## CAKRAM
Jurnal Teknik Mesin:

## ANALISA PENGARUH PENAMBAHAN INSULATED
CORE PADA SISTEM RISER LOW PRESSURE DIE

## CASTING ( LPDC ) UNTUK MEREDUKSI CACAT COR PRODUK KRAN DENGAN SIMULASI SOFTWARE

## Mohamad Nasrun 1
1 Program Studi Teknik Mesin, Universitas Pamulang, Jl. Surya Kencana No. 1, Tangerang Selatan, Indonesia
E-mail : m.nasrun.74@gmail.com Masuk : 05 September 2018 Direvisi : 02 Oktober 2018
Disetujui : 03 Oktober 2018
Abstrak: Simulasi pengecoran adalah metode yang sangat baik untuk dapat melihat penuangan logam cair pada cetakan, proses pembekuan dan pendinginan, dan memprediksi letak cacat yang akan terjadi seperti penyusutan, porositas, lubang. Penelitian ini bertujuan  untuk  menganalisa  dan  membuat  desain  sistem  buangan Low  Pressure  Die  Casting produk  kran  untuk  mereduksi kebocoran akibat cacat lubang. Metode yang digunakan dengan Finite Element Method (FEM). Melakukan observasi proses low pressure die casting untuk produk kran dan membuat desain system buangan/ rise r dengan menggunakan Uni Grafic NX 10 dan mensimulasikan dengan Magma Soft 5.3. Hasil simulasi diamati sehingga diketahui letak cacat yang terjadi dan membuat desain yang  baru  agar  didapat  hasil  yang  maksimal.  Hasil  simulasi  yang  diamati  ada  daerah  yang  mengalami  pembekuan  lebih  awal sehingga  dapat  mengakibatkan  lubang  dan porositas .  Penambahan insulated  core pada  system riser menjadi  solusi  yang  tepat untuk meminimalisasi cacat lubang dan porositas yang ada. Daerah yang mengalami pembekuan lebih awal dikenakan suhu yang lebih tinggi dari logam kuningan cair sehingga daerah tersebut lebih lama membeku dan terjadi pembekuan yang terarah.
Kata kunci: Simulasi, lubang, porositas, pembekuan awal, sistem buangan / riser , Insulated core
Abstract: Casting simulation is an excellent method to be able to see pouring molten metal in the mold, solidification and cooling process,  and  predicts  the  location  of  defects  that  will  occur  such  as  shrinkage,  porosity,  inclusions,  holes.This  study  aims  to analyze  and  make  product  design  duct  system  for  low  pressure  die  casting  product  faucets  to  reduce  leakage  due  to  defective hole. The method used by the finite element method (FEM). Observation of low pressure die casting process for product faucets, making  the  design  of  the  duct  system  using  Uni  Grafic  NX  10  and  simulate  with  Magma  Soft  5.3.  Simulation  results  were observed  so  that  the  location  of  the  defect  occurred  and  create  a  new  design  in  order  to  obtain  maximum  results.  Simulation results observed there are areas that experience premature solidification so that it can produce holes and porosity. The addition of an insulated core to the riser system becomes the perfect solution to minimize any hole defects and porosity. Areas that are subjected  to  premature  solidification  are  subjected  to  higher  temperatures  than  molten  brass  metals  so  that  the  area  frozen longer and there is directional clotting.
Keywords: Simulation, hole, porosity, initial freezing, exhaust system / riser, Insulated core
Jurnal Teknik Mesin: CAKRAM 2018 Mohamad Nasrun, Analisa Pengaruh Penambahan Insulated Core…,

## PENDAHULUAN
Permintaan  pasar  akan  produk  logam  cor  yang  prospektif  dan  luas  ini,  kurang  diimbangi  dengan peningkatan  kualitas  produk  yang  dihasilkan  sehingga  banyak  kita  jumpai  produk  dengan  kualitas  yang  rendah yakni  banyaknya  cacat  yang  timbul  pada  produk  cor. salah  satu  pabrik  yang  memproduksi  kran  air  dengan  cara pengecoran  tekanan  rendah (low  pressure  die  casting) dan  menggunakan  kuningan (CuZn) sebagai  materialnya. Proses ini terus mengembangkan kinerja proses agar didapat kualitas produk yang baik serta waktu dan biaya yang efisien.  Keadaan  yang  sedang  terjadi  pada  industri  pengecoran  adalah  banyaknya  cacat  pada  produk  hasil  coran, artinya produk tidak bisa digunakan atau harus di lebur ulang dan proses modifikasi dengan cacat yang paling sering terjadi  adalah  bocor  dan hole .  Hal  ini  sangat  merugikan  perusahaan  baik  dalam  biaya  produksi  yang  menjadi meningkat dan waktu produksi yang semakin lama [1] .
Cacat pada logam coran adalah kerusakan atau kesalahan  pada logam cor  yang  mengakibatkan benda cor itu  ditolak  dari  pasaran.  Dalam  pengecoran  cacat  tidak  dapat  dihindari  tapi  dapat  diminimalisir.  Cacat  pada  Low Pressure  Die  Casting  yang  terjadi dapat  akibatkan  pembekuan  yang  tidak  terarah.  Cacat  yang  dapat  terjadi  adalah hole,  shrinkage,  porosity,  dan  distorsi pada  mold  atau  core.  Produk  kran  yang  memliki  geometri  rumit  membuat cacat  tersebut  semakin  besar  kemungkinan  terjadi,  karena  semakin  rumit  geometrinya  akan  semakin  sulit  juga menentukan  arah  pembekuan  dan  kecepatan  aliran  logam.  Melihat  hal  ini  harus  dilakukan  optimasi  proses  low pressure die casting yang digunakan dalam pengecoran [2] .
Simulasi  pengecoran  dapat  digunakan  untuk  memecahkan  masalah-masalah  yang  ada  di  dalam  proses pengecoran  dan  melakukan  pengembangan  desain  tanpa  harus  mengaplikasikannya  secara  langsung.  Metode  ini dinilai sangat efektif dan efisien karena memerlukan waktu yang tidak lama dan biaya yang murah. Pada penelitian ini menggunakan software berbasis FEM (Finite Element Method) yang dapat mengidentifikasi proses pembekuan, shrinkage, cacat lainnya [3] .

## METODOLOGI

## a.Tahap awal penelitian
Pada tahap ini akan dilakukan review terhadap produk coran casing kran air , yang meliputi analisis kegagalan cacat coran,  analisis  komposisi  kimia,  dan  gambar  desain.  Dari  gambar  desain  casting  tersebut  kemudian  dilakukan simulasi pengecoran dan selanjutnya hasil dari simulasi tersebut dikomparasikan dengan produk coran yang secara aktual.
Gambar 1.A
Gambar 1.B
Gambar 1.A menjelaskan bahwa hasil simulasi pada desain awal menggambarkan terjadinya potensi cacat pada bagian ujung cavity dekat area riser. Gambar 1.B menjelaskan bahwa hasil actual pengecoran dari desain awal menggambarkan terjadinya cacat pada bagian ujung cavity dekat area riser b.Tahap penelitian
Jurnal Teknik Mesin: CAKRAM 2018 Mohamad Nasrun, Analisa Pengaruh Penambahan Insulated Core…,
Hasil  analisis  kegagalan  cacat  coran  dan  simulasi  pengecoran  kran  digunakan    sebagai    acuan    dalam    melakukan perancangan    dan  simulasi  pengecoran  casing  kran.  Proses  simulasi  pengecoran  akan  dilakukan  beberapa  kali sebagai  alternatif  desain  dan    dilakukan    analisa    pemilihan    desain    untuk    dilanjutkan    ke    proses  pengecoran. Kemudian  produk  coran  casing  yang  telah  dicor,dilakukan  pengamatan  secara  visual  dan  serangkaian pengujian,seperti  uji  komposisi  kimia,  untuk  justifikasi    terhadap    kualitas    hasil    coran    dengan  membandingkan terhadap standar yang ada.
Gambar 2. Sampel uji material Brass Ingot
Gambar 3. Komputer untuk input hasil uji komposisi kimia Gambar 4. Mesin Uji Komposisi kimia ( Spectro )
Standar material yang ditetapkan adalah JIS G5151 Grade SCPH2 oleh karena itu komposisi kimia maupun sifat mekanis dari material yang diuji harus masuk dalam spesifikasi yang dipersyaratkan.
Tabel.1. Hasil pengujian komposisi kimia sample Brass Ingot
No Kandungan Standar Hasil Uji Keputusan 1 Cu 59.1 - 61,5 60,0454 ok 2 Pb 1,5 - 2,4 1,7479 ok 3 Fe 0,03 - 0,07 0,0554 ok 4 Sn <= 0,2 0,0137 ok 5 Al 0,4 - 0,7 0,5835 ok 6 Zn Rest 37,5258 ok 7 Ni <= 0,2 0,0054 ok 8 Mn <= 0,01 0,0008 ok 9 Si <= 0,02 0,0054 ok 10 Cr <= 0,005 0,0002 ok 11 P <= 0,01 0,0010 ok 12 Sb <= 0,06 0,0089 ok 13 Cd <= 0,03 0,0003 ok 14 B 0,0008 - 0,0012 0,0009 ok
Dari  tabel  diatas  dapat  dilihat  bahwa  komposisi  kimia  dari  ke  empat  sample  sesuai  dengan  spesifikasi material JIS G5151 Grade SCPH2.
Jurnal Teknik Mesin: CAKRAM 2018 Mohamad Nasrun, Analisa Pengaruh Penambahan Insulated Core…,

## HASIL DAN PEMBAHASAN

## Tahap akhir penelitian
Pada  tahap  akhir  akan  diteliti  kembali effesiensi   biaya   pengecoran   yang   dapat   dilakukan (tekno-ekonomi) . Kemudian  dilanjutkan  analisis  secara  menyeluruh  dari  penelitian  studi  kasus  pengecoran  casting  kran  ini  dan pelaporan seperti terlihat di tabel 1 dan 2.

## Tabel 2. Hasil Simulasi part S11121S
Jurnal Teknik Mesin: CAKRAM 2018 Mohamad Nasrun, Analisa Pengaruh Penambahan Insulated Core…,

## Tabel 3. Analisis dan Pemilihan Desain Mold Casting
Jurnal Teknik Mesin: CAKRAM 2018 Mohamad Nasrun, Analisa Pengaruh Penambahan Insulated Core…,

## Analisa Kajian Tekno Ekonomi
A. Efesiensi Waktu dan Cost Perbaikan Mold Casting Tabel 4. Efesiensi Waktu Perbaikan Mold
Dari Tabel diatas dapat dilihat bahwa dengan jumlah simulasi sebanyak 8 kali, selisih waktu perbaikan mold sebanyak 5880 menit ( 98 jam / 4.03 hari ).
Grafik 1. Efesiensi Biaya Perbaikan Mold
Dari grafik diatas dapat dilihat bahwa dengan adanya simulasi pengecoran, ada efesiensi biaya perbaikan mold casting sebesar Rp. 9.607.920.
B. Efesiensi Waktu Kerja Dengan Simulasi
Tabel 5. Efesiensi Waktu Kerja Dengan Software Simulasi
Dari Tabel diatas dapat dilihat bahwa dengan jumlah running simulasi sebanyak 8 kali, ada percepatan sebanyak 7 kali.
Grafik 2. Efesiensi Waktu Kerja dengan Software Simulasi
Dari grafik diatas dapat dilihat bahwa dengan jumlah running simulasi sebanyak 8 kali, selisih waktu sebanyak 426 hari.
Jurnal Teknik Mesin: CAKRAM 2018 Mohamad Nasrun, Analisa Pengaruh Penambahan Insulated Core…,

## C. Efesiensi Cost Reduction Produksi Kran
Tabel 6. Efesiensi Cost Reduction Kran
Dari Tabel diatas dapat dilihat bahwa ada penurunan jumlah prosentase bad dari 13.22 % menjadi 6.3 %.
Grafik 3. Efesiensi Cost Reduction Kran
Dari grafik diatas dapat dilihat nilai cost reduction dari part S11121S hasil dari penurunan prosentase bad yaitu sebesar Rp. 2.094.828.
D. Data Perubahan Berat Riser
Gambar.5. Gambar perubahan bentuk Riser sebelum dan sesudah penggunaan Insulated Core
Dari gambar diatas terlihat perubahan bentuk riser setelah penggunaan Insulated core, sehingga ada penambahan berat dari riser tersebut.
Tabel 6. Perubahan Berat Riser Setelah Penggunaan Insulated Core
Dari Tabel diatas dapat dilihat bahwa ada penambahan berat riser setelah penggunaan Insulated core yaitu sebesar 26 gr sehingga ada penambahan cost sebesar Rp. 883.680. Namun masih dibawah kenaikan cost reduction ( Rp. 2.094.828 )
Jurnal Teknik Mesin: CAKRAM 2018 Mohamad Nasrun, Analisa Pengaruh Penambahan Insulated Core…,

## KESIMPULAN
1. Dari  hasil  pengujian  komposisi  kimia  yang  dilakukan  terhadap  material  Cu-Zn  dapat  disimpulkan  bahwa sebagian besar material casing telah sesuai spesifikasi material JIS SCPH2. Untuk kandungan Pb pada material kran  sebesar  1,7  %  akan  di  netralisir  pada  proses  eatching  (  sebelum  proses  plating  ),  sehingga  bisa  aman dipergunakan sekalipun untuk konsumsi air minum.
2. Lokasi cacat coran sebagian besar muncul di daerah yang terdapat perbedaan ketebalan secara signifikan, karena daerah ini akan terjadi pebedaan laju pendinginan yang mengakibatkan proses pembekuan sulit untuk diarahkan dan menjadi sangat potensial terbentuk cacat. Sehingga faktor penyebab kegagalan coran  casing kran ini karena kesalahan  desain  coran  dan  riser  kurang  berfungsi  secara  optimal  untuk  mengkompensasi  penyusutan  yang terjadi.
3. Dari alternatif desain dan hasil simulasi yang dilakukan didapat hasil sebagai berikut :
a. Desain awal terjadi cacat cor sebesar = 30 %
b. Desain Revisi 3 dengan menggunakan insulate core cacat cor sebesar = 0.9 %
4. Hasil  kualitas  coran  casing  dengan  sisem  insulate  core  telah  sesuai  dengan  spesifikasi  dan  dapat  diterima  oleh standar  (  cacat  cor  maksimal  5  %  ).  Sehingga  penerapan  metode  simulasi  pengecoran  ini  mampu  mengurangi terjadinya resiko kegagalan dalam pengecoran.
5. Tujuan penambahan insulate core pada riser adalah untuk menjaga temperature riser agar tetap tinggi dan diharapkan  mampu  mensuplai  daerah  shrinkage  pada  bagian  ujung  cavity  dan  diharapkan  shrinkage bergeser keluar body ( ada pada riser ).
6. Pada tahap akhir penelitian dilakukan perhitungan efesiensi penggunaan software Magma dilihat dari segi efesiensi waktu kerja dengan menggunakan software simulasi, dan segi waktu dan cost dari perbaikan mold casting serta dari segi cost reduction dari perbaikan kualitas kran .
a. Dari segi cost perbaikan mold di workshop
= Rp.   9.607.920 b. Dari segi cost reduction kualitas produksi kran = Rp.   2.094.828 Total = Rp. 11.702.748

## DAFTAR PUSTAKA
[1] Bader, Michael. Die Design. Document. KWC Engineering. Unterkulm, 5726, 11 July 2002.
[2]  Deni  F,  Casting  Simulation  dan  Casting  Desain,  Bahan  Ajar  DMM-Universitas Indonesia, 2009
[3]  Frei, J., Casting Simulation Speed Up Development, Buhler AG, Switzerland, 2005
[4]  Polyteknisk Forlag. Fundamental of Numerical Modelling of Casting Processes.  1st. Edited by Jesper Hattel. Lyngby: Polyteknisk Forlag, 2005.
[5]  Sadayappan, K., M. Sahoo, and H. T. Michels. “Copper and Copper Alloy Castings.” In Casting, Volume  15, ASM Handbook,  1085-1094. Ohio: ASM International, 2008.
[6]  Woycik,  Gregory  G,  and  Gordon  Peters. “Low-Pressure    Metal    Casting,    Casting,  Volume  15.”  In ASM Handbook, by ASM International Handbook Committee, edited by ASM International, 700-708. Ohio: ASM International, 2008.