PERENCANAAN SALURAN TURUN DAN SALURAN MASUK SERTA PEMBUATAN GRINDING CYL DENGAN MATERIAL BESI COR KELABU MENGGUNAKAN CETAKAN PERMANEN
Disusun sebagai salah satu syarat menyelesaikan Program Studi Strata I pada Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik
Oleh :
MUHAMAD ENDY NUR ROHMAN D 200 120 093
PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA 2017
i
ii
iii
PERENCANAAN SALURAN TURUN DAN SALURAN MASUK SERTA PEMBUATAN GRINDING CYL DENGAN MATERIAL BESI COR KELABU MENGGUNAKAN CETAKAN PERMANEN Abstrak Grinding cyl berfungsi digunakan sebagai penggiling dan bahan tambahan dari material yang digiling itu sendiri. Pembuatan grinding cyl ini dimaksudkan untuk penunjang industri pembuatan bata ringan, industri keramik dan indusrti lain-lain yang membutuhkan komponen ini.Untuk mempermudah dan mempersingkat waktu dalam produksi diindustri, maka dibuatlah cetakan permanen yaitu cetakan yang dapat digunakan berulang-ulang sehinnga dapat meningkatkan produksi grinding cyl ini. hasil penelitian didapat perbandingan perhitungan penampang sistem saluran turun 50,4 mm, saluran terak 14,7 mm dan saluran masuk 3 mm. Berdasarkan hasil bercobaan penuangan coran kedalam cetakan permanen, didapatkan hasil permukaan coran yang kedua lebih bagus dari pada permukaan coran yang pertama. Grafik CE Meter menunjukkan temperatur 1221.6°C saat proses tapping awal di tuang dalam cetakan di mulai pada grafik yang terbaca CE Meter terjadi penurunan temperatur, pada temperatur liquid 1122.1°C bentuknya masih cair sampai temperatur solid 1120.0°C sehingga di peroleh nilai CEL=4,46% ; C=4,00% ; dan SI=1,78% di mana besi mulai padat namun masih berwarna merah hingga temperatur 1060°C dan mengeras dalam waktu 180 detik. Hasil uji komposisi kimia dalam bentuk solid atau padat antara lain : Fe 93,26% ; C 3,06% ; Si 1,80% dan unsure lainnya di bawah 1%. Hasil uji struktur mikro bagian spesimen yang di uji kekerasan terlihat grafit dan sementit dan hasil uji kekerasan spesimen pada bagian A=91,27 HRB. B=90,03 HRB. C=96,66 HRB dan D=92,28HRB dan harga kekerasan tertinggi yaitu pada bagian C sebesar 96,66 HRB sedangkan harga kekerasan terendah yaitu pada bagian B sebesar 90,03 HRB. Berdasarkan data tersebut dapat di simpulkan bahwa setiap bagian mempunyai tingkat kekerasan yang bervariasi, karena setiap titik atau bagian yang di uji mempunyai kandungan carbon yang berbeda-beda. Semakin tinggi kandungan carbon maka akan semakin tinggi tingkat kekerasannya serta mempengaruhi sifat fisis besi cor kelabu. Kata kunci :Solidifikasi, molding FCD, spectrometer, struktur mikro, kekerasan. Abstract Grinding cyl function is used as a grinder and additional material from the milled material itself. Cyl grinding manufacture is intended to support light brickmaking industry, ceramic industry and other indusrti requiring ..TO components to simplify and shorten the time to production diindustri, then made permanent mold is a mold that can be used repeatedly to increase production grinding sehinnga this cyl. the results obtained cross-sectional comparisons and calculations down channel system 50.4 mm, 14.7 mm and a slag channel inlet 3 mm. Based on the results bercobaan pouring into permanent mold castings, castings showed that the second surface better than the first surface of the castings. Graph CE Meter shows
1
the temperature of 1221.6 ° C during tapping early in the cast in the mold at the start on the chart that reads CE Meter decrease of temperature, the temperature of liquid 1122.1 ° C shape is still liquid to a temperature of solid 1120.0 ° C so that the obtained value of CEL = 4 , 46%; C = 4.00%; and SI = 1.78% where the iron start but still solid red until the temperature of 1060 ° C and hardened within 180 seconds. Results of chemical composition in solid or solid form such as: Fe 93.26%; C 3.06%; 1.80% Si and other elements under 1%. The test results of micro structure in the test section of the specimen visible graphite and cementite hardness and hardness test results of the specimens in the A = 91.27 HRB. B = 90.03 HRB. C = 96.66 HRB and D = 92,28HRB prices and the highest hardness in part C of 96.66 HRB hardness while the lowest prices are in part B of 90.03 HRB. Based on these data we can conclude that each part has varying levels of violence, because each point or section in the test has a carbon content of different. The higher the carbon content the higher the level of violence as well as affecting the physical properties of gray cast iron. Keyword :solidification, molding FCD, spectrometer, microstructure, hardness. 1. PENDAHULUAN 1.1. LatarBelakang Grinding cyl berfungsi hampir sama dengan grinding ball, namun grinding ball hanya berfungsi sebagai penggiling atau penghancur material sedangkan grinding cyl digunakan sebagai penggiling dan bahan tambahan dari material yang digiling itu sendiri. Pembuatan grinding cyl ini dimaksudkan untuk penunjang industri pembuatan bata ringan, industri semen, industri keramik dan indusrti lain-lain yang membutuhkan komponen ini. Untuk mempermudah dan mempersingkat waktu dalam produksi maka dibuatlah cetakan permanen yaitu cetakan yang dapat digunakan berulangulang sehinnga dapat meningkatkan produksi grinding cyl ini. Besi cor adalah jenis material yang sudah lama digunakan manusia untuk menunjang kehidupan dalam bentuk peralatan rumah tangga, permesinan, alat transpotasi. Didalam besi cor mengandung karbon, silicon, mangan, fosfor, dan belerang. Unsur karbon dalam besi cor berupa sementit, karbon aktif, atau grafit. Besi cor digolongkan dalam enam macam : besi cor kelabu, besi cor
2
tingkat tinggi, besi cor kelabu paduan, besi cor ber grafit bulat, besi cor mampu tempa dan besi cor cil (Surdia dan Chijiwa, 1989). 1.2. Tujuan 1.
Mengetahui perhitungan sistem saluran cetakan permanen.
2.
Mengetahui komposisi kimia grinding cyl pada saat cair dan setelah solid.
3.
Meneliti Sifat Mekanis grinding cyl (Kekerasan).
4.
Meneliti Struktur Micro grinding cyl.
5.
Meniliti cacat permukaan grinding cyl.
1.3. BatasanMasalah Adapunbatasandalampenelitianini, yaitu : 1.
Material yang dipakai adalah besi cor kelabu di PT. Bonjor Jaya Klaten.
2.
Mengetahui laju pendinginan dan komposisi kimia pada saat material cair menggunakan alat CE Meter.
3.
Pengujian komposisi kimia menggunakan alat spektrometer .
4.
pengujian kekerasan grinding cyl menggukan kekerasan rockwell .
5.
Pengujian struktur micro dititik yang sama pada saat dilakukan uji kekerasan .
6.
Mengamati grinding cyl secara visual kasat mata.
2. METODE PENELITIAN 2.1. AlatdanBahan Alat : Tanur Induksi, Cetakan Permanen , Frame, Pyrometer laser, Ladle, Tang penjepit, ember, Pukul besi, Sekop,Uji Komposisi spectrometer, Uji Kekerasan Rockwell, Mikroskop optic Olympus metallurgical tester,CE meter. Bahan : Arang, Solar, karbon, Cairan besi siap tuang, Resin, Katalis.
3
2.2. Diagram Alir Penelitian MULAI Studi literatur dan menyiapkan alat Molding CE Meter
Melting besi cor dapur peleburan
tapping
Pelapisan karbon pada cetakan
Penuangan besi cor dalam cetakan
Solidifikasi besi cor kelabu
Preparasi spesimen Pengujian komposisi
Pengujian kekerasan
Pengujian struktur mikro
Analisa data Hasil dan kesimpulan
SELESAI
Gambar 1. Diagram Alir Penelitian 2.3. Tahapan Penelitian a. Proses pencairan logam dilakukan di dalam tungku induksi pencairan logam.
4
b. Sebelum penuangan pada cetakan, molding disiapkan untuk proses pemanasan (preheating). Setelah itu dilakukan proses pelapisan karbon pada cetakan dengan menggunakan karbon yang dicampur solar. c. Melakukan proses penuangan besi cor cair ke dalam cetakan permanen. d. Proses pelepasan produk (coran) dari cetakan. e. Proses pendinginan udara bebas. f. Setelah coran dingin dilakukan pemotongan dengan alat wire cut di Politeknik ATMI Surakarta, pemilihan pemotongan dengan wire cut bertujuan
struktur
kimia
pada
spesimen
tidak
berubah
dan
menghasilkan potongan yang rapi. Selanjutnya potongan hasil coran dimounting untuk proses pengujian. g. Kemudian melakukan proses pengujian kekerasan menggunakan alat uji kekerasan Rockwell, pengujian komposisi kimia dan pengujian struktur mikro. 3. HASIL DAN PEMBAHASAN 3.1. Hasil Penelitian Uji CE Meter
Gambar 2. Grafik Hasil Uji CE Meter Pada hasil pengujian peleburan logam menggunakan CE meter diperoleh temperatur awal saat dituang dalam cetakan 1221,60C, temperatur liquid
5
1122,10C bentuknya masih cair, temperatur solid 1120.0 0C dimana besi mulai padat namun masih berwarna merah hingga temperatur akhir 10600C dimana besi telah beku. 3.2. Sistem Saluran Perbandingan luas penampang system saluran: A stur: A ter: A sm = 1 : K : 1 Keterangan : K
:√
K
:√
K
: 3,1
n
: jumlah saluran masuk
Ditentukan akan menggunakan 24 ingate jadi perbandingan system saluran menjadi 3,1 : 1 : 1. a. Saluran turun (Astu) Astur Penampang saluran turun Dstu
=√
4 Astu
=√ = 5,04 cm2 = 50,4 mm2 b. Saluran terak Penampang saluran terak : Astr = =
m . 0,03
= 0,147 cm² = 14,7 mm2 6
c. Saluran masuk A'sm n.A sm
10.Asm: Asm =
22.6G t p h √
= 3,05cm2
=
= 0,30cm2 = 3 mm2
3.3. Hasil Coran Hasil coran cetakan permanen pada penuangan pertama
Gambar 4.2. Hasil coran pertama. Terdapat cacat pada Permukaan grinding cyl dikarenakan solar terbakar saat coran dituang ke dalan cetakan sehingga menimbulkan rongga diantara permukaan cetakan dan coran.
7
Hasil coran cetakan permanen pada penuangan kedua
Gambar 4.3. Hasil coran kedua Permukaan coran nempak lebih halus dibanding dengan gambar yang pertama dikarenakan solar sudah hilang terbakar pada penuangan yang pertama sehingga dalam proses penuangan berikutnya hanya tersisa lapisan carbon. 3.4. Pengujian Kekerasan
ATA S
D
D A L A M
C
A
L U A R
B
BAWA H di Uji Kekerasan (Rockwell) Gambar 3.Bagian yang
8
Tabel 4.1 Hasil pengujian kekerasan Rockwell.
No
Lokasi Uji A B C D
Rockwell (HRB)
1 2 3 4
Hasil Kekerasan (HRB)
HRB ( kgf )
91,27 90,03 96,66 92,28
100 100 100 100
100 80 60 40 20 0
Diagram bagian
A
B
C
D
91,27
90,03
96,66
92,28
Gambar 4.5.Diagram harga kekerasan Dilihat dari hasil pengujian pada tabel di atas dapat diketahui kekerasan yang beragam pada bagian A, B, C, dan D, didapat nilai kekerasan tertinggi berada pada titik C sebesar 96.66 HRB dan nilai kekerasan terendah berada pada titik A sebesar 91.27 HRB. Karena setiap titik atau bagian yang di uji mempunyai kandungan karbon yang berbeda-beda. Semakin tinggi kandungan karbon maka akan semakin tinggi tingkat kekerasannya serta mempengaruhi sifat fisis besi cor kelabu.
3.5. Hasil dan pembahasan foto micro Bagian yang diambil foto micro adala htitik dimana dilakukan uji kekerasan Rockwell untuk melihat sifat fisis pada kekerasan tertentu.
9
Foto microbagian A. A
B cementit
grafit cementit
grafit
cementit
cementit
cementit
cementit
cementit cementit
C
D cementit
grafit cementit
grafit
Gambar4.7.Hasil foto micro bagian A,B,C,D Dengan Pembesaran 200x. Dari hasil foto micro, Jika komposisi grafit lebih mendominasi maka besi cor kelabu akan lebih lunak dan sebaliknya jika cementit lebih mendominasi maka tingkat kekerasanya semakin meningkat. Dari bagian A,B,C,dan D yang paling memdominasi cementit adalah pada bagian C mempunyai nilai kekerasa 96,66 HRB. Dan pada bagia B yang paling mendominasi grafitnya yang mempunyai nilai kekerasan 90,03 HRB. 3.6. Komposisi Kimia Dari hasil pengujian komposisi kimia spesimen besi cor kelabu diperoleh hasil prosentase kandungan 20 unsur sebagai berikut: Tabel 4.3 Hasil Pengujian Komposisi Kimia Bagian Atas. Sampel Uji No
KandunganUnsur
Spesimen Uji Bagian Atas
Standart Deviasi
1
Fe 2
93.26
0.0907
2
C
3.06
0.0551
10
3
Si
1.80
0.0391
4
Mn 1
0.437
0.0052
5
P
0.113
0.0026
6
S
0.051
0.0019
7
Cr 1
0.096
0.0040
8
Mo
0.000
0.0000
9
Ni 1
0.061
0.0001
10
Al
0.009
0.0002
11
B
0.0018
0.0001
12
Co
0.000
0.0000
13
Cu
0.105
0.0078
14
Mg
0.006
0.0006
15
Nb
0.034
0.0002
16
Pb
0.0064
0.0004
17
Sn
0.009
0.0007
18
Ti
0.042
0.0014
19
V
0.000
0.0000
20
W
0.027
0.0002
4. PENUTUP Kesimpulan 1.
Berdasarkan perhitungan perbandingan sistem saluran didapatkan hasil penampang saluran turun 50,4 mm, penampang saluran terak 14,7 mm dan penampang saluran masuk 3 mm.
2.
Berdasarkan data hasil pengujian yang diperoleh dari CE meter diperoleh komposisi kimia kandungan karbon sebesar 4.00%, silicon sebesar 1.78% dan fospor sebesar 0%. Temperatur liquid 1122.10C, temperatur solid 1120.0 0C dimana besi mulai padat tetapi masih berwarna mera hingga temperatur akhir 10600C dimana besi telah beku.
11
3.
Dari hasil pengujian didapat nilai kekerasan pada titik A sebesar 91,27 HRB, B sebesar 90,03 HRB, C sebesar 96,66 HRB dan D 92,28 HRB.
4.
Pada pengujian komposisi kimia di dapat 20 unsur kandungan yang berbeda dan dapat diketahui jenis besi cor kelabu FC 150 karena terdapat kandungan C sebesar 3,06% dan Si sebesar 1.80%.
5.
Dari bagian A,B,C,dan D yang paling memdominasi cementit adalah pada bagian C mempunyai nilai kekerasa 96,66 HRB. Dan pada bagia B yang paling mendominasi grafitnya yang mempunyai nilai kekerasan 90,03 HRB.
6.
Berdasarkan hasil bercobaan penuangan coran kedalam cetakan permanen, didapatkan hasil permukaan coran yang kedua lebih bagus dari pada permukaan coran yang pertama.
Saran Dalam penelitian selanjutnya, penulis mempunyai beberapa saran yang dapat digunakan untuk proses pengembangan dan pembuatan besi cor kelabu pada cetakan permanen untuk pengembangan tapping awal, yaitu: 1. Melakukan study literatur tentang teknik pengecoran sebagai referensi pendukung. 2. Memperhatikan persiapan alat dan bahan guna mendapatkan waktu yang tepat dan hasil yang baik. 3. Saat proses penelitian berjalan koordinasi dalam tim sangatlah penting baik dalam pembuatan dokumentasi, pembuatan spesimen, dan proses pengujian spesimen, guna mendapatkan data yang akurat. 4. Memperhatikan tingkat kekerasan pada setiap titik yang di uji, karena penelitian ini berkosentrasi pada analisa kekerasan, begitu juga untuk pengujian yang lainnya. 5. Melakukan pengujian lebih dari satu kali atau berulang, guna untuk mendapatkan hasil yang lebih valid.
12
PERSANTUNAN Syukur Alhamdulillah penulis panjatkan kehadirat Allah SWT atas berkat dan rahmat-NYA sehingga penyusunan laporan penelitian ini dapat terselesaikan. Tugas Akhir berjudul “Perencanaan saluran masuk dan saluran turun serta pembuatan grinding cyl dengan material besi cor kelabu menggunakan cetakan permanen” dapat terselesaikan atas dukungan dari beberapa pihak.Untuk itu pada kesempatan ini, penulis dengan segala ketulusan dan keikhlasan hati ingin menyampaikan rasa terimakasih dan penghargaan yang sebesar-besarnya kepada: 1. Ir. Sri Sunarjono, MT., Ph.D., Dekan Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta. 2. Tri Widodo Besar Riyadi, ST., MSc., Ph.D., Ketua Jurusan Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Surakarta. 3. Agus Yulianto, ST, MT. Dosen pembimbing yang banyak memberikan ilmu, waktu, dorongan serta arahan dalam proses bimbingan sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhirini. 4. Supriyono, ST, MT, Ph.D. Dosen Pembimbing Akademik yang telah memberikan arahan, bimbingan serta motivasi selama masa kuliah. 5. Semua pihak yang telah membantu semoga Allah SWT membalas kebaikan kita semua.
DaftarPusataka bdan Syakura 20
“Proses Pengecoran Vakum dan Mikrostruktur Paduan”,
Skripsi S-1, Universitas Indonesia, Depok. Akbari M, Buhl S, Leinenbach
C, Spoleak R, Wagener K. Sebagian besar
komponen otomotif sangat tergantung pada fenomena pembekuan. Amanto, Hari, dan Daryanto. 1999. Ilmu Bahan, Jakarta: PT. Bumi Aksara.
13
ndre
Nainggolan
“Sejarah
Pengecoran
Logam”
2
Oktober
20
http://tugasmechanicalenginering.blogspot.com/2011/10/sejarahpengecoran-logam.html 02 Juni 2016./ 19:46 Arostead BH. Teknologi Mekanik Jilid 1 / Oleh : B.H Aorstead, Philip F. Ostwald, Myron L. Begeman : Contoh Contoh Gambar Mikro. ASM,
Metals
Handbook
Volume
4
Forming,
ASM
Handbook
Committe,America1991. De Garmo, E. Paul, 1981. Material and Processes In Manufacturing, edisi keempat, Erlangga, Jakarta. Dieter, G. E dan Sriati Djaprie, 1993, Metalurgi Mekanik, Jilid 1, Edisi Ketiga, PT. Erlangga, Jakarta. Doru M. Stefanescu The Ohio State University, Colombus, Ohio, USA2005. Dunia
Erie
“Be i
Cor
Kelabu”
July
20 0
http://mantantukanginsinyur.blogspot.co.id/2010/07/19/besi-corkelabu.html 14 Juli 2016./ 17:03 Muryanto 20
“Pengaruh Quench Dan Tempering Terhadap Sifat Fisis Dan
Mekanis Baja Hadfield Hasil Pengecoran PT. Baja Kurnia”, TugasAkhir S-1, UMS, Surakarta. Nanda
Chorul
“Pengaruh
Preheating”
5
Januari
2005
http://nandachoirul.blogspot.co.id/2014/10/proses-pengecoran-bagian-1gating-system.html 23 Juli 2016./ 19:22 Smallman, R.E. 1985. Modern Physical Metallurgy, fourth edition. Stefane cu Doru M B Juli 2007 “Modeling Of Cast Iron Solidification” Tata McGraw Hill, 7 West Patel Nagar, New Delhi 110 008. Suherman.W, 1987. Pengetahuan Bahan, Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya. Surdia, Tata. MS. Dan Saito, Shinroku. 1995. Pengetahuan Bahan Teknik. Cetakan ke-3. PT. Prandnya Paramita, Jakarta. Van Vlark, L. H. Dan Sriati Djaprie 1994, Ilmu dan Teknologi Bahan, Edisi Kelima, PT. Erlangga, Jakarta. Yudianto, 2009, Perancangan coran, Politeknik Manufaktur Bandung, Bandung.
14
