAR SIMBOL ................................................................................ xxiii

BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang ......................................................................1

1.2 Rumusan Masalah ................................................................4

1.3 Batasan Masalah ..................................................................4

1.4Tujuan Penelitian ...................................................................5

1.5 Manfaat Penelitian ................................................................5

1.6 Sistematika Penulisan ...........................................................5

xv

BAB II LANDASAN TEORI

2.1 Tinjauan Pustaka ............................................................... ..7

2.2 Dasar Teori ....................................................................... 10

2.2.1 Pengertian Desain Produk ........................................ 10

2.2.2 Cetakan Permanen ................................................... 11

2.2.3 Pasir Cetak CO2 ....................................................... 13

2.2.4 Proses Pengeecoran ................................................. 15

2.2.5 Pola .......................................................................... 16

2.2.6 Tanur Induksi ............................................................ 17

2.2.7 Klarifikasi Besi Cor .................................................... 17

2.2.8 Pengaruh Kandungan Unsur Besi Cor ...................... 19

2.2.9 Diagram Kesetimbangan Besi-Karbon ...................... 22

2.2.10 Kuningan ................................................................. 24

2.2.11 Macam-macam Kuningan ....................................... 25

2.2.12 Karakteristik dari kuningan ...................................... 27

2.2.13 Struktur mikro kuningan .......................................... 28

2.2.14 Cacat Penyusutan ................................................... 30

2.2.15 Harga Kekerasan .................................................... 31

2.2.16 Unsur paduan Kuningan ......................................... 34

BAB III METODOLOGI PENELITIAN

3.1 Diagram Alir Penelitian ...................................................... 37

3.2 Alat dan Bahan ................................................................... 38

xvi

3.2.1 Alat ......................................................................... 38

3.2.2 Bahan ..................................................................... 41

3.3 Tempat Penelitian .............................................................. 41

3.4 Pembuatan Pola ................................................................. 42

3.5 Proses Pengecoran Besi Cor Kelabu ................................. 44

3.5.1 Alat dan Bahan ....................................................... 44

3.6 Proses Desain dan Pembuatan G Code ............................. 48

3.6.1 Gambar CAD menggunakan Solidwork 2014 .......... 48

3.6.2 Proses CAM mengunakan CAM HSMwork ............. 51

3.6.3 Proses pembuatan G code ..................................... 51

3.6.4 Proses Transfer G code ke mesin CNC .................. 53

3.7 Tahap proses Pemesinan .................................................. 53

3.7.1 Tahapan Proses Pemesinan Cetakan atas ............. 53

3.7.2 Tahapan Proses Pemesinan Cetakan bawah ......... 54

3.8 Proses Pemesinan Dies permanent mold........................... 54

3.8.1 Proses Pemesinan CNC Milling .............................. 55

3.8.2 Proses Pembuatan Pegangan ................................ 55

3.9 Proses Pembuatan Falnge Menggunakan Cetakan

Permanen ........................................................................ 57

3.9.1 Rancangan Penelitian ............................................. 57

3.9.2 Persiapan Pengecoran ........................................... 58

3.9.3 Langkah Penelitian ................................................. 61

3.10 Proses Pengujian Penyusutan Coran ............................... 62

xvii

3.11 Pengujian Hasil Coran Flange .......................................... 62

3.11.1 Pengujian Komposisi Kimia ................................... 62

3.11.2 Pembuatan mounting ............................................ 64

3.11.3 Pengujian Kekerasan ............................................ 67

3.11.4 Pengamatan Struktur mikro .................................. 70

BAB IV HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN

4.1 Hasil Pengecoran Besi Cor Kelabu .................................... 72

4.2 Hasil Desain dan Pembuatan G code ................................. 74

4.2.1 Gambar CAD menggunakan Solidwork 2014 .......... 74

4.2.2 Hasil CAM dan G Code ........................................... 75

4.2.3 Transfer G code ke mesin CNC milling ................... 78

4.3 Hasil pengecoran menggunakan cetakan permanen .......... 79

4.4 Pembahasan Pengujian ..................................................... 81

4.4.1 Hasil Pengujian penyusutan .................................... 81

4.4.2 Hasil Pengujian komposisi kimia ............................. 84

4.4.3 Hasil Uji Kekerasan Kuningan ................................. 86

4.4.3 Hasil dan pembahasan foto mikro ........................... 88

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan ........................................................................ 90

5.2 Saran ................................................................................. 91

DAFTAR PUSTAKA

LAMPIRAN

xviii

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Cetakan Permanen ............................................................. 13

Gambar 2.2 Pasir Cetak CO2 .................................................................. 15

Gambar 2.3 Pola .................................................................................... 16

Gambar 2.4 Tungku induksi .................................................................... 17

Gambar 2.5 Diagram Kesetimbangan Besi – Karbon.............................. 22

Gambar 2.6 Diagram fasa Cu-Zn ............................................................ 27

Gambar 2.7 Foto mikro kuningan ............................................................ 29

Gambar 2.8 Foto mikro kuningan ............................................................ 30

Gambar 2.9 Bentuk cacat Shrinkage ...................................................... 31

Gambar 2.10 Prinsip uji kekerasan Rockwell .......................................... 32

Gambar 3.1 Diagram Alir Penelitian ........................................................ 37

Gambar 3.2 Laptop ASUS X450CC-WX142D ......................................... 38

Gambar 3.3 Tampilan Software CAM HSMwork ..................................... 39

Gambar 3.4 Mesin CNC.......................................................................... 39

Gambar 3.5 Macam-macam Pahat ......................................................... 40

Gambar 3.6 Mesin Las Listrik ................................................................. 40

Gambar 3.7 Tungku peleburan induksi ................................................... 40

Gambar 3.8 Pola kayu dan Sterofom ...................................................... 41

Gambar 3.9 Desain Pola......................................................................... 43

Gambar 3.10 Tungku Induksi .................................................................. 44

Gambar 3.11 Pola Sterofoam ................................................................. 44

Gambar 3.12 Pasir Silica ........................................................................ 45

xix

Gambar 3.13 Water glass ....................................................................... 45

Gambar 3.14 Mesin Pengaduk ............................................................... 46

Gambar 3.15 Cetakan pasir CO2 ............................................................ 46

Gambar 3.16 Penuangan Besi cor .......................................................... 47

Gambar 3.17 Hasil pengecoran .............................................................. 47

Gambar 3.18 Proses gambar desain cetakan. ........................................ 48

Gambar 3.19 Gambar desain cetakan atas ............................................ 48

Gambar 3.20 Gambar desain cetakan atas pandangan atas .................. 49

Gambar 3.21 Gambar desain cetakan atas pandangan depan ............... 49

Gambar 3.22 Gambar desain cetakan atas pandangan bawah .............. 49

Gambar 3.23 Gambar desain cetakan bawah ......................................... 50

Gambar 3.24 Gambar desain cetakan bawah pandangan atas .............. 50

Gambar 3.25 Gambar desain cetakan bawah pandangan depan ........... 50

Gambar 3.26 Proses CAM menggunakan HSMwork .............................. 52

Gambar 3.27 Post Proses ....................................................................... 52

Gambar 3.28 Hasil dari post proses ........................................................ 53

Gambar 3.29 Hasil coran besi cor ........................................................... 54

Gambar 3.30 Proses Pemesinan Mesin CNC Milling .............................. 55

Gambar 3.31 Hasil dari pemesinan (cetakan permanen ......................... 55

Gambar 3.32 Hasil pembuatan pegangan .............................................. 56

Gambar 3.33 Diagram alir pembuatan Flange ........................................ 57

Gambar 3.34 Kuningan ........................................................................... 58

Gambar 3.35 Tungku peleburan ............................................................. 58

xx

Gambar 3.36 Cetakan Logam ................................................................. 58

Gambar 3.37 Pelapisan grafit ................................................................. 59

Gambar 3.38 Pembakaran grafit ............................................................. 59

Gambar 3.39 Penuangan coran .............................................................. 60

Gambar 3.40 Pelepasan hasil coran ....................................................... 60

Gambar 3.41 Hasil Coran kuningan ........................................................ 60

Gambar 3.41 pelepasan coran kuningan(flange). ................................... 63

Gambar 3.42 Pemasangan Spesimen ke Detector. ................................ 64

Gambar 3.43 Spectrometer (Lab. Bahan Polman Ceper, 2017). ............. 64

Gambar 3.44 Hasil Mounting .................................................................. 65

Gambar 3.45 Mesin Grinding .................................................................. 65

Gambar 3.46 Alat Uji Kekerasan Rockwell ............................................ 69

Gambar 3.47 Prinsip kerja Rockwell ....................................................... 69

Gambar 3.48 Olympuss Metalurgi Photomicrographic ............................ 71

Gambar 4.1 Diagram Kesetimbangan Besi - Karbon .............................. 72

Gambar 4.2 Hasil jadi besi cor untuk cetakan atas ……………………….73

Gambar 4.3 Hasil jadi pengecoran untuk cetakan bawah ....................... 73

Gambar 4.4 Hasil desain cetakan ........................................................... 74

Gambar 4.5 Proses CAM cetakan atas ................................................... 75

Gambar 4.6 Proses CAM cetakan bawah ............................................... 75

Gambar 4.7 Hasil post processing cetakan atas ..................................... 76

Gambar 4.8 Hasil post processing cetakan bawah ................................. 76

Gambar 4.9 Pemesinan mesin CNC ...................................................... 78

xxi

Gambar 4.10 Hasil proses pemesinan (Cetakan Permanen) .................. 79

Gambar 4.11 Hasil pembuatan pegangan ............................................. 79

Gambar 4.12 Penuangan logam cair ...................................................... 80

Gambar 4.13 Pelepasan hasil coran ....................................................... 80

Gambar 4.14 Hasil pembuatan flange..................................................... 80

Gambar 4.15 Pengukuran Titik Penyusutan Cetakan Atas ..................... 81

Gambar 4.16 Presentase penyusutan Cetakan atas. .............................. 82

Gambar 4.17 Pengukuran Titik Penyusutan Cetakan Bawah .................. 82

Gambar 4.18 Presentase Penyusutan Cetakan Bawah .......................... 83

Gambar 4.19 Pengukuran Titik Penyusutan cetakan Logam .................. 83

Gambar 4.20 Prosentase Penyusutan hasil coran cetakan logam .......... 84

Gambar 4.21 Titik yang di uji kekerasan ................................................. 87

Gambar 4.22 Hasil foto mikro ................................................................. 88

xxii

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Standar Besi Cor Kelabu Menurut JIS ..................................... 18

Tabel 2.2 Skala Pengujian Rockwell ....................................................... 33

Tabel 3.1Tabel penyusutan paduan logam (Proses pengecoran bagian

2 penyusutan ......................................................................... 42

Tabel 4.1 Hasil Pengukuran pola dan hasil coran ................................... 81

Tabel 4.2 Hasil Pengujuran Pola dan hasil coran ................................... 82

Tabel 4.3 Hasil pengukuran rongga cetakan dan hasil coran ................. 83

Tabel 4.4 Hasil uji komposisi kimia Kuningan dan Besi Cor Celabu ........ 86

Tabel 4.5 Harga kekerasan Rockwell pada kuningan ............................. 87

xxiii

DAFTAR SIMBOL

S : persentase penyusutan

P cetakan : Panjang Cetakan

P produk : Panjang Produk