Jurnal Kompetensi Teknik Vol. 2, No.1, Novemberi 2010 65 Shrinkage pada Plastik Bushing dengan Variabel Temperatur Injeksi Plastik Toto Rusianto, Ellyawan, S.A. & Arif Rahmanto Jurusan Teknik Mesin, Institut Sains & Teknologi Akprind Yogyakarta totorusianto@yahoo.com, toto@akprind.ac.id Abstract : Bushing is component that make used injection plastic moulding process, bushing material from polycarbonate (PC). Parameter in ijection plastic moulding process are temperature, pressure injection and speed injection. Temperature have much contribute to good product. The research take various temperature 250, 270, 280, 290, 300, 310, dan 320 o C and pressure constan 100 kg/cm 2. The processing injection plastic moulding was designed gating system mould for bushing component. The result of research that shrinkage in bushing to minimized with increased temperature injection,at lower temperture 250 o C shrinkage was 14,17% and at higher temperature 300, 310, dan 320 o C shrinkage nearly 0%. Good product in injection moulding process of bushing plastic at temperature 300 o C. Keyword : bushing, shringkage, polycarbonate, injection plastic. 1. Pendahuluan Salah satu teknik pembentukan plastik dengan metode plastic moulding/cetakan plastik sekarang ini telah berkembang dengan pesat. Pencetakan plastik adalah proses pembentukan suatu benda atau produk dari material plastik dengan bentuk dan ukuran tertentu yang mendapat perlakuan panas dan pemberian tekanan dengan cara diinjeksikan pada cetakan atau mold. Cetakan plastik pada prisipnya adalah suatu alat yang digunakan untuk membuat dan membentuk komponen-komponen dari material plastik dengan bantuan mesin pencetakan plastik. Dalam proses pencetakan plastik sangat memperhatikan beberapa parameter yaitu temperatur, tekanan dan kecepatan injeksi. Jika salah satu parameter diabaikan, maka hasil coran plastik akan memberikan hasil yang kurang baik antara lain timbulnya cacat (Shrinkage) pada benda cetakan. Salah satu hasil penelitian terhadap timbulnya penyusutan akibat dari satu parameter adalah dengan membuat beberapa variasi suhu pada proses injeksi plastik. Dimana suhu sangat berpengaruh terhadap produk yang dihasilkan, seberapa pengaruhnya akan diulas lebih lanjut. Luasnya pembahasan proses injeksi platik, maka permasalah dibatasi pada, bentuk benda cetakan yaitu bushing, material polycarbonate (PC), proses injeksi dengan tekanan 100 kg/cm 2, dan variasi temperatur injeksi adalah 250, 270, 280, 290, 300, 310, dan 320 C. Temperatur merupakan variabel kritis yang dibutuhkan agar plastik leleh dan dapat mengisi cetakan. Parameter injeksi yang sesuai akan dapat menghasilkan cetakan yang baik dan tidak cacat (shringkage). Parameter temperatur leleh (melt temperature) adalah batas temperatur dimana bahan plastik mulai meleleh. Untuk material polycarbonate adalah 280 ~ 310 o C. Parameter tekanan (pressure limit), adalah batas tekanan udara yang perlu diberikan untuk menggerakkan piston guna menekan bahan plastik yang telah dilelehkan. Jika rendah tekanan, maka bahan plastik kemungkinan tidak akan terinjeksi ke dalam cetakan. Akan tetapi jika tekanan udara terlalu tinggi
66 Jurnal Kompetensi Teknik Vol. 2, No.1, Novemberi 2010 dapat mengakibatkan tersemburnya bahan plastik keluar dari cetakan. Waktu tahan (holding time) adalah waktu yang diukur dari saat temperatur leleh yang di-set telah tercapai hingga keseluruhan bahan plastik yang ada dalam tabung pemanas benarbenar telah meleleh semuanya. Hal ini dikarenakan sifat rambatan panas yang memerlukan waktu untuk merambat ke seluruh bagian yang ingin dipanaskan. Jika waktu tahan ini terlalu cepat maka sebagian bahan plastik dalam tabung pemanas belum meleleh semuanya, sehingga akan mempersulit jalannya aliran bahan plastik melalui nozzle. Waktu tahan yang dibutuhkan adalah sebesar 3 menit. Waktu penekanan (holding pressure) Adalah durasi atau lamanya waktu yang diperlukan untuk memberikan tekanan pada screw yang mendorong plastik yang telah leleh. Pengaturan waktu penekanan bertujuan untuk meyakinkan bahwa bahan plastik telah benar-benar mengisi ke seluruh rongga cetak. Oleh karenanya waktu penekanan ini sangat tergantung dengan besar kecilnya dimensi cetakan. 2. Bagian Inti 2.1. Metode Objek penelitian yang diteliti adalah bahan plastik Polycarbonate (PC), analisa pengaruh temperatur injeksi hasil cetakan plastik. Bentuk benda cetakan Bushing (Gambar 1) dengan mesin injeksi adalah Plastik Injection Moulding Machine merk Nissei model FS-120, variasi temperatur injeksi adalah 250, 270, 280, 290, 300, 310, dan 320 o C. 2.1.1. Volume cetakan Dalam proses injeksi, kebutuhan bahan baku perlu diperhitungkan. Bahan baku dalam proses pengecoran akan menentukan hasil. Untuk itu perlu menghitung kebutuhan bahan baku yaitu dengan menghitung volume cetakan dan volume gating system. Cetakan berbentuk pipa, volume cetakan adalah 332,84 x10-9 m 3 Gambar 1. Desain benda kerja bushing 2.1.2. Perencanaan Gating System Dalam merekayasa gating system (sistem saluran) pada mesin injeksi, harus diperhatikan beberapa masalah yang akan terjadi bila system saluran yang dibuat tidak benar. Masalah-masalah yang akan terjadi diantaranya adalah kontaminasi gas, inklusi dari dross atau slag dan masuknya gas ke dalam plastik cair. Masalah akan timbul jika aliran fluida ke dalam cetakan tidak berlangsung dengan baik. Penggunaan plastik yang minimal pada sistem saluran. Hal ini diinginkan, karena
Jurnal Kompetensi Teknik Vol. 2, No.1, Novemberi 2010 67 plastik yang membeku pada sprue (saluran turun), runner (pengalir), ingate (saluran masuk). Dalam merekayasa gating system (sistem saluran) pada suatu injeksi, harus diperhatikan beberapa masalah yang akan terjadi bila system saluran yang dibuat tidak benar. Masalah-masalah yang akan terjadi diantaranya adalah kontaminasi gas, inklusi dari dross atau slag dan masuknya gas ke dalam plastik cair. Gating system berfungsi untuk mengalirkan material ke dalam cetakan. Untuk proses injeksi terdapat runner, sprue, ingate dan gate. Untuk menghitung volume sprue (saluran turun), runner, gate dapat dihitung sebagai berikut : 1. Sprue (saluran turun) Spure dan nosel merupakan jembatan berpindahnya material plastik dari dalam barel mesin kedalam mold. Sprue (Gambar 2) merupakan bagian dari cetakan yang berfungsi mengalirkan lelehan plastik ke saluran pengalir, dari lubang nosel pada bagian dari mesin injeksi. Hubungan antara spure dengan nosel harus sesuai betul, agar tidak timbul kebocoran. Gambar 2. Sprue atau saluran turun merupakan lubang untuk mengalirkan dari injeksi ke cetakan. 2. Runner (pengalir) Runner adalah saluran penghubung antara salura masuk pada ujung barel dengan rongga cetakan benda kerja. Plastik leleh di dalam ruangan pada ujung barel yang diinjeksikan, mengalir melalui lubang nozzle, lubang sprue, saluran pengalir, ingate dan akhirnya masuk ke dalam cavity dari mold. runner berbentuk huruf S. Berdasarkan perhitungan diameter runner maka desain tertera pada Gambar 3: Gambar 3. Runner/saluran pengalir 3. Ingate Ingate adalah celah atau lubang yang relative sangat kecil, merupakan pintu masuk dari material plastik yang diinjeksikan kedalam rongga cavity. Setelah melewati ingate, material akan mengalir mengisi cavity sampai penuh. Aliran material yang dimulai dari gate sampai cavity terisi penuh, akan menempuh jarak tertentu tergantung pada posisi penempatan gate (Gambar 4).
68 Jurnal Kompetensi Teknik Vol. 2, No.1, Novemberi 2010 ingate Gambar 4. Gate/saluran masuk ke cavity/cetakan rongga benda kerja 4. Kebutuhan material Perancangan pola untuk pembuatan cetakan secara keseluruhan terdiri dari saluran turun, saluran pengalir, saluran masuk dan produk benda kerjanya (Gambar 5.). sedang volume total material yang dibutuhkan untuk mencetak produk bushing adalah 8900 mm 3.. Gambar 5. Desain cetakan dan gating system 2.1.3. Gaya Penekanan Pada penelitian mesin injeksi dengan menggunakan variasi tekanan ini akan berpengaruh pada produk cetakan, kurangnya gaya penekanan akan berdampak cacat susut (shringkage) atau kelebihan tekanan akan berdampak melumernya keluar cetakan. Adapun gaya penekanan ditentukan konstan yaitu 100 kg/cm 2.
Jurnal Kompetensi Teknik Vol. 2, No.1, Novemberi 2010 69 2.2. Hasil dan Pembahasan Temperatur dan tekanan merupakan variabel kritis yang dibutuhkan agar plastik meleleh dapat mengisi cetakan. Penentuan besarnya tekanan dibutuhkan interpretasi secara simultan antara temperatur dan tekanan. Proses penekanan pada injection molding mesin dilakukan pada dua tingkat, pertama, tekanan tinggi untuk menginjeksikan plastik cair dan mengisi rongga cetakan. Kedua, pada tekanan yang lebih rendah (holding pressure), tekanan ini digunakan untuk menahan produk agar terbentuk sempurna. Bentuk benda pencetakan bushing dengan menggunakan material Polycarbonate (PC). Dalam proses injeksi plastik, variasi temperatur yaitu 250, 270, 280, 290, 300, 310, dan 320 C dengan tekanan 100 kg/cm 2. Dari hasil analisa terhadap penyusutan produk yang dihasilkan yang meliputi keseluruan gating system dan produk dari injeksi plastik dalam membuat bushing, bahwa pengaruh suhu injeksi terhadap % penyusutan benda yang dihasilkan diperlihatkan dalam bentuk grafik pada Gambar 7. Gambar 7. Grafik penyusutan hasil injeksi dibandingkan dengan volume teroritis rancangan pada spesimen dengan berbagai variasi suhu injeksi. Temperatur dalam injeksi ini merupakan temperatur yang digunakan untuk mencetak material ke dalam rongga cetakan. Temperatur yang kurang maka akan dapat menyebabkan misrun (tidak mengalir cairan dalam memenuhi cetakan) Proses injeksi dan proses penahanan (holding) diusahakan pada tekanan terendah yang masih dapat dilakukan tanpa mengakibatkan terjadinya short shot. Temperatur harus dijaga lebih dari cukup agar dapat meminimalkan shrinkage. Cacat sink mark juga dapat diminimalkan dengan menambahkan tekanan injeksi dan menyesuaikan temperatur. Batasan tekanan injeksi tergantung pada kemampuan mesin untuk menekan dan mengklem. Tekanan ini harus dapat menahan tegangan produk dari overpacking. Sedangkan penurunan tekanan (pressure drop) yang masih diijinkan selama proses injection molding yaitu 80% dari tekanan maksimum injeksi. Jika melebihi batas tersebut, salah satu upaya yang perlu dilakukan adalah dengan menaikkan tekanan maksimum injeksi. Selain itu dapat juga dilakukan penambahan pada temperatur lebur plastik. Pressure drop yang berlebihan dapat mengakibatkan terjadinya short shot pada benda kerja. Holding pressure, tekanan ini digunakan untuk menahan mold melawan tekanan yang diakibatkan oleh plastik cair. Berikut foto produk plastik bushing beserta gating system hasil injeksi dengan berbagai variasi suhu injeksi.
70 Jurnal Kompetensi Teknik Vol. 2, No.1, Novemberi 2010 a. Injeksi pada suhu 250 C b. Injeksi pada suhu 270 C c. Injeksi pada suhu 280 C d. Injeksi pada suhu 290 C e. Injeksi pada suhu 300 C f. Injeksi pada suhu 310 C g. Injeksi pada suhu 320 C Gambar 8. Produk hasil injeksi plastik bushing dan gating system dengan berbagai variasi suhu injeksi.
Jurnal Kompetensi Teknik Vol. 2, No.1, Novemberi 2010 71 Pada sampel 1, penyusutan terlihat besar sekali yaitu 14,17% pada tekanan 100 kg/cm 2 dan temperatur 250 o C. Pada Gambar 8.a. terlihat cetakan kurang terisi penuh terutama pada produk bushing, hal ini disebabkan temperatur yang kurang panas serta ada kemungkinan faktor lain seperti tekanan yang kurang besar, serta biji plastik yang kurang panas.pada sampel 2 dan 3, penyusutan terlihat masih cukup besar yaitu 9,47% dan 5,96%. Pada Gambar 8.b dan 8.c terlihat cetakan sudah mulai terisi dan mulai terbentuk, tetapi hasil cetakan masih kurang baik, kurang terisi ini disebabkan temperatur yang kurang panas sehingga dapat mengakibatkan terjadinya short shot pada benda kerja. Pada sampel 4, penyusutan terlihat sedikit yaitu 3,65% temperatur 290 C, tekanan 100 kg/cm 2. Pada Gambar 8.d cetakan sudah mulai terisi penuh dan mulai terbentuk, tetapi produk cetakan masih kurang baik. Kurang terisi ini disebabkan temperatur yang masih kurang panas dan pressure drop yang kurang maksimal dapat mengakibatkan terjadinya short shot pada benda kerja. Pada sampel 5, penyusutan sangat kecil mendekati 0%. Pada temperatur 300 o C dan tekanan 100 kg/cm 2 untuk material Polycarbonate (PC) mempunyai kualitas cetakan yang baik. Pada tekanan ini, kualitas cetakan baik, cetakan terisi penuh dan tidak ada cacat susut (shringkage). Sehingga cetakan ini layak dan baik untuk dipasarkan. Pada sampel 6, dan 7, penyusutan mendekati 0% akan tetapi warna produk cetakan yang kekuningkuningan. Pada temperatur 310 o C dan 320 o C pada tekanan 100 kg/cm 2 terjadi penyusutan material sangat kecil akan tetapi berubah warna, hal ini disebabkan temperatur ke moulding yang besar akibatnya material terlalu lumer dan material mengalami burn/terbakar. Pada temperatur injeksi yang kurang dapat menyebabkan terjadinya short shot karena adanya kesulitan mengalir pada waktu pengisian plastik cair ke dalam rongga cetakan yang sudah tidak ada penekanan lagi. Dengan menaikkan temperatur injeksi maksimum, dapat mengurangi luas daerah cacat. Namun upaya ini masih belum signifikan untuk meminimalkan cacat yang terjadi. Cacat akibat pressure drop memang semakin berkurang, namun akibat dari shear stress masih terjadi. Cacat tersebut berupa crack pada benda kerja. Shear stress dapat diakibatkan oleh kurangnya temperatur leleh plastik sehingga memperbesar tegangan material. Tegangan ini diakibatkan oleh gesekan antara plastik cair yang mengalir dengan dinding rongga cetakan. Salah satu cara untuk mengatasinya yaitu dengan menaikkan temperatur leleh plastik agar memudahkan aliran. 3. Penutup Berdasarkan pembahasan, dapat disimpulkan sebagai berikut : Sampel cetak adalah Bushing Polycarbonate (PC). Dalam proses injeksi plastik, variasi temperatur yaitu 250, 270, 280, 290, 300, 310, dan 320 o C dengan tekanan 100 kg/cm 2. Temperatur dalam injeksi ini merupakan temperatur yang digunakan untuk mencetak material ke dalam rongga cetakan. Temperatur harus dijaga lebih dari cukup agar dapat meminimalkan shrinkage. Cacat sink mark juga dapat diminimalkan dengan menambahkan tekanan injeksi dan menyesuaikan temperatur. Pada temperatur 250 o C terjadi penyusutan yang besar sekali yaitu 14,17%, temperatur yang sesuai untuk bahan polycarbonate adalah 300 o C. Sedangkan temperatur lebih dari 300 o C pada material cetakan terjadi warna kekuning-kuningan atau agak terbakar. Gating system berfungsi untuk mengalirkan material ke dalam cetakan. Untuk proses injeksi terdapat runner, sprue, ingate dan gate. Perancangan diameter runner adalah D = 6 mm, panjang 74 mm. Diameter sprue 46 mm, panjang 7 mm. Total material yang dibutuhkan untuk proses pencetakan adalah sebesar 8900 mm 3. 4, Daftar Pustaka Anonim, Buku panduan Balai Besar Kulit Kulit Karet Dan Plastik, Teknologi Barang Plastik Dengan Sistim Cetak Injeksi
72 Jurnal Kompetensi Teknik Vol. 2, No.1, Novemberi 2010 ---------, Modul Balai Besar Kulit, Karet Dan Plastik (BBKKP) ---------, Quality by design in sme: mesin injeksi plastik, Departemen Teknik Industri FTI-ITB. Amelia Sugondo1, 2007, Minimalisasi Cacat dengan Pengaturan Tekanan Terhadap Kualitas Produk pada Proses Injection Molding dengan Menggunakan Simulasi, Jurusan Teknik Mesin Universitas Kristen Petra, Surabaya. Hasan Budiyanto, 2009, Analisa Pengaruh Temperatur Mold dan Tempertur Leleh Terhadap Cacat Produk dan Cycle Time Pada Proses Injection Molding (Studi Kasus PT. Berlina Tbk. Pandaan, Teknik Mesin ITS, Surabaya Siswoto., Blow And Injection Mould Design, ITB Sugondo, A., Anggono, W., Gunawan, H., 2007, Analisa Pengaruh Temperatur Terhadap Kualitas Produk pada Proses Injection Molding, ITB Surdia, T Shinroku Saito, 2000, Pengetahuan Bahan Teknik, Cetakan Kelima, Penerbit PT. Pradnya Paramita, Jakarta. Soejono Tjitro, 2002, Studi Eksperimental Paramater Proses Pencetakan Bahan Penyusutan (Shrinkage) Benda Cetak Pneumatics Holder, Jurusan Teknik Mesin Universitas Kristen Petra, Surabaya. Willyanto Anggono, 2007, Perancangan Mesin Pemoles Silinder Mesin Injection Plastik, Jurusan Teknik Mesin Universitas Kristen Petra, Surabaya.