RANCANG BANGUN DAN ANALISA SISTEM SALURAN TERHADAP

CACAT PENGECORAN PADA BLOK SILINDER (CYLINDER BLOCK) FCD

450 DENGAN MENGGUNAKAN PASIR CETAK KERING

Oleh: Agung Tri Hatmoko

2111 105 017

Dosen Pembimbing: Dr. Ir. Soeharto, DEA

JURUSAN TEKNIK MESIN

FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI

INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER

SURABAYA

Kenaikan penjualan mobil di indonesia sampai september 2013 meninggkat sampai 11% menjadi 908.322

Latar Belakang

Pemerintah menanggulangi hal tersebut dengan mobil nasional

http://otomotif.kompas.com/read/2013/10/09/10124/Sampai.September.Penjualan.Mobil.di.Indonesia.Naik.11.Persen

ITS +

Kemen

Ristek

Bahan blok silinder FCD 450

Latar Belakang

Menggunakan variasi jumlah saluran masuk

Sehingga meminimalkan cacat coran yang terjadi

Rumusan Masalah

Permasalahan yang akan dibahas dalam

penelitian ini adalah bagaimana pengaruh

jumlah saluran masuk terhadap cacat pada

produk blok silinder dan bagaimana mengatasi

cacat coran tersebut.

Mempelajari pengaruh jumlah saluran masuk

terhadap adanya cacat pada produk blok silinder.

Tujuan Penelitian

1.

• Pasir cetak yang dipakai memiliki komposisi dan permeabilitas yang seragam (homogen).

2.

• Sistem saluran yang digunakan adalah Vertical Gating System dan dianggap sistem saluran sudah ideal.

3.

• Gaya gesek selama logam cair mengalir melalui saluran dan rongga cetakan dianggap konstan.

4

• Temperatur cair dari FCD 450 yang digunakan di dalam eksperimen dianggap sama dan konstan.

5 • Logam cair dianggap sebagai Newtonian Fluid.

6 • Komposisi campuran pasir cetak yang dipakai dianggap ideal.

BATASAN MASALAH

• Mengembangkan industri otomotif terutama pada proses pembuatan produk blok silinder sehingga dapat menghasilkan benda coran yang berkualitas baik.

1

• Mengembangkan teori dan teknologi gatting system yang diaplikasikan pada industri lainnya.

2

Manfaat Penelitian

Dasar Teori

Blok Silinder

• Blok silinder adalah bagian

terpenting dari kendaraan.

• Bahan : Cast iron (besi tuang) atau

almunium mengurangi berat

dan menambah panas radiasi.

• Terdapat lubang silinder yang

diberi lapisan khusus (cylinder

liner) mengurangi keausan

silinder, karena gesekan naik

turunnya torak atau piston.

.

Bahan FCD

Dasar Teori

Bahan FCD 450

Blok silinder menggunakan bahan FCD 450, karena : • Sifat mekanik mampu tarik 450 N/mm2 digunakan

untuk kekuatan tinggi.

• Elongasi sampai 10% untuk produk-produk yang mendapatkan beban impak atau tekuk yang tinggi.

• Kekerasan 143-217 HB untuk menahan beban identasi atau penetrasi (penekanan) yang tinggi.

Dasar Teori

Pola plat dan drag

Dasar Teori

Pola tunggal Pola penggeret

Pola belahan

POLA

Pola Belahan Banyak

Tambahan Penyusutan Bahan

8/1.000 Besi cor, baja cor tipis

9/1.000 Besi cor, baja cor tipis yang bnyak menyusut

10/1.000 Sama dengan atas dan aluminium

12/1.000 Paduan aluminium, brons, baja cor (tebal 5-7 mm)

14/1.000 Kuningan kekuatan tinggi, baja cor

16/1.000 Baja cor (tebal dari 10 mm)

20/1.000 Coran baja yang besar

25/1.000 Coran baja besar dan tebal

Tambahan Penyusutan

Dasar Teori

Tambahan Penyelesaian Machining

Dasar Teori

Pola logam membutuhkan kemiringan 1/200,

pola kayu membutuhkan 1/30 sampai 1/200

Penambahan Kemiringan

Dasar Teori

Penambah (riser) adalah sebagai penyimpan logam cair untuk

mengimbangi penyusutan dalam proses pembekuan logam dari

coran.

Penambah atas Penambah samping Penambah buta

Dasar Teori

Pasir cetak • Sifat pasir berkaitan

kemudahan dalam pembuatan cetakan.

• Dipengaruhi bahan pengikat dan kadar air yang terkandung di dalamnya.

• Pengaruh kadar air yang cukup dapat mempengaruhi kekuatan cetakan

Pasir Cetak Basah

Dasar Teori

Dasar Teori

• Sifat pasir cetak kering berkitan dengan kekuatan pasir cetak setelah cetakan dikeringkan.

• Dipengaruhi bahan pengeras dan kadar air yang terkandung di dalamnya

• Kadar air dikurangi dengan dipanaskan dengan api.

Pasir Cetak Kering

1. Sistem saluran tanpa tekanan perbandingan S:R:G 1 : 4 :4

2. Menggunakan tapered sprue, small down sprue dengan bottom

sprue area berfungsi sebagai choke

3. Menggunakan cawan tuang.

4. Sprue Base Menyerap energi kinetik yang jatuh dari saluran turun.

5. Runner di drag dan sprue di cup.

6. Runner extension digunakan untuk menjerat kotoran

Berdasarkan American Foundrymen’s Society (AFS)

Sistem Saluran

Dasar Teori

Sistem Saluran Horizontal

a. Cawang tuang (pouring basin)

b. Saluran turun (sprue)

c. Saringan (sprue basin)

d. Pengalir (drag runner)

e. Saluran masuk (cope ingate)

f. Pengalir tambahan (runner extension)

Dasar Teori

Sistem Saluran Vertikal

Perancangan Step Gate yang

menggambarkan pola aliran tidak baik

Perancangan Step Gate yang

menggambarkan pola aliran baik

Step Gating

Sering digunakan untuk pengecoran baja meminimumkan erosi pada cetakan dan inti

Perancangan Bottom Gate yang menggambarkan pola aliran baik

Bottom Gating

Sistem Saluran Vertikal

Dasar Teori

WK (sec) tuang Waktu 1

AT

AB

H (tinggi efektif)

Perhitungan Sistim Saluran

Dasar Teori

Runner Area = 4 x AB

Gate area

Runner area

Gate Area = 4 x AB

Choke Area = A1

Well Area = 5xA1

Runner depth = d

Well depth = 2d

Macam-Macam Cacat Coran 1) Retakan

• Terjadi akibat tegangan sisa yang diakibatkan adanya pendinginan tak seimbang pada penyusutan.

Porositas

2) Porositas

Udara yang terjebak pada benda coran

Dasar Teori

3)Penyusutan (Shrinkage)

shrinkage

Terjadi karena perubahan fase dari material cair menjadi padat

Terjadi karena Reaksi kimia selama peleburan, penuangan atau pembekuan

4)Inklusi Terak

Dasar Teori

Terjadi karena pasir terbawa dalam coran dan cacat terjadi pada permukaan atau didalam coran

5)Inklusi Pasir 6)Lubang Jarum (pin hole)

Cacat dimana benda coran terdapat lubang sangat kecil dan berbentuk seperti bekas tusukan jarum.

Dasar Teori

PENELITIAN TERDAHULU

Muhamad Nur Harfianto [1], judul, PENGARUH JUMLAH SALURAN MASUK TERHADAP CACAT CORAN PADA PEMBUATAN POROS ENGKOL (CRANKSHAFT) FCD 600 MENGGUNAKAN PENGECORAN PASIR, 2013

Pada penelitian ini hasil didapatkan adalah 1 saluran masuk lebih baik dibandingkan 2 saluran masuk

METODOLOGI Mulai

Studi Literarur

Perumusan Masalah

1.Perencanaan dan Pembuatan Sistem Saluran

2.Pembuatan Pola dan Rangka Cetak

3.Pembuatan Cetakan

4.Persiapan Alat dan Bahan FCD 450

Sistem saluran 4 gate Sistem saluran 6 gate

Proses Pengecoran

A

Flow Chart Percobaan

Analisa Data

- Penyusutan

- Porositas

- Crack

- Inklusi Terak

dll

Kesimpulan dan

Saran

Selesai

Pengamatan Cacat Secara Visual dan NDT

- Penyusutan

- Porositas

- Crack

- Inklusi Terak

dll

Hasil Pengecoran

A

METODOLOGI

Perancangan Sistim Saluran

4 Saluran Masuk 6 Saluran Masuk

Peralatan Pembuatan Pola

Jig saw Sand grinder

Cutting machine Mesin bubut

Pembuatan Pola

Pola Awal

• Dimensi diambil dari gambar ditambah dengan toleransi penyusutan.

• Mengunakan triplek yang dilapisi dempul

Pola Negatif

• Menuang campuran epoxy pada bagian – bagian pola awal

• Ditutup triplek dan dibiarkan 24 jam

Pola Positif

• Menata kembali pola negatif dan dituangi campuran epoxy

• Ditunggu 24 jam

Pola negatif

• Dimensi diambil dari bagian dalam blok silinder

• Ditambah toleransi penyusutan, permesinan dan kemiringan

Kotak Inti

• Membelah inti negatif

Cara Pembelahan inti negatif

• Menentukan garis pembelahan • Disekat kayu (didapatkan 2

belahan) • Bagian pertama dituang

campuran epoxy • Setelah 24 jam triplek pemisah

dilepas dan bagian kedua dituang campuran epoxy

Pembuatan Pola Inti

Contoh gambar pembelahan pada pola inti: a. Pola negatif b. Pola negatif yang dibelah c. Pola negatif yang akan dituang

campuran epoxy d. Hasil

Pembuatan Pola Inti

Peralatan Pembuatan Cetakan Dan

Bahan Coran

Pasir Cetak Kering Alat tumbuk & spatula

Bahan baku FCD 450 Tungku peleburan

Metode Pengamatan dan Pengukuran Cacat

Cacat pergeseran

Cacat flash

Micrometer

Jangka sorong

1) Secara Visual

2) Liquid Penetran

Cacat retak permukaan

Cleaner, developer, penetrant

Langkah kerja

Material : - Jenis material logam = FCD 450 - Berat Jenis () = 6.97 gr/cm3

= 0.251 lb/in3 - T melt (FCD 450) = 1349o C - Tensile strenght = 450 N/mm2 - Yield strenght = 280 N/mm2

- Hardness = 192-269 HB Bentuk dan ukuran blok silinder: - Berat blok silinder FCD = 23,5 Kg

- Volume blok silinder FCD = 33 59,3371

/97,623500

cmcmgr

gr

- Berat total coran (w) = 23,5 kg + 7,05 kg

= 30,55 kg = 30550 gr = 67.35 lb

Dimana : 7,05 kg berat total sistem saluran yang didapat dari perhitungan (30% dari berat benda blok silinder).

PERHITUNGAN SISTIM SALURAN

a) Waktu tuang Dengan nilai konstanta, K1 = 1.8 t = WK .1

= lb35,67.8.1 = 14,7 sekon

b) Choke area Dimana pada perhitungan choke area ini menggunakan 2 sistem effective sprue height Maka : 1. Top Gating

Diketahui : d = ρ = 6,97 gr/cm3

c = 22,8 cm g = 981 cm/s

2

h = 9,8 cm = 98 mm (panjang saluran turun)

mmhH 98

2) Bottom gating Diketahui : d = ρ = 6,97 gr/cm

3 c = 22,8 cm g = 981 cm/s

2

h = 22,8 cm = 228 mm (panjang saluran turun)

mm

mmmm

chH

1142

228228

2

Maka untuk mencari H seluruhnya : Htotal = 98 mm + 114 mm

= 212 mm

AB = Hgctd

w

..2...

AB = )212).(981.(2).47,0).(7,14).(97,6(

30550

AB = 0,984 cm2 = 98,4 mm2 x 1,5 = 147,6 mm2

(D = 13,71 mm ) Dimana : 1,5 faktor keamanan (Hasil teortis sangat kecil)

a) Area of the Top of Sprue (AT)

AT = AB b

H

Dengan H = 212 mm , b = 20 mm

AT = 147,620212

AT = 396,61 mm2 x 1,5 = 480,55 mm2

(D = 24,74 mm )

Gate Area = 4 x AB

= 4 x 147,6 = 590,4 mm2 x 1,5 = 885,6 mm2 G1 = G2 = Gate area : 4 = 885,6 mm2: 2 = 221,4 mm2

(TG1=TG2= 14,3 mm, LG1=LG2= 15,5 mm

d) Well Depth

Well Depth = 2 x Kedalaman runner = 2 x 14,3 = 28,6 mm

d) Well Base Area

Well Base = 5 x AB

= 5 x 147,6 = 738 mm2 x 1,5 = 1107 mm2 ( D = 18,78 mm )

PERHITUNGAN PENAMBAH (RISER)

a). Menentukan nilai modulus (C%) C% = 14% untuk natural feeder yang lainnya.

b). Menentukan nilai shrinkage pada paduan yang akan dicor (S%).

S% = 3,4% merujuk pada gambar 2.30 menggunakan material FCD 450 dengan komposisi 3,18% C, 2,64% Si, 0,475% Mn, 0,025% P dan 0,008% S.

c). Memperkirakan berat logam cair yang ada di dalam riser (WF).

Pada perhitungan sistem saluran didapatkan berat benda yg akan di cor (WC) adalah : WC = 30,55 kg Maka, dengan perhitungan akan didapatkan berat logam cair yang ada di dalam riser (WF).

WF = WC 100

%%

100 Si

C

WF = 30,55 kg 100

%4,3%14

100

WF = 7,41 kg WF = 7410 gr

Casting modulus Prosentase penyusutan

Pencampuran pasir

cetak

Memasang kerangka cetak dan

penaburan bubuk pelapis

Pengisian pasir cetak

Penumbukan Pelepasan Rangka cetak

Pembuatan cetakan bagian samping

PROSES PEMBUATAN CETAKAN

Hasil Pelepasan Rangka

Cetakan Bagian Atas

Pemasangan Sistem Saluran Pengisian pasir cetak

Pelepasan saluran

dan pemerataan

pasir

Pembuatan gate

Pembuatan inti

Penaburan bubuk pelapis Proses Penumbukan Pelepasan inti

Pemasangan Cetakan

Pelapisan Cetakan Pemasangan Cetakan Hasil Pemasangan

Semua bagian Cetakan

PROSES PENGECORAN

Bahan Baku hasil sisa

coran

Tungku peleburan

induksi

Penuangan logam cair

dari tanur

Penuangan logam cair

ke cetakan

Hasil setelah dituang

Prototipe 1 adalah hasil coran pada sistem empat saluran masuk menggunakan riser dan ventilasi.

Prototipe 2 adalah hasil coran pada sistem enam saluran masuk menggunakan riser dan ventilasi.

S1 Teknik Mesin FTI-ITS

PEMERIKSAAN CACAT HASIL PENGECORAN

Hasil coran prototipe 1 sebelum proses machining

Hasil coran prototipe 1 setelah proses machining

Hasil liquid penetrant prototipe 1

Prototipe 1

Hasil coran prototipe 2 sebelum proses machining

Hasil coran prototipe 2 setelah proses machining

Hasil liquid penetrant prototipe 2

Prototipe 2

ANALISA CACAT

Prototipe 1

CACAT POSISI PENYEBAB

Shringkage II, III 1) Pembekuan terakhir 2) Variasi luas penampang

Salah alir I

1) Coran terlalu tipis 2) Sistim saluran yang jelek 3) Sistim penambah yang

tidak sempurna

Inklusi Pasir IV 1) Kurangnya hardener 2) Catakan kurang padat

Rongga udara II,III 1) Udara terjebak 2) Pergeseran sistem saluran 3) Dinding cetakan basah

Porositas - -

Sebelum Machining

Prototipe 1

CACAT POSISI PENYEBAB Shringkage - Salah alir - -

Inklusi Pasir I,II,IV 1) Kurangnya hardener

2) Catakan kurang padat

Rongga udara I, II

1) Udara terjebak 2) Pergeseran sistem saluran 3) Dinding cetakan basah

Porositas - -

Sesudah Machining

Prototipe 1

CACAT POSISI PENYEBAB

Shringkage I 1) Pembekuan terakhir 2) Variasi luas penampang

Salah alir - -

Inklusi Pasir - -

Rongga udara - -

Porositas - -

PROTOTIPE 2 Sebelum Machining

Prototipe 2

CACAT POSISI PENYEBAB Shringkage - -

Salah alir - -

Inklusi Pasir - -

Rongga udara - -

Salah pola I, II, III 1) Pemasangan inti yang miring

PROTOTIPE 2 Sesudah Machining

Histogram jumlah cacat sebelum

proses machining Histogram jumlah cacat setelah

proses machining

0

1

2

3

4

prototipe 1

prototipe 2

0

1

2

3

4

Prototipe 1

Prototipe 2

1. Sistem empat saluran masuk lebih banyak terdapat cacat

penyusutan, dibandingkan dengan enam saluran masuk.

2. Penambahan saluran masuk disini dapat mengatasi cacat yang

berupa misrun pada sistem empat saluran masuk.

3. Setelah dilakukanya NDT dengan metode liquid penetrant

terdapat cacat surface crack yang paling banyak terdapat pada

hasil coran dengan sistem empat saluran masuk.

KESIMPULAN

SARAN

Perlu mempertimbangkan variabel-variabel yang

mempengaruhi hasil coran dimana dijadikan batasan masalah

pada penelitian. Semakin banyak produk hasil coran dan proses

machining pada setiap coran, maka hasil analisa dan pembahasan

akan lebih akurat.