pengaruh volume exothermic terhadap...

PENGARUH VOLUME EXOTHERMIC RISER TERHADAP CACAT SHRINKAGE PADA PENGECORAN ALUMINIUM

6061 DENGAN METODE SAND CASTING

TUGAS AKHIRSurabaya, 15 Juli 2014

Oleh :Muhammad Misbahul MunirNRP. 2112 105 026

Dosen Pembimbing :1. Indra Sidharta, ST. M.Sc.

NIP. 19800619 200604 1 0042. Dr. Ir. Soeharto, DEA

NIP.19480911 198103 1 001

Aluminium

Proyeksi penjualan mobil yang diyakni menembus rekor tertinggi

750.000 unit dan pasar motor yang mencapai 7,5 juta - 8 juta unit

membutuhkan alumunium sebanyak 84.000 ton dan belum

termasuk suku cadang.-Steelindonesia.com-

Komponen Otomotif

Rejection rate industri pengecoran logam Indonesia masih 6%-10% untuk industri besar dan industri

kecil hingga 15%. Padahal rata-rata secara internasional rejection rate itu hanya 3%.

-Ketua HAPLI-

Bentuk produk yang makin beragam dan berpresisi tinggi

Latar Belakang

Latar Belakang (cont.)Pengecoran Aluminium

Cacat Shrinkage

EXOTHERMIC RISER

1. Dapat mengubah dimensi benda hasil coran2. Dapat mempengaruhi sifat mekanik

Bagaimana pengaruh volume exothermicriser untuk meminimalisir terjadinya cacat penyusutan (shrinkage) yang efisien pada

pengecoran aluminium 6061 dengan metode sand casting

Perumusan Masalah

Batasan Masalah

Temperatur logam cair pada saat dituangkan ke dalamcetakan dianggap konstan

Logam cair dianggap sebagai Newtonian Fluid

Gaya gesek selama logam cair mengalir dianggapkonstan

Semua alat ukur yang digunakan dalam eksperimendianggap sudah dikalibrasi

Sistem saluran Horizontal – Bottom Gating Systemdan dianggap sudah ideal

Pasir cetak memiliki komposisi dan permeabilitasyang seragam (homogen)

Komposisi dan pencampuran bahan exothermic riserdianggap sama dan seragam

Bahan iron oxide (Fe3O4) pada exothermic riserdianggap tidak berpengaruh pada hasil coran.

Batasan Masalah

Mengetahui dan menganalisa pengaruh volume exothermic riser terhadap adanya cacat

penyusutan (shrinkage) pada pengecoran aluminium 6061

Tujuan

Tujuan dan Manfaat

Mengembangkan teori dan teknologi exothermic riserserta gating system yang dapat diaplikasikan padaindustri pengecoran logam.

Meningkatkan produktivitas industri pengecoranserta dapat menghasilkan benda coran yangberkualitas baik.

Tujuan dan Manfaat

Manfaat

DASAR TEORIApakah Exothermic riser itu ?

RiserHarus dapat mengisi kembali rongga cetak ketika terjadi penyusutan

Logam cair yang ada di riser membeku lebih lama dari pada produk cor Volumenya mencukupi

Penggunaan exothermic riser meningkatakan efisiensi penambah mencapai 70%, Sehingga dimensi riser lebih kecil.

Exothermic riser lebih efisien jika digunakan pada pengecoran benda yang dimensinya besar

Exothermic riser Sleeve

3Fe3O4 + 8Al = 4Al2O3 + 9Fe + 3369kJ

Logam Cair

Heat LossHeat Loss

DASAR TEORICacat Shrinkage

Shrinkage atau penyusutan merupakan cacat coran yang

disebabkan volume yang cenderung berkurang selama

proses solidifikasi dikarenakan perubahan

densitas dari liquid menjadi solid.

Untuk aluminium paduan shrinkage selama proses solidifikasi adalah 6% dari volumenya.

Cacat Shrinkage (Cont.)

Ilustrasi Shrinkage pada setiap fase

DASAR TEORIAluminium 6061

Komponen utama dari pembentuk paduan aluminium 6XXX, silicon dan magnesium adalah silicon dan magnesium membentuk senyawa magnesium silida (Mg2Si) yang

akan membentuk eutektik pada sistem paduan Al-Mg2Si.Densitas = 2,7 g/cm3

Temp solidus =5820CTemp liquidus =6520C

Melting point=582 - 6520C

Penelitian Terdahulu

Simulasi Z-Cast dan Pengecoran Alumunium 6061 Variasi Letak Penambah Buta (Blind Riser) dan Temperatur Tuang Terhadap Cacat Shrinkage.

Yudhi Hermawan, [1]

Hasil simulasi Z-cast Hasil Eksperimen Persentase Shrinkage

Letak blind riser yang paling efektif untuk meminimalisir shrinkage adalah ditengah, dan temperatur penuangan yang paling efektif adalah 700oC

7000C 7500C 8000C

Riser Sleeve Properties for Steel Casting and Effect of Sleeve Type on Casting Yield

Untuk mengetahui pengaruh riser sleeve terhadap laju pendinginan

Riser Biasa ( Natural Riser) Exothermic riser

Richard A. Hardin, dkk [2]



Untuk mengetahui pengaruh riser sleeve terhadap laju pendinginan

Hasil Pengukuran Metal TC Hasil Pengukuran Sand TC




Untuk mengetahui perbedaan performa dari tipe riser sleeve terhadap laju pendinginan

Exothermic riser Insulation sleeve riser



Metodologi Penelitian

Penentuan Data Awal

75

75

Dimensi benda coranToleransi Ukuran dan bentuk Panjang (p) : 77 mmLebar (l) : 77 mmTinggi (t) : 77 mm

Bentuk disesuaikan dengan Indian Standard 15865 : 2009

Material Pasir Cetak =Pasir Silika (85%) + Bentonit (10%) + Air (5%)

Material benda coran = Aluminium 6061

Berat jenis (ρ) = 2,7 gr/cm3

= 0,0975 lb/in3

Temperatur melting = 625 oC

Riser

Perencanaan Sistem SaluranDimensi sistem saluran berdasarkan perhitungan sesuai

dengan perencanaan American Foundrymen’s Society (AFS)

SprueØ atas = 1,88 cm Ø Bawah = 1,02 cm Tinggi = 15 cm

Well BaseØ = 2,27 cm Kedalaman = 3,2 cm

Runner Lebar = 2 cmTinggi = 1,6 cmPanjang = 10 cm

Gate

Panjang = 5 cm

Lebar = 2 cmTinggi = 1,6 cm

Benda CoranVolume = 77x77x77mm3

Perencanaan RiserPenambah Biasa (Natural Riser)

Modulus (C%) = 14 % untuk natural feederNilai shrinkage (S% ) paduan Aluminium 6061 yaitu = 4,7%Berat benda yang akan dicor (WC) = 1232,639 grBerat logam cair yang ada di dalam riser (WF) adalah sebagai berikut :

Tinggi riser (L) = 75 mmDiameter riser (D) = 50 mm

Sehingga, volume riser adalah :

50 mm

75 m

m

Foseco Non Ferrous Fondrymen’s Handbooks

Perencanaan Riser

Menurut Tata Surdia[3] penambah atas coran bukan besi

Simulasi SoftwareSimulasi SoftwareSIMULASI

Tanpa Riser

Riser Biasa Optimal(Diamater ditambah

5mm jika masih terjadi shrinkage)

Riser biasa diameter 50mm dan tinggi 75mm









Exo - riser diameter 90mm, tebal 5mm dan tinggi 75mm









Exo - riser diameter 45mm, tebal 5mm dan tinggi 75mmRiser Exothermic Efektif

(Diamaeter dikurangi 5mm jika tidak

terjadi shrinkage)

Data Hasil Simulasi :-Letak dan prosentase shrinkage

- Temperatur pendinginan logam cair- Temperatur dinding Exothermic

Tahap – Tahap Simulasi

Simulasi Software

3D CAD ModelingImport model 3d ke software

Penentuan bagian – bagian dari model

- Penentuan material mold = Silica Sand- Penentuan material exothermic riser =Exothermic

Meshing dan mengatur Boudary Condition

Penentuan daerah Pemasukan logam cair

Penentuan Material Logam cair :

Alumunium 6061

Calculate dan Post Processing

Penentuan parameter penuangan dan

gravitasi

Percobaan Proses Pengecoran

Pola dan sistem saluran sesuai perhitungan

Rangka cetak

Persiapan Peralatan

Peralatan pembuat cetakan :- Penumbuk pasir - Bak Pencampur- Spatula - Timbangan- Ayakan pasir - dll.

Peralatan pengambilan data temperatur

Pottasium Nitrate 2%wt

Pasir Silika 65%wt

Iron Oxide 8%Aluminium powder 25%

Water Glass50gram

Percobaan Proses PengecoranPembuatan Exothermic Riser

BakPencampur

Dikeraskan dengan Gas CO2

Cetakan Exothermic riser

Exothermic riser

Campuran material exothermic

Percobaan Proses PengecoranPembuatan Cetakan Pasir

Membuat cetakan bagian drag Membuat cetakan bagian kup

Pasir muka

Pasir Kasar

Runner

Sprue Base

SprueBenda Cor

Riser

Gate

Percobaan Proses PengecoranPembuatan Cetakan Pasir

Melepas pola dan memasang Exothermic riser

Exothermic Riser

Percobaan Proses PengecoranPemasangan Termokopel

Exothermic riser Riser Biasa

15mm15mm 15mm

Tampak Samping

Tampak Atas


Cetakan Tanpa Riser

Cetakan Riser Biasa 90mm Cetakan Exothermic Riser 55mm

T. Pasir

T. Logam CairT. Dinding

Exothermic riser

T. Pasir

T. Logam Cair

Aluminium 6061

Percobaan Proses PengecoranPeleburan Material Alumunium

Lebih dari melting point

Merk : Jhonson Crucible FurnaceCombst. Chamber Size (Diameter) : 12 inches / 10 inchesOverall Dimension (Diameter) : 23 inchesGas input : 130,000 BTU/hr.Shipping Weight : 340 – 360 Lbs.Source : Jhonshon Crucible furnace Catalogue


Penuangan Alumunium CairTinggi penuangan = 5 cm

Penuangan Material Alumunium

Exothermic riser

Riser Biasa Tanpa riser

Data Hasil Simulasi

Model Tanpa Riser

Proses Solidifikasi Tanpa Riser

Letak cacat shrinkage

Pengecoran Tanpa Riser

Data Hasil Simulasi

Model riser biasa 50mm

Proses Solidifikasi Riser biasa 50mmLetak cacat shrinkage

Pengecoran Menggunakan Riser Biasa

Data Hasil Simulasi

Model Riser biasa 90mm

Proses Solidifikasi riser biasa 90mmLetak cacat shrinkage


Data Hasil Simulasi

Semakin besar volume riser biasa maka semakin memperlambat waktu solidifikasi


588 detik590 detik623 detik630 detik650 detik

673 detik680 detik705 detik730 detik

Data Hasil Simulasi

Letak cacat shrinkage hasil simulasi riser biasa


Data Hasil Simulasi

0

5

10

15

20

25

45 50 55 60 65 70 75 80 85 90

Pers

enta

se C

acat

Shr

inka

ge (%

)

Diameter riser (mm) dengan tinggi 75mm

Volume Riser Biasa Terhadap Persentase Cacat Shrinkage

Grafik Volume Riser Biasa Terhadap Persentase Cacat Shrinkage

Semakin besar volume riser biasa semakin mengurangi volume cacat shrinkage yang terjadi


Data Hasil Simulasi

Model Exothermic riser 90mm

Proses Solidifikasi Exothermic Riser 90mm


Pengecoran Menggunakan Exothermic riser

Data Hasil Simulasi





Data Hasil SimulasiPengecoran Menggunakan Exothermic riser

Semakin besar volume exothermic riser maka semakin memperlambat waktu solidifikasi

752 detik797 detik854 detik902 detik

545 detik

594 detik560 detik

620 detik

543 detik

696 detik

Data Hasil SimulasiPengecoran Menggunakan Exothermic riser

Letak cacat shrinkage hasil simulasi exothermic riser

Data Hasil SimulasiPerbandingan hasil simulasi riser biasa dengan exothermic riser

(riser biasa) (Exothermic riser)0

100200300400500600700800

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000

Grafik Perbandingan Temperatur Solidifikasi antara Riser Biasa dengan

Exothermic Riser

Riser Biasa diameter 55mm dan tinggi 75mm

Exothermic riser diameter 55mm dan tinggi 75mm

Penggunaan Exothermic riser memperlambat laju solidifikasi logam cair sehingga riser dapat bekarja secara efektif

Data Hasil Eksperimen

CetakanTemperatur

penuangan di tungku (oC)

Tinggi Penuangan (cm)

Waktu Tuang (s)

Tanpa riser 710 5 11

Dengan riser biasa ø90mm 800 5 23

Dengan exothermic riser ø55mm 685 5 21

Parameter penuangan aluminium cair


0

100

200

300

400

500

600

700

800

0 200 400 600

Tem

pera

tur (

C)

Waktu (s)

Temperatur Pendinginan Logam Cair pada Pengecoran dengan Riser Biasa

Temperatur Logam Cair pada Pengecoran dengan Riser Biasa

Pengukuran temperatur pada riser biasa


0

50

100

150

200

250

0 200 400 600

Tem

pera

tur (

C)

Waktu (s)

Temperatur Pasir Cetak Pengecoran denganRiser Biasa

Temperatur Pasir Cetak Pengecoran dengan Riser Biasa

Pengukuran temperatur pada riser biasa

0,0

100,0

200,0

300,0

400,0

500,0

600,0

700,0

800,0

0 200 400 600

Tem

pera

tur (

C)

Waktu (s)

Temperatur Logam Cair Pengecoran dengan Exothermic Riser

Temperatur Logam Cair Pengecoran dengan Exothermic Riser

Data Hasil EksperimenPengukuran temperatur pada exothermic riser


0,0

50,0

100,0

150,0

200,0

250,0

300,0

350,0

400,0

0 100 200 300 400 500 600 700

Tem

pera

tur (

C)

Waktu (s)

Grafik Perubahan Temperatur Selimut Exothermic Riser

Temperatur Dinding Exothermic Riser

Perubahan temperatur dinding exothermic riser mencapai 3500C

Pengukuran temperatur pada exothermic riser

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

0 200 400 600

Tem

pera

tur (

C)

Waktu (s)

Grafik Perubahan Temperatur Pasir Cetak Pengecoran dengan Exothermic Riser

Temperatur pasir cetak


Perubahan temperatur pasir hingga 650 detik mencapai 1500C

Pengukuran temperatur pada exothermic riser


0,0

50,0

100,0

150,0

200,0

250,0

300,0

350,0

400,0

0 200 400 600

Tem

pera

tur (

C)

Waktu (s)

Temperatur Dinding Exothermic Riser dan temperatur pasir cetak

Temperatur Dinding Exothermic Riser

Temperatur pasir cetak

Perbandingan Temperatur Dinding exothermic riser dengan pasir cetak riser biasa

Temperatur dinding exothermic riser lebih tinggi dibandingakan temeperatur pasir biasa

208,40C

358,20C


(a) (b) (c)

Benda cor hasil eksperimen (a) Pengecoran tanpa riser

(b) Pengecoran dengan exothermic riser (c) Pengecoran dengan riser biasa.


Cacat Shrinkage pada riser Cacat Shrinkage pada benda kerja

Volume awal air = 150ml

Pemasangan malam pada benda uji

Pengukuran perbedaan volume

Perbandingan Data Hasil Eksperimen dan Hasil Simulasi

0% 0,47%

17,5%12,3%

0% 0%

Kesimpulan dan Saran

• Semakin besar volume exothermic riser dapat mengurangi terjadinya cacat shrinkage pada benda coran. Tetapi semakin besar exothermic riser yang digunakan maka biaya produksi pengecoran semakin tinggi digunakan untuk pembuatan exothermic riser. Exothermic riser dapat mempertahankan temperatur logam cair di riser dengan berfungsi sebagai insulasi dan menghasilkan panas dari reaksi exothermic-nya sehingga logam cair tersebut dapat mengisi volume benda coran yang berkurang akibat cacat shrinkage.

• Volume exothermic riser berpengaruh terhadap volume logam cair yang akan mengisi cacat shrinkage pada benda kerja. Jika volume riser lebih kecil daripada volume yang berkurang akibat cacat shrinkage pada benda coran, akan terjadi kekurangan logam cair untuk mencegah terjadinya cacat shrinkage.

• Volume exothermic riser yang dapat mencegah cacat shrinkage lebih kecil daripada volume riser biasa. Berdasarkan hasil simulasi, volume exothermic riser yang dapat mencegah terjadinya cacat shrinkage untuk benda uji standar berbentuk kubus dengan dimensi p = l = t = 77mm adalah 178.258,93mm3 (ø55mm, tinggi = 75mm dan tebal selimut = 5mm). Sedangkan volume riser biasa untuk benda uji yang sama adalah 477.321,43mm3 (ø90 dan tinggi = 75mm)

Kesimpulan

Kesimpulan dan Saran

• Diperlukan penelitian lanjutan mengenai pengaruh komposisimaterial exothermic terhadap efisiensi penggunaanexothermic riser.

• Penelitian exothermic riser seharusnya dilakukan pada produksi pengecoran kapasitas besar dengan peralatan pengukuran yang akurat dan menggunakan material yang titik leburnya tinggi seperti baja untuk mengetahui efektifitas penggunaan exothermic riser.

Saran

Terima KasihMohon Kritik dan Saran

WISUDA 110 AMIIINNN!!

pengaruh volume exothermic terhadap...

Documents