LAPORAN TUGAS MOULDINGPERANCANGAN KOTAK BEKAL MAKANANDENGAN BAHAN BAKU POLYSTYRENE

Disusun oleh :FRENDY KURNIAWANME 3A / 07

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN (D3)JURUSAN TEKNIK MESINPOLITEKNIK NEGERI SEMARANG20151. Analisis ProdukProduk yang dirancang adalah kotak bekal makan. Fungsi dari alat ini adalah sebagai tempat bekal makanan yang dapat dibawa kemanapun. Benda ini memang sudah familiar di masyarakat sehingga produksi tiap jam kami perkirakan 120 pcs tiap jam.Bahan baku yang digunakan untuk perancangan kotak bekal makanan kali ini adalah plastik jenis Polystyrene. Karena produk ini akan mengalami kontak langsung dengan makanan dan plastik jenis polystyrene aman terhadap makanan.

1.1. Bentuk ProdukBentuk kotak bekal makanan dapat dilihat seperti pada gambar dibawah ini yang telah digambar menggunakan CAD Inventor. Gambar 3D

Gambar Proyeksi

1.2. FungsiFungsi / kegunaan kotak bekal makanan adalah sebagai tempat bekal makanan yang biasa dibawa saat sekolah atau berpergian ke suatu tempat seperti nasi goreng, nasi telur, mie, dll. Kotak bekal makanan memudahkan anak sekolah untuk membawa makanan yang telah disiapkan oleh ibunya untuk dimakan saat jam istirahat tanpa harus membeli makanan diluar. Desain kotak bekal makanan yang praktis dapat memberikan kenyamanan saat dibawa dan tidak memakan banyak ruang ketika ditaruh di dalam tas sekolah.

1.3. Menentukan Jumlah Produk Per ShotJumlah produk per shot kami akan membuat dengan kapasitas dua produk setiap sekali penginjeksian. Hal tersebut dikarenakan ukuran produk yang cukup lebar sehingga tidak mencukupi untuk lebih dari dua produk per shot. Perkiraan gambarnya sebagai berikut.

2. Karakteristik Baja Yang DiperlukanPerkakas terbaik dan produksi yang ekonomis, maka pilihlah material mould yang optimal. Tuntutan yang selalu muncul pada baja plastic mould adalah: Mutu surface finish yang tinggi setelah polishing Ketahanan karat Ketahanan aus Konduktivitas thermal yang tinggi Machinability yang baik Mutu surface finish yang baik setelah EDM atau photo etching.Baja perkakas merupakan material dengan bahan dasar besi yang ditambah dengan paduan-paduan lainnya seperti Mangan (Mn), Silikon (Si), Tembaga (Cu), Vanadium (V), Molibdenum (Mo) dan lain sebagainya. Material baja konstruksi kadar paduan krom atau aluminium maksimum 3,99%, ditambah dengan paduan lain yaitu kobalt, columbium, molybdenum, nikel, titanium, tungsten, vanadium, zirconium dan elemen paduan lainnya. Secara teknis baja perkakas dan baja tahan karat termasuk ke dalam baja paduan. Baja paduan itu sendiri dapat diartikan sebagai baja yang berisi sejumlah paduan-paduan. Baja paduan tergantung pada perlakuan panas dengan tujuan memproleh sifat mekanik yang spesifik.Baja perkakas merupakan jenis baja yang digunakan untuk membentuk material dan pemesinan sehingga di desain untuk memilkinilai kekerasan yang tinggi dan nilai ketahanan aus yang tinggi. Selain itu baja perkakas harus memilki stabilitas dimensi yang tinggi dan tidak mudah mengalami cracking. Baja perkakas mengandung unsurpaduan seperti : Chromium, Molybdenum, Tungsten, Mangan, dan Vanadium dalam kadar yang cukup tinggi sehingga dibutuhkan perlakukan khusus melalui prosesnya untuki mendapatkan paduan karbida yang tepat dalam matrik martensit temper disesuaikan dengan aplikasinya. Adapaun aplikasi dari baja perkakas dapat ditemukan pada peralatan pemesinan seperti alat cutting, shearing, forming, drawing, extrusion, rolling dan battering.Ketahanan aus dari baja perkakas dapat ditingkatkan dengan meningkatkan kekerasan dari paduan. Diantaranya dengan upaya meningkatkan kadar karbon yang nantinya dapat meningkatkan ketahanan aus saja atau kekerasan saja dan atau Baja Perkakas keduanya.Baja perkakas berdasarkan aplikasinya terbagi menjadi empat kelompok diantaranya :a. Pengerjaan Dingin (Cold-Work Tool Steel)Baja perkakas ini dapat dikelompokkan menjadi empat kelompok tergantung dari proses pengerasan yang terjadi :Water-hardening tool steel Simbol : tipe W. Baja karbon (1%) dengan sedikit atau tanpa penambahan unsur paduan (miasalnya V dan Cr). Memiliki sifat hardenability yang rendah. Pada proses pengerasannya, baja karbon pada temperatur austenit diquench dengan media air.a) Oil-hardening tool steel Simbol : tipe O. Pendinginan dengan media oli. Mengandung kadar karbon antara 0,9%-1,5% dengan penambahan paduan dalam jumlah kecil, misalnya W, Mn, Cr, dan Mo. Memiliki sifat hardenability lebih baik dari pada pendinginan dengan air. Digunakan untuk cold forming dies, blanking dies dan gages.b) `Air-hardening tool steel Simbol : tipe A. Mengandung karbon sebesar 1% dengah paduan utamanya : Mn, Cr, dan Mo. Proses pengerasannya dengan pendinginan di udara terbuka. Memiliki sifat tahan aus dan perubahan dimensi yang kecil.c) High carbon high chromium Simbol : tipe D. Mengandung 1-2,3% C; 12-14% Cr; dan sedikit V, Mo, W dan Co. Memilki sifat tahan aus yang tinggi. Dapat ditingkatkan kekerasannya dengan media air atau oli.b. Baja Perkakas pengerjaan Panas (Hot-Work Tool Steel)a) Simbol : tipe H.b) Baja perkakas jenis ini digunakan untuk proses hot working seperti stamping dan darwing.c) Memilki sifat mekanis seperti : kekuatan tinggi, tahan aus dan tahan terhadap temperatur tinggi.c. Baja Perkakas Kecepatan Tinggi (High Speed Tool Steel)a) Kekerasan tinggi pada temperatur di atas 500oC.b) Digunakan sebagai alat pemotong dengan kecepatan tinggi.c) Memiliki ketahanan aus yang tinggi dan mampu pototng yang baik.d) Berdasarkan elemen paduannya terbagi menjadi dua kelompok : Tungsten high speed steel (tipe T), mengandung kadar tungsten yang tinggi disertai penambahan Cr, V dan Co. Molybdenum steel (tipe M), mengandung Molybdenum dengan kadar tinggi seperti penambahan W, Cr, V dan Co.d. Baja Perkakas Khusus (Special Purpose Tool Steel).Baja perkakas ini di bagi menjadi empat tipe, diantaranya :a) Tipe S (Shock Resisting Tool Steel) Baja Karbom medium (0,5%C) dengan elemen paduan Si, Cr dan W. Sifat mekanisnya adalah kekerasan yang tinggi, tahan aus, tahan terhadap impak. Diaplikasikan untuk pahat, palu, dan pisau.b) Tipe L (Low-Alloys Tool Steel) Mempunyai kesamaan dengan water-hardening too steel. Paduan utamanaya adalah Chromium. Digunakan untuk membuat alat yang membutuhkan ketahanan aus dan toughness yang tinggi.c) Tipe F (Carbon Tungsten Tool Steel) Baja karbon tinggi dengan tungsten (W) sebagai paduannya. Memiliki sifat tahan aus dan abrasi. Digunakan untuk membuat peniti, alat pemoles dan taps.d) Tipe P (Moulds Steel) Baja karbon rendah dengan paduan berupa Cr dan Ni. Digunakan untuk membuat plastik mould.

Pemilihan bahan sangat penting karena akan sangat mempengaruhi layak tidaknya hasil produk dipakai. Berdasarkan perhitungan kekuatan dan ukuran ukuran material maka penulis melakukan pemilihan bahan sebagai berikut:Tabel Pemilihan bahanKomponenBahan

Core PlateS 55 C

Cavity PlateS 55 C

Top Clamping PlateS 55 C

Bottom Clamping PlateS 55 C

Support PlateS 55 C

Spacer BlockS 55 C

Support PinSUJ2

Guide PinSUJ2

Guide Pin BushingSUJ2

Ejector PinSCM21

Return PinSUJ2

Sprue Bushing1.2826

Locating RingsANFOR XC 38 TC

Retaining SpringSWP-A

Stop PinS45 C

Baut PengikatSCM 435

Lift Eye BoltJIS 1168

3. Perhitungan Produk Sekali Injeksi3.1. Volume Benda Produk

Volume total produk = 39.996,481 [mm3] (analisis Inventor)Jadi dalam sekali injeksi = 2 (39996,481)= 79.992,962 [mm3]

3.2. Volume Sprue

Ukuran sprue standard HASCO Z51H = 38 [mm]d1 = 3,5 [mm]d2 = 5,9 [mm]L = 76 [mm]

V Sprue= ( + d1.d2 + )= ( + 3,5 x 5,9 + ) = 19,887 ( 12,25 + 20,65 + 34,81) = 1.346,526 [mm3]

3.3. Volume RunnerRunner merupakan saluran masuknya cairan plastik ke rongga cavity yang membentuk produknya. Penampang runner yang dipakai adalah setengah lingkaran, sehingga volumenya dihitung dengan rumus sebagai berikut :

Vr = volume setengah tabung + volume setengah bola= (1/2 (r2)L) + 2/3 r3= (1/2 . (8)2).140 + 2/3. . (8)3= 14.067,2 + 1.071,8 [mm3]= 15.139 [mm3]

3.4. Volume GatePenampang gate yang kami pakai adalah type pin pada program Inventor, sehingga volume gate dapat dihitung menggunakan rumus sebagai berikut:

Vgate = volume kerucut terpancung + volume tabung = ( . L/12 .( + d1.d2 + )) + ( . r2 . t) = (. 22/12 .(62 + 6.12 + 122)) + ( . 33 . 1) = 1.450,68 + 84,78 = 1.535,46 [mm3]Karena jumlah dua, maka 1.535,46 x 2 = 3.070,92 [mm3]

3.5. Volume TotalRumus yang digunakan untuk menghitung volume total plastik dalam cetakan plastik adalah sebagai berikut :

V total= Vbenda + Vrunner + Vsprue + Vgate= 79.992,962 + 15.139 + 1.346,526 + 3.070,92= 99.549,408 [mm3] Sedangkan untuk menghitung massa plastic sekali injeksi dihitung menggunakan rumusM = Vtp. = 99.549,408 []. 1,021 .10-3 [gr/mm3]= 101,64 [gram]Keterangan :M= massa plastic sekali injeksi [gram]Vtp= Volume total produk [= massa jenis bahan [gr/mm3]Memperhatikan faktor penyusutan maka, volume tersebut perlu ditambah dengan faktor penyusutan produk yang akan dicetak. Penyusutan untuk plastic jenis polystyrene yaitu 0,2% - 0,6%.Jadi massa produk sekali injeksi mengalami penyusutan adalah :Massa sekali injeksi setelah penyusutan= 101,64 - (0,4% x 101,64)= 101,233 [gram]

4. Perhitungan4.1. Gaya Penjepitan ( Fk)Tekanan penjepitan pada permukaan cavity menghasilkan gaya injeksi yang besarnyaFk = Atot x Pinj(Dym,1979 : 44)Keterangan :Fk: Gaya penjepitan yang menekan cetakan [N]Atot: Luasan penampang produk secara proyeksi [mm2]Pinj: Tekanan internal injeksi [N/mm]

Luas proyeksi dapat dihitung dengan menggunakan rumus :Luasan Proyeksi Produk ( Apr )= n. ( p x l )= 2 x (103 x 103 )= 2 x 10.609= 21.218 [mm2]Luasan Proyeksi Runner (Ar)= luas bola + luas selimut tabung= 2 ( + rt)= 2 (3.82 + .8.140)= 2.361,28 [mm2]Luasan Proyeksi Gate (Ag)= n.(.r2.t)= n.( x 62 x 20 )= 2.(2260,8)= 4.521,6 [mm2]

Luasan Proyeksi Total (Atotal)= Apr + Ar + Ag= 21.218 + 2.361,28 + 4.521,6= 28.100,88 [mm2]

Apenyusutan= 0,4 % x (Atotal)= 0,4 % x 28.100,88 [mm]= 112,4 [mm]

At = (Atotal) + (Apenyusutan)= 28.100,88 + 112,4= 28.213,28 [mm]

Fk= At P inj= 28.213,28 77,5= 2.186.529,2 [N]= 218,7 [Ton]Gaya penjepitan yang digunakan 300 [ton].

4.2. Tebal cavity inserta. Perhitungan Tebal Cavity Insert (T1)Tebal Cavity Insert ( T ) dapat dihitung menggunakan persamaan sebagai berikut :Ac = 2 ( X.T ) + 2 ( Y.T ) + (4.T2 )Ac = ( Dym, 1979 : 44 )Keterangan :Ac: luas penampang kontak minimum antara cetakan dan cavity (mm)Diketahui :Tegangan tarik izin= 77,5 [N/mm2] [5 ton/in2]Kemampuan mesin= 3.000.000 [N] [300 ton]Maka,Ac = Ac = 38.709,68 [mm2]Luas penampang kontak minimum per cavity = 19.354,34 [mm2]

Dengan demikian tebal cavity insert ( T1 )2 ( X.T ) + 2 ( Y.T ) + ( 4.T2 )= Ac2 x ( 103 . T ) + 2 x ( 103 . T ) + ( 4 . T2)= 19.354,34203 T + 203 T + 4 T2= 19.354,344 T2 + 406 T 19.354,34= 0T2 + 101,5 T 4.838,5= 0T = = = = = 35,35 [mm]Tebal cavity insert (T1) minimum adalah 35,35 [mm]

b. Jarak Dinding Cavity Insert Hingga Sisi Luar Samping Cavity Plate (T2)Rumus yang digunakan adalah :

max = (Dym, 1979 : 46)

Keterangan:y= Defleksi maksimal, yang besarnya adalah 0,00254 [mm]W = Luas proyeksi daerah yang terisi plastik . Tekanan injeksi yang digunakan ( panjang benda = 103 [mm] , kedalaman 30 [mm] ,P inj = 20.000 [Psi] )L= Jarak antar penyangga [mm]E= Modulus elastisitas bahan (baja) ( 2,1 x 105 [N/mm2] )I= momen inersia [mm4]

I =

(Dym, 1979 : 47)

Dimana, I= disini b adalah kedalaman blok cavityL2= panjang cavity [mm]b= Kedalaman benda [mm]h (T2) = Jarak Dinding Cavity Insert Hingga Sisi Luar Samping Cavity Plate [mm]Dengan demikian jarak T2 adalah:W= 103 x 30 [mm] x 20.000 [Psi]= 3.090 [mm2] x 20.000 [Psi]= 4,79 [in2] x 20.000 [Psi]= 95.800 [lb]= 434.453 [N]

I= = = = 4.635.538,95 [mm4]I= h = T2 = T2 = = = 122,85 [mm]Jadi jarak dinding cavity insert hingga sisi luar samping cavity plate (T2) adalah 122,85 [mm].

c. Jarak dinding cavity insert hingga sisi luar bagian bawah (T3)

max = (Dym, 1979 : 50)Keterangan :max= Defleksi maksimal (yang diperbolehkan = 0,00254 [mm])W= Beban [N]L= Sisi pendek cavity [mm]I= Sisi panjang cavity [mm]E= Modulus elastisitas baja (2,1 x 105 [N/mm2])

Jarak T3 adalah :W= 103 x 30 [mm] x 20.000 [Psi]= 3.090 [mm2] x 20.000 [Psi]= 4,79 [in2] x 20.000 [Psi]= 95.800 [lb]= 434.453 [N] max= 0,00254= = T3 = = 17,42 [mm]

4.3. Perhitungan Dimensi Cavity platePanjang cavity plateP= 2. T2 + 2 . lebar produk maksimal + jarak antara dua produk= ( 2 . 122,85 ) + ( 2 . 103 ) + 37= 488,7 [mm]Lebar cavity plateL= 2. T1 + panjang produk maksimal= ( 2 . 35,35 ) + 103= 173,7 [mm]Tebal cavity plateT= 17,42 + tinggi produk= 17,42 + 30= 47,42 [mm]

4.4. Dimensi panjang dan lebar Cavity insertPanjang cavity insert :P= 103 + ( 2 x 35,35 )= 173,7 [mm]Lebar cavity insert :L= 103 + ( 2 x 35,35 )= 173,7 [mm]Jadi dimensi = 173,7 [mm] x 173,7 [mm] dengan tebal untuk cavity atas dan bawah 35,35 [mm].

4.5. Perhitungan Support PlatePembebanan yang terjadi terhadap support plate adalah pembebanan marata yang dianggap sebagai kontruksi beam yang diikat (di klem) pada kedua ujungnya. Bahan support plate digunakan adalah S 50 C dengan t = 620 ( N/mm2) t yang terjadi = ( Dym, 1979 : 59 )Keterangan :t = Tegangan tarik yang terjadi [N/mm2]W = Beban pada plate = Fk [N]L= Jarak antara penyangga [mm]Z = Modulus Tahanan [mm]b = panjang plate = 400 [mm]d = Tebal plate = 40 [mm] Z = = = 106.666,67 [mm2]

t yang terjadi = = = 417,66 [N/mm2]Karena t yang terjadi < t bahanmaka kontruksi aman

4.6. Jarak Lubang PendinginJarak lubang pendingin dengan permukaan mold (L) dapat dihitung dengan rumus: (Dym,1979: 194)Dimana :W= beban pada tiap inchi2 = 20.000 [psi]l= panjang dari beam [in]= D = 5/16 = 0,3125 [in]Z= section modulus [in3]= = b= panjang dari lubang [in]d= LS= tekanan yang diijinkan pada baja = 10.000 [psi]b = = 3,2 [in]Z = = = 0,078 [in3]Substitusi untuk Z = 0,078 [in3], kita dapat:Z= 0,078= L2= 0,14625L= 0,3824 [in]Defleksi dengan L 0,3824 adalah:a = dimana :W= 20.000 [psi]l = D= 0,3125 [in]E= 30 x 106d= LI= Momen Inersia= = = 0,026Jadi,a= = = 0,00001Untuk cavity kecil digunakan pipi size 1/8 [in]. Kalkulasi defleksi dalam kasus ini adalaha= = I= = Dimana :b = = 8a = d = L = I = 0,0054Substitusi untuk I, kita dapat : = L3 0,0081 = L3 L3 = 0,2 [in]

4.7. Saluran PendinginMaterial PolystyreneT1 ( melt temp )= 450 [F]T2 ( mold temp )= 100 [F]Shot per hour= 90Weight of shot= 12Weight of shots (P) per hour= = 67,5 [lb]Cycle time= 40 [detik]S ( specific heat of the plastic )= 0,32 [Btu/lb/F]Duration of cure= 20Water temp= 50Btu for the Polystyrene per hour= P x (T1 T2) S + h= 67,5 x (450 100) 0,32 + 0= 7560 [Btu/hour]Cavities Absorbing= 25 % x 7560 = 1890 [Btu/hour]Absorbing per cavity= = 472,5 [Btu/hour]Core Absorbing the balance= 3 x 1890 = 5670 [Btu/hour]Absorbing per core= = 1417,5 [Btu/hour]Btu of cavity water= Wt x (T1 T2) x SDimana:T1= mold temperatur 100FT2= water temperatur 50FS= specific heat for water 1

Btu of cavity water= Wt x (T1 T2) x S472,5= Wt x (400 50) x 0,32Wt= = 6,75 [lb/hr]Converting [lb/hr] to [gpm]= = [gpm]= 0,014Btu of core water= Wt x (T1 T2) x S1544,4= Wt x (100 50)Wt= = 30,88 gpm= = 0,062

5. Ringkasan Ukuran Hasil PerhitunganNo. GmbNama KomponenUkuran Hasil PerhitunganUkuran Yang Dipilih

Cavity Plate488,7 x 173,7 x 47,42500 x 180 x 50

Cavity Insert173,7 x 173,7 x 35,35180 x 180 x 36

6. Ringkasan Ukuran StandartSpesifikasi komponen standar yang digunakan jika menggunakan software Autodesk Inventor.NoNama KomponenUkuran

Cavity Plate (lower)300 x 600 x 60

Caviy Plate (upper)300 x 600 x 30

Support Plate300 x 600 x 35

Clamping Plate (lower)350 x 600 x 30

Clamping Plate (upper)350 x 600 x 45

Spacer Block300 x 600 x 80

Ejector Back Plate180 x 600 x 25

Ejector Holder Plate180 x 600 x 20

10