## PERANCANGAN ALAT PENGHANCUR CETAKAN PASIR SILIKA UNTUK LABORATORIUM PENGECORAN LOGAM
1 Tri Mulyanto, 2 Supriyono, 3 Risal Herman
1,2,3 Fakultas Teknologi Industri Universitas Gunadarma Jl. Margonda Raya No. 100, Depok 16424, Jawa Barat
1 tri_mulyanto@staff.gunadarma.ac.id, 2 Supriyono@staff.gunadarma.ac.id,
3 RisalHerman@gmail.com,

## Abstrak
Pengecoran  dengan  cetakan  pasir  digunakan  secara  luas  untuk  memperoleh  bentuk benda  kerja  yang  diinginkan.  Pasir  silika  digunakan  sebagai  bahan  cetakan  pasir  selain perekat,  pelarut,  katalis  dan  bahan  tambahan  lain.  Limbah  cetakan  pasir  akan  menimbulkan dampak  negatif  terhadap  lingkunga,  sehingga  perlu  dilakukan  daur  ulang.  Proses  daur  ulang yang  dilakukan  adalh  menghancurkan  cetakan  pasir  untuk  dioleh  menjadi  butiran  pasir  yang memenuhi  syarat  untuk  membuat  cetakan  baru.  Penghancuran  cetakan  pasir  yang  dilakukan pada Laboratorium Pengcoran Logam Universitas Gunadarma dilakukan dengan cara manual. Sehingga diperlukan suatu alat penghancur yang dapat menghancurkan cetakan pasir tersebut. Perancangan  diawali  dengan  mendefinisikan  dan  menentukan  kebutuhan  yang  diperlukan sampai hasil akhir disain produk. Kapasitas rancangan alat telah sesuai dengan kapasitas yang dibutuhkan  yaitu  15  kg.  Hasil  analisis  pisau  penghancur  diperoleh  nilai  tegangan  geser  (τ) yang  terjadi  0.269  kg/mm 2 dan  tegangan  geser  maksimum  (τ maks )  1.45  kg/mm 2 lebih  kecil  dari tegangan  geser  (τ α )  yang  diijinkan  5  kg/mm 2 .  Sehingga  alat  penghancur  cetakan  pasir  yang dirancang aman untuk digunakan.
Kata Kunci : Alat penghancur, Cetakan pasir, Daur ulang, Pasir cetak, Pengecoran logam

## Abstract
Casting  with  sand  molds  is  widely  used  to  obtain  the  desired  shape  of  the  workpiece. Silica sand is used as a sand molding material in addition to adhesives, solvents, catalysts and other additives. Sand mold waste will have a negative impact on the environment, so it needs to be  recycled.  The  recycling process  carried  out  is  crushing  the  sand  mold  to  be  processed  into sand  grains  that  meet  the  requirements  to  make  new  molds.  The  Destruction  of  sand  molds carried  out  at  the  Metal  Casting  Laboratory  of  Gunadarma  University  was  carried  out manually. So we need a crusher that can destroy the sand mold. The design begins with defining and  determining  the  requirements  needed  to  produce  the  final  product  design.  The  design capacity of the tool has been in accordance with the required capacity of 15 kg. The results of the analysis of the crushing knife obtained that the shear stress value (τ) which occurs is 0.269 kg/mm 2 and the maximum shear stress (τ max ) is 1.45 kg/mm 2 which is smaller than the allowable shear stress (τ α ) of 5 kg/mm 2 . So that the designed sand mold crusher is safe to use.
Keywords : Crusher tools, Mold sand, Recycling, Sand molding, Metal foundry

## PENDAHULUAN
Salah  satu  proses  manufaktur  yang banyak  digunakan  adalah  pengecoran  logam, dimana  proses  adalah  untuk  menghasilkan produk yang umumnya memiliki bentuk yang rumit  atau  bahan  yang  tidak  dapat  diproses
dengan proses pemesinan.
Metode
pengecoran  dengan  cetakan  pasir  ( sand casting )  digunakan  luas  meliputi  industri tradisional  hingga modern untuk  memperoleh bentuk  logam  sesuai  dengan  yang  diminati karena  merupakan  metode  yang  paling
ekonomis  untuk  produksi  dalam  jumlah terbatas.  Pada  dasarnya  proses  cetakan  pasir, meliputi:  pembuatan  pola  yang  dimasukkan dalam cetakan pasir, pembuatan sistem saluran, memindah  pola  dari  cetakan  pasir,  menuang logam  cair  ke  dalam  cetakan,  pembekuan  di dalam  cetakan,  dan  penghancuran  cetakan pasir, serta pemindahan hasil coran [1].
Penggunaan  cetakan  pasir  harus mempunyai karakteristik sesuai dengan bentuk  benda  kerja,  dimensi,  sifat  fisis  dan mekanik  yang  diinginkan.  Penggunaan  pasir cetak  merupakan  salah  satu  hal  yang  sangat mempengaruhi  kualitas  benda  coran  yang menurunkan  efektivitas  dari  proses  produksi pengecoran.  Pasir  cetak  yang  biasa  dipakai adalah  pasir  gunung,  pasir  pantai,  pasir sungai,  dan  pasir  silika  yang  disediakan  oleh alam.  Beberapa  dari  mereka  dipakai  begitu saja  dan  yang  lain  dipakai  setelah  dipecah- pecah menjadi ukuran butir yang sesuai [2, 3]. Limbah Cetakan Pasir.
Perkembangan  penggunaan  proses pengecoran dengan cetakan pasir
menyebabkan  kebutuhan  pasir  cetak  dalam industri  menjadi  besar.  Hal  ini  menyebabkan jumlah  limbah  pasir  cetak  yang  dihasilkan kian berlimpah, yang tentunya akan berdampak  negatif  terhadap  lingkungan apabila  tidak  dimanfaatkan.  Salah  satu  untuk mengurangi  dampak  tersebut  adalah  dengan mendaur ulang pasir cetak, akan tetapi terjadi penurunan  kualitas  pasir  sehingga  perlu proses  untuk  mengkompensasikan  penurunan kualitas tersebut.
Untuk  itu  perlu  dilakukan  proses penghancuran  cetakan  pasir agar  diperoleh ukuran  besar  butir  pasir  yang  sesuai. Sehingga limbah cetakan pasir tidak terbuang dan  bisa  digunakan  kembali  yang  tentunya mengurangi  dampak  lingkungan  serta  dapat menghemat  biaya  [4].  Saat  ini  proses penghancuran  cetakan  pasir  hasil  pengecoran dilakukan  dengan  cara  manual.  Hal  ini  akan membutuhkan  waktu  yang  lama  dan  tenaga kerja  untuk  mendaur  ulang  bekas  cetakan pasir  [5].  Selain  itu  butiran-butiran  hasil  daur ulang yang tidak merata ukurannya dan dapat menyebabkan terjadinya cacat yang  disebabkan adanya bungkalan-bungkalan hasil daur ulang tersebut.
Selama  ini  pengecoran  logam  dengan skala besar telah melakukan daur ulang. Akan tetapi untuk skala kecil  dan  menengah hal  ini tidak  dilakukan.  Pasir  cetak  bekas  hanya diperlakukan  sebagai  limbah  dan  dibuang serta  tidak  termanfaatkan.  Pembuatan  sistem daur  ulang  pasir  cetak  memungkinkan penggunaan kembali limbah pasir cetak untuk pengecoran  logam  dengan  sifat  teknis  pasir cetak  yang  memenuhi  kualitas  yang  di- inginkan [6].
Mesin Penghacur Cetakan Pasir.
Komponen  utama  sistem  pasir  cetak terdiri dari bahan baku pasir yang  merupakan pasir baru dan pasir hasil daur ulang, perekat, pelarut,  katalis  dan  bahan  tambahan  lain untuk  mendapatkan  sifat  tertentu  dari  pasir, misalnya  sifat  mampu  bakar.  Penggunaan cetakan  pasir  dari  pasir  hasil  daur  ulang,
pengaruhnya  terhadap  produk  logam  perlu diselidiki lebih mendalam. Hal ini dikarenakan  ikatan  antar  butir  pasir  dari limbah  pasir  tersebut  mempunyai  sifat  keras serta tidak mudah hancur [4].
Proses  daur  ulang  pasir  cetak  dapat dilakukan  dengan  cara dry  reclamation ; wet reclamation ;  dan thermal  reclamation .  Dimana masing-masing  tipe  sistem  daur  ulang tentunya  memiliki kelebihan dan kekurangan. Pada  proses  untuk  mendaur  ulang  pasir dengan  sistem  tipe dry  reclamation dapat dilakukan  secara  mesin  (alat)  juga  dapat dilakukan  secara  manual.  Untuk  proses  daur ulang  secara  manual,  proses  pemecahan limbah  cetakan  pasir  dilakukan  dengan memukul bongkahan dengan palu/ penumbuk
pasir  dan  penyaringan  menggunakan  ayakan dengan diameter lubang 1,4 mm [6].
Pada  industri  pengecoran  logam  dengan skala  besar,  mesin  penghancur  catakan  pasir merupakan  salah  satu  mesin  yang  penting. Fungsi  utama  mesin  adalah  dalam  proses mereduksi  ukuran  ( size  reduction )  butiran pasir bekas pengecoran. Ada dua metode untuk mereduksi  limbah  pasir  cetak  yaitu  dengan cara  pemecahan  ( crushing )  dan  penghalusan ( grinding ).  Pengertian  istilah  pemecahan  dan penghalusan  umumnya  tergabung  menjadi satu dengan sebutan mesin Jaw crusher (Gambar 1).  Mesin  ini  bekerja  untuk  menghancurkan limbah  pasir  cetak  dalam  proses  daur  ulang pasir cetak sehingga dapat digunakan kembali dalam proses pembuatan cetakan.
Gambar 1. Contoh m esin Jaw crusher
Gambar 2. Contoh mesin Impact crusher
Proses  pendauran  ulang  material  sisa cetakan pasir yang lain dengan cara pemukul hingga  pecah  yang  disebut  dengan  m esin Impact crusher  (Gambar  2).  Mesin  ini bekerja dengan cara melempar dan menggiling  limbah  pasir  cetak  dalam  proses daur  ulangnya  sehingga  didapat  ukuran  pasir yang diinginkan.
Industri  pengecoran  logam  skala kecil  saat  ini  menghadapi  permasalahan dengan  limbah  pasir  cetak  dimana  biasanya langsung  dibuang.  Ini  menyebabkan  proses pembuatan cetakan pasir cukup tinggi karena bahan  baku  yang  dipergunakan  seluruhnya pasir  baru  yang  berakibat  biaya  produksi cukup  tinggi.  Agar  limbah  pasir  cetak  dapat digunakan  kembali,  perlu  dilakukan  proses daur  ulang  pasir  bekas  tersebut.  Hal tersebutlah  yang  menjadi  tujuan  penelitian ini, yaitu merancang alat penghancur cetakan pasir  untuk  laboratorium  pengecoran  logam
dengan kapasitas yang kecil sesuai kebutuhan namun  tetap  memperhitungkan  pemilihan komponen yang tepat sesuai dengan pembebanan  yang  terjadi  dan  kekuatan materialnya. Hasil dari perancangan diharapkan  dapat  digunakan  pada  industri kecil dan menengah  dikarenakan  alat sederhana  dengan  biaya  produksi  rendah tetapi  menghasilkan  butiran  pasir  sesuai standard.

## METODE PENELITIAN
Pada penelitian ini digunakan  metode pendekatan  rancangan  secara  umum  dimana pendekatan  lebih  kearah  rancangan  fungsional. Rancangan  fungsional menyangkut  segi fungsi  dan  kegunaan  dari  setiap  komponen atau  elemen  mesin  penyusun  alat penghancur cetakan  pasir  untuk  laboratorium  pengecoran logam Universitas Gunadarma.
Gambar 3. Tahap Perancangan produk
Perancangan Struktural Perancangan Fungsional Analisis Teknik Pembuatan Gambar Model Alat Dokumen produk Penetapan Data dan Kriteria Perancangan
Tahapan  perancangan  belum  bisa dikatakan  selesai  sebelum  hasil  akhir  produk dapat  dipergunakan  dengan  tingkat  performa yang dapat diterima dan dengan metode  kerja yang  terdefinisi  dengan  jelas  [7].  Langkah awal  hingga  akhir  penelitian  ditunjukan melalui diagram alir seperti pada Gambar 3.
Kriteria  yang  diharapkan  pada  alat penghancur  cetakan  pasir  silika  untuk laboratorium  pengecoran  logam  yang  akan dibangun adalah:
a. Dapat  menghancurkan  cetakan  pasir  dan menjadikan  ukuran  butiran  pasir  sesuai yang diharapkan.
b. Kapasitas  alat  yang  direncanakan  adalah 15  kg,  sesuai  dengan  limbah  yang dihasilkan  laboratorium  penggecoran logam.
c. Daya motor listrik  diharapkan berkisar 1 sampai 1,5 HP.
d. Mudah  dalam  perawatan/membersihkan alat.
e. Material kuat dan mudah didapatkan. Pada rancangan fungsional alat penghancur cetakan pasir ini perlu direncanakan beberapa komponen utama alat.
Sebagai  awal  rancangan  dengan  menentukan dimensi  hopper  untuk  menentukan  kapasitas alat  dengan  memakai  massa  jenis  benda  ( ), massa  benda  ( m )  dan  volume  benda  ( v )  pada persamaan (1).
Komponen poros penggiling merupakan komponen penting untuk meneruskan  daya  dan  putaran  dari  motor listrik  ke  pisau  penggiling.  Hal  penting  yang perlu  direncanakan  dan  dihitung  terkait dengan  spesifikasi  poros  adalah  torsi  yang terjadi  ( T )  yang  dipengaruhi  oleh  daya rencana  ( Pd ),  putaran  poros  ( n )  seperti  pada persamaan (2).
Dalam  menentukan  diameter  poros perlu  diperhatikan  faktor  koreksi  tumbukan ( ),  faktor  koreksi  beban  lentur  ( )    dan torsi  poros  ( T ),  dimana  nilai  diameter  poros
( ) didefinisikan pada persamaan (3).
Pemilihan material (disesuaikan dengan  kekuatan  dan  beban  yang  terjadi), tegangan  geser  ( )  dan  tegangan  lentur  ( ) dan  momen  lentur  ( M )  yang  terjadi  pada poros  [8]  yang  ditentukan  denagn  persamaan (4) dan persamaan (5).
(kg/m 3 ) (1)
(N.m) (2)
1/3 (mm) (3) (kg/mm 2 )   dan (kg/mm 2 ) (4)
(kg/mm 2 ) (
Dalam  perancangan  struktural  beban statis  yang  terjadi  pada  komponen  krusial dalam menerima beban yaitu pada poros mata pisau  penggiling.  Sehingga  dalam  poros  ter- sebut  dihitung  beban  statis  apa  saja  yang diterima, dan dihitung reaksi gaya vertikal untuk mengetahui keseimbangan gaya dan momennya.

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Sebagai  penampungan  awal  limbah cetakan  pasir,  fungsi  hopper  dirancang  untuk saluran  masuk.  Bentuk  penampang  hopper trapesium  terpancung  dengan  ukuran  bawah ( b ) = 46  mm, atas ( a ) = 240 mm, tinggi  ( t ) = 202,5  mm  dan  panjang  ( l )  =  380  mm, sehingga  volume  ( V h )  =  10997067  mm 3 = 0,011  m 3 .  Massa  jenis  pasir  silika  ( ρ )  =  1364 kg/m 3 ,  sehingga  kapasitas  hopper  sesuai dengan persamaan (1) diperoleh 1364 kg/m 3 x 0,011 m 3 = 15,01 kg. Kapasitas hopper 15,01
kg,  sehingga  alat  penghancur  cetakan  pasir untuk  aplikasi  laboratorium  pengecoran logam  telah  memenuhi  rancangan  kapasitas kerja alat yaitu 15 kg.
Rumah penggiling direncanakan menampung  dua  buah  mata  pisau  berbentuk silindris,  dari  spesifikasi  desain  hopper  alat penghancur  cetakan  pasir  maka  ukuran  alat dirancang  tidak  terlalu  besar,  maka  rumah penggiling direncanakan  untuk  penghancur cetakan pasir ditunjukkan Gambar 4.
Mata  pisau  merupakan  komponen yang digunakan untuk menghancurkan cetakan  pasir,  dibuat  2  buah  dengan  dimensi yang  sama  namun  dalam  kerjanya  berputar berlawanan arah agar terjadi proses penggilingan. Pada rancangan poros dan mata pisau menjadi satu perangkat dibuat dari baja untuk proses penghancuran cetakannya. Poros dan mata pisau yang telah dibuat menjadi satu perangkat ditunjukkan pada Gambar 5.
Gambar 4. Rumah penggiling alat penghancur cetakan pasir.
Gambar 5. Mata pisau alat penghancur cetakan pasir.
Gambar 6. Diagram benda bebas
Untuk  memutar  poros  mata  pisau yang sesuai dengan kapasitas hopper ( F ) = 15 kg sehingga Torsi ( T )  F.d = 15 . 95 = 1425, maka  daya  rencana  motor  listrik  yang digunakan  untuk  putaran  poros  mata  pisau 700  rpm,  sesuai  dengan  persamaan  (2)
diperoleh kW.  Daya
rencana  yang  didapat  adalah  1,02  kW  =  1,34
HP,  sehingga  daya  motor  listrik  telah memenuhi  rencana  rancangan  yaitu  1,5  HP. Dipilih  motor listrik 1 phase dengan daya  1,5 HP  dan  putaran  1400  rpm  karena  terjadi reduksi pada puli transmisi.
Bahan poros direncanakan dari batang  baja  karbon  S45C-D  yang  difinish dingin,  sesuai  standar  JIS  G  4501  maka memiliki  tegangan  tarik  ( σ B )  =  60  kg/mm 2 .
Dengan  mengambil  angka  keamanan  bahan ( Sf 1 )  =  6  dan  angka  keamanan  terhadap  alur pasak  dan  konsentrasi  tegangan  ( Sf 2 )  =  2, maka  diperoleh  tegangan  geser  ( τ α )  sebesar  = σ B /( Sf 1 x Sf 2 )  = 5 kg/mm 2 . Dengan mengambil faktor  koreksi  tumbukan  ( K t )  =  3  dan  faktor koreksi beban lentur ( C b ) = 2.3, maka dimeter poros ( d s ) sesuai dengan persamaan (3) adalah
1/3 =  21,57
mm.
Agar lebih aman maka diameter poros diambil sesuai dengan ukuran standard yang ditentukan yaitu 30 mm. Karena itu tegangan geser yang terjadi pada poros ( τ ) sesuai dengan persamaan (4) adalah:
0,269 kg/mm 2 . Nilai tegangan geser yang
terjadi ini ( τ ) < ( τ α ), sehingga masih dalam batas yang diijinkan.
Pada  analisis  struktural  pada  poros mata  pisau  penggiling,  beban  statis  yang terjadi  mempengaruhi  nilai  tegangan  geser maksimum. Terlebih dahulu membuat diagram  beban  lentur  pada  poros  ditunjukkan Gambar 6.
Poros  selain  menerima  beban  torsi juga  menerima  beban  lentur  yang  meliputi: beban  poros  ( F 1 )  =  2.7  kg,  beban  puli  ( F 2 )  = 2.8 kg, beban pisau ( F 3 ) = 2.5 kg, beban roda gigi  ( F 4 )  =  4.5  kg  dan  beban  pasir  silika  ( F 5 ) =  15  kg,  sehingga  total  beban  lentur  adalah ( F T )  =  27,5  kg.  Dari  diagram  benda  bebas, reaksi  gaya  yang  terjadi  pada  tumpuan  poros adalah poros R A = 16,11 kg dan R B = 11,39 kg dan  momen  lentur  poros  adalah  ( M L )  = F T . ( L /2)  =      6909,38  kg.mm,  sehingga  tegangan lentur ( σ ) pada poros yang terjadi adalah
= 2.6 kg/mm 2 ,
sehingga  tegangan  geser  maksimum  ( Von Misses  Stress )  yang  terjadi  pada  poros berdasarkan persamaan (5) adalah :
=
1.45 kg/mm 2
Karena  nilai  tegangan  geser  maksimum  ( Von Misses  Stress )  yang  terjadi  ini  (τ maks )  <  (τ α ), sehingga  masih  dalam  batas  yang  diijinkan. Dari hasil analisis dapat yang dilakukan maka alat penghancur cetakan pasir untuk laboratorium  yang  dirancang  telah  memenuhi keamanan untuk digunakan.
Dari  analisis  yang  dilakukan,  maka alat  penghancur  cetakan  pasir  yang  telah dirancang dari hasil penggabungan komponen-komponen  akan  membentuk  alat seperti ditunjukkan Gambar 7.
Gambar 7. Alat penghancur cetakan pasir.

## KESIMPULAN DAN SARAN
Hasil  perancangan  alat  penghancur cetakan  pasir  silika  untuk  laboratorium pengecoran  logam  dapat  disimpulkan  bahwa alat penghancur cetakan pasir dapat digunakan  secara aman  karena  nilai  tegangan geser  ( τ )  yang  terjadi  0,269  kg/mm 2 dan tegangan  geser  maksimum  (τ maks )  yang terjadi1,45  kg/mm 2 lebih  kecil  dari  tegangan geser ( τ α ) yang diijinkan 5 kg/mm 2 . Kapasitas rancangan hopper telah  sesuai  dengan kapasitas alat yang direncanakan yaitu 15 kg.

## DAFTAR PUSTAKA
[1] Surdia,  Tata  dan  Kenji  Chijiwa,
“Teknik  Pengecoran  Logam”,  Jakarta:
PT. Pradnya Paramita, 1996
[2] Puspitasari  P.,  Tuwoso,  dan  Eky
Aristiyanto,  “Pengaruh  Penggunaan Pasir  Gunung  Terhadap  Kualitas  Dan Fluiditas  Hasil  Pengecoran  Logam
Paduan  Al-Si”,  Jurnal  Teknik  Mesin, Vol. 23, No. 1, hal. 21-28, 2015.
[3] Tantawi, Moch. Amrullah Sayid,
“Pengaruh Cetakan Pasir Silika Dengan Zat Pengikat Bentonit Pada Pengecoran Kuningan Terhadap Cacat Coran, Struktur Mikro, Dan Kekerasan”,
Skripsi, Jurusan Teknik Mesin, Fakultas  Teknik,  Universitas  Negeri Semarang, Semarang, 2017 [4] Muttahar, Moch Iqbal Zaelana, Hamdan  Akbar  Notonegoro,  Greida Frista,  Bambang  Soegijono,  Hasanudin Gufron Fachrudin, Ferry Budhi Susetyo,  dan  Nazarudin,  “Pengaruh Cetakan  Pasir  Daur  Ulang  Berpengikat Waterglass Terhadap Permukaan
Logam  Hasil  Pengecoran”,  Flywheel,
Jurnal  Teknik  Mesin  Untirta,  Vol.  4, No. 1, hal. 39 – 44, 2018.
[5] Slamet, S. dan Yanuwar Bastian , “ Daur Ulang  Pasir  Silika  Bekas  Inti  Cor Melalui  Teknik  Ball  Mill  Untuk Mengembalikan  Daya  Ikatnya”,  Jurnal
Simetris, Vol.  9,  No.  1,  hal.  211-218,
2018.
[6] Undayat  D.F.,  Cecep  Ruskandi  dan  M.
Nur  Hidajatullah,  “Perancangan  Sistem
Daur Ulang Pasir Pada Industri Pengecoran  Logam  Skala  Kecil  Untuk Peningkatan Efisiensi Biaya dan Pengurangan Limbah”, Jurnal Teknologi  Terapan,  Vol.  4  No.  1,  hal. 55-62, 2018
[7] Ulrich,  Karl  T.,  dan  Steven  D. Eppinger, “Perancangan dan Pengembangan Produk”, Salemba Teknika, Jakarta, 2001.
[8] Sularso -  Kiyokatsu  Suga,  “Dasar
Perencanaan  dan  Pemilihan Elemen Mesin”,  Pradnya  Paramita,  Jakarta,
2004.