BAB II LANDASAN TEORI 2.1
Perancangan die (die design) Perancangan dan pembuatan die sangat penting sekali dan sangat dibutuhkan dalam aspek proses ekstrusi aluminium. Rancangan die tersebut dipengaruhi berbagai macam faktor yaitu prosedur serta perawatan pada saat melakukan proses ekstrusi, mengetahui bentuk profil dan toleransinya, serta mengetahui karakteristik komposisi aluminiumnya. Ketrampilan serta keahlian yang baik pada seorang perancang dan pembuat die sangat vital agar produksinya lebih efisien. Akhir-akhir ini rancangan serta pembuatan die ekstrusi aluminium mengalami perkembangan yang sangat komplek pada bentuk, ketebalan dan kualitas permukaan profil. Dari beberapa pengalaman yang didapat hingga saat ini, maka dibuatlah beberapa persyaratan dalam merancang sebuah die, tetapi merancang die ekstrusi masih tergantung dari penilaian masing-masing orang, pemikiran, dan pengalaman. Tidak ada dua die yang memiliki kesamaan rancangan, material, kekerasan, dan juga hasil ekstrusi yang sama. Sebuah hubungan pekerjaan yang saling terkait antara perancang die, pembuat die, operator mesin ekstrusi serta korektor die sangat dibutuhkan untuk memeriksa toleransi dan kinerja produksi. Ada tiga tujuan utama dari perancangan sebuah die untuk semua operasi ekstrusi yaitu menyediakan agar aliran aluminium pada saat dilakukan ekstrusi relatif mudah, dimensinya tetap stabil, serta hasil ekstrusi yang diperoleh sesuai dengan yang diinginkan. Pada prinsipnya proses ekstrusi sangat mudah, tetapi banyak faktor prosesnya, termasuk perancangan die dan modifikasinya, penyesuaian peralatan, pemilihan komposisi paduan aluminiumnya, serta temperatur pemanasannya adalah faktor penentu utama agar spesifikasi profil yang 6
diinginkan dapat tercapai dengan baik. Deformasi die akibat tekanan pada saat proses juga harus dipertimbangkan dalam merancang sebuah die. Pertimbangan utama dalam merancang die adalah sebagai berikut : 1. Jumlah opening die berdasarkan bentuk dan ukuran profil 2. Koordinat keluaran yang lurus dengan sumbu billet 3. Posisinya harus tepat di titik tengah lingkaran opening die 4. Faktor penentu yang utama dari opening die berdasarkan pemanasan billet, pergeseran yang diijinkan, dan defleksi die (antara die dan kedalaman tongue) 5. Optimasi panjang bearing untuk meningkatkan produktifitas Informasi dasar yang harus diperhatikan untuk merancang sebuah die : 1. Bentuk geometri profil 2. Jenis dan komposisi serta ukuran billet 3. Kapasitas mesin (ton) 4. Ukuran profil yang diminta oleh pelanggan (customer) 5. Komponen-komponen pendukung die (backer atau volster) yang dipakai. 6. Berat profil per meter
2.1.1
Layout die Dalam merancang sebuah die, harus menentukan terlebih dahulu layout diesnya yang ditentukan oleh beberapa faktor seperti berikut : 1. Jarak (clearance) yang sesuai (C), antara opening die dan dinding container, dan juga jarak yang sesuai (D) antara opening tersebut. 2. Keseimbangan aliran aluminium untuk menghindari distorsi profil. 3. Mudah dalam perancangan dan pabrikasi
7
4. Untuk menghindari profil yang dihasilkan saling tumpang tindih dan penggoresan oleh partikel komponen ekstrusi. Die diameter
Container Wall C D D
Gambar 2.1 Radial layout dan flat layout Minimum jarak antara opening die dan dinding container dibutuhkan untuk menghindari aliran oksidasi dari kulit permukaan billet dalam ekstrusi, untuk kasus ekstrusi langsung. Pada saat yang sama, minimum jarak antara dua opening pada multihole die (die dengan lubang atau keluaran yang banyak) harus cukup memadai untuk menyediakan kekuatan yang semestinya untuk menahan tekanan dari billet. Kekuatan yang tepat pada sebuah die kemungkinan dapat menghindari terjadinya retakan dan defleksi pada die. Pada pokoknya, ada dua metode layout untuk multihole die tersebut yaitu : radial layout dan flat layout. Pada radial layout, sumbu utamanya untuk masingmasing profil adalah sepanjang radius, setiap bagian pada permukaan die bearing memberikan hubungan sama terhadap pusat die. Keuntungan radial layout adalah layout, bearing, dan
aliran aluminium yang seragam, serta mudah dalam
pengkoreksian die. Sedangkan kerugiannya adalah sulit untuk mengkontrol terjadinya profil yang memuntir (twisting) dan penanganan pada runout table (meja tempat tumpuan profil pada saat proses ekstrusi). Karena penanganan yang sulit tersebut, maka radial layout tidak digunakan pada industri ekstrusi aluminium.
8
Sedangkan pada flat layout, sumbu utama tiap profil berada di sudut kanan, atau sejajar dengan radius. Keuntungan utama flat layout adalah mudah penanganannya pada runout table untuk produktifitas yang tinggi. Sedangkan kerugiannya adalah sulit dalam pengkoreksian die, karena die bearing tidak seragam, serta sulit mengkontrol keseragaman panjang hasil ekstrusinya. Tetapi dengan adanya teknologi perancangan die yang semakin modern, maka pengkoreksian die saat ini menjadi semakin mudah. Aliran aluminium pada saat proses ekstrusi untuk multihole die sangat rumit. Karena aliran aluminiumnya tergantung pada banyak hal seperti bentuk profil, jumlah keluaran dan layout die.
2.1.2
Menentukan diameter dan tebal die
1. Diameter die Untuk menentukan diameter die pada hollow die dan solid die yaitu dengan memperhitungkan dari berat profil tiap kilogramnya yang sudah diketahui sebelumnya. 2. Tebal die (die thickness) Untuk
menentukan tebal die, ada beberapa pilihan yang harus
dipertimbangkan sebelum mengambil keputusan. Hal ini dilakukan untuk menghindari pemborosan biaya maupun material karena die terlalu tebal dan juga sebaliknya untuk menghindari die pecah atau melengkung karena terlalu tipis (terutama pada bagian tongue).
2.1.3
Bentuk profil (opening) Untuk menentukan bentuk profil perlu diketahui terlebih dahulu standar pembuatan die yang baik, yaitu :
9
R=
A n.a
(2.1)
Keterangan : R
=
Desain yang diijinkan
A
= Luas container
a
= Luas penampang profil
n
= Jumlah profil dalam satu die
R ≥ 20 → Untuk profil solid R ≥ 25 → Untuk profil hollow Luas container : 6” (ø162 mm) = 20612 mm2 7” (ø185 mm) = 26880 mm2 8” (ø210 mm) = 34636 mm2 Setelah syarat-syarat di atas terpenuhi, kemudian mencari titik tengah (center line) untuk profil yang akan dibuat yaitu : 1. Cari posisi landasannya 2. Putar sesuai jatuhnya profil dan tarik garis singgung keempat sisi luarnya sejajar sumbu x dan sumbu y. 3. Kemudian beri ukuran sesuai bentuk yang dibuat. Standar pembuatan tebal profil yang sering digunakan adalah sebagai berikut : 1. Yang diproses berulang-ulang Tebal profil (die) = t (gambar profil) – 0.05 2. Proses surface treatment Tebal profil = t (gambar profil) + 0.02
10
3. Untuk profil yang mempunyai tongue, tebal profil ditambah dengan perkalian tongue (panjang tongue x 0.004). Untuk kasus profil yang panjang, tebal profil sangat sulit sekali untuk mencapai kerataannya, karena perbedaan tekanan saat ekstrusi pada setiap jarak dari sumbu (titik pusat). Untuk itu pada posisi tertentu harus ditambah tinggi bearing serta tebal opening die. Demikian halnya dengan profil yang mempunyai tongue yang panjang.
2.1.4
Ukuran die bearing (Lintasan aliran aluminium)
Skema konfigurasi permukaan datar (die bearing) sebuah solid die adalah sebuah lintasan untuk aliran aluminium yang menentukan kecepatan aliran aluminium. Bearing pada sebuah die sepenuhnya sangat penting sekali. Fungsi dari die bearing adalah untuk mengontrol ukuran, bentuk, hasil dan kecepatan pada saat dilakukan ekstrusi. Die bearing juga sebagai penentu utama dari umur sebuah die. Gesekan pada permukaan die adalah faktor pengontrol untuk memperlambat aliran aluminium. Ukuran bearing di banyak lokasi pada opening die tergantung atas luasan yang mana aliran aluminium pada titik tersebut harus diperlambat. Utamanya, ada tiga parameter yang menentukan dimensi die bearing untuk mengkontrol aliran aluminium yaitu : 1. Jarak antara opening die dengan titik pusat billet 2. Gap atau ketebalan profil pada suatu titik 3. Bentuk pocket dan ukurannya Pada proses ekstrusi langsung, gesekan yang berlawanan pada permukaan kontainer lebih rendah daripada aliran aluminium yang dekat dengan permukaan billet. Pergerakan aluminium pada titik pusat billet
bergerak lebih cepat dibandingkan
pergerakan aluminium pada keliling billet. Untuk menyeragamkan aliran aluminium,
11
maka ukuran bearing harus berbanding terbalik dengan jarak dari titik pusat billet. Titik yang paling kecil atau tipis ukuran profilnya, maka aliran aluminiumnya lebih lambat. Karena ukuran opening die lebih kecil, maka untuk menyeimbangkan aliran pada ukuran profil yang tipis atau kecil yaitu dengan membuat ukuran bearing yang lebih kecil agar laju aliran aluminiumnya seimbang. Perubahan yang mendadak pada bearing akan menyebabkan terjadinya gores pada profil yang dihasilkan, hal ini terjadi karena aliran yang tidak merata pada aluminium atau kemungkinan tidak cukup untuk mengisi opening die. Berbagai variasi pada ukuran bearing pada titik persimpangan harus dibuat sebagaimana mestinya untuk mencegah terjadinya goresan. Kadang-kadang perbaikan yang tepat untuk die sangat dibutuhkan untuk mengkoreksi atau merubah rata-rata aliran aluminium yang dikendalikan oleh lebar bearing dan panjang bearing. Perlakuan pada permukaan depan dan belakang bearing pada celah die yang dikenal dengan relief atau choke. Aliran aluminium yang pelan ini adalah sebagai akibat mengisi penuh celah atau lubang die untuk mendapatkan kestabilan dimensi yang lebih baik. Penambahan sudut relief pada belakang dan sisi luar bearing ditingkatkan setinggi 70 maka akan mengurangi aliran aluminium dari lebar bearing yang sebenarnya.
12
Gambar 2.2 Konfigurasi permukaan datar die (die bearing)
2.1.5
Bearing length
Sebelum membuat ataupun menentukan ketingggian bearing, terlebih dahulu tentukan posisi potongan profilnya yaitu : 1. Totukibu Yaitu ujung profil yang berbelok, ketentuannya adalah sebagai berikut : -
t ≥ 0.8 a; 0.7 < a ≤ 2.5
- 1 ≤ b < 4; b > 0.8 a Keterangan : t
= tebal profil
13
a
= tebal profil pada ujung yang berbelok
b = panjang profil pada ujung yang berebelok
Gambar 2.3 Macam – macam bentuk totukibu 2. Atunikubu Yaitu posisi pada profil yang terdapat perbedaan ketebalan profil, ketentuannya adalah sebagai berikut : t < 0.8 a; 0.2 ≤ b ≤ 0.8 a; 1.2 < a < 14
Gambar 2.4 Macam – macam bentuk atunikubu 3. Mizobu Yaitu profil yang terdapat bentuk menyerupai parit, ketentuannya adalah : l < 2 tidak dipotong, l ≥ 2 dipotong.
Gambar 2.5 Macam – macam bentuk mizobu 4. Nikuatsu henka Yaitu Profil yang terdapat perubahan ketebalan profil, ketentuannya adalah :
14
b ≥ 0.2; untuk l ≤ 4; θ ≥ 10 maka dipotong di tengah, sedangkan untuk l > 4; θ ≥ 10 maka dipotong pada dua bagian.
Gambar 2.6 Macam – macam bentuk Nikuatsu henka
5. Tanbu Yaitu bentuk yang biasanya berada pada ujung profil, ketentuannya adalah : t ≤ 2.5 maka dipotong sepanjang 2 mm, untuk profil tirus 3 mm. Sedangkan untuk t > 2.5 maka dipotong sebesar 0.8t, untuk profil tirus 1.2t.
Gambar 2.7 Macam – macam bentuk Tanbu
6. Nikuatsu kousa Yaitu posisi yang terdapat pada persimpangan bentuk profil, ketentuannya adalah persimpangan dipotong apabila tebal profil yang bersimpangan tidak sama besarnya.
2.1.6
Ketinggian bearing (depth bearing)
Setelah ditentukan potongan bearingnya, kita dapat menentukan tebal bearing tiap-tiap bagian atau potongan yaitu sebagai berikut : d=
4× A S
(2.2)
15
Keterangan : D
: Ketinggian bearing
A
: Luas daerah yang ditentukan potongan bearingnya
S
: Keliling daerah yang ditentukan potongan bearingnya Sedangkan untuk menentukan ketinggian ketinggian bearing pada hollow
die, selain ketentuan diatas masih ada ketentuan tambahan yaitu sebagai berikut: 1. Ketebalan profil/gap 2. Jarak terhadap Port hole 3. Posisi profil/gap yang akan diberi ukuran antara lain: a. Posisi tengah b. Posisi ujung profil c. Posisi tongue d. Posisi terhadap pusat die. Adapun secara garis besar perhitungannya sama dengan pembuatan Solid die, tetapi untuk posisi tertentu ditambah sedikit perubahan sebagai berikut :
a i j
c
g
d
h
e f
b Gambar 2.8 Gambar hollow die serta posisi profil atau gap[1]
16
Tabel 2.1 Tabel keterangan gambar
Ketentuan diatas belum mutlak karena ada pertimbangan lain dalam menentukan ketinggian bearing. Sedangkan untuk menentukan ketinggian bearing pada kondisi normal biasanya menggunakan angka perkalian 2.5. Untuk pembuatan in-die pada hollow die biasanya ditambah 1 mm dari ketinggian bearing out-die, tetapi pada kondisi tertentu ketentuan tersebut bisa berubah seperti perbedaan bearing yang hanya sedikit antara 1mm sampai 2 mm.
2.1.7
Port hole
Bentuk Port hole sangat berpengaruh terhadap aliran aluminium pada sebuah die. Untuk itu perlu dipilih bentuk port hole yang paling sesuai untuk setiap bentuk profil pada pembuatan gambar die. Adapun bentuk-bentuk port hole tersebut seperti berikut : 1) Bentuk standar a) Digunakan untuk membuat die dengan 4 profil
17
Gambar 2.9 Port hole tipe A b) Digunakan untuk membuat die dengan 2 profil
Gambar 2.10 Port hole tipe B c) Digunakan untuk membuat die dengan 1 profil bentuk memanjang
Gambar 2.11 Port hole tipe C d) Digunakan untuk membuat die 1 profil yang berbentuk segi empat atau yang mendekati segi empat (bujur sangkar)
18
Gambar 2.12 Port hole tipe D e) Digunakan untuk membuat die 1 profil yang berbentuk segi empat memanjang atau mendekati bentuk tersebut.
Gambar 2.13 Port hole tipe E 2) Bentuk Spesial Digunakan untuk membuat die yang profilnya mempunyai bentuk in-die besar tetapi tengah ada bentuk memotong atau membelah in-die tersebut.
Gambar 2.14 Port hole Spesial
19
2.1.8
Neck
Neck merupakan leher atau lengan penopang die bearing pada in-die agar posisinya sejajar dengan die bearing pada out-die. Untuk memudahkan pengerjaan, bagian neck dibuat bentuk standar yang disesuaikan dengan peralatan permesinan yang ada. Tetapi bentuk ini hanya untuk bagian atau sisi terluar saja pada sebuah in-die. Sedangkan sisi yang berada lebih ketengah atau kedalam dibentuk dengan menggunakan Back Electode (BE). Adapun bentuk-bentuk standar sebagai berikut :
(a)
(d)
(b)
(c)
(f)
(e)
Gambar 2.15 Bentuk standar neck pada hollow die Untuk ketinggian Neck mempunyai ketentuan standar sebagai berikut : a. Untuk Die 20P, maka ketinggian neck = 20 mm b. Untuk Die 24P, maka ketinggian neck = 22.5 mm c. Untuk Die 28P, maka ketinggian neck = 25 mm
2.1.9
Head (Kepala In-die)
Pada umumnya apabila merancang bentuk neck selalu diikuti bagian head (kepala), terutama ketinggiannya.
20
Gambar 2.16 Bentuk Head (kepala in-die)
a. Untuk Die 20P, maka h ≥ 5 mm b. Untuk Die 24P dan 28P, maka h ≥ 7.5 mm c. Untuk Die 31P, maka h ≥ 10 mm Adapun ketentuan pembuatannya adalah sebagai berikut : 1. Ketinggian h bertambah tiap 2.5 mm 2. Nilai a ≥ 1mm 3. Apabila ada base pocket maka tinggi minimum 15 mm
2.2
Pembuatan die (die manufacturing)
Die Manufacturing adalah pembuatan cetakan ekstrusi yang disebut Die. Die Manufacturing memiliki permesinan yang memiliki tingkat kecanggihan teknologi yang tinggi dalam mengubah material baja silindris untuk dijadikan dies, komponen pendukung (Die Ring, Spreader, Backer, Volster, Volster Ring dan Sub Volster), dan beberapa benda lainnya yang juga digunakan dalam proses produksi dengan pembuatan produk yang membutuhkan tingkat akurasi yang tinggi dan toleransi kesalahan yang kecil. Dalam pembuatan die ada beberapa proses yaitu sebagai berikut : 2.2.1
Pemotongan material
Proses ini adalah proses pemotongan material dengan menggunakan mesin gergaji (band saw) untuk mendapatkan hasil potongan yang sesuai dengan ukuran yang telah ditentukan sebelumnya. Tetapi biasanya untuk ukuran yang diinginkan
21
harus ditambah 3mm pada saat dipotong pada proses ini. Material yang digunakan untuk membuat die adalah baja SKD 61.
2.2.2
Pembuatan lubang (drilling)
Proses ini yaitu Proses pembuatan lubang pin dan lubang baut untuk tipe solid die, dan pembentukan port hole juga bisa dilakukan secara manual untuk tipe hollow die.
Gambar 2.17 Proses drilling 2.2.3
Pembubutan (turning)
Proses ini adalah proses membubut material potongan menjadi bentukbentuk dasar die. Prosesnya adalah proses pemakanan selimut atau bagian tepi dari die atau komponen pendukung die, Tetapi kadang juga dilakukan proses finishing untuk memperbaiki perubahan bentuk yang terjadi setelah proses heat treatment. Mesin turning sudah memakai NC machine programming, sehingga pekerjaan dilakukan secara otomatis, menghemat waktu serta biaya.
Gambar 2.18 Proses turning 22
2.2.4
Vertikal dan horizontal milling
Proses ini adalah proses yang dilalui untuk pembuatan neck, die bearing, under cut dan port hole. Hal-hal yang harus diperhatikan adalah toleransi bentuk, neck dan bearing In-die. Solid die dan out-die tidak melalui vertical milling.
Gambar 2.19 Proses horizontal dan vertical milling
2.2.5
Writing
Writing merupakan pembuatan gambar kerja dengan menggunakan ujung indikator height gauge pada permukaan atau penampang material die dengan cara menggoreskan ke penampang die tersebut. Tujuan proses writing adalah sebagai pemandu bagi operator drilling, vertikal milling, EDM, machining center, wire cutting dan finishing untuk proses pembuatan lubang pin, lubang baut, port hole, ribu dan welding chamber serta merupakan wujud transformasi aplikasi dari gambar desain ke aplikasi manufacturing.
Gambar 2.20 Proses writing
23
2.2.6
Start point
Untuk memudahkan dalam proses wire cutting maka dilakukan proses start point yaitu proses penentuan titik awal (lubang) untuk proses wire cutting.
2.2.7
Wire cutting
Yaitu proses pemotongan material die untuk pembuatan die bearing, pembuatan jig, dan pemotongan carbon graphite dengan menggunakan kawat tembaga jenis wire cutting yang berdiameter 0.25 mm. Wire cutting tembaga kemudian secara otomatis dialiri oleh arus listrik, jika terjadi kontak antara kawat yang beraliran listrik dengan material die maka wire akan menyala seperti terbakar dan akan mengikis material die secara perlahan. Jalur pengikisan wire cutting diatur dalam pemrograman yang dipakai dalam software mesin wire cutting sehingga mesin ini memiliki akurasi yang sangat tinggi dan perkerjaan pemotongan material dies dengan sangat rapi dan sesuai dengan gambar design yang dibuat.
2.2.8
Cu Electro discharge machine (EDM)
Yaitu proses permesinan dengan menggunakan batang-batang Cu (tembaga) untuk proses pembuatan undercut yang miring (tapper).
Gambar 2.21 Proses Cu Electro Discharge Machine
24
2.2.9
Electro discharge machine (EDM)
Proses permesinan dengan menggunakan graphite (carbon) untuk mengikis material logam (dies) untuk membentuk profil yang diinginkan sesuai desain gambar. Pada proses ini juga terdapat proses RE (Roughing Electrode) yang diaplikasikan untuk pembuatan undercut pada pengerjaan solid die dan out-die. 2.2.10 Failing
Menghaluskan permukaan port hole, ribu untuk in-die dan welding chamber untuk out-die, yang telah dibuat oleh Vertikal milling yang cenderung memiliki karakteristik permukaan potongan yang kasar. Proses failing menggunakan rotary grinding dan mounted stone. Tujuan proses ini adalah untuk mereduksi tingkat gesekan yang terjadi antara aliran logam aluminium dengan material die saat berlangsungnya proses ekstrusi, sehingga diperoleh keseragaman aliran aluminium yang mampu memberikan kontribusi baik untuk hasil keluaran profil ekstrusi yang bagus serta mengurangi kemungkinan terjadinya cacat suji, dies mark dan hair line.
Gambar 2.22 Proses failing 2.2.11 Vertical Surface Grinding
Menghaluskan permukaan port hole, ribu untuk in-die dan welding chamber untuk out-die, yang telah dibuat oleh Vertical milling.
25
2.2.12 Heat treatment
Sesuai dengan sifat besi dengan perlakuan panas dapat meningkatkan kekerasan dengan perlakuan-perlakuan tertentu. Meningkatkan kekerasan dengan cara memanaskan dalam Vacuum Furnace (VF), untuk mencapai tingkat kekerasan 46 ~ 48 HRC, proses heat treament harus mempertimbangkan faktor temperatur dan waktu. 2.2.13 Inspection
Pemeriksaan terakhir sebelum nitriding yang dilakukan untuk memastikan bahwa proses pembuatan die dari awal hingga finish dan terbentuk die, tidak ada kecenderungan akan adanya penyimpangan dimensi dari gambar desain.
2.2.14 Finishing
Dalam proses finishimg terdapat 2 proses yaitu : a. Vertical grinding Meratakan atau menghaluskan permukaan die dengan cara memasangnya pada meja mesin dan benda kerja dicekam oleh magnet. Bertujuan untuk meratakan dan menghaluskan permukaan die yang tidak rata seperti bagian bearing dan badan die.
Gambar 2.23 Proses vertical grinding 26
b. Lapping Pembersihan geram dan penghalusan permukaan bearing pada die dengan menggunakan alat diamond denchaku dan kain amplas.
Gambar 2.24 Proses lapping
2.3
Ekstrusi
Ekstrusi adalah proses untuk membuat benda dengan penampang tetap, atau proses untuk merubah billet menjadi bentuk profil yang kita inginkan. Keuntungan dari proses ekstrusi adalah bisa membuat benda dengan penampang yang rumit, bisa memproses bahan yang rapuh karena pada proses ekstrusi hanya bekerja tegangan tekan, sedangkan tegangan tarik tidak ada sama sekali. Aluminium, baja dan plastik adalah contoh bahan yang banyak diproses dengan ektrusi[2]. Proses ekstrusi dibagi menjadi dua macam yaitu proses ekstrusi langsung dan proses ekstrusi tidak langsung. Semua proses tersebut memiliki tujuan yang sama yaitu untuk mendapatkan bentuk serta karakteristik dimensi yang diinginkan.
27
Ekstrusi
Ekstrusi tidak langsung (Indirect extrusion)
Ekstrusi langsung (Direct extrusion)
Paduan lunak (Soft alloy)
Paduan sedang (Medium alloy)
Paduan keras (Hard alloy)
Paduan sangat keras (Harder alloy)
Gambar 2.25 Macam-macam proses ekstrusi aluminium[3] Pada ekstrusi langsung, aliran aluminium diekstrusi langsung oleh gerakan ram. Ekstrusi langsung biasanya digunakan untuk ekstrusi aluminium dengan paduan yang lebih lunak (soft alloys), sedang (medium alloys), dan keras (hard alloys). Sedangkan untuk ekstrusi tidak langsung, aliran aluminiumnya berkebalikan dengan gerakan ram. Esktrusi tidak langsung ini biasanya digunakan untuk ektrusi material aluminium dengan paduan yang sangat keras (harder alloys) ketika bentuk profilnya terdapat bagian yang kritis. Proses ekstrusi yang digunakan di PT. YKK AP INDONESIA adalah proses ekstrusi langsung dengan material aluminium dengan paduan yang lunak. 2.3.1
Bagian-bagian pada proses ekstrusi aluminium
Gambar 2.26 Bagian – bagian pada proses ekstrusi aluminium[4] 28
1. Sub-volster Merupakan salah satu komponen pada die yang berfungsi untuk menahan volster pada saat dilakukan proses ekstrusi. Penggunaan sub-volster ini juga bertujuan untuk efisiensi produksi serta biaya yaitu dengan sub-volster yang sama dapat digunakan untuk profil yang berbeda-beda. 2. Volster Merupakan salah satu bagian die yang berfungsi untuk menahan die, terutama untuk profil yang mempunyai tongue yang besar. Karena die yang mempunyai tongue yang besar akan membuat die cepat rusak atau hasil ekstrusinya tidak sesuai dengan yang diinginkan, untuk itu digunakan volster untuk memperkuat die pada saat dilakukan proses ekstrusi. 3. Die ring Die ring adalah salah satu komponen die yang berfungsi sebagai tempat meletakkan die, baik pada solid die maupun hollow die. 4. Backer Merupakan salah satu komponen pada solid die yang berfungsi untuk menjaga agar die terutama yang mempunyai tongue yang besar agar tidak cepat rusak sehingga hasil ekstrusi sesuai dengan yang diinginkan dan juga untuk memperpanjang umur die. 5. Die Merupakan bagian penting dalam sebuah proses ekstrusi, karena yang membuat pola atau bentuk dari profil keluaran sesuai dengan yang diinginkan. Ada beberapa jenis die yaitu : solid die dan hollow die.
29
6. Spreader Spreader berfungsi untuk mendistribusikan aliran aluminium menuju opening die, mengikis lapisan billet paling luar karena biasanya kulit billet paling luar tidak bersih sehingga mempengaruhi hasil ekstrusinya, serta menahan tekanan billet pada saat dilakukan proses ekstrusi agar tidak cepat merusak die. Spreader ini biasanya digunakan untuk komponen pendukung pada pembuatan profil solid. 7. Clean out block (dummy block) Bagian ini berfungsi untuk melindungi stem pada saat dilakukan proses ekstrusi karena stem harganya lebih mahal daripada dummy block ini. 8. Centering pin Berfungsi sebagai pengarah serta penepat bagi Clean out block pada Stem, agar selalu tetap pada posisinya meskipun pada saat dilakukan press pada billet. 9. Platen Berfungsi untuk menahan komponen die agar pada saat dilakukan ekstrusi posisi die tidak berubah-ubah. 10. Pressure ring Berfungsi untuk memindahkan beban ekstrusi dari volster ke Platen dan juga untuk mencegah defleksi yang terjadi pada volster. 11. Die slide Sebagai pemegang ataupun tempat untuk menempatkan die bersama dengan spreader serta backer. 12. Container Merupakan ruangan yang digunakan untuk menempatkan billet pada saat dilakukan proses ekstrusi
30
13. Container liner Merupakan lapisan pada container yang berfungsi untuk melindungi container pada saat dilakukan ekstrusi, karena bagian ini yang bersinggungan langsung dengan billet. 14. Billet loader Billet loader yaitu tempat untuk menempatkan billet sebelum dilakukan proses ekstrusi. 15. Stem Merupakan batang torak dari hidrolik yang berfungsi untuk menekan billet pada saat dilakukan proses ekstrusi. 16. Billet Merupakan material aluminium yang berbentuk batangan sebagai material untuk membuat profil aluminium pada saat proses ekstrusi. Ada beberapa ukuran billet, yaitu : Ø6” (155 mm), Ø7 (178 mm), Ø8” (203 mm).
2.4
Jenis – jenis die
2.4.1
Solid die
Solid die adalah Cetakan yang digunakan untuk membuat profil yang berbentuk kurva terbuka atau yang biasa dikenal dengan profil solid.
Gambar 2.27 Solid die 31
2.4.2
Hollow die
Hollow die merupakan cetakan untuk membentuk profil yang berbentuk kurva tertutup atau yang biasa disebut dengan profil hollow.
Gambar 2.28 Hollow die (In-die)
2.5
Komponen pendukung die
a. Spreader Spreader merupakan bagian dari komponen pendukung pada pembuatan profil solid. Sedangkan untuk tipe spreader ada 2 macam yaitu :
Type – A
Type – B
Gambar 2.29 Tipe spreader -
Type-B Æ
d ≤ 0.55 mm D
-
Type-A Æ
d > 0.55 mm D
32
Keterangan : d = diameter luar profil D = diameter die Ketentuan dalam pembuatan spreader : 1. Jarak dari garis profil terluar dengan lubang spreader semua sama, tetapi minimal jaraknya adalah 20 mm. S2 ≤1.2 mm S1
2.
Keterangan : S1 dan S2 = Luas area yang diarsir
S2 S1 Gambar 2.30 Lubang spreader tampak dari depan 3. Posisi sudut dalam lubang spreader dibuatkan champer 4. Pembentukan kemiringan spreader yaitu antara 100 ~ 150 b. Backer Backer merupakan komponen pada solid die maupun hollow die, posisi backer berada dibelakang die. Ada dua macam backer yaitu backer standar dan spesial. Berikut adalah cara untuk menentukan penggunaan backer standar atau spesial : y=
A B
(2.3)
k=
d D
(2.4)
33
x = k × ymax
(2.5)
Keterangan : y
= Perbandingan luas tongue dengan panjang tongue
A
= Luas tongue (mm2)
B
= Jarak / panjang tongue (mm)
d
= diameter luar profil (mm)
D
= Diameter die (mm)
k
= Perbandingan diameter profil dan diameter die Jika k ≤ 0.2 , maka k = 0.2
x
= Faktor keamanan
ymax
= Nilai y yang paling besar dalam 1 profil Setelah mendapatkan nilai x, untuk mengetahui pemakaian backer standar
atau spesial, lihat tabel di bawah ini : Tabel 2.2 Tabel penentuan penggunaan backer standar atau spesial[5]
0 ≤ x < 2,5 A < 220 Standard
A ≥ 220 Spesial
2,5 ≤ x Tongue < 9 A < 220 A ≥ 220 Standard Spesial
Tongue ≥ 9
Spesial
Rumus untuk membuat opening backer adalah : L = (t die + t bac ker ) x tan 2 0
(2.6)
Keterangan : L
= Jarak garis terluar opening die dengan opening backer (offset backer)
tdie
= Tebal die
tbacker = Tebal backer
34
Dalam pembuatan backer terdapat beberapa perubahan bentuk pada lubang backer standar akibat profil yang dibuat terdapat daerah kritis atau tongue yang tidak memungkinkan untuk dibuat backer. Macam-macam perubahan dari standar pembuatan backer adalah sebagai berikut : Tabel 2.3 Macam – macam perubahan dari standar pembuatan backer[5] Apabila ada ukuran yang tebalnya di bawah tebal minimum (< 10 mm), maka dibuat ukuran minimum dengan penambahan sama besar kedua sisi.
1
Apabila sudah masuk ukuran gap minimum, tetapi terdapat daerah kritis (tongue) maka dimensi di geser pada kedua sisi sama besar.
2
Apabila sudah masuk ukuran gap minimum, tetapi terdapat daerah kritis (tongue) maka dimensi di geser pada kedua sisi sama besar.
3
Jika l ≥ 17 maka dimensi digeser
4 Jika l < 17 maka dimensi diperkecil.
c. Volster Volster merupakan salah satu komponen pada solid die dan hollow die ang berfungsi untuk menahan die pada saat dilakukan proses ekstrusi agar tidak terjadi 35
defleksi yang besar, terutama untuk die yang memiliki tongue besar. Seperti backer, ada dua macam volster yaitu volster standar dan spesial. Berikut adalah cara untuk memilih volster standar atau spesial : y=
A B
(2.7)
k=
d D
(2.8)
x = k × y max
(2.9)
Keterangan : y
= Perbandingan luas tongue dengan panjang tongue
A
= Luas tongue (mm2)
B
= Jarak / panjang tongue (mm)
d
= diameter luar profil (mm)
D
= Diameter die (mm)
k
= Perbandingan diameter profil dan diameter die
Jika k ≤ 0.4 , maka k = 0.4 x
= Faktor keamanan
ymax
= Nilai y yang paling besar dalam 1 profil Setelah mendapatkan nilai x, untuk mengetahui pemakaian volster standar
atau spesial, lihat tabel di bawah ini :
Tabel 2.4 Memilih volster standar atau spesial[5] DIE S H
x < 20 Standard Spesial Standard ( bila sederhana )
36
x ≥ 20 Spesial Spesial
Untuk menentukan dimensi opening volster pada adalah sebagai berikut : a. hollow die
: L = (t die + t volster ) x tan 2 0
(2.10)
b. Solid die
: L = (t die + t bac ker + t volster ) x tan 2 0
(2.11)
Keterangan : L
= Jarak garis terluar opening die dengan opening volster (offset volster)
tdie
= Tebal die
tbacker
= Tebal backer
tvolster
= Tebal volster Seperti halnya backer, dalam pembuatan volster terdapat beberapa
perubahan bentuk pada lubang volster standar akibat profil yang dibuat terdapat daerah kritis atau tongue yang tidak memungkinkan untuk dibuat backer. Berikut adalah macam-macam perubahan dari standar pembuatan volster : Tabel 2.5 Macam – macam perubahan pada volster standar[5] Apabila ada ukuran yang tebalnya di bawah tebal minimum (< 10 mm), maka ukuran diperbesar sampai ukuran minimum.
35 V (s) 1
Apabila terdapat daerah kritis, maka hanya diperbesar sebelah hingga mencapai dimensi minimum.
2
(minimum)
Demikian pula halnya dengan bentuk lain. 35 V (s) 3
37
4
Juga profil seperti gambar di samping
5
Jika l ≥ 22 maka dimensi digeser
Jika l < 227 maka dimensi sebelah diperkecil dan bagian yang lain di geser.
2.6
Koreksi die
Setelah die selesai dibuat di die manufacturing, die dikirim kebagian ekstrusi untuk dilakukan percobaan (trial) untuk mengetahui hasil press dari die yang sudah dibuat. Meskipun menggunakan CAD/CAM dan CNC pada perancangan dan manufaktur die ekstrusi aluminium, bentuk serta hasil produknya tidak dapat diprediksikan secara tepat. Jika profil yang diproduksi berhasil pada percobaan pertama kali, maka akan dilanjutkan produksi dengan pengukuran serta pengecekan secara semestinya. Jika ekstrusinya tidak berhasil, maka die perlu dikoreksi ataupun dilakukan penggantian die dengan berdasarkan hasil laporan selama dilakukannya percobaan dengan mengambil contoh pada bagian ujung depan dan belakang hasil ekstrusinya. Die korektor sangat dibutuhkan karena berbagai alasan antara lain tidak stabilnya aliran lauminium, dimensi yang bervariasi, serta permukaan hasil ekstrusi yang kurang baik. Akan tetapi, prosedur koreksi die membutuhkan pertimbangan
38
dari pengalaman praktek. Banyak cara untuk melakukan koreksi beberapa masalah pada die berdasarkan ketrampilan serta pengalaman seorang die korektor. Hal yang sangat penting bahwa die korektor harus melihat secara langsung selama dilakukan proses percobaan untuk mendapatkan informasi mengenai variabel press, billet dan die. Tabel 2.6 Macam-macam perbedaan kecepatan aliran aluminium[6] No
Deskripsi
Keterangan
1
Ketinggian bearing (H)
H1 lebih cepat daripada H2
2.
Ketebalan bearing (t)
t1 lebih lambat daripada t2
2
Sudut bearing (θ)
θ1 lebih lambat daripada θ2
4.
Kehalusan bearing
Ra1 lebih cepat daripada Ra2
39
No 5.
Deskripsi
Keterangan
Luas bagian yang mengalirkan aluminium V1 lebih cepat daripada V2 ke bearing (volume port hole)
6.
Kondisi kehalusan dinding port hole
7.
Kelurusan
dari
bagian-bagian
ekstrusi
Ra lebih cepat daripada Ra’
proses Apabila terdapat bagian yang tidak lurus/segaris antara bagian yang satu dengan
yang
lain,
akan
terjadi
perbedaan kecepatan pada profil yang diekstrusi. 8.
Keadaan suhu pada die slide
Apabila pemanasan die tidak merata atau pengaruh suhu die slide dan udara sekitar tidak seimbang, akibatnya panas die tidak merata, sehingga pada saat ekstrusi akan terjadi perbedaan kecepatan.
40
No 9.
Deskripsi
Keterangan
Posisi sumbu die dengan container
10. Pada
profil
pengaturan
yang
lebih
posisi
dari
profil
V1 lebih cepat daripada V2
satu, Gambar.1 lebih sedikit kecepatannya sangat disbanding gambar.2
berpengaruh terhadap kecepatan pada saat dilakukan proses ekstrusi.
Gambar.1
Gambar.2
11. Pengaturan letak profil terhadap sumbu Pada gambar di samping, jika die diekstrusi
container
akan
terjadi
perubahan
kecepatan. Saat billet masih panjang, no.1 dan 3 akan lebih cepat dibanding no.1 dan 4. Tetapi saat billet tinggal sedikit no.1 dan 4 akan menjadi lebih cepat dibanding no.2 dan 3.
41
Sedangkan cara-cara yang biasa digunakan oleh die korektor untuk mengkoreksi die yaitu : 1. Choke Yaitu membuat bentuk miring (taper) pada posisi muka bearing yang berfungsi untuk memperlambat aliran aluminium. 2. Relieve Yaitu membuat bentuk miring (taper) pada posisi belakang bearing yang berfungsi untuk mempercepat aliran aluminium. 3. Welding atau yosetsu Yaitu membuat bentuk rintangan dengan cara mengelas pada sisi samping bearing, fungsinya untuk memperkecil tekanan aluminium yang melewati bearing. Cara ini juga terdapat pada sisi/dinding port hole yang fungsinya untuk mengurangi suplai aluminium. 4. Grinding/cut bearing Yaitu memperpendek tinggi bearing dengan menggerinda sisi muka beraing pada bentuk solid atau memotong tinggi bearing pada in-die. Cara koreksi seperti ini berfungsi untuk mempercepat aliran aluminium pada bentuk solid dan merubah arah aliran pada bentuk hollow (mengurangi terjadinya cembung pada profil yang akan dibuat)
42
