E-Jurnal Teknik Mesin, Vol. 2 No. 1, Desember 2014 ISSN:2337-9928
ANALISA SIMULASI HIGH PRESSURE DIE CASTING (HPDC) ALUMINIUM ALLOY DENGAN DUA VARIAN COOLING MENGGUNAKAN SOFTWARE MAGMA Sulatin, Toto Rusianto, Sudarsono Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknologi Industri, Institut Sains dan Teknologi AKPRIND Jl. Kalisahak No. 28 Yogyakarta, Indonesia, 55222 INTISARI Die casting merupakan proses pembentukan komponen maupun benda kerja dengan peleburan material logam kemudian logam cair tersebut dicetak masuk ke dalam cetakan dengan menggunakan tekanan. High Pressure Die Casting (HPDC) adalah salah satu jenis die casting yang banyak digunakan dalam industri manufaktur otomotif yang memiliki aplikasi hampir 50 %. HPDC merupakan proses yang mahal baik dari segi mesin die casting maupun mold/die. Die/mold yang bagus memiliki gating sistem, sistem venting dan sistem transfer panas yang baik. Untuk memperoleh desain die yang yang baik dalam ketiga hal tersebut dapat dianalisa dengan bantuan digital prototyping salah satu perangkat lunak CAE yang disebut simulasi casting (casting simulation). Pembuatan benda coran yang merupakan cover sepeda motor disimulasikan dengan dua varian cooling dengan perangkat lunak MAGMA dan proses casting yang digunakan HPDC Cold Chamber. Tujuannya adalah untuk mengetahui penggunaan cooling yang bagus diantara keduanya dengan hasil yang akan dibandingkan antara lain shrinkage, temperatur filling, udara terjebak dan porositas. Kata kunci: HPDC , simulasi casting, MAGMA. 2011).HPDC ini mempunyai tipikal dapat memproduksi benda kerja atau part – part dengan keakuratan dimensi yang tinggi, toleransi yang sangat ketat dan proses permesinan yang rendah.
Pendahuluan Die casting merupakan proses manufaktur untuk memproduksi benda – benda dengan keakuratan dimensi yang tinggi melalui logam cair (molten metal) yang diinjeksi dengan gaya tekan sehingga logam cair tersebut masuk kedalam cetakan yang disebut dengan die/mold dan kemudian dibiarkan membeku. Saat ini die casting digunakan untuk memproduksi part – part yang memiliki keseragaman dan keakuratan dengan jumlah yang tidak terbatas. Die casting ini merupakan salah satu proses manufaktur yang menghasilkan produksi tinggi sehingga dapat mengurangi biaya produksi. Die casting umumnya digunakan untuk memproduksi part – part dengan material non ferrous dan paduan (alloy) seperti aluminium, magnesium, zinc (seng), copper (tembaga) dan kuningan (brass).
Berdasarkan proses dan tipe mesin, HPDC dibagi menjadi dua yaitu hot chamber dan cold chamber. Hot chamber die casting adalah salah satu tipe dari HPDC yang digunakan untuk paduan – paduan (alloys) dengan temperatur cair (melting) yang rendah, seperti seng (zinc) dan timah, hal ini disebabkan karena temperatur yang dibutuhkan untuk mencairkan paduan lain(paduan dengan temperatur melting yang tinggi) akan merusak pompa pada mesin HPDC hot chamber(CostumPartNet,2008). Cold chamber adalah salah satu tipe dari HPDC yang digunakan untuk paduan – paduan dengan temperatur cair (melting) yang tinggi yang tidak dapat diaplikasikan pada hot chamber karena akan merusak unit pompa pada mesin hot chamber.
Berdasarkan besarnya tekanan die casting dibedakan menjadi dua jenis yaitu low pressure die casting (LPDC) dan high pressure die casting (HPDC). Low pressure die casting merupakan jenis die casting yang menggunakan tekanan rendah dalam proses pengecorannya.High Pressure Die Casting (HPDC) adalah proses pemasukan (injection) logam cair (molten metal) kedalam mold cavity dengan tekanan tinggi yang mencapai 250 MPa (Štefan GAŠPÁR,
Metode Metode atau langkah simulasi dapat dilihat pada gambar 1. Software yang digunakan untuk simulasi adalah MAGMA V5.2 sebuah produk dari Magma Gmbh Jerman.
1
E-Jurnal Teknik Mesin, Vol. 2 No. 1, Desember 2014 ISSN:2337-9928
Gambar 1. Diagram Langkah Kerja Simulasi MAGMA Langkah kerja yang perlu diperhatikan adalah mengatur atau mendefinisan material. Pengaturan dapat dilakukan pada pilihan material definitions
dalamdefinition navigatorpada MAGMA seperti yang tampak pada Gambar 2.
Gambar 2. Mendefinisikan Material Berdasarkan Gambar 3 dapat dilihat bahwa material untuk casting yang digunakan untuk simulasi adalah paduan aluminium AlSi11Cu2.5Fe yang memiliki
komposisi paduan 9.5 – 11.5 % Si, 1.5 – 3.5 % Cu dan maksimal 1.3 % Fe. Material dapat ditentukan seperti yang terlihat pada Gambar 3.
2
E-Jurnal Teknik Mesin, Vol. 2 No. 1, Desember 2014 ISSN:2337-9928
Gambar 3. Cara Pemilihan Material Hasilsimulasi Feeding characteristic mengindikasikan area yang memiliki isu – isu feeding seperti diperolehnya porositas. Porositas dalam feeding ini diakibatkan oleh shrinkage. Dalam hubungannya dengan feeding characteristic ini akan dibahas tabel hubungan waktu (t) dengan shrinkage pada pengguanan cooling Versi 1 dan Versi 2 saat proses pengisian seperti yang ditunjukkan pada Tabel 1.
Hasil Ketika running dan proses simulasi sudah selesai maka langkah selanjutnya adalah melihatdan menganalisa hasilnya. Dari kedua jenis cooling yang sudah direnca akan dianalisa kempuannya. Pertama analisa dimulai dari jenis cooling berdasarkan bentuk geometri casting dan posisinya seperti yang terlihat pada Gambar 4. Dari gambar – gambar tersebut dapat dilihat perbedaanya antara kedua versi cooling.
Hasil – hasil simulasi yang meliputi temperatur filling, udara terjebak dan porositas dapat dilihat pada Gambar 5.
Gambar 4. Perbedaan Kedua Versi Cooling
Tabel 1. FeedingCharacteristic Hubungan Waktu Dengan Shrinkage 3
E-Jurnal Teknik Mesin, Vol. 2 No. 1, Desember 2014 ISSN:2337-9928
No 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Time (s) 0.95 1.22 1.53 1.92 2.41 3.1 3.98 5.38 8 10.64
Cooling Versi 1 Shrinkage Shrinkage (%) (kg) 0.96 0.02 1.38 0.03 1.7 0.03 2.05 0.04 2.36 0.05 2.7 0.05 3.01 0.06 3.33 0.07 3.64 0.07 3.8 0.08
Time (s) 0.9 1.17 1.48 1.88 2.35 3.02 3.89 5.37 7.73 10.14
Cooling Versi 2 Shrinkage Shrinkage (%) (kg) 0.94 0.02 1.33 0.03 1.66 0.03 2.01 0.04 2.34 0.05 2.67 0.05 2.99 0.06 3.32 0.07 3.63 0.07 3.79 0.07
Gambar 5. Hasil – hasil simulasi Kesimpulan
4
E-Jurnal Teknik Mesin, Vol. 2 No. 1, Desember 2014 ISSN:2337-9928
sekitar 40oC, namun untuk hot spot cooling Versi 2 diperoleh sekitar 5 titik utama dengan waktu pemadatan terlama sekitar 14 sekon yang lebih baik dibandingkan Versi 1 yang memiliki sekitar 6 titik utama dengan waktu pemadatan terlama sekitar 15 sekon. Prosentase shrinkage dengan cooling Versi 2 terbesar sekitar 3.78 % sedikit lebih baik dibandingkan cooling Versi 1 yang berkisar sekitar 3.8 %. Sehingga porosity untuk cooling Versi 2 sedikit lebih baik dari cooling Versi 1.
Dari hasil analisa simulasi, metode penggunaan cooling yang terbaik adalah cooling kedua yang menggunakan spot cooling ditambah dengan line cooling (cooling Versi 2) jika dibandingkan dengan hanya menggunakan spot cooling (cooling Versi 1), hal ini ditunjukkan dengan prosentase udara terjebak maksimal 17.5 % pada cooling Versi 2 dibandingkan dengan cooling Versi 1 yang memiliki prosentase udara terjebak maksimal 32 %. Serta temperatur drop pada cooling Versi 1 lebih baik yang hanya sekitar 35oC dibandingkan cooling Versi 2 yang berkisar Daftar Pustaka Bar-Meir, G., 2012, Fundamental of Die Casting Design, North Washtenaw Ave, Chicago.
Kaufman, J.G., 2000, Introduction to Aluminum Alloys and Tampers, ASM International, United States of America.
Binney, M., Dargusch, M., Nave, M., McKinney, P., 2003, “Porosity Reduction in a High Pressure Die Casting Through The Use of
Kleeberg, C., 2010, “Latest Advancements in Modeling and Simulations for High Pressure Die Casting”, ALUCAST, India, hlm 1 – 18.
Brown, 1994, J.R., Faseco Non – Ferrous Foundryman,s Handbook Eleventh Edition, Butterworth, Heinemann. Fredriksson, S., 2010, “Basic Die Related Design Principles”, CAE – DS – High Pressure Die Casting Design, SweCast, hlm 1 – 9.
Lövberg, S. dkk, 2013, “Design For Manufacturing – Die Casting”, Konstruktion För X MMKN11, 16 September. Squeeze Pins”, Die Casting in the Heartland, Indianapolis, September 12 – 13, hal 405 - 412.
Höök, T., 2010, “HPDC Runner and Gating System Design”, CAE – Mould, Tampere University of Technology, hlm 1 – 18. Hsu,
Vong Lee, G., 2014, “Die Casting Technology with Process Simulation MAGMA 5.2”, Workshop Training Non Ferrous Costumer for PT Meiwa Mold Indonesia, Cibitung, 22nd – 23th April 2014. _________, 2008,“Die Casting”, termuat di: http://www.custompartnet.com/wu/die-casting, diakses 16 Maret 2014.
A., 2012, Conformal Cooling Industrial Application and Design Optimization Technology, Modelx3D R11, Taiwan.
5
