SIMULASI DESAIN COOLING SYSTEM DAN RUNNER SYSTEM UNTUK OPTIMASI KUALITAS PRODUK TOP CASE

Transkripsi

1 SIMULASI DESAIN COOLING SYSTEM DAN RUNNER SYSTEM UNTUK OPTIMASI KUALITAS PRODUK TOP CASE Fabio Dwi Bagus Irawan 1,a, Cahyo Budiyantoro 1,b, Thoharudin 1,c 1 Program Studi Tknik Msin, Fakultas Tknik, Univrsitas Muhammadiyah Yogyakarta Jalan Lingkar Slatan Tamantirto, Kasihan, Bantul, DI Yogyakarta, Indonsia, a Fabioirawan95@gmail.com, b cahyo_budi@umy.ac.id, c thoharudin@gmail.com Abstrak Pnlitian ini brsifat komputrisasi brbasis simulasi mnggunakan softwar Autodsk Moldflow Insight untuk mmprdiksi dua kgagalan dan untuk mngoptimalkan kualitas produk. Karna minimnya produk plastik pada ngin motor, maka pnulis mlakukan study kasus dari produk sparpart motor yaitu top cas. Pnlitian diawali dngan 4 prcobaan, dalam tahap awal dilakukan prbandingan dari kmpat prcobaan dngan analisa fill tim. Stlah analisa fill tim dilakukan prbandingan antara cooling baffl dan cooling cinformal. Kmudian hasil optimal dari prbandingan, dilakukan analisa Taguchi. Mnurut dsain ksprimn Taguchi mngharuskan pngacakan nilai faktor mnggunakan matriks orthogonal L 9 (3 3 ) shingga trdapat 9 ksprimn dngan 3 lvl. Dalam hal ini optimasi paramtr yang mnggunakan mtod taguci trbukti dapat mminimalisir nilai sink mark dan shrinkag. Hasil optimasi dngan mtod taguci dapat digunakan untuk mnjadi acuan paramtr dalam pmbuatan produk yang di fabrikasi mnggunakan injction molding sprti produk top cas. Kata kunci: Runnr, Cooling, Moldflow insight, Sink mark, Shrinkag 1. Pndahuluan Konsp manufaktur plastik modrn ini lbih mngdpankan tknologi simulasi untuk mmprdiksi jumlah atau jnis cacat maupun rror pada produk yang dihasilkan sblum pross injksi brlangsung pada msin injksi plastik. Hasil dari simulasi ini nantinya akan sangat brguna sbagai panduan bagi mold makr untuk mmbuat konstruksi mold dan brguna untuk mnntukan stting paramtr pross di msin injksi shingga mmprcpat pross trial and rror yang dilakukan pada msin injksi plastik (Rudiyadi, 2016). Efisinsi sirkulasi cooling dan runnr scara langsung mmpngaruhi kualitas dan waktu pngisian dan pndinginan produk. Stidaknya 60% cacat yang trjadi akan mngurangi dampak kgagalan produk karna cacat shrinkag dan sink mark (Marqus dkk, 2015). Dalam mtod simulasi Moldflow Insight ini dipilih untuk mmbrikan pnyajian brupa situasi suatu pross yang nyata untuk mningkatkan kualitas produk top cas. Karna minimnya produk plastik pada ngin motor, maka pnulis mlakukan study kasus dari produk sparpart motor yaitu top cas. Mkanism pngisian dan pndinginan yang fisin untuk mncapai waktu total siklus shingga produk yang tidak ssuai akan trkurangi. Prancangan ini akan mngikuti prhitungan shingga prancang tidak smbarangan untuk mnntukan ukuran diamtr cooling dan runnr. Hasil dari tahapan prancangan dan simulasi produk top cas ssuai dngan daftar tuntunan yang tlah disusun olh pnulis. 2. Mtodologi Obyk Pnlitian Pnlitian ini adalah pnlitian ksprimn 63

2 dsain, dngan mtod simulasi untuk mndapatkan paramtr pross untuk mningkatkan kualitas karna kgagalan produk sink mark dan shrinkag. Pnlitian ksprimn ini mnggunakan modl brupa produk top cas dngan dimnsi panjang 152 mm, lbar 150 mm, dan tinggi 71 mm. Produk trsbut digambar ulang ssuai dngan dimnsi yang ada dan dimodlkan dalam bntuk 3D. Top cas trbuat dari bahan Polyamid (typ 66). Gambar 1. Produk Top Cas Gambar 2. Dimnsi Top Cas Gambar 3. Diagram Alir Mtod Pnlitian 64

3 3. Hasi dan Pmbahasan Hasil prbandingan Analisa Layout Runnr Systm a. Prbandingan layout runnr systm Pada prancangan ini runnr dilakukan prbandingan diamtr runnr brtujuan untuk mmprtimbangkan layout yang ssuai dngan alur produksi. Tujuan dari prtimbangan layout runnr ini untuk mndapatkan hasil aliran yang optimal pada pngisian dan pngaruh smburan matrial yang mmpngaruhi bntuk dari runnr itu sndiri, brikut gambar prbandingan layout runnr dan layout cooling yang ditunjukkan pada gambar 4 dan dilanjutkan prbandingan fill tim layout 1 dan 2 yang ditunjukkan gambar 2. Gambar 4. Prbandingan Layout runnr systm 1 dan layout runnr systm 2 b. Prbandingan pngaruh pada fill tim Layout 1 dan Layout 2 Gambar 5. Prbandingan fill tim Layout 1 dan Layout 2 65

4 Dari hasil analisa fill tim dapat di bandingkan pada tabl 1. di bawah ini Tabl 1. Data hasil prbandingan analisa fill tim dari 4 prcobaan N o Prcobaan Fill tim (s) 1 Runnr 1 (diamtr 10 mm) 1,652 2 Runnr 1 (diamtr 12 mm) 1,669 3 Runnr 2 (diamtr 10 mm) 1,657 4 Runnr 2 (diamtr 12 mm) 1,666 Hasil prbandingan kmpat runnr dapat diktahui bahwa prbdaan diamtr mmpngaruhi kcpatan pngisian, pngaruh trsbut tidak signifikan karna pada prbdaan saat waktu pngisian yang tidak trlalu lama. Sprti pada pngisian Runnr 1 (diamtr 10 mm) dan Runnr 1 (diamtr 12 mm) dngan prbdaan diamtr 2 mm mmprolh slilih pngisian 0,017 s lbih cpat Runnr 1 (diamtr 10 mm). Brbda dngan Runnr 2 (diamtr 10 mm) dan Runnr 2 (diamtr 12 mm) sama dngan sblumnya dngan prbdaan diamtr 2 mm slisih waktu pngisian 0,009 s. Pada prbdaan slisih trsbut trlihat bda slisih yang sangat sdikit, namun runnr 1 dapat dikatakan fisin karna mmiliki waktu pngisian yang cpat, sdangkan runnr 2 lbih lambat dikarnakan arah lairan langsung yang dapat trhambat swaktu-waktu pada gat, prbandingan fill tim dapat dilihat pada gambar 5. Hasil prbandingan Analisa Layout Cooling Systm a. Circuit coolant tmpratur Gambar 6. Hasil simulasi circuit cooling baffl dan conformal b. Circuit mtal tmpratur Gambar 7. Hasil simulasi circuit mtal tmpratur cooling baffl dan conformal c. Circuit hat rmoval fficincy 66

5 Gambar 8. Hasil simulasi circuit hat rmoval fficincy cooling baffl dan conformal d. Dflction, all ffcts:dflction No Analisa Circuit mtal tmpratur Circuit hat rmoval fficincy Dflction, all ffcts:dfl ction Cooling 1 (Baffl) Cooling 2 (Conformal) 28,96 0 C 29,93 0 C 0,7501 0,7393 0,9498 mm 0,9648 mm Hasil prbandingan cooling dapat diktahui bahwa cooling baffl lbih kcil nilai dflction dari cooling conformal ttapi dalam mngatur dan mngarahkan cairan pndingin dapat trdistribusi pada darah yang sulit untuk trjangkau pndinginan tanpa mmalui clah cavity produk top cas, sdangkan cooling conformal dapat mninggalkan sisa bkas karna hasil dari machining yang sangat brpngaruh pada kualitas produk itu sndiri, brbda dngan cooling baffl yang pross machining tidak brsntuhan dngan caity shingga tidak mnyisakan bkas olh karna itu dipilih cooling baffl dalam simulasi top cas. Hasil Prbandingan runnr dan cooling systm Gambar 9. Efk dflksi cooling baffl dan conformal Dari hasil analisa dapat di bandingkan pada tabl 2. di bawah ini. Tabl 2. Data hasil analisa prbandingan 4 jnis cooling No 1 Analisa Circuit coolant tmpratur Cooling 1 (Baffl) Cooling 2 (Conformal) 25,44 0 C 25,69 0 C Brdasarkan prbandingan yang dilakukan pada runnr 1 cooling 1, runnr 1 cooling 2 runnr 2 cooling 1, dan runnr 2 cooling 2. Runnr 1 cooling 1 dipilih untuk bahan pninjauan pngaruh shrinkag dan sink mark, paramtr yang dilakukan dalam pmilihan runnr 1 cooling 1 adalah prbdaan layout runnr systm dan diamtr yang brpngaruh dalam kcpatan pngisian, prbdaan circuit coolant tmparatur, circuit mtal tmpratur, circuit hat rmoval fficincy dan dflction, all ffcts:dflction yang brpngaruh dngan pndinginan pada produk top cas. Prbandingan ini brdasarkan hasil dari analisa runnr systm dan cooling systm pada pnjlasan 3.1 dan

6 Analisa SNR smallr is bttr dan ANOVA Dari hasil prhitungan man paramtr sink mark dan shrinkag pada stiap prcobaan digunakan untuk mnghitung signal to nois ratio (SNR). Dalam pnlitian ini mnggunakan softwar Minitab 2017 untuk mnghitung nilai SNR. Pnggunaan SNR brtujuan untuk mngtahui lvl faktor atau paramtr pross yang brpngaruh trhadap hasil rspon (Sojanto, 2009).Dalam analisis ini prtama mnntukan pngacakan nilai faktor mnggunakan matriks orthogonal L 9 (3 3 ) shingga trdapat 9 ksprimn dngan 3 lvl, nilai rata-rata digunakan sbagai nilai awal pada masing-masing rspon. Tabl 3. Rspon tabl paramtr sink mark trndah Lvl Mlt Mold Injction Tmpratur Tmpratur Prssur 1 10,4808 1,0864 1, ,5859 1,2197 1, ,8152 1,7736 1,6050 Dlta 16,2960 0,6873 0,3679 Rank Tabl 4. Rspon tabl paramtr shrinkag trndah Lvl Mlt Mold Injction Tmpratur Tmpratur Prssur 1-21,17-21,76-21, ,72-21,74-21, ,50-21,89-21,91 Dlta 1,33 0,14 0,18 Rank Gambar 10. Grafik nois sink mark trtinggi Gambar 11. Grafik nois shrinkag trtinggi Pada masing-masing tabl rspon mnjlaskan tingkat pngaruh faktor trhadap variabl rspon. Pada pnlitian ini hasil tabl rspon brdasarkan nilai SNR smallr is bttr mnunjukkan hasil yang sama trhadap rspon variabl man shink mark dan shrinkag. Tabl rspon mnunjukkan tingkat pngaruh dngan mlihat nilai nois trtinggi, sprti yang ditunjukkan pada grafik rspon untuk SNR STB sink mark (pada gambar 10) mnunjukkan nilai paramtr 10,4808 pada lvl 1, namun grafik rspon untuk SNR STB shrinkag (pada gambar 11) mnunjukkan nilai paramtr - 21,17 pada lvl 1. Hal ini trjadi karna pngaruh pngacakan lvl dilihat dari prbdaan nilai man sink mark dan shrinkag yang brbda. Namun dari hasil SNR STB yang tlah dilakukan dapat disimpulkan bahwa qualitas dapat dikatakan optimal dngan diprlukannya tingkat pngaruh dngan nilai sminimal mungkin. Dngan analisis SNR ini tlah diktahui bahwa lvl dari paramtr pross yang paling brpngaruh pada hasil ksprimn. Shingga untuk mnganalisis dan mnguraikan sluruh variasi atas bagian-bagian yang ditliti prlu dilakukan pngklasifikasian trhadap hasil prcobaan ssuai sumbr dari variasi mnggunakan mtod analisis variasi. 68

7 Analisa of Varian Tabl 5. Analysis of Varianc untuk sink mark Sourc Adj SS Df Adj MS F-ratio Sq' P ρ% Mlt Tmpratur 4, , ,00 4,107 0,000 99,91 Mold Tmpratur 0, , ,00 0,004 0,006 0,09 Injction Prssur 0, ,000 1,00 0,000 0,500 0,00 0, ,000 0,000-0,00 St 4, , Tabl 6. Analysis of Varianc untuk shrinkag Sourc Adj SS Df Adj MS F-ratio Sq' P ρ% Mlt Tmpratur 5, ,710 46,93 5,304 0,021 92,95 Mold Tmpratur 0, ,033 0,57-0,050 0,637-0,88 Injction Prssur 0, ,053 0,92-0,009 0,521-0,16 0, ,058 0,462-8,09 St 5, , Brdasarkan hasil Analysis of Varianc untuk sink mark dapat dilihat dari kontribusi dan faktor trhadap pngaruh sink mark yang trjadi. Pada tabl 5 mnunjukkan nilai faktor mlt tmpratur mmiliki tingkat kontribusi sbsar 99.91%. Untuk nilai P hanya pada faktor injction prssur yang tidak signifikan karna nilai faktornya shingga nilainya lbih bsar dari α : Untuk nilai F, H 0 dari faktor injction molding yang ditrima artinya faktor trsbut yang tidak mmiliki prbdaan pngaruh pada prlakuan nilai faktornya. Brdasarkan hasil Analysis of Varianc untuk shinkmark dapat dilihat dari kontribusi dan faktor trhadap pngaruh shrinkag yang trjadi. Pada tabl 6 mnunjukkan nilai faktor mlt tmpratur mmiliki tingkat kontribusi sbsar 92.95%. Untuk nilai P ada dua faktor pada mold tmpratur dan injction prssur yang tidak signifikan karna nilai faktornya dan shingga nilainya lbih bsar dari α : Untuk nilai F, H 0 dari faktor mlt tmpratur dan injction molding yang ditrima artinya faktor trsbut yang tidak mmiliki prbdaan pngaruh pada prlakuan nilai faktornya. Analisa Paramtr Optimum Brdasarkan analisis mnggunakan nilai SNR dan idntifikasi mnggunakan ANOVA pada masing-masing hasil variabl rspon dapat diktahui lvl dan paramtr optimum. Untuk lvl paramtr pross optimum brdasarkan SNR ditunjukkan pada tabl 7, paramtr pross optimum ditunjukkan pada tabl 8 dan untuk paramtr pross optimum brdasarkan ANOVA ditunjukkan pada tabl 9 Tabl 7. Lvl paramtr pross optimum SNR Rspon Sink Mark Shrinkag Tabl 8. Paramtr pross optimum SNR Rank Sink mark Shrinkag 1 Mlt tmprstur Mlt tmprstur 2 3 Mlt Tmpratur Mold tmpratur Injction prssur Mold Tmpratur Injctio n Prssur 270 o C 80 o C o C 60 o C 120 Injction prssur Mold tmprstur 69

8 Prsntas (%) Prsntas (%) JMPM: Jurnal Matrial dan Pross Manufaktur - Vol.1, No.2, 63-71, Dsmbr 2017 Tabl 9. Paramtr pross optimum ANOVA Rank Sink mark Shrinkag 1 Mlt tmpratur Mlt tmpratur 2 Mold tmpratur Injction prssur 3 Injction prssur Mold tmpratur Brdasarkan tabl diatas untuk analisis SNR dan ANOVA, trdapat ksamaan hasil pada sink mark dan shrinkag untuk urutan pringkat paramtr pross yang brpngaruh. Dari analisis SNR dan ANOVA yang tlah dilakukan paramtr mlt tmpratur mnunjukkan hasil yang dominan pada pngaruh produk top cas. Hasil Analisis Validasi Kombinasi Paramtr Langkah trakhir dari pross rancangan prcobaan adalah validasi kombinasi paramtr. Pada pnlitian ini hasil optimasi lvl paramtr pross paling optimum brdasarkan SNR STB untuk rspon sink mark sama dngan salah satu dari 9 prcobaan sblumnya yaitu prcobaan k-3. Shingga validasi kombinasi dapat dilakukan scara langsung dngan mlihat hasil dari prcobaan k-3. Nilai sink mark untuuk 9 prcobaan ditunjukkan pada gambar 11. Brdasarkan gambar 11 mnunjukkan bahwa nilai sink mark pada validasi atau prcobaan k-3 lbih kcil dibanding prcobaan yang tlah dilakukan. Shingga hasil optimasi dari mtod taguchi untuk rspon sink mark trbukti dapat mngurangi nilai sink mark pada produk top cas. Kmudian untuk rspon shrinkag hasil optimasi brdasarkan SNR STB tidak trmasuk di dalam 9 prcobaan sblumnya shingga harus dilakukan validasi kombinasi dngan mlakukan simulasi brdasarkan hasil optimasi ditunjukkan pada tabl 10. Tabl 10. Paramtr pross optimum shrinkag Mlt Tmpratur Mold Tmpratur Injction Prssur Lvl o C 60 o C 120 Mpa Brdasarkan simulasi yang tlah dilakukan di dapat nilai shrinkag sbsar 10,68%. Dngan hasil trsbut mnunjukkan bahwa nilai shrinkag validasi optimal karna nilai yang didapat lbih rndah dibandingkan 9 prcobaan sblumnya. Shingga kombinasi yang dihasilkan mtod taguci untuk rspon shrinkag trbukti dapat mminimalisirkan nilai shrinkag itu sndiri. Prbandingan nilai shrinkag 9 prcobaan sblumnya dan pngujian validasi ditunjukkan pada gambar Prcobaan Gambar 11. Diagram sink mark Prcobaan Gambar 12. Diagram shrinkag 70

9 Dalam hal ini optimasi paramtr yang mnggunakan mtod taguci trbukti dapat mminimalisir nilai sink mark dan shrinkag. Slain itu optimasi dngan pndkatan mtod taguci dapat digunakan untuk mnjadi acuan paramtr dalam pmbuatan produk yang di fabrikasi mnggunakan injction molding sprti produk top cas. 4. Ksimpulan Brdasarkan dari pnlitian tntang simulasi dsain cooling systm dan runnr systm untuk optimasi kualitas produk top cas dapat diprolh brdasarkan hasil yang mrupakan jawaban dari tujuan pnlitian ini. 1. Hasil prcobaan pada runnr 1 cooling 1 mrupakan hasil simulasi data yang optimum karna mnunjukkan hasil runnr (fill tim) dan nilai cooling (circuit coolant tmparatur, circuit mtal tmpratur, circuit hat rmoval fficincy, all ffcts:dflction) yang fisin dibandingkan dngan 3 prcobaan yang lain. 2. Brdasarkan analisa smalr is bttr diprolh kombinasi lvl paramtr pross optimum pada rspon sink mark yaitu mlt tmpratur lvl 1 (270 o C), mold tmpratur lvl 3 (80 o C), dan injction prssur lvl 3 (140 Mpa). Sdangkan pada rspon shrinkag yaitu mlt tmpratur lvl 1 (270 o C), mold tmpratur lvl 2 (60 o C), dan injction prssur lvl 1 (120 Mpa). 3. Pada validasi yang dilakukan trhadap kombinasi lvl paramtr pross yang dihasilkan dngan mngunakan analisa smalr is bttr trbukti dapat mminimalisir cacat produk top cas yaitu pada sink mark sbsar 0,27% dan shrinkag sbsar 10,68%. Daftar Pustaka Marqus, S., Souza A.F.d., Miranda, J., dan Yadroitsau, I Dsign of conformal cooling for plastic injction moulding by hat transfr simulation. Brazil: Scintific Tchnical. Rudiyadi, Raswan Optimasi Filling Tim Injction Molding Crispr Dngan Bantuan Softwar Autodsk Moldflow Insight, Univrsitas Mrcu Buana Jakarta. Sojanto, Irwan Dsain Eksprimn dngan Mtod Taguchi. Yogyakarta: Graha Ilmu. 71