PEMBUATAN CETAKAN UNTUK WAX PATTERN PADA INVESTMENT CASTING SUDU RUNNER TURBIN FRANCIS. Koko Suherman

Transkripsi

1 PEMBUATAN CETAKAN UNTUK WAX PATTERN PADA INVESTMENT CASTING SUDU RUNNER TURBIN FRANCIS TUGAS SARJANA Diajukan sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik Oleh Koko Suherman PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK MESIN DAN DIRGANTARA INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG 2008

2 Lembaran Pengesahan Tugas Sarjana Pembuatan Cetakan untuk Wax Pattern pada Investment Casting Sudu Runner Turbin Francis Oleh Koko Suherman Program Studi Teknik Mesin Institut Teknologi Bandung Disetujui pada Tanggal: 13 Februari 2008 Pembimbing Utama Dr. Ing. Ir. Indra Djodikusumo NIP

3 Tugas Sarjana Judul Pembuatan Cetakan untuk Wax Pattern Koko Suherman pada Investment Casting Sudu Runner Turbin Francis Program Studi Teknik Mesin Fakultas Teknik Mesin dan Dirgantara Institut Teknologi Bandung Abstrak Investment casting merupakan jenis pengecoran yang mampu menghasilkan produk dengan geometri yang hampir mencapai final. Investment casting ini dapat diaplikasikan pada beragam jenis material untuk menghasilkan bentuk produk yang rumit dengan tingkat keakurasian yang tinggi. Tahapan dalam proses investment casting adalah pembuatan wax pattern, dilanjutkan dengan pembuatan ceramic mold dan terakhir adalah pengecoran logam ke dalam ceramic mold. Yang menjadi fokus penelitian dalam tugas sarjana ini adalah tahapan pembuatan cetakan untuk wax pattern. Dengan semakin meningkatnya tingkat kerumitan dan tingkat keakurasian pada produk yang ingin dihasilkan, maka penggunaan CAD/CAM untuk pembuatan cetakan ini tidak bisa dihindari lagi. Tugas sarjana ini menguraikan berbagai pertimbangan dalam pemodelan cetakan tersebut dengan menggunakan software Space-E/Modeler Version 4.2. Selanjutnya disusun rencana proses pemesinannya dengan menggunakan bantuan software Space-E/Cam Version 4.2. Pemesinan akan dilakukan dengan mesin NC milling First MCV 300 yang memiliki post processor berjenis Fanuc Oi-MC. Oleh karena itu, rencana proses pemesinan tersebut selanjutnya diterjemahkan menjadi G- Code yang nantinya dapat dioperasikan pada mesin NC tersebut. Ketika mengambil keputusan berbagai parameter dalam pemodelan cetakan dan perencanaan proses pemesinan cetakan, penulis melakukan studi literatur dan diskusi dengan produsen pembuat cetakan ini. Hasil akhir dari tugas sarjana ini adalah terciptanya G-Code sebagai bahasa pemrograman NC yang dapat dijalankan di mesin NC milling First MCV 300 untuk memproduksi cetakan ini. Penulis sangat mengharapkan tulisan ini dapat memberikan sumbangan pemikiran, wawasan atau bahan perbandingan untuk pihak-pihak lain yang memerlukan bahan mengenai pembuatan cetakan dalam proses investment casting.

4 Final Project Title Mold Production for Wax Pattern in Koko Suherman Investment Casting for Francis Turbine Runner s Blade Major Mechanical Engineering Faculty of Mechanical Engineering and Aerospace Institute of Technology Bandung Abstract Investment casting is the casting process that is referred to as a near net shape casting process. Beside that, investment casting has good cast ability with a large variety of alloys and also it can be applied to parts with intricate geometry combined with high accuracy. Steps in investment casting are the production of wax pattern (by injecting wax into metal mold), production of ceramic mold (by applying wax pattern into ceramic slurry) and the metal casting into ceramic mold. This final project is focused in mold production for wax pattern. With growing of complication level and accuracy level at products which wish to be yielded, hence usage of CAD/CAM for the making of this mold cannot be avoided again. In this occasion, it will be described some considerations in mold modeling process using Space-E/Modeler Version 4.2. Next, machining process plan for manufacturing the mold is made using Space-E/CAM Version 4.2 by considering various machining parameters. The machining process will be done by using First MCV 300 NC milling machine which uses Fanuc Oi-MC as its post processor. So, the machining process plan will be translated into G-Code that can be used for that NC milling machine. In making decisions for some parameters in both mold modeling and mold machining plan, author does literature study and some discusses with the mold producer. Result of this project is the creation of G-Code as NC programming language that can be run in First MCV 300 NC milling machine in order to manufacture this mold. Author expects this article can give some idea contributions, knowledge or comparisons for other party who need some material about mold production for wax pattern in investment casting process.

5 KATA PENGANTAR Puji syukur kepada Tuhan Yang Maha Kuasa atas segala rahmat, berkat, penyertaan dan kasih-nya yang selalu menyertai sehingga penulis dapat menyelesaikan laporan tugas sarjana ini. Tugas sarjana yang berjudul PEMBUATAN CETAKAN UNTUK WAX PATTERN PADA INVESTMENT CASTING SUDU RUNNER TURBIN FRANCIS ini disusun untuk memenuhi salah satu syarat dalam memperoleh gelar Sarjana Teknik di Fakultas Teknik Mesin dan Dirgantara, Program Studi Teknik Mesin, Institut Teknologi Bandung. Dalam kegiatan pembelajaran dan penyusunan tugas sarjana ini, penulis mendapatkan banyak bantuan, bimbingan, nasehat, dukungan, semangat serta doa yang begitu berharga dari berbagai pihak. Untuk semua itu, pada kesempatan ini dengan rendah hati, penulis mengucapkan terima kasih sedalam-dalamnya kepada: 1. Dr. Ing. Ir. Indra Djodikusumo selaku dosen pembimbing utama tugas sarjana ini yang telah memberikan saran, bimbingan dan pengalaman yang begitu berharga selama penyusunan tugas sarjana ini. 2. Mas Haris, Mas Lucky, Mas Akhyar dan seluruh staff PT GREAT yang selalu bersedia untuk berdiskusi dengan penulis. 3. Mas Rivai, Mas Dani, Mas Ilyas, Mas Badri dan seluruh staff 98RE yang selalu bersedia menjadi tempat bertanya bagi penulis. 4. Dr. Ir. Yatna Yuwana Martawirya selaku Ketua Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Teknik Mesin dan Dirgantara, Institut Teknologi Bandung. 5. Ir. I Nengah Diasta, M.T. selaku dosen wali penulis. 6. Seluruh dosen pengajar Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Teknik Mesin dan Dirgantara, Institut Teknologi Bandung. 7. Seluruh staff karyawan, administrasi dan perpustakaan Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Teknik Mesin dan Dirgantara, Institut Teknologi Bandung. 8. Keluarga tercintaku, papa, mama, kakakku Vonny, kakak iparku Arrow dan adikku Hendry yang selalu memberikan dorongan, semangat, dukungan, i

6 pengertian, bantuan, dan doa yang tidak habis-habisnya sehingga penulis dapat menyelesaikan laporan ini. 9. Bowo yang selalu menjadi sahabat penulis di setiap saat. 10. Erick, Johan, Marvin, Hery, Hengky, Hans, Stanley, Vincent dan Erwin yang selalu menjadi teman penulis selama kuliah di Teknik Mesin ITB. 11. Teman-teman Teknik Mesin angkatan Semua sahabat dan teman-teman yang tidak dapat disebutkan satu persatu yang telah memberikan andil, semangat, dan bantuan selama penulis membuat tugas sarjana ini. Semoga Tuhan dengan segala kelimpahan berkat-nya membalas budi baik semua pihak yang telah membantu dan memberikan dukungan serta doa kepada penulis. Penulis menyadari bahwa tugas sarjana ini jauh dari kesempurnaan mengingat terbatasnya pengalaman dan pengetahuan penulis. Oleh karena itu, penulis mengharapkan masukan dari semua pihak yang membaca laporan ini. Akhir kata, penulis berharap semoga laporan ini bermanfaat dan menjadi pendorong untuk menciptakan sesuatu yang lebih baik lagi di masa-masa mendatang. Bandung, Februari 2008 Penulis Koko Suherman ii

7 DAFTAR ISI KATA PENGANTAR. i DAFTAR ISI iii DAFTAR GAMBAR... vii DAFTAR TABEL xi DAFTAR LAMPIRAN... xii BAB 1 PENDAHULUAN Latar Belakang Masalah Tujuan Penulisan Metodologi Ruang Lingkup Kajian Sistematika Penulisan. 4 BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA Proses Pengecoran Investment Casting Pembuatan Pola (Wax Pattern) Pembuatan Cetakan untuk Wax Pattern Injeksi Wax Pattern Pattern Assembly (Pattern Cluster) Keunggulan Investment Casting Proses NC Milling Sintaks Bahasa Manual Proses Pemesinan dengan CAD/CAM Reverse Engineering (RE) Pemodelan dengan Pro/Engineer Wildfire Pengenalan Pemodelan dengan Pro/Engineer Wildfire Pemodelan Sketch Pemodelan Part Pembuatan Mold dengan Space-E/Modeler Version iii

8 2.7 Perencanaan Proses Pemesinan dengan Space-E/CAM Version BAB 3 STUDI KASUS Pemodelan Runner Turbin dengan Pro/Engineer Wildfire Pemodelan Cetakan dengan Space-E/Modeler Version Pemosisian Sudu dalam Cetakan Pengaplikasian Shrinkage pada Sudu Pembuatan Model Benda Kerja Pembuatan Model Core Pembuatan Model Cavity Perencanaan Proses Pemesinan dengan Space-E/CAM Version Perencanaan Proses Pemesinan untuk Core Pendefinisian Awal pada Space-E/CAM untuk Core Pendefinisian Model Pendefinisian Material Pendefinisian Mesin Pendefinisian Koordinat Sistem Basis Pemotongan Pendefinisian Proses-Proses Pemesinan Core Operasi Roughing pada Core Parameter Proses Contour Roughing Dialog box Function Dialog box Cutting pattern Dialog box Approach Dialog box Clearance Dialog box Option Pahat pada Proses Contour Roughing Dialog box Tool Setup Dialog box Holder Setup Dialog box Tool property Area Pemesinan pada Proses Contour Roughing Post processor pada Proses Contour Roughing Operasi Semi finishing Contour Finishing Tahap Satu iv

9 Contour Finishing Tahap Dua Parallel Finishing Tahap Satu Parallel Finishing Tahap Dua Operasi Finishing Parallel Finishing Tahap Tiga Rest Cutting Tahap Satu Rest Cutting Tahap Dua Perencanaan Proses Pemesinan untuk Cavity Pendefinisian Awal pada Space-E/CAM Pendefinisian Proses-Proses Pemesinan Cavity Operasi Roughing Operasi Semi finishing Operasi Finishing Parallel Finishing Tahap Satu Parallel Finishing Tahap Dua 59 BAB 4 PEMBAHASAN Pembahasan Pemodelan Runner Turbin Penggunaan Pro/Engineer Wildfire Konsep Pemodelan Runner Turbin Pengetesan Model Runner Turbin Pembahasan Pemodelan Cetakan untuk Wax Pattern Sudu Turbin Penggunaan Space-E/Modeler Version Konsep Pemodelan Cetakan Pembahasan Pemosisian Sudu dalam Cetakan Posisi Sudu Tidak Undercut Posisi Sudu Menghabiskan Material Benda Kerja Paling Minimum Pembahasan Pengaplikasian Shrinkage pada Sudu Pembahasan Pembuatan Model Benda Kerja Pembahasan Pemodelan Model Core dan Cavity Pembahasan Perencanaan Proses Pemesinan dengan Space-E/CAM Penggunaan Space-E/CAM 70 v

10 4.3.2 Pembahasan Perencanaan Proses Pemesinan Core Pendefinisian Awal pada Space-E/CAM untuk Core Pendefinisian Proses-Proses Pemesinan Core Operasi Roughing pada Core Operasi Semi Finishing pada Core Contour Finishing Tahap Satu pada Core Contour Finishing Tahap Dua pada Core Parallel Finishing Tahap Satu pada Core Parallel Finishing Tahap Dua pada Core Operasi Finishing pada Core Parallel Finishing Tahap Tiga pada Core Rest Cutting Tahap Satu pada Core Rest Cutting Tahap Dua pada Core Pembahasan Perencanaan Proses Pemesinan Cavity Pendefinisian Awal pada Space-E/CAM untuk Cavity Pendefinisian Proses-Proses Pemesinan Cavity Operasi Roughing pada Cavity Operasi Semi Finishing pada Cavity Operasi Finishing pada Cavity Parallel Finishing Tahap Satu pada Cavity Parallel Finishing Tahap Dua pada Cavity Pembuatan G-Code Pembuatan Core dan Cavity 92 BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN Kesimpulan Saran 97 DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN vi

11 DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Tahap-tahap dalam investment casting. 9 Gambar 2.2 Contoh-contoh cetakan untuk wax pattern Gambar 2.3 Proses penginjeksian wax. 12 Gambar 2.4 Pembuatan pattern cluster 12 Gambar 2.5 Pahat-pahat untuk proses milling.. 15 Gambar 2.6 Alur sistem CAD/CAM 17 Gambar 2.7 Lembar kerja modul sketch Gambar 2.8 Lembar kerja modul part.. 21 Gambar 2.9 Lembar kerja Space-E/Modeler 22 Gambar 2.10 Lembar kerja Space-E/CAM. 23 Gambar 2.11 Diagram alir pemodelan pemesinan pada Space-E/CAM 24 Gambar 2.12 Ilustrasi fungsi sebuah postprocessor Gambar 3.1 Diagram Alir Pembuatan Cetakan untuk wax pattern.. 26 Gambar 3.2 Model runner turbin Francis yang serupa 27 Gambar 3.3 Sudu turbin Francis yang akan diproduksi dengan investment casting. 31 Gambar 3.4 Model sudu yang dipanggil ke dalam Space-E/Modeler.. 32 a. Model sudu tampak atas (top view) b. Model sudu tampak bawah (bottom view) Gambar 3.5 Pemberian center lines pada model sudu.. 33 Gambar 3.6 Sudu yang sudah diputar Gambar 3.7 Check Taper Angle of Face.. 34 Gambar 3.8 Shrinkage pada sudu. 34 a. Sudu yang sudah diskala di class 2 berwarna hijau b. Perbandingan dengan sudu awal (warna merah) Gambar 3.9 Pembuatan konstruksi benda kerja 35 a. Garis-garis konstruksi pembuat benda kerja b. Kotak konstruksi pembuat benda kerja vii

12 Gambar 3.10 Pembuatan blok benda kerja. 35 a. Blok benda kerja b. Blok benda kerja yang sudah digeser Gambar 3.11 Blok benda kerja siap pakai.. 36 Gambar 3.12 Pemecahan model sudu. 36 a. Permukaan cavity (di class 3) b. Permukaan core (di class 4) Gambar 3.13 Pembuatan parting surface a. Taper face pada sebuah sisi sudu b. Parting surface untuk sudu Gambar 3.14 Kurva pada parting surface untuk mentrim kotak benda kerja 37 Gambar 3.15 Pemecahan kotak benda kerja a. Kotak benda kerja untuk core di class 6 b. Kotak benda kerja bagian cavity di class 2 Gambar 3.16 Core.. 38 Gambar 3.17 Cavity a. Posisi awal b. Sudah diputar dan siap menjadi cavity Gambar 3.18 Dialog box Model. 40 Gambar 3.19 Dialog box Material.. 40 Gambar 3.20 Dialog box Machine. 41 Gambar 3.21 Dialog box Function Contour Roughing pada Core. 43 Gambar 3.22 Ilustrasi Z-pitch. 44 Gambar 3.23 Ilustrasi XY pitch.. 44 Gambar 3.24 Ilustrasi XY cutting pattern.. 44 Gambar 3.25 Dialog box cutting pattern Contour Roughing. 45 Gambar 3.26 Dialog box Approach Contour Roughing. 45 Gambar 3.27 Dialog box Clearance Contour Roughing 46 Gambar 3.28 Ilustrasi clearance mode (down) Gambar 3.29 Ilustrasi air cut type.. 47 Gambar 3.30 Dialog box Option Contour Roughing.. 47 Gambar 3.31 Ilustrasi cutting priority. 48 viii

13 Gambar 3.32 Ilustrasi incorner R 49 Gambar 3.33 Ilustrasi tolerance.. 49 Gambar 3.34 Ilustrasi thickness.. 50 Gambar 3.35 Ilustrasi pick.. 50 Gambar 3.36 Dialog box Tool Setup.. 51 Gambar 3.37 Ilustrasi pahat 51 Gambar 3.38 Dialog box Holder Setup Gambar 3.39 Dialog box Tool Property. 53 Gambar 3.40 Dialog box Cutting Area Gambar 3.41 Dialog box Post Processor 54 Gambar 4.1 Ilustrasi untuk undercut. 64 a. Produk yang akan dibuat cetakannya b. Cetakan yang mengalami undercut c. Cetakan yang tidak mengalami undercut Gambar 4.2 Dialog box check taper angle of face 64 Gambar 4.3 Ilustrasi material benda kerja (kotak hijau) a. Material benda kerja untuk model 1 b. Material benda kerja untuk model 2 Gambar 4.4 Hasil contour roughing pada core 74 Gambar 4.5 Hasil contour finishing tahap satu pada core 76 Gambar 4.6 Hasil contour finishing tahap dua pada core. 77 Gambar 4.7 Hasil parallel finishing tahap satu pada core 79 Gambar 4.8 Hasil parallel finishing tahap dua pada core 80 Gambar 4.9 Hasil parallel finishing tahap tiga pada core 82 Gambar 4.10 Hasil rest cutting tahap satu pada core. 83 Gambar 4.11 Hasil rest cutting tahap dua pada core.. 85 Gambar 4.12 Hasil contour roughing pada cavity.. 87 Gambar 4.13 Hasil contour finishing pada cavity Gambar 4.14 Hasil parallel finishing tahap satu pada cavity. 90 Gambar 4.15 Hasil parallel finishing tahap dua pada cavity. 92 Gambar 4.16 Mesin NC milling First MCV Gambar 4.17 Pahat-pahat yang digunakan. 93 ix

14 Gambar 4.18 Core dan cavity hasil pemesinan dengan NC milling a. Cetakan bagian core b. Cetakan bagian cavity Gambar 4.19 Mesin milling manual di Lab. Teknik Produksi ITB. 94 Gambar 4.20 Core dan cavity yang sudah dirapikan dengan milling manual 95 a. Cetakan bagian core b. Cetakan bagian cavity Gambar 4.21 Core dan cavity yang sudah diberi lubang untuk injeksi. 95 a. Cetakan bagian core b. Cetakan bagian cavity Gambar 4.22 Cetakan akhir x

15 DAFTAR TABEL Tabel 2.1 Klasifikasi untuk Proses Pengecoran Berdasarkan Jenis Mold... 6 Tabel 2.2 Beberapa Perintah dalam Space-E/Modeler untuk Pembuatan Mold. 22 Tabel 3.1 Cuplikan peristiwa pembuatan model cone 28 Tabel 3.2 Cuplikan peristiwa pembuatan model ring. 29 Tabel 3.3 Cuplikan peristiwa pembentukan sudu Tabel 4.1 Perbandingan Pro/Mold dengan Space-E Modeler Version Tabel 4.2 Perbandingan Model 1 dan 2 Dari Segi Undercut.. 66 Tabel 4.3 Komposisi kimia material AISI CA-6 NM. 69 xi

16 DAFTAR LAMPIRAN Lampiran A-1 Pendefinisian Awal pada Space-E/CAM untuk Core Lampiran A-2 Pendefinisian Contour Roughing pada Core 101 Lampiran A-3 Pendefinisian Contour Finishing Tahap satu pada Core. 103 Lampiran A-4 Pendefinisian Contour Finishing Tahap dua pada Core Lampiran A-5 Pendefinisian Parallel Finishing Tahap satu pada Core..107 Lampiran A-6 Pendefinisian Parallel Finishing Tahap dua pada Core Lampiran A-7 Pendefinisian Parallel Finishing Tahap tiga pada Core Lampiran A-8 Pendefinisian Rest Cutting Tahap satu pada Core Lampiran A-9 Pendefinisian Rest Cutting Tahap dua pada Core 115 Lampiran B-1 Pendefinisian Awal pada Space-E/CAM untuk Cavity Lampiran B-2 Pendefinisian Contour Roughing pada Cavity. 118 Lampiran B-3 Pendefinisian Contour Finishing pada Cavity. 120 Lampiran B-4 Pendefinisian Parallel Finishing Tahap satu pada Cavity Lampiran B-5 Pendefinisian Parallel Finishing Tahap dua pada Cavity 124 Lampiran C-1 G-code Contour roughing pada Core Lampiran C-2 G-code Contour Finishing Tahap satu pada Core Lampiran C-3 G-code Contour Finishing Tahap dua pada Core. 128 Lampiran C-4 G-code parallel Finishing Tahap satu pada Core 129 Lampiran C-5 G-code parallel Finishing Tahap dua pada Core Lampiran C-6 G-code parallel Finishing Tahap tiga pada Core Lampiran C-7 G-code Rest cuting Tahap satu pada Core Lampiran C-8 G-code Rest cuting Tahap dua pada Core Lampiran D-1 G-code Contour roughing pada Cavity 134 Lampiran D-2 G-code Contour Finishing pada Cavity Lampiran D-3 G-code parallel Finishing Tahap satu pada Cavity..136 Lampiran D-4 G-code parallel Finishing Tahap dua pada Cavity Lampiran E Gambar Teknik Benda Kerja Core Lampiran F Gambar Teknik Benda Kerja Cavity xii