DESAIN ULANG UNIT PEMANAS DAN PENGENDALI KECEPATAN INJEKSI MESIN MOLDING

perpustakaan.uns.ac.id

digilib.uns.ac.id

DESAIN ULANG UNIT PEMANAS DAN PENGENDALI KECEPATAN INJEKSI MESIN MOLDING

SKRIPSI

Diajukan sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik

Oleh : ANDHY RINANTO I1408526

JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SEBELAS MARET SURAKARTA commit to user 2012


digilib.uns.ac.id

DESAIN ULANG UNIT PEMANAS DAN PENGENDALI KECEPATAN INJEKSI MESIN MOLDING

Andhy Rinanto Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta, Indonesia [email protected] Abstrak Tujuan dari tugas akhir ini adalah untuk melakukan desain ulang mesin injeksi molding yang masih menggunakan kompor minyak sebagai pemanas dan piston pneumatik sebagai unit injeksinya. Desain ulang ini menggunakan metode morphologi matrix. Pemanas dan unit injeksi yang menjadi kekurangan mesin, dinilai dan dibandingkan dengan fariasi komponen yang dapat memenuhi kebutuhan mesin dengan pertimbangan teknik dan ekonomi. Komponen yang merupakan standard part akan dibeli dari pasar, sedangkan jika tidak ada di pasar maka komponen akan dibuat dengan proses permesinan. Pemanas lama yang berupa kompor minyak sekarang digantikan Electric Heater dengan jenis Band Heater. Sedangkan power screw menggantikan piston untuk injeksi, diputar dengan motor listrik yang memiliki daya 0,5 hp. Kata kunci :Injection molding machine, band heater, design mesin molding

commit to user

i


digilib.uns.ac.id

REDESIGN THE HEATING UNIT AND SPEED CONTROL INJECTION MOLDING MACHINE Andhy Rinanto Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta, Indonesia [email protected]

Abstrak The aim of this thesis is to redesign injection molding machines that still use kerosene stove as a heater and as a pneumatic piston injection unit. This redesign using morphological matrix. Heating and injection unit into the machine deficiency, assessed and compared with components that can meet the needs of the machine with the technical and economic considerations. Components that are standard parts will be purchased from the market, whereas if there is no market then the component will be created by the machining process. Old heating oil stove now be replaced with a type of Electric Heater Band Heater. While the power screw to replace the injection piston, rotated by an electric motor that has a power of 0.5 hp. Key word : Injection molding machine, band heater, Injection molding machine design

commit to user

ii


digilib.uns.ac.id

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur kepada Allah yang telah melimpahkan segala rahmat dan hidayah-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan laporan tugas akhir penelitian yang berjudul, ”Desain Ulang Unit Pemanas dan Pengendali Kecepatan Injeksi Mesin Molding” dengan baik. Maksud dari penulisan laporan tugas akhir ini adalah untuk memenuhi persyaratan dalam penyusunan skripsi. Penulis menyadari bahwa dalam menyusun laporan tugas akhir ini masih banyak kekurangan, namun berkat bimbingan dan pengarahan dari Bapak/ Ibu dosen, pada akhirnya penulisan laporan tugas akhir ini dapat terselesaikan. Dalam kesempatan ini, penulis mengucapkan terima kasih kepada: 1. Tuhan Yesus Kristus yang telah melimpahkan rahmat-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini dengan baik. 2. Yoana Wigati, yang selalu setia mendampingi, menemani, dan memotivasi penulis dalam menyelesaikan skripsi ini. 3. Bapak Heru Sukanto, S.T., M.T.,selaku pembimbing I dan juga Ketua Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta yang dengan sabar mengarahkan dan membimbing sehingga penulis dapat menyelesaikan laporan tugas akhir ini. 4. Bapak Wahyu Purwo Raharjo, S.T., M.T.,selaku pembimbing II yang dengan sabar mengarahkan dan membimbing sehingga penulis dapat menyelesaikan laporan tugas akhir ini. 5. Bapak Bambang Kusharjanta, S.T.,M.T., selaku Ketua Program Studi S1 Non-Reg Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta. 6. Bapak Prof. Dr. Kuncoro Diharjo, S.T., M.T. , selaku Dekan Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta. 7. Romo Ir. Andreas Sugijopranoto, SJ., S.S., M.Sc., selaku Direktur ATMI yang telah memberikan segala fasilitas sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini dengan baik. 8. Bapak Y.V. Yudha Samodra, S.T., M.Eng., selaku Pembantu Direktur Bidang Akademik ATMI yang telah memberikan segala fasilitas sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini dengan baik. 9. Bapak Edy Yunianto, A.Md., selaku KUK CT ATMI yang telah memberikan commit user segala fasilitas sehingga penulis dapattomenyelesaikan skripsi ini dengan baik.

iv


digilib.uns.ac.id

10. Dosen-dosen Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta, yang telah memberikan ilmu yang bermanfaat bagi penulis selama ini. 11. Para staf dan karyawan Jurusan Teknik Mesin, atas segala kesabaran dan pengertiannya dalam memberikan bantuan dan fasilitas demi kelancaran penyelesaian skripsi ini. 12. Rekan-rekan sesama mahasiswa tugas belajar ATMI di UNS, atas segala kekompakan dan kerjasamanya dalam menyelesaikan tugas kuliah bersama. 13. Rekan-rekan kerja CT ATMI yang telah memberikan banyak waktu luang, sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini dengan baik. 14. Semua keluarga besar ATMI atas dukungan dan semangat yang diberikan kepada penulis dalam menyelesaikan skripsi ini. 15. Seluruh pihak-pihak yang tidak dapat penulis sebutkan satu per satu, atas segala bimbingan, bantuan, kritik dan saran dalam penyusunan skripsi ini. Penulis juga menyadari bahwa laporan tugas akhir ini masih jauh dari kesempurnaan. Oleh karena itu, saran dan kritik yang bersifat membangun sangat penulis harapkan.

Surakarta,Oktober 2012

Penulis

commit to user

v


digilib.uns.ac.id

DAFTAR ISI

Abstrak ................................................................................................................................ i Abstrak ( English ) ............................................................................................................ ii Motto dan Persembahan.................................................................................................. iii Kata Pengantar ........................................................................................................iv Daftar Isi .................................................................................................................vi Daftar Tabel ............................................................................................................ix Daftar Gambar.......................................................................................................... x BAB I

Pendahuluan ............................................................................................ 1

1.1

Latar belakang ......................................................................................... 1

1.2

Perumusan Masalah ................................................................................. 2

1.3

Batasan Masalah ...................................................................................... 2

1.4

Tujuan dan Manfaat ................................................................................. 3

1.5

Sistematika Penulisan .............................................................................. 3

BAB II

Landasan Teori ........................................................................................ 5

2.1

Mesin Injection Molding ......................................................................... 5

2.1.1.

Injection Unit .................................................................................. 6

2.1.2. Mold Unit ......................................................................................... 8 2.1.3. Clamping Unit .................................................................................. 9 2.2

Proses Injection Molding......................................................................... 9

2.3

Bahan Baku yang Digunakan Dalam Proses Injection Molding ........... 11

2.3.1. Temperatur ..................................................................................... 11 2.3.2. Tekanan Injeksi .............................................................................. 12 2.3.3. Kecepatan Injeksi ........................................................................... 12 2.4

Pemanas Elektrik ................................................................................... 13

2.5

Perpindahan Kalor ................................................................................. 13 commit to user

vi


digilib.uns.ac.id

2.5.1. Perpindahan Kalor Konduksi ......................................................... 14 2.5.2. Kondukstivitas Termal ................................................................... 15 2.5.3. Perpindahan Panas Konduksi Pada Silinder .................................. 16 2.6

Rumus Tekanan ..................................................................................... 16

2.7

Rumus Daya .......................................................................................... 16

2.7

Menentukan Diameter Poros ................................................................. 17

BAB III Metode Penelitian .................................................................................. 19 3.1

Diagram Alir Penelitian ......................................................................... 19

3.2

Desain Ulang ......................................................................................... 21

3.3

Alat dan Bahan Penelitian ..................................................................... 23

3.3.1. Mesin Injection Molding................................................................ 23 3.3.2. Tacho Meter ................................................................................... 23 3.3.3. Stop Watch ..................................................................................... 24 3.3.4. Thermocouple dan Pembaca Suhu Portabel................................... 24 3.3.5. Inverter ........................................................................................... 25 BAB IV Perancangan dan Pemilihan Part ........................................................... 26 4.1

Morphologi Matrix ................................................................................ 26

4.1.1. Pengelompokan Informasi dan Pemilihan Part yang Digunakan... 26 A. Tuntutan Produk ............................................................................. 27 B. Variasi Elemen Konstruksi ............................................................. 27 C. Mesin Injeksi Molding Hasil Desain Ulang ................................... 36 4.1.2. Analisa dan Perhitungan ................................................................ 37 A. Perhitungan Pemanas Elektrik........................................................ 37 B. Perhitungan Diameter Power Screw dan Pemilihan Motor............ 37 4.2. Pengujian Komponen ............................................................................ 40 4.2.1. Pengujian Panas .............................................................................. 40 commit to user 4.2.2. Pengujian Kecepatan ...................................................................... 46

vii


digilib.uns.ac.id

4.2.3. Pengujian Proses Mesin Injeksi ...................................................... 49 BAB V

Penutup .................................................................................................. 51

5.1. Kesimpulan ............................................................................................ 51 5.2. Saran ...................................................................................................... 51 Daftar Pustaka ........................................................................................................ 52 Lampiran ................................................................................................................ 53

commit to user

viii


digilib.uns.ac.id

BAB I PENDAHULUAN

1.1.

Latar Belakang Dewasa ini, terjadi pertumbuhan yang sangat pesat pada penggunaan

produk plastik di industri manufaktur karena sangat serbaguna dan memiliki nilai ekonomis yang tinggi. Dukungan ilmu pengetahuan dan teknologi sangat diperlukan khususnya untuk pemanfaatan dan pengolahan polimer, sehingga dapat dihasilkan produk plastik dengan kuantitas yang cukup tinggi dan kualitas yang baik [Low, 2004]. Salah satu teknik yang cukup efektif dan banyak dipergunakan untuk pengolahan bahan thermoplastik adalah injection molding. Injection Molding banyak dipilih karena memiliki beberapa keuntungan diantaranya : kapasitas produksi yang tinggi, sisa penggunaan material (useless material) sedikit dan tenaga kerja minimal. Sedangkan kekuranganya, biaya investasi dan perawatan alat yang tinggi , serta perancangan produk harus mempertimbangkan untuk pembuatan desain moldingnya [Kwong, 1998]. Injection molding adalah metode pembentukan material termoplastik dimana material yang meleleh karena pemanasan diinjeksikan oleh plunger ke dalam cetakan yang didinginkan oleh air dimana material tersebut akan menjadi dingin dan mengeras sehingga bisa dikeluarkan dari cetakan. Meskipun banyak variasi dari proses dasar ini, 90 % injection molding adalah memproses material termoplastik. Injection molding mengambil porsi sepertiga dari keseluruhan resin yang dikonsumsi dalam pemrosesan termoplastik. Sekarang ini bisa dipastikan bahwa setiap kantor, kendaraan, rumah, pabrik terdapat barang-barang dari plastik yang dibuat dengan cara injection molding, misalnya pesawat telepon, printer, keyboard, mouse, rumah lampu mobil, dashboard, reflektor, roda gigi, helm, televisi, sisir, roda furnitur, telepon seluler, dan masih banyak lagi yang lain yang dapat ditemukan. Mesin injection molding adalah peralatan terdiri dari dua dasar elemen, unit injeksi dan unit klem. Injection molding dapat digunakan dengan user proses ini adalah polietilen, berbagai resin plastik. Resin commit dipilih tountuk

1


2 digilib.uns.ac.id

polipropilen, ABS, dan fluorokarbon, karena karakteristik bentuk yang rumit dapat dihasilkan dengan mudah [Netsal, 1978]. Keuntungan mesin injeksi kecil adalah proses pencetakan permukaan yang baik dari produk dapat dicapai, material terbuang sedikit dan biaya tenaga kerja relatif rendah [Oyetunji, 2010]. Pekerjaan redesign akan melibatkan konsep desain, operasi, desain analisis yang akan melibatkan pemilihan unit pemanas dan pemasangan pengatur panas, pengaturan langkah piston, juga perakitan gambar mesin. Pengembangan mesin injection molding kecil untuk mencetak produk plastik industri skala kecil itu lahir dari fakta bahwa kebanyakan mesin injeksi umumnya berukuran besar. Dan terlebih untuk kalangan industri kecil, mesin yang digunakan biasanya hanya mengunakan kompor sebagai unit pemanas dan menggunakan engkol untuk mendorong material plastik ke dalam cetakan. Dengan kondisi yang demikian, maka mesin tidak mampu digunakan untuk pengaturan suhu dan kecepatan injeksi, dimana kedua hal ini sangat berpengaruh pada hasil cetakan. Mesin Injection Molding yang ada sekarang ( dari Fakultas Teknik Mesin Universitas Sebelas Maret Surakarta ) berukuran panjang 1600 mm, lebar 300 mm dan tinggi 500 mm. Terdapat dua piston pneumatik yang berfungsi sebagai unit injeksi dan unit klem. Sedangkan untuk unit pemanas menggunakan kompor minyak. Selama ini, kecepatan injeksi tidak dapat dilihat maupun dibaca dengan pasti. Sedangkan unit pemanas yang menggunakan kompor juga mengalami kendala saat harus mengatur besarnya panas yang diinginkan untuk melelehkan material plastik.

1.2

Perumusan Masalah Perumusan masalah dalam penelitian ini yaitu ”Desain ulang unit

pemanas dan pengendali kecepatan injeksi mesin molding.”

1.3

Batasan Masalah Untuk mendapatkan arah penelitian yang baik, maka penelitian ini

ditentukan batasan-batasan masalah sebagai berikut: commit to user

3 digilib.uns.ac.id


a. Mesin yang digunakan adalah mesin injection molding milik Universitas Sebelas Maret Surakarta ( UNS ), Fakultas Teknik. b. Rangka mesin dianggap kuat dan kokoh. c. Perpindahan panas yang diperhitungkan adalah perpindahan panas konduksi, sedangkan perpindahan panas konveksi dan radiasi diabaikan.

1.4

Tujuan Dan Manfaat Desain ulang yang dilakukan bertujuan untuk :

a.

Mendapatkan mesin injeksi yang mampu untuk diatur besarnya suhu pemanasan.

b.

Mendapatkan mesin yang mampu membaca kecepatan pergerakan piston saat injeksi. Dan desain ulang yang dilakukan diharapkan dapat memberikan manfaat-

manfaat antara lain: a.

Dengan kemudahan pengaturan besarnya suhu, diharapkan mampu digunakan untuk mengerjakan berbagai jenis material plastik, sesuai dengan titik lelehnya.

b.

Dapat digunakan untuk penelitian lebih lanjut terkait variasi suhu dan kecepatan injeksi terhadap hasil injeksi.

1.5

Sistematika Penulisan Agar penelitian dapat mencapai tujuan dan terarah dengan baik, maka

disusun dengan sistematika penulisan sebagai berikut: a. Bab I

Pendahuluan, berisi tentang latar belakang masalah, perumusan masalah, batasan masalah, tujuan dan manfaat penelitian, dan sistematika penulisan laporan penelitian.

b. Bab II

Landasan Teori, berisi tentang tinjauan pustaka dari penelitian yang telah dilakukan sebelumnya yang memiliki hubungan dengan tema penelitian dan dasar-dasar teori yang mendukung penelitian yang dilakukan. commit to user

4 digilib.uns.ac.id


c. Bab III

Metode Penelitian, berisi tentang langkah – langkah dalam penelitian, diagram alir redesign serta langkah pengerjaan yang dilakukan.

d. Bab IV

Proses perancangan dan pemilihan komponen

e. Bab V

Penutup, kesimpulan dan saran

commit to user


digilib.uns.ac.id

BAB II LANDASAN TEORI 2. 1.

Mesin injection molding Pengembangan mesin injection molding kecil untuk membentuk produk

plastik kecil dalam industri skala kecil sudah dilakukan oleh Oyetunji ( 2010 ). Pekerjaan yang dilakukan meliputi desain, konstruksi dan pengujian mesin injection molding kecil yang mampu membentuk produk plastik ukuran kecil dengan menyuntikkan resin cair ke dalam cetakan, mendinginkan cetakan, dimana cetakan akan membeku dan menghasilkan produk yang ingin dikembangkan. Mesin dirancang dan dibuat untuk bekerja sebagai prototype dan digunakan untuk memproduksi plastik berukuran kecil. Konsep desain, pengoprasian, dan perakitan bagian komponen dibuat. Gambar kerja dan pemilihan bahan dibuat berdasarkan perhitungan dari diameter injeksi plunger, jumlah gigi yang diperlukan, kecepatan sudut, jumlah revolusi, torsi dan daya yang diperoleh dari motor listrik [Low, 2004]. Dalam mesin injection molding, umumnya terdapat 3 bagian utama yaitu : Injection unit, Mold unit, dan Clamping unit. Gambar 2.1 menunjukkan rangkaian dari mesin injection molding.

Gambar 2.1. Unit mesin injection molding

commit to user

5


6 digilib.uns.ac.id

2. 1. 1. Injection unit Unit injeksi dari mesin injection molding memiliki pengaruh besar pada kualitas dibagian bentuk akhir [Johannaber, 1997]. Fungsi dasar adalah untuk menerima dan mengalirkan pelet ( bahan plastik ) padat dan juga aditif, melakukan peleburan, meneruskan cairan plastik sepanjang screw, menyuntikkan cairan plastik ke dalam cetakan, dan tetap ada di bawah tekanan (memegang tekanan). Fungsinya sangat mirip dengan yang dari ekstruder ulir tunggal, kecuali bahwa screw bergerak secara aksial selama fase injeksi. Gambar Injection unit ditunjukkan pada gambar 2.2 sebagai berikut :

Gambar 2.2. Injection unit ( Friedrich Johannaber : 2007 ) Menurut Friedrich Johannaber, didalam injection unit terdapat bagian – bagian sebagai berikut · Screw Screw membuat perpindahan panas yang relatif cepat antara barrel yang panas dan material plastik dingin. Pada saat berputar , material dari hopper tertarik mengisi saluran screw dan didorong menuju ke arah nozzle. Agar jalannya material menjadi lancar, permukaan screw harus lebih halus dari barrel. · Cylinder Screw Ram Cylinder screw ram berfungsi untuk mempermudah gerakan screw dengan menggunakan momen inersia sekaligus menjaga putaran screw tetap konstan, sehingga didapatkan tekanan dan kecepatan yang konstan saat dilakukan proses commit to user injeksi.

7 digilib.uns.ac.id


· Barrel Barrel adalah tabung yang menyelubungi bagian luar screw, seperti sebuah extruder. Kegunaan dalam injection molding, barrel berguna untuk menyalurkan banyak panas pada plastik untuk proses melelehkan. Barrel harus mudah untuk dibongkar agar pada saat penggantian screw dan saat membersihkan menjadi lebih cepat. Penting untuk memperhatikan jumlah baut agar pada saat perakitan dan pembungkaran lebih mudah. Saat ini, sistem yang memungkinkan penggantian barrel dengan mudah menjadi permintaan yang tinggi karena penggunaan mesin yang semi otomatis. · Nozzle Proses plasticating berakhir pada nozzle. Pada nozzle ini terjadi perputaran silinder pada sprue bushing yang terletak pada mold. Jika dibutuhkan, silinder tersebut tertutup pada saat proses plasticating dan fase pendinginan. Diameter terkecil dari lubang nozzle harus berada pada titik yang sama. Lubang nozzle harus berbentuk tapered sehingga diameter lubang die lebih besar 0,25 mm, seperti yang diilustrasikan pada gambar 2.3. sebagai berikut :

Gambar 2.3. Bentuk lubang pada nozzle · Hopper Hopper digunakan untuk jalan masuk dan untuk menampung material plastik sebelum masuk ke barrel. Untuk menjaga kelembaban material plastik, digunakan tempat penyimpanan khusus yang dapat mengatur kelembaban, sebab apabila kandungan air terlalu besar, dapat menyebabkan hasil injeksi tidak bagus. Pada umumnya hopper memiliki semacam jendela yang digunakan oleh operator untuk memeriksa pengisian bahan plastik dengan mudah. Dua desain dasar hopper berbentuk persegi dan tobulat. commit user Sebuah hopper persegi tidak

8 digilib.uns.ac.id


memungkinkan aliran penuh bahan ke arah screw karena adanya zona "mati" yang tercipta karena adanya sudut. Sebuah hopper berbentuk lingkaran memungkinkan aliran penuh bahan ke arah screw dan umumnya tidak akan menyebabkan pemisahan ukuran partikel dalam material. · Motor dan Tansmission Gear Unit Bagian ini berfungsi untuk menghasilkan daya yang digunakan untuk memutar screw pada barrel, sedangkan transmission unit berfungsi untuk memindahkan daya dari putaran motor ke dalam screw. Selain itu transmission unit juga berfungsi untuk mengatur tenaga yang disalurkan sehingga tidak terjadi pembebanan yang terlalu besar. · Nonreturn Valve Valve ini berfungsi untuk menjaga aliran plastik yang telah meleleh agar tidak kembali saat screw berhenti berputar.

2. 1. 2. Mold unit Mold adalah elemen kunci pada proses injection molding. Molding unit adalah bagian yang berfungsi untuk membentuk benda yang akan dicetak. Secara garis besar molding unit memiliki dua bagian utama yaitu bagian cavity dan core, bagian cavity adalah bagian cetakan yang berhubungan dengan nozzle pada mesin, sedangkan bagian core adalah bagian yang berhubungan dengan ejector. Ejector adalah bagian dari mesin yang digunakan untuk melepas produk plastik yang sudah jadi dari cetakannya.

Gambar 2.4. menunjukkan bagian-bagian mold

standar.

Gambar 2.4. Bagian – bagian mold standar

commit to user

9 digilib.uns.ac.id


Molding unit memiliki bagian utama yaitu : 1. Sprue dan Runner System. 2. Cavity Side/ Mold Cavity . 3. Core Side. 4. Ejector System. 5. Gate. 6. Insert. 7. Coolant Channel.

2. 1. 3. Clamping unit Clamping unit berfungsi untuk memegang dan mengatur gerakan mold unit, serta gerakan ejector saat melepas benda dari molding unit, pada clamping unitlah bisa diatur berapa panjang gerakan molding saat dibuka dan seberapa panjang ejector harus bergerak. Gambar 2.5. menunjukkan clamping unit secara umum sebagai berikut :

Gambar 2.5. Clamping unit

Terdapat tiga macam clamping unit yang dipakai pada umumnya, yaitu mechanical, hydraulic, dan hydraulic mechanical system.

2. 2.

Proses injection molding Terdapat enam langkah penting di dalam setiap proses molding, yaitu

sebagai berikut :

commit to user

10 digilib.uns.ac.id


1. Clamping Setiap mesin injection molding terdiri dari tiga peralatan dasar, yaitu mold unit, clamping unit

dan

injection unit. Clamping unit berfungsi untuk

memegang cetakan / mold di bawah tekanan pada saat proses injeksi dan pendinginan berlangsung. Pada dasarnya, clamping berfungsi untuk memegang dua belahan mold dari injection molding, secara bersamaan. Pada saat proses injeksi clamping unit berfungsi untuk menahan gaya, tekan dan mengeluarkan benda jadi dari cetakan. 2. Injection Sebelum penginjeksian, material plastik masih dalam bentuk butiran-butiran serbuk yang mudah tersumbat. Kemudian material dalam bentuk butiran tersebut dimasukkan ke dalam hopper pada unit injeksi. Material plastik diproses dalam silinder yang dipanaskan hingga mencair. Kemudian silinder bekerja dengan

motorized screw yang berfungsi untuk mencampur dan

mengaduk material plastik yang sudah meleleh tersebut serta menekannya sampai pada ujung silinder. Setelah material cukup untuk diakumulasikan pada bagian ujung screw, proses injeksi bekerja. Material plastik yang sudah berada pada ujung screw kemudian dimasukkan atau diinjeksikan ke dalam cetakan melalui

sprue bushing. Tekanan dan kecepatan injeksi pada saat proses

berlangsung dikontrol oleh screw. 3. Dwelling Dwelling merupakan langkah penghentian sementara proses injeksi. Material plastik yang sudah diinjeksikan ke dalam cetakan dengan pemberian tekanan tertentu harus dipastikan mengisi ke semua bagian cavity (rongga cetakan). Proses ini untuk menghindari adanya cacat produk akibat keropos atau weld. 4. Cooling (Pendinginan) Material plastik yang sudah mengisi cetakan dan membentuk benda sesuai cetakan, lalu didinginkan dengan temperatur tertentu agar material plastik cepat menjadi solid atau mengeras. commit to user



5. Mold opening (Pembukaan cetakan) Material yang sudah mengeras setelah didinginkan kemudian menjadi benda jadi. Dua belah cetakan kemudian dibuka dengan perantara peralatan clamping plate dan setting plate. 6. Ejection Langkah terakhir adalah mengeluarkan benda jadi dari dalam cetakan agar proses

penginjeksian berikutnya dapat dilakukan. Pada langkah

ejection

biasanya, desain-desain molding tertentu digunakan untuk memotong runner dan sprue dari material plastik. Dengan demikian maka benda hasil molding tidak perlu dilakukan pekerjaan lanjutan pemotongan runner dan sprue.

2. 3.

Bahan baku yang digunakan dalam proses injection molding Dalam proses injection molding, bahan baku yang digunakan adalah

polymer. Ada beberapa jenis polimer, antara lain : ·

Thermoplastic Polymers

·

Amorphous Thermoplastics

·

Semi-Cristalline Thermoplastics

·

Thermosets

2. 3. 1. Temperatur Parameter kunci pada proses injection molding adalah temperatur leleh ( mencair ) dan temperatur di dalam cetakan. Efektivitas biaya dipengaruhi dari waktu yang dihabiskan untuk siklus yang meliputi injeksi, pendinginan, dan pergerakan dari unit klem (Neculai dan Cătălin, 2010 ). Daftar temperatur proses yang

direkomendasikan

untuk

termoplastik

dan

elastomer

termoplastik

ditunjukkan pada tabel 2.1 ( halaman 10 dan 11) buku Johannaber, 1997. Data yang ditunjukkan merupakan pengaturan temperatur untuk daerah pemanasan pada plasticating unit dari mesin injection molding, serta untuk pengaturan temperatur pada nozzle dan suhu commit pendinginan pada cetakan. Besarnya temperatur to user



untuk melelehkan material termoplastik berkisar dari yang terendah sebesar 130 ºC sampai yang tertinggi sebesar 400 ºC. 2.3.2. Tekanan injeksi Tekanan, suhu, dan volume semua memiliki pengaruh kuat pada proses injection molding dan kualitas cetakan akhir. Tekanan, bagaimanapun, dan cara perubahannya selama proses injeksi, adalah parameter kerja yang paling penting [Johannaber, 2007, hal. 67] Tabel 2.1. Tekanan injeksi untuk material plastik [Johannaber, 2007, hal. 67]

2.3.3. Kecepatan injeksi Kecepatan screw dianggap sebagai parameter mesin yang dianggap penting dan digunakan sebagai variabel input untuk pembangunan sebuah titik operasi. Hal ini adalah kecepatan keliling dari screw yang saling berkaitan dengan kualitas lelehan. Kecepatan screw dalam mesin injection molding biasanya dirancang untuk memproduksi part yang tipis padato kapasitas injeksi yang rendah dengan commit user



kecepatan antara 0,05 sampai 1,5 m/s. Kecepatan screw yang rendah menghasilkan lelehan yang berkualitas. Tabel 2.2. Kecepatan injeksi pada material plastik [Johannaber 2007, hal. 78]

2.4. Pemanas elektrik Besarnya daya heater tergantung dari jenis material yang akan dipanaskan, massa benda yang akan dipanaskan, dan waktu yang ingin ditempuh dalam mencapai suhu tertentu. Untuk menentukan besarnya daya heater nantinya, menggunakan rumusan dari produsen heater sebagai berikut :

ኰ

ú D낸

নMP

h

…………………….............................. ( 2.1 )

Dimana : Q : Daya Heater, kWatt C

: Panas jenis material yang dipanaskan,

m

: Massa barrel, kg

D

: Kenaikan suhu

t

: Waktu pemanasan

h

: Efisiensi, 0,1 – 0,5

2.5

Perpindahan kalor

痈ú

痈 °ú

Perpindahan kalor dapat didefinisikan sebagai berpindahnya energi dari satu daerah ke daerah lainnya sabagai akibat dari beda suhu antara daerah-daerah tersebut [Frank Keith, 1997 : hal 4]. Kepustakaan perpindahan kalor pada commit to user



umumnya mengenal tiga cara pemindahan panas yang berbeda yaitu perpindahan kalor konduksi, perpindahan kalor konveksi, dan perpindahan kalor radiasi. 2.5.1. Perpindahan kalor konduksi Proses perpindahan kalor konduksi adalah proses dimana panas mengalir dari daerah yang bersuhu lebih tinggi ke daerah yang bersuhu lebih rendah di dalam satu medium (padat,cair atau gas) atau antara medium-medium yang berlainan yang bersinggungan secara langsung(Frank Keith, 1997 : hal 4). Dalam perpindahan kalor konduksi ini dipakai rumusan umum sebagai berikut : 츠 Keterangan :

.

. ∆

∆ ∆

…………………………………

(2.2)

q

= Perpindahan kalor, Watt

k

= Konduktivitas termal bahan, W/mºC, tegak lurus arah perpindahan kalor

A

= Luas benda, m2

∆낸 ∆

= Gradien suhu kearah perpindahan kalor 

commit to user Gambar 2.6. Perpindahan kalor konduksi



2.5.2. Konduktivitas termal “Thermal conductivity of a material can be defined as the rate of heat transfer through a unit thickness of the material per unit area per unit temperature difference” (Cengel,

2002 : hal 19). Konduktivitas termal dilambangkan dengan k. Satuan konduktivitas termal adalah Watt per meter

derajat Celcius (W/m

0

C).

Berdasarkan persamaan (2.1) sebagai rumusan persamaan dasar tentang konduktivitas termal, dapat dipakai nilai konduktivitas termal yang disajikan pada Tabel 2.3. Bahan yang mempunyai nilai konduktivitas termal tinggi dinamakan konduktor, sedangkan bahan yang nilai konduktivitas termal rendah disebut isolator. Tabel 2.3. Konduktivitas termal berbagai bahan pada 0 0C (Holman,1997, hal 8)

commit to user



2.5.3. Perpindahan panas konduksi pada silinder Pada pengoperasian yang konstan, tidak ada perubahan temperatur pada waktu dan titik tertentu. Oleh karena itu perpindahan panas yang masuk ke dalam pipa harus sama dengan perpindahan panas yang keluar. Dengan kata lain, perpindahan panas pada pipa adalah konstan ( Cengel, 2002, hal. 165 ). Perpindahan panas konduksi pada pipa / silinder dirumuskan sebagai berikut :

ኰ 2.6.

2

3 ,Ǵƅ

낸



낸

(Watt)………………………….(2.3)

Rumus Tekanan Dalam penelitian ini menggunakan barrel yang diisi material plastik,

kemudian mendorongnya ke dalam cetakan. Cara kerjanya menggunakan prinsip tekanan bidang. N⁄mm ……………..

相yƼƼ

Dimana : 相yƼƼ = Tekanan  ⁄88 F

= Gaya ( N )

A

= Luasan bidang ( 88 )

(2.4)

Pada mesin injection molding menggunakan power screw sebagai pendorong material plastik ke dalam cetakan. Besarnya gaya pada power screw menurut Sclater dan Chinoris, Bab. Screw, hal. 11 ditentukan dengan rumusan sebagai berikut :

Finjeksi =

2.7.

相

( N )………………….

( 2.5 )

Rumus Daya Pada saat proses injeksi, ada gaya ( F ) yang dibutuhkan untuk mendorong

material plastik dan ada juga pergerakan ( user ) dari elemen pendorong. Maka dari commit to



kondisi ini dapat diketahui daya (

ay相

) yang dibutuhkan pada saat injeksi.

Karena direncanakan untuk mengganti piston dengan motor sebagai unit pendorong, maka daya ini nanti akan dibutuhkan untuk pertimbangan pemilihan motor.

Dimana : ay相=



ay相

8⁄

.......

(2.6)

Daya ( Watt )

= Kecepatan gerak ( m )

2.8.

Menentukan diameter poros Seperti yang sudah direncanakan, unit pendorong akan menggunakan motor

dan shaft yang dibentuk uliran, maka diperlukan perhitungan besarnya shaft yang dipakai. Melihat kebutuhannya, shaft yang di rancang harus bisa menahan beban puntir. Menurut Sudibyo, hal. 11, poros transmisi dihitung hanya berdasarkan momen puntir

( Mt ) dengan tambahan faktor c yang mengandung angka

keamanan terhadap puntir. Momen puntir yang ditransmisikan : 9550 3

(Nmm)…………………...

(2.7)

Maka rumus untuk diameter poros transmisi pejal : Diameter

≈

3

(mm)………………

Dimana : Mt

= Momen puntir ( Nm )

P

= Tenaga ( kW )

n

= Angka putaran ( rpm )

c1,c2

commit to user = faktor keamanan yang besarnya tergantung ̅

(2.8)



Tabel 2.4. Faktor c terhadap ̅ ̅

Material

88 15

St 37, St 42

6,9

146

20

St 50, St 60

6,3

133

5,8

123

25

Baja dengan batas patah yang lebih tinggi

commit to user


digilib.uns.ac.id

BAB III METODE PENELITIAN

3.1

Diagram Alir Penelitian Secara lebih terperinci, diagram alir penelitian

yang akan dilakukan

ditunjukkan pada Gambar 3.1 : Mulai

Pembongkaran dan mempelajari bagian mesin

Tidak Apakah kondisinya baik ?

Desain ulang

Ya Pembuatan/ realisasi part

Perakitan

Pengujian

Apakah berfungi dengan baik ?

Tidak

Ya Data dan analisa

Selesai commit to Gambar 3.1.user Diagram alir penelitian

19



Secara terinci, diagram alir penelitian dijelaskan sebagai berikut : Pembongkaran dan mempelajari bagian mesin Tahap ini dilakukan untuk mengetahui kondisi serta dimensi dari bagian – bagian mesin tersebut. Dari proses ini dapat diketahui bentuk dan dimensi secara detail tiap bagian mesin. Dengan mempelajari, diharapkan dapat diambil keputusan apakah sebuah part akan diganti atau tidak. Apabila sebuah part dinyatakan tidak layak, maka akan dilakukan proses desain ulang. Dari proses desain ulang ini akan menentukan apakah sebuah part akan dibuat dengan proses permesinan ataupun membeli. Namun apabila part mesin masih dinilai layak, maka akan dilakukan perakitan.

Perakitan Tahap perakitan dilakukan apabila sudah ada kepastian bahwa tiap bagian mesin dinyatakan layak untuk dipakai dan bisa memenuhi kebutuhan penelitian. Setelah dirakit, maka akan diketahui apakah mesin bisa beroperasi dengan baik. Apabila mesin tidak beroperasi dengan baik, makan akan dilakukan proses desain ulang. Namun apabila mesin sudah beroperasi dengan baik, selanjutnya akan dilakukan pengujian.

Pengujian Pengujian dilakukan untuk mengetahui apakah mesin bisa dioperasikan sesuai dengan kebutuhan, yaitu dapat diatur suhu pemanasannya dan mengetahui kecepatan injeksinya.

Data dan analisa Setelah pengujian dilakukan maka diharapkan mendapatkan data tentang kinerja mesin. Dari data yang akan didapat, kemudian dilakukan analisa mengenai keunggulan dari mesin yang sudah di desain ulang dengan mesin seperti kondisi awal. commit to user



3.2.

Desain ulang Desain ulang merupakan rangkaian proses tersendiri. Diagram alir proses

desain ulang akan ditunjukkan dalam gambar 3.2. berikut : Mulai

Pemilihan dari segi teknik Alternatif lain Tidak

Apakah memenuhi ? Ya Pemilihan dari segi ekonomi

Alternatif lain Tidak

Apakah memenuhi ? Ya

Tidak Desain part

Pembuatan part

Apakah standard part ? Ya Membeli

Selesai to alir userdesain ulang Gambar 3.2.commit Diagram



Secara lebih terinci, diagram alir desain ulang dijelaskan sebagai berikut : Pemilihan dari segi teknik Dalam proses ini dipilih beberapa alternatif part pengganti dari bagian mesin yang tidak sesuai dengan tuntutan. Pertimbangan teknik menjadi hal utama dalam proses ini, kemudian dilakukan penilaian dari berbagai pilihan tersebut.

Pemilihan dari segi ekonomi Segi ekonomi juga menjadi pertimbangan atas pilihan part pengganti dari bagian mesin yang dianggap tidak memenuhi tuntutan. Pemilihan dari segi ekonomi ini akan membandingkan antara harga dan funsi dari part yang diganti.

Standart Part Apabila penilaian jatuh pada part yang standart, maka akan dilakukan proses pembelian dari part yang dimaksud. Namun apabila part yang dipilih bukan part standart, maka proses permesinan akan dilakukan untuk membuat part yang akan digunakan.

Perakitan Apabila proses pemilihan berdasarkan pertimbangan teknik dan ekonomi sudah didapat, maka proses perakitan dilakukan untuk mengetahui kinerja mesin.

commit to user



3.3.

Alat dan Bahan Penelitian

3.3.1. Mesin injection molding Sebagai bahan utama untuk penelitian kali ini adalah sebuah mesin injection molding yang masih menggunakan kompor sebagai unit pemanasnya, dan piston pneumatik sebagai penggerak pada injeksi unit dan clamp unit.

Gambar 3.3. Mesin injection molding 3.3.2. Tacho meter RPM meter digunakan untuk memeriksa putaran motor dalam 1 menit. Alat ini memiliki layar pembaca jumlah putaran dalam format digital sehingga mudah dalam pembacaan. Gambar 3.4. menunjukkan gambar tacho meter digital.

Gambar 3.4. Tacho meter

commit to user



3.3.3. Stop watch Stop watch digunakan untuk mencatat waktu yang ditempuh power screw dalam jarak tertentu. Dari catatan waktu yang ada, dapat digunakan untuk perhitungan kecepatan injeksi. Dengan kecanggihan teknologi saat ini, ponsel pun dilengkapi dengan menu stop watch yang juga bisa digunakan untuk pencatatan waktu.

Gambar 3.5. Stop watch 3.3.4. Thermocouple dan pembaca suhu portabel Alat ini digunakan untuk memeriksa suhu pada bagian luar barrel. Hal ini dilakukan agar alat untuk yang digunakan untuk pembacaan suhu pada bagian dalam dan luar memiliki karakter yang sama, sehingga keakurasian dapat tercapai.

Gambar 3.6. Thermocouple dan pembaca suhu portabel commit to user



3.3.5. Inverter Inverter adalah sebuah perangkat elektronik yang mengubah tegangan AC tiga fasa dari jala-jala (berfrekuensi 50 Hz atau 60 Hz) menjadi tegangan DC, kemudian mengubahnya kembali menjadi tegangan AC tiga fasa dengan frekuensi yang bisa diatur-atur sesuai keinginan pengguna/user. Salah satu aplikasi Inverter dalam dunia elektroteknik adalah untuk mengendalikan kecepatan putaran motor AC. Contohnya pada sistem ban berjalan (conveyor belt) Seperti yang sudah diketahui bahwa kecepatan putaran motor AC dapat dikendalikan dengan mengatur frekuensi dari tegangan AC yang menjadi sumbernya.

Gambar 3.7. Inverter

commit to user



commit to user


digilib.uns.ac.id

BAB IV Perancangan dan Pemilihan Part

4. 1.

Morphologi Matrix Dalam menentukan part yang digunakan, Metode Morphologi Matrix

digunakan untuk menjamin bahwa produk yang akan dirancang benar – benar dapat menjawab permasalahan yang ada dan dapat memenuhi semua tuntutan yang diberikan. Metode morphologi matrix di dalamnya mencakup 4 tahap, yaitu pengelompokan informasi, menyusun tabel morphologi matrix, menganalisa berbagai macam solusi yang muncul, kemudian menentukan salah satu solusi yang dianggap paling baik dan memenuhi kebutuhan. 4.1.1. Pengelompokan informasi dan pemilihan part yang digunakan. Berbagai macam informasi yang akan dikelompokkan adalah informasi terkait dengan tuntutan mesin injection molding yang di desain ulang dan beberapa model variasi elemen konstruksi yang nantinya akan digunakan. Pemilihan part melibatkan responden yang diminta memberikan penilaian terhadap beberapa part yang sudah ditentukan. Responden berasal dari lingkungan ATMI Surakarta, diambil acak dari karyawan dan instruktor. Keterangan inisial responden sebagai berikut : Adr

: Andhy Rinanto ( Instruktor Center for Tool )

Bms

: Bambang Saputro ( Instruktor Center for Tool )

Krs

: Kristarto ( Kasi Center for Tool )

Her

: Hera Prihatmo ( Karyawan Center for Tool )

Chr

: Christian Ardinto ( Designer PT. IGI )

Vys

: VY Suryadi ( Manager PT. IGI )

Wsw : Wisnu Wijayanto ( Manager design PT. ATMI Solo ) And

: St. Andriyanto ( Instruktor WAP )

Agw

: Agus Wahyudi ( Kasi Universal Grinding PT. ATMI Solo )

Ykr

: Yuli Kristanto ( Instruktor WAD ) commit to user

26



A. Tuntutan produk Dalam merancang sebuah produk, akan lebih mudah apabila ada sebuah batasan yang diberikan. Batasan tersebut bisa berupa tuntutan yang diberikan / dibutuhkan oleh konsumen. Tabel 4.1 Tuntutan mesin yang dirancang No.

Informasi

1.

Pemanas bisa diatur suhunya.

2.

Kecepatan gerak injeksi dapat dikendalikan

B. Variasi elemen konstruksi Untuk mempermudah dalam proses perancangan, berbagai macam informasi yang didapat mengenai konstruksi dari setiap elemen mesin akan diklasifikasikan menurut jenis, fungsi, kelebihan, kekurangan serta menurut nilai ekonomisnya. Elemen konstruksi yang yang dipakai dalam desain ulang kali ini adalah jenis pemanas dan pengendali kecepatan injeksi.

Tabel 4.2. Variasi jenis pemanas Jenis

Karakteristik

pemanas

Kompor

Keuntungan

Mudah didapatkan Praktis Penggantian mudah

Panas tidak bisa diatur

Kerugian

Kotor Terjadi panas yang berlebihan jika digunakan dalam waktu yang lama. Membutuhkan tempat

commit to user yang cukup luas

Gambar



Keuntungan

Panas bisa diatur Lebih bersih Mudah dalam penggantian Tempat lebih praktis

Harga cukup mahal Kerugian

Pemanas elektrik

Banyak di pasaran

Memerlukan alat pendukung untuk pengaturan panasnya

Keuntungan

singkat Panas bisa di atur

Kebutuhan daya tinggi Memerlukan komponen Kerugian

Pemanas induksi

Waktu pemanasan lebih

pendukung yang rumit dan mahal Alat masih jarang di pasaran

Untuk pemilihan jenis pemanas, 10 responden dilibatkan guna mendapatkan data yang lebih akurat. Tabel 4.3. menunjukkan pemilihan jenis pemanas yang digunakan.

commit to user



Tabel 4.3. Pemilihan jenis pemanas

Daya rendah

Perawatan mudah

Mudah didapat

Harga Murah

Point

Panas bisa diatur

Tuntutan pemanas

10

9

7

8

6

Responden

Kompor

Nilai

Adr

4

6

6

8

8

248

Bms

5

7

7

9

8

282

Krs

4

6

8

8

8

262

Her

3

5

7

9

8

244

Chr

4

6

6

8

9

254

Vys

5

8

7

8

8

283

Wsw

4

7

7

9

8

272

And

3

6

7

8

8

245

Agw

4

6

5

9

9

255

Yul

3

7

7

8

8

254

Total

2599

Pemanas elektrik Adr

9

8

8

6

6

302

Bms

8

8

9

6

8

311

Krs

9

7

8

7

7

307

Her

9

8

9

8

6

325

Chr

8

8

8

6

6

292

Vys

9

7

8

6

7

299

Wsw

9

8

8

8

6

318

And

8

8

9

7

8

319

Agw

9

6

8

6

6

284

Yul

9

8

8

6 6 commit to user

302

3059



Pemanas induksi Adr

9

5

6

4

5

239

Bms

9

5

4

3

4

211

Krs

8

4

6

3

3

200

Her

9

5

6

3

4

225

Chr

9

5

5

4

4

226

Vys

8

3

5

4

5

204

Wsw

9

3

6

4

5

221

And

8

5

4

3

3

195

Agw

9

5

6

4

3

227

Yul

9

4

6

4

5

230

2178

Dari data tabel 4.3, maka jenis pemanas elektrik / elektric heater dipilih untuk digunakan pada mesin injection molding.

Dengan tuntutan alat dapat diatur suhu / temperaturnya, maka diperlukan juga alat yang digunakan untuk pembacaan suhu. Tabel 4.4. di bawah ini menunujukkan variasi alat pembaca temperatur.

commit to user



commit to user



Tabel 4.5. Pemilihan jenis pembaca suhu

Teliti

Respon pembacaan cepat

Banyak di pasaran

Perawatan mudah

Point

Mudah dibaca

Tuntutan pembaca suhu

8

10

9

6

7

Responden

Analog

Nilai

Adr

6

7

7

8

9

292

Bms

6

8

7

8

9

302

Krs

5

7

6

8

8

268

Her

6

7

6

9

9

289

Chr

6

8

7

8

9

302

Vys

5

7

7

8

9

284

Wsw

7

7

6

8

8

284

And

6

7

7

9

8

291

Agw

5

7

7

8

9

284

Yul

6

7

6

8

8

276

Total

3329

Digital Adr

9

9

9

8

7

340

Bms

9

8

9

8

7

330

Krs

8

9

9

9

6

331

Her

9

9

9

8

6

333

Chr

9

8

9

8

7

330

Vys

8

8

8

9

7

319

Wsw

9

9

9

9

7

346

And

9

9

9

8 7 commit to user

340

2125



Agw

9

9

8

8

6

324

Yul

9

8

9

9

7

336

Dari tabel 4.5., maka pembaca suhu digital dipilih untuk digunakan pada mesin injection molding. Dalam menggunakan pembaca suhu digital, dibutuhkan sensor yang dipasang pada benda yang dipanaskan. Sensor tersebut akan memberikan informasi panas yang akan terbaca pada pembaca suhu digital. Untuk jenis sensor yang digunakan adalah thermocouple. Tabel 4.6. menunjukkan jenis thermocouple yang sesuai dengan kebutuhan yang diinginkan. Tabel 4.6. Pemilihan thermocouple Type

J

K

RTP

Harga

Ö

Ö

X

Ketersediaan di pasar

Ö

Ö

Ö

Popular di penggunaan mesin injeksi Akurasi

X

Ö

X

X

X

Ö

Hubungan dengan thermocontrol Range suhu

Ö

Ö

X

Ö

Ö

X

Thermocouple yang cocok digunakan untuk mesin injeksi ini adalah jenis K. Tuntutan kedua dari mesin injection molding ini adalah gerakan injeksi yang dapat diatur dan dibaca. Selanjutnya dipilihlah variasi penerus gerakan dari sumber penggerak, yang nantinya dapat memberikan masukan kecepatan geraknya. Tabel 4.7. menunjukkan variasi penerus gerakan dari sumber penggerak.

commit to user



Tabel 4.7. Variasi transmisi / penerus gerakan Jenis

Karakteristik

transmisi Keuntungan

Power kuat. Kecepatan gerak dapat diatur. Relative mahal.

Kerugian

Aktuator hidrolik

Banyak di pasaran.

Perawatan sulit. Kotor. Komponen pendukung mahal.

Keuntungan

Perawatan mudah. Komponen mudah didapatkan.

Kecepatan susah diatur. Kerugian

Aktuator pneumatik

Sumber angin melimpah.

Udara mudah mampat

Keuntungan

Murah. Kuat. Konstruksi sederhana. Kecepatan gerak dapat diatur. Posisi harus center. mudah aus.

n

Kerugia

Screw

Mudah di buat.

commit to user

Gambar



Tabel 4.8. Pemilihan jenis penerus gerakan

Kuat

Perawatan mudah

Dapat dikendalikan

Harga Murah

Point

Tersedia di pasaran

Tuntutan penerus gerakan

7

9

8

10

6

Responden

Aktuator hidrolik

Nilai

Adr

8

9

6

8

5

295

Bms

8

9

6

9

5

305

Krs

7

9

6

9

4

292

Her

7

9

5

8

4

274

Chr

8

9

6

8

5

295

Vys

8

9

6

8

5

295

Wsw

8

9

5

8

5

287

And

7

9

7

8

4

290

Agw

8

9

6

8

5

295

Yul

8

9

6

9

4

299

Total

2927

Aktuator pneumatik Adr

8

7

7

4

7

257

Bms

9

7

8

4

6

266

Krs

8

7

6

5

6

253

Her

8

7

7

5

7

267

Chr

9

7

7

4

7

264

Vys

9

8

7

3

8

269

Wsw

8

8

7

5

7

276

And

8

7

6

4

7

249

Agw

9

8

6 commit 3 to user 7

255

2619



Yul

8

7

7

4

8

263

Power screw Adr

8

8

9

9

8

338

Bms

8

8

8

8

8

320

Krs

8

8

9

9

8

338

Her

8

8

9

9

9

344

Chr

9

8

9

9

8

345

Vys

9

8

9

9

9

351

Wsw

9

9

9

9

9

360

And

8

9

9

9

9

353

Agw

8

8

9

8

8

328

Yul

8

8

8

9

8

330

3286

Dari tabel 4.8., maka power screw dipilih untuk digunakan pada mesin injection molding.

C. Mesin injection molding hasil desain ulang

Gambar 4.1. Mesin injection molding hasil desain ulang

commit to user



4.1.2. Analisa dan perhitungan A. Perhitungan pemanas elektrik Dalam pemilihan pemanas elektrik, ada beberapa hal yang harus diperhatikan seperti target panas yang diinginkan, waktu pemanasan awal, massa dari benda kerja yang dipanaskan, dan panas jenis dari material yang dipanaskan. Untuk menentukan ukuran heater, menggunakan persamaan 2.1 sebagai berikut :

Daya heater ( Q )

: kWatt

Massa barrel ( m )

: 2,293 kg ( pengukuran dengan timbangan

digital ) 鮐Ǵ

Panas jenis material besi ( C )

: 0,113

Target panas yang dicapai

: 300 ºC

Suhu ruang

: 25 ºC

Waktu pemanasan ( t )

: 0,4 jam ( 24 menit )

Efisiensi ( h )

: 0,1 – 0,5

Q=

觰,觰蔘5 Ꝙ,

鮐 °Ǵ

5 5ꝘꝘ 觰̊

úꝘ Ꝙ,Ƽ Ꝙ,5

= 0,690455 kWatt

690 Watt ------> diputuskan menggunakan 750 watt

Untuk jenis pemanas elektrik yang dipilih adalah band heater karena menyesuaikan bentuk barrel yang dipanaskan sehingga pemasangan mudah karena bentuknya berupa silindris. Dan untuk memudahkan dalam pembelian atau pemesanan maka dipilihlah 3 band heater dengan daya masing – masing 250 Watt.

B. Perhitungan diameter power screw dan pemilihan motor Pada proses injeksi, diasumsikan tekanan pada proses injeksi dan clamping adalah sama besar. Pada mesin injection molding yang dirancang, menggunakan silinder pneumatic diameter 63 mm, dengan tekanan angin dari kompresor. Besarnya commit to user



tekanan angin dari kompresor berkisar antara 6 – 8 bar. Maka perhitungan untuk diameter power screw berdasarkan persamaan 2.4 adalah sebagai berikut : Finjeksi ≤ Fclamping Pada awal perhitungan, akan diasumsikan diameter shaft untuk power screw sebesar 25,4 mm ( 1 inch ), dengan pemilihan ulir square 4 TPI, dengan material power screw adalah St.60.

Tekanan pada piston ( Pclamping ) = 8 bar ( 1 bar = 0,1 N/mm) = 0,1 x 8 = 0,8 N/mm2 쎠

쎠

觰

Luas bidang piston ( A ) = Ƽ

=Ƽ

63觰 = 3117,245 mm2

Fclamping = Pclamping x A = 0,8 N/mm2 x 3117,245 mm2 = 2493,796 N » 2494 N Maka dengan demikian, Finjeksi ≤ 2494 N. Oleh karena power screw berbentuk silindris, maka perhitungan menggunakan rumus 2.5 sebagai berikut :

Finjeksi =

觰쎠

Dimana : Fr = Gaya shaft ( N ) p = pitch / jarak puncak ulir = r = Radius power screw

觰̊,Ƽ Ƽ

= 6,35 mm = 0,00635 m

dengan asumsi awal menggunakan diameter power screw sebesar 25,4 mm jenis square thread 4 TPI, maka besarnya diameter minor power screw sebesar 䐨

d = 25,4 – ( 2

䐨

= 25,4 – ( 2

r=

蔘, Ƽ̊

ú

)

6,3

ú

= 19,845 mm

= 9,93 mm = 0,00993 m

觰

maka besarnya gaya shaft berdasarkan persamaan 2.5 adalah : Fr =

膈

觰쎠

4膈

commit to user



=

觰Ƽ蔘Ƽ Ꝙ,ꝘꝘú5̊ 觰쎠 Ꝙ,ꝘꝘ蔘蔘5

= 253,828 N

Torsi yang terjadi sebesar : T= = 2 3,828

0,00993

= 2,52 Nm = 0,252 kgm Pada tabel produsen motor listrik merk TECO, motor yang sesuai dengan kebutuhan torsi 0,252 kgm adalah motor dengan daya sebesar 0,5 hp.

Perhitungan diameter power screw Dari perhitungan di atas dan berdasarkan data motor yang sudah dipilih, perhitungan Momen puntir dan diameter minimum yang bisa digunakan untuk power screw dapat dihitung menggunakan persamaan 2.7 dan 2.8 : Material power screw

= St.60

Daya motor ( P )

= 0,5 hp ( Horse power )

Putaran motor ( n )

= 750 Rpm

Momen puntir ( Mt ) yang terjadi =

=

蔘̊̊Ꝙ

d

Ꝙ,䐨5̊

蔘̊̊Ꝙ Ꝙ,̊ Ꝙ,䐨5̊ 䐨̊Ꝙ

= 4,6795 Nm

Karena power screw menerima beban puntir dan tekuk, maka menggunakan persamaan 2.8 sebagai berikut :

= 6,3

√

,679 = 10,53 mm

Dari perhitungan dapat diketahui bahwa diameter power screw pada asumsi di atas kuat untuk digunakan dalam konstruksi mesin injeksi.

commit to user



4.2. Pengujian komponen 4.2.1. Pengujian panas Dalam pengujian panas, barrel dipanaskan tanpa diisi dengan material plastik. Hal ini dilakukan untuk mengetahui penyebaran panas pada dinding barrel tanpa dipengaruhi adanya material plastik. Hal ini akan dibandingkan dengan besarnya rambatan panas sesuai dengan perhitungan / teoritisnya. Kondisi dan data pada saat pengujian panas adalah sebagai berikut : Kondisi :

- Dengan biji plastik. - Suhu ruang 32 °C. - Data diambil pada pukul 15.30 WIB. - Suhu diatur 250 °C. - Area X diukur dengan thermocouple dan thermocontrol portable.

Gambar 4.2. Posisi pengukuran panas pada barrel

commit to user



Tabel 4.9. Data hasil pengukuran panas pada barrel ( ºC ) Waktu (menit)

Suhu display mesin ( ºC )

Suhu permukaan barrel di area X ( ºC )

1’30’

50

78

2’51’

75

105

4’10’

100

129

5’45’

125

158

7’16’

150

179

9’18’

175

201

12’

200

225

15’25’

225

248

18’51’

250

252

20’

251

251

22’

250

252

24’

251

252

300 250

Suhu ºC

200 150 Display mesin

100

Panas permukaan barrel

50

24'

22'

20'

18'51'

12'

15'25'

9'18'

7'16'

5'45'

4'10'

2'51'

1'30'

0

Waktu ( menit )

Gambar 4.3. Grafik panas pada barrel \

commit to user



Dari gambar 4.3. dapat dilihat bahwa kenaikan suhu pada permukaan barrel dan rambatan panas ke bagian dalam barrel relatif konstan. Perbedaan suhu bagian permukaan dan dalam rata – rata sebesar 27 ºC. Dan waktu yang dibutuhkan agar bagian dalam mencapai suhu 250 ºC adalah 18 menit 51 detik. Data di atas adalah data panas yang diambil dari display pada mesin dengan memasang thermocouple pada dinding barrel, di permukaan luar dan yang mendekati dinding bagian dalam. Untuk mengetahui suhu pada dinding barrel bagian dalam, juga dilakukan perhitungan dengan persamaan 2.3. sebagai berikut :

䯸

Dimana :

ad ,

='

䯸 = Energi panas yang di salurkan = 750 W ( didapat dari daya heater ) L = Panjang benda yang dipanaskan = 50 mm = 0,05 m

k = konduktivitas thermal material ( baja ) = 43 W/m ºC T1 = Suhu dinding barrel bagian dalam T2 = Suhu dinding barrel bagian luar ( pengukuran dengan thermocouple yang ditempelkan pada barrel / prtable ) r1 = Radius dalam dinding barrel = 12,75 mm r2 = Radius luar dinding barrel = 22,75 mm Suhu bagian luar barrel T1 diambil dari titik X. Titik X dipilih karena pada titik tersebut dekat dengan nozzle yang akan mengeluarkan cairan plastik. Setelah dilakukan perhitungan dengan rumusan di atas dan menggunakan dasar pengukuran suhu pada dinding barrel bagian luar ( titik X ), maka suhu dinding barrel bagian dalam dapat diketahui sebagai berikut :

r2 r1 T1

Gambar 4.4. Ilustrasi dinding dalam T2 commit to user dan dinding luar barrel



Tabel 4.10. Data hasil perhitungan panas pada dinding barrel bagian dalam (ºC) Panas pengukuran

Suhu perhitungan pada

pada area X

dinding dalam barrel (

( T2) ºC

T1 ) ºC

78

46

105

73

129

97

158

126

179

147

201

169

225

193

248

216

252

220

251

219

252

220

252

220

300 250 200 150

Suhu permukaan barrel

100

Suhu dinding dalam barrel ( perhitungan )

50

24'

22'

20'

18'51'

15'25'

12'

9'18'

7'16'

5'45'

4'10'

2'51'

1'30'

0

Gambar 4.5. Grafik perbandingan suhu pengukuran di permukaan luar barrel dan suhu perhitungan dinding barrel bagian dalam.

commit to user



Dari perhitungan panas pada dinding barrel bagian dalam menggunakan refrensi panas yang diukur dari permukaan luar barrel menunjukkan perbedaan suhu antara dinding luar dan dinding dalam adalah sebesar 32 ºC. Kondisi ini sama dengan kondisi aktualnya, dengan perbedaan suhu sebesar 5 ºC. Pengujian juga dilakukan dengan cara memasukkan thermocouple ke dalam barrel dan dicatat kenaikan suhu di dalam barrel dengan refrensi waktu pada tabel 4.9. Kondisi pada saat pengukuran adalah sebagai berikut : -

Thermocouple dimasukkan ke dalam barrel.

-

Di dalam barrel ada biji plastik.

-

Suhu ruang 32 ºC.

-

Set suhu pada thermocontrol 250 ºC.

Data suhu yang tercatat adalah sebagai berikut : Tabel 4.11. Hasil pengukuran suhu di dalam barrel Waktu ( menit ) 1’30’

Suhu ( ºC ) 45

2’51’

56

4’10’

66

5’45’

89

7’16’

113

9’18’

145

12’

189

15’25’

239

18’51’

248

20’

250

22’

251

24’

251

Kemudian untuk mendapatkan perbandingan pengukuran suhu di dalam barrel dan suhu yang terbaca pada display, proses selanjutnya adalah melakukan pencatatan suhu yang terbaca pada display dengan menggunakan refrensi waktu pada tabel commit to user 4.9. Dengan kondisi pengukuran yang serupa dengan gambar 4.1., set suhu 250



ºC, suhu ruang 32 ºC, hasil dari pembacaan suhu pada display ditunjukkan dengan tabel 4.12.

Tabel 4.12. Data perbandingan suhu pada display, pada permukaan, dan suhu di dalam barrel terhadap waktu

1’30’

Suhu di dalam barrel ( ºC ) 45

Suhu pada display mesin ( ºC ) 50

Suhu pada permukaan barrel ( ºC ) 78

2’51’

56

75

105

4’10’

66

100

129

5’45’

89

125

158

7’16’

113

150

179

9’18’

145

175

201

12’

189

200

225

15’25’

223

225

248

18’51’

248

250

252

20’

250

251

251

22’

251

250

252

24’

251

251

252

Waktu ( menit )

Dari data pengukuran suhu di dalam barrel dan pembacaan suhu pada display dengan refrensi waktu yang sama, dapat dibuat grafik yang ditunjukkan pada gambar 4.6.

commit to user



300

Suhu ( ºC )

250 200 150

Suhu di dalam barrel Suhu pada display

100

Suhu permukaan barrel

50

24'

22'

20'

18'51'

15'25'

12'

9'18'

7'16'

5'45'

4'10'

2'51'

1'30'

0

Waktu ( menit )

Gambar 4.6. Grafik perbandingan suhu pada permukaan, pada display dan suhu di dalam barrel terhadap waktu

Dari grafik dapat dilihat bahwa suhu yang terbaca di dalam barrel mulai mendekati suhu dinding dalam barrel pada menit ke – 12, dan hampir sama dengan suhu dinding dalam pada menit ke 15. Hal ini disebabkan pada menit ke – 15, panas pada heater mengalami kenaikan yang konstan ke suhu 250 ºC sehingga memberikan waktu untuk suhu di dalam barrel menyesuaikan dengan suhu pada permukaan pada menit ke – 18.

4.2.2. Pengujian kecepatan Pada pengujian kecepatan gerakan injeksi, hal yang dilakukan adalah melakukan pengukuran besarnya putaran motor, yang dibandingkan dengan besarnya frequensi yang terbaca pada pengatur putaran motor ( inverter ). Kemudian dari data yang diperoleh, dilakukan perhitungan untuk mengetahui besarnya kecepatan linier gerakan injeksi. Tabel 4.13. menunjukkan data dari hasil pengukuran putaran motor yang digunakan : commit to user



Tabel 4.13. Data hasil pengukuran putaran motor Frequensi output

Display inverter

Putaran aktual diukur dengan

inverter ( hertz )

( Rpm )

Rpm meter ( Rpm )

5

70

71

10

139

144

15

209

221

20

280

285

25

350

355

30

420

418

35

491

506

40

560

559

45

629

638

50

700

725

Misal putaran motor 700 rpm maka dalam 1 menit akan ada 700 putaran, dan dalam 1 detik akan ada 11,67 putaran. Dengan ulir power screw sebesar 4 TPI ( thread per inch ), maka setiap 1 kali putaran motor akan menghasilkan jarak sejauh ( 25,4 mm / 4 ) = 6,35 mm. bila dalam 1 detik ada 11,67 rpm maka akan menghasilkan jarak sejauh ( 6,35 mm x 11,67 putaran ) = 74,08 mm = 0,07408 m. Dengan demikian dapat dikatakan bila motor berputar 700 rpm, dengan power screw 4 TPI, maka akan menghasilkan kecepatan sebesar 0,074 m/dt. Dan tabel 4.14. menunjukkan besarnya kecepatan untuk tiap 5 hertz frequensi berdasarkan display. Pemeriksaan selanjutnya adalah dengan menguji gerakan pada saat injeksi pada jarak tertentu, dan dicatat waktu untuk menempuh jarak tersebut. Hasil bagi dari jarak dibagi dengan waktu adalah kecepatan gerakan linier injeksi. Kondisi pengujian adalah sebagai berikut : Ø Jarak yang diatur : 55 mm = 0,055 m Ø Kondisi barrel

: Dengan biji plastik

Tabel 4.15 menunjukkan hasil pengujian kecepatan gerakan linier pada jarak 55 mm. commitberdasar to user putaran motor Tabel 4.14. Data perhitungan kecepatan



Frequensi output

Putaran motor

Putaran dalam 1

Kecepatan

Inverter ( hertz )

( Rpm )

detik

( m/s )

5

70

1,17

0,007

10

139

2,32

0,015

15

209

3,48

0,022

20

280

4,67

0,030

25

350

5,83

0,037

30

420

7

0,044

35

491

8,18

0,052

40

560

9,33

0,059

45

629

10,48

0,067

50

700

11,67

0,074

Tabel 4.15. Data Perhitungan kecepatan pada jarak 0,055 m Frekwensi output

Jarak Tempuh

Waktu rata – rata

Kecepatan linier

Inverter ( hertz )

(m)

( detik )

(m/s)

5

0,055

7,85

0,00700

10

0,055

3,8

0,01447

15

0,055

2,51

0,02185

20

0,055

1,86

0,02946

25

0,055

1,5

0,03667

30

0,055

1,25

0,04400

35

0,055

1,06

0,05156

40

0,055

0,91

0,0600

45

0,055

0,83

0,0660

50

0,055

0,75

0,0733

Dari tabel 4.14. dan tabel 4.15. dapat dibuat perbandingan antara frequensi yang terlihat pada layar inverter dan kecepatan linier yang di dapat berdasarkan perhitungan.

commit to user



0.08

Kecepatan linier ( m/dtk )

0.07 0.06 0.05 0.04

berdasar putaran motor

0.03

Berdasar waktu tempuh

0.02 0.01 0 5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

Frequensi output inverter ( hertz )

Gambar 4.7. Grafik perbandingan frequensi dan kecepatan linier injeksi Pengujian kecepatan motor terhadap power screw mendapatkan data kecepatan injeksi dan bersifat linier. Pada gambar 4.7 terlihat bahwa kecepatan motor berbanding lurus dengan kecepatan injeksi. Semakin cepat putaran motor, semakin cepat kecepatan injeksinya.

4.2.3. Pengujian proses mesin injeksi Pengujian dilakukan untuk memeriksa fungsi dari pengendali kecepatan injeksi dan panas dalam menghasilkan sebuah produk. Dalam pengujian proses permesinan, data yang dicatat adalah sebagai berikut : Material uji

: polypropylene ( PP )

Set Suhu

: 230 °C

Frequensi output inverter

: 25 Hertz

Rpm

: 350 Rpm

Kecepatan linier

: 0,037 m/s

Holding time

: 24 detik

Suhu ruang

: 32 °C

Ukuran mold

: Diameter 39,5 mm x tebal 2 mm commit to user



Dari pengujian dengan mode otomatis, proses injeksi menghasilkan produk sebagai berikut : 1. Masih ada flasing dari material. 2. Ada material yang tidak penuh. 3. Warna dari benda yang dihasilkan tidak homogen. 4. Benda hasil injeksi sebagai berikut :

Gambar 4.8. Gambar produk hasil injeksi

commit to user


digilib.uns.ac.id

BAB V PENUTUP

5.1. Kesimpulan Dari desain ulang terhadap mesin injection molding milik Fakultas Tehnik Universitas Sebelas Maret Surakarta dapat disimpulkan sebagai berikut : 1.

Mesin injeksi dapat beroperasi sesuai dengan rancangan yaitu suhu pemanasan dapat diatur. Panas/temperatur maksimal yang bisa dicapai mesin injeksi ini adalah 324 ºC.

2.

Kecepatan injeksi mesin dapat diatur dengan mengubah besarnya putaran motor. Putaran motor kemudian dikonversikan ke gerakan linier, berikut tabel konversinya : Frequensi output

Putaran motor

Kecepatan

Inverter ( hertz )

( Rpm )

( m/s )

5

70

0,007

10

139

0,015

15

209

0,022

20

280

0,030

25

350

0,037

30

420

0,044

35

491

0,052

40

560

0,059

45

629

0,067

50

700

0,074

5.2. Saran Berdasarkan desain ulang yang sudah dilakukan, penulis menyarankan beberapa hal sebagai berikut : 1. Unit clamping dapat diganti dengan sistem mekanik, agar tidak terjadi back commit to user pneumatik. pressure seperti ketika menggunakan piston

51

DESAIN ULANG UNIT PEMANAS DAN PENGENDALI KECEPATAN INJEKSI MESIN MOLDING

Recommend Documents