makalah teknologi bahan

MAKALAH TEKNOLOGI BAHAN

PEMBUATAN KOMPONEN OTOMOTIF DENGAN PROSES EKTRUSI (INJECTION)

INJECTION MOLDING

NAMA  :  ANDI

  NIM.  1021401051

Program Teknik Mesin

POLITEKNIK GUNAKARYA INDONESIA

KATA PENGANTAR

Puji syukur kehadirat allah SWT,akhir nya saya bisa menyelesaikan tugas makalah teknologi bahan, dengan tema pembuatan komponen automotif dengan cara ektruksi proses injection,proses inject di sini saya mengangkat dengan menggunakan injection moulding.

Dewasa ini kita tahu bahwa benda-benda di sekeliling kita khusus nya DUNIA OTOMOTIF itu sebagian di buat dengan cara proses cetak menggunakan mesin cetak injection moulding.Di dalam makalah ini saya sedikit berbagi wawasan tentang proses pembuatan komponen otomotif,khusus nya pembuatan komponen electrical pada sepeda motor,adapun proses pembuatan nya kita akan bahas di makalah ini.

Pembuatan makalah ini saya ambil dari berbagai sumber dari buku-buku maupun internet dan saya kembangkan,terima kasih kepada semua pihak yang sudah membantu,kalau ada salah dan kekeliruan saya mohon maaf,masukan dan saran yang sifat nya membangun saya harapkan.semoga makalah ini bias bermanfaat bagi teman-teman pembaca.

                                                                                                                                                Pennyusun

                                                               

                                                                                                                                                                                                1             

TEORI

Dewasa ini, terjadi pertumbuhan yang sangat pesat pada penggunaan produk plastik di industri manufaktur karena sangat serbaguna dan memiliki nilai ekonomis yang tinggi. Dukungan ilmu pengetahuan dan teknologi sangat diperlukan khususnya untuk pemanfaatan dan pengolahan polimer, sehingga dapat dihasilkan produk plastik dengan kuantitas yang cukup tinggi dan kualitas yang baik. Salah satu teknik yang cukup efektif dan banyak dipergunakan untuk pengolahan bahan thermoplastic adalah injection molding.
                Injection Molding banyak dipilih karena memiliki beberapa keuntungan diantaranya : kapasitas produksi yang tinggi, sisa penggunaan material (useless material) sedikit dan tenaga kerja minimal. Sedangkan kekuranganya, biaya investasi dan perawatan alat yang tinggi , serta perancangan produk harus mempertimbangkan untuk pembuatan disain moldingnya.

Definisi mold atau mesin cetak.
                Mold dapat didefinisikan sebagai cetakan, atau proses yang dipergunakan dalam industri manufaktur untuk mencetak material. Sedangkan Injection Molding merupakan salah satu teknik pada industri manufaktur untuk mencetak material dari bahan thermoplastic.

Sejarah mesin injection molding.

Mesin injection molding tercatat telah dipatenkan pertama kali pada tahun 1872 di Amerika Serikat untuk memproses celluloid. Berikutnya pada tahun 1920-an di Jerman mulai dikembangkan mesin injection molding namun masih dioperasikan secara manual dimana pencekaman mold masih menggunakan tuas. Tahun 1930-an ketika berbagai macam resin tersedia dikembangkan mesin injection molding yang dioperasikan secara hidrolik.Pada era ini kebanyakan mesin injection moldingnya masih bertipe single stage plunger. Pada tahun 1946 James Hendry membuat mesin injection molding tipe single-stage reciprocating screw yang pertama. Mulai tahun 1950-an relay dan timer mulai digunakan untuk pengontrolan proses injeksi.

Komponen utama

1. Unit injeksi - bagian dari mesin injection molding yang berfungsi untuk melelehkan material plastik, terdiri dari hopper, barrel dan screw.
2. Mold bagian dari mesin injection molding dimana plastik dilelehkan  dicetak dan didinginkan.
3. Unit pencekam - bagian dari mesin injection yang berfungsi untuk mencekam mold pada saat penginjeksian material ke dalam cetakan sekaligus menyediakan mekanisme pengeluaran produk dari mold

                                                                                                                                                                                                3             

DASAR TEORI

A.Apakah injection molding itu?

 Injection molding adalah metode pemrosesan material termoplastik dimana material yang meleleh karena pemanasan dinjeksikan oleh plunger ke dalam cetakan atau mould yang didinginkan oleh air dimana material tersebut akan menjadi dingin dan mengeras sehingga bisa dikeluarkan dari cetakan.

PROSES:

1.       Resin mencair di titik panas tertentu dan membeku menjadi macam-macam bentuk.Barang cetakan  plastik yang di daur  ulang lalu dipanaskan kembali dan di bekukan lagi menjadi bentuk dan seterus nya.Resin jenis ini biasa di sebut THERMOPLASTIC RESIN.

2.        Resin yang kembali menjadi solid yang setelah di cairkan,dan tidak dapat di cairkan setelah di panaskan,resin jenis ini sering di sebut ( THERMOSETTING RESIN) resin ini hanya bisa dibentuk sekali saja dan tidak dapat di daur ulang.

Perbedaan dasar antara thermoplastic resin dan thermoplastic resin :

THERMOPLASTIC RESIN                                                                                                                  Resin                                      Pemanasan                                                                                                                                                                                   Pencairan                                         Tekanan                                         Pencetakan                                          Pendinginan                                      PRODUCT Pembekuan                                                                                          THERMOSETTING RESIN                                                                                                                  Resin                                      Pemanasan                                                                                                                                                                                   Pencairan                                         Pemanasan                                                                              Pencetakan                                        Pemanasan suhu lebih tinggi              PRODUCT Pembekuan

Prinsip kerja antara Thermoplastic & thermosetting.

Proses molding system injection

Thermoplastic resin.

Dimana biji plastic(RESIN) mengalami proses pencairan(plasticizing),pengaliran(injection&packing), pembentukan(Hold pressure), pengerasan /penyusutan(colling),dan produk(Release) yang kita inginkan.

Themosetting resin.

Dimana biji plastic(RESIN)mengalami proses pencairan (PLASTICiZING){HEATING},pengaliran (injection &packing),pembentukan (hold pressure),pengerasan (Heating),dan produk (Release).

        Kedua resin ini dapat di kenali satu sama lain dalam view pointsaat pemanasan di plasticizing proses dapat dibedakansatu sama lain.Tidak ada perbaedaan keduanya dalam pase proses injection & holding pressure.Untuk pembentukan resin setelah pengisian ke cavity cetakan,dimana thermoplastic resin membutuhkan pendinginan,Thermosetting resin sebalik nya kembali  membuutuhkan pemanasan.

MESIN INJECTION MOLDING (TYPE SCREW)

Lihat gambar  1.

                                                                                                                                                                                                                                                                                Gambar 1. Mesin Injection Molding

                                                                                                                                                                                5             

Ada 3 bagian utama dalam mesin injection molding.

ClampingUnit
Merupakan tempat untuk menyatukan molding. Clamping system sangat kompleks, dan di dalamnya terdapat mesin molding (cetakan), dwelling untuk memastikan molding terisi penuh oleh resin, injection untuk memasukan resin melalui sprue pendingin, ejection untuk mengeluarkan hasil cetakan plastik dari molding.

PlasticizingUnit
Merupakan bagian untuk memasukan pellet plastik (resin) dan pemanasan. Bagian dari Plasticizing unit : Hopper untuk mamasukan resin; Screw untuk mencampurkan material supaya merata; Barrel; Heater danNozzle.

 Drive Unit

Unit untuk melakukan kontrol kerja dari Injection Molding, terdiri dari Motor untuk menggerakan screw; Injection Piston menggunakan Hydraulic system (sistem pompa) untuk mengalirkan fluida dan menginjeksikan.

Proses injection molding.

 

A.    Biji plastic atau resin dalam bentuk butiran atau bubuk ditampung dalam sebuah hopper kemudian turun ke dalam barrel secara otomatis (karena gaya gravitasi) dimana ia dilelehkan oleh pemanas yang terdapat di dinding barrel dan oleh gesekan akibat perputaran sekrup/screw injeksi. Plastik yang sudah meleleh diinjeksikan oleh sekrup injeksi (yang juga berfungsi sebagai plunger) melalui nozzle ke dalam cetakan atau moulding yang didinginkan oleh air. Produk yang sudah dingin dan mengeras dikeluarkan dari cetakan oleh pendorong hidrolik yang tertanam dalam rumah cetakan selanjutnya diambil oleh manusia atau menggunakan robot.Pada saat proses pendinginan produk secara bersamaan di dalam barrel terjadi proses pelelehan plastik sehingga begitu produk dikeluarkan dari cetakan dan cetakan menutup, plastik leleh bisa langsung diinjeksikan.lihat  gambar.2.

6

Gambar .2.

Plasticizing Process
             Plasticizing merupakan salah satu proses dalam Injection Molding, proses ini terjadi dalam platicizing unit. Resin yang masuk ke dalam plasticizing unit dengan adanya screw yang berputar menjadikan resin tercampur lebih homogen. Dibagian depan screw terjadi pemanasan resin hingga titik melting, resin mengalami proses plastizicing. Resin berubah bentuk dari padat ke cairan. Dengan bentuk cairan mememudahkan untuk proses injeksi ke nozzle dan akhirnya molding. Skema Proses plastizicing di dalam screw dapat dilihat gambar 3.



Gambar 3. Plasticizing dalam Screw
Injection
              Injection diawali dari resin cair dalam plasticizing unit, diinjeksikan ke nozzle (sambungan antara molding unit dengan tabung plasticizing unit). Melalui sprue material mengalir ke molding, tekanan dan kecepatannya aliran ditentukan oleh perputaran screw. Bagian dwelling akan bekerja untuk menentukan      

                                                                                                                                                                                                            7 

molding telah terisi penuh dengan memberikan tekanan. Colling dilakukan dengan menentukan laju pendinginan untuk proses solidifikasi plastik, hal ini sangat penting untuk menghasilkan plastik sesuai disain. Molding dapat dibuka dengan memisahkan satu bagian dengan bagian lain molding. Selanjutnya plastik hasil injeksi dikeluarkan melalui ejector. Lihat gambar 4.

Gambar 4. clamping unit, menunjukan proses injeksi dari nozzle ke Sprue, molding dan terdapat ejector untuk mengeluarkan plastik.

Mesin injection molding ukuran kecil, tampak hopper, nozzle dan clamping unit.

B.     Jendela proses

Lihat gambar.5.                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    8

gambar.5.

Molding area diagram

Jendela proses atau juga disebut Molding Area Diagram adalah sebuah indikator seberapa jauh kita bisa memvariasikan proses dan masih bisa membuat produk yang memenuhi syarat. Idealnya jendela proses cukup lebar sehingga bisa mengakomodasi variasi alami yang terjadi selama proses injeksi. Jika jendela proses terlalu sempit maka ada risiko menghasilkan produk yang cacat akibat variasi proses injeksi berada di luar jendela. Jendela proses berbeda-beda untuk tiap resin karena masing-masing resin memiliki titik leleh (temperatur transisi gelas, Tg) yang berbeda-beda.

Jika temperature  proses terlalu rendah maka ada kemungkinan material tidak meleleh dan jika meleleh maka viskositasnya, sangat tinggi sehingga memerlukan tekanan injeksi yang sangat tinggi. Jika tekanan injeksi terlalu tinggi maka akan menimbulkan flash atau burr pada garis pemisah( parting line)cetakan akibat gaya pencekaman lebih kecil dari tekanan injeksi. Dan jika temperatur proses terlalu tinggi maka material akan mengalami kerusakan atau terbakar. Gas Assisted Injection Molding.lihat gambar 6.

      gambar.6.    

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                9             

Gas Assisted Injection Molding melibatkan penggunaan gas bertekanan tinggi dalam proses injeksi. Ketika mold baru terisi sebagian material plastik leleh (1), gas bertekanan tinggi diinjeksikan. Gas ini akan mendorong plastik leleh ke arah dinding-dinding cetakan (2). Tekanan gas tetap dipertahankan untuk memberikan tekanan pemadatan sementara produk mengalami pendinginan. Gas yang biasa dipakai adalah gas Nitrogen karena bersifat inert.

Keuntungan

1. Leluasa dalam mendesain bentuk-bentuk produk berongga, berdinding tipis ataupun tebal dan berbentuk batang atau pipa
2. Kekakuan produk lebih tinggi akibat adanya ruang kosong (momen inersia polar lebih tinggi)
3. Memerlukan jumlah gate lebih sedikit sehingga mengurangi weldline
4. Tidak ada cacat sinkmark pada produk-produk yang tebal
5. Tekanan injeksi dan pemadatan yang lebih rendah
6. Distribusi tekanan pemadatan lebih merata dan siklus injeksi lebih cepat akibat waktu pendinginan lebiih singkat.                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                10          

ILUSTRASI PEMBUTAN KOMPONEN ATAU PRODUK.

Sebagai ilustrasi plastik solid hasil dari injection molding dilihat pada gambar 4. Resin cair yang masuk dari sprue sampai ke part sesuai dengan cetakan (molding) mengalami proses pendinginan menjadi padatan (solid) sesuai dengan gambar 4

Gambar ilustrasi produk.

Lihat gambar 7.

gambar.7.

Bagian hasil cetakan yang dipergunakan konsumen adalah part, sedangkan sprue dan runner merupakan jalannya resin untuk sampai ke part, dan mengalami pendinginan, yang berubah menjadi padatan.
selanjut nya untuk sprue dan runner akan di daur ulang atau di buang.Materail resin dapat di campur dengan sisa material runner dan sprue,ada juga material yang tidak dapat di campur dengan sisa material dan sprue

HASIL CETAKAN PLASTIK.

                Produk akhir yang di hasikan dalam proses injection molding terkadang tidak sesuai dengan spesifikasi dan desain yang telah di rancang.

Adapun maslah-masalah yang sering kita temukan dalam injection molding disini saya beri 2 contoh permasalahannya  adalah sebagai berikut :                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                         11 

1.Sink mark

 merupakan penuruan bagian permukaan pada hasil injecion molding karena terjadinya penyusutan bentuk plastik (volume) dan pengurangan densitas. Sink mark sangat dipengaruhi oleh disain plastik dan sering terjadi pada disain yang rumit. Pada suatu saat, dengan bentuk molding yang sama, dapat menghasilkan orientasi plastik yang berbeda, kadang mengalami penggelembungan membentuk cekungan atau cembung, terkadang juga mengalami penyusutan atau penambahan volume. Untuk mengatasi masalah ini biasanya dengan cara meningkatkan cooling rate.

2.Weld Line

Weld line terjadi ketika, aliran resin cair dari sumber runner yang berbeda, bertemu dalama core (inti molding), biasanya terjadi pada akhir proses injeksi dalam molding.
Selain solusi teknis, untuk mengurangi masalah weld line, sink mark, dan inconsistent dimension, saat ini telah dikembangkan program simulasi aliran resin ke molding (mold flow) dengan menggunakan Pro-engineering. Sehingga engineer dapat memprediksikan didaerah mana akan terjadi permasalahan tersebut.

                Utuk menghindari hal –hal atau permasalahan diatas di butuh kan perhitungan-perhitungan sbb:

Perkiraan Mold Clamping Force

Dasar hukum dari perkiraan mold clamping force adalah hukum pascal yang berbunyi  "Bila suatu cairan ditekan/didesak kedalam suatu rangkaian tertutup, maka besarnya tekanan yang dipindahkan akan sama besar pada semua bidang permukaan"
Hukum pascal tersebut dapat disimpulkan menjadi rumus W = D : A
W = kerja(inci), D = jumlah cairan yang dipindahkan(inci3), A = luas area(inci2)
Bila dikaitkan dengan tekanan ( Pressure ), rumus berubah menjadi P = F : A
P = pressure(kgf/cm2), F = force(kgf), A = luas area(cm2)
Contoh kasus:
Pada mesin electromotif injection mold type inline screw, dibuat product berbahan baku PS dengan dimensi 300X300X3mm, bila injection pressure 1,000kgf/cm2, berapa clamping forcenya?
( bila tekanan didalam mold berkurang 40% )
Jawab:                                                                                                                                                                                                                                                                                                        12
luas area product/penampang didalam mold,
A = 300 X 300 = 90,000mm2 = 900cm2
pressure didalam mold berkurang 40%,
P = 1,000kgf/cm2 X 60% = 600kgf/cm2
clamping force,
F = P X A
= 600 X 900
= 540,000kgf
= 540ton

Perkiraan Jarak Plasticizing.

Pada proses injection, perkiraan jarak plasticizing sangat penting karena plasticizing yang berlebihan bisa menyebabkan over pack saat material mendingin yang akhirnya mold menjadi rusak, dan sebaliknya pada design mold tertentu mensyaratkan product terisi penuh/tidak ada short mold agar product tidak tertinggal dibagian fix plate sedangkan plasticizing yang kurang adalah penyebab terjadinya short mold.

Untuk bisa memperkirakan jarak plasticizing, kita harus mengetahui:
1. rumus volume product(termasuk runner) yaitu:
volume(V) = berat product termasuk runner (W) : berat jenis material(w)
2. rumus volume cylinder yaitu
volume(V) = luas alas(A) X jarak plasticizing(L)
maka didapatkan rumus jarak plasticizing yaitu:
jarak plasticizing(L) = berat product termasuk runner(W) : ( berat jenis material(w) X luas alas(A)
contoh kasus:                                                                                                                                  13
pada mesin electric injection mold, memiliki ukuran diameter screw 35mm, dibuat product berbahan baku polypropilene (PP), dengan berat product 10.5g dan berat runner 3.18g, berapa kira-kira jarak plasticizingnya?

Jawab,

diameter scew 35mm, r = 17.5mm
A = 3.14 X 17.52
= 961.625mm2
berat product termasuk runner(W) = 13.68g
berat jenis material PP (w) = 0.75g/cm3 = 0.00075g/mm3
jarak plasticizing:
L = W : ( w X A )
= 13.68 : ( 0.00075 X 961.625 )
= 13.68 : 0.72
= 19mm ( + 10 mm untuk vp position )

Jenis-jenis material plastic yang di gunakan sesuai dengan aplikasinya:

                                                                                                                                                        14

Daftar pustaka

• (en) Strong, A. Brent (2006). "Plastics: Materials and Processing". Pearson Prentice Hall ISBN 0-13-114558-4
• (en) R.J. Crawford (2002). “Plastic Engineering”. Buttenworth-Heinemann ISBN 0-7506-3764-1
• (en) Anonym (1995). “The Wordsworth Dictionary of Science & Technology”. Wordsworth Reference ISBN 1-85326-351-6
• (en) Charles A. Harper (2000). “Modern Plastic Handbook”. McGraw-Hill, ISBN 0-07-026714-6

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        19

DAFTAR ISI

Kata pengantar………………………………………………………………………………………………………………………………….. 1

Daftar isi……………………………………………………………………………………………………………………………………………. 2

Teori……….………………………………………………………………………………………………………………………………………….3

Dasar teori………………………………………………………………………………………………………………………………………….4

Prinsip kerja thermosetting resin & thermo plastic resin…………………………………………………………………….5

Proses injection molding……………………………………………………………………………………………………………………..6

Plasticizing proses……………………………………………………………………………………………………………………………….7

Jendela proses…………………………………………………………………………………………………………………………………….8

Diagram molding/cetakan………………………………………………………………………………………………………………9-10

Ilustrasi pembuatan produk……………………………………………………………………………………………………………..11

Hasil produk & permasalahan nya……………………………………………………………………………………………………12

Perhitungan membuat produk ok……………………………………………………………………………………………….13 - 14

Jenis-jenis material plastic sesuai aplikasi yang di gunakan…………………………………………………………15 - 18

Daftar pustaka………………………………………………………………………………………………………………………………….19

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                2