BAB III PROSES PERANCANGAN DAN PERHITUNGAN 3.1
Diagram alir penelitian MULAI
material die dan material aluminium yang diekstrusi
Perancangan die
Proses pembuatan die : 1. Pemotongan bahan 2. Pembuatan lubang port hole (in-die) 3. Pembuatan neck dan head (in-die) 4. Pembuatan lubang bearing (in-die dan out-die) 5. Pembuatan volster 6. Pembuatan sub-volster
Perakitan die
Pengujian sesuai Dokumentasi / Rekapitulasi
SELESAI Gambar 3.1 Flow chart penelitian
43
Tidak
Koreksi die
Tidak sesuai
3.2
Material die Proses ekstrusi merupakan proses yang memerlukan pemanasan terlebih dahulu, untuk itu diperlukan sebuah material yang tahan terhadap panas. Oleh karena itu dalam pemilihan die harus dipertimbangkan kekerasan materialnya agar pada saat dilakukan pemanasan, kekerasan material masih tetap tinggi. Pada dasarnya untuk material ekstrusi menggunakan material DAC atau H13. Material DAC atau H13 ini digunakan untuk Hot Work tool steels, dimana pada proses ekstrusi die dilakukan pemanasan awal sehingga pada saat proses ekstrusi menggunakan proses panas. Tetapi material DAC atau H13 ini kalau berdasarkan JIS (Japan Industrial Standard) disebut dengan SKD 61. Karena kekerasan material DAC atau SKD 61 ini masih rendah sehingga pada temperatur yang tinggi mengalami kejenuhan, padahal pada proses ekstrusi menggunakan proses panas. Oleh karena itu material ini dilakukan nitriding sehingga kekerasannya bisa mencapai di atas 68. Apabila kekerasan sudah diatas 68 diharapkan ketika mengalami pemanasan maka kekerasan material tersebut masih tetap tinggi. Komposisi material SKD 61 adalah sebagai berikut : •
Carbon (C)
: 0,35 ~ 0,42 %
•
Silicon (Si)
: 0,80 ~ 1,20 %
•
Mangan (Mn)
: 0,30 ~ 0,50 %
•
Phosfor (P)
: < 0,03 %
•
Sulfur (S)
: < 0,010 %
•
Cromium (Cr)
: 4,80 ~ 5,50 %
•
Molibdenum (Mo)
: 1,0 ~ 1,50 %
•
Vanadium (V)
: 0,50 ~ 1,10 % 44
3.3
Material aluminium Untuk membuat profil yang digunakan untuk produk arsitektur harus memilki karakterirtik tahan terhadap korosi, memiliki kekuatan yang tinggi serta mampu diekstrusi. Material aluminium yang memilki karakteristik tersebut adalah 63S atau menurut Japan Industrial Standard (JIS) yaitu 6063. 6063 merupakan nomor paduan aluminiumnya, sedangkan untuk simbolnya biasa dikenal dengan A6063S. Komposisi material aluminium A6063S adalah sebagai berikut : Si (0.20-0.6 %), Fe (<0.35 %), Cu (<0.1 %), Mn (<0.1 %), Mg (0.45-0.9 %), Cr (<0.1 %), Zn (<0.1 %), Ti (<0.1 %) dan sisanya adalah Aluminium murni.
3.4
Bagian – bagian die pada rangkaian hollow die
3.4.1
In-die In-die merupakan bagian dari hollow die yang seperti halnya spreader pada solid die yang berfungsi untuk mengalirkan serta mendistribusikan aliran aluminium secara merata menuju opening die, mengikis lapisan billet paling luar yang kotor karena dapat mempengaruhi hasil ekstrusinya, serta menahan tekanan billet pada saat dilakukan ekstrusi agar die tidak cepat rusak.
Gambar 3.2 Gambar in-die pada komponen hollow die
45
3.4.2
Out-die Out-die bersama dengan in-die berfungsi untuk membentuk profil sesuai dengan yang diinginkan.
Gambar 3.3 Gambar out-die 3.5
Komponen pendukung die
3.5.1
Backer Seperti halnya pada solid die, backer juga digunakan pada hollow die. Tetapi pada hollow die hanya digunakan kalau profil yang akan dibuat terdapat tongue yang kritis sehingga memerlukan backer agar profil yang dihasilkan dimensinya tetap stabil serta untuk menghindari die cepat rusak. Dalam pembuatan profil hollow, backer digunakan hanya untuk die tipe 20P, 24P, dan 28P. Sedangkan untuk tipe 31P hanya menggunakan volster.
3.5.2
Volster Seperti halnya backer, volster juga digunakan sebagai komponen pendukung die agar tidak cepat rusak pada saat dilakukan proses ekstrusi. Tetapi khusus untuk hollow die, volster ini digunakan kalau tidak menggunakan backer.
46
3.5.3
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. Untuk semua rangkaian die, hanya menggunakan satu tipe sub-volster (lihat lampiran).
Gambar 3.4 Gambar sub-volster 3.6 Gambar profil dan gambar inspeksi 3.6.1 Gambar profil Pada gambar ini terdapat ukuran-ukuran dari sebuah profil yang akan dibuat, juga terdapat keterangan-keterangan lain seperti : 1. Toleransi yang diminta 2. Berat profil setiap kilogram (Kg/m) 3. Luas penampang profil (mm2) 47
4. Keliling profil (mm) 5. Titik berat profil (gr) 6. Fungsi profil 7. Kekuatan profil (nilai momen inersia) 8. Material yang dipakai 9. Bagian-bagian yang memerlukan perlakuan khusus seperti pewarnaan Biasanya setiap profil bertoleransi ±0.2, tetapi jika ada keterangan toleransi yang lain maka diusahakan profil masuk toleransi. Dalam gambar profil terdapat penunjukan berat profil yang berguna untuk menghitung atau mencari ukuran die dan juga hasil produksi. Ukuran luas penampang profil ini berguna untuk mencari ukuran die, titik berat profil berfungsi untuk menentukan garis tengah die.
3.6.2 Gambar inspeksi Pada gambar inspeksi ini terdapat keterangan-keterangan untuk memeriksa profil setelah diekstrusi, keterangan tersebut adalah tabel dimensi dan toleransi yang disesuaikan dengan alat ukur yang ada di bagian ekstrusi, permukaan yang terlihat pada saat produknya sudah jadi (exposed surface), posisi pada saat dirakit dengan profil yang lain, serta parameter pada saat dilakukan ekstrusi.
3.7
Penentuan tipe die Untuk menentukan tipe die harus diketahui terlebih dahulu circle size dari profil yang akan dibuat. Nilai diameter circle size dalam perancangan profil hollow ini adalah 144,378 mm, maka dengan melihat tabel standar circle size (lampiran 1), serta mempertimbangkan biaya dalam pembuatan die, maka profil hollow ini menggunakan 48
tipe die 31P-H2 yang menggunakan sub-volster, dengan melihat standar perakitan komponen die (lampiran 2) maka tebal die = 170 mm.
Ø144.378
Gambar 3.5 Diameter circle size
3.8
Penentuan tipe Port hole Pada perancangan hollow die dengan mempertimbangkan jumlah opening die yaitu hanya 1 profil, kekuatan die pada saat dilakukan proses ekstrusi dan juga profil yang akan dibuat berbentuk mendekati bentuk segi empat memanjang. Oleh karena itu untuk profil ini menggunakan port hole standar yaitu tipe-E.
49
Gambar 3.8 Dimensi Port hole tipe-E
3.9
Neck Dengan mempertimbangkan ketersediaan alat potong (milling cutter) untuk membuat neck serta kecepatan aliran aluminium pada saat dilakukan proses ekstrusi, maka untuk profil hollow ini dipilih neck tipe-2.
3.10
Head (kepala in-die) Untuk bagian head, karena untuk profil ini menggunakan die 31P dengan ketentuan bahwa ketinggian (h)>10, serta jika ada base pocket maka tinggi minimum adalah 15 mm, maka ditentukan bahwa ketinggian (h) = 17.5 mm.
50
Gambar 3.7 Dimensi Neck dan Head 3.11
Menentukan tebal profil Dalam menentukan tebal profil harus memperhatikan tongue kritis serta perubahan ketebalan profilnya. Untuk itu ditentukan beberapa posisi yang mengalami perubahan ketebalan profil yaitu :
d a
b
e c
j f
i h
g
Gambar 3.8 Posisi ketebalan profil yang mengalami perubahan a. ta
= tprofil + (panjang tongue x 0.004) = 2.5 – 0.05 + (21.78 x 0.004) = 2.45 + 0.09 = 2.54 mm
b. tb
= tprofil + (panjang tongue x 0.004) 51
= 2.5 – 0.05 + (21.78 x 0.004) = 2.45 + 0.09 = 2.54 mm c. tc
= tprofil + (panjang tongue x 0.004) = 4.5 – 0.05 + (21.78 x 0.004) = 4.45 + 0.09 = 4.54 mm
d. td
= t – 0.05 = 2.0 – 0.05 = 1.95 mm
e. te
= tprofil + (panjang tongue x 0.004) = 2.5 – 0.05 + (21.78 x 0.004) = 2.45 + 0.09 = 2.54 mm
f. tf
= t – 0.05 = 2.5 – 0.05 = 2.45 mm
g. tg
= t – 0.05 = 2.5 – 0.05 = 2.45 mm
h. th
= t – 0.05 = 2.5 – 0.05 = 2.45 mm
i. ti
= t – 0.05 52
= 2.5 – 0.05 = 2.45 mm j. tj
= t – 0.05 = 2.5 – 0.05 = 2.45 mm
3.12
Menentukan ketinggian bearing
3.12.1 Ketinggian bearing Out-die Dengan mempertimbangkan ketebalan profil, jarak terhadap port hole serta posisi profil yang akan diberikan dimensi, maka ditentukan beberapa posisi sebagai berikut :
n m o b
c
a
h p
d
g
l k
j
i
e f Gambar 3.9 Posisi dimensi untuk ketinggian bearing out-die a. d a =
da =
4× A ×1.2 S
4 ×1.5× 3.0 ×1.2 1.5 + 3.0 + 3.0
d a = 2.88 mm 53
4× A ×1.2 S
b. d b =
4 ×1.5×1.5 ×1.2 1.5 +1.5
db =
d b = 3.60 mm 4× A ×1.3 S
c. d c =
4 × 2.5× 2.5 ×1.3 2.5 + 2.5
dc =
d c = 6.50 mm d. d d = dd =
4× A ×1.0 S 4 × 2.5× 2.5 ×1.0 2.5 + 2.5
d d = 5.0 mm 4× A ×1.1 S
e. d e = de =
4 ×1.0 ×1.0 ×1.1 1.0 +1.0 + 1.0
d e =1.5 mm f.
df =
4× A ×1.0 S
df =
4 × 2.5× 2.5 ×1.0 2.5 + 2.5
d e = 5.0 mm
54
g. d g = dg =
4× A ×1.2 S 4 × 2.0 × 2.0 ×1.2 2.0 + 2.0
d g = 4.80 mm h. d h = dh =
4× A ×1.0 S 4 × 2.0 × 3.0 ×1.0 2.0 + 2.0 + 3.0
d h = 3.4 mm i.
di =
4× A × 0.8 S
di =
4 × 4.5× 5.0 × 0.8 5.0 + 5.0
d i = 7.2 mm j.
dj =
4× A ×1.0 S
dj =
4 × 2.5× 2.5 ×1.0 2.5 + 2.5
d j = 5.0 mm k. d k = dk =
4× A × 0.8 S 4 × 4.5× 5.0 × 0.8 5.0 + 5.0
d k = 7.2 mm l.
dl =
4× A ×1.2 S 55
4 × 2.0 × 2.0 ×1.2 2.0 + 2.0
dl =
d l = 4.8 mm m. d m = dm =
4× A ×1.0 S 4 × 3.0 × 2.0 ×1.0 3.0 + 2.0 + 2.0
d m = 3.4 mm 4× A ×1.3 S
n. d n =
4 × 2.0 × 2.0 ×1.3 2.0 + 2.0
dn =
d n = 5.2 mm 4× A ×1.3 S
o. d o = do =
4 ×1.2 × 2.0 ×1.1 1.2 + 2.0 + 2.0
d o = 2.0 mm p. d p = dp =
4× A ×1.3 S 4 × 2.0 × 2.0 ×1.3 2.0 + 2.0
d p = 5.2 mm
56
3.12.2 Ketinggian bearing In-die
Dengan memperhatikan ketebalan profil, jarak terhadap port hole serta posisi profil yang akan diberikan dimensi maka ditentukan beberapa posisi seperti berikut :
b
j c
a
d
d
c i e
e
f
f g h
g
Gambar 3.10 Posisi dimensi untuk ketinggian bearing pada in-die
a. d a = d out − die + 1 d a = 7.2 +1 d a = 8.2 mm b. d b = d out − die + 1 d b = 5.0 + 1 d b = 6.0 mm c. d c = dc =
4× A × 0 .8 S 4 × 2 .5 × 2 .5 × 0 .8 2 .5 + 2 .5
d c = 4.0 mm 57
4× A × 0 .8 S
d. d d =
4 × 1 .9 × 1 .9 × 0 .8 1 .9 + 1 .9
dd =
d d = 3.04 mm 4× A × 0 .8 S
e. d e = de =
4 × 1 .9 × 1 .9 × 0 .8 1 .9 + 1 .9 + 1 .9
d e = 2.0 mm f.
df =
4× A × 0 .8 S
df =
4 × 1 .9 × 1 .9 × 0 .8 1 .9 + 1 .9 + 1 .9
d f = 2.0 mm g. d g = dg =
4× A × 0 .8 S 4 × 1 .9 × 1 .9 × 0 .8 1 .9 + 1 .9
d g = 3.04 mm h. d h = d out −die + 1 d h = 5.0 +1 d h = 6.0 mm i.
d i = d out − die + 1 d i = 5.0 +1 58
d i = 6.0 mm j.
d j = d out −die +1 d j = 7.2 +1 d j = 8.2 mm
3.13
Menentukan komponen pendukung die
Dalam pembuatan profil hollow ini diperlukan komponen pendukung agar mengurangi defleksi die pada saat dilakukan proses ekstrusi. Karena tipe die untuk profil ini adalah 31P, maka komponen pendukung yang digunakan adalah volster. Dengan melihat tabel perakitan standar die maka diketahui tebal die adalah 170 mm dan tebal volster adalah 100 mm, maka perhitungannya adalah : L = (t die + t volster ) x tan 2 0 L = (49.5 + 100) x tan 2 0
L = 5.2 mm Nilai perbesaran (L) diatas adalah ukuran minimum perbesaran opening volster terhadap opening out-die. Dengan menggunakan Autocad maka dari dimensi profil ditambah dengan perbesaran garis terluar profil maka akan didapat opening volster.
59
Gambar 3.11 Gambar volster untuk profil hollow (HEAD)
3.14
Rangkaian komponen hollow die
Untuk membuat sebuah profil yang berbentuk hollow diperlukan sebuah rangkaian komponen die yang terdiri dari die (in-die dan out-die) yang nantinya dimasukkan kedalam die ring serta komponen pendukungnya yaitu backer atau volster dan sub-volster.
Gambar 3.12 Gambar rangkaian komponen hollow die 60
3.15
Pengujian
Dalam pengujian ekstrusi ini dilakukan untuk mengetahui profil yang dihasilkan dari perancangan die ekstrusi untuk profil yang berbentuk hollow. Pada saat melakukan proses ekstrusi terdapat beberapa kriteria keberhasilan dalam melakukan proses ekstrusi yaitu : a. Bentuk profil sesuai dengan yang diinginkan. b. Tidak terdapat cacat akibat ekstrusi pada profil yang dihasilkan. c. Dimensi yang terukur pada profil sesuai dengan yang diinginkan atau masih masuk dalam toleransi. d. Kondisi masih tetap baik sehingga dapat digunakan untuk ekstrusi berikutnya. Tahapan-tahapan dalam pengujian ekstrusi yang dilakukan adalah sebagai berikut : 1. Seluruh rangkaian die dikeluarkan dari die heater kemudian dipasang pada dalam die ring 2. Dilakukan pengukuran dengan menggunakan roll meter untuk rangkaian die dan volster, dari pengukuran ini tercatat panjang keseluruhan rangkaian die adalah 350 mm. 3. Rangkaian die dipasang pada die slide 4. Dilakukan proses ekstrusi 5. Dilakukan pengecekan dan pengukuran pada bagian depan dan bagian belakang profil hasil ekstrusi.
61
Gambar 3.13 Posisi dimensi yang diukur 6. Melakukan pengamatan secara visual pada rangkaian die serta mengukur ulang panjang rangkaian. Pada saat dilakukan pengujian terdapat parameter yang tercatat yaitu : 1. Temperatur die
: 4600C
2. Temperatur billet
: 5000C
3. Ram speed
: 6 ~ 8 mm/sec
4. Kecepatan ekstrusi
: 9 ~ 10 m/min
62
Tabel 3.1 Hasil pengujian die tipe 31P untuk membuat profil berbentu hollow (HEAD)
Dari hasil percobaan ekstrusi diatas terlihat bahwa tidak ditemukan cacat pada profil yang dihasilkan dari ekstrusi. Setelah dilakukan ekstrusi kemudian dilakukan pengukuran ulang pada seluruh rangkaian die yang panjangnya tidak berubah yaitu 350 mm.
63
