BAB IV PENGUMPULAN DAN PENGOLAHAN DATA

Transkripsi

1 87 BAB IV PENGUMPULAN DAN PENGOLAHAN DATA 4.1 Pengujian Rancangan Produk Botol Merk X Volume 0.8 Liter. Dalam pengujian ini digunakan rancangan produk botol Merk X dengan Volume 0.8 Liter, Spesifikasi dari produk botol Merk X Volume 0.8 Liter, sebagai berkut : Weight : 61 ± 1.5 gr. Material : HDPE Brimful : 885 ± 15 ml Witdh : 103 ± 0.8 mm Thickness : 55 ± 0.5 mm Height : 230±1.2 mm Fill Level : 800 ml pada ketinggian mm 230±1.2 mm 103±0.8 mm 55±0.5 mm Gambar 4.1 Botol Merk X Volume 0.8 Liter. 87

2 88 berikut : Dari data diatas dapat diperoleh propertis untuk material HDPE, sebagai a. Mechanical Properties - Tensile Strength at yield : 25 Mpa - Elongation at Break : 1800% - Charpy Impact Strength: 10 kj/m 2 - Flexural Modulus : 1300Mpa - Hardness : 65 - Young's modulus : MPa - Shear modulus : MPa - Fatigue : MPa - Bending strength : MPa - Ultimate Strength (Tensile Strength ): 37 Mpa b. Physical Properties - Thermal expansion : e-6/k - Thermal conductivity : W/m.K - Specific heat : J/kg.K - Melt Point : C - Service temperature : C - Density : kg/m 3 - Resistivity : 5e+17-1e+21 Ohm.mm 2 /m - Breakdown potential : kv/mm - Dielectric loss factor : Friction coefficient : Water absorption : 0.01 % - Refraction index : Shrinkage : %

3 89 Data data tersebut sebagai acuan untuk mendesain ulang produk botol Merk X dengan Fill Level Volume 0.8 L. Dalam mendesain ulang produk tersebut dapat dilakukan dengan 2 cara : a. Cara manual yaitu dengan cara mengemal untuk mencari konture tiap section dari botol. Alat bantu berupa : Kertas Gunting atau Cutter Printer Mal radius Alat ukur seperti Kaliper dan Height Gage. Software : Autocad dan Solidworks atau UG NX atau Pro-E dan lain-lain. b. Cara auto yaitu dengan menggunakan alat 3D scan. Masing masing cara tersebut mempunyai keunggulan dan kekurangan, tergantung dari seorang desainer untuk memilih cara yang mana yang kiranya mudah dikerjakan saat memodifikasi bagian tertentu jika terdapat perubahan desain. Berikut adalah hasil re-draw botol Merk X Volume 0.8 Liter. Gambar 4.2 Desain Botol Merk X Volume 0.8 Liter.

4 Gambar 4.3 Detail Drawing Botol Merk X Volume 0.8 Liter. 90

5 Menghitung berat Rancangan Botol Merk X Volume 0.8 Liter dengan Program Solid Works. Gambar 4.3 Berat dari Perancangan Botol Merk X Volume 0.8 Liter. Dari hasil simulasi diatas dapat dilihat untuk berat rancangan produk botol adalah : Massa ( Berat ) : kg ( 61 gram ) Density : 960 kg/m 3 ( gr/mm 3 ) Average Wall Thickness : 10-3 m ( 1 mm )

6 Menghitung Fill Level pada rancangan Botol Merk X Volume 0.8 Liter dengan Program Solid Works. Besarnya Fill Level ditentukan oleh pihak customer. Seorang desainer harus bisa memprediksi atau menghitung posisi fill level dengan berat dan wall thickness yang telah ditetapkan. Meskipun terdapat penyimpangan tetapi masih dibatas toleransi. Gambar 4.4 Fill Level dari Perancangan Botol Merk X Volume 0.8 Liter.

7 93 Dari hasil simulasi diatas dapat dilihat untuk Fill Level dari rancangan produk botol adalah : ( Be) Berat Perancangan Botol pada ketinggian mm dengan density gr/mm 3 = gram ( kg ) (Bf) Berat Perancangan Botol yang diisi pada ketinggian mm dengan density gr/mm 3 = gram ( kg ) Berdasarkan persamaan (3.1) didapat untuk besarnya Fill Lever pada perancangan produk botol 0.8 ml : FL Ppb = ( Bf Be ) / = ( )/0.997 = 800 ml ( m 3 ) 4.4 Menghitung Brim Full pada rancangan Botol Merk X Volume 0.8 Liter dengan Program Solid Works. Gambar 4.4 Brim Full dari Perancangan Botol Merk X Volume 0.8 Liter.

8 94 Dari hasil simulasi diatas dapat dilihat untuk Brim Full dari rancangan produk botol adalah : ( Be) Berat Perancangan Botol pada ketinggian 230 mm dengan density gr/mm 3 = 61 gram ( kg ) (Bf) Berat Perancangan Botol yang diisi pada ketinggian 230 mm dengan density gr/mm 3 = gram ( kg ) Berdasarkan persamaan (3.1) didapat untuk besarnya Brim Full pada perancangan produk botol AHM 0.8 ml : BF Ppb = ( Bf Be ) / = ( )/0.997 = 885 ml ( m 3 ) 4.5 Menghitung Top Load pada rancangan Botol Merk X Volume 0.8 Liter dengan Program Solid Works. Didalam menghitung besarnya Top Load pada rancangan Produk Botol Merk X Volume 0.8 Liter terlebih dahulu harus mengisi Material Editor sesuai dengan properties material HDPE yang digunakan. Langkah-langkah pemilihan properties Material HDPE pada Material Editor program SOLID WORKS sebagai berikut: 1. Memilih Material Editor pada Feature Manager Design Tree atau Edit Appearance Material

9 95 2. Memilih Material Plastics dan PE High Density. 3. Melihat pada Physical Properties. Disini terlihat properties pada material HDPE : Elastis Modulus : 1070 N/mm 2 ( 1,07 x 10 9 N/m 2 ) Poissons Ratio : Shear Modulus : N/mm 2 ( 3,77 x 10 8 N/m 2 ) Density : gr/mm 3 ( 960 kg/m 3 ) Thermal Conductivity : W/mK Specific Head : 1796 J/kg.K Tensile Strength : 22.1 N/mm 2 ( 2,21 x 10 7 N/m 2 ) Jika data diatas berbeda dari data MSDS ( Material Safety Data Sheet ) HDPE yang digunakan, maka bisa dirubah Physical Properties dengan cara memilih Create / Edit Material.

10 96 Langkah-langkah mengganti data properties Material HDPE pada Material Editor program SOLID WORKS disesuaikan dengan data MSDS : 1. Memilih Create / Edit Material. Pilih New Material Data Base, ketik Material Clasification dengan nama PE, lalu ketik Material Name dengan nama HDPE. 2. Pilih Physical Properties. Merubah nilai dari Property sesuai dengan MSDS. Lalu klik Ok. Berikut adalah langkah-langkah dalam melakukan simulasi Top Load pada rancangan produk botol Merk X Volume 0.8 Liter dengan menggunakan Program Solid Works : 1. Memilih Tools, lalu COSMOSXpress.

11 97 2. Tekan Next, lalu pilih Material HDPE 3. Tekan Next, lalu dilanjutkan ke Restraint dimana dibagian ini memilih area yang ditahan. 4. Tekan Next, lalu dilanjutkan ke Load dimana dibagian ini terdapat dua pilihan load yang bertindak diatas botol yaitu Force atau Pressure. Pilih Force. 5. Tekan Next, lalu perintah Load tetap bertahan tapi dibagian ini meminta area yang terkena load. Pilih area bagian atas neck. 6. Tekan Next, perintah Load tetap dibagian ini meminta besarnya load. Nilai Load adalah 250 Newton ( 25 kgf ).

12 98 Hasil simulasi Top Load dari Program Solid Works sebagai berikut : Dibagian ini memperlihatkan area dominan yang terkena stress didalam rancangan produk botol Merk X Volume 0.8 Liter. Area Kritical Gambar 4.5 Simulasi Top Load dari Perancangan Botol Merk X Volume 0.8 Liter Menentukan Mesin pada Rancangan Produk Botol Merk X Volume 0.8 Liter. Setiap mesin mempunyai specifikasi tertentu sesuai dengan kemampuan produk yang dihasilkan. Adapun rincian dari specifikasi mesin tersebut adalah : 1. Cavity Number 2. Center Distance 3. Max Product Capacity 4. Width Produc 5. Thickness Produc 6. Height Product 7. Mould Length max. 8. Mould Width max. 9. Mould Depth 10. Daylight Opening 11. Berat Mould 12. Clamping force, dll.

13 99 Dari data yang diperoleh pada rancangan produk botol Merk X Volume 0.8 Liter, mesin yang masuk kreteria adalah : Gambar 4.6 Specifikasi Mesin Extrusion Blow Molding

14 Gambar 4.6 Specifikasi Mesin Extrusion Blow Molding 100

15 101 Besarnya clamping force sangat berpengaruh terhadap qualitas dari produk. Besarnya clamping force yang dibutuhkan pada produk yang dihasilkan harus lebih kecil atau sama dengan clamping force yang tersedia pada mesin. Berikut adalah kalkulasi dari besarnya clamping force pada produk berdasarkan persamaan ( 2.7 ): CF = Factorial Material x Panjang Keliling abfal ( cm ) x Cavity tiap mold.kg Panjang Keliling abfal pada produk Merk X Volume 0.8 Liter : Upper : 14.6 cm ( m ) Bottom : 9.7 cm ( m ) Gambar 4.7 Panjang Keliling Produk Botol Merk X Volume 0.8 Liter. Cavity tiap mold ( n ) : 2 Factorial Material HDPE : 125 kg/cm ( 1,25 x 10 4 kg/m )

16 102 CF = 125 kg/cm x ( ) cm x 2 = 6075 kg = kn. Dari hasil kalkulasi clamping force diatas menunjukkan bahwa produk Merk X Volume 0.8 Liter mampu diproduksi dengan mesin BM 206 D. 4.7 Menghitung besarnya Blow Pressure pada mesin untuk menghasilkan produk botol Merk X Volume 0.8 Liter. Besarnya Blow Pressure atau Air Pressure sangat berpengaruh terhadap qualitas dari produk. Blow pressure terlalu rendah akan mengakibatkan deform atau un-molded pada produk dan blow pressure terlalu tinggi akan mengakibatkan flasing dan sambungan yang lemah pada parting line. Berikut adalah kalkulasi menentukan Blow pressure berdasarkan persamaan 2.8 : CF = 1.25 x A ( btl ) x Pb x n dimana : A (btl) = Luasan Permukaan Botol dalam m 2. Untuk menghitung Luasan permukaan botol dapat dilakukan dengan bantuan program Solid Work. Dibawah ini adalah hasil dari kalkulasi untuk Luasan permukaan botol Merk X Volume 0.8 Liter.

17 103 Gambar 4.8 Kalkulasi Area Produk Botol Merk X Volume 0.8 Liter. A (btl) 1 = mm 2 ( x 10-2 m 2 ) A (btl) 2 = π/4 x D 2 = 3.14/4 x 32 2 = mm 2 ( x 10-4 m 2 ) Luas permukaan botol yang terkena Blow adalah : A (btl) = A (btl) 1 - A (btl) 2 = mm mm 2 = mm 2 = m 2 Blow Pressure ( Pb ) pada produk rancangan Botol Merk X Volume 0.8 Liter berdasarkan rumusan diatas adalah x 10 4 N = 1.25 x m 2 x Pb x 2 Pb ( Pa ) = x 10 4 N 1.25 x m 2 x 2 = x 10 5 Pa = psi 3.7 bar.

18 Menentukan Shrinkage pada produk Merk X Volume 0.8 Liter. Didalam menentukan nilai Shrinkage biasanya diambil dari data report sebelumnya. Meskipun dari pihak pabrikan raw material telah menetapkan nilai dari shrinkage tersebut. Kadang nilai besarnya srinkage untuk arah x, y dan z berbeda karena factor dari saluran sistem pendingin yang mengenai area produk, bentuk produk dan ketebalan produk. Untuk nilai Shrinkage HDPE pada produk Merk X Volume 0.8 Liter diambil 2 % untuk arah x dan y, 2.25% untuk arah z. Berdasarkan persamaan 2.3, nilai width, thickness dan height produk setelah di shrinkage adalah Lw = 103 mm L wcavity = Lw + Lw. S% = x ( 0.02 ) = mm = mm ( m ) Lt = 55 mm L tcavity = Lt + Lt.S% = x ( 0.02 ) = mm = 56.1 mm ( m ) Lh = 230 mm L hcavity = Lh + Lh.S% = x ( m ) = = mm ( m )

19 Menentukan ukuran Mold dari produk Botol Merk X Volume 0.8 Lt untuk mesin BM 206 D. Berdasarkan specifikasi dari mesin BM 206 D untuk ukuran mould length max, mould width max dan mould depth sudah ditetapkan, disamping itu juga berat max mould harus dipertimbangkan. Adapun untuk batasan ukuran mould sebagai berikut : - Mould Length max : 350 mm (0.35 m) - Mould Width max : 300 mm (0.3 m) - Mould Depth : 2 x 100 mm (0.1 m) - Day light opening : 200 mm (0.2 m) - Weight of mould max : 150 kg Gambar 4.9 Specifikasi Mould pada Mesin Extrusion Blow Molding Bentukan cavity pada mold adalah bentukan dari produk yang sudah di shrinkage. Dalam penempatan produk ke mold base harus sesuai dengan Center Distance yang telah ditetapkan oleh specifikasi mesin. Untuk mesin BM 206 D dengan ukuran produk seperti botol Merk X 0.8 Lt mempunyai Center Distance : 125 mm seperti terlihat specifikasi diatas. Perlu diingat bahwa bagian utama mold adalah Striker Plate, Neck Plate, Cavity Plate dan Bottom Plate. Untuk penempatan Striker Plate pada bagian atas neck botol ditambah min 10 mm. Dibawah ini adalah cara penempatan dari rancangan produk ke mold base :

20 106 Gambar 4.10 Penempatan Produk Botol pada Area Mold Base Tinggi dari neck, body dan bottom dari mold base dilihat dari PL ( Parting Line ) yang telah dibuat didalam rancangan produk botol. Berdasarkan Detail drawing yang telah di Shrinkage, ukuran tinggi tiap part sebagai berikut:

21 107 Gambar 4.11 Pembagian Sectian Mold berdasarkan Parting Line Produk Botol Untuk tinggi pada bottom insert disesuaikan dengan kebutuhan saluran cooling, diusahakan dengan jarak lintasan yang lebih pendek dan merata saat mendinginkan area bottom sehingga cycle time cooling pada area bottom akan lebih cepat dan faktor kerugian tekanan aliran akan berkurang. Biasanya 20% dari tinggi total produk botol. Dengan tinggi bottom insert yang pendek maka height mold menjadi berkurang tidak lagi mencapai max. 350 mm dan akan berpengaruh terhadap berat dari mold. Dalam pemasangan mold ke wagoner terdapat plate perantara yang dikenal dengan adapter platen atau intermediate plate yang berfungsi sebagai pemegang mold ke wagoner. Adapun untuk mesin BM 206 D mempunyai specifikasi ukuran platen sebagai berikut :

22 108 Gambar 4.12 Ukuran dari Wagoner Extrusion Mold Blow 2 Gambar 4.12 Ukuran dari adapter Platen. 1

23 109 Note : 1. Lubang untuk menyantelkan dari intermediate plate. 2. Lubang untuk menyantelkan dari setengah mold. Menentukan thickness Mold sudah ditetapkan didalam specifikasi mesin, untuk BM 206D mempunyai nilai 100 mm x 2. Dengan adanya intermidate plate seperti tertera gambar diatas, ukuran mold berkurang menjadi 80 mm. Berikut adalah thickness mold yang digunakan : Gambar 4.13 Ukuran dari Thickness Mold Base Menentukan material Mold. Dalam pemilihan material mold base harus melihat beberapa kreteria sebagai berikut : a. Karakteristik machining yang ekonomi. b. Perlakuan kapasitas panas tanpa masalah. c. Kekuatan dan kekerasan yang cukup. d. Alasan polishing. e. Tahan panas dan aus. f. Konduktifitas panas yang tinggi. g. Tahan terhadap korosi.

24 110 Material yang digunakan dalam base mold untuk neck insert, body insert dan bottom insert untuk produk botol Merk X Volume 0.8 Liter adalah S-STAR yang direkomendasikan oleh DAIDO Brand sebagai salah satu plastic mold steels. S-STAR ( SUS 420J2 ) ini mempunyai sifat sebagai berikut : Gambar 4.14 Specifikasi dari Mold Steel untuk Neck, Body dan Bottom Insert. Untuk kreteria material Striker Plate telah dijelaskan pada Bab II dimana material tersebut harus mempunyai daya tahan yang baik dan mampu dikeraskan mencapai 62 sampai 64 HRC. Material yang cocok untuk Striker Plate adalah K110 atau SKD 11. K110 mempunyai sifat sebagai berikut :

25 111 Gambar 4.15 Specifikasi dari Mold Steel untuk Striker Plate 4.11 Menentukan ukuran dari Striker Plate. Striker Plate didesain sebagai pembentuk lip botol dan landsan pemotongan parisonoleh cutting sleeve pada ujung Blow Pin. Adapun kontruksi Striker Plate sebagai berikut :

26 112 Gambar 4.16 Sketsa dari Striker Plate 4.12 Menentukan sistem pendingin pada Mold dari produk Botol Merk X Volume 0.8 Liter. Pada sistem pendinginan mold dibagi menjadi 3 bagian yaitu a. Pendinginan pada neck. b. Pendinginan pada body / cavity. c. Pendinginan pada bottom. Jarak saluran pendingin ke dinding cavity untuk botol 0.8 Liter adalah berkisar 5-6 mm dengan diameter 10 mm. Jarak antara Lubang saluran pendingin dibuat merata mendinginkan area produk botol yang kiranya tidak mengakibatkan produk terlalu panas saat dikeluarkan atau mold tercondensasi ( lembab ) sehingga memberi efek buruk pada permukaan produk botol. Jarak antara lubang saluran pendingin yang digunakan untuk produk botol Merk X Volume 0.8 Liter adalah 18 mm pada mold cavity. Dan perlu diingat bahwa dalam perancangan saluran sistem cooling didalam mold harus melihat terhadap kemampuan proses machining. Berikut adalah hasil desain sistem pendingin pada produk botol Merk X Volume 0.8 Liter :

27 113 a. Saluran pendingin pada neck. Gambar 4.17 Sketsa dari sistem saluran pendingin neck insert. INLET OUTLET Gambar 4.18 Sketsa 3Dimensi dari sistem saluran pendingin neck insert.

28 114 Gambar 4.19 Foto dari sistem saluran pendingin neck insert. b. Saluran pendingin pada body / cavity. Gambar 4.20 Sketsa dari sistem pendingin body insert.

29 115 Gambar 4.21 Sketsa 3Dimensi dari sistem saluran pendingin body insert. Inlet Body Inlet Neck Outlet Neck Outlet Body Gambar 4.22 Foto dari sistem pendingin body insert.

30 116 c. Saluran pendingin pada bottom. Gambar 4.23 Sketsa dari sistem saluran pendingin bottom insert. Inlet for neck part Outlet for neck part

31 117 Inlet for body part Outlet for body Gambar 4.24 Sketsa 3Dimensi dari sistem saluran pendingin bottom insert.

32 118 Gambar 4.25 Foto dari sistem pendingin bottom insert. d. Analisa Pendinginan dari Lelehan Plastik. Waktu teoritikal pendinginan minimal pada lelehan plastic : S ( Average Wall Thickness ) : 0.94 mm 0.94 x 10-3 mm ( Effectivitas Thermal Diffusivity ) : k / ( x Cp ) k ( thermal conductivity ) : 0.49 W/m.K ( density ) : 940 kg/m 3 Bottom Insert. Perhitungan Sistem pendingin pada bagian Neck Insert, Body Insert dan a. Analisa Konduksi Pendinginan pada Neck Insert tiap cavity. Thermal conductivity S-STAR ( SUS 420J2 ) : 24.2 W/m. 0 C Panjang Lintasan tiap cavity ( L ) : mm x 2 : mm Hydraulic Diameter Cooling ( Dh ) : Dh = 4.Ac / p Dh = 2.a.b / ( a + b ) = / ( ) = 8.21 mm. Jarak antara dinding pendingin ( z ) : 5.2 mm

33 119 Gambar 4.26 Ukuran dari saluran pendingin neck insert. Conduction shape factors ( S ) : 2πL / ( In(8z/π.Dh ), dimana Z > 0.5 Dh : 2 x 3.14 x mm / In ( 8 x 5.2 / 3.14 x 8.21 ) : mm / In : mm / : mm m Rata rata kerugian panas per lubang saluran pendingin : T1 ( chiller water didalam saluran pendingin) : 16 0 C ( K ) T2 ( permukaan S-START yang terkena lelehan parison plastik ) : C ( K) Q = S x k x ( T1 T2 ) = m x 24.2 W/ m 0 C x ( ) 0 C = Watt. b. Analisa Konveksi sebagai akibat dari tekanan sisi dalam saluran air pendingin pada neck part. Penampang Saluran Sistem Pendingin pada Neck Gambar 4.27 Ukuran dari saluran pendingin neck inser untuk proses heat transfer conveksi.

34 120 Hydraulic Diameter Cooling ( Dh ) : Dh = 4.Ac / p Dh = 2.a.b / ( a + b ) = / ( ) = 8.21 mm ( 8.21 x 10-3 m ). As = 2 ( a + b ) x L = 2 ( ) x 2 x mm 2 = mm 2 = m 2 Besar kecepatan rata-rata Vavg = ύ / Ac Dimana : ύ = Kapasitas aliran atau Laju aliran pada saluran pendingin dalam m 3 /s Besarnya debit air pendingin pada neck : Ml /s atau x 10-3 m 3 /s Vavg = x 10-3 m 3 /s / ( 13 x 6 x 10-6 ) m 2 = m/s Pada temperature 16 0 C properties sebagai berikut : ( K ) berdasarkan table 4.1 didapat Besarnya density ρ adalah Temperature 15 0 C ( o K) : kg/m 3 Temperature 20 0 C ( o K) : 998 kg/m 3 Density air pada temperature 16 0 C ( K )? Y-Y 1 / ( Y 2 Y 1 ) = X X 1 / ( X 2 X 1 ) / ( ) = X / ( ) 1 / 5 = X / -1.1 X = -1.1 x 1/5 X = X =

35 121 = kg/m 3 Besarnya thermal conductivity k adalah Temperature 15 0 C ( o K) : W/m. 0 K Temperature 20 0 C ( o K) : W/m. 0 K Thermal Conductivity pada temperature 16 0 C ( K ) adalah Y-Y 1 / ( Y 2 Y 1 ) = X X 1 / ( X 2 X 1 ) / ( ) = X / ( ) 1 / 5 = X / X = W/m. 0 K Besarnya dynamic viscosity µ? Temperature 15 0 C ( o K) : x 10-3 kg/m.s Temperature 20 0 C ( o K) : x 10-3 kg/m.s Dynamic Viscosity pada temperature 16 0 C ( K ) adalah Y-Y 1 / ( Y 2 Y 1 ) = X X 1 / ( X 2 X 1 ) / ( ) = X x 10-3 / (1.002 x x 10-3 ) 1 / 5 = X x 10-3 / x 10-3 X = x 10-3 kg/m.s Besarnya Prandt Number Pr adalah Temperature 15 0 C ( o K) : 8.09 Temperature 20 0 C ( o K) : 7.01 Prandt Number pada temperature 16 0 C ( K ) adalah Y-Y 1 / ( Y 2 Y 1 ) = X X 1 / ( X 2 X 1 ) / ( ) = X 8.09 / ( ) 1 / 5 = X 8.09 / X = Besarnya Specific Heat Cp adalah Temperature 15 0 C ( o K) : 4185 J/kg. 0 K Temperature 20 0 C ( o K) : 4182 J/kg. 0 K Prandt Number pada temperature 16 0 C ( K ) adalah

36 122 Y-Y 1 / ( Y 2 Y 1 ) = X X 1 / ( X 2 X 1 ) / ( ) = X 4185/ ( ) 1 / 5 = X 4185 / -3 X = J/kg. 0 K Reynolds Number Re = ρ.vavg. Dh / µ = kg/m 3 x m/s x 8.21 x 10-3 m / x 10-3 kg/m.s = Dari hasil perhitungan Reynolds Number dengan penampang persegi panjang dapat dilihat bahwa jenis aliran yaitu turbulant ( Re > ). Besarnya Nusselt Number yang memasuki wilayah thermal berdasarkan persamaan 2.23 adalah : Nu = Re 0.8.Pr 0.4 = x x = x x = Besarnya Koefisien dari heat transfer konveksi : Nu = h. Dh / k h = Nu. k / Dh = x W/m. 0 K / 8.21 x 10-3 m = W/m 2. 0 K Temperature yang keluar dari saluran cooling pada neck part : Te = Ts ( Ts Ti ) exp (- h.as/ m.cp ) Besarnya Massa aliran rata rata : m = ρ. Ac. Vavg = kg/m 3 x ( 13 x 6 x 10-6 m 2 ) x m/s = kg /s

37 123 Temperature yang keluar dari saluran cooling pada neck part : Te = Ts ( Ts Ti ) exp (- h.as/ m.cp ) = C [ (162 0 C C)] x exp ( W/m 2. 0 K x m 2 / kg /s x J/kg. 0 K. ) = C [ (146 0 C ) ] x exp ( ) = C [ C x ] = C C = C ( K) Maka untuk perbedaan temperature rata-rata logarithmic dan kerugian panas rata rata adalah : ΔT in = ( Ti Te ) / In [ ( Ts Te ) / ( Ts Ti ) ] = (16 0 C C) / In [ (162 0 C C) / (162 0 C C) = ( C ) / In [ ( C) / (146 0 C) ] = ( C ) / In = C / = C ( K ) Q = h. A s. ΔT in = W/m 2. 0 K x m 2 x K = W. c. Analisa Konduksi Pendinginan pada Body Insert tiap cavity.

38 124 Gambar 4.28 Ukuran dari saluran pendingin body insert. Conduction shape factors ( S ) : 2ΠL / In ( (2w/πD) x sinh (2πz/w)), dimana L >> D, z, dan w > 1.5D L : mm ( m ) w : 16 mm ( m ) z : 5 mm ( m ) D : 10 mm ( 0.01 m ) S = 2πL / In ( (2w/πD) x sinh (2πz/w)) = 2 x 3.14 x / In ( ( 2 x 16 / 3.14 x 10 ) x sinh ( 2 x 3.14 x 5/16 )) = / In (( ) x sinh ( )) = / In ( x ) = / In ( ) = / mm = mm m Rata rata kerugian panas per lubang saluran pendingin : Q = S x k x ( T1 T2 ) = m x 24.2 W/ m 0 C x ( ) 0 C = Watt.

39 125 d. Analisa Konveksi sebagai akibat dari tekanan sisi dalam saluran air pendingin pada body part. Gambar 4.29 Ukuran dari saluran pendingin body insert untuk heat transfer conveksi. Hydraulic Diameter Cooling ( Dh ) : Dh =4.Ac / p = 4. (π/4) D 2 / π. D = D = 10 mm ( 0.01 m ) As = π x D x L = π x 10 x ( 17 hole x ) mm 2 = mm 2 = m 2 Besar kecepatan rata-rata Vavg = ύ / Ac Dimana : ύ = Kapasitas aliran atau Laju aliran pada saluran pendingin dalam m 3 /s Besarnya debit air pendingin pada body : Ml /s atau x 10-3 m 3 /s Vavg = x 10-3 m 3 /s / [ (π/4) x 10 2 x 10-6 m 2 ] = m/s

40 126 Reynolds Number Re = ρ.vavg. Dh / µ = kg/m 3 x m/s x 10 x 10-3 m / x 10-3 kg/m.s = Dari hasil perhitungan Reynolds Number dengan penampang persegi panjang dapat dilihat bahwa jenis aliran yaitu turbulant ( Re > ). Besarnya Nusselt Number yang memasuki wilayah thermal berdasarkan persamaan 2.23 adalah : Nu = Re 0.8.Pr 0.4 = x x = x x = Besarnya Koefisien dari heat transfer konveksi : Nu = h. Dh / k h = Nu. k / Dh = x W/m. 0 K / 10 x 10-3 m = W/m 2. 0 K Temperature yang keluar dari saluran cooling pada body part : Te = Ts ( Ts Ti ) exp (- h.as/ m.cp ) Besarnya Massa aliran rata rata : m = ρ. Ac. Vavg = kg/m 3 x ((π/4) x 10 2 x 10-6 m 2 ) x m/s = kg /s Temperature yang keluar dari saluran cooling pada body part : Te = Ts ( Ts Ti ) exp (- h.as/ m.cp ) = C [ (162 0 C C)] x exp ( W/m 2. 0 K x m 2 / kg /s x J/kg. 0 K. ) = C [ (146 0 C ) ] x exp ( )

41 127 = C [ C x ] = C C = C ( K) Maka untuk perbedaan temperature rata-rata logarithmic dan kerugian panas rata rata adalah : ΔT in = ( Ti Te ) / In [ ( Ts Te ) / ( Ts Ti ) ] = (16 0 C C) / In [ (162 0 C C) / (162 0 C C) = ( C ) / In [ ( C) / (146 0 C) ] = ( C ) / In = C / = C ( K) Q = h. A s. ΔT in = W/m 2. 0 K x m 2 x K = W. e. Analisa Konduksi Pendinginan pada Bottom Insert tiap cavity. Gambar 4.30 Ukuran dari saluran pendingin bottom insert.

42 128 Conduction shape factors ( S ) : 2ΠL / In ( (2w/πD) x sinh (2πz/w)), dimana L >> D, z, dan w > 1.5D L : mm mm = mm ( m ) w : 18 mm ( m ) z : 5 mm ( m ) D : 10 mm ( 0.01 m ) S = 2ΠL / In ( (2w/πD) x sinh (2πz/w)) = 2 x 3.14 x / In ( ( 2 x 18 / 3.14 x 10 ) x sinh ( 2 x 3.14 x 5/18 )) = / In (( ) x sinh (1.744 )) = / In ( x ) = / In ( ) = / mm = mm m Rata rata kerugian panas per lubang saluran pendingin : Q = S x k x ( T1 T2 ) = m x 24.2 W/ m 0 C x ( ) 0 C = Watt. f. Analisa Konveksi sebagai akibat dari tekanan sisi dalam saluran air pendingin pada bottom part. Gambar 4.31 Ukuran dari saluran pendingin bottom insert untuk heat transfer conveksi

43 129 Hydraulic Diameter Cooling ( Dh ) : Dh =4.Ac / p = 4. (π/4) D 2 / π. D = D = 10 mm ( 0.01 m ) As = π x D x L = π x 10 x (546.29) mm 2 = mm 2 = m 2 Besar kecepatan rata-rata Vavg = ύ / Ac Dimana : ύ = Kapasitas aliran atau Laju aliran pada saluran pendingin dalam m 3 /s Besarnya debit air pendingin pada body : Ml /s atau x 10-3 m 3 /s Vavg = x 10-3 m 3 /s / [ (π/4) x 10 2 x 10-6 m 2 ] = m/s Reynolds Number Re = ρ.vavg. Dh / µ = kg/m 3 x m/s x 10 x 10-3 m / x 10-3 kg/m.s = Dari hasil perhitungan Reynolds Number dengan penampang persegi panjang dapat dilihat bahwa jenis aliran yaitu turbulant ( Re > ). Besarnya Nusselt Number yang memasuki wilayah thermal berdasarkan persamaan 2.23 adalah : Nu = Re 0.8.Pr 0.4 = x x = x x =

44 130 Besarnya Koefisien dari heat transfer konveksi : Nu = h. Dh / k h = Nu. k / Dh = x W/m. 0 K / 10 x 10-3 m = W/m 2. 0 K Temperature yang keluar dari saluran cooling pada bottom part : Te = Ts ( Ts Ti ) exp (- h.as/ m.cp ) Besarnya Massa aliran rata rata : m = ρ. Ac. Vavg = kg/m 3 x ((π/4) x 10 2 x 10-6 m 2 ) x m/s = kg /s Temperature yang keluar dari saluran cooling pada bottom part : Te = Ts ( Ts Ti ) exp (- h.as/ m.cp ) = C [ (162 0 C C)] x exp ( W/m 2. 0 K x m 2 / kg /s x J/kg. 0 K. ) = C [ (146 0 C ) ] x exp ( ) = C [ C x ] = C C = C ( K) Maka untuk perbedaan temperature rata-rata logarithmic dan kerugian panas rata rata adalah : ΔT in = ( Ti Te ) / In [ ( Ts Te ) / ( Ts Ti ) ] = (16 0 C C) / In [ (162 0 C C) / (162 0 C C) = ( C ) / In [ ( C) / (146 0 C) ] = ( C ) / In = C / = C ( K )

45 131 Q = h. A s. ΔT in = W/m 2. 0 K x m 2 x K = W Menentukan sealing saluran pendingin Mold dari produk Botol Merk X Volume 0.8 Liter. Salah satu metode perapat atau penutup saluran air pendingin yang melintasi antara bagian neck insert ke body insert dan body insert ke bottom insert adalah menggunakan PTFE ( Polytetrafluoroethylene ) O-Ring yang mempunyai sifat kurang elastic tetapi dapat digunakan untuk static sealing didalam alur konstruksi axial. Berikut adalah kontruksi alur yang cocok diterapkan didalam PTFE O-ring. A = W 10 sampai 20% W ( untuk cross section 1.78 sampai 5.33 mm ) A = W 10 sampai 15% W ( untuk cross section 5.33 sampai 7mm ) W = Cross Section Gambar 4.32 Standarisasi dari ukuran alur O-ring. Sealing saluran pendingin mold pada produk Botol Merk X Voleme 0.8 Liter menggunakan I/D x C/S : x 1.78 mm, ini berdasarkan pada diameter lubang saluran pendingin dan tekanan air pendingin yang melalui sistem cooling didalam base mold. Tekanan air pendingin untuk Mold Botol Merk X dengan kapasitas 0.8 Liter adalah ± 5 bar.

46 132 Tabel 4.2 Properties dari clearance O-ring Tabel 4.3 Properties dari Ukuran O-ring Berikut adalah hasil desain sealing sistem saluran pendingin pada produk botol 0.8 Liter :

47 133 Gambar 4.33 Penempatan O-ring dan ukuran alur O-ring Menentukan Posisi Guide Bushing, Guide Pin, Baut dan Dowel Pin. Telah dijelaskan pada BAB II akan fungsi dari Guide Bushing dan Guide Pin. Untuk penempatan Guide Bushing dan Guide Pin pada blow molding sedapat mungkin ditempatkan pada satu bidang yaitu body cavity. Penempatan tersebut tidak boleh menghalangi dari keluarnya produk botol setelah di-blow dan mengganggu saluran cooling.

48 Gambar 4.34 Penempatan Guide Bushing dan Guide Pin. 134

49 Gambar 4.35 Specifikasi dari Guide Bushing 135

50 136 Gambar 4.36 Specifikasi dari Guide Pin Dowel Pin sangat diperlukan dalam kontruksi Mold, selain sebagai pensejajar dan pemerata antara insert part ia juga menyumbang kekuatan terhadap beban geser. Adapun ukuran yang tepat untuk dowel pin terhadap kekuatan geser sebagai berikut : Material Dowel Pin : SUJ2, dengan Yield Strength b : 120 kg / mm 2 (1.2x10-4 kg/m 2 ) Tegangan geser yang diizinkan : = b x 0.8 / = safety factor

51 137 = 120 kgf/mm 2 x 0.8 / 5 = 19.2 kg/mm 2 ( 1.92 x 10-5 kg / m 2 ) Ukuran diameter dari dowel pin adalah Ws = A x = Πd 2 x / 4 Wc : Beban Setengah Cavity dalam kgf : 43.2 kg dengan Center Massa x,y,z : 153, , Wb : Gaya akibat Blow Pressure : Pb x Apb x n : x 10 5 Pa x m 2 x 2 : N : 4856 kg Dimana : Apb : Cross Section Area dari Produk. n : Jumlah cavity Beban Total : W = Wc + Wb = 43.2 kg kg = kg Besarnya Shear Load setiap dowel pin Dowel Pin Gambar 4.37 Posisi dari dowel pin

52 138 Ws = W / 2 = kg / 2 = kg Ws = Πd 2 x / kg = 3.14 d 2 x 19.2 kg/mm 2 / 4 d 2 = 4 x kg / ( 3.14 x 19.2 kg/mm 2 ) = / = mm 2 d = mm ( size minimal ) Dari Tabel Dowel Pin dibawah dengan tipe Tap, dapat dipilih untuk ukuran Dowel Pin DPTM Gambar 4.38 Specifikasi dari Dowel Pin Tabel 4.4 Faktor Keamanan yang didasarkan pada Tensile Strength

53 139 Allowable Stress = Standart Strength / Standart Strength = The yield strength for ductile material The breaking stress for brittle material Perhitungan kekuatan baut yang dibutuh untuk memegang antara Intermidate Platen dan Base Mold terhadap beban geser dan beban tarik. Tabel 4.5 Daya Tahan Kekuatan Baut Catatan : a. Grade 10.9 bolts or capscrews have a minimum tensile strength of 106 kg/mm 2 and a hardness of Hv10. b. Grade 12.9 bolts or capscrews have a minimum tensile strength of kg/mm 2 and a hardness of Hv10. Dalam penempatan baut pemikat dari platen ke mold base harus tidak merintangi jalannya sistem cooling pada mold dan tidak bertabrakan dengan lubang baut yang sudah ditetapkan didalam intermidate plate

54 140 sebagai dudukan ke wagoner. Untuk posisi lubang baut pemikat mold base bisa dibuat sendiri dengan menambah lubang ke intermidate plate. Berikut adalah hasil dari penempatan untuk lubang baut pemikat antara intermidate plate dan mold base: Gambar 4.39 Posisi dari Baut Pemikat Load of Blow Pressure : : 4856 kg Titik Tumpuan Gambar 4.40 Perlakuan Top Load dari Blow Mold

55 141 mould adalah : Besarnya jarak beban maksimum akibat dari Blow pressure dan bobot b : 80 mm a : : mm Wc : 43.2 kg Fb : : 4856 kg A:0 X Fs : : 4856 kg kg : kg Fs x X = Fa x a + Fb x b kg x X = 43.2 kg x mm kg x 80 mm kg x X = kg.mm kg. mm X = kg.mm / kg = mm Untuk Beban geser setiap baut Ws = Fs / Jumlah Baut = kgf / 10 = kgf Beban baut maksimum adalah A dan B, karena berada pada jarak terjauh dari tepi ungkit. Untuk beban tarik maksimum yang dibawa oleh baut A dan B adalah : Wt = Fs x X x L1 2 ( L L L L L 2 5 ) = kg x mm x 265 mm 2 ( ) mm 2 = kg. mm mm 2 = kg

56 142 Sejak baut ditujukan ke beban tarik dan beban geser, oleh karena itu persamaan beban tarik sebagai berikut : Wts = 0.5 ( Wt + ( Wt x Ws 2 )) = 0.5 ( x ) = 0.5 ( ( x )) = 0.5 ( ( )) = 0.5 ( ) = 0.5 ( ) = kg Ukuran dari baut : dc : Diameter inti dari baut. Ukuran tepatyang diperlukan oleh socket head cap screw untup pulsating atau beban berulang dengan Wts : kgf. Material yang diizinkan socket head cap screw SCM 435, HRC, strength category Yield strength untuk category 12.9 adalah 112 kg/mm 2. Besarnya tegangan yang diizinkan : t = Yield Strength / = 112 kg/mm 2 / 5 = 22.4 kg/mm 2 Dengan menggunakan hubungan : π x dc 2 x ft/ 4 = Wts 3.14 x dc 2 x t /4 = kg 3.14 x dc 2 x 22.4 /4 = kg dc 2 = mm 2 Baut yang digunakan actual di mold adalah M10, menurut table Daya tahan kekuatan baut M10 mempunyai effective bolt area 58 mm 2. Jadi pemakaian Baut M10 sebanyak 10 pcs sangat aman digunakan.

57 143 Gambar 4.41 Specifikasi dari Baut Hexagonal Socket 4.15 Menentukan ukuran Die dan Pin dari Produk Botol Merk X Volume 0.8 Liter. Dari Persamaan 2.6, untuk nilai Die dan Pin sebagai berikut : Nd = 36.6 mm Dd ( D o.d ) = 0.9 Nd = 0.9 x 36.6 mm = mm ( inch )

58 144 W = 61 gr L = 230 mm inch Botol 0.8 ml HDPE : Sw = 0.12 Sg = 0.13 Pd ( D i.d ) = (Dd 2 - W ) 15.45xLx(1+Sw)x(1-Sg) 2 = ( ) 5.45x9.055x(1+0.12)x(1-0.13) 2 = ( ) 15.45x9.055x1.12x = ( ) = ( ) = = inch mm dibulatkan menjadi 28 mm. Untuk tipe parison pada produk botol 0.8 ml yang dibahas diatas adalah type outside parison. Adapun ketentuan dari kontruksi Die dan Pin untuk Outside Parison sebagai berikut : a. Kontruksi Pin Grafik 4.1 Finishing Part untuk Pin ( Mandrel ) BM 206D

59 145 Catatan : d1 = Pd Diagram diatas tergantung dari Tipe dan Merk Mesin karena setiap mesin mempunyai karakter yang berbeda beda selain dari material plastik itu sendiri. Gambar 4.42 Kontruksi Pin untuk Mesin Blow BM 206D Gambar 4.43 Foto Pin untuk Mesin Blow BM 206D

60 146 b. Kontruksi Die Gambar 4.44 Kontruksi Die untuk Mesin Blow BM 206D Gambar 4.45 Foto Die and Pin untuk Mesin Blow BM 206D 4.16 Menentukan Ukuran Abfal dari Mold Produk Botol Merk X Volume 0.8 Liter.

61 147 Dalam menentukan kedalaman dari abfal atau pick off terdapat rumusan yang harus diperhitungkan sebagai penentu dari qualitas sambungan pada produk botol. Adapun rumusannya sebagai berikut : Gambar 4.46 Double Dam Pinch-off Design dimana : L = 0,1 to 1 Parison wall thickness DPD = 2 to 4 Parison wall thickness DL = 1 to 2 Parison wall thickness FW = large enough to hold maximum Parison flash after pinch-off D = 0 to 0,5 mm. Depending on required ease of trimming FD = 0.4 to 1 Parison wall thickness DD = D + (0,5 FD)

62 148 Gambar 4.47 Single Dam Pinch-off Design ( untuk botol ukuran < 100 ml ) dimana : t = tebal parison = B2 (t) x G Bl (t) : transient thickness swell G : thickness of the annular die, mm : ( Do,d - Di,d ) / 2 Do.d : Diameter luar dari annular die, mm Di.d : Diameter dalam dari annular die, mm Gambar 4.48 Skematik diagram dari potongan parison selama extrusion.

63 149 Gambar 4.49 Transient diameter swell function ( B1 ) dan thickness swell function yang digunakan didalam analisa matematika.. nilai x : HDPE : mm PP : mm Berdasarkan perhitungan diatas untuk : Diameter Die ( D o.d ) = 33 mm Diameter Pin ( D i.d ) = 28 mm. Tebal dari annular die : G = ( Do,d - Di,d ) / 2 = ( ) / 2 = 2.5 mm Tebal Parison t = B2 (t) x G = 1.5 x 2.5 mm = 3.75 mm. Untuk kedalaman abfal pada bottom sebagai berikut : Karena material plastic adalah HDPE maka nilai : x ( L ) = 0.4 mm DPD = 1.5 x t = 1.5 x 3.75 mm = 7

64 150 DL = 1 x t = 3.75 mm D = 0 mm FD = 0.4 x t = 0.4 x 3.75 = 1.5 mm DD = D + ( 0.5 x FD ) = 0 + ( 0.5 x 1.5) = 0.75 mm Gambar 4.50 Posisi Pinck off pada bagian bottom produk botol Merk X Volume 0.8 Liter.