Gambar 3.1 Desain produk

BAB III PERHITUNGAN DAN PEMILIHAN BAHAN 3.1 Pertimbangan Sifat Bahan dan Desain Produk Dalam pembuatan box tempat kertas ini produk yang di hasilkan diharapkan ringan, kuat, dan harga yang relatif murah Dalam perancangan ini dipilih plastik jenis polypropylene karena bahan tersebut sudah memenuhi syarat-syarat tersebut. Spesifikasi bahan polypropylene adalah sebagai berikut : Massa jenis 0,915.10-3 gr/mm 3 Tekanan injeksinya 100 10 MPa Tegangan tarik 4500 Psi = 31 MPa Panas spesifik rata-rata 0,84,5 (kj/kgk) Suhu proses 50 70 o C Suhu cetakan 50 75 o C Penyusutan 1,0,5 % Di bawah ini merupakan desain produk box tempat kertas : Gambar 3.1 Desain produk 43

3. Perhitungan Volume Plastik Sekali Injeksi 3..1 Perhitungan Volume Produk Gambar 3. Dimensi produk V1 V V3 V4 V6 V5 Gambar 3.3 Gambar Produk 44

a. Volume 1 Gambar 3.4 Volume benda 1 Volume 1 ( V1 ) = ( p x l x t ) = ( 0 x 3 x ) = 400 ( mm 3 ) b. Volume dan Volume 3 Gambar 3.5 Volume benda dan 3 Volume ( V ) = [( 300 x 180 ) 4 x ( 10 ¼..10 ) ] x 1 = ( 54000 86 ) x 1 = 53914 ( mm 3 ) Karena jumlahnya ada dua maka volume menjadi 10788 ( mm 3 ) Volume 3 ( V3 ) Va = ( 350 x 35 x ) [ 4 x ( 0 ¼..0 ) x ] [ ( 80 x 10 ) + x ( 5 ¼..5 ) ] x [( 300 x 180 ) + 4 x ( 10 ¼..10 ) ] x = 164500 688 161,5 10817 = 54018,5 ( mm 3 ) Vb = 4 x [ ¼..( 0 18 ) ] x ( 15 ) = 310,3 ( mm 3 ) 45

Vc = x ( 195 x x 13 ) = 10140 ( mm 3 ) Vd = 310 x x 13 = 8060 ( mm 3 ) Ve = x [ ¼..( 10 8 ) ] x ( 15 ) = 747,76 ( mm 3 ) Vf = 90 x x 13 = 340 ( mm 3 ) Vg = x ( 105 x x 13 ) = 5460 ( mm 3 ) Volume 3 ( V3 ) = Va + Vb + Vc + Vd + Ve + Vf + Vg = 54018,5 + 310,3 + 10140 + 8060 + 747,76 + 340 + 5460 = 83858,58 ( mm 3 ) Karena jumlahnya ada dua maka volume 3 menjadi 167737,16 ( mm 3 ) c. Volume 4 Gambar 3.6 Volume produk 4 Volume 4 ( V4 ) = 4 [ ( π. 1,5. 0 ) + (. 1. 0 ) ] = 75, ( mm ) d. Volume 5 Gambar 3.7 Volume produk 4 46

Volume 5 = x [ ( 0 x x 8 ) + ( 0 x 8 x ) ] = 180 ( mm 3 ) e. Volume 6 Gambar 3.8 Volume produk 5 Volume 6 ( V6 ) = Va = { [ 100 x 30 ] [ ( 80 x 0 ) + x ( 10 ¼..10 ) ] [ x ( 0 ¼..0 ] } x = [ 3000 ( 1600 + 43 ) 17 ] x = 54 ( mm 3 ) Vb = 4 x ( 10 x x 8 ) = 640 ( mm 3 ) Vc = x [ ¼..( 10 8 ) ] x ( 10 ) = 45,16 ( mm 3 ) Vd = x [ ¼..( 0 18 ) ] x ( 10 ) = 954,56 ( mm 3 ) Ve = x ( 60 x x 8 ) = 190 ( mm 3 ) Volume 6 ( V ) = Va + Vb + Vc + Vd + Ve = 54 + 640 + 45,16 + 954,56 + 190 = 6508,7 ( mm 3 ) Karena jumlahnya ada dua maka volume 6 menjadi 13017,44 ( mm 3 ) Jadi volume total benda kerja adalah ( V total ) : Vtotal = V1 + V + V3 + V4 + V5 + V6 = 400 + 10788 + 167737,16 + 75, + 180 + 13017,44 = 4346,6 ( mm 3 )... (3.1) 47

Massa produk total m = x V... (3.) = 0,915 ( gr/cm 3 ). 43,466 ( cm 3 ) =,768 gr m 3 gr Dengan menggunakan software Pro Engineer hasil analisis volume produk didapat 3880,53 ( mm 3 ) dan massa produk 18,06 ( gr ). Proses di jelaskan pada BAB IV ). 3.. Volume Sprue Dalam perancangan ini diambil sprue dengan standar ACME Sprue Bushing Tipe SBC. Besarnya diameter sprue tergantung pada berat bahan yang diinjeksikan. Dimensi sprue dipengaruhi oleh massa produk sekali injeksi. Massa box tempat kertas 3 gr. Diameter atas sprue ( d 1 ) yangh dianjurkan untuk produk dengan massa antara 100 400 gr adalah 6-8 mm (tabel.1) Dalam perancangan kali ini diambil nilai d 1 =6mm Tabel III.1 Ukuran diameter sprue Berat bahan yang diinjeksikan ( gr ) Bahan yang diinjeksikan Diameter sprue (mm) <100 Semua thermoplastik 4 6 100 400 Semua thermoplastik 6 8 400 1000 Semua thermoplastik 8 10 >1000 Semua thermoplastik 10-1 Gambar 3.9 Penampang sprue type SBC 48

Dimensi Sprue Standart ACME tipe SBC adalah sebagai berikut : D = 1 mm Ø = 3 H = 5 mm T = 15 mm d1 = 6 mm a. L1 = L SR b. tan = 100 1 = 79 [ mm ] = a L1 a tan 1,5 = 79 a = 79 tan 1,5 c. d = a + d1 =,0687 [ mm ] = (,0687 ) + 6 = 10,1374 [ mm ] L = 100 mm SR = 1 mm Diameter besar ( d ) diambil 10, [ mm ] Jadi volume plastik dalam sprue adalah. L V sp = 1 ( d1 + d1.d + d ) 1 =.79 ( 6 + 6.10, + 10, ) 1 = 0,68 ( 36 + 61, + 104,04 ) = 416,09 [ mm 3 ]... ( 3.3) 3..3 Volume Runner Bentuk runner yang akan dipakai adalah sebagai berikut : Gambar 3.10 Penampang Runner 49

Gambar 3.11 Dimensi Runner 1. Runner primer Lebar runner atas (b) b = 10 mm Diameter (D) D = (1 Kedalaman (t) b tg 15 ) 10 = (1 tg15 ) = 7,89 mm 8 mm... ( 3.4) t = 1,1 D = 1,1 (8) = 8,8 mm 50

Lebar runner bawah (a) a = 0,75 D = 0,75 (8) = 6 mm Panjang runner ( L ) = 184 mm Volume Runner (Vr) a b Vr = ( t). L 6 10 = (8,8). 184 Vr = 1953,6 ( mm 3 ). Runner sekunder Panjang runner ( L ) = 34 mm Volume Runner (Vr) a b Vr =. ( t). L 6 10 =. (8,8). 34 Vr = 4787, ( mm 3 ) Jadi volume runner adalah : 1953,6 mm 3 + 4787, mm 3. : 17740,8 ( mm 3 )... ( 3.5) 3..4 Volume Gate Gate yang digunakan adalah tipe side gate dengan penampang berbentuk segi empat. Volume gate merupakan volume balok. Gambar 3.1 Dimensi Penampang Gate 51

Panjang (b) = 4 mm Lebar (a ) = 3 mm Tinggi =,5 mm Jumlah = 4 buah Vg = [ 4 x 3 x,5 ] x 4 = 10 ( mm 3 )... ( 3.6) 3..5 Perhitungan Volume Total Pastik Dari perhitungan diatas didapat bahwa volume plastik sekali injeksi adalah : Vtot = Vbk + Vs + Vr + Vg = 3880,53 + 416,09 + 17740,8 + 10 = 60303,4 ( mm 3 ) = 60,3 ( cm 3 ) Massa plastik yang diinjeksikan m = Vt x = 60,3.x 0,915 = 38,17 ( gr ) m 39 gr... ( 3.7) 3.3 Perhitungan Gaya Klem Gaya injeksi adalah gaya akibat tekanan plastik pada permukaan cavity. Penginjeksian tersebut berlangsung pada saat cetakan dalam kondisi tertutup, kondisi tersebut dapat berlangsung secara sempurna bila gaya clamping lebih besar dari gaya injeksi yang ditimbulkan. Tekanan injeksi pada permukaan cavity menghasilkan gaya injeksi yang besarnya Fk = A tot x P inj..... (3.8) (Dym,1979 : 44) Keterangan : Fk = Gaya injeksi yang menekan cetakan ( N ) A tot = Luasan penampang produk secara proyeksi ( mm ) 5

P inj = Tekanan internal injeksi ( N/mm ) Luas IV Luas II Luas v Luas III Luas I Gambar 3.13 Luas Proyeksi Produk Luas I (A I ) = ( 0 x 10 ) = 400 ( mm ) Luas II (A II ) = x{ [ 350 x 35 ] [ 4 x ( 0 ¼..0 ) ] [ ( 80 x 10 ) + x ( 5 ¼..5 ) ] } = x [ 850 344 ( 800 + 10,75 ) ] = x 81095,5 = 16190,5 ( mm ) Luas III (A III ) = x { [ 100 x 30 ] [ ( 80 x 0 ) + x ( 10 ¼..10 ) ] [ x ( 0 ¼..0 ] } = x [ 3000 ( 1600 + 43 ) 17 ] = 370 (mm ) 53

Luas IV (A IV ) = ( 0 x 3 ) = 10 ( mm ) Luas V (A V ) = 4 x ( 0 x 4 ) = 30 ( mm ) Luas proyeksi sprue ( Aps ) Aps = ¼ x x d = ¼ x 3,14 x 6. = 8,6 ( mm ) Luas proyeksi runner ( Apr ) Apr = ( p x l ) +.( p x l ) = ( 184 x 8 ) +. ( 34 x 8 ) = 147 + 544 = 016 ( mm ) Luas proyeksi gate (Apg) Apg = ( p x l ) x 4 = ( 3 x 4 ) x 4 = 48 ( mm ) Dari perhitungan di atas didapatkan bahwa luas proyeksi total adalah : A tot = A I + A II + A III + A IV + A V + Aps + Apr + Apg = 400 + 16190,5 + 370 + 10 + 30 + 8,6 + 016 + 48 = 167495,76 ( mm ) Untuk bahan polypropylene P inj yang diijinkan antara 70 10 N/mm. (Johannaber, 1983 : 50 ) Dari aplikasi plastic advisor pada Software ProEngineer tekanan aktual untuk proses injeksi untuk produk ini adalah 103, ( N/mm ) (dijelaskan pada BAB IV). Besarnya tekanan injeksi yang digunakan dalam perancangan cetakan box tempat kertas ini adalah 110 ( N/mm ). Jadi gaya pengekleman adalah : Fc = Atot x P inj = 167495,76 x 110 = 1844533,6 N = 1844,5336 KN 54

Fc 18500 KN Gaya klem digunakan untuk menentukan jenis mesin injeksi yang akan digunakan dipakai dalam pembuatan box tempat kertas. Mesin yang akan digunakan dalam perancangan ini adalah mesin injeksi JAZZMOLD tipe JMF 1900 T A dengan gaya klem 19000 ( KN ). 3.4 Perhitungan Tebal Cavity Insert Dinding cavity akan mengalami defleksi akibat adanya tekanan injeksi. Defleksi maksimum yang diijinkan adalah 0,0054[mm] max T y Fc x T T Gambar 3.14 Penampang Cavity insert Tebal Cavity Insert (T) dapat dihitung dengan menggunakan persamaan sebagai berikut : Ac = ( X.T ) + ( Y.T ) + ( 4.T ) Fc v Ac = k n t... (3.9) (Dym, 1979 : 46 ) Keterangan : Ac = Luas penampang kontak minimum cavity (mm ) Fc = Gaya klem yang diberikan Mesin JAZZ MOLD (N) t = Tegangan tarik ijin (N/mm ) n = Jumlah cavity 55

v k = Angka keamanan Persamaan diatas digunakan untuk mencari nilai T dengan menggunakan penyelesaian dari persamaan parabola : ax + bx + c = 0 X dan Y merupakan ukuran dimensi dari proyeksi rongga cetakan dan T 1 merupakan tebal Cavity Insert. Bahan cavity insert yang digunakan dalam perancangan cetakan box tempat kertas ini adalah STAVAX ESR (Assab steels) atau setara dengan M 310 (Bohler) dengan kekerasan 15 [HB], tegangan tarik 70 [N/mm ]. Faktor keamanan yang digunakan adalah 8, dengan jumlah cavity buah. Fc = 19000 ( KN ) Ac = 19000000 8 70 = 105555,56 ( mm ) Dengan demikian tebal cavity adalah : ( X.T ) + ( Y.T ) + ( 4.T ) = Ac x ( 580.T ) + x ( 350.T ) + ( 4.T ) = 105555,56 1160.T + 700.T + 4.T = 105555,56 4T + 1860.T 105555,56 = 0 T = b b. a 4ac T = 1860 1860.4 4.4 105555,56 T = 1860 69,03.4 T = 51,13 ( mm ) Tebal cavity insert ( T ) minimum adalah 51,13 (mm), dalam perancangan ini tebal cavity insert yang digunakan adalah 5 (mm). 3.5 Perhitungan Jarak Cavity Insert dengan Cavity Plate Dimensi cavity insert ditentukan berdasarkan dimensi cavity insert, yang ditambah dengan T1, T dan T3. 56

Gambar 3.15 Penampang Cavity Plate 3.5.1 Jarak Cavity Insert Hingga Sisi Luar Samping Cavity Plate ( T1 ) Untuk mencari jarak dinding cavity adalah dengan mengasumsikan cavity sebagai batang dengan dijepit pada kedua sisinya dengan beban terpusat ditengah dan dihitung dengan menggunakan rumus defleksi maksimum yang terjadi pada plate yang besarnya adalah : Sehingga : Dimana : 3 WL max (Dym,1979 : 46) 19. EI max = Defleksi maksimal (yang diperbolehkan = 0,0054 mm ) W = Beban ( N ) E = Modulus elastisitas baja (,1 x 10 5 N/mm ) L = Jarak antar penyangga ( mm ) I = Momen inersia ( mm 4 ) Dimana : 3 bh I = 1 b : Lebar ( mm ) h (T1) : Tinggi ( mm ) l : Jarak antar penyangga ( mm ) 57

Gambar 3.16 Diagram benda bebas Dengan demikian jarak T1 adalah W = Ap x Pinj = ( 65 x 18 ) x 110 = 54700 ( N ) I = = 3 WL 19. E. max 3 54700.65 5 19.(,1.10 ).0,0054 3 bh I = 1 = 953443,63 1. I h = T1 = 3 b 1.953443,63 = 3 65 = 75,58 ( mm ) Jadi jarak dinding cavity insert hingga sisi luar samping cavity plate ( T1 ) adalah 76 (mm). 3.5. Jarak Cavity Insert Hingga Sisi Samping Luar Cavity Plate ( T ) Perhitungan ( T ) sama dengan perhitungan pada T1 yakni cavity dipandang sebagai tumpuan jepit dikedua sisinya dan beban terpusat ditengah. 3 WL max (Dym,1979 : 46) 19. EI 58

Maka jarak T adalah W = Ap x Pinj = [ 350 x 18 ) x 110 = 693000 ( N ) I = = 3 WL 19. E. max 3 693000.350 5 19.(,1.10 ).0,0054 3 bh I = 1 = 901364,67 1. I h = T = 3 b 1.901364,67 = 3 350 = 99,8 ( mm ) Jadi jarak dinding cavity insert hingga sisi luar samping cavity plate ( T ) adalah 100 (mm). Mengingat biaya dan standar mould ACME MB SA 5070 pada prakteknya ( T ) adalah 60 (mm) 3.5.3 Jarak dinding cavity insert hingga sisi luar bagian bawah ( T3 ) 0,084xW max (Dym, 1979 : 50) 3 L 1,056xI ET 3 4 I L Dimana : max = Defleksi maksimal (yang diperbolehkan = 0,0054 mm ) W = Beban ( N ) L = Lebar cavity ( mm ) I = Panjang cavity ( mm ) E = Modulus elasisitas baja (,1 x 10 5 N/mm ) 59

Jarak T3 adalah : W δ max = Ap x Pinj = ( 65 x 350 ) x 110 = 100500 ( N ) 0,084 x W 3 L 1,056 x I ET 3 4 I L 0,084 x 100500 0,0054 5 3 65 1,056 x 350,1.10.T 3 4 350 65 T3 = 3 89751 0,17714 = 118,8 mm = 119 ( mm ) 3.6 Perhitungan Dimensi Cavity Lebar cavity plate L =.T1 + Y = (.76 ) + 350 = 50 mm Panjang cavity plate P =.T + X = (. 100 ) + 580 = 780 mm Tebal cavity plate T = T3 + Tinggi Produk = 119 + 18 = 137 mm Sesuai dengan standar ACME kode MDC tipe SA 5070 untuk mold base two plate sistem tebal plat yang tersedia adalah 10 mm dengan dimensi panjang dan lebar 700 x 500 mm. 3.7 Perhitungan Dimensi Support Plate 60

Pada pembebanan terhadap support plate, pembebanan yang terjadi adalah pembebanan merata yang dianggap sebagai konstruksi beam yang di ikat (di klem) pada kedua ujungnya. 700 W 500 d 300 Gambar 3.17 Support Plate Tebal Support plate dicari dengan menggunakan rumus sebagai berikut : Keterangan : Fk C x x E x I.. ( 3.10) n l Fk = Gaya pengekleman = 1844533,6 N n = Jumlah support plate = 1 E = Modulus elastisitas =,1.10 5 N/mm l = Panjang = 700 mm b = Lebar = 500 mm I = Momen inersia ( mm 4 ) C = Konstanta ( diambil 0,5 ) 5 1844533,6 0,5 x x,1.10 x I 1 550 1844533,6 =,07.I I = 8900740,87 mm 4 61

I = b.h 3 1 8900740,87.1 h = 3 700 = 53,43 mm. Tebal support plate yang digunakan adalah standar ACME tipe MDC SA 5070 dengan tebal 50 [mm]. 3.8 Perhitungan Injection Time Waktu yang diperlukan untuk sekali injeksi adalah Injection high timer + Injection hold timer + solidification time ( Waktu pendinginan ) + waktu membuka dan menutup cetakan. Gambar 3.18 Grafik Waktu Injeksi (Dym,1979 : 68) 3.8.1 Injection High Timer Injection High Time adalah waktu pengisian cairan plastik ke rongga cetakan. Injection high time dapat dicari melalui data mesin JAZZ MOLD tipe JMF 1900 T A yang digunakan, yaitu : Shot Weight Diameter Screw Injection Rate = 6071 [gr] = 10 [mm] = 893 [gr/s] Shot Size = 667000 [mm 3 ] 6

a. Debit plastik ( Qout) inj. rate 893 3 Qout = [ mm / s] 3 0,915.10 b. Luas Screw (A) A = = 975956,8 [mm 3 /s]. 4 D c. Kecepatan Injeksi Vinj = = 11304 [mm ] Qout A d. Jarak maju screw = 0,785. 10 = = 86,33 [m/s] Injection stroke = 975956,8 11304 shot.size A 667000 = 11304 = 590,3 [mm] 590 [mm] Waktu yang dibutuhkan dalam satu kali injeksi adalah : t i = = inj.stroke v 590 86,33 = 6,834 [s] 6,8 [s].. ( 3.11) 3.8. Injection Time Holder Injection Time Hold adalah waktu yang digunakan untuk menahan tekanan injeksi sampai gate membeku sempurna. Waktu penahanan biasanya diatur minimal 5 detik (Dym, 1987 : 67), dalam perancangan ini digunakan waktu penahanan 6 [s], waktu membuka dan menutup 6 [s],waktu pendinginan 5 [s]. 63

Waktu sekali siklus injeksi : t = Inj. High time + Inj. Hold time + waktu membuka dan menutup + waktu pendinginan (Gastrow,1983: 7) t = 6,8 + 6 + 6 + 5 [s] = 3,8 [s] 4 [s] 3.9 Perhitungan Sistem Pendinginan 3.9.1 Panas Total Yang Harus Dibuang (Q) Q n.i. G [kj/jam]..... (3.1) Keterangan : i = Selisih Enthalpy [j/kg] G = Massa plastik dalam sekali injeksi [kg] n = Jumalah injeksi tiap jam = 3600 3600 = t 4 = 150 siklus / jam (Gastrow, 1983 : 7) Besarnya Enthalpy dari beberapa jenis plastik dapat dilihat dalam grafik berikut ini : Gambar 3.19 Grafik temperatur entalphy (Gastrow, 1983 : 7) 64

Selain itu dapat pula langsung diperoleh dari tabel berikut ini : Tabel III. Tabel Perbedaan Enthalpy plastik No Bahan Enthalpy (kj/kg) 1 Polystyrene 360 Acetal 418 3 Acetat 418 4 Polypropylene 448 5 LDPE 604 6 HDPE 71 7 Nylon 6 67 (Irvin, 1973 : 154) Q = n. i. G = 150 [siklus/jam]. 448 [kj/kg]. 0,18 [kg] = 14649,6 [kj/jam] 3.9. Panas Yang Tebuang Secara Alamiah Panas yang terbuang secara alamiah dari cetakan adalah perpindahan panas secara konveksi atau karena pengaruh lingkungan. Untuk menghitung perpindahan panas yang terbuang secara alamiha ini dapat digunakan rumus sebagai berikut : Q 1 =. A.( t m t0) Untuk 0C < t m < 300C didapat : Q 1 360 4 / 3 = 4,1868.A. 0,5 ( tm t0 ) tm 300 (Gastrow, 1983 : 8) Dimana : Q 1 = Panas yang terbuang sacara alamiah [ KJ/kg ] = Koefisien perpindahan kalor KJ [ jam. C. m t m = Suhu rata- rata cetakan = 60C ] (Johannaber, 1983 :36-37) 65

t 0 = Suhu udara keliling = 5C A = Luas permukaan cetakan [m ] Luas permukaan cetakan merupakan luas permukaan yang mengalirkan panas dari cetakan ke udara luar. A =.Aclp +.Acp + Asp + Asb Aclp = Luas clamping plate =.(TW.L + TW.T + T.L) TW = W + 50 W = lebar cetakan =. (550.700 + 550.45 + 45.700) = 88500 [mm ] Acp = Luas cavity plate =.(W.L +A.W + A.L) =.(500. 700 + 10.500 + 10.700) = 988000 [mm ] Asp = Luas support plate =.(W.L + W.U + U.L) =.(500.700 + 500.60 + 60.700) = 844000 [mm ] Asb = Luas spacer block = 4 (C.L + C.W + W.L) = 4 (110.700 + 110.500 + 500.700) = 198000 [mm ] L = Panjang cetakan A = 88500 + 988000 + 844000 + 198000 = 464500 [mm ] = 4,6 [m ] 360 Jadi Q 1 = (4,1868). (4,6). 0,5.(60 60 300 = 1540,68 [KJ/jam] 4 / 3 5) 66

3.9.3 Panas Yang Dipindahkan tiap Jam Panas yang dipindahkan tiap jam dapat dicari dengan rumus : Q = Q - Q 1 = 14649,6 1540,68 = 13108,9 [KJ/jam] Panas yang dipindahkan tiap jam tersebut terdiri dari perpindahan panas secara konveksi (antar lelehan plastik terhadap cetakan maupun antar bagian cetakan ke udara luar), dan perpindahan panas secara konduksi (antar bagian cetakan). Dapat dikatakan bahwa Q = Qkonveksi + Q konduksi 3.9.4 Perpindahan Panas secara Konveksi Perpindahan panas konveksi adalah perpindahan panas yang disebabkan oleh perbedaaan temperatur karena gerakan-gerakan molekul pada fluida. Dalam hal ini panas mengalir dari lelehan plastik ke bagian - bagian cetakan (Qkonveksi 1) dan dari bagian bagian cetakan ke udara luar. Keterangan : Qkonveksi 1 = h.a ( t t ) h = koefisien perpindahan panas konveksi ( h = 1549 kj/m hc ) A = Luas area cetakan (dianggap sebagai luasan bidang) t w = temperatur rata-rata cetakan f w ( t w = 60C ) t f = temperatur rata-rata lelehan plastik ( t f = 60C ) A = t x l = 50 x 500 [mm ] = 5000 [mm ] = 5 x 10 3 [m ] Qkonveksi 1 = 1549. (5 x 10 3 ). (60 60) = 7745 [ kj/jam] (Johannaber,1983 : 36-37) 67

Sedangkan untuk perpindahan panas konveksi dari bagian cetakan ke udara luar dapat dihitung dengan rumus sebagai berikut : Keterangan : Qkonveksi = h.a ( t t ) t l = temperatur lingkungan ( t l = 5C) Qkonveksi = 1549. (5 x 10 3 ). (60-5) = 1355,75 [kj/jam] w l Kv 1 Kv Gambar 3.0 Perpindahan Panas Konveksi 3.9.5 Perpindahan Panas secara Konduksi Perpindahan panas secara konduksi adalah pepindahan panas yang terjadi karena perbedaan temperatur antara molekul molekul yang berupa padatan karena letaknya yang berdekatan. Dalam hal ini terjadi antara bagian-bagian cetakan itu sendiri Q = Qkonveksi + Q konduksi Sehingga : Q konduksi = Q - Qkonveksi = 13108,9 (7745+ 1355,75) = 4008,17 [kj/jam]\ 68

3.9.6 Kecepatan Fluida Pendingin Air yang mengalir dalam cetakan adalah turbulen yang mempunyai bilangan Reynold antara 3000-6000. Air pendingin masuk cetakan 5C dengan viskositas kinematis 1 x 10 6 m /s, untuk produk dengan ketebalan ( - 3 ) mm dan diameter saluran pendingin (10 1) mm. Dalam perancangan ini diambil 1 mm, sehingga kecepatan aliran pendingin (w) adalah : Keterangan : w = Re.v d Re = Bilangan Reynold = 5000 [m/s]... (3.13) (Gastrow, 1983 ; 10) v = Viskositas kinematis air pada t = 5C v = 0,85. 10 6 m /s w = Kecepatan aliran pendingin d = diameter lubang pendingin d = 0,01 [m] 6 5000.0,85.10 Sehingga : w = 0,01 = 0,354 [m/s] Debit air pendingin : S = 830 x d x w = 830 x 0,01 3 x 0,354 = 0,1443 [m / s ] Gambar 3.1 Viskositas Kinematis Air (Gastrow, 1983 : 10 ) 69

3.9.7 Perhitungan Panjang Saluran Pendingin Panjang saluran pendingin cetakan harus diperhitungkan dengan tepat agar diperoleh proses pendinginan yang stabil dan sesuai denagn suhu kerja cetakan dalam proses injeksi. Panjang minimal saluran pendingin adalah : Q d L = 14,78 s (1 (0,015 t5m )) ( t4m t5 Keterangan : L = Panjang saluran pendingin [m] Q = Panas rata-rata cetakan [kj/jam] d = diameter saluran pendingin [m] 3 S = Debit air [m / s m )... (3.14) (Gastrow, 1983 : 11) t 5 m = Suhu air pendingin sebelum proses pendinginan [5C] t 4 m = Suhu rata-rata cetakan [60C] 13108,9 0,01 L = 14,78 0,1443 (1 (0,015 5)) (60 5) = 1,5363 [m] = 153,63 [mm] ] 3.9.8 Perhitungan Jarak Lubang Pendingin Gambar 3. Lubang Pendingin 70

Jarak antara permukaan produk dengan lubang pendingin sangat berpengaruh terhadap proses pendinginan cetakan. jarak pusat lubang pendingin dengan permukaan dicari dengan rumus perhitungan sebagai berikut : c = s/d 3.d (Gastrow, 1983 :16) Keterangan : c = Jarak lubang pendingin dengan produk [mm] d = diamater lubang pendingin Tabel III.3 Diameter Saluran pendingin Ketebalan [mm] Diameter [mm] < 8-10 < 4 10-1 < 6 1-15 Dalam hal ini karena ketebalan benda < 4 maka diambil diameter 1 [mm]. c = 3.1 = 36 [mm] Jarak antar lubang pendingin (b) dapat ditentukan dengan rumus yang sama seperti perhitungan jarak lubang pendingin dengan produk. b = 3.d = 3.1 = 36 [mm] 3.10 Perhitungan Push Back Spring Push back spring berfungsi untuk mengembalikan ejector retainer plate, ejector plate, ejector sleeve dan ejector pin pada posisinya semula. Gaya minimal yang dibutuhkan pegas sama dengan gaya yang diakibatkan adanya gaya tekan akibat berat retainer plate dan ejector plate ( ejector diabaikan ). V e = L. W. T Keterangan : V e = Volume retainer dan ejector plate (mm 3 ) 71

L = Panjang retainer dan ejector plate (mm) W = Lebar retainer dan ejector plate (mm) T = Tebal retainer plate (mm) V e = 700 x 30 x 5 (mm 3 ) = 5600000 (mm ) F = V e. g. ρ (N) = 5600000. 9,81. 7,85. 10-6 (N) = 431,5 (N) Push back spring dipasangkan pada return pin yang berdiameter 30 (mm), sehingga pegas yang digunakan adalah standar PUNCH tipe SWU 31 100 dengan spesifikasi sebagai berikut : Diameter luar (D) = 43 [mm] Diamater dalam (d) = 31 [mm] Gaya pegas maksimum (Fpm) = 60 x 9,81 = 588,6 [N] Defleksi maksimal () = 60 [mm] 3.11 Perhitungan Ejector Pin Fungsi ejector pin adalah untuk mengeluarkan produk dari cetakan, maka diperlukan perhitungan besarnya diameter minimal dari ejector pin, agar proses pengeluaran produk dapat berjalan dengan baik. Bahan ejector pin adalah standar ACME SCM 1 dengan t = 850 [N/mm ] dengan panjang 00 mm. Gaya yang dialami oleh ejector pin adalah dipengaruhi oleh gaya pegas. maka untuk menentukan diameter ejector pin adalah sebagai berikut : Keterangan : E I Fb = S Fb = Gaya bukling (N) S =.L...... (3.15) E = Modulus elastisitas bahan =,1 x 10 5 ( N/mm ) (Dym,1979 : 47) 4 d I = Momen inersia = 64 (mm 4 ) 7

L = Panjang pin (mm) 5 ( 3.14 ),1 10 I 441,45 = 400 (3.14 ),1 10 441,45 = 400 d = 5,13 d 5 mm 5 d 64 Bila dicek ulang dari kekuatan bahan SCM 1 adalah 441,45 = F = yangterjadi A 3,14 yangterjadi < t 4 5 4 =,49 N/mm aman Terdapat 6 ejector pin pada tiap cavity, karena jumlah cavity ada maka dalam perancangan cetakan kali ini dibutuhkan 15 buah ejector pin. Dari tabel standar ACME digunakan ejector pin standar tipe EPC 5 50. 3.1 Perhitungan Return Pin Return pin digunkan untuk mengembalikan ejector retainer plate stelah produk dikeluarkan. Bahan return pin adalah SUJ = 660 N/mm. Gaya yang bekerja pada return pin adalah gaya klem dikurangi dengan gaya pegas Agar return pin dapat menahan gaya yang terjadi maka,dimensi return pin dapat dicari dengan rumus sebagai berikut : Fb E I = n S Jumlah return pin ada 4, sehingga : 3,14,1 10 3 19000. 10-441,45 = 4 00 5 d 64 d = 3, (mm) Dari tabel standar return pin ACME digunakan return pin standar tipe MERP 8TH 30-50 4 73

3.13 Perhitungan Guide Pin Pemilihan dimensi guide pins berdasarkan ukuran cetakan dapat dilakukan dengan melihat tabel berikut : Tabel III.4 Dimensi Guide Pin Diameter kerja [mm] Ukuran Cetakan (mm) 10 15 x 15 5 x 156 14 156 x 156 196 x 196 18 46 x 46 46 x 496 96 x 96 346 x 594 30 396 x 396 554 x 594 38 594 x 594 (Pye, 1983 : 53) Ukuran cetakan adalah 700 x 500 (mm) sehingga diameter guide pins minimal yang digunakan adalah 38 (mm). Guide pin yang digunakan untuk cetakan pertama dan kedua sesuai standar ACME tipe SPWS 40 40. 3.14 Perhitungan Guide Pin Bushing Dimensi guide pin bushing tergantung dari dimensi guide pin. Standar guide pin bushing untuk guide pin dengan diameter 40 (mm) dan tebal cavity plate 10 (mm) adalah GBWS 40 10. Bahan yang digunakan adalah SUJ ( tegangan tarik t = 660 (N/mm ) ) sesuai dengan standar ACME. 3.15 Perhitungan Baut Pengikat Baut pengikat harus mampu menahan beban akibat gaya berat cetakan. Besarnya diameter baut sangat menentukan kekuatan baut. Bahan baut pengikat yang digunakan menurut standar ACME yaitu SCM 435 dengan massa jenis () 7,86 x 10 6 [Kg/mm 3 ], = 10 [kg/mm ]. Baut pengikat harus mampu menahan komponen yang diikat agar tidak bergeser. 74

W Gambar 3.3 Baut Pengikat Berdasarkan data data dari tabel untuk jenis bottom clamping plate, spacer block, support plate, cavity plate dan ACME jenis MDC tipe SA 5070. Volume clamping plate lower, spacer block, support plate, dan core plate cetakan adalah : V = (700 x 600 x 45) + (700 x 90 x 88) + (700 x 500 x 60) + (700 x 500 x 10) = 18.900.000 + 11.080.000 + 1.000.000+ 4.000.000 = 9.980.000 mm 3 Gaya yang bekerja pada baut dicari dengan persamaan : W = V x ρ x g = 9.980.000 x (7,85x10-6 ) x 9,81 = 7160,5 (N) F = W = 7160.5 (N) t = tm v = 10 = 0 (Kg/mm ) 6 g = 0,6 x t = 0,6 x 0 = 1 (Kg/mm ) g F A g = 1 x 9,81 (N/mm ) = 117,7 (N/mm ) g = F. 4 d i 75

4. F d i =. g Keterangan : F = Gaya pada baut (N) tm = Tegangan tarik maksimum bahan (N/mm ) t = Tegangan tarik ijin bahan (N/mm ) g = Tegangan geser ijin bahan (N/mm ) d i = diameter dalam baut (mm) d i = 4.7160,5 117,7. = 8,80 (mm) Dari tabel ukuran standar ulir kasar metris harga diameter dalam ulir (d i ) = 8,80 mm, sehingga diameter luar ulir (d o ) adalah 10 mm, sehingga baut yang digunakan agar aman minimal adalah baut M1, tetapi karena standar yang ada maka sesuai tabel standar hexagonal socket ACME baut yang dipilih adalah CBB-16-190. 3.16 Pemilihan Bahan Pemilihan bahan sangat penting karena akan sangat mempengaruhi layak tidaknya hasil produk dipakai. Berdasarkan perhitungan kekuatan dan ukuranukuran material maka penulis melakukan pemilihan bahan sebagai berikut : Tabel III.5 Pemilihan Bahan Komponen Bahan Cavity Insert M 310 Cavity plate M 310 Upper Clamping Plate Bottom Clamping Plate Support plate Spacer Block Support Pin S50 C S50 C S50 C S50 C SUJ 76

Guide Pin SUJ Guide Pin Bushing SUJ Ejector Pin SCM1 Return Pin SUJ Sprue Bushing SK Locating Rings S45 C Retaining Spring SWP-A Stop Pin S45 C Baut Pengikat SCM 435 Lift Eye Bolt JIS 1168 77