RANCANG BANGUN DAN ANALISA SISTEM SALURAN TERHADAP CACAT PENGECORAN PADA BLOK SILINDER (CYLINDER BLOCK) FCD 450 DENGAN MENGGUNAKAN PASIR CETAK KERING
Oleh: Agung Tri Hatmoko 2111 105 017
Dosen Pembimbing: Dr. Ir. Soeharto, DEA
JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER SURABAYA
Latar Belakang Kenaikan penjualan mobil di indonesia sampai september 2013 meninggkat sampai 11% menjadi 908.322
http://otomotif.kompas.com/read/2013/10/ 09/10124/Sampai.September.Penjualan.M obil.di.Indonesia.Naik.11.Persen
Pemerintah menanggulangi hal tersebut dengan mobil nasional
Latar Belakang ITS + Kemen Ristek
Bahan blok silinder FCD 450
Sehingga meminimalkan cacat coran yang terjadi
Menggunakan variasi jumlah saluran masuk
Rumusan Masalah Permasalahan yang akan dibahas dalam penelitian ini adalah bagaimana pengaruh jumlah saluran masuk terhadap cacat pada produk blok silinder dan bagaimana mengatasi cacat coran tersebut.
Tujuan Penelitian Mempelajari pengaruh jumlah saluran masuk terhadap adanya cacat pada produk blok silinder.
BATASAN MASALAH 1.
• Pasir cetak yang dipakai memiliki komposisi dan permeabilitas yang seragam (homogen).
2.
• Sistem saluran yang digunakan adalah Vertical Gating System dan dianggap sistem saluran sudah ideal.
3.
• Gaya gesek selama logam cair mengalir melalui saluran dan rongga cetakan dianggap konstan.
4
• Temperatur cair dari FCD 450 yang digunakan di dalam eksperimen dianggap sama dan konstan.
5 6
• Logam cair dianggap sebagai Newtonian Fluid. • Komposisi campuran pasir cetak yang dipakai dianggap ideal.
Manfaat Penelitian
1
• Mengembangkan industri otomotif terutama pada proses pembuatan produk blok silinder sehingga dapat menghasilkan benda coran yang berkualitas baik.
2
• Mengembangkan teori dan teknologi gatting system yang diaplikasikan pada industri lainnya.
Dasar Teori Blok Silinder • Blok silinder adalah bagian terpenting dari kendaraan.
• Bahan : Cast iron (besi tuang) atau almunium mengurangi berat dan menambah panas radiasi. • Terdapat lubang silinder yang diberi lapisan khusus (cylinder liner) mengurangi keausan silinder, karena gesekan naik turunnya torak atau piston. .
Dasar Teori Bahan FCD
Dasar Teori Bahan FCD 450
Blok silinder menggunakan bahan FCD 450, karena : • Sifat mekanik mampu tarik 450 N/mm2 digunakan untuk kekuatan tinggi. • Elongasi sampai 10% untuk produk-produk yang mendapatkan beban impak atau tekuk yang tinggi.
• Kekerasan 143-217 HB untuk menahan beban identasi atau penetrasi (penekanan) yang tinggi.
Dasar Teori
POLA
Pola tunggal
Pola penggeret
Pola Belahan Banyak
Pola plat dan drag
Pola belahan
Dasar Teori Tambahan Penyusutan Tambahan Penyusutan
Bahan
8/1.000
Besi cor, baja cor tipis
9/1.000
Besi cor, baja cor tipis yang bnyak menyusut
10/1.000
Sama dengan atas dan aluminium
12/1.000
Paduan aluminium, brons, baja cor (tebal 5-7 mm)
14/1.000
Kuningan kekuatan tinggi, baja cor
16/1.000
Baja cor (tebal dari 10 mm)
20/1.000
Coran baja yang besar
25/1.000
Coran baja besar dan tebal
Dasar Teori Tambahan Penyelesaian Machining
Dasar Teori Penambahan Kemiringan
Pola logam membutuhkan kemiringan 1/200, pola kayu membutuhkan 1/30 sampai 1/200
Dasar Teori Penambah (riser) adalah sebagai penyimpan logam cair untuk mengimbangi penyusutan dalam proses pembekuan logam dari coran.
Penambah atas
Penambah samping
Penambah buta
Dasar Teori Pasir cetak Pasir Cetak Basah
• Sifat pasir berkaitan kemudahan dalam pembuatan cetakan. • Dipengaruhi bahan pengikat dan kadar air yang terkandung di dalamnya. • Pengaruh kadar air yang cukup dapat mempengaruhi kekuatan cetakan
Dasar Teori Pasir Cetak Kering • Sifat pasir cetak kering berkitan dengan kekuatan pasir cetak setelah cetakan dikeringkan. • Dipengaruhi bahan pengeras dan kadar air yang terkandung di dalamnya • Kadar air dikurangi dengan dipanaskan dengan api.
Dasar Teori Sistem Saluran Berdasarkan American Foundrymen’s Society (AFS) 1. Sistem saluran tanpa tekanan perbandingan S:R:G 1 : 4 :4
2. Menggunakan tapered sprue, small down sprue dengan bottom sprue area berfungsi sebagai choke 3. Menggunakan cawan tuang. 4. Sprue Base Menyerap energi kinetik yang jatuh dari saluran turun.
5. Runner di drag dan sprue di cup. 6. Runner extension digunakan untuk menjerat kotoran
Dasar Teori Sistem Saluran Horizontal
a. Cawang tuang (pouring basin) b. Saluran turun (sprue) c. Saringan (sprue basin) d. Pengalir (drag runner) e. Saluran masuk (cope ingate) f. Pengalir tambahan (runner extension)
Sistem Saluran Vertikal Step Gating Perancangan Step Gate yang menggambarkan pola aliran tidak baik
Perancangan Step Gate yang menggambarkan pola aliran baik
Dasar Teori Sistem Saluran Vertikal
Bottom Gating Perancangan Bottom Gate yang menggambarkan pola aliran baik
Sering digunakan untuk pengecoran baja meminimumkan erosi pada cetakan dan inti
Dasar Teori Perhitungan Sistim Saluran
Waktu tuang (sec) K1 W
AT
H (tinggi efektif)
AB
Choke Area = A1 Well Area = 5xA1 Runner depth = d
Runner Area
= 4 x AB
Gate Area
= 4 x AB
Gate area
Runner area
Well depth = 2d
Dasar Teori Macam-Macam Cacat Coran 1) Retakan
2) Porositas Porositas
• Terjadi akibat tegangan sisa yang diakibatkan adanya pendinginan tak seimbang pada penyusutan.
Udara yang terjebak pada benda coran
Dasar Teori 3)Penyusutan (Shrinkage) 4)Inklusi Terak shrinkage
Terjadi karena perubahan fase dari material cair menjadi padat
Terjadi karena Reaksi kimia selama peleburan, penuangan atau pembekuan
Dasar Teori 5)Inklusi Pasir
Terjadi karena pasir terbawa dalam coran dan cacat terjadi pada permukaan atau didalam coran
6)Lubang Jarum (pin hole)
Cacat dimana benda coran terdapat lubang sangat kecil dan berbentuk seperti bekas tusukan jarum.
PENELITIAN TERDAHULU Muhamad Nur Harfianto [1], judul, PENGARUH JUMLAH SALURAN MASUK TERHADAP CACAT CORAN PADA PEMBUATAN POROS ENGKOL (CRANKSHAFT) FCD 600 MENGGUNAKAN PENGECORAN PASIR, 2013
Pada penelitian ini hasil didapatkan adalah 1 saluran masuk lebih baik dibandingkan 2 saluran masuk
METODOLOGI
Flow Chart Percobaan Mulai Studi Literarur
Perumusan Masalah
1.Perencanaan dan Pembuatan Sistem Saluran 2.Pembuatan Pola dan Rangka Cetak 3.Pembuatan Cetakan 4.Persiapan Alat dan Bahan FCD 450
Sistem saluran 6 gate
Sistem saluran 4 gate
Proses Pengecoran
A
METODOLOGI A
Hasil Pengecoran Pengamatan Cacat Secara Visual dan NDT - Penyusutan - Porositas - Crack - Inklusi Terak dll
Analisa Data - Penyusutan - Porositas - Crack - Inklusi Terak dll
Kesimpulan dan Saran
Selesai
Perancangan Sistim Saluran 4 Saluran Masuk
6 Saluran Masuk
Peralatan Pembuatan Pola
Sand grinder
Cutting machine
Jig saw
Mesin bubut
Pembuatan Pola
Pola Awal
• Dimensi diambil dari gambar ditambah dengan toleransi penyusutan. • Mengunakan triplek yang dilapisi dempul
Pola Negatif
• Menuang campuran epoxy pada bagian – bagian pola awal • Ditutup triplek dan dibiarkan 24 jam
Pola Positif
• Menata kembali pola negatif dan dituangi campuran epoxy • Ditunggu 24 jam
Pembuatan Pola Inti Pola negatif • Dimensi diambil dari bagian dalam blok silinder • Ditambah toleransi penyusutan, permesinan dan kemiringan
Kotak Inti • Membelah inti negatif
Cara Pembelahan inti negatif
• Menentukan garis pembelahan • Disekat kayu (didapatkan 2 belahan) • Bagian pertama dituang campuran epoxy • Setelah 24 jam triplek pemisah dilepas dan bagian kedua dituang campuran epoxy
Pembuatan Pola Inti
Contoh gambar pembelahan pada pola inti: a. Pola negatif b. Pola negatif yang dibelah c. Pola negatif yang akan dituang campuran epoxy d. Hasil
Peralatan Pembuatan Cetakan Dan Bahan Coran
Pasir Cetak Kering
Tungku peleburan
Alat tumbuk & spatula
Bahan baku FCD 450
Metode Pengamatan dan Pengukuran Cacat 1) Secara Visual
Cacat pergeseran
Cacat flash
Micrometer
Jangka sorong
2) Liquid Penetran
Cleaner, developer, penetrant
Cacat retak permukaan
Langkah kerja
PERHITUNGAN SISTIM SALURAN Material : - Jenis material logam = FCD 450 - Berat Jenis () = 6.97 gr/cm3 = 0.251 lb/in3 - T melt (FCD 450) = 1349o C - Tensile strenght = 450 N/mm2 - Yield strenght = 280 N/mm2 - Hardness = 192-269 HB Bentuk dan ukuran blok silinder: - Berat blok silinder FCD - Volume blok silinder FCD - Berat total coran (w)
= 23,5 Kg 23500 gr 3 3371 , 59 cm = 6,97 gr / cm 3 = 23,5 kg + 7,05 kg = 30,55 kg = 30550 gr = 67.35 lb
Dimana : 7,05 kg berat total sistem saluran yang didapat dari perhitungan (30% dari berat benda blok silinder).
a) Waktu tuang Dengan nilai konstanta, K1 = 1.8 t = K1 . W = 1.8. 67,35lb = 14,7 sekon b) Choke area Dimana pada perhitungan choke area ini menggunakan 2 sistem effective sprue height Maka : 1. Top Gating
Diketahui :
d = ρ = 6,97 gr/cm3 c = 22,8 cm g = 981 cm/s2 h = 9,8 cm = 98 mm (panjang saluran turun)
H h 98mm
2) Bottom gating Diketahui :
H
h
c 2
228mm 114mm
d = ρ = 6,97 gr/cm3 c = 22,8 cm g = 981 cm/s2 h = 22,8 cm = 228 mm (panjang saluran turun)
228mm 2
Maka untuk mencari H seluruhnya : Htotal = 98 mm + 114 mm = 212 mm
AB =
w d .t.c. 2.g.H AB =
30550 (6,97).(14,7).(0,47). 2.(981).(212)
AB = 0,984 cm2 = 98,4 mm2 x 1,5 = 147,6 mm2 (D = 13,71 mm ) Dimana : 1,5 faktor keamanan (Hasil teortis sangat kecil)
a) Area of the Top of Sprue (AT)
H b Dengan H = 212 mm , b = 20 mm
AT = AB
AT = 147,6 212 20
AT = 396,61 mm2 x 1,5 = 480,55 mm2 (D = 24,74 mm )
= 4 x AB = 4 x 147,6 = 590,4 mm2 x 1,5 = 885,6 mm2 G1 = G2 = Gate area : 4 = 885,6 mm2: 2 = 221,4 mm2 (TG1=TG2= 14,3 mm, LG1=LG2= 15,5 mm Gate Area
d) Well Base Area Well Base = 5 x AB = 5 x 147,6 = 738 mm2 x 1,5 = 1107 mm2 ( D = 18,78 mm ) d) Well Depth Well Depth
= 2 x Kedalaman runner = 2 x 14,3 = 28,6 mm
PERHITUNGAN PENAMBAH (RISER) a). Menentukan nilai modulus (C%) C% = 14% untuk natural feeder yang lainnya. b). Menentukan nilai shrinkage pada paduan yang akan dicor (S%). S% = 3,4% merujuk pada gambar 2.30 menggunakan material FCD 450 dengan komposisi 3,18% C, 2,64% Si, 0,475% Mn, 0,025% P dan 0,008% S. c). Memperkirakan berat logam cair yang ada di dalam riser (WF). Pada perhitungan sistem saluran didapatkan berat benda yg akan di cor (WC) adalah : WC = 30,55 kg Maka, dengan perhitungan akan didapatkan berat logam cair yang ada di dalam riser (WF). 100 Si% C % 100 100 3,4% WF = 30,55 kg 14% 100
WF = WC
WF = 7,41 kg WF = 7410 gr
Casting modulus
Prosentase penyusutan
PROSES PEMBUATAN CETAKAN Pembuatan cetakan bagian samping
Pencampuran pasir cetak
Hasil Pelepasan Rangka
Memasang kerangka cetak dan penaburan bubuk pelapis
Pelepasan Rangka cetak
Pengisian pasir cetak
Penumbukan
Cetakan Bagian Atas
Pemasangan Sistem Saluran
Pembuatan gate
Pengisian pasir cetak
Pelepasan saluran dan pemerataan pasir
Pembuatan inti
Penaburan bubuk pelapis
Proses Penumbukan
Pelepasan inti
Pemasangan Cetakan
Pelapisan Cetakan
Pemasangan Cetakan
Hasil Pemasangan Semua bagian Cetakan
PROSES PENGECORAN
Bahan Baku hasil sisa coran
Tungku peleburan induksi
Penuangan logam cair dari tanur
Hasil setelah dituang
Penuangan logam cair ke cetakan
PEMERIKSAAN CACAT HASIL PENGECORAN
Prototipe 1 adalah hasil coran pada sistem empat saluran masuk menggunakan riser dan ventilasi. Prototipe 2 adalah hasil coran pada sistem enam saluran masuk menggunakan riser dan ventilasi.
S1 Teknik Mesin FTI-ITS
Prototipe 1
Hasil coran prototipe 1 sebelum proses machining
Hasil liquid penetrant prototipe 1
Hasil coran prototipe 1 setelah proses machining
Prototipe 2
Hasil coran prototipe 2 sebelum proses machining
Hasil liquid penetrant prototipe 2
Hasil coran prototipe 2 setelah proses machining
ANALISA CACAT Sebelum Machining
CACAT Shringkage
Salah alir Prototipe 1
Inklusi Pasir
POSISI II, III
I
IV
PENYEBAB 1) Pembekuan terakhir
2) Variasi luas penampang 1) Coran terlalu tipis 2) Sistim saluran yang jelek 3) Sistim penambah yang tidak sempurna 1) Kurangnya hardener 2) Catakan kurang padat 1) Udara terjebak
Rongga udara
II,III
2) Pergeseran sistem saluran 3) Dinding cetakan basah
Porositas
-
-
Sesudah Machining CACAT Shringkage
POSISI -
PENYEBAB
Salah alir
-
-
Inklusi Pasir
I,II,IV
1) Kurangnya hardener 2) Catakan kurang padat
Prototipe 1
1) Udara terjebak Rongga udara
I, II
2) Pergeseran sistem saluran 3) Dinding cetakan basah
Porositas
-
-
PROTOTIPE 2 Sebelum Machining
Prototipe 1
CACAT
POSISI
PENYEBAB 1) Pembekuan terakhir
Shringkage
I
Salah alir
-
-
Inklusi Pasir
-
-
Rongga udara
-
-
Porositas
-
-
2) Variasi luas penampang
PROTOTIPE 2 Sesudah Machining
Prototipe 2
CACAT
POSISI
PENYEBAB
Shringkage
-
-
Salah alir
-
-
Inklusi Pasir
-
-
Rongga udara
-
-
Salah pola
I, II, III
1) Pemasangan miring
inti
yang
4 4
3
3
2 1 0
prototipe 1 prototipe 2
2 Prototipe 1 1
Prototipe 2
0
Histogram jumlah cacat sebelum proses machining
Histogram jumlah cacat setelah proses machining
KESIMPULAN 1. Sistem empat saluran masuk lebih banyak terdapat cacat penyusutan, dibandingkan dengan enam saluran masuk. 2. Penambahan saluran masuk disini dapat mengatasi cacat yang berupa misrun pada sistem empat saluran masuk. 3. Setelah dilakukanya NDT dengan metode liquid penetrant terdapat cacat surface crack yang paling banyak terdapat pada hasil coran dengan sistem empat saluran masuk.
SARAN Perlu mempertimbangkan variabel-variabel yang mempengaruhi hasil coran dimana dijadikan batasan masalah pada penelitian. Semakin banyak produk hasil coran dan proses machining pada setiap coran, maka hasil analisa dan pembahasan akan lebih akurat.
