optimasi desain cetakan pada mesin pengecoran …dosen.univpancasila.ac.id/dosenfile/... ·...

Optimasi Desain Cetakan Pada Mesin Pengecoran Bola Timah Putih Untuk Industri Kecil (Eddy Djatmiko, Titiek

Ediyanto, Agri Suwandi, Firman Suhendar)

50

OPTIMASI DESAIN CETAKAN PADA MESIN PENGECORAN

BOLA TIMAH PUTIH UNTUK INDUSTRI KECIL (Mould Design Optimization for Small Industries Tin Ball Casting Machine)

Eddy Djatmiko1, Titiek Ediyanto

1, Agri Suwandi

1, Firman Suhendar

2

1Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik - Universitas Pancasila

2Program Magister Teknik Mesin, Fakultas Teknik - Universitas Pancasila

e-mail : [email protected]

Tanggal Masuk Naskah : 28 / 3 / 2012 Tanggal Revisi Akhir : 25 / 4 / 2012

Abstrak

Timah putih adalah salah satu sumber kekayaan alam yang berada di pulau Bangka Belitung. Sebagai penghasil dan pengekspor timah putih terbesar di Indonesia, sering mengalami kesulitan untuk bersaing di pasar global karena biaya pengiriman yang timah. Timah putih diekspor dalam bentuk batangan. Dalam proses pengiriman, bentuk timah batangan terkendala oleh ruang dan pembatasan berat, sehingga mengakibatkan waktu pengiriman yang lama dan mahalnya biaya pengiriman. Dengan mengubah bentuk dari batangan menjadi bola timah akan diperoleh nilai tambah ekonomis dari timah putih tersebut. Pada penelitian terdahulu (Edi dkk, 2008 dan Maulana dkk, 2011) bentuk bola timah putih yang dihasilkan pada mesin pengecoran belum optimal, ditandai dengan adanya cacat produk, seperti bentuk yang tidak bulat, sisa hasil timah yang tebal serta terdapat porositas akibat adanya udara yang terjebak pada saat proses pengecoran bola timah. Berawal dari permasalahan tersebut dan dengan semangat memberdayakan industri kecil pengolah timah putih, maka penelitian ini dilakukan dengan hipotesis bahwa kualitas bola timah yang optimal berada pada desain cetakan yang optimal. Penambahan lubang angin pada cetakan serta menggunakan desain saluran turun dengan bentuk trapesium serta perhitungan penyusutan material sebesar 2% hasil bola timah menjadi optimal.

Kata kunci : bola timah putih, cetakan, optimal, industri kecil.

Abstract

Tin is one of our natural resources from Bangka Belitung Islands. As a

producer and exporter of tin, Indonesia has a difficulty to compete in global markets due to high shipping costs. Tin was exported in the form of bars. In the process of delivery, Tin bar shape is constrained by space and weight restrictions, resulting in long delivery times and high cost of shipping. By changing the shape of the bar into a ball of tin (tin ball) will obtain economic value-added of tin. In the previous study (Edi et al, 2008 and Maulana et al, 2011) form of tin ball produced at the casting machine is not optimal, characterized by tin ball defect, such as the shape is not round, the residual of tin that stood out and there are defects due to porosity in the tin ball. Starting from these problems and with the spirit of empowering small industries, this study is conducted with hypothesis that the optimal quality of tin ball is at the optimal mould design. For optimation of results of tin ball as needed the addition of vents in the mould and use the runner design with trapezoidal shape and material shrinkage calculation of 2% is confirmed effective.

Key word : tin ball, mould, optimal, small industries.

1. PENDAHULUAN

Timah putih (tin) biasa digunakan untuk Bearing alloys, material dalam sistem pengereman mobil, plate master cylinder, Die

–casting tin-based alloys, pensolderan, dan lain-lain. Selain dalam bidang teknik, timah putih juga dapat digunakan sebagai barang seni dan perhiasan. Timah putih memiliki titik leleh 231,92

oC, memiliki berat jenis 7,3

M.I. Mat. Kons. Vol. 12 No. 1 Juni 2012 : 50 - 61

51

g/cm3, mempunyai sifat konduktivitas panas

dan listrik yang tinggi serta bisa dibentuk menjadi bahan campuran dengan logam lain, relatif lebih lunak, dan memiliki formability yang baik. Logam ini tidak beracun, solderable dan memiliki titik didih 2602,22

oC.

Dalam pengolahannya timah putih dapat dicetak, di-roll atau diextrusi. Timah putih yang murni terlalu lunak jika digunakan untuk aplikasi mekanik, oleh karena itu maka dalam penggunaannya biasanya dicampur dengan unsur-unsur lain seperti tembaga, antimony, timah hitam, bismuth dan seng. Timah putih dan campurannya dicetak dengan banyak menggunakan teknik yang konvensional, termasuk diantaranya adalah gravity die casting, pressure die casting, dan centrifugal casting.

Hasil olahan timah putih industri kecil di Pulau Bangka Belitung banyak diekspor ke negara-negara berkembang. Dalam pengemasan dan penyimpanannya timah putih dibuat ke dalam bentuk batangan (bar) sebagai material bahan baku yang kemudian akan diproses kembali untuk digunakan dalam banyak bidang industri. Dalam proses pengiriman untuk ekspor, bentuk timah batangan terkendala oleh ruang pengiriman dan pembatasan berat, sehingga mengakibatkan waktu pengiriman yang lama dan mahalnya biaya pengiriman.

Salah satu permasalahan yang dihadapi masyarakat industri kecil di Indonesia adalah belum tersedianya teknologi yang dapat mengubah bentuk timah batangan tersebut menjadi bentuk lain sehingga tidak diperoleh nilai tambah ekonomis dari timah putih tersebut. Saat ini teknologi yang tersedia di pasar merupakan teknologi impor yang membutuhkan biaya yang sangat tinggi sehingga tidak terjangkau oleh industri kecil di Indonesia.

Dari hasil rancang bangun penelitian sebelumnya, teknologi yang dihasilkan masih diperuntukan untuk skala prototipe fungsional dan belum dapat diaplikasi dalam skala industri

1). Hal ini disebabkan masih terdapat

beberapa kelemahan dalam mesin pengecoran bola timah putih skala prototipe fungsional tersebut, diantaranya adalah masih kurang sempurnanya bentuk bola timah yang dihasilkan, pemilihan material mould yang belum tepat sehingga menyebabkan deformasi pada bentuk cetakan, kecepatan buka tutup cetakan yang tidak stabil sehingga menghambat proses selanjutnya

2).

Tujuan dari penelitian yang dilakukan ini adalah untuk mengembangkan mesin pengecoran bola timah putih dengan cara

mengoptimalisasikan desain cetakan agar hasil bola timah putih sesuai dengan spesifikasi industri.

2. BAHAN DAN METODE

Pada gambar 1 diperlihatkan metode penelitian yang akan dilakukan dalam mengoptimalisasi desain cetakan. Berikut penjelasan dari metode penelitian yang dilakukan:

a. Identifikasi faktor penyebab timbulnya kelemahan pada mesin pengecoran bola timah putih sebelumnya dengan diagram tulang ikan (Cause Effect Diagram), sehingga didapat faktor penyebab kelemahan dari penelitian sebelumnya.

b. Analisa perhitungan dilakukan setelah mendapatkan faktor penyebab dari cause effect diagram. Adapun perhitungan ulang yang dilakukan meliputi: perhitungan sprue, runner & gate, shrinkage, diameter poros peluncur dan perhitungan pengelasan pada cetakan.

c. Setelah mendapatkan perhitungan, maka dilakukan perancangan wujud dengan software pro/eng. Dalam melakukan perancangan wujud mesin digunakan bantuan software pro/eng yang dimiliki oleh Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Pancasila. Perancangan menggunakan software dimaksudkan agar mempercepat proses desain dan meminimalisir kesalahan dalam proses produksi.

d. Proses Pembuatan. Berdasarkan hasil perancangan desain dan analisis yang telah dilakukan pada tahap-tahap sebelumnya, maka dibuatlah prototipe bagian cetakan bola timah dari mesin pengecoran tersebut.

e. Pada tahap akhir penelitian dilakukan pengujian cetakan secara manual untuk mengetahui bentuk optimal dari bola timah putih yang dihasilkan oleh cetakan hasil desain pengembangan.

3. HASIL DAN PEMBAHASAN

3.1. Hasil Identifikasi Faktor Penyebab Identifikasi faktor penyebab kurang

optimalnya hasil bola timah putih diperoleh dengan cara mencari akar penyebab masalahnya, yaitu dengan menggunakan cause effect diagram atau diagram tulang



52

ikan (lihat gambar 2) kemudian ditampilkan tabel 1. FMEA (Failure Modes and Effects Analysis) untuk cetakan hasil dari cause effect diagram pada gambar 2. Dari hasil tabel 1. FMEA, bahwa faktor yang paling mempengaruhi adalah desain dari runner & gate serta shringkage.

3.2. Hasil Perhitungan

Aspek desain cetakan adalah segala

sesuatu yang berhubungan dengan jenis konstruksi, layout, perencanaan gate, runner, dan sistem pendingin

3). Dalam aspek desain

perlu diperhatikan beberapa elemen desain yang mendukung ke arah perencanaan yang lebih baik, terutama dalam menentukan parameter yang dibutuhkan, sehingga mampu mendorong dalam meningkatkan efisiensi proses, efektivitas fungsi, dan produktivitas yang optimal dari hasil cetakan

4).

Dari hasil gambar 2 dan tabel 1, maka dilakukan perhitungan ulang terhadap sprue, runner & gate, shrinkage, diameter poros peluncur, pin cetakan atas (upper mould) serta perhitungan pengelasan pada cetakan.

Mulai

Identifikasi masalah penelitian

terdahulu

Desain Pengembangan Wujud dengan

Software Pro/Eng

Pengujian?

Proses Pembuatan

Selesai

Optimal

Belum Optimal

· Perhitungan Sprue

· Perhitungan Runner & Gate

· Perhitungan Shrinkage

· Perhitungan Diameter Poros Peluncur

· Perhitungan Pengelasan pada Mould

Analisa Perhitungan

Studi Literatur

Gambar 1. Metode penelitian yang dilakukan


53

Ga

mb

ar 2

. Ca

use e

ffect d

iagra

m fa

kto

r ma

chin

e



54

:F

ME

A R

evision:

:F

ME

A P

repared by:

:F

ME

A D

ate:

:F

ME

A R

evision Date

:

Item

/ Fu

nc

tion

P

ote

ntia

l Fa

ilure

Mo

de

s

Fa

ilure

Mo

de

Effe

cts

Se

ve

rityP

ote

ntia

l Fa

ilure

Ca

us

es

Oc

cu

rren

ce

C

urre

nt C

on

trols

De

tec

tion

Ris

k P

riority

Nu

mb

er

(ha

l / fun

gs

i)(K

em

un

gk

ina

n B

es

ar K

eg

ag

ala

n)

(Ak

iba

t da

ri Ke

ga

ga

lan

)(S

EV

)(K

em

un

gk

ina

n B

es

ar P

en

yeb

ab

)(O

CC

UR

)(P

en

ge

nd

alia

n ya

ng

dila

ku

ka

n)

(DE

TE

C)

(RP

N)

Sp

rue

Cairan yang dituang

berlebihan

8B

en

tuk s

pru

e ya

ng

terla

lu lu

as

da

n

tida

k me

nu

run

6D

ibu

at d

es

ain

se

su

ai d

en

ga

n

pe

rhitu

ng

an

yan

g o

ptim

al

62

88

Ru

nn

er &

ga

teC

airan tidak turun10

Pro

fil run

ne

r da

n g

ate

yan

g tid

ak

op

tima

l

10D

ibu

at p

rofil tra

pe

siu

m9

90

0

Sh

rink

ag

eB

entuk hasil susut,

sehingga tidak sesuai

dengan yang diharapkan

10T

ida

k dip

erh

itun

ga

n a

da

nya

pe

nyu

su

tan

pa

da

ha

sil d

an

tida

k ad

a

ven

t un

tuk u

da

ra ya

ng

terje

ba

k

did

ala

m m

ou

ld

9D

ipe

rhitu

ng

kan

ha

sil p

en

yus

uta

n

pa

da

de

sa

in m

ou

ld d

an

dib

ua

tkan

ven

t pa

da

mo

uld

109

00

Dia

me

ter p

oro

s p

elu

ncu

rA

danya pergeseran dari

sliding mould

9P

erh

itun

ga

n p

oro

s p

elu

ncu

ran

yan

g

tida

k op

tima

l

7D

iperhitungkan ukuran poros

yang optimal dan dibuatkan pin

pengarah agar lebih stabil

95

67

Pin

up

pe

r mo

uld

Upper m

ould tidak pada

pada satu sumbu sehingga

dapat menyebabkan

kegagalan dalam

pencetakan

8P

erh

itun

ga

n p

in ya

ng

tida

k op

tima

l7

Dip

erh

itun

gka

n b

ata

s a

ma

n d

ari

pin

84

48

Da

era

h p

en

ge

las

an

en

gs

el

Dapat m

enyebabkan engsel

patah karena pengelasan

yang tidak tepat

6P

erh

itun

ga

n ka

mp

uh

las

yan

g tid

ak

op

tima

l

6D

ipe

rhitu

ng

kan

ba

tas

am

an

da

ri

da

era

h p

en

ge

las

an

nya

72

52

CE

TA

KA

N1 No

.

FA

ILU

RE

MO

DE

S a

nd

EF

FE

CT

S A

NA

LY

SIS

for M

OU

LD

System

Subsystem

Part N

umber

Designer

Tab

el 1

. FM

EA

untu

k c

eta

kan


55

2mm 28,26

3 x 3 x 3,14

x x

t d1cetakan

A

N 212

2x 2

1,5 x (3,14 x 15

x x

)

fS

timahA

timahF

working

Saluran pendingin pada cetakan atas (upper mould) dibuat terpisah dengan cetakan, dengan menggunakan besi profil kotak (square tube).

Tinggi cawan penampungan (pouring cup) timah cair tidak dibuat melengkung sehingga timah cair banyak yang tidak mengalir ke dalam sprue.

Tidak ada Vent (lubang udara) pada cetakan tengah (middle mould) dan cetakan samping (side mould) yang merupakan saluran buang untuk udara yang terjebak di dalam cetakan.

Tidak ada pin pengarah untuk cetakan atas, cetakan tengan dan cetakan samping yang ada hanya 2 poros peluncur (sliding shaft).

Gambar 3. Cetakan bola timah putih penelitian terdahulu1) & 2)

A. Perhitungan Sprue

Perhitungan ini dilakukan untuk mengetahui apakah daerah aliran sprue

masih aman atau tidak, untuk melakukan perhitungan ini, maka data yang dibutuhkan adalah sebagai berikut:

1. Material cetakan = Us Ultra ~ Assab 8407 SUPREME ~ Thyssen 2344 EFS ~ Daido DHA 1 ~ JIS SKD 61

2. τMaterial (Us Ultra) 5)

= 1200 N/mm2 pada

temperatur 400 oC

3. Diameter saluran sprue (d2) = 2 mm (desain)

4. Tebal sprue (t) = 3 mm (desain) 5. τTimah = 15 N/ mm

2

6. Diameter sprue kritis (d1) = 3 mm (asumsi)

7. Safety factor (Sf) = 2 (untuk beban impact)

Perhitungan gaya yang terjadi:

Gambar 4. Kondisi dan ukuran pada cetakan

Diagram benda bebas :

Gambar 5. Diagram benda bebas pada

cetakan

Menentukan luasan daerah cetakan (Acetakan):

Menentukan gaya (Fworking)yang bekerja pada satu lubang saluran:

Menentukan Tegangan (τcetakan) kerja cetakan:



56

3mm 904,778

36x

3

4

3x

3

4

rdiinginkan yang

V

3mm 18,0956

2% x 904,78

Sh

V

2N/mm 7,5

26,28

212

cetakanA

workingF

cetakkan

2mm 7,0686

23 x 3,14 x

4

1

2x

4

1

Drlingkaran

Dr

mm 3,282

7,0686 2

)2

x (1,3125

trapesiumDr

trapesiumDr

3mm 922,8736

18,0956 778,904

total

V

Jadi, tegangan (τcetakan) kerja yang

terjadi pada daerah cetakan untuk diameter 3 mm adalah 6,75 N/mm

2.

Agar konstruksi cetakan dinyatakan aman terhadap gaya yang dibutuhkan untuk memutus timah, maka tegangan geser dari bahan cetakan (Us Ultra) harus lebih besar dari pada tegangan kerja (τcetakan) dibutuhkan untuk memutus timah pada diameter sprue yang sudah direncanakan (2 mm). Dapat disimpulkan, Tegangan kerja pada daerah cetakan dengan sistem yang bekerja adalah 6,75 N/mm

2,

sedangkan tegangan geser material (τMaterial) cetakan (Us Ultra) adalah 1200 N/mm

2 , maka:

τ Material > τ cetakan 1200 N/mm

2 > 6,75 N/mm

2

Perancangan dan penggunaan material untuk sistem ini adalah aman.

B. Perhitungan Runner & Gate Bentuk runner yang hasilnya baik adalah

bentuk trapesium6)

, maka dibuatlah desain bentuk trapesium dengan diameter runner yang didesain adalah Dr = 3 mm, maka nilai parameter lainnya dapat ditentukan dapat ditentukan kemudian.

Gambar 6. Bentuk runner dengan

penampang trapesium6)

· Area Dr (lingkaran):

· Area Dr (trapesium): Area Dr (trapesium) = Area Dr Area Dr (lingkaran) dan untuk tinggi profil dan lebar bawah dari trapesium masing-masing adalah:

0,75 Drt atau, 0,75 x 3,282 = 2,461 mm

Untuk diameter gate = profil bagian bawah runner = 2,461 mm

C. Perhitungan Shrinkage Dikarenakan adanya karakteristik

ekspansi panas, logam biasanya menyusut (mengerut) selama solidifikasi dan selama waktu pendinginan mencapai temperatur ambient

7). Shrinkage adalah perbedaan

volume cetakan dengan volume hasil pengecoran setelah pendinginan.

a. Diameter timah putih yang diinginkan (Dt): 12 mm.

b. Volume timah putih yang diinginkan:

c. Volume shrinkage (Vsh) Timah putih

dengan Shrinkage pada Timah putih = 2 %

8) adalah:

d. Volume rancangan lubang cetakan bola timah putih (Vtotal):


57

mm 12.08

x 2

: Jadi

mm 6,04r

3mm 220,4315

3r

3mm 922,8736

3

3

4

rcavity

D

cavityD

rπ

3d 0982,0

3x

32

dZπ

Nmm 3025,75

4

95 x 127,4

4

x

l W

M

mm 3,04

3

3025,75 107,038

3 x 0,0982

75 3025, 1090

d

d

Z

M

e. Diameter lubang cetakan bola timah putih (Dcavity):

D. Perhitungan Diameter Poros Peluncur

(Sliding Shaft) Perhitungan diameter poros peluncur

(sliding shaft) dilakukan untuk menentukan batas minimum diameter poros yang aman dalam perancangan dalam proses peluncuran cetakan samping dengan asumsi memiliki satu beban merata pada poros.

Dalam perancangan sudah ditentukan jenis material adalah VCN 150 karena dikenal dengan ketangguhan dan kemampuan tinggi dalam kondisi panas sementara tetap mempertahankan kekuatan lelah yang baik cocok utuk poros yang bergerak

9).

Perhitungan di bawah untuk memastikan diameter material yang dipilih sudah aman dan sesuai dengan kebutuhan mesin: Massa Jenis VCN 150 (ρ) = 7840

kg/m3

Gaya Berat Side Mould (W): (W) = massa x percepatan gravitasi

= m x g = 13 kg x 9,8 m/s

2

= 127,4 N Panjang poros (l)= 95 mm Ultimate Tenstile Strength (σ) = 1090

N/mm2 (VCN 150)

Perhitungan gaya yang terjadi:

W side mould

dm

in.

l

Ra Rb

Gambar 7. Kondisi Pembebanan Poros Peluncur

Diagram benda bebas:

l

W

Ra Rb

Gambar 8. Diagram benda bebas gaya

pada poros peluncur

Jadi, Section Modulus (Z):

Maksimum momen bending di tengah poros (M):

Diketahui Tensile Strength (σ) VCN 150 = 1090 N/mm

2 , maka

Berdasarkan perhitungan diatas bahwa diameter poros yang diperbolehkan untuk poros peluncur minimum adalah 3,04 mm.

E. Perhitungan Pengelasan pada Cetakan Kekuatan sambungan las dihitung

berdasarkan tegangan yang diizinkan dengan anggapan bahwa hubungan antara tegangan dengan regangan mengikuti Hukum Hooke dengan syarat bahwa tegangan terbesar yang terjadi tidak melebihi tegangan boleh yang telah ditentukan

11).

Kekuatan sambungan las itu tergantung dari beberapa faktor diantaranya: bentuk dari kampuhnya dan kualitas dari bahan elektroda atau kawat las, perbandingan yang cepat dapat



58

2mm 10000

200 x 50

Adi lasan panjang x tk las

A

2N/mm 229,05

10000

2290583,36

lasA

FAA

menyebabkan retak-retak pada sambungan las.

Data yang diketahui untuk perhitungan

pengelasan adalah : a. Tebal kampuh yang

direncanakan (tk) = 50 mm b. Material kawat las (τ ER 70) =

500 N/mm2

c. Fsilinder (diketahui) = 4372 N d. Panjang lasan di A = 20 mm x

10 mm = 200 mm e. Wupper mould = m x g = 14 kg x 9,8 m/s

2 = 137,2 N

f. Besar sudut mould (α) = 45˚ g. Panjang mould (l) = 540 mm

Berikut gambar benda bebas:

1.

l

W cos α

A

W W sin α FAx

FAy tk

Fsilinder

Gambar 9. Gaya yang terjadi pada pengelasan upper mould

Menentukan gaya pada sambungan A:

N 16 2290583, FAy

0 FAy - 96,84 - 2290680

0 FAy - 0,7) x (137,2 - 540) x (4242

0 - ) x ( - ) x (

0

yFAα sinWlsil inder

F

N 96,84 FAx

0 FAx - 96,84

0 FAx - 0,7) x (137,2

0 - )os x (

0 x

xFAα cW

Jadi, FA bisa dicari dengan perhitungan:

N 2290583,36

2(96,84) 26)(2290583,1

2)(

2)(

xFAyFAFA

Menentukan A Las pada sambungan A:

Menentukan Tegangan kerja pada sambungan A:

Jadi, Tegangan (τ A) kerja yang terjadi

pada sambungan A adalah 229,05 N /mm2,

agar konstruksi pengelasan pegangan cetakan (bracket mould) dinyatakan aman terhadap bahan lasan yang digunakan, maka τ ER 70 dengan tegangan tarik 500 N/ mm

2

harus lebih besar daripada tegangan kerja yang terjadi

12). Jadi, dapat disimpulkan

bahwa tegangan tarik pada material lasan adalah 500 N/mm

2 , sedangkan tegangan

kerja pada sambungan A adalah 229,05 N/mm

2 , maka:

τ ER 70 > τ A 500 N/ mm

2 > 229,05 N/ mm

2

Perancangan pengelasan pada sambungan A ini adalah aman.

3.3. Hasil Optimasi Desain

Adapun hasil dari penelitian ini adalah telah diperoleh desain baru dari cetakan untuk mencetak bola timah putih. Diperlihatkan pada gambar 10, 11, dan 12.

Gambar 10. Cetakan atas (upper mould)


59

Gambar 11. Cetakan tengah (middle mould)

a) Tampak samping

b) Tampak Atas

Gambar 12. Cetakan samping (side mould)

3.4. Hasil Pembuatan Cetakan

Gambar 13, 14, dan 15 berikut ditampilkan perbandingan cetakan untuk bola timah putih dari penelitian sebelumnya dengan hasil optimasi desain serta gambar 16 memperlihatkan perbedaan hasil bentuk bola timah putih dari cetakan sebelumnya

dengan hasil optimasi cetakan baru yang dilakukan dengan pengujian secara manual.

4. KESIMPULAN

Dari cause effect diagram dan FMEA didapati faktor utama penyebab tidak optimalnya bentuk dari bola timah putih adalah tidak diperhitungkannya faktor shringkage serta runner dan gate secara optimal, maka dipilihlah bentuk profil trapesium.

Pemilihan material yang tidak sesuai dengan perlakuannya akan mempengaruhi deformasi pada cetakan karena perlakuan panas dan kerja yang berulang-ulang pada cetakan, maka dipilihlah material jenis Us Ultra ~ Assab 8407 SUPREME ~ Thyssen 2344 EFS ~ Daido DHA 1 ~ JIS SKD 61.

Penambahan pin pengarah pada cetakan tengah mould untuk cetakan atas dan cetakan samping sangat membantu dalam mengarahkan lubang cetakan, sehingga tetap pada sumbunya.

Penambahan vent sangat membantu mengurangi porositas pada hasil timah putih ball, karena udara yang terjebak dapat terdorong keluar oleh material cair melalui saluran vent tersebut.

Tinggi cawan penampungan (pouring cup) timah cair dibuat melengkung pada tiap sudutnya agar seluruh timah cair dapat turun dengan cepat ke sprue dengan hasil desain untuk tinggi cawan penampungan 20 mm dengan sudut kemiringan 101,5

o.

Saluran pendingin dibuat menjadi satu dengan cetakan agar pendinginan material cetakan merata dan mengurangi deformasi akibat perlakuan panas yang berulang.

Sebelum Uraian Sesudah Uraian

1 Hasil perancangan desain skala prototipe

fungsional cetakan atas dengan ukuran dimensi

500 x 210 x 40 mm terbuat dari jenis baja

menengah dan bukan untuk proses panas dan

yang dipakai adalah jenis S45C

Hasil pengembangan desain pada cetakan atas

dengan ukuran dimensi 449 x 210 x 24 mm

terbuat dari jenis baja untuk proses panas dan

yang dipakai adalah jenis Us Ultra

Tinggi cawan penampungan (pouring cup )

timah cair tidak dibuat melengkung sehingga

timah cair banyak yang tidak mengalir ke dalam

sprue.

a. Lubang untuk bagian saluran masuk (sprue)

dibuat semakin mengecil agar tidak terjadi

turbulensi udara dan dapat mendorong keluar

udara terjebak yang terdapat pada cetakan ,

sehingga hasil bola timah putih tidak cacat

b. Tinggi cawan (20 mm) penampungan

(pouring cup ) timah cair dibuat melengkung

pada tiap sudutnya (101,50) agar seluruh timah

cair dapat turun dengan cepat ke sprue .

3 Saluran pendingin dibuat terpisah dengan

cetakan, dengan menggunakan besi profil kotak

(square tube ) sehingga tidak ada proses

pendinginan terhadap bagian cetakan yang

diperlakukan panas (timah panas cair), maka

terjadi deformasi pada bagian tersebut.

Saluran pendingin dibuat menjadi satu dengan

cetakan agar pendinginan material cetakan

merata dan mengurangi deformasi akibat

perlakuan panas yang berulang.

No.Skala Prototipe Fungsional Skala Industri Kecil

2

b.

a.

Gambar 13. Pengembangan desain bagian cetakan atas (upper mould)

a) Tampak samping

b) Tampak Atas



60






yang dipakai adalah jenis S45C

Hasil pengembangan desain pada penelitian

tahun 1 untuk cetakan atas dengan ukuran

dimensi 449 x 64 x 55 mm yang terbuat dari

jenis baja untuk proses panas dan yang dipakai

adalah jenis Us Ultra

- Tidak ada pin pengarah untuk cetakan tengah

dan cetakan samping

a. Pin pengarah cetakan atas berfungsi agar

posisi sprue tepat 1 sumbu dengan gerbang

masuk (gate ) cairan timah ke dalam cetakan

pada cetakan tengah.

- Tidak ada Vent yang merupakan saluran

udara untuk gas yang terjebak dalam cetakan

b. Pin pengarah cetakan samping berfungsi

agar posisi ½ cetakan yang berada di cetakan

tengah tepat 1 sumbu dengan posisi ½ cetakan

yang berada di cetakan samping.

c. Vent (lebar 2 mm, kedalaman 0,1 mm),

merupakan saluran udara yang berfungsi untuk

membawa keluar gas yang terjebak ketika

timah cair mengenai cetakan pada bagian

cetakan tengah.

Bagian gate serta cutter pada bagian cetakan

tengah. Cutter berfungsi sebagai pemotong /

pemutus antara sisa-sisa timah cair yang tidak

terpakai dengan bola timah putih hasil cetakan

yang diinginkan.


2

a.

b. c.

Gambar 14. Pengembangan desain bagian tengah (middle mould)






yang dipakai adalah jenis S45C. Jumlahnya 2

pcs untuk sisi kiri dan kanan.

Hasil pengembangan desain pada penelitian

tahun 1 untuk cetakan samping dengan ukuran

dimensi 449 x 73 x 55 mm terbuat dari jenis

baja untuk proses panas dan yang dipakai

adalah Us Ultra. Jumlahnya 2 pcs untuk sisi kiri

dan kanan.

Tidak ada Vent yang merupakan saluran udara

untuk gas yang terjebak dalam cetakan

a. Bagian gate serta cutter /pemotong/pemutus

sisa-sisa timah pada bagian cetakan samping.

b. Vent (lebar 2 mm, kedalaman 0,1 mm) pada

bagian cetakan samping.

3 Vent (lebar 2 mm, kedalaman 0,1 mm) pada

bagian atas cetakan samping berfungsi untuk

membawa keluar gas yang terjebak ketika

timah cair mengenai cetakan samping yang

berasal dari cetakan atas.


2

Gambar 15. Pengembangan desain bagian samping (side mould)


61

Hasil Bola Timah Putih Dengan Cetakan Lama Hasil Bola Timah Putih Dengan Cetakan Baru

a. Ada sisa timah pada bola ± 2 mm menonjol ke atas akibat a. Pengujian 1: masih ada susut pada hasil bola timah putih

cutter pada cetakan yang belum optimal b. Pengujian 2:

b. Masih terdapat porositas 1). Tidak ada sisa timah yang menonjol ke atas karena

c. Bentuk bola yang tidak bulat (lonjong) cutter yang sudah optimal

2). Tidak terdapat porositas

3). Bentuk bola sudah bulat sempurna

a. c.

b.

Gambar 16. Perbandingan hasil cetakan bola timah putih

DAFTAR PUSTAKA

1. Edi, Agus dkk, Laporan Akhir Penelitian Perancangan Tin Ball Gravity Casting Machine Kapasitas 40 Cavity, Program Hibah Penelitian Kompetisi A3, Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Pancasila, Jakarta, 2008.

2. Maulana, Eka, Agri. S & Wina. L,Tin Ball Casting Machine Design with 40 Cavities Capacity for Small and Medium Enterprises, Proceeding of the 4th International Product Design & Development, ISBN : 978-979-97986-7-1, page 247-255, Department of mechanical and Industrial Engineering, Universitas Gadjah Mada. Yogyakarta, 2011.

3. Campbell, John, Casting Practice: The 10 Rules Of Casting, Elsevier, Netherland, 2004

4. Herbert, Rees. Mold Engineering. Germany: Hanser, 2002.

5. ..........., DHA 1 Excellent Wear and Heat Check Resistance Hot Work Die Steel, http://www/bssteel/co.th, diakses pada tanggal 03 April 2012 pukul 10.24 WIB

6. Hermawan, Alex R. Ringkasan dari Injection Molding Handbook ( The Complete Molding Operation , Technology , Performance , Economic ) edited by : Dominic V Rosato, P.E. and Donald V Rosato Ph. D. – Van Nostrand Reinhold , New York,

http://alexrh2010.wordpress.com/2011/04/15/dasar-kalkulasi-design-produk-plastik-dan-molding-bagian1, diakses pada tanggal 3 Agustus 2012 pukul 07.32 WIB.

7. Dwi, Agus Anggono, Prediksi Shrinkage Untuk Menghindari Cacat Produk Pada Plastic Injection, Media Mesin Volume 6 No.2 Juli 2005 ISSN 1411-4348, Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Surakarta, 2005.

8. Yondering. Extreme shrinkage of tin

alloy? ,

http://castboolits.gunloads.com/archive/i

ndex.php/t-36399, diakses pada tanggal

3 Agustus 2012 pukul 07.32 WIB.

9. ..........., Material Specifications Catalogue, www.ozzfoundries.co.za, diakses pada tanggal 3 April 2012 pukul 14.50 WIB.

10. Groover, 2007, Fundamentals of Modern Manufacturing: Material Process and Systems, 2nd edition, Wiley.

11. Hakim, Adies Rahman Dkk, Optimasi Rancang Bangun Alat Bantu Perakitan Press Tool Dengan Metoda Pendekatan Sistematik, Jurnal Ilmiah Teknobiz Vol. 1 No. 3 ISSN 2088-5784, Pusat Pengabdian Kepada Masyarakat Fakultas Teknik Universitas Pancasila, 2012.

12. P N Rao, Manufacturing Technology, Foundry, Forming and Welding, Tata

http://www/bssteel/co.th

http://alexrh2010.wordpress.com/2011/04/15/dasar-kalkulasi-design-produk-plastik-dan-molding-bagian1



http://www.ozzfoundries.co.za/



62

McGraw-Hill Publishing Company Limited. New Delhi, India, 1998.

RIWAYAT PENULIS

Eddy Djatmiko, lahir di Pamekasan, 18 Maret 1954 menamatkan pendidikan S2 di Universitas Indonesia dengan bidang teknik mesin. Saat ini bekerja sebagai dosen tetap Program Studi Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Pancasila dan menjadi anggota Persatuan Insinyur Indonesia (PII).

Titiek Ediyanto, lahir di Yogyakarta, 17 Januari 1949 menamatkan pendidikan S2 di Universitas Indonesia dengan bidang material. Saat ini bekerja sebagai dosen tetap Program Studi Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Pancasila.

Agri Suwandi, lahir di Jakarta, 19 Februari 1983 menamatkan pendidikan S2 di Universitas Pancasila dengan bidang manufaktur. Saat ini bekerja sebagai dosen tetap Program Studi Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Pancasila.

Firman Suhendar, lahir di Garut, 23 Mei 1984. Saat ini sedang menempuh pendidikan di Program Studi Magister Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Pancasila.

optimasi desain cetakan pada mesin pengecoran …dosen.univpancasila.ac.id/dosenfile/... ·...

Documents