Makalah Manufaktur
Extression
Hafiz Hidayaturrakhman Teknik Industri (S-1) Tahun Ajaran 2015-2016
Pengertian Ekstrusi adalah proses untuk membuat benda dengan penampang tetap. Keuntungan dari proses ekstrusi adalah bisa membuat benda dengan penampang yang rumit, bisa memproses bahan yang rapuh karena pada proses ekstrusi hanya bekerja tegangan tekan, sedangkan tegangan tarik tidak ada sama sekali. Aluminium, tembaga, kuningan, baja dan plastik adalah contoh bahan yang paling banyak diproses dengan ekstrusi. Contoh barang dari baja yang dibuat dengan proses ekstrusi adalah rel kereta api. Proses ekstrusi merupakan proses pembentukan logam yang bertujuan untuk mereduksi atau mengecilkan penampang dengan cara menekan bahan logam melalui rongga cetakan. Pembentukan logam metoda ini menggunakan gaya tekan yang relatif besar. Proses ini biasanya digunakan untuk membuat batang silinder, tabung berongga, pipa atau profil-profil tertentu. Proses ekstrusi membutuhkan gaya yang relatif besar, sehingga pada umumnya operasinya dilakukan pada temperatur tinggi. Pada temperatur tinggi, umumnya logam memiliki tahanan deformasi rendah. Gaya deformasi menjadi rendah. Operasi ekstrusi dilakukan dengan memasukkan billet berbentuk silindris ke dalam wadah atau bejana ekstrusi, kemudian ditekan ke arah die atau cetakan. Cetakan ditahan dengan kuat pada dinding wadah ekstrusi. Gaya tekan melalui batang penekan, atau punch akan meng-upset atau mengodrong billet untuk memenuhi bagian dalam wadah. Sebagian logam akan keluar lubang penampang cetakan menjadi bagian produk.
Pada awal ekstrusi, proses deformasi tidak tetap atau non steady, dan pada saat logam keluar melalui lubang cetakan, deformasi berubah menjadi steady. Namun pada akhir operasi, deformasi kembali menjadi non steady. Pada umumnya ekstrusi dipergunakan untuk menghasilkan batang silinder atau tabung berongga, tetapi bentukbentuk penampang yang tidak teratur juga dapat dihasilkan, dengan menggunakan logam yang mudah di ekstrusi, misalnya aluminium. Karena pada ekstrusi dibutuhkan gaya yang besar, sebagian besar logam diekstrusi dalam keadaan panas, di mana tahanan deformasi logam rendah. Akan tetapi ekstrusi dingin mungkin dilakukan pada berabagai jenis logam dan telah menjadi komersial yang penting. Reaksi billet ekstrusi dengan wadah dan cetakan menghasilkan tegangan konfresi tinggi yang efektif untuk mengurangi retak bahan yang terjadi pada pembentuk pertama dari ingot. Hal ini merupakan alasan utama bertambahnya pemanfaatan ekstrusi untuk logam yang sulit dibentuk, seperti baja tahan karat, paduan-paduan nikel dan bahan-bahan suhu tinggi yang lain.
Proses yang Terjadi
Logam - Bahan baku dipanaskan terlebih dahulu agar menjadi lunak. Setelah itu dimasukkan dalam container. Sebuah ram (stempel) menekan bahan tersebut melalui sebuah die (cetakan). Akibatnya bahan menjadi mulur dan terbentuk sesuai dengan penampang die.
Plastik - Khusus untuk ekstrusi plastik proses pemanasan dan pelunakan bahan baku terjadi di dalam barrel akibat adaya pemanas dan gesekan antar material akibat putaran screw.
Konstruksi Mesin Proses Extression
Aluminium Ekstrusi Aluminium Extrusion adalah proses deformasi plastik dari pra aluminium billet panas yang dipaksa mengalir dengan kompresi melalui baja atau keramik mati dengan aperture dari luas penampang lebih kecil dari billet asli.
Proses ekstrusi aluminium dapat digunakan untuk menghasilkan berbagai padat, bagian berongga dan profil diproduksi oleh ekstrusi melalui datar, jendela kapal atau jembatan tipe meninggal. Tabung mulus dan bagian cekungan mulus harus diproduksi baik menggunakan billet berongga atau billet padat menggunakan pers menusuk dan sistem mandrel.
Ada dua metode utama aluminium ekstrusi berdasarkan arah aliran nya:
a.
Direct Alumunium Extrusion Dengan ekstrusi aluminium billet langsung dipanaskan ditempatkan di bagian dipanaskan pers disebut wadah. Di sini, billet didorong melalui die oleh tekanan ram. Arah aliran logam dalam arah yang sama dengan perjalanan ram. Selama proses ini, billet slide relatif terhadap dinding wadah, menghasilkan peningkatan yang diperlukan dalam tekanan ram untuk mengatasi gesekan antara permukaan billet dan kontainer kapal. Tidak semua billet aluminium diekstrusi. Sebuah persentase dari billet terkompresi, disebut membuang atau pantat yang tersisa pada akhir siklus ekstrusi. Ini dikeluarkan dari pers selama operasi siklus yang mati, dan 'daur ulang' di lain waktu. Profil diekstrusi kemudian ditransfer ke sistem penanganan pers untuk proses lebih lanjut. Pada ekstruksi langsung, billet atau benda kerja diletakkan dalam wadah dan ditekan oleh penekan ke arah cetakan. Terjadi gerakan relatif antara wadah dan billet. Billet bergerak dan dinding wadah diam. Gerakan relatif ini menimbulkan gaya gesek yang dapat meningkatkan kebutuhan daya operasi secara keseluruhan. Produk yang dihasilkan dari proses ekstrusi langsung keluar bergerak searah dengan gerakan penekan atau searah dengan gaya tekan yang digunakan.
Ekstrusi langsung
b.
Indirect Aluminium Extrusion
Proses ekstrusi tak langsung atau berlawanan arah, atau reverse atau back extrusion. Dengan aluminium ekstrusi tidak langsung, terletak di ujung depan batang berongga bergerak relatif terhadap kontainer. Die yang didorong melalui wadah atau kontainer yang ditepis . Tidak ada perpindahan relatif antara billet dan kapal kontainer. Oleh karena itu salah satu keuntungan dari proses ekstrusi tidak langsung adalah bahwa tidak ada gesekan, selama proses tersebut, antara billet dan kapal kontainer. Aliran logam lebih seragam selama ekstrusi
tidak langsung daripada langsung. Hal ini biasanya berhubungan dengan keseragaman bagian yang lebih baik sepanjang panjangnya. Sebuah membuang / pantat diproduksi sebagai dengan proses langsung, yang ditangani dengan cara yang sama. Profil diekstrusi lagi ditransfer ke sistem penanganan pers itu. Pada ekstrusi tak langsung, cetakan terdapat pada penekan berongga, sedangkan pada ujung wadah yang lain ditutup dengan pelat. Umumnya ekstrusi tak langsung penekan dengan cetakan diam, dan yang bergerak adalah wadah dan billetnya. Produk yang dihasilkan dari proses ekstrusi tak langsung keluar dengan arah berlawanan dengan arah gerakan dari penekan atau gaya tekan yang digunakan. Pada ekstrusi tak langsung tidak terjadi gerakan relatif antara dinding wadah dengan permukaan billet. Sehingga secara keseluruhan gaya gesek menjadi rendah dan daya yang dibutuhkan untuk operasi menjadi relatif lebih kecil jika dibandingkan dengan ekstrusi langsung.
Ekstrusi Tidak Langsung
c.
Hydrostatic Extrusion Material billet dengan diameter lebih kecil dari ruang chamber, dimana ruang chamber diisikansuatu fluida yg akan meneruskan penekanan yg lebih merata dari suatu ram penekan.
d. Lateral / Side Extrusion Diberikan penekanan pada billet dg output produk kearah samping. Digunakan untuk melapisi kawat dan kabel plastik.
e. Impact Extrusion Material blank diberikan penekanan secara cepat oleh punch pada die.
Berdasar temperatur pengerjaannya, ekstrusi dibedakan : 1.
Hot extrusion Hot extrusion adalah proses ekstrusi yg dilakukan pada temperatur tinggi (elevasi)
Temperatur : ± 50-75% dari titik lebur logam Tekanan : ± 35-700 MPa
Produk Hot Extrusion banyak digunakan sebagai :
Komponen otomotif & konstruksi
Frame jendela
Railing
Komponen struktur pesawat udara
2.
Cold extrusion Cold extrusion adalah proses ekstrusi yg dilakukan pada suhu-kamar atau sedikit diatasnya. Contoh logam yg dpt diekstrusi : Lead, Tin, Alumunium alloys, Cooper, Titanium, Molybdenum, Vanadium, Steel. Produk cold extrusion : Tools, Komponen automobile, Motorcycle, Bicycle, Alat-alat rumah tangga, Transportasi, Peralatan perkebunan.
Kelebihan Cold Extrusion dari Hot Extrusion: 1. Meningkatkan sifat mekanis 2. Kontrol terhadap toleransi baik 3. Permukaan akhir produk baik, dg pelumas yg sesuai 4. Eliminasi terhadap proses pemanasan billet 5. Rata-rata produksi dan biaya bersaing dengan metode lain Cetakan Profil Ekstrusi (Extrusion Profil Die) Bentuk profil Cetakan ekstrusi dibagi atas 2 jenis, yaitu :
1. Solid Die
2. Hollow Die
PLASTIK BLOW (TIUP)
Extrusi pada thermo plastik adalah proses pada material sampai mencapai meleleh akibat panas dari luar / panas gesekan dan yang kemudian dialirkan ke die oleh screw yang kemudian dibuat produk sesuai bentuk yang diinginkan. Proses ekstrusi adalah proses kontinyu yang menghasilkan beberapa produk sperti, Film plastik, tali rafia, pipa, peletan, lembaran plastik, fiber, filamen, selubung kabel dan beberapa produk dapat juga dibentuk.
Extruder Ada yang dimaksud extruder adalah mesin yang terdiri dari Hopper, Barrel/screw dan Die. Berikut gambaran extruder yang sering ada saat ini.
Hopper Semua extruder pasti mempunyai masukan untuk bahan biji/pellet plastik yang melalui lubang yang nantinya mengalir dalam dinding dinding extruder tsb, hopper biasanya terbuat dari lembaran baja atau stainless steel yang berbentuk untuk menampung sejumlah bahan pelet plastik untuk stock beberapa jam pemrosesan. Hopper ada yang disediakan pemanas awal jika diperlukan proses pellet yang memerlukan pemanasan awal sebelum pellet memasuki extruder.
Screw Screw adalah jantungnya extruder, screw mengalirkan polimer yang telah meleleh ke kepala die setelah mengalami proses pencampuran dan homogenisasi pada lelehan polimer tersebut
w = Flight Width (~ 0.1 D) W = Pitch (1.0D) H = Flight Diameter (HF ~ 0.1D) δ = Flight Tip/Barrel Clearance (0.001C) HF/Hm = Comprission Rasio (2-4) Φ = Helix Angle (17.70)
Gambar Parameter Screw Ada beberapa pertimbangan dalam mendesign sebuah screw untuk jenis material tertentu, yang paling penting adalah Depth of Chanel (kedalaman kanal). Mesikipun screw itu mempunyai fungsi sama secara umum, alangkah baiknya merancang disesuaikan dengan tipe material yang dipakai untuk mendapatkan hasil yang terbaik. Jadi untuk contoh optimal proses screw bahn PVC, kemudian diikuti screw untuk bahan PP/PE
Screw PVC Karena kita ketahui PVC adalah material yang tidak stabil dalam keadaan panas, maka untuk proses ini memerlukan screw dengan kedalaman chanel yang lebih, sedikit bahkan tidak ada zona metering sama sekali, bahan dilapisi dengan hard chrom, ujung screw berbentuk kerucut menhindari material tertahan. Diameter scrw bervariasi antara 30mm s/d 140mm. L/D rasio berfariasi antara 18 - 22 untuk singgle screw dan 16 - 18 untuk double/twin screw. Compresion rasio bervariasi antra 1.5 -2.2 : 1 baik untuk screw singgle maupun twin. Venting(lubang) pada extruder di pakai untuk menghilangkan uap/gas.
Screw PP/PE Screw PP/PE hampir sama, tetapi screw ini di desain dengan chanel yang dangkal, compressi tiba-tiba dan zona matering yang lebih panjang. L/D rasio bervariasi 24:1 s/d 33:1, diameter screw 20mm s/d 250mm, compresi rasio 2.5 s/d 3.1
Type Screw Barrier (2 ulir) Pada kasus-kasus tertentu atau permintaan design khusus, screw tidak dapat menyelesaikan proses leleh secara sempurna. Jadi dalam kasus tertentu extruser berisi material plastik yang belum leleh, ini dapat di cegah dengan membuat screw ulir kedua (barrier) pada kanal (lihat gambar). Barier ini dapat memotong dan memaksa hanya plastik yang leleh bisa lewat. Jadi design barrier ini memastikan lelehan plastis komplit /selesai pada extruder
ada bebrapa jenis yang berbeda screw barrier yang ada dipasaran saat ini. Adalah seperti contoh dibawah dimana mempunyai karakteristik sendiri-sendiri yaitu Maillefer / Uniroyal, Hartig, Bar I dan Bar II
Kepala Mixing Daerah metering pada screw standar tidak membunyai pencampuran yang baik. Aliran lapisan-lapisan halus plastik berjalan secara tetap pada dalam screw. Sehingga jiga ada lapisan yang tidak sama tidak akan bercampur dengan baik, kepala Mixer dibuat pada secrew agar dapat mencapur antar lapisan tersebut sehingga lebih merata dan homogen.
Pin Mixer (Dupon Mixer) adalah sample mixer yang menggunakan pin dengan gesekan rendah, alat ini mudah di pasang pada screw yang ada untuk meningkatkan performance dari screw
Dupon Mixer
Type lain dari Mixer adalah Maddock (Union Carbide) dam Egan, mixer jenis ini beroperasi pada lelehan material dengan gaya gesek tinggi sehingga dapat lebih sempurna percampurannya. Mixer maddock cara kerja operasi seperti screw type barrier, putarannya mengakibatkan material bergerak maju dan tertekan sehingga membantu material lebih homogen.
Gambar Egan Mixer (kanan),Maddock Mixer(kiri).
Breaker Plate /Screen Park(saringan) Breker Plate dengan saringan dimasukkan kedalam adapter, yang mana menghubungkan antara ujung extruder dan pangkal die. Peralatan ini mempunyai beberapa fungsi sebgai berikut Meredam puteran rotasinal lelehan dan dirubah menjadi searah Memperbaiki homogenisasi dengan memecah dan menggabungkan lagi Memperbaiki mixing dengan meningkatnya tekanan balik Menghilangkan kotoran dan materil tidak leleh. Saringan dibuat beberapa lapis dan tiap lapis mempunyai perbedaan mesh, saringan paling kasar sebagai penopang diletakkan menghadap breker plate kemudian ke yang paling halus terakhir
Dies Variasi type dies digunakan untuk proses bahan PVC atau PP/PE. Ini bisa berbentuk Flat atau model lingkaran. Tyope dies dapat dilihat sebagai berikut.
Dies PVC PVC adalah bahan panas tidak stabil, maka die untuk PVC harus memiliki alur yang sempurna. Spiral mandrel pada die berguna untuk membagi lelehan merata dan membantu lebih homogen sehingga aliran menjadi lebih halus merata ke luar dies.
Mandrel untuk bahan PVC
Dies PP/PE Untuk memroses bahan PP/PE die menggunakan spiral seperti gambar. Plastik leleh mengalir dari lubang masuk ke putraan spiral pada die. Dari gambar tersebut ini jelas bahwa kedalam antara sepiral dan dinding betambah seiring bertambahnya material dalam die itu sendiri, sebagi hasilnya penyebaran diseluruh die lebih merata sehingga mudah untuk di adjust ketebalan dari tabung / balon.
Peralatan tambahan Ketika produk keluar dalam bentuk lelehan (spt. Film, sheet, Pipa, Fiber dll) keluar dari dies ini didinginkan oleh air/udara/rol dingin dam kemudian dipotong menjadi barang jadi dengan berbagai teknik. Dalam berapa proses seperti BOPP, tali rafia, fiber dll, setelah pendinginan awal kemudian akan dipanaskan kembali melalui oven pemanas dan kemudian di lemaskan untuk memperoleh sifat mekanik dan sifat optik lebih baik. Bebrapa peralatan pendinginan dan pemanasan sbb
Variasi Dies untuk perbedaan die gap untuk aplikasi PE/PP/PVC
Referensi Harper, Charles A.; et al. (2000). Modern Plastics Handbook (1st ed.). Mc Graw Hill. pp. 5.55–5.84 http://www.wikipedia.co.id, search Ektrusi (Manufaktur), Th.2015 http://www.capalex.com, Extression, Th.2015 http://www.Google.co.id, search Ardy.biz Extression, Th.2015 http://www.blogspot.com, Ariyanto Novri, Desember Th.2009
