Publikasi Online Mahsiswa Teknik Mesin RANCANG BANGUN MESIN CENTRIFUGAL CASTING HORIZONTAL UNTUK PENGECORAN ALUMINIUM SKALA LABORATORIUM

Transkripsi

1 Publikasi Online Mahsiswa Teknik Mesin Universitas 7 Agustus 945 Surabaya Vlume N (28) RANCANG BANGUN MESIN CENTRIFUGAL CASTING HORIZONTAL UNTUK PENGECORAN ALUMINIUM SKALA LABORATORIUM Rendi Putra Lukmana Prgram Studi Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas 7 Agustus 945 Surabaya Jalan Semlwaru N 45 Surabaya 68, Tel , Indnesia mmhasibuan@utlkfr ABSTRACT DESIGN OF CENTRIFUGAL CASTING MACHINE HORIZONTAL TO CASTING ALUMINIUM SCALE LABORATORY Centrifugal Casting Hrizntal is a casting technique by utilizing cntinuus spin mtin resulting in cylindrical cast material, in the presence f cntinuus rtatin causing the material pushed r pressed t the uter radius f the radius resulting in a cylindrical cast material with a better surface than ther casting techniques Aluminum is ften used in the cast industry because many have advantages such as resistance t crrsin rate, electrical cnductr is gd and ther advantages therefre it is widely used fr allys with ther metals r as cre in cast When designing the Hrizntal Aluminum Casting Centrifugal Engine is dne frm the design prcess until the drawing f the wrk with the general type shape n the frame has dimensins f mm, width 5 mm, height 5 mm and electric mtr used t rtate the liner mld f HP with rtatin speed maximum 5 rpm Keywrds: Centrifugal, Casting, Aluminum, Rund PENDAHULUAN Latar Belakang banyak dan sering terjadi di dalam pengecran adanya permasalahan yang terjadi terutrama didalam prses pengecran gravity pengecran gravity adalah pengecran palinga dasar karena itu banyak memiliki kekurangan kalau tidak dilakukan secara sempurna leh sebab itu sering terjadi kesalahan dalam prses pengecran kesalahan tersebut sperti cacat alir pengecran yang disebabkan pengaliran material cair panas tidak cepat dan tepat mengakibatkan tidak sepenuhnya tertuang material cairnya, cacat rngga udara terjadi karena terdapat uara yang terjebak di dalam material yang membeku dengan sangat cepat itu dikarenakan suhu material belum titik yang tinggi dan kecepatan memasukanya terlalu lamban sehingga terdapat rngga udara yang terjebak, cacat retak pada pengecran yang disebabkan cetakan tidak berbentuk sempurna dan pendinginan material yang tidak sempurna penyempurnaan metde pengecran didunia terus mengalami penyempurnaan berkala samap ditemukan metde tehnik pengecran centrifugal Pengecran centrifugal dapat menutupi kekurangan dari gravity casting dan bisa disebut penyempurnaanya karena pengecran centrifugal menggunakan tehnik putaran yang cepat sehingga cairan material yang panas dituangkan mengalir terdrng dan tertekan dari sumbu putaran ke sisi luar jari jari sehingga material menjadi lebih sempurna berupa linier silinder juga memiliki permukaan cran lebih haik dari

2 Publikasi Online Mahasiswa Teknik Mesin UNTAG Surabaya Vl N (28) pada pengecran gravity pada umumnya Pengecran centrifugal adalah inti dari skripsi yang saya angkat dan sebuah ilmu pengecran yang bagus untuk dipelajari karena banyak keunggulan didalam pengecran centrifugal 2 TINJAUAN PUSTAKA 2 Pengecran Centrifugal Pengecran centrifugal adalah pengecran yang mekanismenya mengandalkan putaran sebagai tehnik dasarnya berbeda dengan pengecran statik yang cetaknya tidak bergerak dan hanya dituangi material cair Pada centrifugal casting, pengisian cetakan (puring) dilakukan pada saat cetakan sedang berputar, walaupun pada jenis tipe tertentu terutama pada centrifugal casting yang tegak lurus, penuangan dimulai ketika cetakan diam, kemudian cetakan diputar sampai pada kecepatan tertentu sehingga pembekuan lgam terjadi pada saat cetakan tersebut berputar Pada pengecran centrifugal casting hrizntal (mendatar) pengecran dilakukan pada saat cetakan berputar lalu dituangkan material kedalam cetakan yang sedang berputar tersebut Putaran yang digunakan dapat bervariasi sesuai kebutuhan Pada saat pengecran terjadi dan pada saat fase pendinginan material dari suhu tinggi menuju suhu rendah sangatlah cepat jadi sebelum dituangkan cetakan linier dipanaskan terlebih dahulu untuk menghindari terjadinya cacat pengecran yang diakibatkan perbedaan suhu yang begitu jauh dari suhu tinggi material dengan suhu ruangan yang dimiliki cetakan, bila sebelum penuangan material cetakan linier belum di panaskan terlebih dahulu pasti akan terjadi kesalah pada pengecran menyebabkan cran menjadi cacat dan tidak sempurna Pada pengecran centrifugal dapat memiliki kekerasan slid dibagian permukaan luar dibandingkan dengan pengecran statik permukaan pada cetakan centrifugal memiliki keunggulan yang lebih 22Bagian bagian dari rancang bangun alat mesin centrifugal casting 22 Rangka Rangka pada mesin merupakan tempat penahan bagi kmpnen yang di perlukan pada mesin centrifugal hrizntal berkerja dengan baik sehingga dapat menghasilkan prduk yang diinginkan secara sempurna tanpa kesalahan teknis Rangka pada pengecran centrifugal casting biasanya terbuat dari cran dan pengelasan Tapi sekarang banyak disukai rangka pengelasan batang karena lebih menekan biaya pembuatan, karena dengan hanya mengelas dari bahan besi baja batangan kita dapat merangkai berbagai jenis pengecran centrifugal casting yang kita inginkan dengan disambungkan dengan tehnik pengelasan semua dapat dibuat dengan simple dan tentunya aman memperkecil berat bebab sampai 3% 2perawatan pada kerangka lebih muda 3dapat menggunakan berbagai macam lgam 4perubahan desain mudah karena mesin berupa rangkaian yang dapat diubah sehingga meminimalisir biaya yang dikeluarkan 5bila terjadi kesalahan dalam disain yang dibuat terdapat kesalahan akan dapat di kreksi dengan mudah 6dapat diberikan tambahan rangkaian dibeberapa titik bila di butuhkan Kerangka berfungsi untuk menpang kmpnen kmpnen yang digunakan untuk pengecran seperti mtr penggerak, penahan, prs, rller,pulley Kerangka yang digunakan kebanyakan terbuat dari baja karbn rendah yang berbentuk L 222Prs Prs adalah suatu batang silinder yang berputar, biasanya penampang atau batang berbentuk lingkaran yang juga terpasang kmpnen-kmpnen seperti rller, pulley, dan v belt yang bekerja secara sinkrn digerakan leh mtr penggerak untuk menggerakan cetakan 2

3 Publikasi Online Mahasiswa Teknik Mesin UNTAG Surabaya Vl N (28) afungsi prs fungsi prs dalam sebuah mesin yaitu sebagai penerus tenaga dengan memanfaatkan tenaga putaran Setiap pada kmpnen kmpnen mesin yang berputar, seperti tali cakra, sabuk pada pulley, sabuk mtr dan termasuk cetakan cr akan berputar mengikuti kecepatan putar pada prs yang diberikan Cnthnya : Kekuatan Prs Prs akan menerima beban puntir (twisting mment), beban lentur (bending mment) ataupun gabungan antara beban puntir dan lentur Dalam perencanaan prs perlu memperhatikan beberapa faktr, misalnya : kelelahan, tumbukan dan pengaruh knsentrasi tegangan bila menggunakan prs bertenaga ataupun pasak pada prs tersebut Prs yang dirancang tersebut harus cukup aman untuk menahan beban beban tersebut 2 Kekakuan Prs Meskipun sebuah prs mempunyai kekauan yang cukup aman dalam menahan pembebana tetapi adanya lenturan atau defleksi yang terlalu besar akan mengakibatkan ketidaktelitian (pada mesin perkakas), getaran mesin (vibratin) dan suara (nise) Oleh karena itu disamping memperhatikan kekuatan prs, kekakuan prs juga harus diperhatikan dan disesuaikan dengan jenis mesin yang akajn ditransmisikan dayanya dengan prs tersebut 3 Putaran kritis Bila putaran mesin dinaikkan maka akan menimbulkan getaran (vibratin) pada mesin tersebut Batas antara putaran mesin yang mempunyai jumlah putaran nrmal dengan putaran mesin yang menimbulkan getaran yang tinggi disebut putaran kritis Hal ini dapat terjadi pada turbin, mtr bakar, mtr listrik, dll Selain itu, timbulnya getaran yang tinggi dapat mengakibatkan kerusakan pada prs dan bagian yang lainnya Jadi dalam perancangan prs perlu mempertimbangkan putaran kerja dai prs tersebut agar lebih rendah dari putaran kritisnya 4 Material Prs Prs yang biasa digunakan untuk putaran tinggi dan beban yang berat pada umumnya dibuat dari baja paduan (ally steel) dengan prses pengerasan kulit (case hardening) sehingga tahan terhadap keausan Beberapa diantaranya adalah baja chrm nikel d Persamaan yang digunakan pada Perhitungan Prs Menentukan Mmen Trsi Prs (Khurmi, 982 : 46) Te = + Te = Mmen trsi 3

4 prs Publikasi Online Mahasiswa Teknik Mesin UNTAG Surabaya Vl N (28) M = Bending mmen terbesar pada T = Trsi pada prs 2 Menentukan Diameter Prs (Khurmi, 982 : 46) Te = fsd3 Te = Mmen trsi fs = Shear Stress d = Diameter prs(mm); 3 Menentukan Daya yang dibutuhkan Mesin Sentrifugal Casting (Adedipe, 2:4) P = P = Daya yang dibutuhkan (W) 4 Menentukan Trsi yang dihasilkan (Adedipe, 2 : 5) T = P rd T = Trsi yang dihasilkan (Nm) rd = Jari jari Cetakan (m) 5 Menentukan Gaya Sentrifugal Mesin (Adedipe, 2 : 6) F = Mr F = Gaya Sentrifugal mesin (N); M = Masa Cetakan (kg); r = Jari jari Cetakan (mm); ω = Kecepatan Angular Cetakan (rpm) 6 Daya rencana dapat diketahui dengan rumus (Sulars, 24 : 7) Pd = fc P fc = Faktr kreksi P = Daya nrmal (KW) 7 Mmen puntir dapat diketahui dengan rumus (Sulars, 24 : 7) T = 9,745 (watt) Pd = Daya rencana n = Putaran prs (rpm) 8 Tegangan geser yang diijinkan (Sulars, 24 : 8) τg = = Kekuatan tarik bahan Sf = Faktr keamanan Sf2 = Faktr keamanan 223 Penahan Menurut sulars dan Kiykatsu Suga (997 : 74) dalam buku elemen mesin, Penahan adalah elemen mesin yang menumpu prs berbeban, sehingga putaran atau gerakan blak baliknya dapat berlangsung secara halus, aman dan panjang umurnya Penahan harus cukup kkh untuk memungkinkan prs serta elemen mesin lainnya bekerja dengan baik Jika bantalan tidak berfungsi dengan baik maka prestasi seluruh system akan menurun atau tidak dapat bekerja secara semestinya Jadi, bantalan dalam pemesinan dapat disamakan peranannya dengan pndasi pada gedung Dalam memilih bantalan yang digunakan, perlu diperhatikan hal hal sebagai berikut: Tinggi rendahnya putaran prs 2 Jenis bahan yang digunakan 3 Besar kecilnya beban yang dikenakan 4 Kemudahan perawatan penahan dapat diklasifikasikan sebagai berikut : Atas dasar gerakan bantalan terhadap prs a Penahan luncur Pada Penahan ini terjadi gesekan luncur antara prs dan bantalan karena permukaan prs ditumpu leh permukaan bantalan dengan perantara lapisan pelumas b Bantalan gelinding Pada Penahan ini terjadi gesekan gelinding antara dua bagian yang berputar dengan yang diam melalui elemen gelinding seperti bla (peluru), rl atau rl jarum, dan rl bulat 4

5 Publikasi Online Mahasiswa Teknik Mesin UNTAG Surabaya Vl N (28) 2 Atas dasar arah beban terhadap prs a Penahan Radial Arah beban yang ditumpu bantalan ini adalah tegak lurus sumbu prs b Penahan Aksial Arah beban bantalan ini sejajar dengan sumbu prsnya c Penahan Gelinding Khusus dapat menumpu beban yang arahnya sejajar dan tegak lurus sumbu prs 224 Transmisi Transmisi adalah suatu alat untuk meneruskan tenaga dari prs satu ke prs yang lain dibantu dengan alat yang sesuai kebutuhan, misal alat itu rantai, sabuk, gear dll Pada alat centrifugal casting aluminium ini kita menggunakan transmisi sabuk yang dihubungkan menggunakan puli a Transmisi sabuk puli Sabuk adalah suatu elemen mesin fleksibel yang dapat digunakan dengan mudah untuk mentransmisikan trsi dan gerakan berputar dari suatu kmpnen satu ke beberapa kmpnen lain Belt digunakan untuk memindahkan daya antara dua prs yang sejajar Prs prs terpisah pada suatu jarak minimum tertentu yang tergantung pada jenis pemakaian belt / sabuk agar bekerja secara efisien Sabuk mempunyai karakteristik sebagai berikut Sabuk bisa dipakai untuk jarak sumbu yang panjang 2 Karena slip dan gerakan sabuk yang lambat perbandingan sudut antara dua prs tidak knstan ataupun sama dengan perbandingan diameter puli 3 Bila sabuk v dipakai, beberapa variasi dalam perbandingan kecepatan sudut bisa didapat dengan menggunakan puli kecil dengan sisi yang dibebani pegas Diameter puli merupakan fungsi dari tegangan sabuk dan dapat diubah ubah dengan merubah jarak sumbunya 4 Sedikit penyetelan atas jarak sumbu biasanya diperlukan sewaktu sabuk sedang dipakai 5 Dengan menggunakanpuli yang bertingkat suatu alat pengubah perbandingan kecepatan yang eknmis bisa didapat b Macam Macam Sabuk Sabuk datar Bahan sabuk pada umumnya terbuat dari samak atau kain yang diresapi leh karet Sabuk datar yang mdern terdiri atas inti elastis yang kuat seperti benang baja atau niln Beberapa keuntungan sabuk datar yaitu : Pada sabuk datar sangat efisien untuk kecepatan tinggi dan tidak bising 2 memindahkan jumlah daya yang besar pada jarak sumbu yang panjang 3 Tidak memerlukan puli yang besar dan dapat memindahkan daya antar puli pada psisi yang tegak lurus satu sama lain 4 Sabuk datar khusunya sangat berguna untuk instalasi penggerak dalam kelmpk aksi kls 2 Sabuk V Sabuk V terbuat dari kain dan benang, biasanya katun rayn atau niln dan diresapi karet dan mempunyai penampang trapesium Tenunan tetrn atau semacamnya digunakan sebagai inti sabuk untuk membawa tarikan yang besar (Gambar 2) Sabuk V dibelitkan dikeliling alur puli yang berbentuk V pula Bagian sabuk yang sedang membelit pada puli ini mengalami lengkungan sehingga lebar bagian dalamnya akan bertambah besar Gaya gesekan juga akan bertambah 5

6 Publikasi Online Mahasiswa Teknik Mesin UNTAG Surabaya Vl N (28) karena pengaruh bentuk baji, yang akan menghasilkan transmisi daya yang besar pada tegangan yang relative rendah Gambar 2kntruksi V - Belt Sebagian besar transmisi sabuk menggunakan karena mudah penanganannya dan harganya murah Kecepatan sabuk direncanakan untuk m/s sampai 2 m/s pada umumnya, dan maksimal sampai 25 m/s Daya maksimum yang dapat ditransmisikan kurang lebih sampai 5 KW Jenis jenis v belt ada tiga jenis yaitu : a Tipe standard ditandai dengan huruf A, B, C, D, & E Gambar 22 V-Belt Knvensinal Tipe Standard Gambar 23 V-Belt Knvensinal Tipe Standard btipe sempit, ditandai dengan symbl 3V, 5V, & 8V Gambar 23 V-Belt Knvensinal Tipe Sempit ctipe untuk beban ringan, ditandai dengan 3L, 4L, & 5L Gambar 2 4 V-Belt Beban Ringan Kelebihan sabuk V dibandingkan dengan sabuk datar yaitu aselip antara sabuk dan puli dapat diabaikan bmemberikan umur mesin lebih lama csabuk V mudah dipasang dan dibngkar dsabuk V juga dapat diperasikan pada arah yang berlawanan esabuk V tanpa sambungan dapat memperlancar putaran fsabuk V mempunyai kemampuan untuk menahan gncangan saat mesin dinyalakan Sedangkan kelemahan sabuk V dibandingkan dengan sabuk datar yaitu a Sabuk V tidak seawet sabuk datar b Knstruksi puli sabuk V lebih rumit dibandingkan dengan sabuk datar c Tidak dapat digunakan untuk jarak prs yang panjang 3 Persamaan yang digunakan pada Perhitungan V-Belt dan Puli a Menentukan Putaran Pulley pada Prs Kecepatan Pulley pada prs ditentukan dengan persamaan (Khurmi, 982 : 657) leh : N2 = N = Putaran Pulley pada Mtr Listrik (rpm); N2 = Putaran Pulley pada Prs (rpm); d = Diameter Sheave Pulley pada Mtr Listrik (mm); d2 = Diameter Sheave Pulley pada Prs (mm) b Mencari kecepatan pulley yang digerakkan Kecepatan pulley dapat dihitung dengan 6

7 Publikasi Online Mahasiswa Teknik Mesin UNTAG Surabaya Vl N (28) menggunakan rumus (Khurmi, 982 : 683) : V = V= kecepatan linier sabuk V-belt (m/s) c Menentukan panjang pada Belt Panjang Belt pada mesin centrifugal casting ditentukan dengan rumus (Sulars, 24 : 7) leh : L = 2c + (d2 + d) + ( ) L = Panjang efektif sisi luar (mm); C = Jarak antara dua Pulleys (mm) d Menentukan Kecepatan Sudut Pulley pada Prs Kecepatan sudut pulley pada prs ditentukan dengan rumus (Adedipe, 2 : 4) = ω = Kecepatan sudut pada cetakan (rads-); N = Kecepatan pulley pada prs (rpm) e Berat Sabuk ditentukan dengan rumus (Khurmi, 982 : 683) W = ALρg W = ALpg W = Berat sabuk (N) ρ = massa jenis sabuk (kg/cm3) g = percepatan gravitasi (cm/s2) f Gaya sentrifugal sabuk dapat dicari dengan rumus (Khurmi, 982 : 669) Tc = Tc = Gaya sentrifugal sabuk (N) W = Berat sabuk (N) v = kecepatan linear sabuk (m/s) g = percepatan gravitasi (m/s2) r = jari jari puli (m) g Gaya sabuk sisi kencang dan kendr dapat dicari dengan rumus (Sulars, 24 : 7) = (rpm) F = Gaya sabuk sisi kencang (N) F2 = Gaya sabuk sisi kendr (N) e = bilangan natural μ = kefisien gesek sabuk dan puli θ = sudut kntak sabuk terhadap puli h Trsi (T) dapat dicari dengan rumus (Adedipe, 2 : 5) T = T = Trsi (Nm) n2 = putaran puli yang digerakan P = daya ttal (watt) PROSEDUR EKSPERIMEN 7

8 Publikasi Online Mahasiswa Teknik Mesin UNTAG Surabaya Vl N (28) 3 Hasil Uji Labratarium Impact Pada pengujian impact yang diambil untuk diuji ada tiga dengan perbedaan putaran rpm pada masing masing spesimen dari putaran 5rpm, rpm, 5rpm c Pembuatan dengan 5rpm a Pembuatan dengan 5rpm Ketahanan pada uji kali ini menunjukan bahwa ketahanan untuk menghadapi beban secara tiba tiba yaitu spesimen terakhir yang dicr menggunakan putaran rpm tertinggi yaitu 5 rpm a 5rpm b rpm b Pembuatan dengan rpm c5rpm Gambar 45 uji impect 8

9 Publikasi Online Mahasiswa Teknik Mesin UNTAG Surabaya Vl N (28) Labratrium Material Teknik Teknik Mesin UNTAG Surabaya Lembaran Data Uji Kekerasan Metde Impact Nama : RENDI PUTRA L NBI : N Tem pera tur dan Bah an pad uan Tem pera tur 69 C dan Si Tem pera tur 69 C dan Si Tem pera tur 69 C dan si Raw Mat erial P( m m) L( m m) T( m m) H( m m) = x 7 = 7 mm 2 Keterangan : l : lebar bahan h : kedalaman Material pada bagian cekung Rumus : E = W x l (cs 2 - cs ) Keterangan : E : energy impact T C Su hu ka ma r Su hu ka ma r Su hu ka ma r Su hu ka ma r W : massa bandul l : panjang lengan bandul cs : awal ayununan bandul dan akhir ayunan bandul E = W x l ( cs 2 - cs ) ( temperature 69 C dan Si % ) = 26, 8 x,75 (cs - cs ) = 9,56 (-,63 ) Nama / jenis bahan : Allumunium Al dan Si Tanggal pengujian : Luas α α HI (mm 2 2 Jule ) mm E j ul e ,4 9 9,4 2,2796,2784,2794 E = W x l ( cs 2 - cs ) ( temperature 69 C dan Si % ) = 26, 8 x,75 (cs 6 - cs ) = 9,56 (,663) = 9, 4937 jule E = W x l ( cs 2 - cs ) ( temperature 69 C dan Si % ) = 26, 8 x,75 (cs 4 - cs ) = 9,56 (,39 ) = 9, 429 jule E = W x l (cs 2 - cs ) ( Raw material ) = 26, 8 x,75 (cs - cs ) = 9,56 = jule Rumus : HI= Dimana E = energy yang diserap (jule) A = luas penampang bawah takik ( ) HI= harga impact HI= =, =, 2769 Jule mm 2 ( temperature 69 C dan Si % ) HI= =, = -, 2784Jule mm 2 ( temperature 69 C dan Si % ) HI= =, = -, 2794Jule mm 2 (temperature 69 C dan Si % ) HI= = = ( Raw material, titik cair ) Data Hasil Pengujian = 9, 5763 jule 9

10 Publikasi Online Mahasiswa Teknik Mesin UNTAG Surabaya Vl N (28) NO Temperatur Harga Energi Impact Harga Impact Streanght 3 9,5763, ,4937, ,429,2794 Energi Impact Impact Streanght 4 KESIMPULAN DAN SARAN 4 Kesimpulan Di saat pada prses pendesainaan centrifugal casting hrizntal dapat di simmpulkan bahwa : Pendesainan mesin cetak pengecrra centrifugal casting hrizntal allumuni diawali dengan merancang atau disainnya sebagai berikut : apanjang : 6 mm bleba r : 5 mm ctinggi : 45 mm ddaya mtr : HP eputaran max : 5 rpm Series Series2 Series3 mesin cetak cr ini diharapkan dapat memprduksi material cr linier dan siliner lebih baik dari diecasting karena memiliki sifat unik pada tehnik pengecranya 2 Prses manufaktur cetakan cr centrifugal casting hrizntal yaitu di awali dengan rangka, dua prs as, cetakan, pulley as dan mtr, tutup cetakan, cetakan liner, base plate, dan pengunci untuk pengaman 3 Akhir dari pengecran allumunium menghasilkan kinerja cukup baik, saat prses berlangsung tidak terjadi speed drp atau penurunan kecepatan putaran mesin Jadi mesin ini memiliki daya mtr yang cukup untuk melakukan prses pengecran 4 Mesin cetakan cr ini dapat dimanfaatkan dalam masa pakai yang panjang sekaligus memerlukan perawatan yang tidak sulit sehingga dapat bertahan cukup lama DAFTAR PUSTAKA Baikhaky, Aby Al, 25, Rancang Bangun Mesin Pencacah Btl Plastik, Tugas Akhir, Jurusan DIII Teknik Mesin, Universitas Dipnegr Husen, A, 22, Mdifikasi Mesin Pencacah Jerami, Tugas Akhir, Jurusan DIII Teknik Mesin, Universitas Dipnegr Khurmi, Rs, Gupta, JK 982 Machine Design, Eurasia Publis ing Huse, New Dehli Sulars, 997, Dasar Perencanaan dan Pemilihan Elemen Mesin, Pradnya Paramita, Jakarta Sunday, AM, Oyewle Adedipe, 2, Design and Fabricatin f a Centrifugal casting Machine, Vlume 3 Nmr Nvember 2, hal 824