DESAIN ULANG UNIT PEMANAS DAN PENGENDALI …/Desain... · investasi dan perawatan alat yang tinggi , serta perancangan produk harus ... yang dibuat dengan cara injection molding,

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

DESAIN ULANG UNIT PEMANAS DAN PENGENDALI

KECEPATAN INJEKSI MESIN MOLDING

SKRIPSI

Diajukan sebagai salah satu syarat

untuk memperoleh gelar

Sarjana Teknik

Oleh :

ANDHY RINANTO

I1408526

JURUSAN TEKNIK MESIN

FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SEBELAS MARET

SURAKARTA

2012


commit to user

i

DESAIN ULANG UNIT PEMANAS DAN PENGENDALI

KECEPATAN INJEKSI MESIN MOLDING

Andhy Rinanto Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik

Universitas Sebelas Maret Surakarta, Indonesia

[email protected]

Abstrak

Tujuan dari tugas akhir ini adalah untuk melakukan desain ulang mesin injeksi molding yang masih menggunakan kompor minyak sebagai pemanas dan piston pneumatik sebagai unit injeksinya. Desain ulang ini menggunakan metode morphologi matrix. Pemanas dan unit injeksi yang menjadi kekurangan mesin, dinilai dan dibandingkan dengan fariasi komponen yang dapat memenuhi kebutuhan mesin dengan pertimbangan teknik dan ekonomi. Komponen yang merupakan standard part akan dibeli dari pasar, sedangkan jika tidak ada di pasar maka komponen akan dibuat dengan proses permesinan. Pemanas lama yang berupa kompor minyak sekarang digantikan Electric Heater dengan jenis Band Heater. Sedangkan power screw menggantikan piston untuk injeksi, diputar dengan motor listrik yang memiliki daya 0,5 hp.

Kata kunci :Injection molding machine, band heater, design mesin molding


commit to user

ii

REDESIGN THE HEATING UNIT AND SPEED CONTROL

INJECTION MOLDING MACHINE

Andhy Rinanto Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik

Universitas Sebelas Maret Surakarta, Indonesia

[email protected]

Abstrak

The aim of this thesis is to redesign injection molding machines that still use kerosene stove as a heater and as a pneumatic piston injection unit. This redesign using morphological matrix. Heating and injection unit into the machine deficiency, assessed and compared with components that can meet the needs of the machine with the technical and economic considerations. Components that are standard parts will be purchased from the market, whereas if there is no market then the component will be created by the machining process. Old heating oil stove now be replaced with a type of Electric Heater Band Heater. While the power screw to replace the injection piston, rotated by an electric motor that has a power of 0.5 hp.

Key word : Injection molding machine, band heater, Injection molding machine design


commit to user

iv

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur kepada Allah yang telah melimpahkan segala rahmat dan

hidayah-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan laporan tugas akhir penelitian

yang berjudul, ”Desain Ulang Unit Pemanas dan Pengendali Kecepatan Injeksi

Mesin Molding” dengan baik.

Maksud dari penulisan laporan tugas akhir ini adalah untuk memenuhi

persyaratan dalam penyusunan skripsi. Penulis menyadari bahwa dalam menyusun

laporan tugas akhir ini masih banyak kekurangan, namun berkat bimbingan dan

pengarahan dari Bapak/ Ibu dosen, pada akhirnya penulisan laporan tugas akhir

ini dapat terselesaikan.

Dalam kesempatan ini, penulis mengucapkan terima kasih kepada:

1. Tuhan Yesus Kristus yang telah melimpahkan rahmat-Nya sehingga penulis

dapat menyelesaikan skripsi ini dengan baik.

2. Yoana Wigati, yang selalu setia mendampingi, menemani, dan memotivasi

penulis dalam menyelesaikan skripsi ini.

3. Bapak Heru Sukanto, S.T., M.T.,selaku pembimbing I dan juga Ketua Jurusan

Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta yang

dengan sabar mengarahkan dan membimbing sehingga penulis dapat

menyelesaikan laporan tugas akhir ini.

4. Bapak Wahyu Purwo Raharjo, S.T., M.T.,selaku pembimbing II yang dengan

sabar mengarahkan dan membimbing sehingga penulis dapat menyelesaikan

laporan tugas akhir ini.

5. Bapak Bambang Kusharjanta, S.T.,M.T., selaku Ketua Program Studi S1

Non-Reg Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret

Surakarta.

6. Bapak Prof. Dr. Kuncoro Diharjo, S.T., M.T. , selaku Dekan Fakultas Teknik

Universitas Sebelas Maret Surakarta.

7. Romo Ir. Andreas Sugijopranoto, SJ., S.S., M.Sc., selaku Direktur ATMI

yang telah memberikan segala fasilitas sehingga penulis dapat menyelesaikan

skripsi ini dengan baik.

8. Bapak Y.V. Yudha Samodra, S.T., M.Eng., selaku Pembantu Direktur Bidang

Akademik ATMI yang telah memberikan segala fasilitas sehingga penulis

dapat menyelesaikan skripsi ini dengan baik.

9. Bapak Edy Yunianto, A.Md., selaku KUK CT ATMI yang telah memberikan

segala fasilitas sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini dengan baik.


commit to user

v

10. Dosen-dosen Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret

Surakarta, yang telah memberikan ilmu yang bermanfaat bagi penulis selama

ini.

11. Para staf dan karyawan Jurusan Teknik Mesin, atas segala kesabaran dan

pengertiannya dalam memberikan bantuan dan fasilitas demi kelancaran

penyelesaian skripsi ini.

12. Rekan-rekan sesama mahasiswa tugas belajar ATMI di UNS, atas segala

kekompakan dan kerjasamanya dalam menyelesaikan tugas kuliah bersama.

13. Rekan-rekan kerja CT ATMI yang telah memberikan banyak waktu luang,

sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini dengan baik.

14. Semua keluarga besar ATMI atas dukungan dan semangat yang diberikan

kepada penulis dalam menyelesaikan skripsi ini.

15. Seluruh pihak-pihak yang tidak dapat penulis sebutkan satu per satu, atas

segala bimbingan, bantuan, kritik dan saran dalam penyusunan skripsi ini.

Penulis juga menyadari bahwa laporan tugas akhir ini masih jauh dari

kesempurnaan. Oleh karena itu, saran dan kritik yang bersifat membangun sangat

penulis harapkan.

Surakarta,Oktober 2012 Penulis


commit to user

vi

DAFTAR ISI

Abstrak ................................................................................................................................ i

Abstrak ( English ) ............................................................................................................ ii

Motto dan Persembahan .................................................................................................. iii

Kata Pengantar ........................................................................................................ iv

Daftar Isi ................................................................................................................. vi

Daftar Tabel ............................................................................................................ ix

Daftar Gambar .......................................................................................................... x

BAB I Pendahuluan ............................................................................................ 1

1.1 Latar belakang ......................................................................................... 1

1.2 Perumusan Masalah ................................................................................. 2

1.3 Batasan Masalah ...................................................................................... 2

1.4 Tujuan dan Manfaat ................................................................................. 3

1.5 Sistematika Penulisan .............................................................................. 3

BAB II Landasan Teori ........................................................................................ 5

2.1 Mesin Injection Molding ......................................................................... 5

2.1.1. Injection Unit .................................................................................. 6

2.1.2. Mold Unit ......................................................................................... 8

2.1.3. Clamping Unit .................................................................................. 9

2.2 Proses Injection Molding ......................................................................... 9

2.3 Bahan Baku yang Digunakan Dalam Proses Injection Molding ........... 11

2.3.1. Temperatur ..................................................................................... 11

2.3.2. Tekanan Injeksi .............................................................................. 12

2.3.3. Kecepatan Injeksi ........................................................................... 12

2.4 Pemanas Elektrik ................................................................................... 13

2.5 Perpindahan Kalor ................................................................................. 13


commit to user

vii

2.5.1. Perpindahan Kalor Konduksi ......................................................... 14

2.5.2. Kondukstivitas Termal ................................................................... 15

2.5.3. Perpindahan Panas Konduksi Pada Silinder .................................. 16

2.6 Rumus Tekanan ..................................................................................... 16

2.7 Rumus Daya .......................................................................................... 16

2.7 Menentukan Diameter Poros ................................................................. 17

BAB III Metode Penelitian .................................................................................. 19

3.1 Diagram Alir Penelitian ......................................................................... 19

3.2 Desain Ulang ......................................................................................... 21

3.3 Alat dan Bahan Penelitian ..................................................................... 23

3.3.1. Mesin Injection Molding ................................................................ 23

3.3.2. Tacho Meter ................................................................................... 23

3.3.3. Stop Watch ..................................................................................... 24

3.3.4. Thermocouple dan Pembaca Suhu Portabel ................................... 24

3.3.5. Inverter ........................................................................................... 25

BAB IV Perancangan dan Pemilihan Part ........................................................... 26

4.1 Morphologi Matrix ................................................................................ 26

4.1.1. Pengelompokan Informasi dan Pemilihan Part yang Digunakan ... 26

A. Tuntutan Produk ............................................................................. 27

B. Variasi Elemen Konstruksi ............................................................. 27

C. Mesin Injeksi Molding Hasil Desain Ulang ................................... 36

4.1.2. Analisa dan Perhitungan ................................................................ 37

A. Perhitungan Pemanas Elektrik ........................................................ 37

B. Perhitungan Diameter Power Screw dan Pemilihan Motor ............ 37

4.2. Pengujian Komponen ............................................................................ 40

4.2.1. Pengujian Panas .............................................................................. 40

4.2.2. Pengujian Kecepatan ...................................................................... 46


commit to user

viii

4.2.3. Pengujian Proses Mesin Injeksi ...................................................... 49

BAB V Penutup .................................................................................................. 51

5.1. Kesimpulan ............................................................................................ 51

5.2. Saran ...................................................................................................... 51

Daftar Pustaka ........................................................................................................ 52

Lampiran ................................................................................................................ 53


commit to user

1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang

Dewasa ini, terjadi pertumbuhan yang sangat pesat pada penggunaan

produk plastik di industri manufaktur karena sangat serbaguna dan memiliki nilai

ekonomis yang tinggi. Dukungan ilmu pengetahuan dan teknologi sangat

diperlukan khususnya untuk pemanfaatan dan pengolahan polimer, sehingga dapat

dihasilkan produk plastik dengan kuantitas yang cukup tinggi dan kualitas yang

baik [Low, 2004]. Salah satu teknik yang cukup efektif dan banyak dipergunakan

untuk pengolahan bahan thermoplastik adalah injection molding.

Injection Molding banyak dipilih karena memiliki beberapa keuntungan

diantaranya : kapasitas produksi yang tinggi, sisa penggunaan material (useless

material) sedikit dan tenaga kerja minimal. Sedangkan kekuranganya, biaya

investasi dan perawatan alat yang tinggi , serta perancangan produk harus

mempertimbangkan untuk pembuatan desain moldingnya [Kwong, 1998].

Injection molding adalah metode pembentukan material termoplastik

dimana material yang meleleh karena pemanasan diinjeksikan oleh plunger ke

dalam cetakan yang didinginkan oleh air dimana material tersebut akan menjadi

dingin dan mengeras sehingga bisa dikeluarkan dari cetakan. Meskipun banyak

variasi dari proses dasar ini, 90 % injection molding adalah memproses material

termoplastik. Injection molding mengambil porsi sepertiga dari keseluruhan resin

yang dikonsumsi dalam pemrosesan termoplastik. Sekarang ini bisa dipastikan

bahwa setiap kantor, kendaraan, rumah, pabrik terdapat barang-barang dari plastik

yang dibuat dengan cara injection molding, misalnya pesawat telepon, printer,

keyboard, mouse, rumah lampu mobil, dashboard, reflektor, roda gigi, helm,

televisi, sisir, roda furnitur, telepon seluler, dan masih banyak lagi yang lain yang

dapat ditemukan.

Mesin injection molding adalah peralatan terdiri dari dua dasar

elemen, unit injeksi dan unit klem. Injection molding dapat digunakan dengan

berbagai resin plastik. Resin dipilih untuk proses ini adalah polietilen,


commit to user

2

polipropilen, ABS, dan fluorokarbon, karena karakteristik bentuk yang rumit dapat

dihasilkan dengan mudah [Netsal, 1978]. Keuntungan mesin injeksi kecil adalah

proses pencetakan permukaan yang baik dari produk dapat dicapai, material

terbuang sedikit dan biaya tenaga kerja relatif rendah [Oyetunji, 2010].

Pekerjaan redesign akan melibatkan konsep desain, operasi, desain analisis

yang akan melibatkan pemilihan unit pemanas dan pemasangan pengatur panas,

pengaturan langkah piston, juga perakitan gambar mesin. Pengembangan mesin

injection molding kecil untuk mencetak produk plastik industri skala kecil itu lahir

dari fakta bahwa kebanyakan mesin injeksi umumnya berukuran besar. Dan

terlebih untuk kalangan industri kecil, mesin yang digunakan biasanya hanya

mengunakan kompor sebagai unit pemanas dan menggunakan engkol untuk

mendorong material plastik ke dalam cetakan. Dengan kondisi yang demikian,

maka mesin tidak mampu digunakan untuk pengaturan suhu dan kecepatan

injeksi, dimana kedua hal ini sangat berpengaruh pada hasil cetakan.

Mesin Injection Molding yang ada sekarang ( dari Fakultas Teknik Mesin

Universitas Sebelas Maret Surakarta ) berukuran panjang 1600 mm, lebar 300 mm

dan tinggi 500 mm. Terdapat dua piston pneumatik yang berfungsi sebagai unit

injeksi dan unit klem. Sedangkan untuk unit pemanas menggunakan kompor

minyak. Selama ini, kecepatan injeksi tidak dapat dilihat maupun dibaca dengan

pasti. Sedangkan unit pemanas yang menggunakan kompor juga mengalami

kendala saat harus mengatur besarnya panas yang diinginkan untuk melelehkan

material plastik.

1.2 Perumusan Masalah

Perumusan masalah dalam penelitian ini yaitu ”Desain ulang unit

pemanas dan pengendali kecepatan injeksi mesin molding.”

1.3 Batasan Masalah

Untuk mendapatkan arah penelitian yang baik, maka penelitian ini

ditentukan batasan-batasan masalah sebagai berikut:


commit to user

3

a. Mesin yang digunakan adalah mesin injection molding milik Universitas

Sebelas Maret Surakarta ( UNS ), Fakultas Teknik.

b. Rangka mesin dianggap kuat dan kokoh.

c. Perpindahan panas yang diperhitungkan adalah perpindahan panas konduksi,

sedangkan perpindahan panas konveksi dan radiasi diabaikan.

1.4 Tujuan Dan Manfaat

Desain ulang yang dilakukan bertujuan untuk :

a. Mendapatkan mesin injeksi yang mampu untuk diatur besarnya suhu

pemanasan.

b. Mendapatkan mesin yang mampu membaca kecepatan pergerakan piston saat

injeksi.

Dan desain ulang yang dilakukan diharapkan dapat memberikan manfaat-

manfaat antara lain:

a. Dengan kemudahan pengaturan besarnya suhu, diharapkan mampu digunakan

untuk mengerjakan berbagai jenis material plastik, sesuai dengan titik

lelehnya.

b. Dapat digunakan untuk penelitian lebih lanjut terkait variasi suhu dan

kecepatan injeksi terhadap hasil injeksi.

1.5 Sistematika Penulisan

Agar penelitian dapat mencapai tujuan dan terarah dengan baik, maka

disusun dengan sistematika penulisan sebagai berikut:

a. Bab I Pendahuluan, berisi tentang latar belakang masalah, perumusan

masalah, batasan masalah, tujuan dan manfaat penelitian, dan

sistematika penulisan laporan penelitian.

b. Bab II Landasan Teori, berisi tentang tinjauan pustaka dari penelitian

yang telah dilakukan sebelumnya yang memiliki hubungan

dengan tema penelitian dan dasar-dasar teori yang mendukung

penelitian yang dilakukan.


commit to user

4

c. Bab III Metode Penelitian, berisi tentang langkah – langkah dalam

penelitian, diagram alir redesign serta langkah pengerjaan yang

dilakukan.

d. Bab IV Proses perancangan dan pemilihan komponen

e. Bab V Penutup, kesimpulan dan saran


commit to user

5

BAB II

LANDASAN TEORI

2. 1. Mesin injection molding

Pengembangan mesin injection molding kecil untuk membentuk produk

plastik kecil dalam industri skala kecil sudah dilakukan oleh Oyetunji ( 2010 ).

Pekerjaan yang dilakukan meliputi desain, konstruksi dan pengujian mesin

injection molding kecil yang mampu membentuk produk plastik ukuran kecil

dengan menyuntikkan resin cair ke dalam cetakan, mendinginkan cetakan, dimana

cetakan akan membeku dan menghasilkan produk yang ingin dikembangkan.

Mesin dirancang dan dibuat untuk bekerja sebagai prototype dan digunakan untuk

memproduksi plastik berukuran kecil. Konsep desain, pengoprasian, dan perakitan

bagian komponen dibuat. Gambar kerja dan pemilihan bahan dibuat berdasarkan

perhitungan dari diameter injeksi plunger, jumlah gigi yang diperlukan, kecepatan

sudut, jumlah revolusi, torsi dan daya yang diperoleh dari motor listrik [Low,

2004].

Dalam mesin injection molding, umumnya terdapat 3 bagian utama yaitu :

Injection unit, Mold unit, dan Clamping unit. Gambar 2.1 menunjukkan rangkaian

dari mesin injection molding.

Gambar 2.1. Unit mesin injection molding


commit to user

6

2. 1. 1. Injection unit

Unit injeksi dari mesin injection molding memiliki pengaruh besar pada

kualitas dibagian bentuk akhir [Johannaber, 1997]. Fungsi dasar adalah untuk

menerima dan mengalirkan pelet ( bahan plastik ) padat dan juga aditif,

melakukan peleburan, meneruskan cairan plastik sepanjang screw, menyuntikkan

cairan plastik ke dalam cetakan, dan tetap ada di bawah tekanan (memegang

tekanan). Fungsinya sangat mirip dengan yang dari ekstruder ulir tunggal, kecuali

bahwa screw bergerak secara aksial selama fase injeksi. Gambar Injection unit

ditunjukkan pada gambar 2.2 sebagai berikut :

Gambar 2.2. Injection unit ( Friedrich Johannaber : 2007 )

Menurut Friedrich Johannaber, didalam injection unit terdapat bagian – bagian

sebagai berikut

· Screw

Screw membuat perpindahan panas yang relatif cepat antara barrel yang panas

dan material plastik dingin. Pada saat berputar , material dari hopper tertarik

mengisi saluran screw dan didorong menuju ke arah nozzle. Agar jalannya

material menjadi lancar, permukaan screw harus lebih halus dari barrel.

· Cylinder Screw Ram

Cylinder screw ram berfungsi untuk mempermudah gerakan screw dengan

menggunakan momen inersia sekaligus menjaga putaran screw tetap konstan,

sehingga didapatkan tekanan dan kecepatan yang konstan saat dilakukan proses

injeksi.


commit to user

7

· Barrel

Barrel adalah tabung yang menyelubungi bagian luar screw, seperti sebuah

extruder. Kegunaan dalam injection molding, barrel berguna untuk menyalurkan

banyak panas pada plastik untuk proses melelehkan. Barrel harus mudah untuk

dibongkar agar pada saat penggantian screw dan saat membersihkan menjadi

lebih cepat. Penting untuk memperhatikan jumlah baut agar pada saat perakitan

dan pembungkaran lebih mudah. Saat ini, sistem yang memungkinkan

penggantian barrel dengan mudah menjadi permintaan yang tinggi karena

penggunaan mesin yang semi otomatis.

· Nozzle

Proses plasticating berakhir pada nozzle. Pada nozzle ini terjadi perputaran

silinder pada sprue bushing yang terletak pada mold. Jika dibutuhkan, silinder

tersebut tertutup pada saat proses plasticating dan fase pendinginan. Diameter

terkecil dari lubang nozzle harus berada pada titik yang sama. Lubang nozzle

harus berbentuk tapered sehingga diameter lubang die lebih besar 0,25 mm,

seperti yang diilustrasikan pada gambar 2.3. sebagai berikut :

Gambar 2.3. Bentuk lubang pada nozzle

· Hopper

Hopper digunakan untuk jalan masuk dan untuk menampung material plastik

sebelum masuk ke barrel. Untuk menjaga kelembaban material plastik,

digunakan tempat penyimpanan khusus yang dapat mengatur kelembaban, sebab

apabila kandungan air terlalu besar, dapat menyebabkan hasil injeksi tidak

bagus. Pada umumnya hopper memiliki semacam jendela yang digunakan oleh

operator untuk memeriksa pengisian bahan plastik dengan mudah. Dua desain

dasar hopper berbentuk persegi dan bulat. Sebuah hopper persegi tidak


commit to user

8

memungkinkan aliran penuh bahan ke arah screw karena adanya zona "mati"

yang tercipta karena adanya sudut. Sebuah hopper berbentuk lingkaran

memungkinkan aliran penuh bahan ke arah screw dan umumnya tidak akan

menyebabkan pemisahan ukuran partikel dalam material.

· Motor dan Tansmission Gear Unit

Bagian ini berfungsi untuk menghasilkan daya yang digunakan untuk memutar

screw pada barrel, sedangkan transmission unit berfungsi untuk memindahkan

daya dari putaran motor ke dalam screw. Selain itu transmission unit juga

berfungsi untuk mengatur tenaga yang disalurkan sehingga tidak terjadi

pembebanan yang terlalu besar.

· Nonreturn Valve

Valve ini berfungsi untuk menjaga aliran plastik yang telah meleleh agar tidak

kembali saat screw berhenti berputar.

2. 1. 2. Mold unit

Mold adalah elemen kunci pada proses injection molding. Molding unit

adalah bagian yang berfungsi untuk membentuk benda yang akan dicetak. Secara

garis besar molding unit memiliki dua bagian utama yaitu bagian cavity dan core,

bagian cavity adalah bagian cetakan yang berhubungan dengan nozzle pada mesin,

sedangkan bagian core adalah bagian yang berhubungan dengan ejector. Ejector

adalah bagian dari mesin yang digunakan untuk melepas produk plastik yang

sudah jadi dari cetakannya. Gambar 2.4. menunjukkan bagian-bagian mold

standar.

Gambar 2.4. Bagian – bagian mold standar


commit to user

9

Molding unit memiliki bagian utama yaitu :

1. Sprue dan Runner System.

2. Cavity Side/ Mold Cavity .

3. Core Side.

4. Ejector System.

5. Gate.

6. Insert.

7. Coolant Channel.

2. 1. 3. Clamping unit

Clamping unit berfungsi untuk memegang dan mengatur gerakan mold unit,

serta gerakan ejector saat melepas benda dari molding unit, pada clamping unitlah

bisa diatur berapa panjang gerakan molding saat dibuka dan seberapa panjang

ejector harus bergerak. Gambar 2.5. menunjukkan clamping unit secara umum

sebagai berikut :

Gambar 2.5. Clamping unit

Terdapat tiga macam clamping unit yang dipakai pada umumnya, yaitu

mechanical, hydraulic, dan hydraulic mechanical system.

2. 2. Proses injection molding

Terdapat enam langkah penting di dalam setiap proses molding, yaitu

sebagai berikut :


commit to user

10

1. Clamping

Setiap mesin injection molding terdiri dari tiga peralatan dasar, yaitu mold

unit, clamping unit dan injection unit. Clamping unit berfungsi untuk

memegang cetakan / mold di bawah tekanan pada saat proses injeksi dan

pendinginan berlangsung. Pada dasarnya, clamping berfungsi untuk memegang

dua belahan mold dari injection molding, secara bersamaan. Pada saat proses

injeksi clamping unit berfungsi untuk menahan gaya, tekan dan mengeluarkan

benda jadi dari cetakan.

2. Injection

Sebelum penginjeksian, material plastik masih dalam bentuk butiran-butiran

serbuk yang mudah tersumbat. Kemudian material dalam bentuk butiran

tersebut dimasukkan ke dalam hopper pada unit injeksi. Material plastik

diproses dalam silinder yang dipanaskan hingga mencair. Kemudian silinder

bekerja dengan motorized screw yang berfungsi untuk mencampur dan

mengaduk material plastik yang sudah meleleh tersebut serta menekannya

sampai pada ujung silinder. Setelah material cukup untuk diakumulasikan pada

bagian ujung screw, proses injeksi bekerja. Material plastik yang sudah berada

pada ujung screw kemudian dimasukkan atau diinjeksikan ke dalam cetakan

melalui sprue bushing. Tekanan dan kecepatan injeksi pada saat proses

berlangsung dikontrol oleh screw.

3. Dwelling

Dwelling merupakan langkah penghentian sementara proses injeksi. Material

plastik yang sudah diinjeksikan ke dalam cetakan dengan pemberian tekanan

tertentu harus dipastikan mengisi ke semua bagian cavity (rongga cetakan).

Proses ini untuk menghindari adanya cacat produk akibat keropos atau weld.

4. Cooling (Pendinginan)

Material plastik yang sudah mengisi cetakan dan membentuk benda sesuai

cetakan, lalu didinginkan dengan temperatur tertentu agar material plastik cepat

menjadi solid atau mengeras.


commit to user

11

5. Mold opening (Pembukaan cetakan)

Material yang sudah mengeras setelah didinginkan kemudian menjadi benda

jadi. Dua belah cetakan kemudian dibuka dengan perantara peralatan clamping

plate dan setting plate.

6. Ejection

Langkah terakhir adalah mengeluarkan benda jadi dari dalam cetakan agar

proses penginjeksian berikutnya dapat dilakukan. Pada langkah ejection

biasanya, desain-desain molding tertentu digunakan untuk memotong runner

dan sprue dari material plastik. Dengan demikian maka benda hasil molding

tidak perlu dilakukan pekerjaan lanjutan pemotongan runner dan sprue.

2. 3. Bahan baku yang digunakan dalam proses injection molding

Dalam proses injection molding, bahan baku yang digunakan adalah

polymer. Ada beberapa jenis polimer, antara lain :

· Thermoplastic Polymers

· Amorphous Thermoplastics

· Semi-Cristalline Thermoplastics

· Thermosets

2. 3. 1. Temperatur

Parameter kunci pada proses injection molding adalah temperatur leleh

( mencair ) dan temperatur di dalam cetakan. Efektivitas biaya dipengaruhi dari

waktu yang dihabiskan untuk siklus yang meliputi injeksi, pendinginan, dan

pergerakan dari unit klem (Neculai dan Cătălin, 2010 ). Daftar temperatur proses

yang direkomendasikan untuk termoplastik dan elastomer termoplastik

ditunjukkan pada tabel 2.1 ( halaman 10 dan 11) buku Johannaber, 1997. Data

yang ditunjukkan merupakan pengaturan temperatur untuk daerah pemanasan

pada plasticating unit dari mesin injection molding, serta untuk pengaturan

temperatur pada nozzle dan suhu pendinginan pada cetakan. Besarnya temperatur


commit to user

12

untuk melelehkan material termoplastik berkisar dari yang terendah sebesar 130

ºC sampai yang tertinggi sebesar 400 ºC.

2.3.2. Tekanan injeksi

Tekanan, suhu, dan volume semua memiliki pengaruh kuat pada proses injection

molding dan kualitas cetakan akhir. Tekanan, bagaimanapun, dan cara

perubahannya selama proses injeksi, adalah parameter kerja yang paling penting

[Johannaber, 2007, hal. 67]

Tabel 2.1. Tekanan injeksi untuk material plastik [Johannaber, 2007, hal. 67]

2.3.3. Kecepatan injeksi

Kecepatan screw dianggap sebagai parameter mesin yang dianggap penting

dan digunakan sebagai variabel input untuk pembangunan sebuah titik operasi.

Hal ini adalah kecepatan keliling dari screw yang saling berkaitan dengan kualitas

lelehan. Kecepatan screw dalam mesin injection molding biasanya dirancang

untuk memproduksi part yang tipis pada kapasitas injeksi yang rendah dengan


commit to user

13

kecepatan antara 0,05 sampai 1,5 m/s. Kecepatan screw yang rendah

menghasilkan lelehan yang berkualitas.

Tabel 2.2. Kecepatan injeksi pada material plastik [Johannaber 2007, hal. 78]

2.4. Pemanas elektrik

Besarnya daya heater tergantung dari jenis material yang akan dipanaskan, massa

benda yang akan dipanaskan, dan waktu yang ingin ditempuh dalam mencapai

suhu tertentu. Untuk menentukan besarnya daya heater nantinya, menggunakan

rumusan dari produsen heater sebagai berikut :

ኰ 实屏时ú时D낸নMP时迫时h …………………….............................. ( 2.1 )

Dimana : Q : Daya Heater, kWatt

C : Panas jenis material yang dipanaskan, 痈ú频痞痈 °ú

m : Massa barrel, kg

D馆 : Kenaikan suhu

t : Waktu pemanasan

h : Efisiensi, 0,1 – 0,5

2.5 Perpindahan kalor

Perpindahan kalor dapat didefinisikan sebagai berpindahnya energi dari satu

daerah ke daerah lainnya sabagai akibat dari beda suhu antara daerah-daerah

tersebut [Frank Keith, 1997 : hal 4]. Kepustakaan perpindahan kalor pada


commit to user

14

umumnya mengenal tiga cara pemindahan panas yang berbeda yaitu perpindahan

kalor konduksi, perpindahan kalor konveksi, dan perpindahan kalor radiasi.

2.5.1. Perpindahan kalor konduksi

Proses perpindahan kalor konduksi adalah proses dimana panas mengalir

dari daerah yang bersuhu lebih tinggi ke daerah yang bersuhu lebih rendah di

dalam satu medium (padat,cair atau gas) atau antara medium-medium yang

berlainan yang bersinggungan secara langsung(Frank Keith, 1997 : hal 4).

Dalam perpindahan kalor konduksi ini dipakai rumusan umum sebagai

berikut : 츠 实石诡.故∆馆∆果实诡.故馆囊石馆挠∆果

…………………………………

(2.2)

Keterangan :

q = Perpindahan kalor, Watt

k = Konduktivitas termal bahan, W/mºC, tegak lurus arah perpindahan kalor

A = Luas benda, m2 ∆낸∆铺 = Gradien suhu kearah perpindahan kalor 触屏邹

Gambar 2.6. Perpindahan kalor konduksi


commit to user

15

2.5.2. Konduktivitas termal

“Thermal conductivity of a material can be defined as the rate of heat transfer through

a unit thickness of the material per unit area per unit temperature difference” (Cengel,

2002 : hal 19). Konduktivitas termal dilambangkan dengan k. Satuan

konduktivitas termal adalah Watt per meter derajat Celcius (W/m 0C).

Berdasarkan persamaan (2.1) sebagai rumusan persamaan dasar tentang

konduktivitas termal, dapat dipakai nilai konduktivitas termal yang disajikan pada

Tabel 2.3. Bahan yang mempunyai nilai konduktivitas termal tinggi dinamakan

konduktor, sedangkan bahan yang nilai konduktivitas termal rendah disebut

isolator.

Tabel 2.3. Konduktivitas termal berbagai bahan pada 0 0C (Holman,1997, hal 8)


commit to user

16

2.5.3. Perpindahan panas konduksi pada silinder

Pada pengoperasian yang konstan, tidak ada perubahan temperatur pada

waktu dan titik tertentu. Oleh karena itu perpindahan panas yang masuk ke dalam

pipa harus sama dengan perpindahan panas yang keluar. Dengan kata lain,

perpindahan panas pada pipa adalah konstan ( Cengel, 2002, hal. 165 ).

Perpindahan panas konduksi pada pipa / silinder dirumuskan sebagai berikut :

ኰ踪泼3聘,Ǵƅ 实2挥拐诡낸前能낸潜农奴嗓潜嗓前邹 (Watt)………………………….(2.3)

2.6. Rumus Tekanan

Dalam penelitian ini menggunakan barrel yang diisi material plastik,

kemudian mendorongnya ke dalam cetakan. Cara kerjanya menggunakan prinsip

tekanan bidang.

官相yƼƼ 实毗霹 N mm挠邹⁄ …………….. (2.4) Dimana : 官相yƼƼ = Tekanan 棺 88挠⁄ 邹 F = Gaya ( N )

A = Luasan bidang ( 88挠)

Pada mesin injection molding menggunakan power screw sebagai pendorong

material plastik ke dalam cetakan. Besarnya gaya pada power screw menurut

Sclater dan Chinoris, Bab. Screw, hal. 11 ditentukan dengan rumusan sebagai

berikut :

Finjeksi = 毗嗓时挠气时相颇 ( N )…………………. ( 2.5 )

2.7. Rumus Daya

Pada saat proses injeksi, ada gaya ( F ) yang dibutuhkan untuk mendorong

material plastik dan ada juga pergerakan ( 郭 ) dari elemen pendorong. Maka dari


commit to user

17

kondisi ini dapat diketahui daya ( 官泼ay相 ) yang dibutuhkan pada saat injeksi.

Karena direncanakan untuk mengganti piston dengan motor sebagai unit

pendorong, maka daya ini nanti akan dibutuhkan untuk pertimbangan pemilihan

motor.

官泼ay相实瓜时郭棺8 圭棍⁄ 邹逛棍逛锅灌逛棍棍....... (2.6)

Dimana : 官泼ay相 = Daya ( Watt )

郭 = Kecepatan gerak ( m )

2.8. Menentukan diameter poros

Seperti yang sudah direncanakan, unit pendorong akan menggunakan motor

dan shaft yang dibentuk uliran, maka diperlukan perhitungan besarnya shaft yang

dipakai. Melihat kebutuhannya, shaft yang di rancang harus bisa menahan beban

puntir. Menurut Sudibyo, hal. 11, poros transmisi dihitung hanya berdasarkan

momen puntir ( Mt ) dengan tambahan faktor c yang mengandung angka

keamanan terhadap puntir.

Momen puntir yang ditransmisikan :

怪迫实9550篇3 (Nmm)…………………... (2.7)

Maka rumus untuk diameter poros transmisi pejal :

Diameter 圭实规囊时税怪迫遣 ≈ 规挠时瞬篇3遣 (mm)……………… (2.8)

Dimana :

Mt = Momen puntir ( Nm )

P = Tenaga ( kW )

n = Angka putaran ( rpm )

c1,c2 = faktor keamanan yang besarnya tergantung 蛔̅迫


commit to user

18

Tabel 2.4. Faktor c terhadap 蛔̅迫蛔̅迫棺88挠邹 Material 规囊规挠

15 St 37, St 42 6,9 146

20 St 50, St 60 6,3 133

25 Baja dengan batas patah

yang lebih tinggi 5,8 123


commit to user

19

BAB III

METODE PENELITIAN

3.1 Diagram Alir Penelitian

Secara lebih terperinci, diagram alir penelitian yang akan dilakukan

ditunjukkan pada Gambar 3.1 :

Gambar 3.1. Diagram alir penelitian

Desain ulang

Mulai

Perakitan

Pengujian

Data dan analisa

Selesai

Pembongkaran dan mempelajari bagian mesin

Apakah kondisinya baik ?

Apakah berfungi dengan baik ?

Ya

Tidak

Ya

Tidak

Pembuatan/ realisasi part


commit to user

20

Secara terinci, diagram alir penelitian dijelaskan sebagai berikut :

Pembongkaran dan mempelajari bagian mesin

Tahap ini dilakukan untuk mengetahui kondisi serta dimensi dari bagian – bagian

mesin tersebut. Dari proses ini dapat diketahui bentuk dan dimensi secara detail

tiap bagian mesin. Dengan mempelajari, diharapkan dapat diambil keputusan

apakah sebuah part akan diganti atau tidak. Apabila sebuah part dinyatakan tidak

layak, maka akan dilakukan proses desain ulang. Dari proses desain ulang ini akan

menentukan apakah sebuah part akan dibuat dengan proses permesinan ataupun

membeli. Namun apabila part mesin masih dinilai layak, maka akan dilakukan

perakitan.

Perakitan

Tahap perakitan dilakukan apabila sudah ada kepastian bahwa tiap bagian mesin

dinyatakan layak untuk dipakai dan bisa memenuhi kebutuhan penelitian. Setelah

dirakit, maka akan diketahui apakah mesin bisa beroperasi dengan baik. Apabila

mesin tidak beroperasi dengan baik, makan akan dilakukan proses desain ulang.

Namun apabila mesin sudah beroperasi dengan baik, selanjutnya akan dilakukan

pengujian.

Pengujian

Pengujian dilakukan untuk mengetahui apakah mesin bisa dioperasikan sesuai

dengan kebutuhan, yaitu dapat diatur suhu pemanasannya dan mengetahui

kecepatan injeksinya.

Data dan analisa

Setelah pengujian dilakukan maka diharapkan mendapatkan data tentang kinerja

mesin. Dari data yang akan didapat, kemudian dilakukan analisa mengenai

keunggulan dari mesin yang sudah di desain ulang dengan mesin seperti kondisi

awal.


commit to user

21

3.2. Desain ulang

Desain ulang merupakan rangkaian proses tersendiri. Diagram alir proses

desain ulang akan ditunjukkan dalam gambar 3.2. berikut :

Gambar 3.2. Diagram alir desain ulang

Mulai

Pemilihan dari segi teknik

Apakah memenuhi ?

Pemilihan dari segi ekonomi

Apakah memenuhi ?

Apakah standard part ?

Membeli

Selesai

Pembuatan part

Desain part

Ya

Tidak

Ya

Ya

Tidak

Alternatif lain

Alternatif lain

Tidak


commit to user

22

Secara lebih terinci, diagram alir desain ulang dijelaskan sebagai berikut :

Pemilihan dari segi teknik

Dalam proses ini dipilih beberapa alternatif part pengganti dari bagian mesin yang

tidak sesuai dengan tuntutan. Pertimbangan teknik menjadi hal utama dalam

proses ini, kemudian dilakukan penilaian dari berbagai pilihan tersebut.

Pemilihan dari segi ekonomi

Segi ekonomi juga menjadi pertimbangan atas pilihan part pengganti dari bagian

mesin yang dianggap tidak memenuhi tuntutan. Pemilihan dari segi ekonomi ini

akan membandingkan antara harga dan funsi dari part yang diganti.

Standart Part

Apabila penilaian jatuh pada part yang standart, maka akan dilakukan proses

pembelian dari part yang dimaksud. Namun apabila part yang dipilih bukan part

standart, maka proses permesinan akan dilakukan untuk membuat part yang akan

digunakan.

Perakitan

Apabila proses pemilihan berdasarkan pertimbangan teknik dan ekonomi sudah

didapat, maka proses perakitan dilakukan untuk mengetahui kinerja mesin.


commit to user

23

3.3. Alat dan Bahan Penelitian

3.3.1. Mesin injection molding

Sebagai bahan utama untuk penelitian kali ini adalah sebuah mesin injection

molding yang masih menggunakan kompor sebagai unit pemanasnya, dan piston

pneumatik sebagai penggerak pada injeksi unit dan clamp unit.

Gambar 3.3. Mesin injection molding

3.3.2. Tacho meter

RPM meter digunakan untuk memeriksa putaran motor dalam 1 menit. Alat

ini memiliki layar pembaca jumlah putaran dalam format digital sehingga mudah

dalam pembacaan. Gambar 3.4. menunjukkan gambar tacho meter digital.

Gambar 3.4. Tacho meter


commit to user

24

3.3.3. Stop watch

Stop watch digunakan untuk mencatat waktu yang ditempuh power screw

dalam jarak tertentu. Dari catatan waktu yang ada, dapat digunakan untuk

perhitungan kecepatan injeksi. Dengan kecanggihan teknologi saat ini, ponsel pun

dilengkapi dengan menu stop watch yang juga bisa digunakan untuk pencatatan

waktu.

Gambar 3.5. Stop watch

3.3.4. Thermocouple dan pembaca suhu portabel

Alat ini digunakan untuk memeriksa suhu pada bagian luar barrel. Hal ini

dilakukan agar alat untuk yang digunakan untuk pembacaan suhu pada bagian

dalam dan luar memiliki karakter yang sama, sehingga keakurasian dapat tercapai.

Gambar 3.6. Thermocouple dan pembaca suhu portabel


commit to user

25

3.3.5. Inverter

Inverter adalah sebuah perangkat elektronik yang mengubah tegangan AC

tiga fasa dari jala-jala (berfrekuensi 50 Hz atau 60 Hz) menjadi tegangan DC,

kemudian mengubahnya kembali menjadi tegangan AC tiga fasa dengan frekuensi

yang bisa diatur-atur sesuai keinginan pengguna/user.

Salah satu aplikasi Inverter dalam dunia elektroteknik adalah untuk

mengendalikan kecepatan putaran motor AC. Contohnya pada sistem ban berjalan

(conveyor belt) Seperti yang sudah diketahui bahwa kecepatan putaran motor AC

dapat dikendalikan dengan mengatur frekuensi dari tegangan AC yang menjadi

sumbernya.

Gambar 3.7. Inverter


commit to user

26


commit to user

26

BAB IV

Perancangan dan Pemilihan Part

4. 1. Morphologi Matrix

Dalam menentukan part yang digunakan, Metode Morphologi Matrix

digunakan untuk menjamin bahwa produk yang akan dirancang benar – benar

dapat menjawab permasalahan yang ada dan dapat memenuhi semua tuntutan

yang diberikan. Metode morphologi matrix di dalamnya mencakup 4 tahap, yaitu

pengelompokan informasi, menyusun tabel morphologi matrix, menganalisa

berbagai macam solusi yang muncul, kemudian menentukan salah satu solusi

yang dianggap paling baik dan memenuhi kebutuhan.

4.1.1. Pengelompokan informasi dan pemilihan part yang digunakan.

Berbagai macam informasi yang akan dikelompokkan adalah informasi

terkait dengan tuntutan mesin injection molding yang di desain ulang dan

beberapa model variasi elemen konstruksi yang nantinya akan digunakan.

Pemilihan part melibatkan responden yang diminta memberikan penilaian

terhadap beberapa part yang sudah ditentukan. Responden berasal dari lingkungan

ATMI Surakarta, diambil acak dari karyawan dan instruktor. Keterangan inisial

responden sebagai berikut :

Adr : Andhy Rinanto ( Instruktor Center for Tool )

Bms : Bambang Saputro ( Instruktor Center for Tool )

Krs : Kristarto ( Kasi Center for Tool )

Her : Hera Prihatmo ( Karyawan Center for Tool )

Chr : Christian Ardinto ( Designer PT. IGI )

Vys : VY Suryadi ( Manager PT. IGI )

Wsw : Wisnu Wijayanto ( Manager design PT. ATMI Solo )

And : St. Andriyanto ( Instruktor WAP )

Agw : Agus Wahyudi ( Kasi Universal Grinding PT. ATMI Solo )

Ykr : Yuli Kristanto ( Instruktor WAD )


commit to user

27

A. Tuntutan produk

Dalam merancang sebuah produk, akan lebih mudah apabila ada sebuah batasan

yang diberikan. Batasan tersebut bisa berupa tuntutan yang diberikan / dibutuhkan

oleh konsumen.

Tabel 4.1 Tuntutan mesin yang dirancang

No. Informasi

1.

2.

Pemanas bisa diatur suhunya.

Kecepatan gerak injeksi dapat dikendalikan

B. Variasi elemen konstruksi

Untuk mempermudah dalam proses perancangan, berbagai macam informasi yang

didapat mengenai konstruksi dari setiap elemen mesin akan diklasifikasikan

menurut jenis, fungsi, kelebihan, kekurangan serta menurut nilai ekonomisnya.

Elemen konstruksi yang yang dipakai dalam desain ulang kali ini adalah jenis

pemanas dan pengendali kecepatan injeksi.

Tabel 4.2. Variasi jenis pemanas

Jenis

pemanas

Karakteristik Gambar

Kom

por

Keu

ntun

gan

Mudah didapatkan

Praktis

Penggantian mudah

Ker

ugia

n

Panas tidak bisa diatur

Kotor

Terjadi panas yang

berlebihan jika digunakan

dalam waktu yang lama.

Membutuhkan tempat

yang cukup luas


commit to user

28

Pem

anas

ele

ktri

k

Keu

ntun

gan

Banyak di pasaran

Panas bisa diatur

Lebih bersih

Mudah dalam penggantian

Tempat lebih praktis

Ker

ugia

n

Harga cukup mahal

Memerlukan alat

pendukung untuk

pengaturan panasnya

Pem

anas

indu

ksi K

eunt

unga

n

Waktu pemanasan lebih

singkat

Panas bisa di atur

Ker

ugia

n

Kebutuhan daya tinggi

Memerlukan komponen

pendukung yang rumit dan

mahal

Alat masih jarang di

pasaran

Untuk pemilihan jenis pemanas, 10 responden dilibatkan guna mendapatkan data

yang lebih akurat. Tabel 4.3. menunjukkan pemilihan jenis pemanas yang

digunakan.


commit to user

29

Tabel 4.3. Pemilihan jenis pemanas

Tuntutan pemanas

Pa

nas

bisa

dia

tur

Day

a re

ndah

Pera

wat

an m

udah

Mud

ah d

idap

at

Har

ga M

urah

Point 10 9 7 8 6

Responden Kompor Nilai Total

Adr 4 6 6 8 8 248

2599

Bms 5 7 7 9 8 282

Krs 4 6 8 8 8 262

Her 3 5 7 9 8 244

Chr 4 6 6 8 9 254

Vys 5 8 7 8 8 283

Wsw 4 7 7 9 8 272

And 3 6 7 8 8 245

Agw 4 6 5 9 9 255

Yul 3 7 7 8 8 254

Pemanas elektrik

Adr 9 8 8 6 6 302

3059

Bms 8 8 9 6 8 311

Krs 9 7 8 7 7 307

Her 9 8 9 8 6 325

Chr 8 8 8 6 6 292

Vys 9 7 8 6 7 299

Wsw 9 8 8 8 6 318

And 8 8 9 7 8 319

Agw 9 6 8 6 6 284

Yul 9 8 8 6 6 302


commit to user

30

Pemanas induksi

Adr 9 5 6 4 5 239

2178

Bms 9 5 4 3 4 211

Krs 8 4 6 3 3 200

Her 9 5 6 3 4 225

Chr 9 5 5 4 4 226

Vys 8 3 5 4 5 204

Wsw 9 3 6 4 5 221

And 8 5 4 3 3 195

Agw 9 5 6 4 3 227

Yul 9 4 6 4 5 230

Dari data tabel 4.3, maka jenis pemanas elektrik / elektric heater dipilih untuk

digunakan pada mesin injection molding.

Dengan tuntutan alat dapat diatur suhu / temperaturnya, maka diperlukan juga alat

yang digunakan untuk pembacaan suhu. Tabel 4.4. di bawah ini menunujukkan

variasi alat pembaca temperatur.


commit to user

31


commit to user

32

Tabel 4.5. Pemilihan jenis pembaca suhu

Tuntutan pembaca suhu

Mud

ah d

ibac

a

Tel

iti

Res

pon

pem

baca

an c

epat

Ban

yak

di p

asar

an

Pera

wat

an m

udah

Point 8 10 9 6 7

Responden Analog Nilai Total

Adr 6 7 7 8 9 292

3329

Bms 6 8 7 8 9 302

Krs 5 7 6 8 8 268

Her 6 7 6 9 9 289

Chr 6 8 7 8 9 302

Vys 5 7 7 8 9 284

Wsw 7 7 6 8 8 284

And 6 7 7 9 8 291

Agw 5 7 7 8 9 284

Yul 6 7 6 8 8 276

Digital

Adr 9 9 9 8 7 340

2125

Bms 9 8 9 8 7 330

Krs 8 9 9 9 6 331

Her 9 9 9 8 6 333

Chr 9 8 9 8 7 330

Vys 8 8 8 9 7 319

Wsw 9 9 9 9 7 346

And 9 9 9 8 7 340


commit to user

33

Agw 9 9 8 8 6 324

Yul 9 8 9 9 7 336

Dari tabel 4.5., maka pembaca suhu digital dipilih untuk digunakan pada mesin

injection molding.

Dalam menggunakan pembaca suhu digital, dibutuhkan sensor yang dipasang

pada benda yang dipanaskan. Sensor tersebut akan memberikan informasi panas

yang akan terbaca pada pembaca suhu digital. Untuk jenis sensor yang digunakan

adalah thermocouple. Tabel 4.6. menunjukkan jenis thermocouple yang sesuai

dengan kebutuhan yang diinginkan.

Tabel 4.6. Pemilihan thermocouple

Type J K RTP

Harga Ö Ö X

Ketersediaan di pasar Ö Ö Ö

Popular di penggunaan mesin injeksi

X Ö X

Akurasi X X Ö

Hubungan dengan thermocontrol

Ö Ö X

Range suhu Ö Ö X

Thermocouple yang cocok digunakan untuk mesin injeksi ini adalah jenis K.

Tuntutan kedua dari mesin injection molding ini adalah gerakan injeksi yang

dapat diatur dan dibaca. Selanjutnya dipilihlah variasi penerus gerakan dari

sumber penggerak, yang nantinya dapat memberikan masukan kecepatan

geraknya. Tabel 4.7. menunjukkan variasi penerus gerakan dari sumber

penggerak.


commit to user

34

Tabel 4.7. Variasi transmisi / penerus gerakan

Jenis

transmisi

Karakteristik Gambar

Akt

uato

r hi

drol

ik

Keu

ntun

gan

Banyak di pasaran.

Power kuat.

Kecepatan gerak dapat

diatur.

K

erug

ian

Relative mahal.

Perawatan sulit.

Kotor.

Komponen pendukung

mahal.

Akt

uato

r pn

eum

atik

Keu

ntun

gan

Sumber angin melimpah.

Perawatan mudah.

Komponen mudah

didapatkan.

Ker

ugia

n

Kecepatan susah diatur.

Udara mudah mampat

Scre

w

Keu

ntun

gan

Mudah di buat.

Murah.

Kuat.

Konstruksi sederhana.

Kecepatan gerak dapat

diatur.

Ker

ugia

n

Posisi harus center.

mudah aus.


commit to user

35

Tabel 4.8. Pemilihan jenis penerus gerakan

Tuntutan penerus gerakan

Ter

sedi

a di

pas

aran

Kua

t

Pera

wat

an m

udah

Dap

at d

iken

dalik

an

Har

ga M

urah

Point 7 9 8 10 6

Responden Aktuator hidrolik Nilai Total

Adr 8 9 6 8 5 295

2927

Bms 8 9 6 9 5 305

Krs 7 9 6 9 4 292

Her 7 9 5 8 4 274

Chr 8 9 6 8 5 295

Vys 8 9 6 8 5 295

Wsw 8 9 5 8 5 287

And 7 9 7 8 4 290

Agw 8 9 6 8 5 295

Yul 8 9 6 9 4 299

Aktuator pneumatik

Adr 8 7 7 4 7 257

2619

Bms 9 7 8 4 6 266

Krs 8 7 6 5 6 253

Her 8 7 7 5 7 267

Chr 9 7 7 4 7 264

Vys 9 8 7 3 8 269

Wsw 8 8 7 5 7 276

And 8 7 6 4 7 249

Agw 9 8 6 3 7 255


commit to user

36

Yul 8 7 7 4 8 263

Power screw

Adr 8 8 9 9 8 338

3286

Bms 8 8 8 8 8 320

Krs 8 8 9 9 8 338

Her 8 8 9 9 9 344

Chr 9 8 9 9 8 345

Vys 9 8 9 9 9 351

Wsw 9 9 9 9 9 360

And 8 9 9 9 9 353

Agw 8 8 9 8 8 328

Yul 8 8 8 9 8 330

Dari tabel 4.8., maka power screw dipilih untuk digunakan pada mesin injection

molding.

C. Mesin injection molding hasil desain ulang

Gambar 4.1. Mesin injection molding hasil desain ulang


commit to user

37

4.1.2. Analisa dan perhitungan

A. Perhitungan pemanas elektrik

Dalam pemilihan pemanas elektrik, ada beberapa hal yang harus diperhatikan

seperti target panas yang diinginkan, waktu pemanasan awal, massa dari benda

kerja yang dipanaskan, dan panas jenis dari material yang dipanaskan.

Untuk menentukan ukuran heater, menggunakan persamaan 2.1 sebagai berikut :

Daya heater ( Q ) : kWatt

Massa barrel ( m ) : 2,293 kg ( pengukuran dengan timbangan

digital )

Panas jenis material besi ( C ) : 0,113 鮐Ǵ频痞鮐 °Ǵ

Target panas yang dicapai : 300 ºC

Suhu ruang : 25 ºC

Waktu pemanasan ( t ) : 0,4 jam ( 24 menit )

Efisiensi ( h ) : 0,1 – 0,5

Q = 觰,觰蔘5时Ꝙ,囊囊5时纵5ꝘꝘ能觰̊邹馁úꝘ时Ꝙ,Ƽ时Ꝙ,5

= 0,690455 kWatt 史690 Watt ------> diputuskan menggunakan 750 watt

Untuk jenis pemanas elektrik yang dipilih adalah band heater karena

menyesuaikan bentuk barrel yang dipanaskan sehingga pemasangan mudah

karena bentuknya berupa silindris. Dan untuk memudahkan dalam pembelian atau

pemesanan maka dipilihlah 3 band heater dengan daya masing – masing 250

Watt.

B. Perhitungan diameter power screw dan pemilihan motor

Pada proses injeksi, diasumsikan tekanan pada proses injeksi dan clamping adalah

sama besar. Pada mesin injection molding yang dirancang, menggunakan silinder

pneumatic diameter 63 mm, dengan tekanan angin dari kompresor. Besarnya


commit to user

38

tekanan angin dari kompresor berkisar antara 6 – 8 bar. Maka perhitungan untuk

diameter power screw berdasarkan persamaan 2.4 adalah sebagai berikut :

Finjeksi ≤ Fclamping

Pada awal perhitungan, akan diasumsikan diameter shaft untuk power screw

sebesar 25,4 mm ( 1 inch ), dengan pemilihan ulir square 4 TPI, dengan material

power screw adalah St.60.

Tekanan pada piston ( Pclamping ) = 8 bar ( 1 bar = 0,1 N/mm)

= 0,1 x 8 = 0,8 N/mm2

Luas bidang piston ( A ) = 쎠Ƽ 时雇觰 =

쎠Ƽ 时63觰 = 3117,245 mm2

Fclamping = Pclamping x A

= 0,8 N/mm2 x 3117,245 mm2

= 2493,796 N » 2494 N

Maka dengan demikian, Finjeksi ≤ 2494 N. Oleh karena power screw berbentuk

silindris, maka perhitungan menggunakan rumus 2.5 sebagai berikut :

Finjeksi = 毗嗓时觰쎠时破颇

Dimana :

Fr = Gaya shaft ( N )

p = pitch / jarak puncak ulir = 觰̊,ƼƼ = 6,35 mm = 0,00635 m

r = Radius power screw

dengan asumsi awal menggunakan diameter power screw sebesar 25,4 mm jenis

square thread 4 TPI, maka besarnya diameter minor power screw sebesar

d = 25,4 – ( 2时䐨囊ú贵)

= 25,4 – ( 2时䐨囊ú6,3j邹 = 19,845 mm

r = 囊蔘,馁Ƽ̊觰 = 9,93 mm = 0,00993 m

maka besarnya gaya shaft berdasarkan persamaan 2.5 adalah :

Fr = 毗膈叁鳃弱塞4膈时颇觰쎠时破


commit to user

39

= 觰Ƽ蔘Ƽ时Ꝙ,ꝘꝘú5̊觰쎠时Ꝙ,ꝘꝘ蔘蔘5 = 253,828 N

Torsi yang terjadi sebesar :

T = 瓜辊时辊

= 2j3,828时0,00993

= 2,52 Nm = 0,252 kgm

Pada tabel produsen motor listrik merk TECO, motor yang sesuai dengan

kebutuhan torsi 0,252 kgm adalah motor dengan daya sebesar 0,5 hp.

Perhitungan diameter power screw

Dari perhitungan di atas dan berdasarkan data motor yang sudah dipilih,

perhitungan Momen puntir dan diameter minimum yang bisa digunakan untuk

power screw dapat dihitung menggunakan persamaan 2.7 dan 2.8 :

Material power screw = St.60

Daya motor ( P ) = 0,5 hp ( Horse power )

Putaran motor ( n ) = 750 Rpm

Momen puntir ( Mt ) yang terjadi = 蔘̊̊Ꝙ时篇时Ꝙ,䐨5̊d

= 蔘̊̊Ꝙ时Ꝙ,̊时Ꝙ,䐨5̊䐨̊Ꝙ = 4,6795 Nm

Karena power screw menerima beban puntir dan tekuk, maka menggunakan

persamaan 2.8 sebagai berikut : 圭实规时√怪棍遣

= 6,3时税i,679j遣 = 10,53 mm

Dari perhitungan dapat diketahui bahwa diameter power screw pada asumsi di

atas kuat untuk digunakan dalam konstruksi mesin injeksi.


commit to user

40

4.2. Pengujian komponen

4.2.1. Pengujian panas

Dalam pengujian panas, barrel dipanaskan tanpa diisi dengan material plastik. Hal

ini dilakukan untuk mengetahui penyebaran panas pada dinding barrel tanpa

dipengaruhi adanya material plastik. Hal ini akan dibandingkan dengan besarnya

rambatan panas sesuai dengan perhitungan / teoritisnya.

Kondisi dan data pada saat pengujian panas adalah sebagai berikut :

Kondisi : - Dengan biji plastik.

- Suhu ruang 32 °C.

- Data diambil pada pukul 15.30 WIB.

- Suhu diatur 250 °C.

- Area X diukur dengan thermocouple dan thermocontrol portable.

Gambar 4.2. Posisi pengukuran panas pada barrel


commit to user

41

Tabel 4.9. Data hasil pengukuran panas pada barrel ( ºC ) Waktu (menit)

Suhu display mesin ( ºC )

Suhu permukaan barrel di area X ( ºC )

1’30’ 50 78

2’51’ 75 105

4’10’ 100 129

5’45’ 125 158

7’16’ 150 179

9’18’ 175 201

12’ 200 225

15’25’ 225 248

18’51’ 250 252

20’ 251 251

22’ 250 252

24’ 251 252

Gambar 4.3. Grafik panas pada barrel

\

0

50

100

150

200

250

300

1'30

'

2'51

'

4'10

'

5'45

'

7'16

'

9'18

'

12'

15'2

5'

18'5

1' 20'

22'

24'

Suhu

ºC

Waktu ( menit )

Display mesin

Panas permukaan barrel


commit to user

42

Dari gambar 4.3. dapat dilihat bahwa kenaikan suhu pada permukaan barrel dan

rambatan panas ke bagian dalam barrel relatif konstan. Perbedaan suhu bagian

permukaan dan dalam rata – rata sebesar 27 ºC. Dan waktu yang dibutuhkan agar

bagian dalam mencapai suhu 250 ºC adalah 18 menit 51 detik.

Data di atas adalah data panas yang diambil dari display pada mesin dengan

memasang thermocouple pada dinding barrel, di permukaan luar dan yang

mendekati dinding bagian dalam.

Untuk mengetahui suhu pada dinding barrel bagian dalam, juga dilakukan

perhitungan dengan persamaan 2.3. sebagai berikut : 䯸踪品ad聘,品仆' = 弥靳涧嚼蒋谜能蒋弥搅矫纵角弥角谜邹 Dimana : 䯸踪= Energi panas yang di salurkan = 750 W ( didapat dari daya heater )

L = Panjang benda yang dipanaskan = 50 mm = 0,05 m

k = konduktivitas thermal material ( baja ) = 43 W/m ºC

T1 = Suhu dinding barrel bagian dalam

T2 = Suhu dinding barrel bagian luar ( pengukuran dengan thermocouple yang

ditempelkan pada barrel / prtable )

r1 = Radius dalam dinding barrel = 12,75 mm

r2 = Radius luar dinding barrel = 22,75 mm

Suhu bagian luar barrel T1 diambil dari titik X. Titik X dipilih karena pada titik

tersebut dekat dengan nozzle yang akan mengeluarkan cairan plastik. Setelah

dilakukan perhitungan dengan rumusan di atas dan menggunakan dasar

pengukuran suhu pada dinding barrel bagian luar ( titik X ), maka suhu dinding

barrel bagian dalam dapat diketahui sebagai berikut :

r2

r1

T1 T2 Gambar 4.4. Ilustrasi dinding dalam dan dinding luar barrel


commit to user

43

Tabel 4.10. Data hasil perhitungan panas pada dinding barrel bagian dalam (ºC) Panas pengukuran

pada area X

( T2) ºC

Suhu perhitungan pada

dinding dalam barrel (

T1 ) ºC

78 46

105 73

129 97

158 126

179 147

201 169

225 193

248 216

252 220

251 219

252 220

252 220

Gambar 4.5. Grafik perbandingan suhu pengukuran di permukaan luar barrel dan

suhu perhitungan dinding barrel bagian dalam.

0

50

100

150

200

250

300

1'30

'

2'51

'

4'10

'

5'45

'

7'16

'

9'18

'

12'

15'2

5'

18'5

1' 20'

22'

24'

Suhu permukaanbarrel

Suhu dinding dalambarrel ( perhitungan )


commit to user

44

Dari perhitungan panas pada dinding barrel bagian dalam menggunakan refrensi

panas yang diukur dari permukaan luar barrel menunjukkan perbedaan suhu

antara dinding luar dan dinding dalam adalah sebesar 32 ºC. Kondisi ini sama

dengan kondisi aktualnya, dengan perbedaan suhu sebesar 5 ºC.

Pengujian juga dilakukan dengan cara memasukkan thermocouple ke dalam barrel

dan dicatat kenaikan suhu di dalam barrel dengan refrensi waktu pada tabel 4.9.

Kondisi pada saat pengukuran adalah sebagai berikut :

- Thermocouple dimasukkan ke dalam barrel.

- Di dalam barrel ada biji plastik.

- Suhu ruang 32 ºC.

- Set suhu pada thermocontrol 250 ºC.

Data suhu yang tercatat adalah sebagai berikut :

Tabel 4.11. Hasil pengukuran suhu di dalam barrel

Waktu ( menit )

Suhu ( ºC )

1’30’ 45

2’51’ 56

4’10’ 66

5’45’ 89

7’16’ 113

9’18’ 145

12’ 189

15’25’ 239

18’51’ 248

20’ 250

22’ 251

24’ 251

Kemudian untuk mendapatkan perbandingan pengukuran suhu di dalam barrel dan

suhu yang terbaca pada display, proses selanjutnya adalah melakukan pencatatan

suhu yang terbaca pada display dengan menggunakan refrensi waktu pada tabel

4.9. Dengan kondisi pengukuran yang serupa dengan gambar 4.1., set suhu 250


commit to user

45

ºC, suhu ruang 32 ºC, hasil dari pembacaan suhu pada display ditunjukkan dengan

tabel 4.12.

Tabel 4.12. Data perbandingan suhu pada display, pada permukaan, dan suhu di

dalam barrel terhadap waktu

Waktu ( menit )

Suhu di dalam barrel ( ºC )

Suhu pada display mesin

( ºC )

Suhu pada permukaan barrel

( ºC )

1’30’ 45 50 78

2’51’ 56 75 105

4’10’ 66 100 129

5’45’ 89 125 158

7’16’ 113 150 179

9’18’ 145 175 201

12’ 189 200 225

15’25’ 223 225 248

18’51’ 248 250 252

20’ 250 251 251

22’ 251 250 252

24’ 251 251 252

Dari data pengukuran suhu di dalam barrel dan pembacaan suhu pada display

dengan refrensi waktu yang sama, dapat dibuat grafik yang ditunjukkan pada

gambar 4.6.


commit to user

46

Gambar 4.6. Grafik perbandingan suhu pada permukaan, pada display dan suhu di

dalam barrel terhadap waktu

Dari grafik dapat dilihat bahwa suhu yang terbaca di dalam barrel mulai

mendekati suhu dinding dalam barrel pada menit ke – 12, dan hampir sama

dengan suhu dinding dalam pada menit ke 15. Hal ini disebabkan pada menit ke –

15, panas pada heater mengalami kenaikan yang konstan ke suhu 250 ºC sehingga

memberikan waktu untuk suhu di dalam barrel menyesuaikan dengan suhu pada

permukaan pada menit ke – 18.

4.2.2. Pengujian kecepatan

Pada pengujian kecepatan gerakan injeksi, hal yang dilakukan adalah melakukan

pengukuran besarnya putaran motor, yang dibandingkan dengan besarnya

frequensi yang terbaca pada pengatur putaran motor ( inverter ). Kemudian dari

data yang diperoleh, dilakukan perhitungan untuk mengetahui besarnya kecepatan

linier gerakan injeksi. Tabel 4.13. menunjukkan data dari hasil pengukuran

putaran motor yang digunakan :

0

50

100

150

200

250

300

1'30

'

2'51

'

4'10

'

5'45

'

7'16

'

9'18

'

12'

15'2

5'

18'5

1' 20'

22'

24'

Suhu

( ºC

)

Waktu ( menit )

Suhu di dalam barrel

Suhu pada display

Suhu permukaan barrel


commit to user

47

Tabel 4.13. Data hasil pengukuran putaran motor Frequensi output

inverter ( hertz )

Display inverter

( Rpm )

Putaran aktual diukur dengan

Rpm meter ( Rpm )

5 70 71

10 139 144

15 209 221

20 280 285

25 350 355

30 420 418

35 491 506

40 560 559

45 629 638

50 700 725

Misal putaran motor 700 rpm maka dalam 1 menit akan ada 700 putaran, dan

dalam 1 detik akan ada 11,67 putaran. Dengan ulir power screw sebesar 4 TPI (

thread per inch ), maka setiap 1 kali putaran motor akan menghasilkan jarak

sejauh ( 25,4 mm / 4 ) = 6,35 mm. bila dalam 1 detik ada 11,67 rpm maka akan

menghasilkan jarak sejauh ( 6,35 mm x 11,67 putaran ) = 74,08 mm = 0,07408 m.

Dengan demikian dapat dikatakan bila motor berputar 700 rpm, dengan power

screw 4 TPI, maka akan menghasilkan kecepatan sebesar 0,074 m/dt. Dan tabel

4.14. menunjukkan besarnya kecepatan untuk tiap 5 hertz frequensi berdasarkan

display.

Pemeriksaan selanjutnya adalah dengan menguji gerakan pada saat injeksi pada

jarak tertentu, dan dicatat waktu untuk menempuh jarak tersebut. Hasil bagi dari

jarak dibagi dengan waktu adalah kecepatan gerakan linier injeksi. Kondisi

pengujian adalah sebagai berikut :

Ø Jarak yang diatur : 55 mm = 0,055 m

Ø Kondisi barrel : Dengan biji plastik

Tabel 4.15 menunjukkan hasil pengujian kecepatan gerakan linier pada jarak 55

mm.

Tabel 4.14. Data perhitungan kecepatan berdasar putaran motor


commit to user

48

Frequensi output

Inverter ( hertz )

Putaran motor

( Rpm )

Putaran dalam 1

detik

Kecepatan

( m/s )

5 70 1,17 0,007

10 139 2,32 0,015

15 209 3,48 0,022

20 280 4,67 0,030

25 350 5,83 0,037

30 420 7 0,044

35 491 8,18 0,052

40 560 9,33 0,059

45 629 10,48 0,067

50 700 11,67 0,074

Tabel 4.15. Data Perhitungan kecepatan pada jarak 0,055 m

Frekwensi output

Inverter ( hertz )

Jarak Tempuh

( m )

Waktu rata – rata

( detik )

Kecepatan linier

(m/s)

5 0,055 7,85 0,00700

10 0,055 3,8 0,01447

15 0,055 2,51 0,02185

20 0,055 1,86 0,02946

25 0,055 1,5 0,03667

30 0,055 1,25 0,04400

35 0,055 1,06 0,05156

40 0,055 0,91 0,0600

45 0,055 0,83 0,0660

50 0,055 0,75 0,0733

Dari tabel 4.14. dan tabel 4.15. dapat dibuat perbandingan antara frequensi yang

terlihat pada layar inverter dan kecepatan linier yang di dapat berdasarkan

perhitungan.


commit to user

49

Gambar 4.7. Grafik perbandingan frequensi dan kecepatan linier injeksi

Pengujian kecepatan motor terhadap power screw mendapatkan data kecepatan

injeksi dan bersifat linier. Pada gambar 4.7 terlihat bahwa kecepatan motor

berbanding lurus dengan kecepatan injeksi. Semakin cepat putaran motor,

semakin cepat kecepatan injeksinya.

4.2.3. Pengujian proses mesin injeksi

Pengujian dilakukan untuk memeriksa fungsi dari pengendali kecepatan injeksi

dan panas dalam menghasilkan sebuah produk. Dalam pengujian proses

permesinan, data yang dicatat adalah sebagai berikut :

Material uji : polypropylene ( PP )

Set Suhu : 230 °C

Frequensi output inverter : 25 Hertz

Rpm : 350 Rpm

Kecepatan linier : 0,037 m/s

Holding time : 24 detik

Suhu ruang : 32 °C

Ukuran mold : Diameter 39,5 mm x tebal 2 mm

0

0.01

0.02

0.03

0.04

0.05

0.06

0.07

0.08

5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

Kece

pata

n lin

ier (

m/d

tk )

Frequensi output inverter ( hertz )

berdasar putaran motor

Berdasar waktu tempuh


commit to user

50

Dari pengujian dengan mode otomatis, proses injeksi menghasilkan produk

sebagai berikut :

1. Masih ada flasing dari material.

2. Ada material yang tidak penuh.

3. Warna dari benda yang dihasilkan tidak homogen.

4. Benda hasil injeksi sebagai berikut :

Gambar 4.8. Gambar produk hasil injeksi


commit to user

51

BAB V PENUTUP

5.1. Kesimpulan

Dari desain ulang terhadap mesin injection molding milik Fakultas Tehnik

Universitas Sebelas Maret Surakarta dapat disimpulkan sebagai berikut :

1. Mesin injeksi dapat beroperasi sesuai dengan rancangan yaitu suhu

pemanasan dapat diatur. Panas/temperatur maksimal yang bisa dicapai mesin

injeksi ini adalah 324 ºC.

2. Kecepatan injeksi mesin dapat diatur dengan mengubah besarnya putaran

motor. Putaran motor kemudian dikonversikan ke gerakan linier, berikut tabel

konversinya :

Frequensi output

Inverter ( hertz )

Putaran motor

( Rpm )

Kecepatan

( m/s )

5 70 0,007

10 139 0,015

15 209 0,022

20 280 0,030

25 350 0,037

30 420 0,044

35 491 0,052

40 560 0,059

45 629 0,067

50 700 0,074

5.2. Saran

Berdasarkan desain ulang yang sudah dilakukan, penulis menyarankan

beberapa hal sebagai berikut :

1. Unit clamping dapat diganti dengan sistem mekanik, agar tidak terjadi back

pressure seperti ketika menggunakan piston pneumatik.

Documents

DESAIN ULANG UNIT PEMANAS DAN PENGENDALI …/Desain... · investasi dan perawatan alat yang tinggi , serta perancangan produk harus ... yang dibuat dengan cara injection molding,