Perancangan Bracket Cetakan dan Simulasi Injection Molding untuk Komponen Slide Piece CVT
Muhammad Khaidar R, Alfan Ekajati Latief*, Naufal Raihan M, Satria Budhi Dharma Teknik Mesin Institut Teknologi Nasional Bandung, Indonesia Jl. PHH. Mustafa No.23 Bandung 40124 e-mail korespodensi : alfan@itenas.ac.id *
Received 05 September 2021 | Revised 05 April 2022 | Accepted 11 April 2022

## ABTRAK
Sepeda motor adalah moda transportasi ter-favorit di masyarakat, dimana jumlahnya mencapai 106.657.952 unit atau sekitar 84 persen dari total kendaraan di Indonesia khusunya sepeda motor dengan automatic transmission.  Hal  ini  berbanding  lurus  dengan  banyaknya  pengembangan  atau  penelitian  di  industri otomotif  salah  satunya  yaitu  pemanfaatan  polypropilane  high impact (PPHI)  dan  serat  alam  sebagai material atau bahan dasar sebuah produk. Oleh karena itu, dalam penelitian ini  dirancang bracket cetakan yang  merupakan  pengembangan  dari  cetakan  injection  molding  hand  press  sebelumnya.  Penelitian  ini bertujuan agar slide piece dapat diproduksi secara masal. Dalam penelitian ini dilakukan simulasi injection molding untuk slide piece berserat nanas dengan fraksi volume 20%, mesh 170 dengan perekat berupa polypropilane high impact (PPHI),  melalui  tahapan-tahapan  perancangan,  seperti  penentuan  kriteria kebutuhan, simulasi pembebanan, penentuan material, serta anilisis hasil simulasi. Hasil dari perancangan adalah gambar teknik bracket cetakan yang menggunakan material AL 7075 T-7 serta parameter proses injection molding dari hasil simulasi berupa temperatur proses yang disarankan dari 180°C hingga 200°C dengan tekanan sebesar24 MPa hingga 30 MPa.
Kata kunci: 3-5 ;  Slide piece, Injection molding, Serat Nanas, polypropilane high impact (PPHI).

## ABSTRACT
Motorcycles are the most popular mode of transportation in the community, where the number reaches 106,657,952 units  or  about  84  percent  of  the  total  vehicles  in  Indonesia,  especially  motorcycles  with automatic transmission. This is directly proportional to the number of developments or researches in the automotive industry, one of which is the use of high impact polypropylene (PPHI) and natural fibers as the basic material for a product. Therefore, in this study, a mold bracket was designed which is a development of the previous hand press injection molding mold. This study aims to make slide pieces mass-produced. In this study, injection molding simulations were carried out for pineapple fibrous slide pieces with a volume fraction of 20%, mesh 170 with an adhesive in the form of high impact polypropylene (PPHI), through design stages, such as determining requirement criteria, loading simulation, determining material, and analyzing results. simulation. The results of the design are technical drawings of mold brackets using AL 7075 T-7 material and the injection molding process parameters from the simulation results in the form of a recommended process temperature from 180°C to 200°C with a pressure of 24 MPa to 30 MPa.
Key words: 3-5;Slide piece, Injection molding, Pineapple Fiber, polypropilane high impact (PPHI).

## 1. Pendahuluan
Teknologi ramah lingkungan sudah menjadi topik perbincangan dimana-mana baik dari kalangan khalayak umum hingga para cendikiawan, Saat ini perkembangan teknologi semakin pesat, mulai dibidang  pertanian,  industri  besar,  dan  industri  skala  rumah  tangga  ("Teknologi  Ramah Lingkungan  Kompas.com”,  2020), juga  pemahaman  masyarakat  yang  sadar  akan  pentingnya sustainability, dimana sustainability sendiri merupakan sebuah konsep yang berkaitan dengan kelangsungan berbagai aspek keberlangsungan hidup [1] . Salah satu teknologi ramah lingkungan yaitu dengan memanfaatkan potensi serat alam yang dijadikan biokomposit, dapat menyelesaikan masalah pengemasan industri selain itu dapat dimanfaatkan juga untuk konstruksi berkelanjutan di industri automotive [2] , salah satu serat alam yang digunakan adalah serat daun nanas yang memiliki kekuatan  dan  kekakuan  yang  tinggi salah satunya  dikarenakan memiliki  kandungan selulosa yang tinggi [3] . Pada tahun 2014 Indonesia mampu melakukan panen daun nanas 1,8 Juta ton, sedangkan berat dari daun nanas rata-rata 7 % nya sehingga Indonesia mampu menghasilkan 126.000  ton  daun  nanas  setiap  tahun  nya [4] , Berdasarkan  hal  itu    penulis  berharap  dapat memanfaatkan  bahan  alam  tersebut  untuk  teknologi  ramah  lingkungan  dibidang  industri khususnya otomotif.
Pada  tahun  2018  sepeda  motor  masih  menjadi  moda  transportasi  ter-favorit  di  masyarakat Indonesia dimana tercatat 106.657.952 unit kendaraan adalah sepeda motor dari total kendaraan yang ada di Indonesia yakni sebanyak 126.508.776 unit (Jumlah kendaraan bermotor,bps.go.id”, 2018). Salah satu  jenis sepeda motor berjenis matic, yang dalam mekanisme kerjanya sepeda motor  matic  ini  menggunakan  mekanisme  CVT  ( Continously  Variable  Transmission ), mekanisme sistem ini bertujuan meningkatkan ekonomi bahan bakar di kendaraan dengan cara pengoperasian engine mendekati kondisi kecepatan daya efisiensi maksimum [5] dimana salah satu komponen utamanya adalah slide piece .
Oleh karenanya penulis akan melakukan perancangan dan pengembangan simulasi dari penelitian cetakan slide piece metode hand press [6] sedangkan yang akan digunakan sekarang yaitu mesin injection molding skala industri yang betujuan untuk mendapatkan kualitas hasil produk cetakan berupa sparepart slide piece berbahan serat nanas dengan fraksi volume 20%, mesh 170 dan perekat  berupa polypropilane high impact , menggunakan metode injection molding yang dapat menurunkan persentase porositas yang terjadi [7] . atau yang lebih baik dibandingkan dengan slide piece yang  beredar dipasaran, penelitian sebelumnya dengan menggunakan injection molding handpress dan dapat diproduksi secara masal.
Tujuan  dari  perancangan  dan  simulasi  ini  adalah  mendapat  rancangan bracket cetakan  serta parameter mesin injection molding yang memenuhi kriteria perancangan dalam bentuk gambar teknik  dan  variabel  input  pada  mesin injection  molding berdasarkan filling  time,  volumetric shrinkage dan cooling [8] . Dari data tersebut jika sudah diperoleh dari pihak perancang maka akan langsung di serahkan kepada pihak produksi untuk segera diproduksi sesuai dengan hasil dari perancangan. [9][10] .

## 2. Metodologi
Tahap pertama yaitu pengumpulan data untuk memperoleh dimensi produk, spesifikasi mesin Injection molding dan material PPHI sebagai bahan dasar pembentuk Slide Piece berdasarkan data yang  diperoleh  lalu  dibuatlah  kriteria-kriteria  perancangan  sesuai  kebutuhan.Setelah  itu membuat slide  piece model  3D menggunakan software Solidwork serta meshing menggunakan Solidworksplastic untuk memperoleh polygon segitiga agar dapat dilakukannya proses simulasi. Hasil dari simulasi tersebut dibandingkan dengan perhitungan secara manual dengan parameter filling time, volumetric shrinkage dan cooling time .Selanjutnya membuat model bracket cetakan produk slide piece dan melakukan simulasi pembebanan pada bracket tersebut. Terakhir yaitu
mendokumentasikan  hasil  dari gambar  teknik bracket cetakan  yang  diperoleh dan  parameter masukan untuk mesin injection molding. 2.1. Dimensi Produk Slide Piece Berikut merupakan pemodelan yang diukur dan didapat pada slidepiece yang motor Honda Beat 110 esp.
Gambar 1. Pemodelan SlidePiece
2.2. Spesifikasi Mesin
Proses injection molding menggunakan mesin Apex 130 Easy , diperoleh spesifikasi alat sebagai berikut. Tabel 1. Spesifikasi mesin injection molding Tipe Mesin Apex 130 Easy Kekuatan Press 1300 kN Tingkat Injeksi 200 g/s Berat Total 3500 kg Berat Injeksi 200 g Dimensi Mesin Penggerak 420*120*170 mm Ejektor Stroke 420 mm Perubahan Volume 200 Jarak Antar Dasi 420 mm Jenus Mesin Hidrolik Diameter Skrup 42 mm Daya 12,5 kW 2.3. Material PPHI
Material komposit yang dipergunakan adalah PPHI dan Serat Alam berupa serat Nanas dengan fraksi volume 20% dengan kerapatan penyaringan ( mesh ) sebesar 170 hal ini didasari oleh jurnal penelitian Analisis Bending pada Komposit PPHI ( Polypropylene High Impact ) Berpenguat Serat Nanas  dengan  Fraksi  Volume  20%  yang  Dibuat  Menggunakan Injection  molding [7] , yang menunjukan  keunggulan  material  komposit  tersebut,  diantaranya memiliki  sifat-sifat sebagai berikut:
1) Ketahanan impak yang tinggi.
2) Material serat alam ramah lingkungan.
3) Mampu menahan temperatur hingga 130°C.
4) Memiliki kepadatan yang rendah hingga membuat hasil produk yang lebih ringan.
5) Memilik sifat kaku yang baik.

## Gambar 2. Tabel perbandingan serat PPHI [7]
2.4. Kriteria Perancangan bracket cetakan Data kriteria  perancangan bracket cetakan  berdasarkan  kondisi  kerja  dan  pengguna  mesin injection molding yang didapatkan adalah sebagai berikut:
1) Bentuk menyesuaikan dengan Ukuran nozzle dan cekam mesin injection molding .. 2) Sistem Material bracket cetakan mampu menghantarkan panas dengan baik..
3) Tahan  terhadap korosi  mengingat bahan termoplastik akan di alirkan ke rongga cetakan. 4) Material bracket cetakan tidak melebihi titik leleh PPHI.
5) Dapat menanah beban dari injection molding. 6) Ringan dan mudah dipasangkan pada mesin injectionmolding.
7) Aman dalam pengoperasian.
8) Mudah dan cepat dalam proses pemesinan produksi.
2.5. Perancangan Bracket Cetakan Material yang dipilih untuk menjadi bahan bracket cetakan adalah alumunium seri T-7. Material ini dipilih karena memilki konduktivitas thermal yang tinggi jika diberikan heat treatment yang sesuai serta memiliki keuntungan dari segi performa dan biaya jika thermal management menjadi kunci tinjauan perancangan [9] . Tabel 2.Material Cetakan Jenis Material Alumunium Tipe Alumunium Al 7075 T-7 Konduktivitas Termal 155 . Titik Lebur 477 °C - 635 °C
Berikut  ini  merupakan  hasil  perancangan  dengan  menghasilkan  bentuk  3D Menggunakan softwaresolidwork . Dimensi dari Bracket Plate = 180 mm x 150 mm x 10 mm.
Gambar 3. Bracket Cetakan

## 3. Hasil dan Pembahasan
3.1. Simulasi Pembebanan Bracket Cetakan Pada proses analisis ini, analisis yang digunakan adalah stress analysis pada softwareSolidworks . Analisis ini bertujuan untuk mengetahui tegangan pada molding dengan material Alumunium 7075  T-7 yang  digunakan  pada bracket cetakan  yang  diperuntukkan  untuk  mesin injection molding yang bertekanan maksimal 1300 kN,

## Gambar 4. Bracket Cetakan
Hasil simulasi tegangan von mises stress dengan tekanan 1300 kN yang terlihat pada Gambar 4. menunjukan tegangan maksimal maksimal yang terjadi sebesar 86.4 MPa. Berdasarkan  hasil simulasi pembebanan dapat dinyatakan bahwa Alumunium 7075 T-7 adalah material yang sesuai untuk diguganankan sebagai material bracket injection molding dikarenakan Alumunium 7075 T-7 memiliki yield strength sebesar 505 MPa.

## 3.2. Simulasi Injection Molding
Penentuan temperatur dan tekanan yang akan di aplikasikan pada cetakan ditentukan dari proses simulasi setiap variabel akan menghasilkan parameter injeksi yang bervariasi.
1) Variasi Temperatur Slide Piece
Tabel 3. Variasi Temperatur Temperatur 180 ℃ 200 ℃ 220 ℃ 240 ℃ 260 ℃ 280 ℃ Fill Time 2.034 sec 2,019 sec 2, 005 sec 1,984 sec 1,931 sec 1,851 sec Volumetric Shrinkage  At End Of Fill 0,031– 0,1164 % 0,0302 – 0,1601 % 0,033– 0,1523 % 0,039 – 0,1437 % 0, – 0,0948 % 0,– 0,0891 % Cooling Time 2.8087 – 39.93 sec 2.9896 – 50.87 sec 3.018– 80.5187 sec 9,1171 – 120,21sec 26,88 – 143.52 sec 30,04 – 144,72 sec Berdasarkan hasil simulasi menggunakan softwaresolidworks dengan variasi temperatur 180 ℃ , 200 ℃ , 220 ℃ 240 ℃, 260℃, 280℃ didapatkan fill time tercepat berada pada temperatur 280 ℃ yaitu dengan watu 1,851 detik juga jika dilihat dari volumetric shrinkage terlihat bahwa nilai penyusutan yang paling rendah berada pada temperatur 280 ℃ yaitu dengan  penyusutan maksimal  sebesar  0,0891 % dan  juga cooling  time tercepat  pada temperatur  180 ℃ dengan waktu 2.8087 sampai 39.93 detik.

## A. Variasi Tekanan Slide Piece

## Tabel 4. Variasi Tekanan
Berdasarkan  hasil  simulasi  menggunakan softwaresolidworks dengan  variasi  tekanan  3 MPa, 9 MPa, 24 MPa
30 MPa didapatkan fill time tercepat berada pada tekanan 30 MPa yaitu dengan  watu  1,939  detik  akan  dan  jika  dilihat  dari volumetric  shrinkage terlihat  bahwa  nilai penyusutan yang paling rendah berada pada tekanan 30 MPa yaitu dengan penyusutan maksimal sebesar 0,289 % juga cooling time tercepat pada tekanan 3 MPa dengan waktu 2.9804 sampai 40.93 detik.
B. Simulasi Fill Time Dan Volumetric ShirnkageInjection Molding Optimal
Tabel 5. Fill Time Dan Volumetric Shirnkage Optimal
Berdasarkan Tabel  5. perbandingan  hasil  simulasi injection  molding yang  sudah disimulasikanmaka fill time dan volumetric shirnkage optimal adalah pada temperatur 280 ℃ dan dengan tekanan 30 MPa.
C. Simulasi Cooling TimeInjection Molding Optimal
Tabel 6. Cooling Time Optimal Tekanan 3 MPa 9 MPa 24 MPa 30 MPa Fill Time 2,214 sec 2,092 sec 1,982 sec 1,939 sec Volumetric Shrinkage At End Of Fill 0,127 – 1,032 % 0,142 – 1,825 % 0 – 0,510 % 0 – 0,289 % Cooling Time 2.9804 – 40.93 sec 3.524 – 41.09 sec 3.631 – 42.31 sec 3.573 – 41.97 sec Tekanan 30 MPa Temperatur 280 ℃ Fill Time 1,586 sec Volumetric Shrinkage At End Of Fill 0 – 0,0941 % Cooling Time 26,88 sec – 143.52 sec Tekanan 3 MPa Temperatur 180 ℃ Fill Time 2,1 sec Volumetric Shrinkage At End Of Fill 0 – 0,1771 % Cooling Time 3,0375 sec – 49,1545 sec
Berdasarkan Tabel 6 . perbandingan hasil simulasi injection molding yang sudah disimulasikan maka fill  time dan volumetric  shirnkage optimal  adalah  pada  temperatur 180 ℃ dan  dengan tekanan 3 MPa.
3.3. Perhitungan Injection Molding
Berikut merupakan perhitungan secara manual untuk menghitung parameter parameter Injection molding:
1) fill time
t = (1) Dimana : t : Filling time / waktu pengisian
V
: Volume shot
p : Tekanan yang direkomendasikan
P : Daya injeksi
t = , / , t = 1.5075
2) Menghitung Laju Aliran
= (2) Dimana : : Laju Aliran Massa
: Volume s : Waktu filling time
= 0.004296 1.5075 = 0.002849 /
3) Cooling Time
= xln x (3)
= xln x (4)
Dimana  :
: Waktu pendinginan
: Volume mold
α : Difusivitas termal : Konduktivitas termal
: Massa jenis
C : Kalor Jenis : Temperatur leleh : Temperatur mold : Temperatur ejeksi

## 3.4. Pebandingan Parameter Injection Molding
Tabel 7. Perbandingan Parameter Injection Molding Model Injection molding (perhitungan) Injection molding (simulasi 280 ℃ & 30 MPa) Injection molding (simulasi 180 ℃ & 3 MPa) Hand Press Fill Time 1.5075 sec 1,586 sec 2,1 sec 2,392 sec Volumetric Shrinkage At End Of Fill x 0 – 0,0941 % 0 – 0,1394 % 0 – 0,1177 % Cooling Time 47.93 ec 26,88 – 143.52 sec 3,0375 – 49,1545 sec 8,3641 – 166,260 sec Jika melihat dari Tabel 7, perbandingan diatas maka dapat diketahui bahwa Injection molding baik pada temperatur 280 ℃ atau 180 ℃ dan tekanan 30 MPa dan 3 MPa menunjukan angka yang lebih  baik  dibandingkan  dengan hand  press  manual begitu  pula  jika  dibandingkan  dengan perhitungan  manual  menujukan  perbedaan  yang  tidak  terlalu  signifikan  dalam  hal  ini  dapat diartikan bahwa hasil simulasi yang dilakukan sesuai dengan perhitungan manual.
4. Kesimpulan Berdasarkan alat Injection molding Apex 130 Easy didapatkan bracket cetakan menggunakan material Al 7075 T-7 dengan titik lebur 477 °C - 635 °C dan konduktivitas termal 155  W/(m . K) , dengan dimensi 150 x 180 mm dan menggunakan bolt m6 x 25 mm. Berdasarkan simulasi pembebanan bracket cetakan yang dirancang dapat menahan beban yang di berikan dari mesin injection molding. Hasil simulasi Injection molding sistem circular runner gate dengan variasi tekanan dan temperatur menujukan bahwa filling time dan volumetric srinkage yang ideal berada pada temperature 280°C dan dengan tekanan sebesar 30 MPa yang menujukan filling time 1,586 detik dan volumetric srinkage pada range 0 – 0,1394  %. Hasil simulasi Injection molding sistem circular runner gate dengan variasi tekanan dan temperatur menujukan bahwa cooling time yang ideal  berada  pada  temperatur  180°C  dan  dengan  tekanan  sebesar  30  MPa  yang  menujukan cooling time pada range 3,0375 – 49,1545 sec. Jika ditinjau dari filling time , volumetric srinkage , dan cooling  time secara  keseluruhan  berdasarkan  simulasi  yang  sudah  dilakukan  maka  range penggunaan temperatur yang cocok berada pada 180°C hingga 200°C dan pada tekanan 24 MPa hingga 30 MPa.

## 5. Daftar Pustaka
[1] A. Amri, “Pengaruh Pendinginan Dalam Proses Injection Molding Pembuatan Acetabular Cup Pada Sambungan Hip,” 2009.
[2] G. S. Mann, L. P. Singh, P. Kumar, and S. Singh, “Green composites: A review of processing technologies and recent applications,” J. Thermoplast. Compos. Mater. , vol. 33, no. 8, pp. 1145–1171, 2020, doi: 10.1177/0892705718816354.
[3] M. Asim et al. , “A review on pineapple leaves fibre and its composites,” Int. J. Polym. Sci. , vol. 2015, 2015, doi: 10.1155/2015/950567.
[4] M. Mahardika, H. Abral, A. Kasim, S. Arief, and M. Asrofi, “Production of nanocellulose from pineapple leaf fibers via high-shear homogenization and ultrasonication,” Fibers , vol. 6, no. 2, pp. 1–12, 2018, doi: 10.3390/fib6020028.
[5] M. Milazzo et al. , “A passively regulated full-toroidal continuously variable transmission,” Meccanica , vol. 55, no. 1, pp. 211–226, 2020, doi: 10.1007/s11012-019-01096-y.
[6] A. E. Latief, L. Darusman, W. P. Fahla, A. D. Zaidan, and N. Desi, “Perancangan Cetakan Injection Molding Hand Press Untuk Produk Slide Piece CVT Menggunakan FEM,” vol. 2, pp. 105–113, 2021.
[7] N.  D.  Anggraeni et  al. ,  “Analisis  Bending  pada  Komposit  PPHI  (  Polypropylene  High Impact ) Berpenguat Serat Nanas dengan Fraksi Volume 20 % yang Dibuat Menggunakan Injection Molding,” 2020, pp. 8–12.
[8] I.  Putera,  “Perancangan  Produk  dan  Analisis  Mesin  Injection  Handpress  dengan Mennggunakan Software Solidwork,” Institut Teknologi Nasional Bandung, 2020.
[9] R. N. Lumley, N. Deeva, R. Larsen, J. Gembarovic, and J. Freeman, “The role of alloy composition and T7 heat treatment in enhancing thermal conductivity of aluminum high pressure diecastings,” Metall. Mater. Trans. A Phys. Metall. Mater. Sci. , vol. 44, no. 2, pp. 1074–1086, 2013, doi: 10.1007/s11661-012-1443-7.
[10] Y. Tang, Z. Gao, and Y. F. Zhao, “Design of conformal porous structures for the cooling system of an injection mold fabricated by additive manufacturing process,” J. Mech. Des. Trans. ASME , vol. 141, no. 10, pp. 1–11, 2019, doi: 10.1115/1.4043680.