RANCANG BANGUN DAN ANALISA SISTEM SALURAN TERHADAP CACAT PENGECORAN PADA BLOK SILINDER (CYLINDER BLOCK) FCD 450 DENGAN MENGGUNAKAN PASIR CETAK KERING

Transkripsi

1 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 Dosen Pembimbing: Dr. Ir. Soeharto, DEA JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER SURABAYA

2 Latar Belakang Kenaikan penjualan mobil di indonesia sampai september 2013 meninggkat sampai 11% menjadi /10124/Sampai.September.Penjualan.M obil.di.indonesia.naik.11.persen Pemerintah menanggulangi hal tersebut dengan mobil nasional

3 Latar Belakang ITS + Kemen Ristek Bahan blok silinder FCD 450 Menggunakan variasi jumlah saluran masuk Sehingga meminimalkan cacat coran yang terjadi

4 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.

5 Tujuan Penelitian Mempelajari pengaruh jumlah saluran masuk terhadap adanya cacat pada produk blok silinder.

6 BATASAN MASALAH Pasir cetak yang dipakai memiliki komposisi dan permeabilitas yang seragam (homogen). Sistem saluran yang digunakan adalah Vertical Gating System dan dianggap sistem saluran sudah ideal. Gaya gesek selama logam cair mengalir melalui saluran dan rongga cetakan dianggap konstan. Temperatur cair dari FCD 450 yang digunakan di dalam eksperimen dianggap sama dan konstan. Logam cair dianggap sebagai Newtonian Fluid. 6 Komposisi campuran pasir cetak yang dipakai dianggap ideal.

7 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.

8 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..

9 Bahan FCD Dasar Teori

10 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 HB untuk menahan beban identasi atau penetrasi (penekanan) yang tinggi.

11 POLA Dasar Teori Pola tunggal Pola penggeret Pola Belahan Banyak Pola plat dan drag Pola belahan

12 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

13 Tambahan Penyelesaian Machining Dasar Teori

14 Dasar Teori Penambahan Kemiringan Pola logam membutuhkan kemiringan 1/200, pola kayu membutuhkan 1/30 sampai 1/200

15 Dasar Teori Penambah (riser) adalah sebagai penyimpan logam cair untuk mengimbangi penyusutan dalam proses pembekuan logam dari coran. Penambah atas Penambah samping Penambah buta

16 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

17 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.

18 6. Runner extension digunakan untuk menjerat kotoran Sistem Saluran Dasar Teori 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.

19 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)

20 Sistem Saluran Vertikal Step Gating Perancangan Step Gate yang menggambarkan pola aliran tidak baik Perancangan Step Gate yang menggambarkan pola aliran baik

21 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

22 Dasar Teori Perhitungan Sistim Saluran Waktu tuang (sec) K1 W A T H (tinggi efektif) A B

23 Choke Area = A1 Well Area = 5xA1 Runner depth = d Runner Area Gate Area = 4 x A B = 4 x A B Well depth = 2d Gate area Runner area

24 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

25 Dasar Teori 3)Penyusutan (Shrinkage) shrinkage 4)Inklusi Terak Terjadi karena perubahan fase dari material cair menjadi padat Terjadi karena Reaksi kimia selama peleburan, penuangan atau pembekuan

26 Dasar Teori 5)Inklusi Pasir 6)Lubang Jarum (pin hole) Terjadi karena pasir terbawa dalam coran dan cacat terjadi pada permukaan atau didalam coran Cacat dimana benda coran terdapat lubang sangat kecil dan berbentuk seperti bekas tusukan jarum.

27 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

28 Flow Chart Percobaan METODOLOGI 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 4 gate Sistem saluran 6 gate Proses Pengecoran A

29 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

30 Perancangan Sistim Saluran 4 Saluran Masuk 6 Saluran Masuk

31 Peralatan Pembuatan Pola Sand grinder Jig saw Cutting machine Mesin bubut

32 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

33 Pola negatif Dimensi diambil dari bagian dalam blok silinder Ditambah toleransi penyusutan, permesinan dan kemiringan Kotak Inti Membelah inti negatif Pembuatan Pola Inti 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

34 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

35 Peralatan Pembuatan Cetakan Dan Bahan Coran Pasir Cetak Kering Alat tumbuk & spatula Tungku peleburan Bahan baku FCD 450

36 Metode Pengamatan dan Pengukuran Cacat 1) Secara Visual Cacat pergeseran Micrometer Cacat flash Jangka sorong

37 2) Liquid Penetran Cleaner, developer, penetrant Cacat retak permukaan Langkah kerja

38 PERHITUNGAN SISTIM SALURAN Material : - Jenis material logam = FCD Berat Jenis ( ) = 6.97 gr/cm 3 = lb/in 3 - T melt (FCD 450) = 1349 o C - Tensile strenght = 450 N/mm 2 - Yield strenght = 280 N/mm 2 - Hardness = HB Bentuk dan ukuran blok silinder: - Berat blok silinder FCD = 23,5 Kg 23500gr 3 - Volume blok silinder FCD = 3371, 59cm 3 6,97gr / cm - Berat total coran (w) = 23,5 kg + 7,05 kg = 30,55 kg = gr = lb Dimana : 7,05 kg berat total sistem saluran yang didapat dari perhitungan (30% dari berat benda blok silinder).

39 a) Waktu tuang Dengan nilai konstanta, K 1 = 1.8 t = K 1. W = ,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 / cm 3 c = 22,8 cm g = 981 cm / s 2 h = 9,8 cm = 98 mm (panjang saluran turun) H h 98mm

40 2) Bottom gating Diketahui : d = ρ = 6,97 gr / cm 3 c = 22,8 cm g = 981 cm / s 2 h = 22,8 cm = 228 mm (panjang saluran turun) H c h 2 228mm 114mm 228mm 2 Maka untuk mencari H seluruhnya : H total = 98 mm mm = 212 mm

41 A B = d. t. c. w 2. g. H A B = (6,97).(14,7).(0,47). 2.(981).(212) A B = 0,984 cm 2 = 98,4 mm 2 x 1,5 = 147,6 mm 2 (D = 13,71 mm ) Dimana : 1,5 faktor keamanan (Hasil teortis sangat kecil) ) Area of the Top of Sprue (A T ) H A T = A B b Dengan H = 212 mm, b = 20 mm A T = 147, A T = 396,61 mm 2 x 1,5 = 480,55 mm 2 (D = 24,74 mm )

42 Gate Area = 4 x A B = 4 x 147,6 = 590,4 mm 2 x 1,5 = 885,6 mm 2 G 1 = G 2 = Gate area : 4 = 885,6 mm 2 : 2 = 221,4 mm 2 (T G1 =T G2 = 14,3 mm, L G1 =L G2 = 15,5 mm d) Well Base Area Well Base = 5 x A B = 5 x 147,6 = 738 mm 2 x 1,5 = 1107 mm 2 ( D = 18,78 mm ) d) Well Depth Well Depth = 2 x Kedalaman runner = 2 x 14,3 = 28,6 mm

43 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 (W F ). Pada perhitungan sistem saluran didapatkan berat benda yg akan di cor (W C ) adalah : W C = 30,55 kg Maka, dengan perhitungan akan didapatkan berat logam cair yang ada di dalam riser (W F ). W F = W C 100 Si % C% 100 W F = 30,55 kg W F = 7,41 kg W F = 7410 gr % 3,4% 100

44 Casting modulus Prosentase penyusutan

45 PROSES PEMBUATAN CETAKAN Pembuatan cetakan bagian samping Pencampuran pasir cetak Memasang kerangka cetak dan penaburan bubuk pelapis Pengisian pasir cetak Hasil Pelepasan Rangka Pelepasan Rangka cetak Penumbukan

46 Cetakan Bagian Atas Pemasangan Sistem Saluran Pengisian pasir cetak Pembuatan gate Pelepasan saluran dan pemerataan pasir

47 Pembuatan inti Penaburan bubuk pelapis Proses Penumbukan Pelepasan inti Pemasangan Cetakan Pelapisan Cetakan Pemasangan Cetakan Hasil Pemasangan Semua bagian Cetakan

48 PROSES PENGECORAN Bahan Baku hasil sisa coran Tungku peleburan induksi Penuangan logam cair dari tanur Hasil setelah dituang Penuangan logam cair ke cetakan

49 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

50 Prototipe 1 Hasil coran prototipe 1 sebelum proses machining Hasil liquid penetrant prototipe 1 Hasil coran prototipe 1 setelah proses machining

51 Prototipe 2 Hasil coran prototipe 2 sebelum proses machining Hasil liquid penetrant prototipe 2 Hasil coran prototipe 2 setelah proses machining

52 ANALISA CACAT Sebelum Machining CACAT POSISI PENYEBAB Shringkage II, III 1) Pembekuan terakhir 2) Variasi luas penampang Salah alir I 1) Coran terlalu tipis 2) Sistim saluran yang jelek 3) Sistim penambah yang tidak sempurna Prototipe 1 Inklusi Pasir IV 1) Kurangnya hardener 2) Catakan kurang padat 1) Udara terjebak Rongga udara II,III 2) Pergeseran sistem saluran 3) Dinding cetakan basah Porositas - -

53 Sesudah Machining CACAT POSISI PENYEBAB Shringkage - Salah alir - - Prototipe 1 Inklusi Pasir I,II,IV 1) Kurangnya hardener 2) Catakan kurang padat 1) Udara terjebak Rongga udara I, II 2) Pergeseran sistem saluran 3) Dinding cetakan basah Porositas - -

54 PROTOTIPE 2 Sebelum Machining CACAT POSISI PENYEBAB Shringkage I 1) Pembekuan terakhir 2) Variasi luas penampang Prototipe 1 Salah alir - - Inklusi Pasir - - Rongga udara - - Porositas - -

55 PROTOTIPE 2 Sesudah Machining CACAT POSISI PENYEBAB Shringkage - - Prototipe 2 Salah alir - - Inklusi Pasir - - Rongga udara - - Salah pola I, II, III 1) Pemasangan inti yang miring

56 prototipe 1 prototipe Prototipe 1 Prototipe 2 0 Histogram jumlah cacat sebelum proses machining Histogram jumlah cacat setelah proses machining

57 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.

58 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.

59