Set up Alat Mesin Squeeze Casting

BAB III METODOLOGI PENELITIAN

3.7. Setup Pengujian

3.7.3. Set up Alat Mesin Squeeze Casting

Gambar 3.13 Setup alat pengecoran squeeze casting Keterangan:

1. Pressure gauge 2. Hydraulic silinder 3. Die punch

4. Hand pump 5. Cetakan permanen 6. Penyangga alas cetakan

Adapun prosedur set up yang dilakukan pada alat mesin squeeze casting proses pengecoran aluminium adalah sebagai berikut:

a. Bersihkan alat squueze casting sebelum digunakan.

b. Bersihkan cetakan permanen dari sisa kotoran bekas pengecoram.

c. Setelah bersih lapisi bagian cetakan yang terdapat celah dengan aluminium foil, agar cairan logam tidak bocor saat dilakukan penekanan.

d. Rangkai permanent mold dan diikat dengan menggunakan klem baut dan mur, kunci dengan kuat agar dapat menahan beban tekanan dengan maksimal.

e. Rangkai heater dengan menggunakan kabel listrik dan termostat untuk mengatur kapasitas panas yang diperlukan, lalu sambungkan ke switch listrik dengan tegangan 240 Volt.

f. Panaskan cetakan dengan menggunakan heater hingga mencapai temperatur 300^oC, ukur dengan menggunakan termokopel.

g. Tutup katup reservoir oil pump agar fluida dapat mengalir kedalam hydraulic dan menghasilkan tekanan.

h. Ketika cairan logam sudah memenuhi cetakan, segera lakukan penekanan dengan hand pump secepat mungkin agar coran tidak mengalami pembekuan sebelum mencapai tekanan yang diinginkan.

i. Setelah tekanan sudah tercapai pada preesure gauge, tahan die punch dengan holding time selama 30 detik.

j. Lepaskan katup reservoir oil pump untuk melepaskan pembebanan pada die punch.

k. Setelah proses pengecoran selesai, putar panel switch-off termokopel untuk memutuskan aliran listrik pada heater.

BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN

Bab ini membahas mengenai hasil analisa pengaruh distribusi tempratur dan tekanan squeeze terhadap karakteristik aliran logam cair dalam cetakan permanen. Model cetakan permanen yang geometri dan parameternya telah didefinisikan dimasukkan kedalam ruang simulasi untuk memperoleh karakteristik aliran fluida yang mengalir melaluinya.

Pembahasan yang dilakukan meliputi analisa kontur kecepatan aliran logam cair, temperatur cairan logam dan pengaruhnya terhadap sifat mekanik hasil coran, dan tekanan cairan logam. Parameter kondisi fluida dan cetakan adalah sama perbedaan hanya pada keadaan tekanan pada proses pengecoran.

Tekanan squeeze yang akan dibahas antara lain yaitu 25Mpa, 30MPa, 35MPa, 40Mpa, dan 45MPa. Setelah diperoleh hasil simulasi dan hasil pengecoran, maka akan dibandingkan dan dianalisa satu sama lain untuk memperoleh tekanan pengecoran yang terbaik.

4.1 Simulasi Hasil Distribusi Kecepatan

Telah dilakukan simulasi numerik untuk melihat kontur kecepatan magnitudo dan turbulensi cairan logam yang diperlihatkan dalam bentuk kontur 2 dimensi terhadap bidang x-z. Analisa hasil simulasi dilakukan saat cairan logam mengisi cetakan tiap detiknya. Hasilnya adalah sebagai berikut:

Gambar 4.1 Kecepatan aliran pada saat proses penuangan (a)1detik, (b)2 detik, (c)3 detik, (d)4 detik, dan (e)5 detik.

Gambar 4.1 (a), (b), (c), (d), dan (e) memperlihatkan kontur kecepatan dan pola aliran pada setiap waktu penuangan. Kecepatan aliran tertinggi terdapat pada waktu penuangan 1 detik ± 0,78 m/s seperti yang ditunjukkan oleh kontur berwarna orange pada Gambar 4.1 (a). Hal ini dikarenakan gerakan jatuh bebas cairan logam yang langsung menuju ke dasar cetakan pada saat proses penuangan.

Sedangkan kecepatan fluida terendah ditunjukkan pada waktu penuangan 5 detik dengan kecepatan dalam cetakan yang hanya mencapai ± 0,05 m/s. Hal ini disebabkan karena aliran yang berpisah membentuk dua jalur pada saat cairan

(a) (b)

(e)

logam keluar dari saluran turun menuju dinding cetakan, gesekan fluida dengan dinding cetakan menyebabkan kecepatan aliran melambat. seperti tampak pada Gambar 4.1 (e). Aliran yang terpecah tersebut berdampak pada tingginya turbulensi pada waktu ini.

Semakin besar turbulensi yang terjadi maka akan semakin besar pula kemungkinan cacat yang ada pada produk hasil coran. Hal ini terjadi karena akan mempermudah terjebaknya gas-gas yang ada pada saat proses penuangan logam cair [31].

Tabel 4.1 Distribusi kecepatan magnitudo berdasarkan titik pengukuran.

Waktu

(detik) Bagian Kecepatan Magnitudo (m/s) Rata-rata (m/s)

Tabel 4.1 memperlihatkan hasil simulasi berupa distribusi kecepatan pada 9 titik pengukuran. Grafik kecepatan magnitudo ditunjukkan oleh gambar 4.2.

Gambar 4.2 Grafik kecepatan magnitudo v.s waktu penuangan.

Gambar 4.2 menunjukkan kecepatan magnitudo pada setiap waktu penuangan. Data tersebut memperlihatkan rata-rata kecepatan tertinggi terdapat pada waktu penuangan 1 detik. Sedangkan rata-rata kecepatan terendah diperlihatkan pada waktu 5 detik.

Untuk itu perlu ditentukan kecepatan pengisian yang optimal, sehingga aliran pengisian menjadi laminer dan tidak terjadi aliran turbulensi. Cara yang paling efisien untuk mendapatkan kecepatan pengisian optimal ialah dengan menggunakan simulasi numerik yang dapat mengeliminasi kerja trial and error serta menghemat pemakaian bahan dan tenaga kerja [10].

4.2 Simulasi Hasil Distribusi Temperatur

Telah dilakukan simulasi numerik untuk melihat kontur distribusi temperatur cairan logam. Hasil diperlihatkan dalam bentuk kontur 2 dimensi yang dipotong terhadap bidang x-z. Waktu simulasi yaitu selama 5 detik dengan temperatur penuangan sebesar 700^oC. Hasilnya adalah sebagai berikut:

0,27 0,26

Gambar 4.3 Distribusi temperatur pada saat proses penuangan (a)1detik, (b)2 detik, (c)3 detik, (d)4 detik, dan (e)5 detik.

Hasil yang diperoleh adalah berupa kontur distribusi temperatur yang ditunjukkan oleh warna-warna yang menunjukkan besarnya temperatur yang dihasilkan simulasi. Warna merah menunjukkan daerah bertemperatur maksimum dan warna biru menunjukkan daerah bertemperatur minimum.

Temperatur maksimum dicapai pada waktu 1 detik dimana pada waktu ini memiliki distribusi temperatur tertinggi yang berkisar 683^oC hingga 700^oC seperti ditunjukkan pada Gambar 4.3 (a). Kekerasan paduan Al-Si hasil coran menurun dengan meningkatnya temperatur tuang, sedangkan struktur mikro yang berupa

(a) (b)

(e)

fasa silikon berubah dari serpihan menjadi globular dan silikon primer kecil menjadi silikon primer besar. Perubahan ini terjadi karena temperatur tuang yang tinggi menyebabkan bertambahnya waktu pembekuan dan daerah tumbuh fasa silikon sehingga pemisahan terjadi secara sempuma. Temperatur tuang mempengaruhi pembentukan struktur mikro yang berpengaruh terhadap nilai kekerasan, peningkatan temperatur tuang akan mengurangi nilai kekerasan dengan terbentuknya mikrostruktur yang halus [9]. Temperatur pada masing-masing titik pengukuran ditunjukkan oleh tabel 4.2.

Tabel 4.2 Distribusi temperatur penuangan berdasarkan titik pengukuran.

Waktu

(detik) Bagian Distribusi Temperatur (^oC) Rata-rata (^oC) berkontak langsung dengan dinding cetakan akan mengalami pendinginan yang cepat dibawah temperatur likuidusnya. Hal lain yang menyebabkan perbedaan distribusi temperatur ini adalah kapasitas panas dari cetakan. Kapasitas panas

spesifik dari cetakan permanen menyebabkan penurunan temperatur pada cetakan permaen relatif kecil, karena cetakan lebih mudah untuk menyerap panas dari coran [10]. Grafik distribusi temperatur ditunjukkan oleh gambar 4.4.

Gambar 4.4 Grafik distribusi temperatur v.s waktu penuangan.

Gambar 4.4 memperlihatkan pengaruh waktu penuangan pada pengecoran aluminium A356 terhadap temperatur. Terlihat bahwa temperatur tertinggi didapat pada waktu 1 detik yaitu 692,45ôC sedangkan yang mempunyai temperatur sedang didapat pada waktu 3 detik sebesar 678,56ôC. Kemudian pada waktu 5 detik memiliki temperatur terendah yaitu 662,78ôC. Hal ini dikarenakan pada waktu penuangan 5 detik mengalami kehilangan panas terbesar yang dikarenakan kehilangan temperatur pada lintasan yang dilalui oleh aliran logam cair saat memasuki cetakan dengan estimasi penurunan temperatur setiap waktunya sebesar 1%.

4.3 Simulasi Hasil Distribusi Tekanan

Telah dilakukan simulasi numerik untuk melihat kontur distribusi tekanan cairan logam yang diperlihatkan dalam bentuk kontur 2 dimensi terhadap bidang x-z. Analisa hasil simulasi dilakukan saat cairan logam mengisi cetakan tiap

Gambar 4.5 Distribusi tekanan pada saat proses penuangan (a)1detik, (b)2 detik, (c)3 detik, (d)4 detik, dan (e)5 detik.

Hasil yang diperoleh adalah berupa kontur fluida yang ditunjukkan oleh warna-warna yang menunjukkan besarnya tekanan yang dihasilkan pada saat pengecoran. Warna merah menunjukkan daerah tekanan dimana tekanan maksimum terjadi di daerah ini. Sedangkan kontur berwarna biru menunjukkan tekanan yang paling kecil. Tekanan maksimum pada masing-masing waktu penuangan yang diperlihatkan dalam tabel 4.3 berikut ini:

(a) (b)

(e)

Tabel 4.3 Distribusi tekanan penuangan berdasarkan titik pengukuran.

Waktu

(detik) Bagian Distribusi Tekanan (Pa) Rata-rata (Pa)

Tabel 4.3 memperlihatkan hasil simulasi berupa distribusi tekanan pada 9 titik pengukuran. Grafik distribusi tekanan ditunjukkan oleh gambar 4.6.

Gambar 4.6 Grafik distribusi tekanan v.s waktu penuangan.

0,084 0,085

Gambar 4.6 memperlihatkan tekanan rata-rata pada masing-masing waktu penuangan. Tekanan tertinggi terjadi pada waktu penuangan 2 detik yaitu sebesar 0,085Pa, sedangkan tekanan terendah terlihat pada waktu 4 detik yaitu sebesar 0,062Pa. Besar kecilnya tekanan dipengaruhi oleh temperatur fluida yang menghasilkan gas ketika berada didalam cetakan. Pada waktu 5 detik tekanan mengalami sedikit kenaikan karena partikel yang ada dalam energi kalor megalami penambahan energi dalam, sehingga atom di dalam partikel tersebut cenderung untuk bergerak (vibrasi). Jika terjadi vibrasi maka ukuran partikel akan membesar dan mendesak atau menekan partikel-partikel di sekelilingnya sehingga mengalami sedikit kenaikan tekanan.

Pengecoran dengan tekanan yang tinggi dapat meghaluskan struktur silikon sehingga menaikkan kekerasan terhadap pengecoran tuang dan distribusi kekerasan yang lebih merata. Pemberian tekanan pada cairan logam menghasilkan hasil coran dengan bentuk mendekati ukuran akhir atau bentuk kesempurnaannya (near-net shape) dan dapat meminimalisir cacat coran [26].

4.4 Simulasi Hasil Konsentrasi Cacat Permukaan

Sifat mekanik benda coran sangat dipengaruhi oleh penetrasi gas, udara dan inklusi asing lainnya yang mungkin terjebak di dalam logam selama proses pengisian [31]. Pada bagian ini, sumber cacat akan dianalisa untuk memberikan prediksi kualitatif hasil coran. Hasil diperlihatkan dalam bentuk kontur 2 dimensi terhadap bidang x-z.

Gambar 4.7 Konsentrasi cacat permukaan pada saat proses penuangan (a)1detik, (b)2 detik, (c)3 detik, (d)4 detik, dan (e)5 detik.

Hasil yang diperoleh adalah berupa kontur fluida yang ditunjukkan oleh warna-warna yang menunjukkan besarnya cacat permukaan (surface defect concentration) yang dihasilkan pada saat pengecoran. Warna merah menunjukkan daerah konsentrasi cacat permukaan dimana konsentrasi cacat permukaan maksimum terjadi di daerah ini. Sedangkan kontur berwarna biru menunjukkan konsentrasi cacat minimum.

Gambar 4.7(a) memperlihatkan awal mula terjadinya cacat permukaan yang disebabkan oleh gerakan cairan logam tak beraturan yang menyebabkan

(a) (b)

(e)

terperangkapnya gas/oksida hingga gas yang terperangkap tersebut berada di permukaan benda coran.

Pada banyak kasus, mayoritas terperangkapnya inklusi gas/zat pengotor terdapat pada daerah cetakan yang diisi paling akhir. Dengan kata lain inklusi dan zat pengotor akan terdorong oleh arus aliran logam hingga ke daerah yang paling luar [31].

Tabel 4.4 Konsentrasi cacat permukaan berdasarkan titik pengukuran.

Waktu

(detik) Bagian Konsentrasi Cacat (%) Rata-rata

Kiri Tengah Kanan (%)

Tabel 4.4 memperlihatkan hasil simulasi berupa konsentrasi cacat pada 9 titik pengukuran. Grafik konsentrasi cacat ditunjukkan oleh gambar 4.8.

Gambar 4.8 Grafik konsentrasi cacat v.s waktu penuangan.

Berdasarkan gambar 4.8 konsentrasi cacat tertinggi terdapat pada waktu penuangan 1 detik yaitu sebesar ±0,25%, sedangkan konsentrasi cacat cenderung stabil pada waktu 4 detik sebesar ±0,08% hal ini disebabkan karena pada waktu tersebut cairan logam mengalami turbulensi aliran yang kecil seiring dengan volume dan waktu penuangan cairan logam ke dalam cetakan.

4.5 Simulasi Hasil Distribusi Temperatur saat Proses Penekanan

Telah dilakukan simulasi numerik untuk melihat kontur distribusi temperatur cairan logam saat proses penekanan (squeeze) yang diperlihatkan dalam bentuk kontur 2 dimensi terhadap bidang x-z. Analisa hasil simulasi dilakukan saat cairan logam telah menerima beban hingga mencapai tekanan yang diinginkan dan penekanan dilakukan saat cairan logam berada pada suhu 660^oC.

Dalam hal ini tekanan yang dicapai yaitu 25MPa, 30MPa, 35MPa, 40MPa, dan 45MPa dan ditahan selama 30 detik. Simulasi dilakukan dalam interval waktu 5 detik, 10 detik, 15 detik, 20 detik, 25 detik, dan 30 detik. Hasilnya adalah sebagai berikut:

a. Distribusi temperatur pada tekanan 25MPa.

Gambar 4.9 Distribusi temperatur pada saat penekanan 25MPa (a)5 detik, (b)10 detik, (c)15 detik, (d)20 detik, (e)25 detik, dan (f)30 detik.

Hasil yang diperoleh adalah berupa kontur distribusi temperatur yang ditunjukkan oleh warna-warna yang menunjukkan besarnya temperatur yang dihasilkan simulasi.Warna merah menunjukkan daerah bertemperatur maksimum dan warna biru menunjukkan daerah bertemperatur minimum.

Temperatur maksimum terjadi pada waktu 5 detik dimana pada coran bagian bawah memiliki distribusi temperatur tertinggi yang berkisar 628^oC hingga

(a) (b)

(e) (f)

647^oC seperti ditunjukkan pada Gambar 4.9(a). Temperatur pada masing-masing titik pengukuran ditunjukkan oleh tabel 4.5.

Tabel 4.5 Distribusi temperatur pada saat penekanan 25MPa berdasarkan titik pengukuran.

Waktu

(detik) Bagian Distribusi Temperatur (^oC) Rata-rata (^oC)

Berdasarkan tabel 4.5 distribusi temperatur pada bagian atas waktu penekanan 30 detik memiliki kecenderungan suhu yang lebih tinggi, hal ini disebabkan karena koefisien perpindahan panas mencapai nilai maksimum pada waktu 30 detik akibat cairan logam bersentuhan dengan die punch dan distribusi penekanan lebih terkonsentrasi pada bagian atas. Grafik distribusi temperatur ditunjukkan oleh gambar 4.10.

Gambar 4.10 Grafik distribusi temperatur v.s bagian coran tekanan 25MPa.

Gambar 4.10 memperlihatkan distribusi temperatur coran aluminium A356 pada tiap bagian. Terlihat bahwa temperatur tertinggi didapat pada waktu 20 detik yaitu 642^oC pada bagian atas yang disebabkan karena partikel yang ada dalam energi kalor megalami kecenderungan untuk bergerak (vibrasi) akibat penekanan sehingga menimbulkan penambahan energi dalam dan menyebabkan peningkatan temperatur, sedangkan yang mempunyai temperatur rendah pada waktu 30 detik sebesar 606^oC pada bagian bawah. Hal ini disebabkan karena cairan logam mengalami kehilangan panas akibat bersentuhan dengan dinding cetakan dan mengalami perpindahan panas. Semakin lama logam dalam keadaan cair akan meningkatkan waktu pembekuan. Semakin cepat cairan logam mengeras akan menurunkan waktu pembekuan [16].

b. Distribusi temperatur pada tekanan 30MPa.

Gambar 4.11 Distribusi temperatur pada saat penekanan 30MPa (a)5 detik, (b)10 detik, (c)15 detik, (d)20 detik, (e)25 detik, dan (f)30 detik.

Hasil yang diperoleh adalah berupa kontur distribusi temperatur yang ditunjukkan oleh warna-warna yang menunjukkan besarnya temperatur yang dihasilkan simulasi.Warna merah menunjukkan daerah bertemperatur maksimum dan warna biru menunjukkan daerah bertemperatur minimum.

Temperatur maksimum terjadi pada waktu 5 detik dimana pada coran bagian tengah dan bawah memiliki distribusi temperatur tertinggi yang berkisar

(a) (b)

(e) (f)

627^oC hingga 648^oC seperti ditunjukkan pada Gambar 4.11(a). Temperatur pada masing-masing titik pengukuran ditunjukkan oleh tabel 4.6.

Tabel 4.6 Distribusi temperatur pada saat penekanan 30MPa berdasarkan titik pengukuran.

Waktu

(detik) Bagian Distribusi Temperatur (^oC) Rata-rata (^oC)

Tabel 4.6 memperlihatkan hasil simulasi berupa distribusi temperatur pada 9 titik pengukuran. Grafik distribusi temperatur ditunjukkan oleh gambar 4.12.

Gambar 4.12 Grafik distribusi temperatur v.s bagian coran tekanan 30MPa.

Gambar 4.12 memperlihatkan distribusi temperatur coran aluminium A356 pada tiap bagian. Terlihat bahwa temperatur tertinggi didapat pada waktu 5 detik yaitu 641ôC pada bagian atas dan bawah. Pada nilai temperatur yang tinggi, molekul dalam cairan logam mengandung gas yang bergerak memutar dengan lebih cepat, lebih sering berbenturan, dan lebih tinggi kecepatannya. Dalam kasus ini volume molekul atau struktur partikel menjadi kecil dan halus, maka temperatur akan mengalami penurunan suhu ynag lama. Sedangkan yang mempunyai temperatur rendah pada waktu 30 detik sebesar 606ôC pada bagian bawah. Pada saat pengukuran waktu 15 detik mengalami penurunan temperatur yang drastis pada bagian tengah coran, hal ini disebabkan karena terjadinya peningkatan laju pendinginan material coran pada suhu 601ôC, yang disebabkan volume pada partikel membesar sehingga terjadi penurunan suhu [10].

580

c. Distribusi temperatur pada tekanan 35MPa.

Gambar 4.13 Distribusi temperatur pada saat penekanan 35MPa (a)5 detik, (b)10 detik, (c)15 detik, (d)20 detik, (e)25 detik, dan (f)30 detik.

Hasil yang diperoleh adalah berupa kontur distribusi temperatur yang ditunjukkan oleh warna-warna yang menunjukkan besarnya temperatur yang dihasilkan simulasi.Warna merah menunjukkan daerah bertemperatur maksimum dan warna biru menunjukkan daerah bertemperatur minimum.

Temperatur maksimum terjadi pada waktu 5 detik dimana pada coran bagian atas memiliki distribusi temperatur tertinggi yang berkisar 642^oC seperti

(a) (b)

(e) (f)

ditunjukkan pada Gambar 4.13(a). Temperatur pada masing-masing titik pengukuran ditunjukkan oleh tabel 4.7.

Tabel 4.7 Distribusi temperatur pada saat penekanan 35MPa berdasarkan titik pengukuran.

Waktu

(detik) Bagian Distribusi Temperatur (^oC) Rata-rata (^oC)

Tabel 4.7 memperlihatkan hasil simulasi berupa distribusi temperatur pada 9 titik pengukuran. Grafik distribusi temperatur ditunjukkan oleh gambar 4.14.

Gambar 4.14 Grafik distribusi temperatur v.s bagian coran tekanan 35MPa.

Gambar 4.14 memperlihatkan distribusi temperatur coran aluminium A356 pada tiap bagian. Terlihat bahwa temperatur tertinggi didapat pada waktu 5 detik yaitu 636^oC pada bagian bawah. Pada nilai temperatur yang tinggi, molekul dalam cairan logam mengandung gas yang bergerak memutar dengan lebih cepat, lebih sering berbenturan, dan lebih tinggi kecepatannya. Dalam kasus ini volume molekul atau struktur partikel menjadi kecil dan halus, maka temperatur akan mengalami penurunan suhu yang lambat. Sedangkan yang mempunyai temperatur rendah pada waktu 30 detik sebesar 606^oC pada bagian bawah. Perubahan temperatur sangat signifikan pengaruhnya terhadap kekerasan produk hasil direct squeeze casting. Hal ini menyebabkan pembekuan terjadi dengan laju pendinginan yang lebih besar [10].

580 590 600 610 620 630 640

5 10 15 20 25 30

Temperatur (oC)

Waktu (detik)

Tekanan 35MPa

Atas Tengah Bawah

d. Distribusi temperatur pada tekanan 40MPa.

Gambar 4.15 Distribusi temperatur pada saat penekanan 40MPa (a)5 detik, (b)10 detik, (c)15 detik, (d)20 detik, (e)25 detik, dan (f)30 detik.

Hasil yang diperoleh adalah berupa kontur distribusi temperatur yang ditunjukkan oleh warna-warna yang menunjukkan besarnya temperatur yang dihasilkan simulasi.Warna merah menunjukkan daerah bertemperatur maksimum dan warna biru menunjukkan daerah bertemperatur minimum.

Temperatur maksimum terjadi pada waktu 5 detik dimana pada coran bagian atas dan tengah memiliki distribusi temperatur tertinggi yang berkisar

(a) (b)

(e) (f)

647^oC seperti ditunjukkan pada Gambar 4.15(a). Temperatur pada masing-masing titik pengukuran ditunjukkan oleh tabel 4.8.

Tabel 4.8 Distribusi temperatur pada saat penekanan 40MPa berdasarkan titik pengukuran.

Waktu

(detik) Bagian Distribusi Temperatur (^oC) Rata-rata (^oC)

Tabel 4.8 memperlihatkan hasil simulasi berupa distribusi temperatur pada 9 titik pengukuran. Grafik distribusi temperatur ditunjukkan oleh gambar 4.16.

Gambar 4.16 Grafik distribusi temperatur v.s bagian coran tekanan 40MPa.

Gambar 4.16 memperlihatkan distribusi temperatur coran aluminium A356 pada tiap bagian. Terlihat bahwa temperatur tertinggi didapat pada waktu 5 detik yaitu 640,67^oC pada bagian bawah, sedangkan yang mempunyai temperatur rendah pada waktu 30 detik sebesar 606^oC pada bagian atas. Volume, temperatur, dan tekanan memiliki hubungan yang sangat dekat. perubahan pada salah satunya akan mengakibatkan perubahan pada yang lain. Temperatur adalah ukuran panas dingin suatu zat. Saat zat cair dipanaskan dengan volume tetap, tekanannya meningkat. Hal ini dikarenakan molekul dalam gas bergerak memutar dengan lebih cepat, lebih sering berbenturan, dan lebih tinggi kecepatannya. Jika volume gas dikurangi atau partikel mengecil, temperatur dan tekanan gas akan meningkat.

Hal ini yang menyebabkan tekanan menjadi naik karena molekul bertabrakan lebih sering. Pembebanan pada punch mesin squeeze menyebabkan temperatur meningkat karena molekul gas bergerak dengan lebih cepat. Begitu juga sebaliknya, temperatur menurun karena molekul gas tidak mengalami pergerakan dan mengalami pembesaran volume [19].

e. Distribusi temperatur pada tekanan 45MPa.

Gambar 4.17 Distribusi temperatur pada saat penekanan 45MPa (a)5 detik, (b)10 detik, (c)15 detik, (d)20 detik, (e)25 detik, dan (f)30 detik.

Hasil yang diperoleh adalah berupa kontur distribusi temperatur yang ditunjukkan oleh warna-warna yang menunjukkan besarnya temperatur yang dihasilkan simulasi.Warna merah menunjukkan daerah bertemperatur maksimum dan warna biru menunjukkan daerah bertemperatur minimum.

Temperatur maksimum terjadi pada waktu 5 detik dimana pada coran bagian tengah dan bawah memiliki distribusi temperatur tertinggi yang berkisar

(a) (b)

(e) (f)

642^oC seperti ditunjukkan pada Gambar 4.17(a). Temperatur pada masing-masing titik pengukuran ditunjukkan oleh tabel 4.9.

Tabel 4.9 Distribusi temperatur pada saat penekanan 45MPa berdasarkan titik pengukuran.

Waktu

(detik) Bagian Distribusi Temperatur (^oC) Rata-rata (^oC)

Tabel 4.9 memperlihatkan hasil simulasi berupa distribusi temperatur pada 9 titik pengukuran. Grafik distribusi temperatur ditunjukkan oleh gambar 4.18.

Gambar 4.18 Grafik distribusi temperatur v.s bagian coran tekanan 45MPa.

Gambar 4.18 memperlihatkan distribusi temperatur coran aluminium A356 pada tiap bagian. Terlihat bahwa temperatur tertinggi didapat pada waktu 10 detik yaitu 636^oC pada bagian tengah dan bawah, sedangkan yang mempunyai temperatur rendah pada waktu 30 detik sebesar 606^oC pada bagian bawah.

Struktur silikon yang berbentuk serpih terlihat semakin kasar secara signifikan seiring dengan peningkatan temperatur cetakan. Pengkasaran struktur silikon ini disebabkan semakin tinggi temperatur cetakan maka perbedaan atau gradien dengan temperatur logam cair semakin rendah yang mengakibatkan laju pembekuan yang semakin lambat [15].

4.6 Simulasi Hasil Distribusi Tekanan saat Proses Penekanan

Telah dilakukan simulasi numerik untuk melihat kontur distribusi tekanan cairan logam saat proses penekanan (squeeze) yang diperlihatkan dalam bentuk kontur 2 dimensi terhadap bidang x-z. Analisa hasil simulasi dilakukan saat cairan logam telah menerima beban hingga mencapai tekanan yang diinginkan dan penekanan dilakukan saat cairan logam berada pada suhu 660^oC. Dalam hal ini tekanan yang dicapai yaitu 25MPa, 30MPa, 35MPa, 40MPa, dan 45MPa dan ditahan selama 30 detik. Simulasi dilakukan dalam interval waktu 5 detik, 10 detik, 15 detik, 20 detik, 25 detik, dan 30 detik. Hasilnya adalah sebagai berikut:

590

a. Distribusi tekanan pada tekanan 25MPa.

Gambar 4.19 Distribusi tekanan pada saat penekanan 25MPa (a)5 detik, (b)10 detik, (c)15 detik, (d)20 detik, (e)25 detik, dan (f)30 detik.

Tekanan maksimum terjadi pada waktu 5 detik dimana pada coran bagian atas memiliki distribusi tekanan tertinggi yang berkisar 25,0829MPa seperti ditunjukkan pada Gambar 4.19(a). Tekanan pada masing-masing titik pengukuran ditunjukkan oleh tabel 4.10.

(a) (b)

(e) (f)

Tabel 4.10 Distribusi tekanan pada saat penekanan 25MPa berdasarkan titik pengukuran.

Waktu

(detik) Bagian Distribusi Temperatur (^oC) Rata-rata (^oC)

Kiri Tengah Kanan

Atas 25,0829 25,0929 25,0829 25,0862 Tengah 24,9996 24,9996 24,9996 24,9996 Bawah 25,0829 24,9996 25,0829 24,0551

Atas 25,0212 25,0212 25,0829 25,0417 Tengah 24,9985 24,9985 24,9985 25,9985 Bawah 25,0212 25,0212 25,0212 25,0212

Atas 25,0161 25,0161 25,0212 25,0178 Tengah 24,9957 24,9957 24,9957 24,9957 Bawah 25,0161 25,0161 25,0161 25,0161

Atas 25,0075 25,0075 25,0161 25,0103 Tengah 25,0075 25,0075 24,9837 24,9995 Bawah 25,0075 25,0075 25,0075 25,0075

Atas 25,0041 25,0041 25,0075 25,0052 Tengah 25,0041 24,9471 24,9471 24,9961 Bawah 25,0041 25,0041 25,0041 25,0041

Atas 25,0024 25,0024 25,0041 25,0029 Tengah 25,0024 24,9123 24,9123 24,9423 Bawah 25,0024 25,0024 25,0024 25,0024 Tabel 4.10 memperlihatkan hasil simulasi berupa distribusi tekanan pada 9 titik pengukuran. Grafik distribusi tekanan ditunjukkan oleh gambar 4.20.

Gambar 4.20 Grafik distribusi tekanan v.s bagian coran tekanan 25MPa.

Gambar 4.20 memperlihatkan distribusi tekanan coran aluminium A356 pada tiap bagian. Terlihat bahwa pada waktu 5 detik tekanan pada coran mulai sudah terdistribusi dengan merata dengan tekanan tertinggi sebesar 25,0862MPa pada bagian atas. Pada waktu 30 detik tekanan sudah terdistribusi secara keseluruhan pada tiap bagian akan tetapi konsentrasi tekanan menurun dengan nilai tekanan terendah 24,9423MPa pada bagian tengah. Distribusi tekanan spesimen bagian tengah pada temperatur cetakan 300°C lebih kecil dibandingkan pada bagian atas dan bawah.

Dari hasil ini pengaruh struktur mikro sangat signifikan terhadap tekanan pada cairan logam, struktur silikon semakin kasar atau jarak dendrit sekunder yang semakin besar akibat pengaruh temperatur cairan logam pada bagian tengah mengakibatkan kekerasan yang rendah. Kenyataan ini menunjukkan bahwa perubahan temperatur cetakan sangat signifikan pengaruhnya terhadap kekerasan produk hasil squeeze casting. Hal ini disebabkan semakin tinggi temperatur

Dalam dokumen ANALISA DISTRIBUSI TEMPERATUR DAN TEKANAN PADA METODE PENGECORAN SQUEEZE CASTING MENGGUNAKAN METODE COMPUTATIONAL FLUID DYNAMIC (CFD) SKRIPSI (Halaman 74-0)