Outline: JUDUL LATAR BELAKANG RUMUSAN MASALAH BATASAN MASALAH TUJUAN PERANCANGAN METODOLOGI PERANCANGAN SPESIFIKASI PRODUK DAN SPESIFIKASI MESIN PERENCANAAN JUMLAH CAVITY DIMENSI SISTEM SALURAN PERHITUNGAN TEKANAN INJEKSI DAN GAYA PENCEKAMAN PENDINGINAN CETAKAN DAN WAKTU SIKLUS PENENTUAN LOKASI GATE ESTIMASI BIAYA PRODUKSI KESIMPULAN
Tugas Akhir Perancangan Cetakan Bagasi Sepeda Motor (Honda) Untuk Proses Injection Molding Oleh : FIRMAN WAHYUDI 2105 109 618 Dosen Pembimbing : Prof. Dr. Ing. I Made Londen Batan, M.Eng
Latar Belakang Adanya keinginan masyarakat yang menjadikan sepeda motor sebagai alternatif sarana angkut barang, sehingga masyarakat meminta kepada Astra Otoparts untuk memproduksi bagasi sepeda motor. Dan selama ini cetakan belum dibuat, sehingga Astra Otopart berkeinginan untuk membuat cetakan dan memproduksinya sendiri.
Gambar bagasi sepeda motor yang dirancang
RUMUSAN MASALAH Bagaimana merancang sebuah unit cetakan injeksi,sehingga produk yang dihasilkan sesuai dengan spesifikasi yang ditetapkan.
BATASAN MASALAH Produk yang dibuat bagasi sepeda motor. Material yang digunakan Polypropilene (PP-7533 Taiwan PP )
:
Software perancangan dan simulasi dengan Mechanical Desktop dan Mold Flow Plastic Insight 5.0. Spesifikasi mesin cetakan injeksi: Mitsubhisi Met III. Tidak dilakukan optimasi parameter proses.
TUJUAN PERANCANGAN
Merancang komponen – komponen utama injection mold: nozzle, runner, sprue dan gate. Menggambar hasil perancangan dalam bentuk gambar kerja. Menghitung estimasi biaya untuk proses pembuatan bagasi sepeda motor.
METODOLOGI PERANCANGAN
SPESIFIKASI PRODUK Material Produk: Polypropilene Taiwan PP -7533
Luas proyeksi 1223,8 cm2 Volume cavity 987,08 cm3 Massa cavity 742,74 g
Spesifikasi Mesin Injeksi Max. injection speed 8.27 psi Max. injection pressure 24157 psi Max. holding pressure 21315 psi Clamping force 300 US ton Clamping stroke 23.62 in Tir-bar clearance (HxV) 28.74 x 28.74 (in)
PERENCANAAN JUMLAH CAVITY Berdasarkan gaya pencekaman (Fc) N = 1.6 x 10-2 cavity Berdasarkan kapasitas injeksi maks. N = 7.21 x 10 -2 cavity Berdasarkan kapasitas injeksi min.
N = 2.88. x 10 -1 cavity
Berdasarkan laju aliran plastik.
N = 1.5 cavity
Dari hasil perhitungan jumlah cavity, dapat disimpulkan: dalam sekali injeksi = 1 cavity
DIMENSI SISTEM SALURAN dS = 6.5 mm A = 2o L = 60 mm DF = 8.5 mm
sprue
runner
W 4 742,74 4 x 106,25 x L D= 3 , 7 3,7 D = 23, 6 mm ≈ 24 mm
D=
Ag = Pin point gate
742.4 0.7525.2778,6.6.53
Ag = 5.4 x10 − 2 cm 2 = 5.4mm 2
D = 2.6mm = 3mm
HASIL PERHITUNGAN TEKANAN INJEKSI Penurunan Tekanan Injeksi Saluran Sprue = 14.43 MPa ≈ 14.5 Mpa Runner = 0,12 MPa Gate = 0,0014 MPa Tekanan Isi Spesifik pada Cavity Flow path (FP) = 23.62603 cm Tekanan isi spesifik Pi = 15.967 Mpa Jadi, tekanan injeksi = 30.58 MPa
Gaya injeksi = 3.74 kN Gaya pencekaman minimum = 4.114 kN Sedangkan, Gaya pencekaman mesin maksimum = 2668.9 kN Sehingga, kemampuan mesin memenuhi.
PENDINGINAN CETAKAN Waktu pendinginan = 26 detik Laju aliran cairan pendingin = 5.55x10-4 m3 / s Diameter maksimum saluran pendingin = 17 mm Waktu gerak cetakan, Gerak cetakan membuka = 0,4 detik Gerak cetakan menutup = 0,34 detik
Waktu pendinginan = 26 detik Waktu injeksi. Waktu injeksi sebenarnya = 3.53 detik Holding time = 6.5 detik
Waktu pengeluaran produk = 0,893 detik Jadi, total waktu siklus sebesar 34,163 detik
Penentuan Lokasi Gate
Dengan menggunakan 2 gate (uniform flow length),
ESTIMASI BIAYA PRODUKSI Biaya produksi cavity = Rp. 4.087.750 ,Biaya produksi base mold = Rp. 36.000.000 ,Biaya produksi komponen pendukung =Rp. 47.821.937,00Total Biaya Produksi Cetakan = Rp. 87.909.687,-
KESIMPULAN Dari hasil perancangan dapat diperoleh: 1. Jumlah cavity untuk kemampuan mesin adalah 1 cavity 2. Ukuran base mold 596 mm x 446 mm x 324 mm. 3. Untuk dimensi saluran: - sprue : ds = 6,5 mm ; df = 8.5 mm ; L = 59,91 mm (diambil dari catalog standard) -runner : penampang lingkaran, D = 24 mm -gate : pin point gate 2.6 mm≈ diameter = 3mm 4. Parameter proses yang didapatkan dari hasil perhitungan adalah: Mold Temperature : 57 oC Melt Temperature : 232 oC Injection time : 3,53 s Maximum Injection Pressure : 160 Mpa 5. Jumlah biaya untuk proses pembuatan :Rp. 87.909.687
Demikian dan Terima Kasih Mohon Kritik dan Saran
☻
PERHITUNGAN JUMLAH CAVITY Berdasarkan gaya pencekaman (Fc) N =
10. f .Fc A.Pinj
10.1,3.2668.9kN −2 = 1 . 6 x 10 cavity 2 2 1223,868cm .1698,4 kgf / cm Vs N = 0.2. 349,04 N = 7.21x10− 02 Berdasarkan kapasitas injeksi maks.N = 0.2. 967,65 Vp N=
Berdasarkan kapasitas injeksi min. N = 0,8 Vs N = 0.8. 349,04 N = 2,88 x10− 01 967,65 Vp Berdasarkan laju aliran t evel .R p 23,6 x172 n = = 1,5cavity n = 4 4 plastik. 3 , 6 x 967 , 65 x 0 , 75252 3,6V .ρ p
m
[ Menges-Mohren, 1986]:
Grow From
Hasil simulasi Grow from merupakan visualisasi dari proses pengisian cairan plastik yang terjadi melalui masing-masing gate. Bahwa proses pengisian dimulai dari warna biru kemudian dilanjutkan warna merah. Meski menggunakan balancing gate, daerah yang lebih dulu terisi merupakan warna biru.
Fill Time
Hasil simulasi fill time menunjukkan waktu yang dibutuhkan cairan plastik untuk mengisi semua rongga cavity dari sprue hingga produk. Pengisian paling awal dimulai dari warna biru, sedangkan akhir dari proses pengisian ditunjukkan dengan warna merah. Dari gambar dapat diketahui waktu yang dibutuhkan untuk mengisi semua komponen saluran ialah 4.032 detik
Temperature at Flow Front
Hasil simulasi temperature at flow front menunjukkan tingginya temperatur cairan plastik ketika mencapai titik atau area tertentu pada rongga cavity. Untuk menghindari terjadinya cacat hesitasi, maka selisih temperatur ketika cairan plastik masuk rongga cavity dan akhir dari proses injeksi tidak boleh lebih dari 5 oC. Selisih perubahan temperatur yang tinggi menunjukkan bahwa waktu injeksi sangat lamban. Dari gambar menunjukkan temperatur cairan plastik ketika memasuki sprue ialah sebesar 232.3 oC. Sedangkan aliran plastic yang melalui sprue tetap berkisar 232.3 oC
Bulk Temperature
Hasil dari simulasi bulk temperature menunjukkan besarnya temperatur rata-rata ketika cairan plastik melewati ketebalan tertentu. Dari gambar dapat dilihat pada runner berwarna kuning mendekati merah dengan temperatur 184.3 oC. Hal ini terjadi karena terjadi penyempitan pada runner menuju gate, sehingga terjadi gesekan yang besar yang menyebabkan peningkatan temperatur sesaat. Sedangkan pada produk didominasi warna biru, yang menunjukkan temperatur 57 oC. Dikuatirkan akan terjadi short shot pada cavity.
Pressure
Hasil dari simulasi pressure menunjukkan distribusi tekanan pada tahap akhir proses pengisian. Tekanan merupakan energi yang digunakan untuk mendorong cairan plastik menuju rongga cavity melalui sistem saluran. Pada menunjukkan bahwa distribusi tekanan merata pada produk yang menunjukkan warna biru muda pada ujung produk. Tekanan pada ujung produk merupakan tekanan yang paling rendah.. Tekanan yang diperlukan untuk mengisi agar cavity terisi secara penuh adalah 75 Mpa.
Orientation at skin
Hasil dari simulasi orientation at skin menunjukkan arah orientasi dari molekul cairan plastik yang tampak pada bagian terluar produk. Arah orientasi yang sama akan menghasilkan permukaan produk yang baik. Apabila terjadi perbedaan arah orientasi yang cukup besar, maka dapat menyebabkan terjadinya penyusutan yang tidak seragam. Disamping itu, area bertemunya arah orientasi yang berbeda akan menimbulkan cacat weldline. Tampak bahwa arah orientasi seragam dari in gate menuju daerah terluar produk, akan tetapi ada area yang memungkinkan bertemunya dua arah orientasi yang berbeda sehingga menyebabkan weld lines.
Weld line
Weld lines dapat terjadi ketika bertemunya dua atau lebih arah aliran cairan plastik. Bertemunya dua atau lebih arah aliran cairan plastik dapat disebabkan karena beberapa hal, diantaranya ialah adanya lubang pada produk, lokasi in gate yang lebih dari satu, atau adanya ketebalan produk yang tidak merata. Dari gambar menunjukkan adanya kemungkinan cacat weld lines yang terjadi pada produk. Hal ini terjadi karena pada produk terdapat lubang dan adanya dua penempatan lokasi in gate.
Air Traps
Hasil simulasi air traps merupakan visualisasi adanya udara terjebak dalam proses injeksi. Terjadinya udara terjebak dapat ditimbulkan karena kecepatan aliran dan tekanan yang terlalu tinggi, sehingga udara tidak sempat keluar dari rongga, serta holding pressure yang terlalu cepat. Adanya air traps dapat mengakibatkan burn marks dan short shot. Untuk menghindari cacat ini, maka perlu diletakkan venting atau celah sebagai tempat mengalirnya udara.
Time to Freeze
Hasil simulasi time to freeze menunjukkan waku yang dibutuhkan untuk mendinginkan cairan plastik menjadi padat, yaitu waktu setelah proses injeksi selesai hingga mencapai temperatur pengeluaran produk. Dari gambar 5.9 dapat terlihat waktu yang dibutuhkan untuk pendinginan adalah 768.8 detik
Flow rate
Hasil simulasi circuit flow rate menunjukkan besarnya debit aliran air ketika melewati saluran pendingin. Gambar 5.11 menunjukkan debit aliran air yang konstan, yaitu sebesar 3860.8 cm3 /sec.
Penurunan Tekanan Pada Sprue ∆ P_ sprue
∆ P_ sprue
1 3+ Q 2kL n = R π R3
n
=14.5 MPa + 0.12 Mpa + 0,0014 Mpa
1 m3 + 3 x 0 , 000349044 0,378 s 2.x5,3 x103.Pa.sx 0,099m = 0,003115m 3,14 x0,003115m 3 = 14.43 MPa ≈ 14.5 MPa
0 , 378
n
1 3+ Q 2kL n ∆ P_ runner = R π R3 0 , 378 1 m3 x0,000349044 3+ 0,378 s 2 x5,3 x10 3.Pa.sx 0,2125m ∆ P_ runner = 0,024m 3,14 x0,024m 3 ∆ P_ runner = 0,1114006341MPa ≈ 0,12 MPa
Penurunan Tekanan Pada Gate ∆ P_ gate ∆ P_ gate
Pmin = Pi + ΔP = 16.2 MPa + 14.62 MPa = 30.82 MPa
Gaya pencekaman
Penurunan Tekanan Pada Runner
1 m3 3 + x 0 , 000349044 2 x5,3x103.Pa.sx0,001m 0,378 s = 0,004m 3,14 x0,004m3 ≈ = 0,00131577 MPa 0,0014 MPa
=14.62 MPa
0 , 378
Fi = Ptot x A Fi= 30.58 MPa x 0,1224 m2 = 3.74 kN Fc= Fi (1 + 10%) = 4.114 kN < 150 US Ton = 23,250 kN
Perhitungan Waktu Pendinginan Cetakan
Laju Aliran Fluida Pendingin Qlines Vcoolant = ∆ Tcoolant .ρ coolant .C Pcoolant
2 8 Tm − Tw S max 2 . ln 2 π λ p π Te − Tw
tc =
Vcoolant =
(0,003) 2 8 232 − 40 tc = 2 ln 2. −7 π 0,67.10 63 − 40 π
Vcoolant = 5.55 x10 − 4 m3 / s
tc = 13,61x ln 6,76
Gerak cetakan membuka L 40 tbb = = 0,4 det ik
tc = 26 det ik
Vbb
Laju Perpindahan Panas Yang Diperlukan
tbt =
= M produk. Cp . ( T melt – T eject )
Q molding Q molding
J = 0,74274 kg x 2890 0 kg . C
QCooling
Qmolding
x (232 C - 63 C) 0
0
TC
362761,64 J = 26Sec
QCooling = 13952,3W
Qlines =
40 = 0,34 det ik 116,67
ti = ti * + t h ti* =
Qlines =
100
Waktu penginjeksian
= 362761,64 J
QCooling =
2325.3W 1 C.1000kg / m 2 .4187 J / kg 0C 0
Qcooling nlines 13952,3W 6
Qlines = 2325.3W =0.5554 kcal/det
ti* =
Vp •
0,8 x Q me sin 987 0,8 x 349.0445
= 3,53 detik
ti = 3,53 detik + 3 detik = 6,53 detik
