PENGARUH VOLUME EXOTHERMIC RISER TERHADAP CACAT SHRINKAGE PADA PENGECORAN ALUMINIUM 6061 DENGAN METODE SAND CASTING TUGAS AKHIR Surabaya, 15 Juli 2014 Oleh : Muhammad Misbahul Munir NRP. 2112 105 026 Dosen Pembimbing : 1. Indra Sidharta, ST. M.Sc. NIP. 19800619 200604 1 004 2. Dr. Ir. Soeharto, DEA NIP.19480911 198103 1 001
60
Embed
PENGARUH VOLUME EXOTHERMIC TERHADAP …digilib.its.ac.id/public/ITS-paper-39020-2112105026-Presentation.pdf · solid. Untuk aluminium ... natural feeder. Nilai . shrinkage (S% ) ...
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
PENGARUH VOLUME EXOTHERMIC RISER TERHADAP CACAT SHRINKAGE PADA PENGECORAN ALUMINIUM
6061 DENGAN METODE SAND CASTING
TUGAS AKHIRSurabaya, 15 Juli 2014
Oleh :Muhammad Misbahul MunirNRP. 2112 105 026
Dosen Pembimbing :1. Indra Sidharta, ST. M.Sc.
NIP. 19800619 200604 1 0042. Dr. Ir. Soeharto, DEA
NIP.19480911 198103 1 001
Aluminium
Proyeksi penjualan mobil yang diyakni menembus rekor tertinggi
750.000 unit dan pasar motor yang mencapai 7,5 juta - 8 juta unit
membutuhkan alumunium sebanyak 84.000 ton dan belum
termasuk suku cadang.-Steelindonesia.com-
Komponen Otomotif
Rejection rate industri pengecoran logam Indonesia masih 6%-10% untuk industri besar dan industri
kecil hingga 15%. Padahal rata-rata secara internasional rejection rate itu hanya 3%.
-Ketua HAPLI-
Bentuk produk yang makin beragam dan berpresisi tinggi
Latar Belakang
Latar Belakang (cont.)Pengecoran Aluminium
Cacat Shrinkage
EXOTHERMIC RISER
1. Dapat mengubah dimensi benda hasil coran2. Dapat mempengaruhi sifat mekanik
Bagaimana pengaruh volume exothermicriser untuk meminimalisir terjadinya cacat penyusutan (shrinkage) yang efisien pada
pengecoran aluminium 6061 dengan metode sand casting
Perumusan Masalah
Batasan Masalah
Temperatur logam cair pada saat dituangkan ke dalamcetakan dianggap konstan
Logam cair dianggap sebagai Newtonian Fluid
Gaya gesek selama logam cair mengalir dianggapkonstan
Semua alat ukur yang digunakan dalam eksperimendianggap sudah dikalibrasi
Sistem saluran Horizontal – Bottom Gating Systemdan dianggap sudah ideal
Pasir cetak memiliki komposisi dan permeabilitasyang seragam (homogen)
Komposisi dan pencampuran bahan exothermic riserdianggap sama dan seragam
Bahan iron oxide (Fe3O4) pada exothermic riserdianggap tidak berpengaruh pada hasil coran.
Batasan Masalah
Mengetahui dan menganalisa pengaruh volume exothermic riser terhadap adanya cacat
penyusutan (shrinkage) pada pengecoran aluminium 6061
Tujuan
Tujuan dan Manfaat
Mengembangkan teori dan teknologi exothermic riserserta gating system yang dapat diaplikasikan padaindustri pengecoran logam.
Meningkatkan produktivitas industri pengecoranserta dapat menghasilkan benda coran yangberkualitas baik.
Tujuan dan Manfaat
Manfaat
DASAR TEORIApakah Exothermic riser itu ?
RiserHarus dapat mengisi kembali rongga cetak ketika terjadi penyusutan
Logam cair yang ada di riser membeku lebih lama dari pada produk cor Volumenya mencukupi
Penggunaan exothermic riser meningkatakan efisiensi penambah mencapai 70%, Sehingga dimensi riser lebih kecil.
Exothermic riser lebih efisien jika digunakan pada pengecoran benda yang dimensinya besar
Exothermic riser Sleeve
3Fe3O4 + 8Al = 4Al2O3 + 9Fe + 3369kJ
Logam Cair
Heat LossHeat Loss
DASAR TEORICacat Shrinkage
Shrinkage atau penyusutan merupakan cacat coran yang
disebabkan volume yang cenderung berkurang selama
proses solidifikasi dikarenakan perubahan
densitas dari liquid menjadi solid.
Untuk aluminium paduan shrinkage selama proses solidifikasi adalah 6% dari volumenya.
Cacat Shrinkage (Cont.)
Ilustrasi Shrinkage pada setiap fase
DASAR TEORIAluminium 6061
Komponen utama dari pembentuk paduan aluminium 6XXX, silicon dan magnesium adalah silicon dan magnesium membentuk senyawa magnesium silida (Mg2Si) yang
akan membentuk eutektik pada sistem paduan Al-Mg2Si.Densitas = 2,7 g/cm3
Temp solidus =5820CTemp liquidus =6520C
Melting point=582 - 6520C
Penelitian Terdahulu
Simulasi Z-Cast dan Pengecoran Alumunium 6061 Variasi Letak Penambah Buta (Blind Riser) dan Temperatur Tuang Terhadap Cacat Shrinkage.
Yudhi Hermawan, [1]
Hasil simulasi Z-cast Hasil Eksperimen Persentase Shrinkage
Letak blind riser yang paling efektif untuk meminimalisir shrinkage adalah ditengah, dan temperatur penuangan yang paling efektif adalah 700oC
7000C 7500C 8000C
Riser Sleeve Properties for Steel Casting and Effect of Sleeve Type on Casting Yield
Untuk mengetahui pengaruh riser sleeve terhadap laju pendinginan
Riser Biasa ( Natural Riser) Exothermic riser
Richard A. Hardin, dkk [2]
Penelitian Terdahulu
Riser Sleeve Properties for Steel Casting and Effect of Sleeve Type on Casting Yield
Untuk mengetahui pengaruh riser sleeve terhadap laju pendinginan
Hasil Pengukuran Metal TC Hasil Pengukuran Sand TC
Richard A. Hardin, dkk [2]
Penelitian Terdahulu
Riser Sleeve Properties for Steel Casting and Effect of Sleeve Type on Casting Yield
Untuk mengetahui perbedaan performa dari tipe riser sleeve terhadap laju pendinginan
Exothermic riser Insulation sleeve riser
Richard A. Hardin, dkk [2]
Penelitian Terdahulu
Metodologi Penelitian
Penentuan Data Awal
75
75
Dimensi benda coranToleransi Ukuran dan bentuk Panjang (p) : 77 mmLebar (l) : 77 mmTinggi (t) : 77 mm
Bentuk disesuaikan dengan Indian Standard 15865 : 2009
Material Pasir Cetak =Pasir Silika (85%) + Bentonit (10%) + Air (5%)
Material benda coran = Aluminium 6061
Berat jenis (ρ) = 2,7 gr/cm3
= 0,0975 lb/in3
Temperatur melting = 625 oC
Riser
Perencanaan Sistem SaluranDimensi sistem saluran berdasarkan perhitungan sesuai
dengan perencanaan American Foundrymen’s Society (AFS)
SprueØ atas = 1,88 cm Ø Bawah = 1,02 cm Tinggi = 15 cm
Well BaseØ = 2,27 cm Kedalaman = 3,2 cm
Runner Lebar = 2 cmTinggi = 1,6 cmPanjang = 10 cm
Gate
Panjang = 5 cm
Lebar = 2 cmTinggi = 1,6 cm
Benda CoranVolume = 77x77x77mm3
Perencanaan RiserPenambah Biasa (Natural Riser)
Modulus (C%) = 14 % untuk natural feederNilai shrinkage (S% ) paduan Aluminium 6061 yaitu = 4,7%Berat benda yang akan dicor (WC) = 1232,639 grBerat logam cair yang ada di dalam riser (WF) adalah sebagai berikut :
Tinggi riser (L) = 75 mmDiameter riser (D) = 50 mm
Sehingga, volume riser adalah :
50 mm
75 m
m
Foseco Non Ferrous Fondrymen’s Handbooks
Perencanaan Riser
Menurut Tata Surdia[3] penambah atas coran bukan besi
Simulasi SoftwareSimulasi SoftwareSIMULASI
Tanpa Riser
Riser Biasa Optimal(Diamater ditambah
5mm jika masih terjadi shrinkage)
Riser biasa diameter 50mm dan tinggi 75mm
Riser biasa diameter 55mm dan tinggi 75mm
Riser biasa diameter 60mm dan tinggi 75mm
Riser biasa diameter 65mm dan tinggi 75mm
Riser biasa diameter 70mm dan tinggi 75mm
Riser biasa diameter 75mm dan tinggi 75mm
Riser biasa diameter 80mm dan tinggi 75mm
Riser biasa diameter 85mm dan tinggi 75mm
Riser biasa diameter 90mm dan tinggi 75mm
Exo - riser diameter 90mm, tebal 5mm dan tinggi 75mm
Exo - riser diameter 85mm, tebal 5mm dan tinggi 75mm
Exo - riser diameter 80mm, tebal 5mm dan tinggi 75mm
Exo - riser diameter 75mm, tebal 5mm dan tinggi 75mm
Exo - riser diameter 70mm, tebal 5mm dan tinggi 75mm
Exo - riser diameter 65mm, tebal 5mm dan tinggi 75mm
Exo - riser diameter 60mm, tebal 5mm dan tinggi 75mm
Exo - riser diameter 55mm, tebal 5mm dan tinggi 75mm
Exo - riser diameter 50mm, tebal 5mm dan tinggi 75mm
Exo - riser diameter 45mm, tebal 5mm dan tinggi 75mmRiser Exothermic Efektif
(Diamaeter dikurangi 5mm jika tidak
terjadi shrinkage)
Data Hasil Simulasi :-Letak dan prosentase shrinkage
- Temperatur pendinginan logam cair- Temperatur dinding Exothermic
Tahap – Tahap Simulasi
Simulasi Software
3D CAD ModelingImport model 3d ke software
Penentuan bagian – bagian dari model
- Penentuan material mold = Silica Sand- Penentuan material exothermic riser =Exothermic
Proses Solidifikasi Riser biasa 50mmLetak cacat shrinkage
Pengecoran Menggunakan Riser Biasa
Data Hasil Simulasi
Model Riser biasa 90mm
Proses Solidifikasi riser biasa 90mmLetak cacat shrinkage
Pengecoran Menggunakan Riser Biasa
Data Hasil Simulasi
Semakin besar volume riser biasa maka semakin memperlambat waktu solidifikasi
Pengecoran Menggunakan Riser Biasa
588 detik590 detik623 detik630 detik650 detik
673 detik680 detik705 detik730 detik
Data Hasil Simulasi
Letak cacat shrinkage hasil simulasi riser biasa
Pengecoran Menggunakan Riser Biasa
Data Hasil Simulasi
0
5
10
15
20
25
45 50 55 60 65 70 75 80 85 90
Pers
enta
se C
acat
Shr
inka
ge (%
)
Diameter riser (mm) dengan tinggi 75mm
Volume Riser Biasa Terhadap Persentase Cacat Shrinkage
Grafik Volume Riser Biasa Terhadap Persentase Cacat Shrinkage
Semakin besar volume riser biasa semakin mengurangi volume cacat shrinkage yang terjadi
Pengecoran Menggunakan Riser Biasa
Data Hasil Simulasi
Model Exothermic riser 90mm
Proses Solidifikasi Exothermic Riser 90mm
Letak cacat shrinkage
Pengecoran Menggunakan Exothermic riser
Data Hasil Simulasi
Model Exothermic riser 55mm
Proses Solidifikasi Exothermic Riser 55mm
Letak cacat shrinkage
Pengecoran Menggunakan Exothermic riser
Data Hasil Simulasi
Model Exothermic riser 45mm
Proses Solidifikasi Exothermic Riser 45mm
Letak cacat shrinkage
Pengecoran Menggunakan Exothermic riser
Data Hasil SimulasiPengecoran Menggunakan Exothermic riser
Semakin besar volume exothermic riser maka semakin memperlambat waktu solidifikasi
752 detik797 detik854 detik902 detik
545 detik
594 detik560 detik
620 detik
543 detik
696 detik
Data Hasil SimulasiPengecoran Menggunakan Exothermic riser
Letak cacat shrinkage hasil simulasi exothermic riser
Data Hasil SimulasiPerbandingan hasil simulasi riser biasa dengan exothermic riser
(riser biasa) (Exothermic riser)0
100200300400500600700800
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000
Grafik Perbandingan Temperatur Solidifikasi antara Riser Biasa dengan
Exothermic Riser
Riser Biasa diameter 55mm dan tinggi 75mm
Exothermic riser diameter 55mm dan tinggi 75mm
Penggunaan Exothermic riser memperlambat laju solidifikasi logam cair sehingga riser dapat bekarja secara efektif
Data Hasil Eksperimen
CetakanTemperatur
penuangan di tungku (oC)
Tinggi Penuangan (cm)
Waktu Tuang (s)
Tanpa riser 710 5 11
Dengan riser biasa ø90mm 800 5 23
Dengan exothermic riser ø55mm 685 5 21
Parameter penuangan aluminium cair
Data Hasil Eksperimen
0
100
200
300
400
500
600
700
800
0 200 400 600
Tem
pera
tur (
C)
Waktu (s)
Temperatur Pendinginan Logam Cair pada Pengecoran dengan Riser Biasa
Temperatur Logam Cair pada Pengecoran dengan Riser Biasa
Pengukuran temperatur pada riser biasa
Data Hasil Eksperimen
0
50
100
150
200
250
0 200 400 600
Tem
pera
tur (
C)
Waktu (s)
Temperatur Pasir Cetak Pengecoran denganRiser Biasa
Temperatur Pasir Cetak Pengecoran dengan Riser Biasa
Pengukuran temperatur pada riser biasa
0,0
100,0
200,0
300,0
400,0
500,0
600,0
700,0
800,0
0 200 400 600
Tem
pera
tur (
C)
Waktu (s)
Temperatur Logam Cair Pengecoran dengan Exothermic Riser
Temperatur Logam Cair Pengecoran dengan Exothermic Riser
Data Hasil EksperimenPengukuran temperatur pada exothermic riser
Data Hasil Eksperimen
0,0
50,0
100,0
150,0
200,0
250,0
300,0
350,0
400,0
0 100 200 300 400 500 600 700
Tem
pera
tur (
C)
Waktu (s)
Grafik Perubahan Temperatur Selimut Exothermic Riser
Temperatur Dinding Exothermic Riser
Perubahan temperatur dinding exothermic riser mencapai 3500C
Pengukuran temperatur pada exothermic riser
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
0 200 400 600
Tem
pera
tur (
C)
Waktu (s)
Grafik Perubahan Temperatur Pasir Cetak Pengecoran dengan Exothermic Riser
Temperatur pasir cetak
Data Hasil Eksperimen
Perubahan temperatur pasir hingga 650 detik mencapai 1500C
Pengukuran temperatur pada exothermic riser
Data Hasil Eksperimen
0,0
50,0
100,0
150,0
200,0
250,0
300,0
350,0
400,0
0 200 400 600
Tem
pera
tur (
C)
Waktu (s)
Temperatur Dinding Exothermic Riser dan temperatur pasir cetak
Temperatur Dinding Exothermic Riser
Temperatur pasir cetak
Perbandingan Temperatur Dinding exothermic riser dengan pasir cetak riser biasa
Temperatur dinding exothermic riser lebih tinggi dibandingakan temeperatur pasir biasa
208,40C
358,20C
Data Hasil Eksperimen
(a) (b) (c)
Benda cor hasil eksperimen (a) Pengecoran tanpa riser
(b) Pengecoran dengan exothermic riser (c) Pengecoran dengan riser biasa.
Data Hasil Eksperimen
Data Hasil Eksperimen
Data Hasil Eksperimen
Cacat Shrinkage pada riser Cacat Shrinkage pada benda kerja
Volume awal air = 150ml
Pemasangan malam pada benda uji
Pengukuran perbedaan volume
Perbandingan Data Hasil Eksperimen dan Hasil Simulasi
0% 0,47%
17,5%12,3%
0% 0%
Kesimpulan dan Saran
• Semakin besar volume exothermic riser dapat mengurangi terjadinya cacat shrinkage pada benda coran. Tetapi semakin besar exothermic riser yang digunakan maka biaya produksi pengecoran semakin tinggi digunakan untuk pembuatan exothermic riser. Exothermic riser dapat mempertahankan temperatur logam cair di riser dengan berfungsi sebagai insulasi dan menghasilkan panas dari reaksi exothermic-nya sehingga logam cair tersebut dapat mengisi volume benda coran yang berkurang akibat cacat shrinkage.
• Volume exothermic riser berpengaruh terhadap volume logam cair yang akan mengisi cacat shrinkage pada benda kerja. Jika volume riser lebih kecil daripada volume yang berkurang akibat cacat shrinkage pada benda coran, akan terjadi kekurangan logam cair untuk mencegah terjadinya cacat shrinkage.
• Volume exothermic riser yang dapat mencegah cacat shrinkage lebih kecil daripada volume riser biasa. Berdasarkan hasil simulasi, volume exothermic riser yang dapat mencegah terjadinya cacat shrinkage untuk benda uji standar berbentuk kubus dengan dimensi p = l = t = 77mm adalah 178.258,93mm3 (ø55mm, tinggi = 75mm dan tebal selimut = 5mm). Sedangkan volume riser biasa untuk benda uji yang sama adalah 477.321,43mm3 (ø90 dan tinggi = 75mm)
Kesimpulan
Kesimpulan dan Saran
• Diperlukan penelitian lanjutan mengenai pengaruh komposisimaterial exothermic terhadap efisiensi penggunaanexothermic riser.
• Penelitian exothermic riser seharusnya dilakukan pada produksi pengecoran kapasitas besar dengan peralatan pengukuran yang akurat dan menggunakan material yang titik leburnya tinggi seperti baja untuk mengetahui efektifitas penggunaan exothermic riser.