BAB IV ANALISIS DATA DAN PEMBAHASAN
4.1
Mold Review Mold lama yang digunakan dalam memproduksi Bobbin A K25G adalah jenis
injection molding. Mold lama ini menggunakan system hot runner. Mold ini sendiri memiliki jumlah cavity sebanyak dua ( 2 ) pieces, jadi setiap satu kali proses injection pada mesin maka akan menghasilkan produk berjumlah dua ( 2 ) pieces. Saat proses produksi berlangsung, mesin injection yang digunakan adalah mesin Nissei 140 ton. Sistem mold hot runner ini memang jarang dipakai untuk perusahaan-perusahaan yang berskala kecil, hal yang mengakibatkan jarang dipakai karena harga mold yang mahal dan lebih sulit dalam pembuatan. Data biaya yang digunakan untuk proses pembuatan mold lama adalah Rp. 782.012.000.000,- . Biaya yang begitu besar ini dikarenakan harga sistem hot runnernya saja adalah Rp. 567.700.000,Berikut adalah produk Bobbin A K25G dengan menggunakan sistem hot runner:
Gambar 4.1 Produk Bobbin A K25G hot runner 1
Berikut adalah disain untuk mold base yang lama yang sudah hampir tiga ( 3 ) tahun memproduksi Bobbin A K25G.
Gambar 4.2 Rancangan Mold Lama
Gambar 4.3 Rancangan Mold Lama ( Seatle Set )
2
Gambar 4.4 Rancangan Mold Lama ( Moving Set ) Dalam proses produksi memang kadang-kadang terjadi masalah-masalah yang dihadapi oleh operator. Misalnya runner menempel pada nozzle dan kadang-kadang barang yang dihasilkan tidak penuh. Tetapi untuk masalah yang utama adalah munculnya burry pada produk yang mengakibatkan produk menjadi tidak bagus dan bisa mengakibatkan produk ini pecah saat dilakukan assembling. Burry ini diakibatkan karena letak gate dan ejector pin yang kurang baik. Sistem tipe ini memiliki kelebihan dan kekurangan, yaitu: Kelebihan: - Dengan sistem ini, hasil proses inject hanya berupa produk, sistim ini tidak menghasilkan runner seperti sistem-sistem lain. Hal ini dikarenakan nozzle3
nozzle sebagai tempat aliran material dalam kondisi panas sehingga material selalu terjaga dalam keadaan cair. - Cocok dipakai untuk produk ukuran besar dan memiliki bidang datar yang luas. Dengan produk-produk yang besar dan memiliki bidang datar yang luas memudahkan dalam penempatan gate. Kekurangan: - Dengan sistem ini, pada posisi gate terdapat profil tambahan karena saat proses inject tidak bisa membentuk seperti profil yang diinginkan. Hal ini akan membutuhkan proses lagi secara manual yang disebut dengan proses burrytori. - Sistem ini tidak cocok digunakan pada mold yang mempunyai jumlah produk banyak. Hal ini dikarenakan setiap produk harus mempunyai nozzle sendirisendiri sehingga harga mold menjadi sangat mahal. Disamping itu ukuran mold yang akan digunakan juga akan menjadi besar. - Sistem ini juga memiliki kelemahan dalam proses machiningnya. Hal ini dikarenakan banyak part-part yang harus mempunya ukuran yang presisi. Sehingga dalam proses machining menjadi lebih sulit. Proses pembuatan partpart yang sulit tentunya memerlukan banyak proses machiningnya sehingga harganya sangat mahal. Untuk perusahaan-perusahaan yang kecil pastinya akan menghindari sistem ini. - Posisi gate pada sistem ini juga hanya terbatas pada produk-produk yang mempunyai permukaan rata yang besar dikarenakan nozzle yang digunakan untuk aliran material juga mempunyai dimensi besar.
4
- System tipe ini jarang sekali digunakan dalam perusahaan-perusahaan kecil karena biaya pembuatannya yang mahal dan bila terjadi masalah pada heaternya memerlukan perbaikan yang lama sehingga akan menghambat proses produksi.
4.2
Brainstorming Proses
brainstorming
dilakukan
untuk
mendapatkan
kemungkinan–
kemungkinan akan konstruksi mold serta desain gate yang dapat didesain untuk produk Bobbin A K25G. Penentuan sistem gate dilaksanakan dengan metode zero-one, selanjutnya ditentukan dengan matrik evaluasi. Metode zero-one dipakai karena metode ini secara teknis dapat langsung menentukan sistem gate yang akan digunakan. Terdapat tiga ( 3 ) jenis sistem desain gate yang akan digunakan untuk pembuatan mold Bobbin A K25G yaitu sistem sub marine, sistem pin point gate, dan sistem side gate. Untuk memilih alernatif terbaik dari desain gate yang akan digunakan maka akan dimunculkan kriteria-kriteria dari desain gate tersebut. Kriteria-kriteria tersebut juga didapat dari proses brainstorming. Langkah-langkah penentuan desain gate adalah sebagai berikut: 1. Menentukan Kriteria Mold base Tabel 4.1. Kriteria Desain Alternatif Jenis sistem Gate No
Kriteria Sub marine gate
1
Pembuatan
kontruksi
mold
Pin point gate
Side gate
Aman
Aman
Aman
Ada sisa profil,
Tidak ada sisa
Ada sisa profil,
yang aman 2
Bentukan profil gate
5
mudah patah
profil,
mudah
mudah patah
patah 3
Kendala
pada
proses
Ada, rumit
Ada,
permesinan
lebih
mudah
karena
Tidak ada, paling mudah
berbentuk lubang 4
Biaya pembuatan kontruksi
Mahal
Murah
Lebih murah
mold 5
Desain gate
Kuno,
cocok
Modern,
cocok
digunakan pada
digunakan
produk-produk
bobbin
kecil
bentuk
Modern,
tidak
pada cocok digunakan
berbagai pada
produk
bobbin.
- Kriteria-kriteria pada tabel nantinya digunakan untuk penentuan desain gate dalam metode zero-one dan matrik evaluasi.
2. Metode Zero-One Mencari Bobot Tabel 4.2. Metode Zero-One Mencari Bobot Gate No. Kriteria
Pembuatan
Nomor Kriteria
Ran
Bo
king
bot
Total
Kriteria 1
2
3
4
5
1
X
0
0
0
0
0
1
6,67
2
1
X
1
1
1
4
5
33,33
3
1
0
X
0
0
1
2
4
1
0
1
X
0
2
3
kontruksi
mold yang aman Bentukan profil gate Kendala pada proses
13,33
permesinan Biaya
pembuatan
kontruksi mold
6
20,00
Desain gate
5
1
0
1
1
X
Jumlah
3
4
26,67
15
100
Penjelasan tabel 4.2 adalah sebagai berikut : - Metode zero-one pada tabel digunakan untuk mencari bobot yang nantinya digunakan dalam menghitung matrik evaluasi. - Pemberian nilai 1 adalah nomor kriteria pada kolom lebih penting dari nomor kriteria pada baris. Pemberian nilai 0 adalah nomor kriteria pada kolom kurang penting dari nomor kriteria pada baris. Pemberian nilai X adalah nomor kriteria pada kolom dan baris mempunyai fungsi sama penting. - Pemberian angka pada ranking sesuai dengan jumlah kriteria, yaitu rangking 1-5. Pemberian ranking dilakukan secara terbalik, yaitu yang mendapat total tertinggi angka ranking 5, selanjutnya terus turun sampai yang total terendah mendapat angka ranking 1. - Untuk bobot dihitung dengan rumus = {angka ranking yang dimiliki / jumlah angka ranking}x 100, sebagai contoh diambil kriteria bentukan profil gate, bobot = {5 / 15}x 100 = 33,33 3. Metode Zero-One Mencari Indeks Sebelum menggunakan matrik evaluasi, desain-desain gate tersebut harus dianalisis menggunakan metode zero-one berdasarkan kriteria-kriteria untuk mendapatkan indeks. Indeks tersebut nantinya akan digunakan pada matriks evaluasi untuk menentukan desain gate yang digunakan untuk pembuatan mold. Penjelasan: Fungsi A= Desain dengan sistem sub marine 7
Fungsi B= Desain dengan sistem pin point gate Fungsi C= Desain dengan sistem side gate Tabel 4.3. Metode Zero-One Mencari Indeks 1. Kriteria Pembuatan Kontruksi Mold yang Aman Fungsi
A
B
C
Jumlah
Indeks
A
X
1
1
2
1/3
B
1
X
1
2
1/3
C
1
1
X
2
1/3
2. Kriteria Bentukan profil gate Fungsi
A
B
C
Jumlah
Indeks
A
X
0
1
1
1/3
B
1
X
1
2
2/3
C
0
0
X
0
0
3. Kriteria Kendala Pada Proses Permesinan Fungsi
A
B
C
Jumlah
Indeks
A
X
0
0
0
0
B
1
X
0
1
1/3
8
C
1
1
X
2
2/3
4. Kriteria Biaya Pembuatan Kontruksi Mold Fungsi
A
B
C
Jumlah
Indeks
A
X
0
0
0
0
B
1
X
0
1
1/3
C
1
1
X
2
2/3
5. Kriteria Desain Gate Fungsi
A
B
C
Jumlah
Indeks
A
X
0
0
0
0
B
1
X
1
2
2/3
C
1
0
X
1
1/3
Penjelasan tabel 4.3, sebagai contoh diambil tabel kriteria nomor dua, yaitu bentukan profil gate. Pada baris pertama : - A pada kolom mempunyai fungsi sama dengan A pada baris maka diberi tanda X. - A pada kolom mempunyai fungsi kurang penting dari B pada baris, maka diberi tanda 0. Mempunyai kebalikan dengan baris kedua, dimana B pada kolom mempunyai fungsi lebih penting dari A pada baris dan diberi tanda 1. 9
- A pada kolom mempunyai fungsi lebih penting dari C pada baris, maka diberi tanda 1. Mempunyai kebalikan dengan baris ketiga, dimana C pada kolom mempunyai fungsi kurang penting dari A pada baris dan diberi tanda 0. - Untuk jumlah merupakan hasil penjumlahan pada baris. Misal, pada baris A mempunyai jumlah 1, pada baris B mempunyai jumlah 2, pada baris C mempunyai jumlah 0. - Untuk indeks adalah perbandingan antara jumlah dengan total jumlah. Misal total jumlah A,B,C = 1+2+0 = 3, sedang untuk indeks A = 1/3, B = 2/3, C = 0. - Indeks ini nantinya digunakan pada tabel matrik evaluasi. - Untuk metode zero-one kriteria-kriteria yang lain penilaiannya menggunakan cara yang sama. 4. Matrik Evaluasi Menetukan Desain Gate Tabel 4.4. Matrik Evaluasi Desain Gate Kriteria Fungsi No Bobot
1
A
1
2
3
4
5
6,67
33,33
13,33
20,00
26,67
Indeks=1/3
1/3
0
0
0
Total
13,33
Indeks x bobot= 1/3 x 11.11
0
0
0
1/3
2/3
1/3
1/3
2/3
2,22
22,22
4,44
6,67
17.78
1/3
0
2/3
2/3
1/3
2,22
0
8.89
13.33
8.89
6.67=2.22
B
C
10
53,33
33.33
Penjelasan tabel 4.4 adalah sebagai berikut: - A adalah desain gate dengan sub marine, B adalah desain gate dengan pin point dan C adalah desain gate dengan side gate. - Pemberian nilai pada bobot berdasarkan kepentingan kriteria pada item pekerjaan fondasi atau didapat dari tabel 4.2, sedangkan indeks didapat dari tabel 4.3. - Pada baris A,B,C dibagi menjadi dua bagian, yaitu bagian atas diisi indeks dan bagian bawah diisi nilai bobot dikalikan indeks. - Total hasil adalah jumlah dari bobot dikali nilai. Untuk memilih desain gate yang akan digunakan dapat dilihat dari yang memiliki total nilai terbesar dan dari tabel diatas diketahui bahwa desain gate dengan sistem pin point gate dapat dipilih karena memiliki total nilai terbesar.
Gambar 4.5 Hasil dari hot runner menjadi pin point gate Disain mold base dengan sistem pin point gate adalah bentuk mold yang sesuai dengan harapan customer. Untuk memudahkan perawatan dan menurunkan jumlah pengeluaran biaya maka dilakukan pergantian sistem mold yang mana dari sistem hot runner menjadi sistem pin point gate. Perubahan sistem gate ini tentunya akan merubah 11
semua part-part yang ada pada mold yang lama karena jumlah cavity yang diminta pihak customer juga lebih banyak dari yang sudah berjalan saat ini. Tetapi biaya untuk pembuatan mold akan jauh lebih murah bila dibandingkan dengan mold yang sekarang yaitu system hot runner. Namun apabila nanti dalam proses desain masih ada beberapa part-part dari mold lama yang masih bisa digunakan maka akan mengurangi jumlah biaya yang dikeluarkan untuk proses pembuatan mold system pin point gate. 4.3
Desain Mold Pada tahap ini akan dibahas mengenai bagaimana hasil dari desain gate dan
posisi ejector pin terbaik yang akan digunakan dalam pembutan mold base baru dengan system pin point gate. Dalam bab ini juga akan dilakukan penghitungan jumlah biaya yang dikeluarkan dan clamping force dalam proses pembuatan mold dengan sistem pin point gate.
4.3.1
Hasil desain gate dan posisi ejector pin Perubahan desain gate dan ejector pin dilakukan dengan cara melakukan
brainstorming bersama orang–orang yang dianggap lebih berpengalaman di bidang mold/dies. Hal ini dilakukan untuk memperoleh hasil desain gate dan ejector
yang
sesuai dengan permintaan customer. Dari hasil proses brainstorming diperoleh disain gate menggunakan pin point gate. Desain mold dengan sistem pin point gate ini adalah jenis mold three plate yaitu jenis mold yang mempunyai 3 plate utama yang salah satunya digunakan khusus untuk runner. Dengan tempat tersendiri maka otomatis runner tersebut akan bisa langsung lepas dari produknya. Disain ini juga memiliki kelebihan dan kekurangan, yaitu : Kelebihan: 12
- Desain mudah. Karena bentukan gate merupakan bentuk standart yang ada di pasaran. Dan juga biasanya berbentuk lingkaran jadi sangat memudahkan dalam pembuatan. - Dengan sistem ini antara runner dan produk otomatis terpisah sendiri setelah proses injection sehingga tidak memerlukan proses finishing dan tidak memerlukan tambahan biaya. - Sistem inidalam proses machiningnya tidak serumit dengan system-sistem yang lain karena untuk profil gate hanya berbentuk lingkaran sehingga prosesnya mudah, itupun bisa dilakukan dengan sistem insert yang artinya proses machining hanya membuat profil sesuai insert tersebut dan itu sangat sederhana. - Profil pembentuk pada gate juga bisa dipilih sesuai standart yang ada yang otomatis tidak mengganggu bentuk produk yang diinginkan. Sebagai contoh untuk produk Bobbin yang nantinya ada produk lain yang harus diassembling, dengan tidak adanya profil tambahan pada gate maka tidak akan menggangu saat proses assembling. - Sistem gate ini sangat cocok digunakan untuk produk-produk yang tipis seperti produk bobbin. - Dengan sistem pin point gate ini, seorang disainer juga bisa membuat lebih dari satu posisi gate sesuai dengan ukuran produk tersebut agar nantinya menghasilkan produk yang bagus. - Aliran material bisa cepat karena posisi gate sejajar dengan posisi nozzle mesin injection yang mengakibatkan aliran material bisa lebih cepat untuk membuat penuh seluruh area produk.
13
- Harga mold dengan sistem ini juga bisa lebih murah daripada sistem mold yang lainnya seperti hot runner. Karena part-part untuk pembuatan mold tidak serumit mold-mold lainnya seperti hot runner. Kekurangan: - Profil potongan gate pada sistem ini tidak bisa sama antar produk dikarenakan antara produk dan runner secara otomatis terputus dan tidak ada alat yang memutus produk dan runner tersebut. Untuk perancangan nanti diameter gate yang dipakai adalah 0.9 mm dengan jumlah 9 gate setiap produknya.
Gambar 4.6. Desain Gate untuk Bobbin A K25G
4.3.2
Penentuan Jumlah Cavity Sebelum memulai untuk membuat sebuah mold, hal yang perlu diperhatikan
adalah menentukan jumlah cavity yang akan digunakan terlebih dahulu sesuai dengan tuntutan customer yang menginginkan jumlah cavity lebih banyak dari yang sedang berjalan saat ini. Penentuan jumlah cavity tersebut tergantung oleh beberapa faktor. Menurut Peter Jones dalam bukunya The Mold Design Guide, faktor-faktor yang mempengaruhi dalam menentukan jumlah cavity adalah sebagai berikut. 14
•
Kapasitas produksi (pembuatan produk) dan waktu pengiriman.
•
Kontrol kualitas yang diperlukan
•
Biaya produksi (cetakan dan jumlah produksinya)
•
Bahan plastik yang dipergunakan.
•
Bentuk dan ukuran mold yang direncanakan dan dibuat.
•
Kapasitas mesin produksi yang dipergunakan. Dari informasi yang diperoleh penulis, kapasitas produksi yang diminta PT.
AHM adalah berjumlah sekitar 130 ribu produk per bulan. Selain kapasitas produksi, data lain yang diperlukan adalah cycle time dan clamping force. Cycle time adalah waktu yang diperlukan sebuah mold untuk mengeluarkan produk jadi. Sedangkan clamping force adalah gaya penahan yang digunakan untuk menjaga mold selalu tertutup saat proses injection berlangsung. Cycle time tersebut nantinya dipakai sebagai patokan dalam proses trial mold dengan memasukan parameter-parameter yang sesuai pada mesin injection mold sehingga diperoleh cycle time yang diinginkan. Lamanya cycle time dipengaruhi oleh beberapa elemen (gambar 4.7).
15
Gambar 4.7. Elemen Cycle Time (Sumber: Peter Jones, The Mold Design Guide, 2008) Penentuan cycle time juga dapat dilakukan dengan menggunakan software Solidworks. Pada software Solidworks terdapat solidwork plastic yaitu untuk menganalisa injection time dari suatu produk. Untuk memperoleh injection time maka parameter-parameter harus diisikan pada kolom yang dibutuhkan. Parameter-parameter yang dibutuhkan yaitu jenis material, melt temperature, dan mold temperature. Material menggunakan PA66-GF Melt temperature 200º-280º Mold temperature 50º-80º
16
Gambar 4.8. Flow bobbin A K25G Menurut solidwork plastic, injection time produk memerlukan waktu 4 x 0.5 detik = 2 detik, sedangkan pada runner memerlukan 0.52 detik, jadi totalnya adalah 2 detik + 0.52 detik = 2.52 detik. Waktu tersebut hanya waktu yang digunakan untuk memenuhi seluruh area produk dan runner. Sedangkan untuk menghitung Cycle time harus ditambahkan juga untuk beberapa elemen seperti terlihat pada gambar 4.23. Namun berdasarkan pengalaman-pengalaman yang didapat dari proses trial mold terdahulu untuk produk Bobbin dengan tipe yang hampir sama pada mesin NISSEI 220 Ton diperoleh untuk cycle time selama 57 detik. Dari data kapasitas produksi dan cycle time tersebut maka jumlah cavity dapat ditentukan.Rumus yang dipakai untuk menentukan jumlah cavity tersebut adalah. Permintaan produksi per hari =
x jumlah cavity
Permintaan Kapasitas Produk per bulan
= 130.000 pce 17
Jumlah hari produksi perbulan
= 25 hari
Waktu produksi per hari
= 21 jam = 1260 menit = 75600 detik
Permintaan production per hari
= 130.000 pcs/ 25 hari = 5200 pcs
Cycle time
= 57 detik
Permintaan produksi per hari = Jumlah cavity = =
x jumlah cavity x permintaan produksi per hari
x 5200 pce
= = 3.92 pce = 4 pce atau 4 cavity
4.3.3
Perhitungan gaya dan tekanan pada injection molding Seperti kita ketahui bersama, dalam proses injection molding selalu dibutuhkan
pemanasan dan pemberian tekanan pada material plastic yang digunakan. Tekanan yang ada dalam silinder pemanas material (injection unit) didapat dari piston yang biasa disebut screw yang dihubungkan dengan sebuah torak silinder hidrolik. Tekanan ini yang nantinya disebut dengan tekanan injeksi (injection pressure) yang mendorong material plastic yang masih cair dari dalam silinder pemanas masuk ke dalam rongga / cavity dari mold dan akan diteruskan kesegala arah mengenai seluruh dinding rongga / cavity mold yang ada. Tekanan injeksi yang searah atau sejajar sumbu mesin / mold ( aksial ) akan mengakibatkan atau berusaha membuka belahan mold yang ada, sedangkan arah yang 18
bersilangan terhadao sumbu mesin mungkin akan saling menetralisir sehingga bisa kita anggap mempunyai resultan nol ( seimbang ). Tekanan yang menimbulkan gaya untuk membuka mold itu harus kita atasi dengan sebaik-baiknya, karena kalau tidak, kita tidak bisa mendapatkan hasil injeksi seperti yang kita harapkan. Mold akan selalu terbuka dan material yang diinjekkan akan tumpah keluar dari rongga cavity dan terbuang. Maka diperlukan gaya penahan yang bisa menjaga mold selalu tertutup saat proses injeksi berlangsung. Gaya ini disebut clamping force. Besarnya gaya clamping force ini sama dengan hasil kali tekanan injeksi dengan jumlah luas penampang proyeksi rongga cavity pada bidang yang tegak lurus dengan sumbu mold, sehingga dapat dirumuskan sebagai berikut : F=pxA Dimana :
F = clamping force p = injection pressure Untuk tebal ≤ 0.5 mm nilai P = 800 kgf/ Untuk tebal ≥ 0.5– 1.0 mm nilai P = 600 kgf / Untuk tebal ≥ 1.0mm nilai P = 400 kgf / A = luas penampang proyeksi yang tegak lurus sumbu mold
Maka untuk mengetahui berapa minimal mesin yang harus digunakan untuk memproduksi Bobbin A K25G dengan 4 cavity dapat pula dihitung agar nantinya dalam produksi tidak mengalami masalah dan berada dalam kondisi aman. Berikut adalah hitungan untuk mencari clamping force Bobbin A K25G : Area proyeksi per produk
: 3311.04
(dilihat dari solidwork 2012)
Untuk area 4 produk
: 4 x 3311.04 = 13244.16
Kapasitas produk
: 9949.38
(dilihat dari solidwork 2012) 19
Jumlah cavity
: 4 pce
Area proyeksi runner
: 8572.06
Kapasitas runner
: 39180.69
Safety rate
: 100 % ( minimal 100 %) = 1
Tekanan injeksi (p)
: 800 kgf /
( tebal produk 0.3 mm ) = 8 kgf /
Density material
: 1.38 kgf /
( material yang digunakan PA66 - GF )
(dilihat dari solidwork 2012) (dilihat dari solidwork 2012)
Dengan data-data diatas yang sudah diketahui maka dapat dihitung berapa clamping force yang diijinkan. Untuk itu dilakukan perhitungan dengan rumus : F=pxA Dimana A adalah luas area produk dan runner A
= area proyeksi produk + area proyeksi runner = 13244.16 + 8572.06 =21816.22
= 218.16
= 800 kgf /
x 218.16
Maka, F
= 174528 kgf = 174.5 ton Karena safety rate yang dipakai adalah 100% maka minimal clamping force yang dianjurkan juga sebesar 174.5 ton.Dalam proses produksi nanti tonase mesin yang dipakai adalah 220 ton, maka dengan melihat hasil hitungan diatas dapat disimpulkan bahwa desain tersebut masih aman apabila di produksi dengan menggunakan mesin 220 ton. Sedangkan tebal dinding mold bagian atas ini tidak terlalu kritis dalam perhitungannya, karena gaya clamping yang bekerja padanya akan deserap / ditahan 20
= Rp. 389.707.649,- ≈ Rp. 389.710.000,-
21
