NASKAH PUBLIKASI TUGAS AKHIR
ANALISA PENGARUH WAKTU TAHAN TERHADAP CACAT WARPAGE PADA PROSES INJEKSI PLASTIK BAHAN POLYPROPYLENE (PP)
Disusun Sebagai Syarat Untuk Mencapai Gelar Sarjana Teknik Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta
Disusun Oleh : Joko Dwi Prasetya D200 10 0068
JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA 2015
ANALISA PENGARUH WAKTU TAHAN TERHADAP CACAT WARPAGE PADA PROSES INJEKSI PLASTIK BAHAN POLYPROPYLENE (PP)
Joko Dwi Prsetya, Bambang Waluyo F.ST, Amin Sulistyanto, ST Tenik Mesin Universitas Muhammadiyah Surakarta Jl.A. Yani Tromol pos I Pabelan, Surakarta Email:
[email protected]
ABSTRAKSI
Injection molding adalah proses pembentukan plastik dengan cara melelehkan material plastik yang diinjeksikan ke dalam sebuah cetakan( mold ). Cacat yang sering terjadi pada produk injection molding antara lain short shot, Sink mark, flash dan warpage. Faktor penyebab terjadinya warpage dipengaruhi oleh tekanan injeksi, suhu cetakan, titik leleh dan waktu tahan pada proses injeksi plastik (Huang dan Tai, 2001). Oleh karena itu, tujuan dari penelitian ini adalah untuk meneliti pengaruh waktu tahan terhadap terjadinya cacat warpage dari hasil produk injection molding dan untuk menentukan parameter waktu tahan yang tepat sehingga didapatkan produk yang optimal dari injection molding. Langkah awal pembuatan cetakan (mold) dengan mesin CNC milling dan pembuatan pendingin dengan sistem softooling tipe saluran pendingin conformal. Sistem soft toling dibuat dengan mencampurkan serbuk aluminium dan lem epoxy dengan perbandingan 2:1 saluran conformal dicetak didalamnya. Metode pengambilan data yang digunakan adalah pemrosesan gambar dengan pengambilan gambar menggunakan kamera 14 pixel dan diproses menggunakan software solidwork dan pengukuran warpage dengan alat ukur dial indikator sehingga dapat dianalisa secara statistik serta dapat diambil sebuah kesimpulan. Dari hasil penelitian didapat kesimpulan bahwa dalam penelitian ini secara umum menaikan waktu tahan membuat persentase warpage yang terjadi semakin semakin mengecil bahkan menghilang begitu juga sebaliknya. Waktu tahan optimal dari penelitian ini yaitu pada waktu tahan 12.5 detik. Kata Kunci: injection molding, solidwork, dial indikator, waktu tahan, warpage.
ANALISA PENGARUH WAKTU TAHAN TERHADAP CACAT WARPAGE PADA PROSES INJEKSI PLASTIK BAHAN POLYPROPYLENE (PP)
Joko Dwi Prsetya, Bambang Waluyo F.ST, Amin Sulistyanto, ST Tenik Mesin Universitas Muhammadiyah Surakarta Jl.A. Yani Tromol pos I Pabelan, Surakarta Email:
[email protected]
ABSTRACTION
Injection molding is a plastic forming process by way of melting the plastic material is injected into a mold (mold). Defects that often occur in injection molding products include a short shot, Sink mark, flash and warpage. The causes of warpage is affected by the injection pressure, mold temperature, melting and holding time in the plastic injection process (Huang and Tai, 2001). Therefore, the purpose of this study was to investigate the influence of the holding time of the occurrence of defects warpage of the results of injection molding products and to determine the proper holding time parameter to obtain the optimal product of injection molding. The initial step of making the mold (mold) with CNC milling machines and manufacture of cooling systems softooling type of conformal cooling channels. Toling soft system is made by mixing powdered aluminum and epoxy glue in the ratio 2: 1 channel conformal printed therein. The data collection method used is processing images with image capture using a 14 pixel camera and processed using software solidwork and warpage measurement with a dial indicator measuring devices that can be analyzed statistically and can be drawn to a conclusion. From the results of the study concluded that in this study generally increase the holding time making warpage percentage that increasingly smaller and smaller and even disappear and vice versa. Optimal holding time of this analysis, the holding time of 12.5 seconds. Keywords: injection molding, solidwork, dial indicators, hold time, warpage.
Namun dalam proses produksi
PENDAHULUAN baik
menggunakan mesin injection moulding
industri manufaktur maupun industri
tidak lepas dari cacat produk seperti
jasa, kualitas sangat sering dibahas. Hal
sink mark, short shot, flash, silver
itu disebabkan karena apabila kualitas
streak, warpage, ataupun yang terjadi
produk
pada
Dalam
atau
dunia
jasa
industri,
itu
tidak
sesuai
bagian-bagian
tertentu
suatu
harapan konsumen, maka hal itu akan
produk. Desain cetakan yang kurang
menjadi salah satu pemborosan dalam
optimal
biaya operasional. Dalam hal ini plastik
setting
dikenal
mempengaruhi
timbulnya
beberapa
di
sehingga
sebagai
salah
serbaguna
yang
kelebihan
seperti
satu
bahan
dan
pengaruh
proses
cacat
parameter
injeksi
/
dapat
memiliki
beberapa
jenis
mudah
dibentuk,
mengakibatkan biaya produksi yang
ringan, tidak mudah pecah, tahan karat,
tinggi
tahan korosi, murah dan lebih cepat di
material banyak yang harus diproses
produksi dibandingkan dengan logam.
ulang dan kualitas produk menurun
Injection moulding adalah salah satu
karena produk banyak yang rusak.
operasi
dan
Warpage adalah Cacat terjadi pada
serbaguna untuk produksi masal pada
suatu produk dapat disebabkan oleh
komponen plastik yang komplek dengan
beberapa faktor antara lain kesalahan
toleransi dimesional yang sempurna.
pembuatan
Namun
operasi akibat dari parameter proses
yang
dalam
paling
umum
proses
produksi
atau
atas
yang
kurang
desain
efisien
mold,
karena
kesalahan
menggunakan mesin injection moulding
injeksi
tidak sesuai
tidak lepas dari cacat produk. Injection
produk terjadi cacat, berupa tekukan /
molding adalah proses pembentukan
cembungan
plastik dengan cara melelehkan material
permukaan atau sirip produk.
plastik yang kemudian diinjeksikan ke
Pada proses injection molding dengan
dalam sebuah cetakan (mold). Dengan
pengaturan parameter penekanan yang
teknik injection molding plastik dapat
tepat dapat meningkatkan kualitas dan
bentuk sesuai dengan desain produk
menghemat biaya produksi. Hal ini
yang diinginkan.
dikarenakan
/
cekungan
parameter
sehingga
pada
proses
penekanan dan waktu penekanan yang 1
pada umumnya dilakukan oleh sistem hidrolik
merupakan
parameter
salah
penting
yang
9.
Variasi Waktu tahan 5 sampai
satu
15 detik.
harus
diperhatikan untuk keberhasilan proses
Tujuan Penelitian
produksi
Tujuan penelitian ini adalah :
melalui
injection
molding
(Manas Chanda and Shalil Roy,2006).
1. Untuk
mengetahui
parameter injeksi
Batasan masalah
plastik
tahan
proses
terhadap
cacat
warpage.
Berdasarkan latar belakang dan
2. Menyelidiki
perumusan masalah diatas penelitian ini
presentase
cacat
warpage mana yang paling sedikit
berkonsentrasi pada : 1.
waktu
pengaruh
Pengujian dan pengambilan
cacat produk terhadap parameter
data dilakukan untuk produk
waktu tahan.
disk spesimen. 2.
sudah
4.
6.
7.
8.
bentuk
perencanaan.
3D
(tiga
modeling dimensi)
dalam injection
Pembuatan mould dan sistem
molding baik cavity maupun corenya
pendinginnya dimulai dengan
dengan
desain 3D CAD.
kemudian dilakukan analisis dengan
Bentuk
produk
ditentukan
5.
Pembuatan
dianggap memenuhi
syarat 3.
TINJAUAN PUSTAKA
Kekuatan material dari mould
sesuai
menggunakan
CATIA,
sudah
software MoldFlow untuk pembuatan
ASTM
mesh dan memberikan batasan panas
D955.
pada
Bahan baku yang digunakan
diketahui mode penyusutannya. Analisis
adalah polypropylene (PP).
ini akan memberikan gambaran tentang
Mesin
distribusi
injeksi
plastik
komponen
panas
sehingga
pada
mould
dapat
dan
dioperasikan secara manual.
memberikan tentang gambaran aliran
Setting
fluida. Pada analisis tersebut dapat
temperature
leleh
plastik dibuat sama 150o C.
dilihat gejala terjadinya cacat produk
Tekanan
(Agus Dwi Anggono 2005).
injeksi
12,738
kg/cm2. 2
warpage dapat dikurangi dengan jalan
LANDASAN TEORI
mengurangi ukuran gate, mengurangi
Polypropylene
tekanan, memposisikan ulang saluran pendingin, cetakan
mengurangi dekat
mengurangi
gate
waktu
Bahan merupakan bahan polimer
temperatur
yang kuat dan tangguh. Material ini
dan
sprue,
memempunyai ketahanan yang baik
tahan,
serta
terhadap keretakan, tahan kimia, taha
menaikkan temperatur cetakan. Fischer
listrik,
(2003)
pengikisan,penyerapan air yang rendah.
Metode
rapid
terhadap
dalam
Bahan ini mempunyai titik leleh yang
pembuatan rapid prototypping sudah
tinggi 1650C dan mampu digunakan
dikembangkan sejak beberapa tahun
pada temperatur 1000C dalam waktu
yang lalu. Pelopor metode laminasi ini
yang lebih singkat.( Al-Tayyib, A-H. J
diawali sejak tahun 1979 oleh profesor
dan Al-Zahrani, M.M.).
nakagawa yang dipublikasikan sejak
Bahan ini digunakan dalam berbagai
tahun 1980 dengan aplikasi cetakan
aplikasi,
untuk baja, almunium dan soft tooling
tekstil, alat tulis, berbagai tipe wadah
(Himmer
terpakaikan ulang serta bagian plastik,
dkk,
lamination
kekakuan,tahan
1999;
Chung
diantaranya
pengemasan,
dkk,2003,Ferreira dan Matheus,2004).
perlengkapan
Dalam beberapa tahun kedepan mulai
komponen otomotif.
muncul beberapa grup penelitian selain
Sifat-sifat
Profesor Nakagawa, seperti dari grup
dengan sifat-sifat polyethylene. Massa
labolatorium
dan
polyprophylene
serupa
Warwick University (Bryden, Wimpenny)
g.cm-3
jenisnya rendah (0,90- 0,92)
yang mempunyai fokus pada laminasi
termasuk kelompok yang paling ringan
plat baja baik skala kecil sampai pada
diantara bahan polimer, dapat terbakar
industri dirgantara. Grup lainnya yang
bila
fokus pada stereolithograpy dari Feirera
dinyalakan
dibandingkan
polyethylene massa jenis tinggi.
dan Matheus, (2004) yang fokus pada
Sifat
tembus cahayanya pada pencetakan
soft tooling dan rapid prototyping untuk
lebih
pengecoran.
baik
dengan
dari
permukaan
penyusutannya kecil,penampilan 3
pada
pada dan
polyethylene mengkilap, pencetakan ketelitian
dimensinya lebih baik. Tahan kimianya
kompleks
kira-kira sama bahkan lebih baik dari
serangkaian langkah kerja, dimulai dari
pada polyethylene massa jenis tinggi
pemasukan biji plastik.
(Boedeker.com,2010).
Untuk thermoplastik waktu satu siklus
Adapun sifat fisis, mekanis dan thermal
proses injection molding singkat (sekitar
dari
10-30 detik) karena produk langsung
polypropylene
adalah
sebagai
berikut:
dengan
melibatkan
membeku setelah diinjeksikan ke dalam
Tabel 1. Sifat fisis, mekanis dan thermal
cetakan. Sementara, untuk thermoset
dari polypropylene(Boedeker.com, 2010)
waktu karena
yang
dibutuhkan
pemanasan
agak lama
terjadi
selama
material berada dalam tekanan cetakan yang bersuhu tinggi. Bagian utama mesin injection molding dapat dilihat pada Gambar 1.
Injection molding Proses
injection
moulding
merupakan proses dengan kecepatan tinggi
dan
otomatis
yang
dapat
digunakan untuk memproduksi produk
Gambar 1. Bagian utama mesin injection
plastik dengan geometri yang kompleks.
molding
Proses ini merupakan proses yang 4
Produk-produk melalui
yang
proses
dihasilkan
injection
Merupakan
molding
menyatukan
diantaranya printer, keyboard, casing
system
handphone,
dalamnya
packing
minuman,
makanan
pesawat
dashboardmobil,
body
dan
telepon, motor,
umum
konstruksi
moulding.
sangat
untuk Clamping
kompleks,
terdapat
mesin
dan
di
moulding
(cetakan), untuk memastikan moulding
helm,
terisi penuh oleh resin,injection untuk
peralatan rumah tangga dan lain-lain. Secara
tempat
memasukan
mesin
plastik
melalui
sprue
pendingin, ejection untuk mengeluarkan
injection molding terdiri dari tida unit
hasil cetakan plastik dari moulding.
pokok yang penting yaitu injection unit, clamping unit dan mold unit (Sendi, 2012). 1. Plasticizing Unit Merupakan
bagian
untuk
memasukan pellet plastik (resin) dan pemanasan. Bagian dari Plasticizing
Gambar 3 clamping unit
unit: Hopper untuk mamasukan resin;
( www.academia.edu )
Screw untuk mencampurkan material supaya
merata,
Barrel,Heater,
1. Mold unit
dan
Mould unit adalah bagian terpenting
Nozzle.
untuk mencetak plastik, bentuk benda plastik sangat tergantung dari bentuk mould, karena setelah plastik masuk ke dalam
mould,
terbentuklah
didinginkan
bentuk
plastik
maka sesuai
dengan bentuk mould, ada berbagai tipe mould, Gambar 2. Bagian Plasticizing Unit
disesuaikan
dengan
bentuk
bentuk benda yang akan dibuat, untuk
(www.academia.edu)
mengenal lebih jauh tentang mould
2. Clamping unit
perlu pembahasan tersendiri, secara
5
umum mould unit dapat dilihat pada
saat diinjeksikan mengeras sebelum
gambar berikut
memenuhi cetakan. b. Warpage : Kondisi dimana produk melengkung atau bengkok. c. Flash : Kondisi dimana terdapat material
plastik yang lebih ikut
membeku di pinggir-pingir produk dll.
Gambar 4. Bagian utama mold unit
Cacat Warpage
( www.academia.edu ) warpage
dari tahan yang tidak tepat akan
memungkinkan
bahan
keluar
produk
melengkung,
dari
gambar
yang
bengkok
biasanya
atau
disebabkan
karena waktu tahan yang singkat pada
lubang runner, jika tekanan holding dihentikan
pada
digunakan untuk menjelaskan bagian
Waktu tahan (holding time) Waktu
seperti
produk.
sebelum gate membeku.
Setelah gate solid, plastik tidak bisa lagi mengalir ke dalam atau keluar dari lubang runner. Tambahan,waktu tahan dihitung setelah gate
membeku tidak
ada lagi palstik yang masuk ke cetakan. Cacat produk injection molding Cacat produk yang terjadi pada proses
Gambar 5. Warpage
injection molding diantaranya: a. Short
shot
:
(https://www.solidconcepts.com)
Kondisi
kapasitas
lelehan
mampu
memenuhi
dimana
plastik
Penyebab terjadinya warpage adalah :
tidak
kapasitas
a. Perbedaan
antara
shringkage
dan
cooling time yang tergantung pada
cetakan atau lelehan plastik pada
kontraksi 6
kedua
permukaan
dan
ketebalan komponen dari hasil distribusi temperature mould. b. Ketidak-samaan distribusi tekanan pada produk. c. Kurangnya kekakuan struktural produk. d. Aliran
dan
volume
pendingin
yang
kurang serta kurangnya kinerja distribusi
Gambar 6 pengukuran luasan warpage
panas mold. Pengukuran besaran warpage Cacat warpage dapat dikurangi dengan
Dimana pengukuran dilakukan dengan
cara:
mencari selisih antara tebal produk
a) Menambahkan waktu pendinginan
bagian terendah dengan bagian tertinggi
atau mengurangi tekanan, serta memeriksa
sistem
produk dengan alat dial indikator.
pendinginan
mold atau memperbaiki mold. b) memeriksa gate untuk lokasi yang tepat dan ukuran yang memadai. c) memerika mold
mekanisme untuk
pelepasan
desain
dan
pengoperasian yang sesuai. Gambar 7. Pengukuran besaran warpage (fisher)
Pengukuran luasan warpage
Rumus perhitungan warpage
Dimana dilakukan pengolesan serbuk karbon
untuk
memperjelas
W = hpart / dpart
pengamatan dan menghitung luasan warpage dengan software solid work.
Dimana : w
: Warpage
hpart : Ketinggian warpage (mm) dpart : Diameter Spesimen (mm)
7
METODOLOGI PENELITIAN
1. Mesin injeksi plastik 2. Thermometer
Diagram alir penelitian
3. Stopwatch 4. Gelas ukur 5. Kamera 6. Pompa air dan selang 7. Kunci pas 8. Skrap 9. Polypropylene 10. Serbuk aluminium 11. Epoxy 12. Pipa tembaga 13. Karbon 14. Dial indikator
Gambar 8. Diagram alir penelitian Studi pustaka dengan mencari jurnaljurnal
penelitian
yang
berhubungan
dengan penelitian yang akan dilakukan dan survei lapangan dengan melakukan kerja praktek sesuai penelitian untuk meninjau proses
Gambar 9. Instalasi mesin injection
dan alat penelitian
moulding
yang akan digunakan. Keterangan : Alat dan bahan
1. Hidrolik pendorong biji plastik.
Alat dan bahan yang digunakan dalam
2. Barel.
penelitian ini antara lain:
3. komponen pendingin. 4. puly penggerak mold (buka tutup) 8
5. rangka tempat mold.
Selain cacat warpage juga timbul cacat
6. Thermocontrol.
lain seperti berikut
7. Heater. 8. Tuas penggerak hidrolik pendorong biji plastik. 9. Hidrolik penahan mold.
DATA DAN HASIL PENELITIAN Data pembuatan Spesimen
Pembuatan
spesimen
Gambar 10. Cacat flash
dengan
variasi waktu tahan 5 detik, 7.5 detik,10
Flash : Kondisi dimana terdapat
detik, 12.5 detik dan 15 detik diperoleh
material
data sebagai berikut.
membeku
plastik di
yang
lebih
pinggir-pinggir
ikut
produk
seperti sirip ikan.
Tabel 2.Data pembuatan spesimen
dari hasill percobaan pada parameter diatas didapat hasil sebagai berikut.
Data hasil pengukuran warpage Tabel 3. Pengamatan warpage
Dalam proses pembuatan spesimen dengan variabel data di atas diperoleh hasil bahwa tidak semua spesimen mengalami warpage
cacat yang
warpage.
timbul
cukup
Namun besar
sehingga dapat terlihat jelas secara langsung oleh mata seperti cekungan.
9
Tabel 4. Hasil pengukuran luasan
Dari data tabel maka dapat dibuat
warpage software solid works
grafik hasil pengukuran luasan dan besaran cacat warpage pada spesimen sebagai berikut :
Gambar 11. histogram hasil pengukuran luasan warpage Tabel 5. Hasil pengukuran besaran warpage dengan dial indikator
Gambar 12. histogram hasil pengukuran besaran warpage Dari data yang diperoleh dari hasil percobaan
injection
moulding
pada
parameter waktu tahan 5 detik – 10 detik ditemukan cacat warpage, pada waktu tahan 5 detik dari tiga percobaan luasan warpage terkecil adalah 41.71 mm2 dengan besaran warpage 0.048. Untuk 10
waktu tahan 7.5 dan 10 detik
luasan warpage terkecil adalah 18.92
tahan yang lebih lama didalam
mm2 dan 22.54 mm2 dengan besaran
penelitian
lapangan,
membuktikan
bahwa
Sedangkan waktu tahan 12.5 – 15 detik
waktu
yang
belum ditemukan adanya warpage. Jika
mempunyai kontribusi lebih optimal
dilihat
dalam
warpage 0.0183
dan 0.0374 mm2.
dari
data
tersebut
memperlihatkan
bahwa
parameter
tahan
ini
parameter lebih
mengendalikan
lama
cacat
warpage dimensi produk.
waktu tahan 5 detik – 10 detik belum
2. Waktu tahan optimal dari penelitian
ideal karena dalam proses injection
ini yaitu pada 12.5 detik.
moulding dengan bahan polypropylene SARAN
masih terdapat warpage pada produk.
Saran dari peneliti jika nantinya ada Jadi waktu tahan yang ideal proses
peneliti lain yang ingin melanjutkan
injection moulding ini adalah 12.5 -15
penelitian ini:
detik karena pada parameter tersebut
1. Untuk
plastik yang telah di injeksi dapat
lebih
mendalami
sempurna memenuhi ruang mould dan
plastik
menggunakan
pada waktu tahan tersebut juga waktu
mendalami
lebih
disarankan
bahan plastik lain
sebagai pembanding
paling cepat dibandingkan waktu tahan
2. Penulis
yang lain dan menghasilkan produk
berharap
diteruskan
yang baik.
kearah
penelitian
dan
ini
dikembangkan
pengontrolan
perpindahan
panas yang terjadi diseluruh bagian
KESIMPULAN
mould Dari penelitian yang telah dilakukan,
sehingga
dapat
dicapai
menyarankan
untuk
berikutnya
lebih
produk yang baik.
dapat diperoleh beberapa hasil yang
3. Penulis
merupakan jawaban dari penelitian ini.
penelitian
memperhatikan desain mould agar 1.
Prosentase
mengurangi
cacat
mendapat hasil yang lebih baik dan
produk warpage dimensi lebih baik
menggunakan plat yang lebih tebal
menggunakan
dalam pemilihan bahan.
parameter
waktu
11
DAFTAR PUSTAKA
Budhi Sadewa, Allan (2014)
Laporan Praktek Kerja Nyata Proses Produksi
Penutup Roda Mobil Pada Pt. Yogya Presisi Tehnikatama Industri. CHEN Zhen, DENG Yi-min, SUN Bao-Shou, WANG Li-zhu (Faculty Of Mechanical Engineering and Mechanic, Ningbo Univercity, Ningbo 315211, China); Optimization of Injection Warpage Process parameters based
on
Uniform
Design
Of
Experiment[J];Litght
Industry
Machinery;2010-2. Dwi Anggono Agus(2007) Prediksi Shrinkage untuk Menghindari Cacat Produk Pada Plastic Injection Ferreira, J.C., mateus, A., “studies of rapidSoft Tooling with Conformal Channels for Plastic Injection Moulding,” Journal Of Materials Processing Tehnology (2003). Handbook Of Molded Part Shinkage and Warpage, Jerry M. Fischer. Plastics Design Library/Wiliam Andrew publishing, Norwich, NY (2003) Himmer, T.,Nakagawa, ., Anzai, M. (1999) Lamination Of metal Sheets Computers in Industry,
