BAB III METODOLOGI
3.1 Perencanaan Cetakan 3.1.1 Bahan pola
Pembuatan pola merupakan langkah awal untuk membuat cetakan yang digunakan untuk menuang cairan logam. Pola yang digunakan adalah pola kayu. Pola kayu dipilih karena cepat pembuatannya, pengolahannya mudah dan biayanya murah. Macam-macam kayu yang dipakai untuk pola ialah kayu seru, kayu aras, kayu pinus, kayu jelutung, kayu mahoni, kayu jati dan lain-lain. Pemilihan kayu sebagai bahan pola dipengaruhi oleh beberapa faktor yaitu :
• Ringan
• Mudah dibentuk
• Tidak keras
• Tidak bengkok apabila kering
• Mudah didapat
• Harga beli terjangkau
Dari faktor diatas diambil kesimpulan bahan pola diambil dari kayu jelutung dikarenakan karakteristik kayu jelutung memenuhi faktor-faktor diatas dapat dilihat pada tabel 3.1
Karakteristik Berat jenis kering udara Keteguhan lentur mutlak 2 (kg/cm ) Keteguhan tekan mutlak 2 (kg/cm) Pori-pori (diameter)
Serat Kadar air
Kayu jelutung
< 0,30 < 360 < 215 < 0,1mm Lurus 25%-30%
Tabel 3.1 Karakteristik kayu jelutung
(Sumber : data survey)
3.1.2 Jenis pola
Jenis pola yang dipilih dalam pembuatan worm screw ini adalah pola belah. Pola belah ini terdiri dari dua bagian yakni bagian atas yang disebut dengan kup dan bagian bawah disebut dengan drag.
Gambar 3.1 Pola kup (bagian atas) dan drag (bagian bawah)
3.1.3 Bahan tambahan
Pola yang telah dibentuk biasanya difinishing dengan menggunakan kertas pasir no. 1000 agar permukaannya lebih halus. Hal ini untuk mencegah agar serat kayu tidak lengket dengan pasir yang dapat merusak cetakan. Dan untuk menutupi pori-pori dari kayu maka pola diolesi dengan cat dempul jenis epoxy.
3.2 Penentuan Tambahan Penyusutan
Karena coran menyusut pada saat pembekuan dan pendinginan maka perlu dipersiapkan penambahan untuk penyusutan. Besarnya penyusutan sering tidak isotropis sesuai dengan bahan coran, bentuk tempat, tebal atau ukuran coran dan kekutatan inti. Tabel 3.2 di bawah ini menunjukkan harga-harga angka penambahan penyusutan.
Tabel 3.2 Tambahan penyusutan yang disarankan
Tambahan Penyusutan
Bahan
8/1000 Besi cor, baja cor tipis
9/1000 Besi cor , baja cor tipis yang banyak menyusut 10/1000 Sama dengan yang diatas dan alumunium
12/1000 Paduan alumunium, brons, baja cor, (tebal 5 - 7 mm) 14/1000 Kuningan kekuatan tinggi, baja cor
16/1000 Baja cor (tebal lebih dari 10 mm) 20/1000 Coran baja yang besar
25/1000 Coran baja besar dan tebal
(Sumber : Tata Surdia M.S, Kenji Chijiiwa, 1986, hal 52)
Tambahan penyusutan pada perancangan pola worm screw ini berdasarkan table 3.2 di atas. Maka pada perancangan pola worm screw ini diambil bahan baja coran yang besar denga bahan tambahan penyusutan 20/1000.
3.2.1 Penentuan Penambahan Penyelesaian Mesin
Bagian dimana diperlakukan penyelesaian mesin setelah pengecoran harus dibuat dengan kelebihan tebal seperlunya. Kelebihan tebal (penambahan) ini berbeda menurut bahan, ukuran arah kup dan drag serta keadaan pekerjaan mekanik seperti ditunjukkan pada gambar dibawah ini.
Gambar 3.2 Tambahan penyelesaian mesin untuk coran baja (Sumber : Tata Surdia M.S, Kenji Chijiiwa, 1986, hal 53)
Dengan mempertimbangkan ukuran coran maksimal pada pola worm screw
yakni 280 mm maka tambahan untuk permukaan kup 7 mm, tambahan untuk drag dan permukaan samping 5 mm dan untuk tambahan pengerjaan mesin kasar 2 mm.
3.3 Ukuran Pola
Setelah penentuan tambahan tersebut maka hal yang harus dilakukan pada pembuatan pola adalah menentukan ukuran pola melalui perhitungan dengan memperhitungkan ukuran gambar rancangan dengan nilai penyusutan dan tambahan permesinan. Berikut merupakan perhitungan ukuran pola dari WormScrew dengan nilai penyusutan dan tambahan permesinan. Gambar 3.3 menunjukkan ukuran Worm Screw.
Gambar 3.3 Ukuran worm screw
Ulir yang terdapat pada worm screw ini termasuk jenis ulir trapesium. Gambar detail ulir worm screw dapat dilihat pada gambar 3.4
Gambar 3.4 detail dari ulir worm screw
Dimana : D0 = diameter luar Dp = diameter pitch Di = diameter dalam ht = tinggi ulir
Dp = D0 – 0,5p – 0,1 (literatur 2 hal 671)
Rumus berlaku bila D0 dan P dalam satuan inchi Dimana :
P = jarak antara ulir pada titik atau bagian yang sama Prata-rata = 205 mm = 8,070 inchi
D0 = diameter worm screw 305 mm = 12,01 inchi Maka :
Dp = 12,01 – 0,5 (8,070) – 0,1 Dp = 7,875 inchi = 200 mm = 20 cm
Diameter poros ulir (root) ulir = 110 mm Maka tinggi ulir :
ht = 2 i o D D − ht = 2 110 305− ht = 97,5 mm
untuk sudut kemiringan ulir (α)
α = − p D L . tan 1 π (literatur 2 hal 672) L = m x p
Ulir ini termasuk ulir L alur, maka m = 1 Sehingga:
α = − 200 . 205 tan 1 π = 18,08 0
sudut kemiringan alur (θn)
θn = tan-1(cos α tan (β/2)) (literatur 2 hal 674)
dan untuk ulir berpuncak β = 290
(literatur 2 hal 669)
Maka :
θn = tan-1(cos α tan (β/2))
θn = tan-1 (cos 18,080 . tan 290)
θn = 13,810
Dan untuk menghitung ukuran pola maka poros dibedakan menjadi 4 bagian utama.
Gambar 3.5 Pembagian poros untuk perhitungan ukuran pola
Dimensi pola poros dari kup adalah : • Panjang pola untuk poros :
Lp =
(
L +(
TPs . L)
+ TPm + TPk)
• Diameter pola untuk poros :Dp =
(
D +(
TPs . D)
+ TPm + TPk)
Dimana : Lp= Panjang pola untuk poros Dp= Diameter pola untuk poros L = Panjang poros yang dirancang
D= Diameter poros yang dirancang
TPs = Tambahan penyusutan yang disarankan
TPm = Tambahan untuk pengerjaan mesin yang kasar TPk = Tambahan untuk permukaan kup
• Poros 1 Panjang = .115 2 7 126,3mm 1000 20 115 = + + + Diameter = .81 2 7 91,62mm 1000 20 81 = + + + • Poros 2 Panjang = .55 2 7 65,1mm 1000 20 55 = + + + • Poros 3 Panjang = .392,5 2 7 409,35mm 1000 20 5 , 392 = + + + Diameter = .55 2 7 65,1mm 1000 20 55 = + + + • Poros 4 Panjang = .37,5 2 7 47,25mm 1000 20 5 , 37 = + + + Diameter = .40 2 7 49,80mm 1000 20 40 = + + +
Dimensi pola daun untuk kup adalah : • Tinggi pola untuk daun :
tp =
(
t +(
TPs . t)
+ TPm + TPk)
• Lebar pola untuk daun :Dimana : tp= Tinggi Pola untuk daun lp= Lebar Pola untuk daun t= Tinggi daun yang dirancang l= Lebar daun yang dirancang
TPs = Tambahan penyusutan yang disarankan
TPm = Tambahan untuk pengerjaan mesin yang kasar TPd = Tambahan untuk permukaan drag
• Daun 1 Tinggi = .152,5 2 7 162,55mm 1000 20 5 , 152 = + + + Lebar = .28 2 7 37,56mm 1000 20 28 = + + + • Daun 2 Tinggi = .153,5 2 7 165,57mm 1000 20 5 , 153 = + + + Lebar = .28 2 7 37,56mm 1000 20 28 = + + + Jarak 1-2 = 235,24mm 2 28 56 , 37 2 28 56 , 37 240 . 1000 20 240 = − − − − + • Daun 3 Tinggi = .153,5 2 7 165,57mm 1000 20 5 , 153 = + + + Lebar = .36 2 7 45,72mm 1000 20 36 = + + + Jarak 2-3 = 204,56mm 2 28 72 , 45 2 28 56 , 37 210 . 1000 20 210 = − − − − +
• Daun 4 Tinggi = .153,5 2 7 165,57mm 1000 20 5 , 153 = + + + Lebar = .42 2 7 51,84mm 1000 20 42 = + + + Jarak 3-4 = 189,12mm 2 42 84 , 51 2 36 72 , 45 195 . 1000 20 195 = − − − − + • Daun 5 Tinggi = .153,5 2 7 165,57mm 1000 20 5 , 153 = + + + Lebar = .50 2 7 60mm 1000 20 50 = + + + Jarak 4-5 = 188,98mm 2 50 60 2 36 84 , 51 195 . 1000 20 195 = − − − − +
Dimensi pola poros dari drag adalah : • Panjang pola untuk poros :
Lp =
(
L +(
TPs . L)
+ TPm + TPd)
• Diameter pola untuk poros :
Dp =
(
D +(
TPs . D)
+ TPm + TPd)
Dimana : Lp = Panjang pola untuk poros Dp= Diameter pola untuk poros
L = Panjang poros yang dirancang D= Diameter poros yang dirancang
TPs = Tambahan penyusutan yang disarankan TPm = Tambahan untuk pengerjaan mesin yang kasar
TPd = Tambahan untuk permukaan drag • Poros 1 Panjang = .115 2 5 124,3mm 1000 20 115 = + + + Diameter = .81 2 5 89,62mm 1000 20 81 = + + + • Poros 2 Panjang = .55 2 5 63,1mm 1000 20 55 = + + + • Poros 3 Panjang = .392,5 2 5 407,35mm 1000 20 5 , 392 = + + + Diameter = .55 2 5 63,1mm 1000 20 55 = + + + • Poros 4 Panjang = .37,5 2 5 45,25mm 1000 20 5 , 37 = + + + Diameter = .40 2 5 47,80mm 1000 20 40 = + + +
Dimensi pola daun dari drag adalah : • Tinggi pola untuk daun :
tp =
(
t +(
TPs . t)
+ TPm + TPd)
• Lebar pola untuk daun :lp =
(
l +(
TPs . l)
+ TPm + TPd)
Dimana : tp= Tinggi Pola untuk daun lp= Lebar Pola untuk daun
t = Tinggi daun yang dirancang l = Lebar daun yang dirancang
TPs = Tambahan penyusutan yang disarankan
TPm = Tambahan untuk pengerjaan mesin yang kasar TPd = Tambahan untuk permukaan drag
• Daun 1 Tinggi = .152,5 2 5 162,55mm 1000 20 5 , 152 = + + + Lebar = .4 2 5 11,08mm 1000 20 4 = + + + • Daun 2 Tinggi = .153,5 2 5 163,57mm 1000 20 5 , 153 = + + + Lebar = .28 2 5 35,56mm 1000 20 28 = + + + Jarak 1-2 = 223,2mm 2 28 56 , 37 2 4 08 , 11 226 . 1000 20 240 = − − − − + • Daun 3 Tinggi = .153,5 2 5 163,57mm 1000 20 5 , 153 = + + + Lebar = .28 2 5 35,56mm 1000 20 28 = + + + Jarak 2-3 = 237,24mm 2 28 56 , 35 2 28 56 , 35 240 . 1000 20 210 = − − − − + • Daun 4 Tinggi = .153,5 2 5 163,57mm 1000 20 5 , 153 = + + +
Lebar = .36 2 5 43,72mm 1000 20 36 = + + + Jarak 3-4 = 206,56mm 2 36 72 , 43 2 28 56 , 35 210 . 1000 20 210 = − − − − + • Daun 5 Tinggi = .153,5 2 5 163,57mm 1000 20 5 , 153 = + + + Lebar = .42 2 7 49,84mm 1000 20 42 = + + + Jarak 4-5 = 191,12mm 2 42 84 , 49 2 36 72 , 43 195 . 1000 20 195 = − − − − +
Maka dimensi total dari pola poros pada kup dan drag adalah :
• Panjang total pola poros : PT = Pk + Pd • Diameter total pola poros : DT = Dk + Dd
Dimana : PT = Panjang total poros
DT= Diameter total poros
Pk= Panjang poros untuk kup
Pd= Panjang poros untuk drag
Dk= Diameter poros untuk kup
Dd= Diameter poros untuk drag
• Poros 1
Panjang = 126,3 mm + 124,3 mm = 250,6 mm Diameter = 91,62 mm + 89,62 = 181,24 mm
• Poros 2
• Poros 3 Panjang = 409,35 mm + 407,35 mm = 816,7 mm Diameter = 65,1 mm + 63,1 mm = 128,2 mm • Poros 4 Panjang = 47,25 mm + 45,25 mm = 92,5 mm Diameter = 49,8 mm + 47,8 mm = 97,6 mm
Dari perhitungan keseluruhan maka diperoleh ukuran untuk pola worm screw
pada gambar di bawah ini:
Gambar 3.6 Ukuranpola worm screw
3.4 Sistem Saluran 3.4.1 Saluran turun
Saluran turun adalah saluran yang pertama membawa cairan logam dari cawan tuang kedalam pengalir dan saluran masuk. Dalam menentukan saluran turun kita harus terlebih dahulu menentukan berat dari benda coran yang akan kita buat karena penentuan saluran didasarkan pada berat dari coran tersebut.
volume coran = volume coran poros + volume coran daun – volume inti berat coran = volume coran x berat jenis baja cor
dimana :
ρ = massa jenis (7800 kg/m3
γ= berat jenis = ρ . g = 76518 N/m3 Maka volume poros pada coran adalah :
• Poros 1 Vp1= 4 π .D2.1 Vp1= 4 π .(0,18124)2. 0,2506 Vp1 = 0,035686 m3 • Poros 2 Vp2= 4 .l π .(R2+r2+Rr) Vp2= 4 .l π .(0,090622+0,06412+0,09062 x 0,0641) Vp2 = 0,00476 m3 • Poros 3 Vp3 = 4 π .D2.1 Vp3 = 4 π .(0,1282)2. 0,8167 Vp3 = 0,082265 m3 • Poros 4 Vp4= 4 π .D2.1 Vp4= 4 π .(0,0976)2. 0,0925 Vp4 = 0,007093 m3
Sehingga volume total poros adalah : V tot = V p1 + V p2 + V p3 + V p4
V tot = 0,035686 m3 + 0,00476 m3 + 0,082265 m3 + 0,007093 m3
V tot = 0,129804 m3
Untuk menghitung berat daun maka dibagi menjadi beberapa bagian untuk memudahkan perhitungan.
Gambar 3.7 Pembagian daun untuk perhitungan daun
Volume Daun : + 2 2 1 X X .L.t Dimana :
X1 = lebar pola daun kup X2 = lebar pola daun drag L = Panjang daun t = Tinggi daun • Daun 1 Bagian 1 Vd1 = + 2 0,01108 0,03756 .0,07293 . 0.3271 Vd1 = 0,000580 m3
Bagian 2 Vd2 = + 2 0,03656 03756 0, .0,10047 . 0,32914 Vd2 = 0,001225 m3 • Daun 2 Bagian 1 Vd3 = + 2 0,033756 0,03656 . 0,10047 . 0,32914 Vd3 = 0,001162 m3 Bagian 2 Vd4 = + 2 0,03656 0,03756 . 0,10047 . 0,32914 Vd4 = 0,001225 m3 • Daun 3 Bagian 1 Vd5 = + 2 0,04572 0,03656 . 0,10047 . 0,32914 Vd5 = 0,001360 m3 Bagian 2 Vd6 = + 2 0,04372 0,04572 . 0,10047 . 0,32914 Vd6 = 0,001478 m3
• Daun 4 Bagian 1 Vd7 = + 2 0,05181 0,04372 . 0,10047 . 0,32914 Vd7 = 0,001579 m3 Bagian 2 Vd8 = + 2 0,04984 0,05181 . 0,10047 . 0,32914 Vd8 = 0,001680 m3 • Daun 5 Bagian 1 Vd9 = + 2 0,060 0,004984 . 0,10047 . 0,32914 Vd9 = 0,001074 m3
Sehingga volume daun total adalah :
Vtot = Vdl + Vd2 + Vd3 + Vd5 + Vd6 + Vd7 + Vd8 + Vd9
Vtot = 0,000580 m3 + 0,0.001225 m3 + 0,001162 m3 + 0,001225 m3 +
0,001360 m3 + 0,001478 m3 + 0,001579 m3 + 0,001680 m3 + 0,001074 m3
Vtot = 0,011363 m3
Dimana volume pasak (Vpasak ) = 128 . 28 . 8
= 41440 mm3 Untuk volume dari inti coran adalah :
Vinti =
4
π
Berat coran Diameter Ukuran pengalir Ukuran saluran masuk Berat coran
(kg) Diameter saluran turun (mm)
Pengalir
tunggal berganda Pengalir Saluran masuk tunggal
Saluran masuk berganda
Saluran
masuk tiga Saluran masuk empat 50-100 30 20 x 20 15 x 15 90 x 6 45 x 6 30 x 6 25 x 6 100-200 35 30 x 30 22 x 22 100 x 7 50 x 7 35 x 7 25 x 7 200-400 40 35 x 35 25 x 25 - 60 x 8 40 x 8 30 x 8 400-800 50 40 x 40 30 x 30 - 75 x 10 50 x 10 40 x 10 800-1000 60 50 x 50 35 x 35 - 90 x 12 60 x 12 45 x 12 1000-3200 75 60 x 60 45 x 45 - - 70 x 15 60 x 15 Vinti = 1922419,05 + 2 . 41440 = 2005299,05 x 10-9 mm3 = 0,002005299 m3 Maka volume coran keseluruhan adalah :
Vtot = Vtot poros + Vtot daun - Vtot inti
Vtot = 0,129804 m3 + 0,011363 m3 - 0,002005299 m3
Vtot = 0,139161701 m3
Maka berat coran adalah :
berat coran = volume coran x berat jenis baja cor
berat coran = 0,139161701 m3 x 76518 N/ m3 = 10648,37504 N Berat coran = 10648,3750 4 N = 1085,461268 kgf
9,81
Berdasarkan berat dari coran di atas dapat diperoleh ukuran dari saluran turun pada tabel 3.3 dibawah ini :
Tabel 3.3 Contoh ukuran dari saluran turun, pengalir dan saluranmasuk untuk coran besi cor.
(Sumber : Tata Surdia M.S, Kenji Chijiiwa, 1986, hal 72)
Berat coran Worm Screw yaitu 1085,461268 kgf. Maka dari tabel didapat diameter saluran turun yaitu 75 mm. Tinggi saluran turun adalah 10d = 750 mm
Gambar 3.8 Saluran Turun
Pada coran logam penentuan luas saluran masuk dan turun berdasarkan pada perbandingan yakni : Luas saluran turun : luas pengalir : luas saluran masuk = 1 : (1,5 - 2) : (2 - 4). Pada perencanaan sistem saluran ini diambil perbandingan untuk ketiganya yaitu sebesar 1 : 2 : 4, sehingga didapat :
• Luas saluran turun = π/4 dst2 = π/4 (75)2 = 4415,625 mm2
• Luas pengalir = 2 x Luas saluran turun = 2 x 4415,625 mm2 = 8831,25 mm2
• Luas saluran masuk = 4 x Luas saluran turun = 4 x 4415,625 mm2 = 17662,5 mm2
Dalam hal ini luas saluran turun harus lebih besar dari luas nozel dari ladel untuk mencegah meluapnya logam cair, dan luas pengalir dibuat lebih besar dari pada luas saluran turun dan saluran masuk lebih besar dari luas saluran pengalir. Hal ini untuk memudahkan aliran logam cair masuk kedalam cetakan.
3.4.2 Cawan tuang
Cawan tuang biasanya cawan tuang atau corong dengan saluran tuang dibawahnya. Cawan tuang harus mempunyai konstruksi yang dapat menyaring kotoran atau trak yang terdapat dalam logam cair dari ladel. Oleh karena itu cawan tuang tidak
boleh terlalu dangkal. Ukuran cawan tuang yang biasanya dipergunakan dapat dilihat dari gambar dibawah ini.
Gambar 3.9 Ukuran cawan tuang (Sumber : Tata Surdia M.S, Kenji Chijiiwa, 1986, hal 66)
Sebaliknya kalau terlalu dalam cawan tuang akan terlalu banyak sehingga tidak ekonomis.
• Panjang = 6d + 0,5d + d + d + 1,5 . d Dimana :
d adalah diameter saluran turun = 75 mm dari tabel 3.2
• Panjang = (6 . 75 + 0,5 . 75 + 75 + 75 +1,5 . 75) mm Panjang = 487,5 mm
• Lebar = 4 . d Lebar = (4 . 75)mm Lebar = 300 mm
• Kedalaman : - yang terdalam = 5 . d = (5 . 75) mm = 375 mm - yang terdangkal = 4,5 . d = (4,5 . 75)mm = 337,5 mm
3.4.3 Sistem pengalir
Sistem pengalir biasanya mempunyai irisan seperti trapesium atau setengah lingkaran. Pengalir lebih baik sebesar mungkin untuk melambatkan pendinginan logam cair, akan tetapi jika terlalu besar akan tidak ekonomis. Pada perencanaan ini pengalir dibuat berbentuk trapesium dengan perbandingan ukuran seperti pada gambar berikut,
Luas pengalir = 8831,25 mm2.
Gambar 3.10 Sistem pengalir Dari gambar dapat dihitung ukuran penampang pengalir yaitu :
Ap = A . (A – 3) + 2 2 1 (A + 3) = 8831,25 mm2 A2 = 8831,25 mm2 A = 8831,25 = 93,9 m 3.4.4 Saluran masuk
Saluran masuk dibuat dengan irisan yang lebih kecil dari pada irisan pengalir, agar dapat mencegah kotoran masuk dalam rongga cetakan. Bentuk irisan saluran masuk biasanya berbentuk bujur sangkar, travesium atau setengah lingkaran yang membesar kearah rongga cetakan untuk mencegah terkikisnya cetakan. Luas saluran masuk = 17662,5 mm2. Jumlah saluran masuk yang direncanakan empat buah, maka masing-masing saluran masuk mempunyai luas :
Asm= 4 Asm Asm = 4 17662,5 Asm = 4415,625 mm2
Gambar 3.11 Saluran masuk
Saluran masuk direncanakan berbentuk bujur sangkar, maka ukuran sisi-sisi dari saluran masuk adalah : Asm = s.s s = A s = 4415,625 s = 66,4 mm 3.4.5 Saluran penambah
Penambah berfungsi memberikan tambahan logam cair untuk mengimbangi penyusutan dalam pembekuan dari coran. Penambah ini digolongkan menjadi dua macam yakni penambah samping dan penambah atas. Penambah yang dipakai dalam pengecoran Worm screw ini adalah jenis penambah atas karena penambah jenis ini lebih efektif dipakai untuk coran yang berbentuk silinder atau mempunyai ketebalan yang lebih besar yakni pada ketebalan 181,24 mm, 128,2 mm, dan 97,6 mm.
Untuk coran dengan ketebalan 181,24 mm diperoleh jarak pengisian 400 mm, jarak pengisian untuk bagian dengan ketebalan 128,2 mm diperoleh 330 mm, dan jarak ketebalan untuk bagian dengan ketebalan 97,6 mm diperoleh 285 mm.
Baja cor yang mempunyai titik cair yang lebih tinggi dan koefisien penyusutan yang sangat besar dan waktu pembekuan yang lebih cepat sehingga irisan penambah
untuk baja cor harus lebih besar dari pada untuk besi cor. Bentuk yang biasanya dipakai yakni silinder.
Gambar 3.12 Hubungan antara tebal coran (T) dan jarak isi dari penambah (Jp) (Sumber : Tata Surdia M.S, Kenji Chijiiwa, 1986, hal 81)
Bentuk yang biasanya dipakai yakni silinder. Banyak penambah ditentukan menurut rumus berikut ini :
BanyakPenambah = (mm) Jp) ( penambah pengisian jarak X 2 (L) disediakan harus penambah mana bagian dari panjang Jumlah (literatur 3 hal. 81)
Sehingga banyaknya penambah untuk masing-masing tingkat coran adalah :
• Poros 1
Lp1
n = 2 x Jp
250,6 mm n = 2 x 400mm
n = 0,313 mm (tidak memerlukan penambah)
• Poros 2 dan poros 3
n = Jp x 2 3 Lp 2 Lp + n = mm 330 x 2 mm 816,7 128,2+ n = 1,43 diambil 2 penambah
• Poros 4
Lp 4
n = 2 x Jp
92,5 n = 2 x 285 mm
n = 0,16 mm (tidak memerlukan penambah)
3.4.5.1 Ukuran penambah
Bentuk penambah yang digunakan untuk coran baja ini berbentuk silinder. Karena tempat jumlah dan bentuk dari penambah telah ditentukan maka ukurandari tiap bagian dapat diperoleh dari gambar 3.11
Gambar 3.13 Kurva Pellini
(Sumber : Tata Surdia M.S, Kenji Chijiiwa, 1986, hal 82)
Volume penambah/volume coran ditentukan dari gambar, namun harus terlebih dahulu
dihitung faktor bentuk
T L P+ (literatur 3 hal. 81) Dimana : P = Panjang coran L = Lebar coran T = Tebal coran
Pada poros 2 dan 3 bentuknya T L P+ = 128,2 181,24 128,2 816,7 181,24 128,2 + + + + = 4,05
Dari kurva Pellini didapat volume penambah/volume coran ditentukan dengan
melakukan interpolasi pada 0,9<Vp/Vc<1,0 dan 2 <
T L P+ < 4, Maka = 0,78 Coran Volume Penambah Volume =
Volune Penambah = 0,78 x volume coran Volume Penambah = 0,78 . 0,087025 m3 Volume Penambah = 0,0678795 m3
Volume silinder penambah ditentukan dari rumusan V = 4 π . Dp2 . H Dimana : Dp = diameter penambah H = tinggi penambah
Dan tinggi penambah (H) yang berbentuk silinder ukurannya mengikuti ketentuan berikut ini :
tinggi penambah H = (1,5 – 2) x Dp (literatur 3 hal. 82)
diambil tinggi penambah H = 1,75.Dp
maka : Volume penambah = 4 π . Dp .1,75 Dp Volume penambah = 1,3737 Dp2 Maka : Dp = 1,375 p V
Dp = 0,3668 m = 366,8 mm
Maka diameter penambah = 366,8 mm
Tinggi saluran penambah H = 1,75 Dp = 1,75.366,8 mm = 641,9 mm
3.5 Pembuatan Inti
Inti merupakan bentuk dari pasir yang dipasang pada rongga cetakan untuk mencegah pengisian logam cair pada bagian yang seharusnya berbentuk lubang atau berbentuk rongga dalam coran. Sifat yang harus dimiliki inti yaitu :
• Mempunyai permeabilitas yang baik agar gas yang terdapat pada inti dapat keluar.
• Mempunyai kekerasan yang cukup
• Inti harus dapat bertahan pada temperatur yang tinggi
• Menghasilkan gas yang minim
• Harus dapat dihancurkan/ambruk
Dan inti yang dipakai terbuat dari pasir yang dicampur dengan bahan pengikat yakni tanah liat. Dimana tanah liat akan meningkatkan permeabilitas dan mampu ambruk. Inti dicetak menurut bentuk dari lubang inti yang diinginkan. Dan untuk pengerasan maka inti ini dipanaskan pada oven hingga pada suhu 150o-400oC. Adapun ukuran dari inti adalah sebagai berikut :
3.6 Pemberat
Pemberat diletakkan diatas cetakan (kup) untuk menghindari terangkatnya kup akibat tekanan yang timbul dari cairan logam. Berat dari pemberat dapat dihitung dengan persamaan :
Wpmbrt = k x A x γ x h (literatur 3 hal. 109)
Dimana : k = faktor keamanan dari pemberat (1,5 – 2) , dipilih 2 A = Luas irisan dari rongga cetakan
γ = Berat jenis logam = 0,0075537 N/cm3 h = tinggi saluran turun = 75 cm
A= Luas irisan poros 1 + luas irisan poros 2 + luas irisan poros 3 + luas irisan poros 4 + lebar daun 1 + 2 + 3 + 4 + 5 + 6 + 7 + 8 + 9 + 10
= (250 x 18) + (128 x 189) + (816 x 128) + (92 x 97) + (11 x 162,55) + (38 + 164,55) + (35,36 x 163,57) + (38, x 165,57) + (50 x 163,57) + (60 x 165,57) = 209637,3192 mm3
Maka berat pemberat adalah :
Wpmbrt = 2 x 2096,373192 x 0,0075537 x 75
= 2375,30 N = 242,13 kgf
3.7 Waktu Tuang
Waktu tuang dapat dihitung dengan menggunakan persamaan
T = (literatur 3 hal. 71)
Harga V di cari dengan menggunakan persamaan :
V = C. 2 .g .h (literatur 3 hal. 71)
Dimana :
C = Koefisien aliran dan untuk saluran rumit 0,5 - 0,6 dan untuk saluran sederhana 0,9 – 1,0 diambil 0,9
W = Berat coran = 1085,461268 (kgf)
V = Kecepatan rata-rata logam cair
g = Percepatan gravitasi bumi (9,81m/s2) h = Tinggi saluran turun = 0,75 m
Maka : V = 0,5 . 2 x 9,81 x 0,75 = 1,91 m/s = 191 cm/s 1085,461268 x 9,81 Waktu tuang (T) = 1,91 x 2096,373192 x 0,0075537 = 194 s
3.8 Pembuatan Cetakan Pasir
Adapun pasir yang digunakan adalah pasir silika (SiO2), dipadatkan dengan
menggunakan air kaca (water glass). Biasanya air kaca yang digunakan berkisar antara 3-7 % (diambil 6 %). Untuk perancangan ini digunakan 6 % air kaca dan ditambah pada pasir silika, yang mempunyai kadar lempung sedikit mungkin dan dicampur dengan
menggunakan pengaduk.
Pada proses ini butir pasir yang digunakan diusahakan agak bundar. Pasir silika digunakan karena tahan terhadap temperatur pengecoran (1550o-1600oC). Adapun tahapan dalam pembuatan cetakan pasir ini yakni :
• Papan cetakan diletakkan diatas lantai yang rata pasir tersebar mendatar.
• Pola, inti dan rangka cetakan untuk drag diletakkan diatas papan cetakan. Rangka harus mempunyai ketebalan antara (30–50) mm. Letakkan saluran turun ditentukan terlebih dahulu.
• Pasir cetakan ditimbun diatasnya dan dipadatkan dengan menumbuk. Dalam penumbukan ini harus dilakukan hati-hati agar pola tidak terdorong langsung oleh penumbuk. Kemudian pasir tertumpuk melewati tepi atas dari rangka digaruk dan cetakan diangkat bersama pola drag dari papan.
• Cetakan dibalik dan diletakkan pada papan cetakan dan setengah lainnya bersama-sama dengan kup dipasang diatasnya.
• Pola dan inti kup, pola penambah, batang saluran turun dipasang, kemudian pasir cetak dimasukkan dalam rangka cetakan dan dipadatkan. Selanjutnya kup dan drag dipisahkan dan diletakkan mendatar pada papan cetakan.
• Setelah pola diangkat dari kup dan drag pada rongga cetakan ditambahkan tepung grafit. Dan untuk melepaskan uap air yang terdapat dalam pasir cetak maka digunakan gas CO2 yang ditiupkan kedalam pasir cetakan selama 2 menit.
Setelah itu cetakan kup dipasang diatas drag dengan terlebih dahulu memasang inti pada telapak inti. Pemasangan ini membutuhkan ketelitian agar tidak terjadi selisih antara keduanya. Dan inti tetap pada posisinya. Kemudian pengikat diikat supaya kup tidak terangkat akibat tekanan pada saat penuangan. Juga dapat
dilakukan dengan memberikan pemberatan diatas cetakan yang sekaligus berfungsi untuk mencegah pergeseran antara bagian kup dan drag. Untuk memanfaatkan pasir atau cetakan digunakan gas CO2 yag ditiupkan kedalam
cetakan pada tekanan 1,0–2,0 kg/cm2, maka cetakan akan mengeras.
BAB IV
PELEBURAN DAN PENUANGAN
4.1 Peleburan Logam Coran
Mutu dari suatu produk pengecoran tergantung dari keadaan (kondisi) logam cair yang digunakan dalam proses pencetakan, karena semakin baik komposisi dari logam cair, semakin baik mutu dari hasil corannya. Semakin homogen logam cair, semakin baik hasil corannya.
Logam coran dalam proses pengecoran ini di lebur dalam tanur listrik jenis krus frekuensi rendah (frekuensi 60 Hz). Menurut konstruksinya tanur induksi mempunyai satu krus yang dikelilingi oleh lilitan-lilitan (kumparan) yang terdiri dari pelat berlapis banyak yang berfungsi untuk memusatkan fluks magnet, sehingga arus induksi yang melalui kumparan menyebabkan timbulnya medan elektro magnetik yang merata ke segala arah.
Tanur ini hanya mempunyai satu ruangan yaitu daerah kruss untuk tempat mencairkan logam dan sekaligus menjadi tempat logam yang akan dicairkan atau dengan kata lain logam cair dan logam yang akan dicairkan terdapat dalam ruangan yang sama. Bagian atas dari tanur ini terbuka lebar, sehingga memudahkan pengisian logam yang akan dilebur.
Proses peleburan dimulai dengan memasukkan sekrap baja. Setelah sekrap baja mencair, kemudian dimasukkan potongan-potongan baja. Setelah seluruh potongan baja ini mencair secara homogen diperiksa komposisinya, bila komposisi dari logam cair telah sesuai dengan yang diharapkan dan temperaturnya telah mencapai temperatur yang diharapkan (1500o-1580°C) maka logam cair telah dapat dituang.
Keterangan Komposisi Bahan Mangan (Mn) Silikon (Si) Phospor (P) Sulfur (S) Karbon (C) % 0,60 0,15 0,03 0,035 0,27 kg 2,4 0,6 0,12 0,14 1,08 4.2 Bahan Baku
Bahan baku untuk logam cair yang digunakan adalah balok baja dan baja skrap. Pada waktu melakukan proses peleburan yang pertama dimasukkan adalah balok baja dan baja sekrap. Setelah balok baja dan baja sekrap mencair seluruhnya, komposisi logam cair diperiksa dengan menggunakan spectrometer. Komposisi logam cair dalam tanur harus diketahui sebelum dilakukan penuangan, sehingga diketahui apakah komposisi logam cair sudah sesuai dengan yang diinginkan. Komposisi logam cair dalam tanur dan yang diinginkan diberikan pada tabel berikut :
1. Balok baja
Bahan baku poros digester ialah billet yang berbentuk balok baja yang berukuran 100x100, 120x120 dengan panjang 170 mm. Balok baja dengan berat total 400 kg. Adapun komposisi cairan di dapur adalah sebagai berikut :
Tabel 4.1 Komposisi bahan balok baja
(sumber : Data Survey)
Adapun komposisi diatas selebihnya terdiri dari unsur Fe yang jumlahnya sebesar: % Fe adalah: 100% - (%Mn + %Si + %P + %S + %C) = 98,915%
Jadi berat Fe adalah:
Keterangan Komposisi Bahan Mangan (Mn) Silikon (Si) Phospor (P) Sulfur (S) Karbon (C) % 0,5 0,27 0,03 0,03 0,6 kg 1,25 0,675 0,075 0,075 1,5 Keterangan Komposisi Bahan (%) Mangan (Mn) Silikon (Si) Phospor (P) Sulfur (S) Karbon (C) Krom (Cr) Molibdenum (Mo) % 0,90 0,35 0,030 0,035 0,33 0,8 0,2 kg 19,8 7,7 0,66 0,77 7,26 17,6 4,4 2. Baja sekrap
Baja skrap merupakan baja yang berasal dari besi tua dan sisa produk setelah pengerjaan permesinan. Baja sekrap dengan berat total 250 kg. Adapun komposisi cairan di dapur adalah sebagai berikut :
Tabel 4.2 Komposisi baja sekrap
(sumber : Data Survey)
Adapun komposisi diatas selebihnya terdiri dari unsur Fe yang jumlahnya sebesar: % Fe adalah: 100% - (%Mn + %Si + %P + %S + %C) = 98,57%
Jadi berat Fe adalah:
% Fe x berat total baja sekrap = 98,57 % x 250 kg = 246,425 kg
4.2.1 Komposisi metal cair
Komposisi metal cair di dalam dapur ditunjukkan dalam tabel berikut :
Tabel 4.3 Komposisi metal cair
Keterangan Komposisi Bahan (%) Mangan (Mn) Silikon (Si) Phospor (P) Sulfur (S) Karbon (C) Minimum 0,6 0,15 0,00 0,00 0,27 Maksimum 0,90 0,35 0,030 0,035 0,33
4.2.2 Komposisi bahan worm screw yang diinginkan
Adapun komposisi dari worm screw yang akan dibuat dengan prosespengecoran ini adalah seperti ditunjukkan dalam tabel berikut :
Tabel 4.4 Komposisi worm screw yang diinginkan
(sumber : Data Survey)
Maka penambahan unsur-unsur logam lain supaya sesuai dengan yang diinginkan adalah seperti penjabaran berikut :
1. Penambahan unsur karbon
Unsur karbon diperoleh dengan memasukkan arang kemiri yang mengandung kadar karbon 60 % (massa).
• Kadar Karbon yang diinginkan : 0,33 %
• Kadar karbon dalam tanur : 0,11 %
• Arang kemiri yang dibutuhkan :
Kadar Karbon yang diinginkan - Kadar karbon dalam tanur x Kapasitas dapur mArang = x 100 0,11 -0,33 2200 = 4,84 kg Jadi, mc = marang x 60% mc = 4,84 2,904 100 60 = kg
2. Penambahan unsur silikon
Unsur silikon diperoleh dengan menambahkan Fe-Si, dengan kadar Si 70%
• Kadar Silikon yang diinginkan : 0,35 %
• Kadar silikon dalam Tanur : 0,05 %
• Kekurangan Si : 0,35-0,05 % = 0,3 %
• Si yang ditambahkan ke Tanur = 100 3 , 0 x 2200 kg = 6,6 kg
• Fe-Si yang dibutuhkan/ditambahkan ke Tanur = 70 100
x 6,6 kg
= 9,42 kg
3. Penambahan unsur mangan (Mn)
Unsur Mn ditambahkan dengan jalan menambahkan Fe-Mn, dengan kadar Mn 76 %.
• Kadar Mn yang diinginkan : 0,90 %
• Kadar Mn dalam Tanur : 0,16 %
• Fe-Mn yang dibutuhkan :
mFe-Mn= 100 0,16 -0,90 x 2200 kg = 16,28 kg mMn= 16,28 x 100 76 = 12,37 kg
4.3 Penuangan Cairan Logam
Logam cair yang temperaturnya telah mencapai 1550-1580° C dikeluarkan dari tanur dan ditampung dengan ladel untuk selanjutnya dituang kerongga cetakan.
Sebelum dituang cairan logam kedalam ladel diberikan bahan pengikat terak (slag coagulant) untuk mengikat terak yang terkandung dalamcairan logam tersebut sehingga tidak ikut masuk ke cawan tuang. Bahan coagulant ini akan mengikat (mengumpulkan) kotoran-kotoran (impurities) yang terdapat dalam cairan logam seperti sisa karat dari logam dasar.
4.4 Penyelesaian Hasil Cetakan
Setelah seluruh logam cair yang terdapat dalam cetakan membeku, kemudian hasil coran didinginkan dalam ruangan terbuka selama 12 jam. Setelah itu cetakan dibongkar, pasir disingkirkan dari coran, kup, dan drag juga kemudian didinginkan. Logam hasil coran yang telah dingin kemudian dikerjakan dengan mesin untuk memperoleh ukuran sesuai dengan yang telah direncanakan.Permesinan yang dilakukan adalah menggunakan mesin bubut dan mesin gerinda. Proses ini bertujuan untuk memotong kelebihan ukuran (ukuran pola) sampai diperoleh ukuran yang direncanakan (ukuran worm screw). Apabila semua ukuran yang telah direncanakan diperoleh maka pekerjaan terakhir adalah proses perlakuan panas (Heat Treatment) yang bertujuan untuk mengeraskan permukaan dari worm screw tersebut dengan cara memanaskan sampai temperatur 500o-600oC, kemudian didinginkan secara cepat dengan cara mencelupkannya dalam media pendingin yaitu oli.
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan
Berdasarkan pembahasan dan perhitungan dari bab-bab sebelumnya dapatdiambil kesimpulan sebagai berikut :
1. Bahan yang digunakan untuk pengecoran worm screw ini adalah baja cor S30C dengan kekuatan tarik 48 kg/mm2.
2. Bahan yang digunakan dalam pembuatan pola adalah kayu jelutung. Bahan ini dipilih karena lunak sehingga mudah untuk dibentuk. Sedangkanjenis pola yang digunakan yaitu pola belahan yang terdiri dari kup dandrag.
3. Dimensi worm screw adalah sebagai berikut :
• Poros 1 Diameter : 162 mm Panjang : 230 mm • Poros 2 Panjang : 110 mm • Poros 3 Diameter : 110 mm Panjang : 785 mm • Poros 4 Diameter : 80 mm Panjang : 75 mm • Diameter daun 1 : 305 mm
• Diameter daun 2,3,4 dan 5 : 307 mm
4. Dimensi untuk ukuran pola worm screw adalah sebagai berikut :
• Poros 1 Diameter : 181,24 mm Panjang : 250,6 mm
• Poros 2 Panjang : 128,2 mm
• Poros 3 Diameter : 128,2 mm Panjang : 816,7 mm
• Poros 4 Diameter : 97,6 mm Panjang : 92,5 mm
5. Untuk proses pembuatan cetakan harus dibuat bentuk dan dimensi dari saluran-saluran pengecoran (gating system) dan hasil yang diperoleh dari perhitungan adalah sebagai berikut :
• Cawan tuang
Panjang : 487, 5 mm
Lebar : 300 mm
Kedalaman yang terdangkal : 337,5 mm Kedalaman yang terdalam : 375 mm
• Saluran turun Diameter : 75 mm Tinggi : 750 mm • Saluran pengalir Panjang sisi : 93,9 mm Luas : 8831,25 mm2 Jumlah : 1 buah • Saluran masuk
Jumlah 4 buah berbentuk bujur sangkar dengan ukuran sisi dari saluran masuk = 66,4 mm
• Saluran penambah Terletak pada poros 2
Diameter : 366,8 mm
Tinggi : 641,9 mm
• Temperatur likuid : 1580oC
• Temperatur tuang : 1550oC
Dalam perencanaan pengecoran ini digunakan tanur induksi jenis krus frekuensi rendah (60 Hz) untuk mencairkan bahan mentah dengan kapasitas 2200 kg.
6. Berat pemberat adalah : 242,13 kgf
7. Proses penuangan logam cair dilakukan dengan kecepatan penuangan sebesar 191 cm/s dengan waktu tuang 194 s.
8. Proses pembongkaran cetakan dilakukan 12 jam setelah proses penuangan. Setelah Itu dilakukan proses permesinan yang bertujuan untuk mendapatkan ukuran yang diinginkan. Proses permesinan yang dilakukan adalah menggunakan jenis mesin gerinda dan mesin bubut. Apabila semua ukuran yang telah direncanakan diperoleh maka pekerjaan terakhir adalah proses perlakuan panas (Heat Treatment).
5.2 SARAN
1. Untuk meningkatkan hasil coran yang baik dan maksimal dalam pengecoran logam, sebaiknya digunakan alat-alat yang masih baik dan memenuhi standar yang diperbolehkan.
2. Perlu dilakukan pengujian laboratorium terhadap bahan yang digunakan dan hasil coran.
dikeluarkan dari cetakan supaya tidak merusak cetakan yang dapat menghasilkan produk yang cacat
