Apa itu plastik ?

Plastik adalah senyawa kimia organik. Bahan organik ini dibangun atau dibentuk sebagian besar atau yang utama dari elemen Karbon (C) dan Hidrogen (H).
Dan kita temui juga beberapa bahan organik senyawa dari elemen Oksigen (O) dan Nitrogen (N). Atom-atom tersebut sangat umum dijumpai di bumi. Yang penting adalah cara atom-atom ini bersenyawa. Atom-atom bersenyawa membentuk molekul, tiap bahan kimia mempunyai molekul yang berbeda. Ini mempengaruhi sifat-sifat plastik. Jadi sifat-sifat plastik tergantung dari molekul-molekul yang menyusunnya dan cara molekul-molekul itu menyatu. Molekul-molekul dalam plastik bergabung menjadi sebuah rangkaian panjang yang disebut Polimer. Suatu rangkaian polimer biasanya mengandung beribu-ribu molekul, ini terjadi karena karbon mudah bergabung dengan atom-atom lainnya. Plastik pada umumnya hanya melibatkan unit-unit yang sejenis. Sebagai contoh Polimer Ethylene yang merupakan rantai panjang pengulangan C2H4 (Ethylene).

+ C2H4 + C2H4 + C2H4 +

Panjang rantai ini bervariasi tetapi rantai polimer biasanya terbentuk dari 1000 - 10.000 kaitan. Bahan ini mempunyai berat molekul yang tinggi dan oleh karenanya disebut polimer tinggi atau molekul makro.

Membuat Plastik
Bahan utama plastik adalah Hidrokarbon (bahan organik). Dimana Hidrokarbon ini didapat dari minyak bumi, gas atau batu bara juga sellulosa.

Dari diagram blok diatas bisa kita lihat plastik yang dihasilkan dari minyak bumi hanya 4% saja.
Mengapa minyak bumi sebagai bahan dasar plastik ?
Minyak bumi mempunyai lebih dari 1000 macam senyawa Hidrokarbon yang mana gabungan dari Karbon (C), Hidrogen (H), Oksigen (O) dan Sulfur (S) serta Nitrogen (N) dapat bergabung juga.


Pada dasarnya plastik terbagi menjadi 2 jeni yaitu :

• Thermoplastik
  Thermoplastik mempunyai arti : Thermo artinya panas, plastik artinya lentur. Jadi bisa diartikan lentur bila dipanaskan atau dibentuk dengan panas. Bahan thermoplastik dapat didaur ulang. Ini karena molekul thermoplastik tidak dapat dirubah secara kimiawi, dan pada saat pemanasan tidak menjadi rantai bersilang. Kalau bahan thermolastik mendingin, masing-masing ikatan molekulnya tetap tidak bersentuhan. Sehingga dalam prakteknya thermoplastik ini dapat diproses kembali dengan pemanasan dan penekanan menjadi bentuk baru. Biasanya thermoplastik yang didaur ulang digunakan 40% saja dan 60% thermoplastik baru. Tujuannya untuk menjaga kualitas.
• Thermosetting
  Thermosetting ini berbeda dengan thermoplastik yaitu tidak bisa digunakan lagi kalau sudah dibentuk. Ini terjadi karena dalam proses pembuatannya polimer dipanaskan dan mengalami perubahan molekul. Ketika panas, rangkaian molekul-molekulnya membuat persilangan kimia sehingga susunan polimernya berbentuk tiga dimensi.
  Sifat utama dari thermosetting adalah dapat menahan panas yang tinggi, sehingga banyak digunakan sebagai isolator panas, misalnya : pegangan panci, pegangan setrika listrik dan asbak. Karena rangkaian molekulnya yang saling menyilang thermosettin juga menjadi kuat dan secara kimiawi sangat stabil.

Pengenalan Proses Casting

Beberapa keuntungan dan kerugian proses Die Casting
Advantages :

• Ability to create comlex geometry
• Thin walls vs other casting processes
• Excellent dimensional stability
• Excellent mechanical strength
• Good surface finish
• Suitable for high volume production

Disadvantages :

• High tooling costs and long lead time
• Difficult to make changes
• Large undercut are difficult, cannot use internal slide
• Limited alloys
• Cannot produce very large parts as a single piece

 Berikut marupakan tahapan proses produksi produk casting :

Perbandingan Cold Chamber dan Hot Chamber

Cold Chamber Machine
Perangkat injeksi untuk Cold Chamber dan Hot Chamber sangatlah berbeda, namun pada cold chamber mesinnya dilengkapi dengan 3 perubahan gerakan injeksi yaitu kecepatan rendah, kecepatan tinggi dan terkahir penambahan tekanan, sehingga bisa melakukan injeksi dengan setting persyaratan yang luas.

• Digunakan untuk logam dengan titik lebur tinggi
• Mesin dilengkapi dengan 3 perubahan gerakan injeksi
• Casting pressure 30 ~ 100 Mpa
• Shot cycle : panjang
• Material : logam campuran alumunium, magnesium, tembaga

Hot Chamber Machine

Dengan Hot Chamber, casting pada umumnya menggunakan logam-logam campuran dengan titik lebur rendah seperti logam campuran Zinc. Silinder injeksi (piston) ditempatkan vertikal ruang penekanan yang biasa disebut sebagai goose neck, dimasukkan ke dalam tungku penyimpanan atau melting pot, yang kemudian menyebabkan cairan logam mengalir melalui nozzle dan masuk ke dalam die akibat plunger chip yang ada di dalam goose neck.

• Digunakan untuk logam dengan titik lebur rendah
• Pressure vertical, penekanan pada melting pot
• Casting pressure : 7~25 Mpa
• Shot cycle : pendek
• Material : logam campuran zinc, magnesium, timah

Cacat Produk dan Solusi - Part 2

Bercak Perak (Splay)
Cacat yang terjadi membentuk bercak garis semburan yang berwarna perak, terutama terjadi pada daerah gate.



Cacat ini dapat disebabkan faktor kondisi bahan atau pengaturan parameter injeksi diantaranya :

• Temperatur barrel terlalu tinggi, sehingga menghanguskan bagian permukaan
• Gate terlalu kecil, menyebabkan gesekan aliran dan terjadinya peningkatan panas
• Material lembab
• Siklus tidak kontinyu

Hal yang perlu dilakukan untuk mengatasi cacat ini adalah :

• Mengurangi temperatur barrel
• Menambah kedalaman gate sampai 50% dari tebal dinding dan lebar gate dibuat 10x kedalamannya tanpa merubah cycle time
• Mengeringkan material sesuai rekomendasi supplier
• Siklus dibuat kontinyu

Over Shrinkage
Cacat yang terjadi membentuk garis kerutan pada produk dikarenakan kelebihan penyusutan yang terjadi saat pendinginan.
Cacat ini terjadi karena pengaturan parameter injeksi yang tidak tepat diantaranya :

• Temperatur barrel terlalu tinggi menyebabkan kelebihan panas dan pemuaian, sedangkan saat pendinginan kulit luar lebih cepat mendingin
• Mould temperatur terlalu tinggi, menyebabkan material lebih lama cair dan bagian luar kulit belum memadat dengan baik
• Volume aliran kurang, sehingga pemadatan kurang baik dan massa jenis menjadi rendah

Cara efektif untuk mengatasi cacat ini dilakukan dengan melakukan perubahan pada parameter injeksinya dengan cara :

• Kurangi temperatur barrel
• Kurangi temperatur mould dengan mengatur pendinginan
• Holding time ditambah

Distorsi Produk dan Solusinya
Distorsi produk umumnya merupakan permasalahan yang timbul akibat penyusutan saat pendinginan. Distorsi pada produk dapat berbentuk lentingan (warpage) yang terjadi pada bentuk datar, pada bengkokan yang terpisah, penguat pada flangses, penguat ribs dan lainnya.
Selain pengaturan pendinginan yang kurang baik, distorsi juga dapat disebabkan karena perbedaan shrinkage yang terjadi akibat arah aliran dan arah perpindahan panasnya. Umumnya problem ini sulit untuk diatasi dengan pengaturan parameter injeksi kecuali dengan melakukan modifikasi bentuk, penempatan gate atau mencampur material dengan bahan yang mengandung serat gelas.

Voids
Voids adalah cacat berbentuk porous yang terbentuk dibagian dalam produk. Cacat ini ditimbulkan karena adanya bagian produk yang terlalu tebal. Karena bagian luar mengering lebih cepat, sementara bagian dalam masih panas dan menyusut, maka akibatnya terbentuk bagian yang berlubang.

Cacat Produk dan Solusi - Part 1

Pada proses injeksi sering kali terjadi gangguan / cacat produk yang dapat merusak / mengganggu penampilan produk. Cacat produk dapat ditimbulkan berbagai faktor, baik yang bersumber pada faktor desain maupun parameter injeksinya. Untuk mengatasi cacat tersebut tentunya harus disesuaikan dengan bentuk dan jenis gangguan atau cacat yang ditimbulkan dan pengaruhnya pada produk. Macam gangguan / cacat produk dan teknik mengatasinya diantaranya adalah :

Pertemuan Dingin (Weld Line)
Pertemuan dua aliran dingin yang terjadi pada produk merupakan cacat yang dapat mengakibatkan benda patah pada pertemuan tersebut. Cacat ini timbul karena bentuk produk yang membentuk semacam ring melingkar atau rangka persegi, sehingga memungkinkan aliran material masuk pada dua arah dan bertemu di pertengahan produknya.
Pengaruh yang ditumbulkan dari parameter injeksinya adalah :

• Temperatur barrel terlalu rendah mengakibatkan pangkal aliran cepat membeku sehingga kedua pertemuan tidak dapat menyatu
• Pendinginan yang terlalu cepat
• Volume aliran yang kurang, menyebabkan material mengalir secara lambat dan membeku sebelum pertemuan aliran bersatu dengan baik
• Tekanan dan waktu injeksi tidak cukup, menyebabkan material membeku sebelum terisi penuh dan cukup padat
  

Untuk mengatasi cacat tersebut sebelum dilakukan dengan mengubah posisi dan dimensi gatenya, dapat dilakukan dengan mengatur parameter injeksi berikut :

• Temperatur barrel perlu ditambah sehingga material lebih lama cair dan mudah menyatu
• Peningkatan temperatur dilakukan secara bertahap sebesar 10° F (5,5°C)
• Penambahan volume 2-3 point dan index standar yang ditetapkan
• Penambahan holding pressure dan holding time

Sink Mark
Sink mark adalah cacat yang membentuk lekukan pada produk, yang timbul pada dinding produk yang tebal atau pertemuan antara dinding dan sirip yang membentuk bagian yang menebal pada daerah tersebut.

 

Faktor penyebabnya dapat bersumber pada mesin injeksi, desain produk atau material plastik dan parameter injeksinya.

Faktor penyebab yang bersumber pada parameter injeksinya diantaranya adalah :

• Temperatur barel terlalu tinggi, sehingga penyerapan panas oleh dinding cetakan terlalu besar dan mengakibatkan meningkatnya daerah yang kosong antar molekul plastik. Pada saat pendinginan, bagian permukaan akan mengeras dan molekul plastik yang berada dibawahnya akan mengisi kekosongan dan menarik kulit permukaan tersebut kearah dalam semakin besar.
• Kekosongan yang terjadi, semakin besar derajat penyusutannya dan sink mark terbentuk semakin besar.
• Pressure yang rendah atau waktu injeksi yang kurang, sehingga menyebabkan terbentuknya kekosongan yang berlebihan antar molekul dan menarik material yang telah dingin dan menyebabkan penyusutan berlebih.
• Pembukaan cetakan terlalu cepat sehingga waktu pendinginan menjadi kurang.

Untuk mengatasi cacat tersebut, maka hal utama yang harus diperbaiki adalah dengan mendesain produk agar memiliki tebal dinding yang sama dan mengatur agal tebal rib diupayakan tidak lebih dari 60% dari gabungan tebal dinding. Sedangkan dari proses injeksi dilakukan dengan :

• Penambahan cycle time
• Penambahan holding pressure
• Penambahan volume injeksi

Udara Terjebak (Air Trapped)
Cacat yang terjadi akibat udara terjebak dalam cetakan akan membentuk produk yang tidak terisi penuh .
Hal ini dapat terjadi karena beberapa hal :

• Kecepatan aliran dan tekanan terlalu tinggi sehingga udara tidak sempat keluar dalam rongga
• Holding pressure terlalu rendah
• Ujung aliran tidak ada tempat atau ruang mengeluarkan udara
• Pada parting line tidak ada die venting

Perbaikan yang dapat dilakukan diantaranya :

• Speed dikurangi dan clamping force diturunkan agar udara dapat keluar dari cetakan
• Holding pressure ditambah
• Gate diperbesar
• Tambahkan die venting pada parting line 0,02mm

Jika tekanan injeksi diperbesar, maka udara yang terjebak akan terbakar dan mengakibatan hangus pada bagian tersebut.

Warpage
Warpage adalah cacat yang membentuk lentingan atau melintir pada produk.

Cacat ini dapat diakibatkan oleh beberapa faktor yang bersumber pada pengaturan parameter injeksi, diantaranya adalah :

• Temperatur mould yang rendah, menyebabkan pembekuan lebih cepat pada permukaan produk sebelum terisi penuh
• Volume aliran kurang, sehingga produk kurang padat
• Tekanan dan waktu injeksi yang tidak cukup

 Langkah perbaikan yang perlu dilakukan adalah dengan melakukan pengaturan parameter injeksi :

• Peningkatan temperatur mould secara bertahap
• Penambahan volume aliran
• Penambahan tekanan dan waktu injeksi

Sistem Ejeksi

Sistem ejeksi adalah teknik pengeluaran / pelepasan produk plastik dari cetakan intinya dengan cara disentak. Penyentakan dilakukan dengan menkanisme ejeksi yang bersumber dari mesin injeksi, atau dengan cara memanfaatkan geak bukaan cetakan pada saat pengeluaran produk.
Dilihat dari cara kerjanya, sistem ejeksi dapat dibedakan menurut bukaan / gerakannya, sistem ejeksi dibedakan dalam dua kelompok :

1.  Ejeksi gerakan tunggal (single action)
2.  Ejeksi gerakan ganda (doucle action)

Sedangkan dari jumlah tendangannya dibedakan menurut :

1.  Tendangan tunggal (single stroke)
2.  Tendangan ganda (double stroke)

Ejeksi Gerakan Tunggal
Gerakan tunggal adalah gerakan pelepasan / pengeluaran produk yang dilakukan dalam satu kali tendangan oleh mekanisme ejeksi dari mesin injeksi. Dilihat dari bentuknya, mekanisme ejeksi dapat di bedakan dalam beberapa jenis :

1. Pin ejektor
2. Sleeve ejektor
3. Pelat ejektor
4. Ring pelat ejektor
5. Ejektor udara

Pin Ejektor
Pin ejektor adalah jenis mekanisme ejeksi yang banyak dipakai dalam cetak injeksi plastik. Selain bentuknya yang sederhana, pemasangan dan penempatannya mudah dan fleksibel untuk berbagai variasi bentuk produk, serta memungkinkan untuk menendang bagian produk berbentuk sirip yang sulit dikeluarkan dengan mekanisme lainnya.
Dari bentuk penampang ejektornya, jenis pin ejektor dibedakan dalam 3 kelompok :

• Silinder pin ejektor
• Disk ejektor
• Ejektor pipih

Pada umumnya ketiga jenis ejektor ini berbeda pada ujung ejeksinya saja, sedangkan pada pangkalnya memiliki bentuk silinder yang sama untuk memudahkan pembuatan dan pemasangan.

Ejektor Sleeve
Ejektor sleeve adalah mekanisme ejeksi yang berbentuk selubung, dan umumnya dipergunakan untuk pengeluaran / pelepasan produk berbentuk tabung dari inti cetak yang membentuk rongga cukup tinggi, atau inti yang membentuk lubang diameter pada produk yang cukup tinggi.

Ejektor Pelat
Ejektor pelat pada umumnya dipergunakan untuk pelepasan produk berbentuk tutup (cap) yang berdinding cukup tipis, produk memiliki bentuk undercut, produk tutup berulir, produk datar, produk dengan inti banyak atau pelepasan produk dari inti cetak pada jenis external split mold.



Ejektor Ring
Ejektor jenis ini merupakan penyerdehanaan dari ejektor pelat. Pembuatannya dimaksudkan untuk lebih menyederhanakan proses pengerjaan dan penghematan material aktifnya.



Ejektor Udara
Ejektor udara dimaksudkan untuk membentu pengeluaran produk dari inti cetak, yang memerlukan langkah pengeluaran cukup tinggi dan tidak memungkinkan dilakukan dengan mekanisme ejektor lainnya. Cara kerjanya dilakukan dengan memberikan tiupan udara bertekanan melalui nozzle / lubang udara yang terpasang pada inti cetak, setelah pelepasan awal yang dilakukan dengan salah satu mekanisme ejeksi lainnya.

Pemilihan Bahan

Kaviti dan inti adalah bagian utama cetakan yang membentuk dan menentukan tampilan produk. Proses pembentukkan yang terjadi didalam rongga mulai dari masuknya material sampai produk dikeluarkan, dan parameter injeksi yang diperlukan. Oleh karenanya, proses perancangan kedua bagian ini dipertimbangkan terhadap berbagai faktor mendasar dari berbagai elemen proses yang mempengaruhinya, baik yang bersumber pada proses deain / perancangan, proses manufaktur, maupun proses produksinya. Penentuannya dipertimbangkan terhadap beberapa hal.

Pemilihan Bahan
Bahan inti dan kaviti cetakan merupakan faktor utama yang memiliki aspek global dalam pembuatan mould, meliputi :

• Umur pakai (life time) cetakan yang diukur dari ketahanan dalam pemenuhan jumlah kebutuhan produksi / jumlah produk yang dihasilkan. Efektivitas etakan yang diukur dari pemilihan material dan kesesuaiannya terhadap tuntutan produksi.
• Efisiensi proses ditinjau dari pemberdayaan fasilitas dan potensi yang dapat dimanfaatkan dalam menerapkan metoda pengerjaan secara sederhana, dan mampu memenuhi tuntutan waktu penyelesaian.
• Nilai ekonomis (cost) yang diukur dari besarnya biaya yang dikeluarkan dalam pembuatan.

Oleh karenanya, penentuan material inti dan kaviti harus memenuhi kriteria kebutuhan dan tuntutan produksi. Pada umumnya pemilihan material dipertimbangkan berdasarkan pemenuhan tuntutan antara lain :

1. Tuntutan kemempuan / ketahan pakai :
   
   • Tahan aus (wear resistance)
   • Tahan impact (Toughness)
   • Tahan tekan (Compression strength)
   • Keras pada temperatur operasi
   • Tahan abrasive (Abrasive resistance)
2. Tuntutan karakteristik (properties)
   
   • Kestabilan dimensi (Dimensional stability)
   • Tahan panas (Heat resistance)
3. Tuntutan pengerjaan
   
   • Mudah dikerjakan
   • Mudah dibentuk
   • Mudah diperbaiki
   
   
    Untuk bahan kaviti insert dapat dipilih baja dengan kualitas berikut :
   
   1. Case hardening steels
      Baja ini sangat baik untuk part aktif cetakan. Selain harganya yang relative murah, baja ini dapat dikeraskan permukaan, di karburasi, pelapisan keras, juga memiliki sifat polis yang sangat baik serta ulet. Pengerasan permukaan yang dilakukan pada baja ini mampu meningkatkan ketahanan pakai dan kokoh terhadap beban kejut. Material ini memiliki kandungan karbon < 0,2 % dan di annealing pada temperatur 840-900°C dengan media quenching oil atau air. Selama annealing bagian permukaan akan terkaburasi dan kandungan karbon bertambah 0,8% dengan kedalaman antara 0,6 dan 2 mm tergantung kebutuhan. Kedalaman karburasi ditentukan oleh media karborasi baik berbentuk gas, cairan atau padat dan kedalamannya dipengaruhi durasi waktu serta temperature yang dicapai.
      
   2. Nitriding steels
      Pada dasarnya semua bahan yang mamiliki unsur paduan pembentukkan nitride dapat dilakukan proses nitriding. Unsur tersebut misalnya seperti chromium, molybdenum, vanadium dan alumunium dengan komposisi khusus. Proses ini dilakukan dalam bak garam, dalam gas, bak tepung atau dalam larutan yang memiliki ionitriding kuat pada temperature 350-380°C. Proses ini menghasilkan permukaan kaviti yang keras mencapai 600-800 brinell.
      
   3. Trough hardening steels
      Trough hardening steel akan menigkatkan kekerasannya dengan pembentukkan struktur martensite yang dilakukan dengan pendinginan yang cepat pada suhu kristalisasi logam. Pendinginan harus cepat dan drastis dengan menggunakan media air, oil atau udara. Proses dilakukan secara bertahap mulai dari pemanasan awal, pemanasan pada temperatur kristalisasi, pendinginan untuk membentuk martensite dan normalizing dengan temperatur 160-250°C untuk menghilangkan tegangan dalam bahan.
      Material ini memiliki stabilitas dimensi yang baik jika dilakukan proses panas karena memiliki sifat mampu keras dan ketahahan terhadap kompresi, sehingga sangat cocok untuk keviti yang tipis dan tahan terhadap lonjakan tekanan tinggi. Material ini umumnya dibentuk dengan proses permesinan non tradisional (EDM, Gerinda, Wire Cut).
      
   4. Tempered steels for use as supplied
      Setelah pengerasan, material dapat dikerjakan kembali setelah di temper pada suhu 500°C yang akan mengubah struktur martensite menjadi besi alpha (carbide). Material ini tidak perlu dilakukan heat treatment lagi setelah proses permesinan karena dapat mengakibatkan perubahan dimensi dan distorsi sehingga pekerjaan akan semakin mahal. Oleh karenanya material ini direkomendasikan untuk bahan mold yang memiliki dimensi besar. Untuk meningkatkan katahanan pada permukaan, proses tambahan yang mngkin dilakukan adalah dengan metode pelapisan (chrome, galvanized).
      
   5. Martensitic steel
      Material ini memiliki sifat keras dan ketahan yang tinggi. Structurenya terdiri dari nickel martensite yang memiiki ketahanan 1100 Mpa. Material ini dapat dikerjakan dengan permesinan setelah di temper.
      Material ini memiliki kekerasan 530-600 Brinell dan dianjurkan untuk pemakaian insert kaviti kecil dan memiliki bentukyang komplek.
      
   6. Corrosion resistance steels
      Pada permukaan produk plastik, seringkali bahan plastik yang digunakan bersifat korosif dan bereaksi terhadap material cetakan. Untuk mencegah rusaknya part aktif tersebut, maka cetakan seringkali dilapisi denganbahan pelapis chrome atau nickel. Pelapis ini sangat efektif karena dapat melapisi permukaan secara seragam. Untuk mencegah retaknya hasil pelapisan akibat deformasi bahan, maka pelapisan dibuat agar cukup tebal. Pelapisan pada cetakan dilakukan apabila tidak akan dilakukan lagi proses permesinan yang dapat menimbulkan cacat pada laipsan tersebut.
      Umumnya material untuk inti dan kaviti dipilih dari bahan logam ferro dan non ferro yang telah direkomendasikan oleh industri pengolahan material.
      Data berikut adalah hasil experiment dari berbagai jenis logam dan jumlah produk yang mampu dihasilkan untuk berbagai jenis material plastik sebelum di repair.
      
      
      

Perencanaan Pendinginan

Tujuan dan Fungsi Pendinginan
Pendinginan pada cetakan dimaksudkan untuk 2 hal utama :

• Menurunkan temperatur plastik dalam rongga cetak / mendinginkan produk
• Menjaga temperatur cetakan / temperatur kaviti dan inti pada kondisi kerja yang tepat

Pengaturan pendinginan yang baik dapat berpengaruh terhadap kualitas produk meliputi :

• Kehalusan permukaan
• Mencegah distorsi produk yang dapat menimbulkan lentingan (warpage)
• Keseragaman struktur plastik
• Penurunan dimensi / memperkecil shrinkage
• Menurunkan stress bahan

Pendinginan pada mould dapat dilakukan dengan media pendinginan udara (air cooling) atau fluida (water cooling). Pemanfaatannya tergantung dari efektivitas pendinginan yang perlu dicapai sehingga produk cepat berada pada batas temperatur sentak yang diijinkan sesuai bahan plastik, fasilitas yang tersedia dan konstruksi pendinginan yang mendukung.
Konstruksi pendinginan dengan media fluida merupakan bagian yang kompleks dalam perancangan mould.
Selain jenis konstruksi saluran pendingin yang direncanakan, juga harus memperhatikan daerah lintasan yang akan dilalui pendingin dan area penyerapan panasnya. Sehingga dalam merencanakan saluran pendingin harus memperhatikan beberapa aspek berikut :

• Saluran pendingin tidak boleh bocor
• Jarak antar saluran yang berdekatan harus lebih besar dari ukuran selang air
• Menghindari adanya aliran air yang terjebak dalam saluran atau tubrukan aliran
• Pendingin harus merata pada tiap kaviti / inti cetak 
• Perbedaan temperatur cairan masuk dan keluar dijaga agar tidak lebih dari 6 derajat Celcius
• Arah pendinginan mulai dari kaviti menuju sprue 
  Sistem Pendinginan
  Untuk mendapatkan sistem aliran dan pendinginan yang efektif, maka lay out dan konstruksi saluran pendingin perlu disesuaikan dengan area produk dan bentuk produk yang akan didinginkan. Ada beberapa konstruksi saluran yang dapat dibuat untuk menghasilkan aliran dan sistem pendinginan efektif diantaranya :

1. Sistem Cooling untuk produk datar
   Untuk mendinginkan produk yang memiliki permukaan datar dan berukuran cukup besar dapat dibuat sistem saluran spiral dengan bentuk aliran diameter, aliran segi empat atau aliran persegi sepusat dengan aliran masuk dan keluar dari dua sisi.
   
   
   
   
   
   Air masuk dari bagian tengah spiral dan mengalir kebagian sisi luar, sehingga pendinginan dimulai dari bagian dalam kearah luar, dengan demikian ujung aliran plastik tetap panas dan tidak akan menghambat aliran.
   Aliran air juga dapat dibentuk dengan aliran searah yang membentuk aliran persegi dan pengaturan aliran dibuat terpisah pada dua sisi.
   
2. Cooling pada Core (Inti cetak)
   Konstruksi saluran pendingin pada core / inti cetak untuk produk berbentuk tabung dapat dibuat dengan konstruksi bubler, bufels atau insert spiral.
   
   
   
   Konstruksi ini cukup sederhana dan dibuat dengan memasang pipa kecil ditengah lubang sebagai tempat laluan masuk dan keluarnya air pada core. Air masuk pada bagian tengah pipa dan keluar dari sisi luar pipa.
   Cara lain adalah dengan menggunakan insert berupa ulir spiral.
   
   
   
3. Jarak saluran pendingin
   Untuk menghasilkan pendinginan yang efektif dan merata, maka jarak saluran pendingin perlu diperhatikan. Jarak minimal antar saluran pendingin harus lebih besar dari dimensi diameter selang air, sedangkan jarak saluran terhadap permukaan kaviti disesuaikan dengan tebal dinding produk.
   
   

Penyusutan Produk

Penyusutan (Shrinkage)
Shrinkage adalah pengecilan dimensi produk aktual dari dimensi rongga cetak (kaviti). Penyusutan terjadi karena adanya perubahan phasa dari cair ke padat akibat perubahan temperatur, dan berlangsung selama terjadinya proses pendinginan. Terjadinya penyusutan berpengaruh terhadap perubahan dimensi kaviti pada produk jadinya, sehingga perubahan ini perlu dikompensasi pada saat awal penentuan dimensi rongga dan inti cetak. Pengukuran shrinkage produk diukur antara 24-168 jam setelah pembekuan.
Pada dasarnya shrinkage dipengaruhi oleh faktor kemampuan kompresi dan muai panas plastik itu sendiri, dan terjadi secara menyeluruh terhadap volumenya.
Shrinkage volumetrik (Sv) dapat dinyatakan dalam :

 Besarnya shrinkage yang terjadi sangat dipengaruhi oleh beberapa parameter diantaranya :

• Pressure
• Temperatur
• Injection rate
• Tebal dinding produk
• Jarak gate / posisi gate

Pada benda yang sebenarnya, besarnya shrinkage tidak dapat ditentukan secara tepat dan tidak seragam pada semua arah dimensi produk dan juga belum tentu sama untuk produk berbeda pada bahan yang sama.
Shrinkage untuk Thermoplastik :

Perencanaan Gate

Perencanaan dimensi gate
Gate adalah tempat lubang masuk cairan plastik kedalam rongga cetak. Perencanaan bentuk, dimensi, dan penempatannya sangat berpengaruh terhadap kualitas produk, baik dari penampilan, shrinkage dan pressure yang dibutuhkan saat pembentukan produk. Penempatan gate juga akan berpengaruh terhadap besarnya gaya clamping mesin injeksi yang dibutuhkan untuk menahan gaya pembentukan rongga cetak dan menghindarkan kemungkinan cacat produk saat injeksi.
Secara teoritis dimensi gate dapat dihitung dari persamaan :

Karena pengaruh faktor injeksi yang tidak tetap untuk tiap jenis material dan adanya perubahan tekanan pada runner, serta faktor perubahan suhu, maka perhitungan gate seringkali dilakukan dengan pendekatan empiris berdasarkan hasil percobaan yang pernah dilakukan.


Pemilihan bentuk dan ukuran gate standard
Umumnya pemilihan tipe gate dipertimbangkan pada hasil produk yang diinginkan, ukuran produk, kondisi penginjeksian, jenis material, aliran material dan garis pertemuan aliran.
Dari bentuk dan penempatannya, jenis gate diklasifikasikan menurut :

• Full gate
• Gate putus
• Fan gate
• Disk gate
• Ring gate
• Tab gate
• Gate HDPE

Full Gate
Jenis ini dibuat dengan ukuran penampang silang yang agak besar, sehingga semua jenis thermoplastik dapat dialirkan.
Gate ini digunakan untuk :

1. Gate langsung pada rongga cetak / cavity seperti yang digunakan pada konstruksi two plate mould
2. Mengalirkan material yang viskositasnya tinggi seperti acrylic, kralastic, juga utnuk mengalirkan material yang memiliki kekakuan seperti pada poluolefin

Gate bentuk ini dapat melancarkan aliran material dengan baik, penyusutan yang terjadi kecil, menghindarkan gelembung udara dan menghasilkan garis pertemuan yang baik.
Jenis ini dapat dibuat dalam beberapa bentuk :
- Sprue Gate
Bentuk ini umumnya dipakai untuk mencetak komponen simetri dan produk tunggal berukuran medium > 20 gram.
Keuntungannya dapat di desain untuk mould yang setimbang, tetapi memerlukan penambahan pengerjaan untuk mematahkan gate dari hasil produknya.

- Full Edge Gate
Gate dapat berbentuk setengah bulat, segiempat atau trapesium. Bentuk ini mengalirkan material mulai dari tepi produk, baik dari sisi luar maupun sisi dalam. Ukuran berat produk maksimal berkisar 20 gram. Desain gate dapat berbentuk bulat, segiempat atau trapesium.

Ukuran gate bervariasi, tergantung bentuk, tebal dan material produk yang diinginkan, tetapi luas penampang umumnya lebih besar dari 2,4 mm2.

Gate Putus
Gate jenis ini dimaksudkan untuk proses pencetakan produk plastik dengan pemutusan gate secara otomatis. Penempatan gate dibagian sisi luar, sisi dalam atau dibagian tengah produk.

Keuntungannya :

• Gate akan mudah dingin dengan cepat setelah material berhenti mengalir.
• Gate mudah dipatahkan dan tidak merusak produk, sehingga penampilan produk akan rapih dan besar juga dapat menghemat kerja tambahan yang sering dilakukan untuk membersihkan / mematahkan gate.

Kerugiannya :

• Pressure yang dibutuhkan relative cukup tinggi untuk mengalirkan material kedalam rongga cetak.
• Cetakan tidak sederhana, terutama untuk pemasangan gate ditengah produk.
• Patahan gate dapat tertinggal pada lubang saluran gate, sehingga menyumbat aliran material pada pengisian berikutnya.
• Gate yang terlalu panjang dapat mengakibatkan penurunan  tekanan, sehingga pengisian menjadi sulit.

Fan Gate / Film Gate
Pemasangan gate ini dimaksudkan untuk pengisian rongga cetak secara seragam, memperkecil pressure dan menghindarkan terjadinya pertemuan aliran dingin.
Pemakaian umumnya pada produk tipis berbentuk pelat datar atau pada box berdinding tipis. Karena gate ditempatkan di tepi produk, maka bekas patahan akan tampak.

Ukuran tebal gate disesuaikan dengan tebal dinding produk, berkisar antara 0,2 / 0,7 x tebal dinding.

Disk Gate
Pemakaiannya :

• Untuk cetakan simetris
• Pengisian dari pada pusat produk yang memiliki lubang ditengah dan umumnya untuk produk tunggal
• Mencegah timbulnya garis pertemuan aliran
• Pengisian yang seragam

Ring Gate
Pemakaiannya diutamakan untuk menghasilkan produk berbentuk tabung.
Keuntungannya :

• Untuk tabung yang panjang
• Pengisian mengarah langsung kebawah
• Ujung inti cetakan dapat diarahkan sehingga lebih kokoh
• Menghindarkan pertemuan aliran dingin

Ukuran tebal gate berkisar antara 0,2 ~ 0,7 kali tebal dinding dan panjang gate 0,5 ~ 2 mm

Diaphragma Gate
Gate ini sangat besar sehingga banyak material terbuang, akan tetapi pengisian produk efektif dan aliran sangat baik.
Pemakaiannya diantaranya :

• Pengisian bentuk tabung berukuran besar
• Gate pada tepi luar tabung
• Pengisian mengarah langsung ke bawah
• Mencegah timbulnya pertemuan aliran dingin

Kerugiannya :

• Ujung inti cetakan tidak dapat diarahkan sehingga kedudukan inti labil terutama untuk produk berdinding tipis
• Material plastik banyak terbuang

Perencanaan Runner

Perencanaan Saluran Utama (Runner)
Runner adalah saluran penghubung aliran cairan plastik dari sarung suntikan (sprue) pada rongga melalui gate. Sebagai saluran penghubung yang akan membawa material, maka penentuan bentuk dan dimensinya dipertimbangkan dengan tujuan untuk memudahkan pembuatan, meminimalisasi kehilangan panas (heat loss), mengurangi berat / volume runner yang terbuang dan menghindari penurunan tekanan (drop pressure) yang terlalu besar. Disamping dimensi penampang runner, maka untuk mencegah kehilangan panas dan penurunan tekanan, makan panjang runner dibuat sependek mungkin. Dari hasil percobaan yang telah dilakukan para peneliti, secara empiris dimensi runner ditentukan dengan memperhitungkan tebal dinding dan mengambil bentuk dasar diameter :
D = Smax + 1.5 (mm)
D             = Diameter runner (mm)
Smax      = Ketebalan maksimal dinding produk (mm)


Pemilihan Bentuk dan Ukuran Runner
Runner dapat dibuat dalam beberapa macam bentuk dan ukuran, baik mengikuti bentuk yang ada dan telah distandarkan, maupun menurut perhitungan.
Setiap bentuk dan ukuran runner akan menentukan/berpengaruh terhadap jumlah material yang mengalir dan penurunan tekanan (pressure drop) yang timbul akibat terjadinya lapisan kontak yang mengering pada bagian luar sekeliling dinding runner. Jumlah material efektif yang mengalir dalam runner sebanding dengan ratio antara besarnya penampang potong runner terhadap keliling kontak pada penampang tersebut.
Pressure Drop dalam sistem runner dapat dihitung :

Perhitungan ukuran didasarkan pada luas yang sama dari bentuk runner diameter.

1. Bentuk runner diameter
2. Bentuk runner setengah diameter
3. Bentuk runner persegi

Kapasitas alir pada runner
Pada dasarnya jumlah material yang mengalir melewati runner dapat dihitung dari persamaan :

Penampang runner pada saat pembentukan
Umumnya permukaan runner tidak dipoles untuk mencegah lapisan kontak yang mengering tidak masuk dalam cetakan, tetapi untuk bahan plastik tertentu perlu dipoles atau bahkan diverchrom misalnya untuk PVC, PC, POM atau lebih dikenal dengan Poly acetal

Kapasitas Mesin & Parameter Injeksi

Sebelum desain dilakukan, sangatlah penting untuk mengetahui atau merencanakan jenis mesin injeksi dan kapasitas mesin yang akan digunakan sebagai dasar menentukan dimensi cetakan. Parameter mesin yang seringkali diperlukan dalam proses perancangan diantaranya adalah :

1. Jarak minimal dan maksimal bukaan mesin untuk merancang ketinggian mould (Mould high)
2. Jarak poros mesin (tie bar) untuk menentukan lebar mould yang dapat dipasang pada meja mesin
3. Diameter lubang standard untuk dudukan ring penepat pada mould
4. Kemampuan maksimum gaya clamping mesin
5. Radius pada ujung nozzle
6. Sistem ejektor mesin
7. Jarak lubang dan dimensi baut pengikat pada meja mesin
8. Parameter injeksi standar yang dimiliki mesin

Pada dasarnya ketepatan pengaturan parameter injeksi akan menentukan kualitas produk yang dihasilkan, baik dari ketepatan dimensi, berat produk dan bentuk produk secara keseluruhan. Umumnya parameter injeksi tersebut dapat diatur mesin berdasarkan trial yang dilakukan, akan tetapi ada beberapa parameter tertentu yang harus dicapai terutama yang berhubungan dengan spesifikasi material plastik.
Parameter injeksi yang berpengaruh diantaranya :

• Temperatur injeksi
• Cavity filling time
• Injection pressure
• Clamping pressure
• Injection speed
• Cooling time
• Holding time

Temperatur Injeksi
Temperatur injeksi adalah temperatur injeksi adalah temperatur leleh plastik saat di injeksikan kedalam cetakan melalui nozzle. Penentuannya ditentukan menurut zona temperatur pemanas pada barrel dan nozzle yang disesuaikan menurut spesifikasi jenis material yang telah ditetapkan industri pengolah material plastik.

Pada umumnya temperatur metarial plastik yang terjadi saat injeksi lebih rendah 10-20  derajat celcius dari temperatur pada nozzle mesin injeksi.

Cavity Filling Time
Filling time adalah waktu yang diperlukan untuk mengisi rongga cetak. Pada umumnya waktu ini diatur dari mesin injeksi saat trial untuk mendapatkan hasil produk yang optimal. Lamanya waktu injeksi berpengaruh terhadap cycle time pencetakan. Secara teoritis, waktu injeksi dapat dihitung dari persamaan berikut :

Injection Pressure
Injection pressure adalah besarnya tekana yang diperlukan untuk menginjeksikan cairan plastik kedalam cetakan. Besarnya tekanan maksimal ditentukan berdasarkan spesifikasi tiap jenis material plastik.
Besarnya injection pressure material yang dibutuhkan untuk mengisi rongga cetak, sangat berpengaruh terhadap besarnya gaya cekam mesin yang dibutuhkan untuk menahan kedua bagian mould pada saat pengisian dan pemadatan produk. Tekanan permukaan yang terjadi pada daerah parting line disebabkan oleh besarnya tekanan yang dibutuhkan saat pembentukan produk dalam rongga, yang besarnya proporsional terhadap luas proyeksi rongga isian. Pengaruh yang ditimbulkan dari tekanan yang terlalu besar pada daerah bukaan dapat mengakibatkan kebocoran dan menimbulkan flashing di sekeliling produk.

Clamping Force
Clamping force adalah gaya yang dibutuhkan mesin untuk menahan kedua bagian cetakan agar tidak membuka pada saat pembentukan. Besarnya gaya pembentukan yang terjadi sangat dipengaruhi tekanan spesifik material, tebal dinding produk dan proyeksi isiian (produk + tunner + sprue + gate) dan posisi gate terhadap sisi terjauh aliran yang dicapai dalam pembentukan produk.
Besarnya dapat dihitung dari persamaan berikut
Tekanan isi spesifik :
Psf = Fs x Lp (kg/cm²)
Psf          = Tekanan isi spesifik (kg/cm3)
Fs            = Faktor tebal dinding (kg/cm2)
Lp            = Panjang aliran dari gate sampai titik terjauh (cm)

Gaya cekam cetak :
Fc = Psf x Aproj (kg.f)
Fc            = Gaya pembentukan (kg.f)
Aproj      = Luas proyeksi isian (cm2)                                                    
Besarnya gaya cekam mesin (Fm = clamping force) harus lebih besar dari gaya cekam cetak (Fm > Fc)

Injection Speed
Injection speed adalah kecepatan alir material yang dibutuhkan untuk mengalirkan material kedalam rongga cetak. Besarnya sangat dipengaruhi putaran ulir transportir dan dibatasi oleh kapasitas alir mesin / injection rate mesin serta diameter nozzle mesin.

Waktu Pendinginan
Waktu pendinginan adalah waktu yang diperlukan untuk mendinginkan produk setelah pengisian. Lamanya waktu pendinginan dihitung mulai dari solidifikasi sampai waktu membuka.

Holding Time
Holding time adalah waktu yang dibutuhkan untuk membentuk secar keseluruhan rongga cetak setelah terisi penuh, sampai tekana akhir selesai dilakukan membentuk produk. Lamanya waktu pemadatan akan berpengaruh terhadap shrinkage dan berat produk. Umumnya waktu pemadatan diatur dimesin berdasarkan penampilan produk optimal yang dihasilkan.
Pemadatan yang terjadi dalam rongga cetak, terbentuk karena adanya tekanan tambahan (holding pressure) setelah pengisian. Penekanan saat pemadatan dilakukan secara bertahap,  umumnya terdiri dari 4 tahap dengan perbedaan tekanan tiap tahap sebesar 5-10 bar.

Perencanaan Cavity

Perhitungan jumlah Cavity
Cavity adalah cetakan yang membentuk produk dalam rongga cetak. Perencanaan cavity diperhitungkan berdasarkan :

• Gaya cekam
• Kapasitas injeksi
• Kapasitas alir cairan plastik
• Kapasitas plasticizing

Perhitungan jumlah cavity berdasarkan gaya cekam mesin dihitung dari persamaan :

Perhitungan jumlah cavity berdasarkan kapasitas alir mesin :

Layout cavity
Layout cavity merupakan bagian yang cukup penting dalam pembuatan cetakan plastik, terutama pada cetakan yang memiliki cavity majemuk lebih dari satu. Pengaturan layout cavity sangat berpengaruh terhadap kesetimngan aliran, kesetimbangan pengisian dan juga kesetimbangan cetakan itu sendiri.
Hal-hal yang perlu diperhatikan dalam pembuatan layout cavity :

• Pengaturan cavity harus efisien untuk mendapatkan lebar cetakan seminimal mungkin
• Panjang runner sependek mungkin untuk menghindari penurunan tekanan
• Dimensi runner diperhitungkan secara baik untuk mencegah pemborosan material
• Panjang runner pada setiap cavity sama panjang

Kesetimbangan cavity dapat dilakukan dengan 2 cara :

1. Pengaturan posisi produk terhadap pusat pengisian
2. Pengaturan kesetimbangan aliran

Untuk menghasilkan kesetimbangan aliran pada multi cavity, dapat dilakukan dengan 3 cara :
a. Kesetimbangan pengisian cavity yang dicapai dengan pengaturan jarak aliran yang sama
Pengaturan dengan cara ini sangat memudahkan dalam pengerjaan, akan tetapi menimbulkan pemborosan material terbuang yang dipergunakan untuk saluran runner cukup besar. Selain itu juga menghasilkan layout cavity yang membutuhkan area efeltif cetakan yang cukup besar.

b. Kesetimbangan pengisian cavity yang dicapai dengan perubahan diameter runner
Layout cavity dengan pengaturan seperti ini dapat menigkatkan efisiensi pemakainan material plastik, sehingga pemborosan dapat ditekan, serta akan menghasilkan area cetakan yang efektif dan optimal.Kesulitannya adalah dalam penentuan dimensi runner dan pengerjaannya.

c. Kesetimbangan pengisian cavity yang dicapai dengan perubahan dimensi gate
Pengaturan dengan cara ini menghasilkan layout yang sederhana, efisien dan cetakan yang efektif. Kesulitannya adalah dalam menentukan dimensi secara tepat sehingga material dapat mengalir dan mengisi rongga cetak secara seragam.

Perancangan Produk

Geometri produk, berat dan spesifikasi material plastik sangat berpengaruh terhadap penentuan shrinkage, sistem gate, parting line, pemilihan material cetakan dan sistem pengeluaran produk / sistem ejektor.

Ketebalan dinding merata
Material akan menyusut kesegala arah terutama ke area yang tebal pada saat proses solidifikasi. Proses solidifikasi yang tidak merata akan menimbulkan defect, antara lain :
Lekukan (sink), lentingan (warpage), berpori (voids) atau cacat lainnya yang tampak dan mengganggu secara visual. Oleh karena itu tebal dinding produk perlu dibuat relatif merata.

Untuk mencegah timbulnya lekukan (sink mark) pada produk ,pada daerah tersebut dapat dibuat alur memanjang, sehingga pada area pertemuan dinding tersebut dapat terbentuk ketebalan yang merata.

Menghindari area yang bersudut tajam
Potensi masalah yang dapat ditimbulkan karena bagian yang bersudut tajam yaitu tegangan yang terkonsentrasi dan aliran plastik terhambat.
Contoh desain :

Draft Angle
Draft angle adalah sudut kebebasan yang dibentuk pada dies yang bertujuan untuk mengeluarkan produk dan dapat menghindarkan cacat produk akibat gesekaan permukaan pada saat mengeluarkan produk.

Penguat Dinding (reinforcement)
Penguat dinding berfungsi untuk meningkatkan kekakuan dinding pada produk yang memiliki permukaan lebar atau pada produk berdinding tipis.
Berikut contoh penguat dinding :

Parting Line
Parting line merupakan batas pemisah antara Core dan Cavity.
Pertimbangan dalam penentua parting line :

• Harus memudahkan pengeluaran produk dari Cavity
• Memudahkan pengerjaan
• Harus setangkup dan tanpa kebocoran

Layout Cavity
Pengaturan layout cavity sangat berpengaruh terhadap kesetimbangan aliran, kesetimbangan pengisian dan kesetimbangan cetakan itu sendiri. Dampak ketidak setimbangan akan berpengaruh terhadap keseragaman pengisian, kepadatan produk dan implikasinya terhadap berat dan shrinkage produk.