Tugas 3 Tegar

LAPORAN MOLD DESIGN

(SENDOK PLASTIK) Diajukan untuk memenuhi Tugas Mata Kuliah “Alat Bantu Produksi Masal”

Disusun Oleh: TEGAR KUKUH AHMAD JULFIKAR MS3A (4.21.15.0.24)

PROGRAM STUDI SARJANA TERAPAN TEKNIK MESIN PRODUKSI DAN PERAWATAN JURUSAN TEKNIK MESIN POLITEKNIK NEGERI SEMARANG 2018

BAB I PENDAHULUAN

1.1

Latar Belakang Secara umum teknologi pemrosesan plastic banyak melibatkan operasi yang sama seperti proses produksi logam. Plastik dapat dicetak, dituang, dan dibentuk serta diproses permesinan (machining) dan disambung (joining) (Mervat,2010). Bahan baku plastik banyak dijumpai dalam bentuk pellet atau serbuk. Plastik juga tersedia dalam bentuk lembaran, plat, batangan dan pipa. Metode pemrosesan plastik dapat dilakukan dengan cara ekstrusi, injection molding, casting, thermoforming, blow molding dan lain sebagainya. (Firdaus dan Soejono, 2002) Plastic Molding merupakan metode proses produksi massal yang cenderung menjadi pilihan untuk digunakan dalam menghasilkan atau memproses komponenkomponen yang kecil dan berbentuk rumit. Ada dua proses pencetakan dasar, yaitu cetak injeksi dan cetak kompresi. Dalam cetak injeksi, polimer leburan dikompresi ke dalam suatu ruang cetakan tertutup. Cetak kompresi menggunakan panas dan tekanan untuk menekan polimer cair, yang dimasukkan antara permukaan cetakan, sehingga membentuk pola yang sesuai. Cetak injeksi umumnya lebih cepat dari pada cetak kompresi. (Stevens, 2001) Injection molding salah satu bagian besar dalam industry plastic dan sebuah bisnis besar dunia dengan produksi 32% dari seluruh plastic. Berada di bawah ekstrusi dengan produksi 36%. Sedangkan untuk compression molding, produksinya sebesar 6%. (Rosato, 2000). Oleh karena itu berdasarkan data diatas penulis mempunyai ide untuk membuat suatu produk dengan menggunakan metode injection molding.

1.2

Tujuan Adapun tujuan dari perancangan desain molding adalah sebagai berikut: 1. Dapat membuat desain suatu produk yang ada dalam kehidupan sehari-hari. 2. Dapat membuat desain cetakan (mold) untuk proses pembentukan produk plastik 3. Dapat menganalisis dengan akurat dan memberikan contoh simulasi dari cetakan yang akan dibuat

1.3

Perumusan Masalah Berdasarkan latar belakang yang dibuat penulis, masalah yang akan dibahas dapat dirumuskan sebagai berikut: 1. Bagaimana contoh desain cetakan (mold) yang praktis dan efisien ? 2. Bagaimana spesifikasi dan cara membuat cetakan (mold) dari desain yang sudah ada?

1.4

Metodologi Penelitian Dalam penulisan ini dibutuhkan data-data sebagai alat bantu, agar proses perancangan dapat berjalan lancar serta hasil yang di dapat dapat dipahami dengan mudah, maka di gunakan beberapa metode antara lain: 1. Metode Konsultasi Informasi/data yang didapat dikonsultasikan kepada dosen yang mengampu mata kuliah Alat Bantu Produksi Masal. 2. Metode Kepustakaan Dalam hal ini data diperoleh dari berbagai buku yang ada hubungan dengan masalah yang akan di bahas. 3. Metode Observasi Metode ini dilakukan dengan cara mencari informasi atau data-data yang dibutuhkan dalam masalah yang akan dibahas.

BAB II DASAR TEORI

2.1

Plastic Molding Plastic molding adalah proses pembentukan benda kerja dengan bentuk yang

dikehendaki dari material kompon (plastic/compound articles) dengan menggunakan alat bantu yang berupa cetakan atau mold yang dalam proses pembuatannya menggunakan perlakuan panas dan pemberian tekanan.

Pemilihan proses molding secara umum ditentukan oleh pemilihan material untuk mendapatkan sifat-sifat yang diinginkan dari benda kerja (workpiece) yang akan dibuat. Selain hal tersebut, pemilihan proses molding juga dipengaruhi oleh bentuk desain produknya. Berdasarkan material plastik yang dibuat, bentuk produk, dan faktor yang mempengaruhi proses molding, metode dasar molding dapat dibedakan menjadi beberapa macam, yaitu: 1. Compression Molding Pada proses compression molding ini material plastik diletakkan dalam mold yang dipanaskan. Setelah plastik kompon (compound plastic) menjadi lunak dan bersifat plastis, maka bagian atas dari die/mold akan bergerak turun dan menekan material menjadi bentuk yang diinginkan sesuai dengan bentuk cetakan. Apabila panas dan tekanan yang ada diteruskan, maka akan menghasilkan reaksi kimia yang bisa mengeraskan material thermosetting tersebut. Suatu molding untuk material thermosetting panas yang diberikan antara 3000 – 3590 F (1490 – 1820 C) dan tekanan molding antara 155 – 600 bar. Gambar 2.1 menunjukkan proses compression molding dengan tiga tahap.

Gambar 2.1 Proses Compression Molding

2. Transfer Molding Transfer molding adalah pembentukan artikel (benda kerja) ke dalam sebuah mold yang tertutup dari material thermosetting yang disiapkan ke dalam reservoir dan memaksanya masuk melalui runner/kanal ke dalam cavity dengan menggunakan panas dan tekanan.

Gambar 2.2 Proses Transfer Molding

Dalam transfer molding dibutuhkan toleransi yang kecil pada semua bagian mold, sehingga sangat perlu dalam pembuatan mold berkonsultasi secara baik dengan product designer, mold designer dan molder/operator untuk menentukan toleransi tersebut. Gambar 2.2 menunjukkan proses transfer molding.

3. Injection Molding Proses ini sangat sesuai untuk material thermoplastic, karena dengan pemanasan, material ini akan menjadi lunak. Dan sebaliknya, akan mengeras lagi bila didinginkan. Perubahan-perubahan ini hanya bersifat fisik, bukan perubahan kimia, artinya proses pelunakan dan pengerasan kembali bisa diulang-ulang setiap saat, sehingga memungkinkan mendaur-ulang material termoplastik sesuai dengan kebutuhan. Material plastik yang berbentuk granulat/butiran ditempatkan ke dalam sebuah hopper/torong yang memaksa masuk ke dalam silinder injeksi. Sejumlah material yang akan diproses akan diukur tepat dan didorong dengan torak piston dalam silinder pemanas. Material yang sudah dipanasi sampai mencair didorong melalui nozzle dan melalui sprue bushing ke dalam rongga (cavity) dari mold yang sudah tertutup. Setelah beberapa saat didinginkan, cetakan molding dibuka dan benda jadi yang sudah mengeras dikeluarkan dengan ejector. Panas yang diberikan pada material biasanya berkisar antara 3500 – 5250 F (1770 – 2740 C). Gambar 2.3 menunjukkan urutan proses injection molding.

Gambar 2.3 Proses Injection Molding

4. Blow Molding Pada prinsipnya blow molding merupakan cara mencetak benda kerja berongga, dengan menggunakan cetakan yang terdiri dari dua belahan mold yang tidak menggunakan inti (core) sebagai pembentuk rongga. Pada blow molding ini rongga yang harus ada pada benda kerja akan dihasilkan dengan cara meniupkan atau menghembuskan udara kedalam material yang telah disiapkan. Material plastik yang akan dibentuk berupa pipa, yang akan keluar secara perlahan turun dari sebuah extruder head dan setelah cukup panjang akan ditangkap oleh kedua belahan mold dan dijepit. Sedangkan bagian bawahnya akan dimasuki sebuah alat peniup (blow pin), yang akan menghembuskan udara kedalam pipa plastik yang masih lunak, sehingga pipa plastik tersebut akan mengembang dan membentuk bangunan seperti bentuk cetakannya. Tebal dinding benda kerja akan menjadi lebih tipis dibanding dengan tebal pipa bahan. Pada gambar 2.4, metode blow molding digunakan untuk membuat bendabenda dan peralatan dari plastik yang berbentuk tabung, seperti botol plastik, kemasan kosmetik dan benda serta peralatan lain yang mempunyai rongga pada bagian dalamnya.

Gambar 2.4 Proses Blow Molding

5. Extrusion Molding Proses ini memiliki kemiripan dengan injection molding, hanya pada extrusion molding ini material yang akan dibentuk berupa bentukan profil tertentu yang panjang. Peralatan injeksi dan pemanas material plastik hampir sama dengan injection moulding. Pada prinsipnya pada bagian mesin yang berfungsi mengubah material plastik menjadi bentuk lunak (semi fluida) dengan cara memanaskannya dalam sebuah silinder dan memaksanya keluar dengan tekanan melalui sebuah forming die, yaitu suatu lubang dengan bentuk profil tertentu itu akan keluar dan diterima oleh sebuah conveyor dan dijalankan sambil didinginkan, sehingga profil yang terbentuk akan mengeras, dan setelah mencapai panjang tertentu akan dipotong dengan pemotong yang melengkapi mesin extrusi tersebut.

Gambar 2.5 Proses Extrusion Molding

6. Vacuum Forming Vacuum Forming adalah suatu teknik yang digunakan untuk membentuk berbagai plastik. Pada umumnya vacuum forming digunakan untuk membentuk plastik tipis seperti polythene dan perspex, serta digunakan apabila suatu bentuk tidak biasa seperti piring atau suatu bentuk-bentuk yang menyerupai kotak. Material plastik dimasukkan dalam ruang cetakan di atas cetakan bendanya. Kemudian ruangan cetakan dipanaskan sehingga material plastik menjadi lunak. Pada saat material plastik melunak, cetakan bergerak ke atas sehingga material plastik mengenai cetakan. Kemudian bagian bawah cetakan dihisap dengan udara sehingga material plastik akan membentuk benda sesuai dengan cetakan, bisa dilihat padagambar 2.6.

Gambar 2.6 Proses Vacuum Forming

2.2

Konstruksi Mesin Injeksi Secara umum konstruksi mesin injection molding terdiri dari tiga unit pokok yang

penting yaitu clamping unit, injection unit dan mold unit. Gambar 2.7 berikut menunjukkan tiga unit bagian mesin injeksi.

Gambar 2.7 Mesin Injeksi

a. Clamping Unit Clamping unit berfungsi membuka dan menutup mold dan menjaganya dengan memberikan tekanan penahan (clamping pressure) terhadap mold agar material yang diinjeksikan pada mold tidak meresap keluar pada saat proses berlangsung. Gambar 2.8 menunjukkan dua macam unit clamping pada saat menutup dan membuka.

Gambar 2.8 Clamping Unit

b.

Injection Unit Injection unit merupakan unit yang berfungsi untuk melelehkan plastik dengan suhu yang disesuaikan dengan material plastik hingga mendorong cairan ke dalam cavity dengan waktu, tekanan, temperatur, dan kepekatan tertentu. Bagian -bagian injection unit dan fungsinya: 1. Motor dan Transmission Gear Unit Motor dan transmission gear unit berfungsi untuk menggerakkan screw pada barel dengan unit gear untuk memperkecil pembebanan. 2. Cylinder Screw Ram Cylinder screw ram berfungsi untuk mempermudah gerakan screw dengan menggunakan momen inersia sekaligus menjaga putaran screw tetap konstan, sehingga didapatkan tekanan dan kecepatan yang konstan saat dilakukan injection. 3. Hopper Hopper adalah tempat untuk meletakkan material plastic sebelum masuk ke barrel. 4. Barrel Barrel adalah tempat screw dan selubung yang menjaga aliran plastik ketika dipanasi oleh heater, pada bagian ini juga terdapat heater untuk memanaskan plastik.

5. Screw Reciprocating screw berfungsi untuk mengalirkan plastik dari hopper ke nozzle. 6.

Nonreturn Valve Nonreturn Valve berfungsi untuk menjaga aliran plastik yang telah meleleh agar tidak kembali saat screw berhenti berputar.

Gambar 2.9 adalah gambaran detail mesin injection dengan tiga unit pendukungnya.

Gambar 2.9 Detail Mesin Injeksi

c. Mold Unit Molding unit adalah bagian yang berfungsi untuk membentuk benda yang akan dicetak. Gambar 2.10 menunjukkan bagian-bagian mold standar, molding unit memiliki bagian utama yaitu :

Gambar 2.10 Standard Mold

1. Sprue dan Runner System Sprue adalah bagian yang menerima plastik dari nozzle lalu oleh runner akan dimasukkan ke dalam cavity mold. Biasanya berbentuk taper (kerucut) karena dikeluarkan dari sprue bushing. Bentuk kerucut ini dibuat dengan tujuan agar pada saat pembukaan cetakan, sisa material dapat terbawa oleh benda sehingga tidak menghambat proses injeksi berikutnya. Sprue bukan merupakan bagian dari produk molding dan akan dibuang pada finishing produk. 2. Cavity Side/ Mold Cavity Cavity side/mold cavity yaitu bagian yang membentuk plastik yang dicetak, cavity side terletak pada stationary plate, yaitu plate yang tidak bergerak saat dilakukan ejecting. 3. Core Side Core side merupakan bagian yang ikut memberikan bentuk plastik yang dicetak. Core side terletak pada moving plate yang dihubungkan dengan ejector sehingga ikut bergerak saat dilakukan ejecting. 4. Ejector System Ejector adalah bagian yang berfungsi untuk melepas produk dari cavity mold.

5. Gate Gate yaitu bagian yang langsung berhubungan dengan benda kerja, sebagai tempat mulainya penyemprotan/injeksi atau masuknya material ke dalam cavity. 6. Insert Insert yaitu bagian lubang tempat masuknya material plastik ke dalam rongga cetakan (cavity). 7. Coolant Channel Coolant channel yaitu bagian yang berfungsi sebagai pendingin cetakan untuk mempercepat proses pengerasan material plastik.

2.3

Langkah – Langkah Proses Molding Terdapat enam langkah penting di dalam setiap proses molding, yaitu sebagai

berikut : 1. Clamping Setiap mesin injection molding terdiri dari tiga peralatan dasar, yaitu mold unit, clamping unit dan injection unit. Clamping unit berfungsi untuk memegang cetakan/mold di bawah tekanan pada saat proses injeksi dan pendinginan berlangsung. Pada dasarnya, clamping berfungsi untuk memegang dua belahan mold dari injection molding, secara bersamaan. Pada saat proses injeksi clamping unit berfungsi untuk menahan gaya, tekan dan mengeluarkan benda jadi dari cetakan. 2. Injection Sebelum penginjeksian, material plastik masih dalam bentuk butiran-butiran serbuk yang mudah tersumbat. Kemudian material dalam bentuk butiran tersebut dimasukkan ke dalam hopper pada unit injeksi. Material plastik diproses dalam silinder yang dipanaskan hingga mencair. Kemudian silinder bekerja dengan motorized screw yang berfungsi untuk mencampur dan mengaduk material plastik yang sudah meleleh tersebut serta menekannya sampai pada ujung silinder.Setelah material cukup untuk diakumulasikan pada bagian ujung screw, proses injeksi bekerja. Material plastik yang sudah berada pada ujung screw kemudian dimasukkan atau diinjeksikan ke dalam cetakan melalui sprue

bushing. Tekanan dan kecepatan injeksi pada saat proses berlangsung dikontrol oleh screw. 3. Dwelling Dwelling merupakan langkah penghentian sementara proses injeksi. Material plastik yang sudah diinjeksikan ke dalam cetakan dengan pemberian tekanan tertentu harus dipastikan mengisi ke semua bagian cavity (rongga cetakan). Proses ini untuk menghindari adanya cacat produk akibat keropos atau weld. 4. Cooling (Pendinginan) Material plastik yang sudah mengisi cetakan dan membentuk benda sesuai cetakan, lalu didinginkan dengan temperatur tertentu agar material plastik cepat menjadi solid atau mengeras. 5. Mold Opening (Pembukaan Cetakan) Material yang sudah mengeras setelah didinginkan kemudian menjadi benda jadi. Dua belah cetakan kemudian dibuka dengan perantara peralatan clamping plate dan setting plate. 6. Ejection Langkah terakhir adalah mengeluarkan benda jadi dari dalam cetakan agar proses penginjeksian berikutnya dapat dilakukan. Pada langkah ejection biasanya, desain-desain molding tertentu digunakan untuk memotong runner dan sprue dari material plastik. Dengan demikian maka benda hasil molding tidak perlu dilakukan pekerjaan lanjutan pemotongan runner dan sprue. Untuk tujuan dan desain tertentu, terkadang runner dan sprue tidak dipotong secara langsung pada saat proses ejection. Setelah langkah-langkah tersebut bekerja dan menghasilkan produk molding, maka dilanjutkan dengan proses berikutnya dengan langkah yang sama secara berulang-ulang hingga mencapai jumlah produksi yang dikehendaki.

2.4

Ejector Setelah material plastik yang diinjeksikan ke dalam cetakan molding memenuhi

rongga (cavity) dan membentuk benda sesuai dengan cetakan, maka benda kerja atau produk telah jadi. Untuk mengeluarkan produk hasil cetakan dari dalam rongga mold atau cavity, diperlukan peralatan pendorong yang sering disebut ejector. Proses pengeluaran produk dari dalam cavity ini disebut dengan ejection. Terdapat bermacam macam ejector yaitu :

1. Sleeve Ejector

Gambar 2.11 Contoh Sleeve Ejector

Sleeve Ejector digunakan untuk benda yang sirkular (silindris dan berlubang ditengahnya dan mempunyai ketebalan benda yang tipis). Inti atau core itu sendiri dipasang pada ejector plate. Ejector tersebut melingkari cor pin dan menyentak produk di seluruh sudut. Sleeve Ejector dapat dilihat pada gambar 2.11. 2. Blade Ejector Blade ejector (Gambar 2.12) berguna untuk mengeluarkan produk yang mempunyai ribb atau penguat yang tipis dan panjang.

Gambar 2.12 Contoh Blade Ejector

3. Stripper Plate atau Pelat Penyentak Stripper plate (Gambar 2.13) digunakan untuk mengeluarkan produk yang core-nya berbentuk taper dengan menggunakan pelat secara akurat di

sekeliling core. Stripper plate ini merupakan solusi yang mahal karena dibutuhkan ketepatan ukuran sehingga tidak mudah terjadi flashing (jebret). Keuntungan dari tipe ini yakni bekas ejector tidak nampak.

Gambar 2.13 Contoh Stripper Plate

BAB III METODOLOGI PENELITIAN 3.1

Flowchart Sistem

3.2

Prosedur Perancangan Prosedur perancangan cetakan (mold) dilakukan seagai berikut: 1. Menentukan benda / produk yang akan dibuat 2. Membuat sketch produk dengan bantuan aplikasi solidwork 3. Membuat desain mold produk dengan bantuan aplikasi solidwork 4. Menganalisa mold yang aka dibuat dengan analisis mekanis dan analisis bahan

BAB IV DESAIN PRODUK DAN ANALISIS 4.1

Desain Produk a. Desain produk yang akan dibuat

b. Desain Mold

4.2

Analisis Produk  Data produk



Analisis Fill Time



Analisis Pressure



Analisis Temperature

BAB V PENUTUP

5.1

Kesimpulan Kesimpulan yang didapat dari perencanaan desain mold ini adalah:

Bagian ini dapat berhasil diisi dengan tekanan injeksi 100,0 MPa (14507.00 psi). Tekanan injeksi yang diperlukan adalah> 90% dari batas tekanan injeksi maksimum yang ditentukan untuk analisis ini, yang kemungkinan akan menyebabkan masalah pengisian dan pengepakan pada mesin cetak. Langkah-langkah harus diambil untuk mengurangi tekanan injeksi yang diperlukan, termasuk meningkatkan bagian, ketebalan runner dan gerbang, meningkatkan cetakan dan suhu leleh, atau mengubah ke plastik viskositas yang lebih rendah. Karena Suhu Maksimum pada Akhir Mengisi tetap dalam 10 derajat C dari suhu leleh awal, ada sedikit atau tidak ada risiko degradasi bahan plastik. Suhu minimum aliran depan kurang dari suhu leleh awal dengan lebih dari 10 derajat C. Efek pendinginan tersebut dapat menyebabkan masalah pengisian dan pengepakan, meningkatkan kebutuhan tekanan injeksi,

menyebabkan integritas garis las yang buruk dan penampilan dan memiliki efek negatif pada keseluruhan properti. dari bagian yang dicetak. Suhu lelehan di depan aliran dapat diterima dalam rentang +/- 10 derajat C dari suhu leleh awal Anda. Ini membantu mempromosikan pengisian dan pengemasan cetakan yang baik, meminimalkan kebutuhan tekanan injeksi, membantu mencapai integritas dan penampilan garis las yang baik dan memberi Anda kesempatan terbaik untuk membuat bagian dengan sifat yang optimal. Waktu pendinginan yang diprediksi ditentukan ketika 90% dari suhu bagian lebih kecil dari suhu pengeluaran material.