Proceding Seminar Nasional Tahunan Teknik Mesin XIV (SNTTM XIV) Banjarmasin, 7- 8 Oktober 2015
MODIFIKASI GATING SYSTEM UNTUK MENGATASI CACAT SHRINKAGE PADA BAGIAN GROOVE PADA PRODUK PUMP CASING F-60 DENGAN MATERIAL AISI 304 Dony Perdana 1*, Eddy Gunawan 2 dan Miftahul Munif 3 1 Dosen, Jurusan Teknik Mesin, Universitas Maarif Hasyim Latif Sidoarjo, Jatim – Indonesia E-mail :
[email protected] 2 Dosen, Jurusan Teknik Mesin E-mail :
[email protected] 3 Mahasiswa, Jurusan Teknik Mesin E-mail :
[email protected] ABSTRAK Produk Pump Casing F-60 adalah salah satu mass product PT. X produk ini berfungsi sebagai casing pompa yang digunakan di perhotelan dan gedung-gedung, produk ini dibuat dengan spesifikasi material AISI 304 dan menggunakan metode cetakan investment casting karena produk ini merupakan salah satu produk yang presisi. Langkah penanganan cacat shrinkage pada Pump Casing F-60 ini ditinjau dari segi gating system. Pencarian sumber cacat dilakukan berdasarkan hasil perhitungan gating system dan riser yang digunakan dengan perbandingan hasil sebelum dan sesudah perubahan. Perancangan ulang dilakukan dengan menambahkan runner dan riser pada bagian groove. Hasil perancangan ulang pada desain hasil perubahan menunjukan peningkatan yang dapat menghilangkan penyebab munculnya cacat shrinkage karena penambahan sistem saluran runner dan riser baru yang berfungsi memberi cairan logam yang berkurang akibat penyusutan dibagian groove. Kata kunci : Casting, shrinkage, gating system. Pendahuluan. Pengecoran investment (pengecoran pola hilang atau pengecoran presisi) adalah proses yang paling banyak digunakan selama beberapa abad. Dalam teknik pengecoran ini, pola biasanya terbuat dari lilin, digunakan dalam membentuk rongga dalam cetakan tahan api. Pola ini dibentuk dengan menyuntikkan lilin cair ke dalam bentuk cetakan permanen yang diinginkan dan didinginkan sampai padat. Proses pengecoran investment memberikan permukaan akhir yang baik, akurasi dimensi tinggi, dan bentuk yang kompleks. Akan tetapi ada beberapa kelemahan seperti penyusutan [1]. Penyusutan lilin adalah komponen terbesar dari perubahan dimensi keseluruhan antara pola dan bagian cor yang sesuai [2]. Desain sistem saluran yang optimum bisa mengurangi aliran turbulen logam cair, mengurangi gas dan terperangkapnya kotoran [3]. Saluran bawah digunakan untuk mengetahui pengaruh ukuran saluran pada kecepatan masuknya logam cair ke
dalam cetakan pelat vertikal. Hasilnya menunjukkan bahwa penting kecepatan masuknya logam cair mengisi cetakan, kecil sekali oksida terperangkap. Geometri sistem saluran merupakan faktor yang sangat penting yang mempengaruhi pola mengisi cetakan [4]. Pump Casing F-60 yang berfungsi sebagai casing pompa, pompa yang biasanya dipakai untuk pompa air bersih di perhotelan. Produk ini dibuat dengan spesifikasi material AISI 304 dengan memakai metode investment casting. Pada teknisnya hasil dari casting ini masih terdapat defect yaitu shrinkage. Hal ini menjadi masalah serius dimana perusahaan ini menuntut prosentase rejectnya menurun. Jika ditinjau dari kaidah-kaidah pengecoran logam, munculnya cacat cor ini kemungkinan penyebab paling besar adalah riser pada bagian groove ini tidak ada, maka pada bagian ini tidak ada yang menyuplai cairan logam. Maka penanganan difokuskan pada sistem saluran dengan menambahkan runner dan mengubag posisi in
Material 06
Proceding Seminar Nasional Tahunan Teknik Mesin XIV (SNTTM XIV) Banjarmasin, 7- 8 Oktober 2015 gate yang baru pada letak cacat tersebut untuk mensuplai cairan yang cukup dan mengatasi cacat shrinkage.
Pouring cup
Metodologi Penelitian Produk Pump Casing F-60 dirancang memiliki dua rongga cetak (cavity).Sistem saluran dan penambah dirancang sedemikian rupa agar dapat mengalirkan cairan menuju ke setiap rongga cetak. Gambar 3.1(a) dan Gambar 3.1(b) dapat diketahui gambar rancangan Pump Casing F-60, tidak terdapat riser dibagian groove
In Gate
b Gambar 2. (a) dan (b) gating system pattern wax
(a) (b) Gambar 1. a. Benda kerja Pump Casing F-60. dan b. gating system pattern wax Desain Sistem Saluran dan Penambah Sebelum Perancangan Ulang Perancangan ulang dilakukan dengan analisis pada riser dan dibantu dengan studi literatur. Analisis dilakukan dengan cara menghitung volume benda cor, modul benda cor, dan perhitungan sistem saluran serta riser. Dari hasil perhitungan ini penulis dapat menyimpulkan terjadinya cacat shrinkage yang terjadi pada Pump Casing F-60.
Alat dan Bahan Modifikasi gating system dengan menambahkan berupa runner dan in gate dan riser dibagian groove yang dilakukan pada proses wax assembly, berikut alat dan bahan yang digunakan antara lain: 1. Mesin injeksi lilin 2. Pola cetakan (dies) 3. Wax (lilin) 4. Cutter 5. Penggaris 6. Water welder (mesin las lilin) Analisis Masalah Untuk mengetahui bottleneck masalah, peneliti menggunakan diagram fishbone
Riser
a
Gambar 3. Diagram fishbone mengenai analisis sebab akibat terjadinya shrinkage pada Pump Casing F-60
Material 06
Proceding Seminar Nasional Tahunan Teknik Mesin XIV (SNTTM XIV) Banjarmasin, 7- 8 Oktober 2015 f. Berat benda : 12,16 kg Tabel 1. Komposisi material AISI 304
Analisis Cacat Coran (Casting Defect) Langkah awal dari proses perancangan ulang sistem saluran yaitu menganalisis cacat coran pada produk, sehingga kita bisa mengambil parameter-parameter untuk memodifikasi sistem saluran tersebut. Cacat coran disebabkan karena beberapa faktor, seperti: temperatur terlalu tinggi atau terlalu rendah, kondisi desain atau bentuk benda tuang dimana pembekuan terjadi tidak merata, suplai cairan yang kurang karena jangkauan riser yang jauh dari benda tuang. Pada produk Pump Casing F-60 terdapat cacat shrinkage, cacat ini berada di bagian groove. Setelah menganalisis cacat coran yang terjadi pada produk Pump Casing F-60, cacat coran ini berupa shrinkage pada groove karena tidak ada suplai cairan logam, maka penulis melakukan modifikasi dengan menambahkan sistem saluran berupa riser, runner dan in gate.
Unsur Komp osisi %
C 0,06
Si 0,69
Mn 1,24
P 0,031
S 0,007
Cr 18,06
Ni 8,17
Pump Casing F-60 Sebelum Modifikasi a. Tinggi hidrolis : 19 cm b. Penambah (Riser) pada groove : Tidak ada c. Temp. sintering keramik : 1080 - 1100o C d. Lama sintering keramik : 45 - 60 menit e. Temperatur penuangan (pouring) : 1560oC f. Media semprot : Nitrogen liquid
Gambar 5. Layout sebelum perancangan ulang Analisis Letak Cacat Shrinkage Sebelum Modifikasi Analisis penyebab terjadinya shrinkage pada sistem saluran dan penambah (riser) sebelum perancangan ulang, akan dijelaskan pada gambar di bawah ini:
Gambar 4.Cacat cor shrinkage pada bagian groove Data Benda Cor Pump Casing F-60 a. Nama benda : Pump Casing F-60 b. Material : AISI 304 c. Modul benda : 0.471 cm d. Volume benda : 1559851.99 mm3 e. Berat jenis : 7,85 kg/dm3
Gambar 6. Area yang terdapat cacat shrinkage Material 06
Mo 0,3
Proceding Seminar Nasional Tahunan Teknik Mesin XIV (SNTTM XIV) Banjarmasin, 7- 8 Oktober 2015 V BP ρ MLP DLP
= volume (mm3) = berat penambah (kg) = massa jenis (gram/cm3) = modul leher penambah (mm) = dimensi leher penambah (mm)
Kebutuhan Penambah (Riser) Vf =
s. Vc ………………………(7) xs
Dengan, Vf = volume penambah (kg) Vc = volume benda tuang (kg) S = penyusutan cair + kristal (%) X = efisiensi penambah 33% - 50% Gambar 7.Posisi shrinkage pada benda cor. Perhitungan Penambah (Riser) MBT = Volume …………………(1) LPA Dengan, MBT = modul benda tuang (mm) Volume = volume modul benda tuang (mm3) LPA = luas penampang panas aktif (mm2)
Perhitungan Gating System Waktu tuang (tp) = √ Dengan, G = berat total casting
………(8)
Tinggi hidrolis (h)
Modul penambah = Modul benda tuang x 1,2 Gambar 8. Tinggi hidrolis
Tabel 2. Tipe penambah Riser Riser
Riser
Type Diameter
Volume
1
D = 5.68 Mr V = 1.06 D3
2
D = 4.91 Mr V = 1.16 D3
3
D = 4.53 Mr V = 1.04 D3
H = a – (b/2) …………………(9)
Penentuan Dimensi Penambah (riser) Dari bentuk tipenya riser yang digunakan dengan tipe 3 Ø = 4,53 x MP …………………(2) V = 1,04 D3 …………………(3) BP = V x ρ .…………………(4) MLP = 1,1 x MBT .…………………(5) DLP = 4 x MLP ..…………………(6) Dengan, Ø = diameter (mm)
Sistem Saluran Perbandingan luas penampang sistem saluran: A sprue : A runner : A ingate = 1 : K : 1 Keterangan: K :√ K :2 n : jumlah saluran masuk Saluran masuk (In gate) 22.6 xG Asm = ……….…(10) .tp. . H Dengan, Asm = saluran masuk ξ = factor hambat alir stainless steel (0,4)
Material 06
Proceding Seminar Nasional Tahunan Teknik Mesin XIV (SNTTM XIV) Banjarmasin, 7- 8 Oktober 2015 Saluran Turun (Sprue) Penampang saluran turun Asm = 3.14 . r2 …………….…(11) dengan, r = jari jari Yield Benda Yield sebelum perubahan : Yield (%) =
…..(12)
Yield benda sesudah perubahan Yield (%) =
…..(13)
Hasil dan Pembahasan Ditinjau dari segi perhitungan volume, modul, dan berat penambah (riser) untuk analisis cacat shrinkage yang terdapat pada bagian groove. Setelah mendapatkan hasil perhitungan riser, hasil perhitungan volume, modul, dan berat riser lebih kecil dari volume, modul, dan berat area cacat shrinkage. Modul riser tidak dibenarkan lebih kecil dari modul benda walaupun jika dijumlahkan hasilnya akan sama atau lebih besar dari modul benda tersebut, Karena riser akan mempunyai pembekuan yang lebih singkat dibandingkan waktu pembekuan benda dan akan menimbulkan terjadinya rongga pada benda atau cacat shrinkage SEBELUM
SESUDAH
Riser
Tidak ada
Ada
Saluran Pembagi (runner)
Tidak ada
Ada
Tinggi Hidrolis
19 cm
33,75 cm
Yield
30,43%
29,01%
Cycle Time/Tuangan
150 detik
45 detik
17,5 menit
5,25 menit
Leadtime/Heat
Kesimpulan Kesimpulan diambil dari penelitian ini adalah: a. Pada area groove ditambah riser sehingga pada bagian groove dapat tersuplai cairan ketika terjadi proses pembekuan. b. Hasil trial modifikasi gating system ini dapat mencegah terjadinya shrinkage karena penambahan riser, runner dan in gate yang sesuai dengan tingkat kesulitan produk tersebut Referensi [1] Er. Charanjeet Singh Sandhu, Er. Ajay Sharma, “Investigation of Optimize Wax Pattern in the Investment Casting by Using the Different Form of Waxes”, IOSRJMCE, vol. 3, no. 9, pp. 01-06, 2012. [2] V.F. Okhuysen, K. Padmanabhan, and R.C. Voigt, “Tooling allowance practices in investment casting industry”, Proceedings of the 46th Annual Technical Meeting of the Investment Casting Institute, Orlando, USA, 1998, Paper no. 1. [3] V.S.R.Murti, and A. Chennakesava Reddy, Finite difference analysis of gray cast-iron solidification process, National Conference on Computer integrated Design and Manufacturing, Coimbatore, 28-29th November 2003, pp. 103-110. [4] J.Runyoro, S.M.A.Boutorabi, and J.Campbell, Critical gate velocity for film forming casting alloys, a basis for process specification, AFS Transactions, 1992:100, pp. 225-234. [5] Ammen, C.W. (1979). The Complete Handbook of Sand Casting.USA : Tab Books
Material 06
