STUDI SIMULASI DAN EKSPERIMEN PENGARUH KETEBALAN DINDING

EXOTHERMIC RISER TERHADAP CACAT SHRINKAGE PADA PENGECORAN ALUMINIUM

6061 METODE SAND CASTING

oleh : Rachmadi Norcahyo

2112.105.009

Dosen Pembimbing

Indra Sidharta, ST.M.Sc. 19800619 200604 1 004

Dr.Ir. Soeharto, DEA 19480911 198103 1 001

Sidang Tugas Akhir (TM 091486)

M ateria l

Industri pertahanan

LATAR BELAKANG (lanjutan)

Industri mobil

Industri mobil

Aluminium 6061

Sand Casting

Shrinkage

LATAR BELAKANG (lanjutan)

EXOTHERMIC RISER

PERUMUSAN MASALAH

Bagaimana pengaruh variasi ketebalan

dinding exothermic riser terhadap volume cacat

shrinkage pada pengecoran aluminium 6061

dengan metode sand casting.

BATASAN MASALAH

• Logam cair dianggap fluida newtonian

• Aluminium 6061 memiliki komposisi kimia yang sama

• Gaya gesek pada sistem saluran dan rongga cetakan dianggap konstan

BATASAN MASALAH (Lanjutan)

• Pasir cetak memiliki permeabilitas, konduktivitas thermal, dan komposisi yang homogen

• Komposisi Exothermic riser memiliki komposisi yang sama

• Perpindahan panas pada benda coran dianggap sama ke segala arah

• Hasil produk exothermic tidak berpengaruh terhadap aluminium 6061

TUJUAN

• Menganalisa pengaruh variasi ketebalan dinding exothermic terhadap cacat shrinkage.

MANFAAT • Pengembangan teknologi Exothermic Riser terhadap

industri pengecoran logam

• Menambah pengetahuan penggunaan Exothermic Riser untuk mengurangi cacat shrinkage pada pengecoran aluminium metode sand casting

CACAT SHRINKAGE

• Kecepatan pendinginan tak seragam

• Kurangnya pasokan logam cair

• Perencanaan riser kurang baik

• Temperatur penuangan terlalu rendah

• Perubahan profil ketebalan benda coran

RISER

• Membeku paling akhir

• Blind Riser dan Open Riser

• Supply kekurangan logam cair

• Mengatasi shrinkage

EXOTHERMIC RISER

• Menambahkan temperatur lewat reaksi exothermis

• Solidifikasi searah tercapai

• Feeding logam cair lebih baik

• Menahan temperatur logam cair

ALUMNIUM 6061

• Paduan Al-Mg-Si

• Al-Mg2Si • Melting Temperature 580-650 C

PENELITIAN SEBELUMNYA

Richad A Hardin [12]

• Menganalisa laju pendinginan logam cair pada riser

• Riser biasa vs Exothermic riser(kalminex 2000) vs Insulation riser(kalmin 70)

• Logam yang digunakan adalah Steel Casting

• Pengujian secara simulasi menggunakan MAGMAsoft dan eksperimen

PENELITIAN SEBELUMNYA (Lanjutan)

Peletakan thermocouple pada natural riser dan exothermic riser

Natural Riser

Exothermic Riser

PENELITIAN SEBELUMNYA (Lanjutan)

Pendinginan exothermic riser lebih lama 1300 detik

Pendinginan Pada logam Cair

Insulation Riser

PENELITIAN SEBELUMNYA (Lanjutan)

Exothermic Riser

Pendinginan exothermic riser lebih lama 100 detik

Kesimpulan

• Laju pendinginan logam cair pada Exothermic Riser kalminex 2000 lebih lambat daripada Riser biasa dengan selisih 1300 detik.

• Laju pendinginan logam cair pada Exothermic Riser kalminex 2000 lebih lambat daripada Inslation Riser kalmin 70 dengan selisih 100 detik.

PENELITIAN SEBELUMNYA (Lanjutan)

Yudhi Hermawan [13]

• Menganalisa pengaruh letak penambah buta dan temperatur tuang terhadap cacat shrinkage

• Letak riser di tengah dan di ujung benda coran

• Logam yang digunakan adalah Aluminium 6061

• Pengujian secara simulasi menggunakan Z-CAST dan eksperimen

PENELITIAN SEBELUMNYA (Lanjutan)

• Temperatur tuang yang digunakan 700 °C, 750 °C, 800°C, dan 850°C

PENELITIAN SEBELUMNYA (Lanjutan)

Hasil simulasi menggunakan Z-CAST

• 700°C = 1,2,3,4

• 750°C = 5,6,7,8

• 800°C = 9,10,11,12

• 800°C =13,14,15,16

Kesimpulan

• Letak penambah buta yang paling baik meminimalisir terjadinya cacat shrinkage adalah yang diletakkan ditengah.

• Temperatur penuangan terbaik yang meminimalisir terjadinya cacat shrinkage adalah pada 700°C

PENELITIAN SEBELUMNYA (Lanjutan)

METODOLOGI PENELITIAN

METODOLOGI PENELITIAN

PENENTUAN DATA AWAL

Pola Kubus

Aluminium 6061

Pola

Material Benda Coran

Pasir Cetakan Green Sand -Pasir Silica (85%) -Bentonit (10%) -Air(5%)

Material Exothermic

Material Jumlah Foundry Silica Sand 40% Zircon Sand 25% Aluminium Powder 25% Iron Oxide 8% Potassium Nitrat 2%

IS 15865 : 2009

US Patent no.6096253 tahun 2007

PERENCANAAN SISTEM SALURAN

Volume Benda coran 456,533 cm3

Waktu Penuangan 4 Detik Tinggi Saluran Efektif 75 mm Diameter Bawah Saluran Turun 11,2 mm Diameter Atas Saluran Turun 19,7 mm Tinggi Runner dan Ingate 16 mm Lebar Runner dan Ingate 25 mm Diameter Well Base 26,7 mm Tinggi Well Base 4 cm

Berdasarkan AFS (American Foundrymen Society)

PERENCANAAN SISTEM SALURAN (Lanjutan)

Sprue

Well Base

Runner

Ingate

Benda Coran

Riser

Horizontal Bottom Gate System

PERHITUNGAN RISER

Berdasarkan Foseco Non-Ferrous Handbook

SIMULASI SOFTWARE

START

Temperatur 700°C

Tanpa Riser Riser Biasa Exothermic Riser Tebal 5 mm Exothermic Riser Tebal 7 mm Exothermic Riser Tebal 9 mm

Lokasi Shrinkage Presentase Shrinkage

Laju pendinginan

VARIASI SIMULASI

Riser Keterangan

Tanpa Riser

Riser Biasa Tinggi = 75 mmDiameter = 49 mm

Riser Exothermic 1 Tinggi = 75 mmDiameter = 49 mm Tebal Dinding = 2 mm

Riser Exothermic 2 Tinggi = 75 mmDiameter = 49 mm Tebal Dinding = 7 mm

Riser Exothermic 3 Tinggi = 75 mmDiameter = 49 mm Tebal Dinding = 9mm

PEMBUATAN EXOTHERMIC RISER

CETAKAN EXOTHERMIC RISER (Lanjutan)

CETAKAN PASIR Exothermic Tanpa Riser

Riser Biasa

TEMPERATUR RISER

Skema Pengambilan Data Temperatur Riser

ADC AKUISISI DATA

VOLUME CACAT SHRINKAGE

HASIL SIMULASI

SOLIDIFIKASI

Tanpa Riser Riser Biasa

Exothermic Tebal 5 mm Exothermic Tebal 7 mm Exothermic Tebal 9 mm

PENDINGINAN LOGAM CAIR

Pengaruh Ketebalan Dinding Exothermic Terhadap Laju

Pendinginan Logam Aluminium

LAMA SOLIDIFIKASI

0

150

300

450

600

424 449 522 544 563

Tanpa RiserDengan Riser Biasa

SHRINKAGE

Tanpa Riser Riser Biasa

Exothermic Tebal 5 mm Exothermic Tebal 7 mm Exothermic Tebal 9 mm

PENGAMATAN HASIL SIMULASI dan EKSPERIMEN

Hasil Eksperimen dan Simulasi

Gambar 5.6 Perbedaan Pendinginan

Logam Cair Secara Simulasi dan

Eksperimen pada Benda cor dengan

Riser Tanpa Exothermic

Gambar 5.7 Perbedaan Pendinginan Logam Cair Secara Simulasi dan

Eksperimen pada Benda cor dengan Riser Exothermic Tebal Dinding 9

mm

Gambar 5.8 Perbedaan Temperatur

Terhadap Waktu Pada Pasir Biasa dan

Dinding Exothermic

Hasil Eksperimen dan Simulasi

Gambar 5.8 Perbedaan Temperatur Terhadap Waktu Pendinginan Pada Pasir Biasa dan Dinding Exothermic

PERBANDINGAN CACAT SHRINKAGE

Tanpa Riser

17,4% 24,3%

PERBANDINGAN CACAT SHRINKAGE

PERBANDINGAN CACAT SHRINKAGE

kebocoran

pasir cetak terbakar

PERBANDINGAN CACAT SHRINKAGE

Riser Biasa

20,3% 0,09%

• Temperatur tuang terlalu tinggi, 720°C • Logam cair pada riser lebih lama

membeku

PERBANDINGAN CACAT SHRINKAGE

pasir cetak terbakar benda cor

terbakar

PERBANDINGAN CACAT SHRINKAGE

0% 0%

PERBANDINGAN CACAT SHRINKAGE

KESIMPULAN

• Seiring meningkatnya ketebalan dinding exothermic riser, maka cacat shrinkage akan semakin menurun

• Seiring meningkatnya ketebalan dinding exothermic riser, maka waktu solidifikasi logam cair akan semakin lama

• Dengan merubah material dinding riser dari pasir silika dengan bahan exothermic, logam cair pada riser akan tetap panas dalam waktu yang lebih lama

SARAN

• Perlu dilakukan penelitian lebih lanjut mengenai koefisien perpindahan panas antara aluminium 6061 dengan dinding exothermic, dinding exothermic dengan cetakan pasir, dan aluminium 6061 dengan cetakan pasir

• Perlu dilakukan penelitian lebih lanjut mengenai komposisi penyusun exothermic riser agar mampu bekerja secara efektif dan efisien

• Kemurnian pasir cetak dan temperatur logam cair sesaat sebelum dituang pada studi eksperimen perlu lebih dijaga agar mendapatkan hasil yang diinginkan

TERIMA KASIH