3. PROSES
PENGECORAN LOGAM
Menurut jenis cetakan yang digunakan proses pengecoran dapat diklasifikan
menjadi dua katagori :
1.
Pengecoran
dengan cetakan sekali pakai.
2.
Pengecoran
dengan cetakan permanen.
Pada proses pengecoran dengan cetakan sekali pakai, untuk mengeluarkan
produk corannya cetakan harus dihancurkan. Jadi selalu dibutuhkan cetakan yang
baru untuk setiap pengecoran baru, sehingga laju proses pengecoran akan memakan
waktu yang relatif lama. Tetapi untuk beberapa bentuk geometri benda cor tersebut,
cetakan pasir dapat menghasilkan coran dengan laju 400 suku cadang perjam atau
lebih.
Pada proses cetakan permanen, cetakan biasanya di buat dari bahan logam,
sehingga dapat digunakan berulang-ulang. Dengan demikian laju proses pengecoran
lebih cepat dibanding dengan menggunakan cetakan sekali pakai, tetapi logam
coran yang digunakan harus mempunyai titik lebur yang lebih rendah dari pada
titik lebur logam cetakan.
Cetakan Pasir : cetakan pasir merupakan cetakan yang paling banyak
digunakan, karena memiliki keunggulan :
v
Dapat
mencetak logam dengan titik lebur yang tinggi, seperti baja, nikel dan
titanium;
v
Dapat
mencetak benda cor dari ukuran kecil sampai dengan ukuran besar;
v
Jumlah
produksi dari satu sampai jutaan.
Tahapan pengecoran
logam dengan cetakan pasir :
Dalam gambar 3.1
ditunjukkan tahapan pengecoran logam dengan menggunakan cetakan pasir sebagai
berikut :
Ø
Pembuatan
pola, sesuai dengan bentuk coran yang akan dibuat;
Ø
Persiapan
pasir cetak;
Ø
Pembuatan
cetakan;
Ø
Pembuatan
inti (bila diperlukan);
Ø
Peleburan
logam;
Ø
Penuangan
logam cair kedalam cetakan;
Ø
Pendinginan
dan pembekuan;
Ø
Pembongkaran
cetakan pasir;
Ø
Pembersihan
dan pemeriksaan hasil coran;
Ø
Produk
cor selesai.
Gambar 3.1 Tahapan pengecoran logam dengan cetakan pasir
Catatan : Kadang-kadang diperlukan perlakuan panas terhadap
produk coran untuk memperbaiki sifat-sifat metalurginya.
Tahapan pembuatan cetakan pasir :
1.
Pemadatan pasir cetak di atas pola;
2.
Pelepasan pola dari pasir cetak à rongga cetak;
3.
Pembuatan saluran masuk dan riser;
4.
Pelapisan rongga cetak;
5.
Bila coran memiliki permukaan dalam (mis : lubang), maka dipasang inti;
6.
Penyatuan cetakan;
7.
Siap untuk digunakan.
Pola dan Inti :
Pola merupakan model benda cor dengan ukuran penuh dengan memperhatikan
penyusutan dan kelonggaran untuk pemesinan pada akhir pengecoran.
Bahan pola adalah : kayu, plastik, dan logam.
Jenis-jenis pola : ( lihat gambar 3.2)
(a)
Pola
padat (solid pattern);
(b)
pola
belah (split pattern);
(c)
Pola
dengan papan penyambung (match – plate pattern);
(d)
Pola cope dan drag (cope
and drag pattern).
(a) Pola
padat (disebut juga pola tunggal) :
Pola padat dibuat sama dengan geometri benda cor dengan mempertimbangkan
penyusutan dan kelonggaran untuk pemesinan.
Biasanya digunakan untuk jumlah produksi yang sangat kecil.
Walaupun pembuatan pola ini mudah, tetapi untuk membuat cetakannya lebih
sulit, seperti membuat garis pemisah antara bagian atas cetakan (cope)
dengan bagian bawah cetakan (drug).
Demikian
pula untuk membuat sistem saluran masuk dan riser diperlukan tenaga kerja yang
terlatih.
Gambar 3.2 Beberapa jenis pola
(b) Pola
belah :
Terdiri dari dua bagian yang disesuaikan dengan garis pemisah (belahan)
cetakannya. Biasanya digunakan untuk benda coran yang memiliki geometri yang
lebih rumit dengan jumlah produksi menengah. Proses pembuatan cetakannya lebih
mudah dibandingkan dengan memakai pola padat.
(c) Pola
dengan papan penyambung :
Digunakan untuk jumlah produksi yang lebih banyak. Pada pola ini, dua
bagian pola belah masing-masing diletakan pada sisi yang berlawanan dari sebuah
papan kayu atau pelat besi.
(d) Pola
cope dan drug :
Pola ini hampir sama dengan pola dengan papan penyambung, tetapi pada pola
ini dua bagian dari pola belah masing-masing ditempelkan pada papan yang
terpisah. Pola ini biasanya juga dilengkapi dengan sistem saluran masuk dan
riser.
Inti :
Pola menentukan bentuk luar dari benda cor, sedangkan inti digunakan bila
benda cor tersebut memiliki permukaan dalam. Inti merupakan model dengan skala
penuh dari permukaan, dalam benda cor, yang diletakan dalam rongga cetak
sebelum permukaan logam cair dilakukan, sehingga logam cair akan mengalir
membeku diantara rongga cetak dan inti, untuk membentuk permukaan bagian luar
dan dalam dari benda cor.
Inti biasanya dibuat dari pasir yang dipadatkan sesuai dengan bentuk yang
diinginkan. Seperti pada pola, ukuran inti harus mempertimbangkan penyusutan
dan pemesinan.
Pemasangan inti didalam rongga cetak kadang-kadang memerlukan pendukung (support)
agar posisinya tidak berubah. Pendukung tersebut disebut chaplet, yang
dibuat dari logam yang memiliki titik lebur yang lebih tinggi dari pada titik
lebur benda cor. Sebagai contoh, chaplet baja digunakan pada penuangan
besi tuang, setelah penuangan dan pembekuan chaplet akan melekat ke dalam
benda cor (lihat gambar 3.3). bagian chaplet yang menonjol ke luar dari
benda cor selajutnya dipotong.
Gambar 3.3 (a) Inti disangga dengan chaplet, (b) vhaplet,
(c) hasil coran dengan lubang pada bagian dalamnya
Cetakan dan Pembuatan Cetakan :
Pasir cetak yang sering dipakai adalah :
v
pasir
silika (SiO2), atau
v
pasir
silika yang dicampur dengan mineral lain (mis. tanah lempung) atau resin
organik (mis. resin phenolik, resin turan, dsb).
Ukuran butir yang kecil akan menghasilkan permukaan coran yang baik,
tetapi ukuran butir yang besar akan menghasilkan permeabilitas yang baik,
sehingga dapat membebaskan gas-gas dalam rongga cetak selama proses penuangan.
Cetakan yang dibuat dari ukuran butir ynag tidak beraturan akan menghasilkan kekuatan
yang lebih tinggi dari pada butir yang bulat, tetapi permeabilitasnya kurang
baik.
Beberapa indikator untuk menentukan kualitas
cetakan pasir :
(1)
Kekuatan, kemampuan cetakan untuk mempertahankan bentuknya dan
tahan terhadap pengikisan oleh aliran logam cair. Hal ini tergantung pada
bentuk pasir, kualitas pengikat dan faktor-faktor yang lain.
(2)
Permeabilitas, kemampuan cetakan untuk membebaskan udara panas dan gas
dari dalam cetakan selama operasi pengecoran melalui celah-celah pasir cetak.
(3)
Stabilitas termal, kemampuan pasir pada
permukaan rongga cetak untuk menahan keretakan dan pembengkokan akibat sentuhan
logam cair.
(4)
Kolapsibilitas (collapsibility), kemampuan cetakan membebaskan
coran untuk menyusut tanpa menyebabkan coran menjadi retak.
(5)
Reusabilitas, kemampuan
pasir (dari pecahan cetakan) untuk digunakan kembali (didaur ulang).
Klarifikasi Cetakan Pasir :
Ø
Cetakan
pasir basah.
Ø
Cetakan
pasir kering, atau
Ø
Cetakan
kulit kering.
Cetakan pasir basah, dibuat dari campuran pasir, lempung, dan air.
Keunggulan :
Ø
Memiliki
kolapsibilitas yang baik.
Ø
Permeabilitas
baik.
Ø
Reusabilitas
yang baik, dan
Ø
Murah.
Kelemahan :
Ø
Uap
lembab dalam pasir dapat menyebabkan kerusakan pada berberapa coran, tergantung
pada logam dan geometri coran.
Cetakan pasir kering, dibuat dengan menggunakan bahan pengikat organik, dan
kemudian cetakan dibakar dalam sebuah oven dengan temperatur berkisar antara
204o sampai 316o C. Pembakaran dalam oven dapat
memperkuat cetakan dan mengeraskan permukaan rongga cetakan.
Keunggulan :
Ø
Dimensi
produk cetak lebih baik.
Kelemahan :
Ø
Lebih
mahal dibandingkan dengan cetakan pasir basah;
Ø Laju produksi lebih rendah karena dibutuhkan waktu
pengeringan;
Ø Pemakaian
terbatas untuk coran yang medium dan besar dalam laju produksi rendah à
medium.
Cetakan kulit kering,
diperoleh dengan mengeringkan permukaan pasir basah dengan kedalaman 1,2 cm
sampai dengan 2,5 cm pada permukaan rongga cetakan. Bahan perekat khusus harus
ditambahkan pada campuran pasir untuk memperkuat permukaan rongga cetak.
Klasifikasi cetakan yang telah dibahas merupakan klasifikasi konvensional.
Saat ini telah dikembangkan cetakan yang menggunakan pengikat bahan kimia.
Beberapa bahan pengikat yang tidak menggunakan proses pembakaran, seperti
antara lain resin turan, penolik, minyak alkyd.
Cetakan tanpa pembakaran ini memiliki kendali dimensi yang baik dalam
aplikasi produksi yang tinggi.
Proses Pengecoran dengan Cetakan Khusus :
Proses pengecoran telah dikembangkan untuk memenuhi kebutuhan khusus.
Perbedaan antara metode ini dengan metode cetakan pasir terdapat dalam
komposisi bahan cetakan, cara pembuatan cetakan, atau cara pembuatan pola.
Cetakan kulit (shell molding) ditunjukkan dalam gambar 3.4 :
Menggunakan pasir dengan pengikat resin
termoset.
Gambar 3.4 Tahapan pembuatan cetakan kulit
Cara pembuatan :
(1)
Pada
logam dipanaskan dan diletakan diatas kotak yang telah berisi campuran pasir
dengan resin termoset;
(2)
Kotak
dibalik sehingga campuran pasir dan resin jatuh diatas pola yang masih panas,
membentuk lapisan campuran yang melapisi permukaan pola sehingga membentuk
kulit keras;
(3)
Kotak
dikembalikan ke posisi semula, sehingga kelebihan campuran pasir kembali jatuh
kedalam kotak;
(4)
Kulit
pasir dipanaskan dalam oven selama beberapa menit hingga seluruhnya mengering;
(5)
Cetakan
kulit dilepaskan dari polanya;
(6)
Dua
belahan cetakan kulit dirakit, di support dengan pasir atau butiran logam dalam
sebuah rangka cetak, dan kemudian dilakukan penuangan;
(7)
Coran
yang telah selesai dengan saluran turun dilepaskan dari cetakan.
Keuntungan dari cetakan kulit :
Ø
Permukaan
rongga cetak lebih halus dibandingkan dengan cetakan pasir basah;
Ø
Permukaan
yang halus tersebut memudahkan logam cair selama penuangan dan dihasilkan
permukaan akhir yang lebih baik;
Ø
Dimensi
lebih akurat;
Ø
Memilki
kolapsibilitas yang sangat baik, sehingga dapat dihindarkan terjadinya keretakan
pada hasil coran.
Kelemahan :
Ø
Pola
logam lebih mahal dibandingkan dengan pola yang digunakan pada cetakan pasir
basah;
Ø
Kurang
cocok bila digunakan untuk jumlah produksi yang rendah (hanya cocok untuk
produksi massal).
Contoh penggunaan : roda gigi, value bodies, bushing, camshaft.
Cetakan Vakum :
Cetakan vakum disebut juga proses-V,
menggunakan cetakan pasir yang disatukan dengan tekanan vakum. Jadi istilah
vakum pada proses ini adalah metode pembuatan cetakan, bukan metode pengecoran.
Tahapan proses adalah : (lihat gambar 3.5)
(1)
Lembaran
plastic ditarik diatas pola kup dan drug dengan vakum;
(2)
Rangka
cetak (flask) yang di desain secara khusus, ditaruh diatas pelat pola dan diisi
pasir, saluran turun (sprue) dan cawan tuang (cup) dibentuk dalam pasir;
(3)
Lembaran
plastik yang lain ditempatkan diatas rongga cetak, dan ditarik dengan tekanan
vakum, sehingga buturan pasir disatukan membentuk cetakan padat;
(4)
Tekanan vakum dilepaskan,
kemudian pola diangkat dari cetakan;
(5)
Cetakan disatukan dengan
pasangannya untuk membentuk kup dan drug, kemudian divakum untuk memperkuat
kedua bagian tersebut.
Selanjutnya dilakukan penuangan logam cair, lembaran
plastik akan habis terbakar dengan cepat setelah tersentuh logam cair. Setelah
pembekuan, seluruh pasir dapat didaur ulang untuk digunakan kembali.
Gambar
3.5 Tahapan pembuatan cetakan vakum
Keuntungan dari proses vakum :
v
Tidak
menggunakan bahan pengikat;
v
Pasir
tidak perlu dikondisikan secara khusus (karena tidak menggunakan bahan pengikat);
v
Karena
tidak ada air yang dicampurkan kedalam pasir, maka kerusakan coran akibat uap
lembab dapat dihindarkan.
Kelemahan :
v
Proses
pembuatannya relatif lambat, dan tidak segera dapat digunakan.
Proses pengecoran polisteren
Nama lain dari proses ini adalah :
v
proses
penghilangan busa (lost-foam process),
v
proses
penghilangan pola (lost pattern process),
v proses
penguapan busa (evaporative foam process),
v proses
cetak penuh (full-mold process).
Pola cetakan
termasuk sistem saluran masuk, riser dan inti (bila diperlukan) dibuat dari
bahan busa polisteren. Dalam hal ini cetakan tidak harus dapat dibuka dalam kup
dan drug, karena pola busa tersebut tidak perlu dikeluarkan dari rongga cetak
(lihat gambar 3.6).
Gambar 3.6 Tahapan proses pengecoran polisteren
Tahapan proses pengecoran polisteren adalah
:
(1)
Pola
polisteren dilapisi dengan senyawa tahan api;
(2)
Pola
busa tersebut ditempatkan pada kotak cetakan, dan pasir dimasukkan kedalam
kotak cetakan dan dipadatkan kesekeliling pola;
(3)
Logam
cair dituangkan kedalam bagian pola yang berbentuk cawan tuang dan saluran
turun (sprue), segera setelah logam cair dimasukan kedalam cetakan, busa
polisteren menguap, sehingga rongga cetak dapat diisi.
Keuntungan proses ini :
v
Pola
tidak perlu dilepaskan dari rongga cetak.
v
Tidak
perlu dibuat kup dan drug, dan sistem saluran masuk serta riser dapat dibuat
menjadi satu dengan pola polisteren tersebut.
Kelemahannya :
v
Pola
polisteren merupakan pola sekali pakai, sehingga dibutuhkan pola baru setiap
kali pengecoran.
v
Biaya
pembuatan pola mahal.
Penggunaan :
v
Produksi
massal untuk pembuatan mesin automobil (dalam proses ini pembuatan dan
pemasangan pola dilakukan dengan sistem produksi automatis).
Pengecoran presisi (investment casting)
:
Dalam proses pengecoran ini pola dibuat dari lilin yang dilapisi dengan
bahan tahan api untuk membuat cetakan, setelah sebelumnya lilin tersebut
mencair terlebih dahulu dan dikeluarkan dari rongga cetakan.
Pola lilin dibuat
dengan cetakan induk (master die), dengan cara menuang atau menginjeksikan lilin
cair ke dalam cetakan induk tersebut.
Tahapan pengecoran presisi : (lihat gambar 3.7)
(1)
Pola
lilin dibuat;
(2)
Beberapa
pola ditempelkan pada saluran turun (sprue) membentuk pohon bola;
Gambar 3.7 Tahapan proses pengecoran presisi
(3)
Pohon
pola dilapisi dengan lapisan tipis bahan tahan api;
(4)
Seluruh cetakan
terbentuk dengan menutup pola yang telah dilapisi tersebut dengan bahan tahan
api sehingga menjadi kaku;
(5)
Cetakan
dipegang dalam posisi terbalik, kemudian dipanaskan sehingga lilin meleleh dan
keluar dari dalam cetakan;
(6)
Cetakan
dipanaskan kembali dalam suhu tinggi, sehingga semua kotoran terbuang dari
cetakan dan semua logam cair dapat masuk kedalam bagian-bagian yang rumit à disebut proses preheating;
(7)
Setelah
logam cair dituangkan dan membeku cetakan dipecahkan, dan coran dilepaskan dari
sprue-nya.
Keuntungan dari pengecoran presisi :
v
Dapat
membuat coran dalam bentuk yang rumit;
v
Ketelitian
dimensi sangat baik (toleransi ± 0.076mm);
v
Permukaan
hasil coran sangat baik;
v
Lilin
dapat didaur ulang;
v
Tidak
diperlukan pemesinan lanjut;
Kelemahan :
v
Tahapan
proses banyak sehingga biayanya mahal;
v
Terbatas
untuk benda cor yang kecil;
v
Sulit
bila diperlukan inti.
Contoh penggunaan : komponen mesin turbin, perhiasan, alat penguat gigi.
Cetakan presisi dapat digunakan untuk semua jenis logam, seperti : baja,
baja tahan karat, paduan dengan titik lebur tinggi.
Pengecoran dengan cetakan plaster dan
keramik :
Pengecoran dengan cetakan plaster mirip
dengan cetakan pasir, hanya cetakannya dibuat dengan plaster (2CaSO4-H2O)
sebagai pengganti pasir. Bahan tambahan, seperti bubuk dan silika dicampur
dengan plaster untuk :
Ø
mengatur
kepadatan,
Ø
mengatur
waktu pengeringan cetakan,
Ø
mengurangi
terjadinya keretakan, dan
Ø
meningkatkan
kekuatan.
Untuk membuat cetakan, plaster dicampur dengan air dan dituangkan ke dalam
pola plastik atau logam dalam rangka cetak (flask) dan dibiarkan
mengering (catatan: pola kayu kurang sesuai untuk
cetakan plaster).
Kelemahan :
v
Perawatan
cetakan plaster sulit sehingga jarang digunakan untuk produksi tinggi;
v
Kekuatan
cetakan akan berkurang bila terlalu kering;
v
Bila
cetakan tidak kering uap lembab akan merusak hasil coran;
v
Permeabilitas
cetakan rendah, sehingga uap sulit keluar dari rongga cetak;
v
Tidak
tahan temperatur tinggi.
Cara menanggulangi kelemahan :
v
Keluarkan
udara sebelum diisi cairan;
v
Anginkan
plaster agar dihasilkan plaster yang keras dan padat;
v
Gunakan
cetakan dengan komposisi dan perawatan khususyang dikenal dengan proses
Antioch.
Proses Antioch adalah proses yang menggunakan campuran 50% pasir dengan
plaster, memanaskan cetakan dalam autoclave (oven yang menggunakan uap air
superpanas dan bertekanan tinggi), dan kemudian dikeringkan. Dengan cara ini
akan dihasilkan permeabilitas yang lebih tinggi dibandingkan dengan cetakan
plaster konvensional.
Keuntungan :
v
Permukaan
akhir baik;
v
Dimensi
akurat;
v Mampu
membuat bagian coran yang tipis.
Pengecoran dengan cetakan plaster digunakan untuk logam dengan titik lebur rendah seperti :
aluminium, magnesium, dan paduan tembaga.
Contoh Penggunaan :
Ø
cetakan
logam untuk mencetak plastik, karet,
Ø
sudu-sudu
pompa dan turbin, dan
Ø
produk
coran lainnya yang memiliki geometri yang rumit.
Cetakan keramik mirip dengan cetakan plaster, bedanya cetakan keramik
menggunakan bahan keramik tahan api yang lebih tahan temperatur tinggi
dibandingkan dengan plaster. Jadi cetakan keramik dapat digunakan untuk
mencetak baja, besi tuang, dan paduan lainnya yang mempunyai titik lebur
tinggi. Penggunaan sama dengan cetakan plaster hanya titik lebur logam coran
lebih tinggi. Kelebihan lainnya = cetakan plaster.
Proses Cetakan Permanen
Pengecoran cetakan permanen menggunakan
cetakan logam yang terdiri dari dua bagian untuk memudahkan pembukaan dan
penutupannya. Pada umumnya cetakan ini dibuat dari bahan baja atau besi tuang.
Logam yang biasa dicor dengan cetakan ini antara lain aluminium, magnesium,
paduan tembaga, dan besi tuang. Pengecoran dilakukan melalui beberapa tahapan
seperti ditunjukkan dalam gambar 3.8 berikut ini.
Gambar 3.8 Tahapan dalam pengecoran dengan cetakan permanen
(1)
cetakan diberi pemanasan
awal dan dilapisi (coated),
(2) inti
(bila digunakan) dipasang dan cetakan ditutup,
(3) logam
cair dituangkan ke dalam cetakan, dan
(4) cetakan
dibuka,
(5) produk
coran yang dihasilkan.
Berbagai pengecoran cetakan permanen
:
1. Pengecoran tuang (slush
casting)
Digunakan
untuk benda cor yang berlubang dengan cetakan logam tanpa inti.
Tahapan
pengecoran:
-
Logam cair dituangkan ke
dalam cetakan dan dibiarkan sejenak sampai terjadi pembekuan pada bagian yang
bersentuhan dengan dinding cetakan;
-
Cetakan kemudian
dibalik, sehingga bagian logam yang masih cair akan tertuang keluar dari rongga
cetakan;
-
Diperoleh benda cor yang
berlubang, ketebalannya ditentukan oleh lamanya waktu penahan sebelum cetakan
dibalik.
Contoh
penggunaan:
patung, alas lampu,
boneka, dan lain-lainnya.
Logam cor yang biasa dipakai : timah hitam, seng, dan timah putih.
2. Pengecoran
bertekanan rendah (low pressure casting)
Pada
pengecoran jenis ini cetakan diletakkan diatas ruang kedap udara (airtight
chamber), kemudian gas bertekanan rendah dialirkan ke dalam ruang tersebut
sehingga logam cair yang berada di dalam ladel tertekan ke atas melalui saluran
batu tahan api masuk ke dalam cetakan, seperti ditunjukkan dalam gambar 3.9.
Gambar 3.9 Pengecoran dengan cetakan bertekanan rendah
Keuntungan
:
-
Hasil cetakan bersih
bebas dari inklusi,
-
Kerusakan akibat
porositas gas dan oksidasi dapat diperkecil,
-
Sifat mekaniknya
meningkat.
3. Pengecoran cetakan
permanen vakum (vacuum permanent mold casting)
Merupakan bagian dari pengecoran
bertekanan rendah, bedanya disini cetakannya divakum, sehingga cairan logam
akan ditarik ke dalam rongga cetak karena adanya perbedaan tekanan.
Kelebihan
proses ini dibandingkan pengecoran bertekanan rendah adalah :
-
Kerusakan karena
porositas udara dapat dikurangi;
-
Kekuatan benda cor lebih
baik.
4. Pengecoran cetak tekan (die casting)
Pengecoran cetak tekan termasuk
proses pengecoran cetakan permanen dengan cara menginjeksikan logam cair ke
dalam rongga cetakan dengan tekanan tinggi
(7 sampai 350MPa). Tekanan tetap dipertahankan selama proses pembekuan,
setelah seluruh bagian coran membeku cetakan dibuka dan hasil coran dikeluarkan
dari dalam cetakan. Konfigurasi secara umum ditunjukkan dalam gambar 3.10.
Gambar 3.10 Konfigurasi mesin pengecoran cetak tekan ruang dingin (cold chamber)
Terdapat
dua jenis mesin cetak tekan :
-
Mesin cetak tekan ruang
panas (hot chamber), dan
-
Mesin cetak tekan ruang
dingin (cold chamber)
Perbedaan
antara mesin cetak tekan ruang panas dan mesin cetak tekan ruang dingin dapat
dilihat dalam table 3.1
Tabel
3.1 Perbedaan
antara mesin cetak tekan ruang panas dan mesin cetak tekan ruang dingin
Mesin
cetak tekan ruang panas
|
Mesin
cetak tekan ruang dingin
|
|
1. Tungku peleburan terpisah,
silinder injeksi diisi logam cair secara manual atau mekanis.
2. Tekanan injeksi berkisar
antara 14 sampai 140 Mpa.
3. Digunakan untuk logam cor
dengan titik lebur lebih tinggi seperti Al, Cu, Mg.
4. Laju produksi lebih lambat
dibandingkan cetak tekan ruang panas.
|
Proses
pengecoran cetak tekan ruang panas :
Dalam mesin pengecoran cetak tekan
ruang panas, logam dilebur di dalam kontainer yang menjadi satu dengan mesin
cetaknya, seperti ditunjukkan dalam gambar 3.11.
Gambar 3.11 Proses pengecoran cetak tekan ruang panas
Tahapan pengecoran:
(1)
Cetakan ditutup dan
pluger ditarik ke atas, logam cair masuk ke dalam ruang (chamber);
(2)
Plunger menekan logam
cair dalam ruang sehingga mengalir masuk ke dalam rongga cetak; tekanan
dipertahankan selama proses pendinginan dan pembekuan;
(3)
Plunger ditarik, cetakan
dibuka, dan benda coran yang telah membeku ditekan keluar dengan pin ejektor;
(4)
Proses pengecoran
selesai.
Proses
pengecoran cetak tekan ruang dingin :
Dalam mesin pengecoran cetak tekan
ruang dingin, logam dilebur didalam kontainer yang terpisah dengan mesin cetaknya,
seperti ditunjukkan dalam gambar 3.12.
Gambar 3.12 Proses pengecoran cetak tekan ruang dingin
Tahapan
pengecoran :
(1)
Cetakan ditutup dan ram
ditarik, logam cair dituangkan ke dalam ruang (chamber);
(2)
Ram ditekan sehingga
mendorong logam cair masuk ke dalam rongga cetak, tekanan dipertahankan selama
proses pendinginan dan pembekuan;
(3)
Ram ditarik, cetakan
dibuka, dan benda coran yang telah membeku ditekan keluar dengan pin ejektor.
Keuntungan
pengecoran cetak tekan :
1)
Laju produksi tinggi;
2)
Sangat ekonomis untuk
produksi massal;
3)
Dimensi benda cor akurat
(toleransi ± 0,076 mm untuk benda cor yang kecil);
4)
Permukaan benda cor
halus;
5)
Dapat mencetak bagian
benda cor yang sangat tipis hingga 0,5 mm;
6)
Pendinginan cepat dengan
ukuran butir kristal yang sangat halus sehingga hasil pengecoran memiliki
kekuatan yang baik.
Kelemahan :
1)
Geometri benda cor harus
dibuat sedemikian rupa sehingga dapat dikeluarkan dari dalam cetakan;
2)
Sering terjadi efek cil,
terutama bila temperatur tuang logam cair terlalu rendah.
5. Pengecoran Sentritugal
Pengecoran sentritugal dilakukan
dengan menuangkan logam cair ke dalam cetakan yang berputar. Akibat pengaruh gaya sentritugal logam
cair akan terdistribusi ke dinding rongga cetak dan kemudian membeku.
Jenis–jenis pengecoran sentritugal :
1)
Pengecoran sentritugal
sejati;
2)
Pengecoran semi
sentritugal;
3)
Pengecoran
sentrifuge.
Pengecoran sentritugal sejati :
Dalam
pengecoran sentrifugal sejati, logam cair dituangkan ke dalam cetakan yang
berputar untuk menghasilkan benda cor bentuk tabular, seperti pipa, tabung, bushing,
cincin, dan lain-lainnya.
Gambar 3.13 Proses pengecoran sentrifugal sejati
Dalam
gambar 3.13 ditunjukkan logam cair dituangkan ke dalam cetakan horisontal yang
sedang berputar melalui cawan tuang (pouring
basin) yang terletak pada salah satu ujung cetakan. Pada beberapa mesin,
cetakan baru diputar setelah logam cair dituangkan. Kecepatan putar yang sangat
tinggi menghasilkan gaya
sentrifugal sehingga logam akan terbentuk sesuai dengan bentuk dinding cetakan.
Jadi, bentuk luar dari benda cor bisa bulat, oktagonal, heksagonal, atau bentuk-bentuk yang lain, tetapi sebelah
dalamnya akan berbentuk bulatan, karena adanya gaya radial yang simetri.
Karakteristik
benda cor hasil pengecoran sentrifugal sejati:
-
memiliki densitas
(kepadatan) yang tinggi terutama pada bagian luar coran,
-
tidak terjadi penyusutan
pembekuan pada bagian luar benda cork arena adanya gaya sentrifugal yang bekerja secara kontinu
selama pembekuan,
-
cenderung ada impuritas
pada dinding sebelah dalam coran dan hal ini dapat dihilangkan dengan
permesinan.
Orientasi sumbu putar cetakan bisa dalam
posisi horisontal maupun vertikal, tetapi yang lebih umum adalah horisontal.
Bila kita anggap orientasi sumbu putar adalah horisontal, maka gaya dapat didefinisikan
dengan persamaan berikut ini.
dimana : F =
gaya , lb
(N)
m = massa , lbm (kg)
v =
kecepatan, ft/sec (m/s)
R =
radius dalam cetakan, ft (m)
Gaya
gravitasi : W = mg
dimana
: W = gaya gravitasi, lb (N)
g = percepatan gravitasi (32,2 ft/sec2
atau 9,8 m/s2)
Rasio
antara gaya
sentrifugal dengan berat disebut faktor–G (GF ) :
Kecepatan
dapat dinyatakan dengan :
dimana : N = kecepatan putar, rev/min
dimana
: D = diameter dalam cetakan,
ft (m)
Secara
empiris nilai GF berkisar antara 60 s/d 80 untuk pengecoran sentrifugal
horisontal, tergantung pada logam yang akan dicor.
Contoh soal
:
Pengecoran
sentrifugal sejati yang dioperasikan secara horisontal digunakan untuk membuat
tabung tembaga panjang 12 in dengan diameter luar (OD) 10 in dan
diameter dalam (ID) = 9 in. Tentukan kecepatan putaran (N ), bila
faktor–G yang digunakan dalam pembuatan tabung tersebut adalah 65.
Jawab : diameter dalam cetakan D = OD =
10,0 in = 0,833 ft.
rev/min
Dalam pengecoran sentrifugal
vertikal, pengaruh gravitasi dapat menyebabkan ketebalan dinding coran bagian
bawah lebih tebal dibandingkan dengan bagian atasnya.
dimana
: L
=
panjang vertikal coran, ft (m)
Rt
=
radius atas coran, ft (m)
Rb
=
radius bawah coran, ft (m)
Radius
atas coran (Rt ) akan sama dengan radius bawah coran (Rb
), bila N = tak berhingga.
Pengecoran semi sentritugal :
Pada
metode ini, gaya
sentrifugal digunakan untuk menghasilkan coran yang pejal (bukan bentuk
tabular). Cetakan dirancang dengan riser pada pusat untuk pengisian logam cair,
seperti ditunjukkan dalam gambar 3.14.
Gambar 3.14 Proses pengecoran semi sentrifugal
Densitas
logam dalam akhir pengecoran lebih besar pada bagian luar dibandingkan dengan
bagian dalam coran yaitu bagian yang dekat dengan pusat rotasi. Kondisi ini
dimanfaatkan untuk membuat benda dengan lubang ditengah, seperti roda, puli. Bagian
tengah yang memiliki densitas rendah mudah dikerjakan dengan pemesinan.
Pengecoran
sentrifuge :
Dalam pengecoran sentrifuge cetakan
dirancang dengan beberapa rongga cetak yang diletakkan disebelah luar dari
pusat rotasi sedemikian rupa sehingga logam cair yang dituangkan ke dalam
cetakan akan didistribusikan kesetiap rongga cetak dengan gaya sentrifugal, seperti yang ditunjukkan
dalam gambar 3.15.
Gambar 3.15 Proses pengecoran sentrifuge
Proses ini digunakan untuk benda
cor yang kecil, dan tidak diperlukan persyaratan semetri radial seperti dua
jenis pengecoran sentrifugal yang lain.
Perbedaan antara sentrifugal
sejati, semi sentrifugal, dan sentrifuge ditunjukkan dalam tabel 3.2
Tabel
3.2 Perbedaan antara sentrifugal sejati, semi sentrifugal, dan sentrifuge
Sentrifugal sejati
|
Semisentrifugal
|
Sentrifuge
|
1. Benda cor memiliki simetri
radial.
2. Pusat simetri rongga cetak
berada pada pusat rotasi.
3. Digunakan untuk benda cor
bentuk tabular.
|
1. Benda cor memiliki simetri
radial.
2. Pusat simetri rongga cetak berada
pada pusat rotasi.
3. Digunakan untuk benda cor yang
pejal (lubang dibuat belakangan).
|
1. Tidak dipersyaratkan.
2. Rongga cetak berada diluar
pusat rotasi.
3. Digunakan untuk benda cor
berlubang/tidak berlubang.
|
Bengkel Cor (Foundry)
Merupakan
bengkel yang memiliki dapur peleburan logam dan peralatan bantu lainnya seperti
ladel, cetakan, dan lain-lainnya.
Dapur Peleburan (Furnace)
Beberapa
jenis dapur peleburan yang sering digunakan dalam bengkel cor adalah:
1)
Kupola,
2)
Dapur pembakaran
langsung (direct fuel-fired furnance),
3)
Dapur krusibel (crusibel furnance),
4)
Dapur busur listrik (electrical-arc furnance),
5)
Dapur induksi (induction furnance).
Pemilihan dapur tergantung pada
beberapa faktor,
seperti :
-
paduan logam yang akan
dicor,
-
temperature lebur dan
temperature penuangan,
-
kapasitas dapur yang
dibutuhkan,
-
biaya investasi,
-
pengoperasian,
-
pemeliharaan,
-
polusi terhadap
lingkungan.
Kupola
Kupola
adalah dapur yang digunakan untuk melebur besi tuang. Dapur ini berbentuk
silindrik tegak, terbuat dari baja dan bagian dalamnya dilapisi dengan batu
tahan api, seperti ditunjukkan dalam gambar 3.16.
Sebagai
bahan bakar digunakan kokas (coke), dan batu kapur digunakan sebagai
fluks, sedang bahan bakunya adalah besi bekas dan seringkali ditambahkan besi
kasar.
Pengisisan
dilakukan melalui charging door bergantian antara kokas dan besi.
Pembakaran terjadi disekitar pipa hembus sehingga di daerah ini akan terjadi
percairan besi dan fluks akan bereaksi dengan abu kokas dan impuritas lainnya
membentuk terak. Terak akan mengapung di atas besi cair dan berfungsi sebagai
pelindung hingga tidak bereaksi dengan lingkungan di dalam kupola.
Cairan
akan dikeluarkan secara berkala bila jumlah cairan sudah cukup banyak.
Penambahan bahan baku
juga dilakukan secara berkala dan dapur dapat bekerja secara kontinu.
Gambar 3.16
Kupola yang
digunakan untuk peleburan besi tuang
Dapur pembakaran langsung
Dapur
pembakaran langsung terdiri dari tungku kecil yang terbuka. Logam yang akan
dilebur ditempatkan di dalam tungku tersebut, dan dipanaskan dengan pembakar (burner)
yang ditempatkan disebelah tungku. Atap dapur membantu pemanasan dengan
memantulkan bunga api ke dalam tungku peleburan. Bahan bakar yang digunakan
adalah gas alam. Dibagian bawah tungku terdapat lubang saluran untuk
mengalirkan logam cair hasil peleburan. Dapur jenis ini biasanya digunakan
untuk melebur logam non-besi seperti paduan tembaga dan aluminium.
Dapur krusibel (dapur kowi) :
Dapur
ini melebur logam tanpa berhubungan lagsung dengan bahan pembakaran tidak
langsung (indirect fuel-fired furnance).
Gambar 3.17
Tiga jenis dapur
krusibel
Dalam gambar 3.17 ditunjukkan 3 jenis dapur krusibel
yang biasa digunakan
:
(a)
krusibel angkat (lift-out crucible),
(b)
pot tetap (stationary pot),
(c)
dapur tukik (tilting-pot furnance).
Krusibel angkat :
Krusibel
ditempatkan didalam dapur dan dipanaskan hingga logam mencair. Sebagai bahan
bakar digunakan minyak, gas, dan serbuk batubaru. Bila logam telah melebur,
krusibel diangkat dari dapur dan digunakan sebagai label penuangan.
Dapur pot tetap :
Dapur
tidak dapat dipindah, logam cair diambil dari kontainer dengan ladel.
Dapur tukik :
Dapat
ditukik untuk menuangkan logam cair.
Dapur
krusibel digunakan untuk peleburan logam non-besi seperti perunggu, kuningan,
paduan seng dan aluminium. Kapasitas
dapur umumnya terbatas hanya beberapa ratus pound saja.
Dapur busur listrik :
Dalam
jenis dapur ini, bahan baku
dilebur dengan panas yang dihasilkan dari suatu busur listrik. Biasanya
menggunakan dua atau tiga elektrode. Konsumsi daya tinggi, tetapi dapur ini
dapat dirancang kapasitas lebur tinggi (25 s/d 50 ton/jam), dan biasanya
digunakan untuk pengecoran baja.
Dapur Induksi :
Dapur
induksi dalam gambar 3.18 menggunakan arus bolak-balik yang dialirkan ke suatu
kumparan untuk menghasilkan medan
magnit dalam logam, dan dihasilkan arus induksi sehingga terjadi pemanasan dan
peleburan logam yang sangat cepat.
Gambar 3.18
Dapur induksi
Keuntungan dapur induksi
1.
pemanasan dan peleburan
sangat cepat,
2. medan gaya elektromagnetik menyebabkan
terjadinya pencampuran logam
cair,
3. logam
cair homogen,
4. karena
tidak terjadi kontak dengan elemen pemanas, maka kondisi lingkungan peleburan
dapat dikontrol dengan baik,
5. logam
cair yang dihasilkan memiliki kualitas dan kemurnian yang tinggi.
Penggunaan
:
-
peleburan baja,
-
peleburan besi tuang,
-
peleburan paduan
aluminium, dan
-
semua paduan yang lain.
Catatan :
1. Arus
listrik AC melewati kumparan ® medan
magnit yang berubah-ubah ®
gaya gerak listrik (E = BVL) pada bahan baku logam.
2. Bahan
baku logam satu sama lain saling bersentuhan ®
loop tertutup ®
arus listrik ®
panas (H = I 2 R
t) ®
bahan baku
logam mencair.
3. Adanya
arus dan medan magnet dalam bahan baku logam ® gaya
gerak mekanik (F = BIL) ® bahan
baku logam
bergerak ® pencampuran logam
cair homogen.
Penuangan,
Pembersihan, dan Perlakuan panas
Pemindahan
logam cair dari dapur peleburan ke cetakan dapat dilakukan dengan :
1. krusibel,
dan
2.
ladel (lebih umum
digunakan), seperti dapat dilihat dalam gambar 3.19.
Gambar 3.19
Dua jenis ladel
yang umum digunakan (a) ladel kran, dan (b) ladel dua orang
Masalah
yang sering terjadi dalam proses penuangan adalah oksidasi logam cair yang
masuk ke dalam cetakan sehingga dapat mengurangi kualitas produk. Untuk
menghindari oksidasi tersebut dapat dilakukan dengan :
-
menggunakan saringan (filter) untuk menghalangi masuknya
oksida dan impuritas yang lain,
-
menggunakan fluks untuk
menutupi logam cair sehingga oksidasi dapat dihambat,
-
ladel dilengkapi saluran
tuang (pouring spout) yang bentuknya
sedemikian rupa, sehingga pada waktu penuangan logam cair yang keluar adalah
logam cair bagian bawah, sedang oksida mengapung di atas.
Setelah
produk coran membeku dan dikeluarkan dari cetakan, biasanya dilakukan beberapa
tahapan pekerjaan lanjutan yaitu :
1.
pemangkasan (trimming),
2.
pelepasan inti,
3.
pembersihan permukaan,
4.
pemeriksaan,
5.
perbaikan (repair) bila
diperlukan,
6.
perlakuan panas.
Tahapan
(1) s/d (5) termasuk pekerjaan pembersihan pada bagian foundry, sedang perlakuan panas dilakukan bila diperlukan perbaikan
sifat mekanik produk.
Kualitas pengecoran
Gambar
3.20 menunjukkan beberapa jenis cacat yang sering terjadi pada proses
pengecoran adalah :
Gambar 3.20
Beberapa jenis
cacat yang sering terjadi dalam coran
(a)
Pembekuan dini (misrun),
yaitu pembekuan yang terjadi sebelum seluruh pengisian rongga cetak selesai.
(b)
Penyebab terjadinya pembekuan dini :
(1)
Fluiditas logam cair
kurang,
(2)
Temperatur penuangan
terlalu rendah,
(3)
Penuangan terlalu
lambat,
(4)
Beberapa bagian rongga
cetak terlalu sempit.
(c)
Penyumbatan (cold shut), terjadi
bila dua bagian logam mengalir bersama, tetapi terdapat perbedaan suhu pembekuan
antara keduanya. Penyebabnya sama dengan pembekuan dini.
(d)
Butiran dingin (cold shot), percikan
yang terjadi pada saat penuangan memyebabkan terbentuknya gelembung padat dan
terperangkap dalam cetakan. Untuk menghindari hal tersebut harus dirancang
prosedur penuangan dan sistem saluran masuk yang lebih baik.
(e)
Rongga penyusutan (shrinkage
cavity),
cacat yang
terjadi akibat pembekuan yang tidak bersamaan sehingga sebagian logam cair
masih tertinggal dan membeku belakangan. Ini sering terjadi dekat bagian atas
cetakan (lihat gambar 2.5).
(f)
Mikroporisitas,
kekosongan-kekosongan kecil yang menyebar dalam
coran akibat penyusutan pembekuan logam cair yang terakhir pada struktur
dendritik.
(g)
Keretakan (hot tearing/hot
cracking),
terjadi pada tahap akhir dari cetakan, tetapi ada
bagian yang masih melekat sehingga terpisah dari coran.
Beberapa
kerusakan yang berhubungan dengan pemakaian cetakan dapat dilihat dalam gambar 3.21 :
Gambar 3.21
Beberapa jenis
cacat dalam pengecoran dengan cetakan pasir
(a)
Gas dalam pasir (sand blow),
rongga gas berbentuk balon yang timbul akibat adanya pelepasan gas cetakan
selama penuangan. Hal ini terjadi di dekat permukaan coran, yang disebabkan
oleh permeabilitas yang rendah dan kelembaban yang tinggi pada cetakan pasir.
(b)
Lubang peniti (pinhole),
lubang – lubang kecil yana terjadi di bawah permukaan cetakan akibat
terperangkapnya gas di dalam rongga cetakan.
(c)
Pengikisan dinding cetakan (sand
wish), terjadi pada saat logam cair dituang,
sehingga bentuk benda cor akan mengikuti bentuk rongga cetak yang terkikis.
(d)
Scabs,
daerah kasar pada permukaan benda cor akibat adanya pasir yang terlepas selama
penuangan dan tertanam pada permukaan benda cor.
(e)
Penetrasi, terjadi bila fluiditas
logam cair tinggi, sehingga dapat merembus ke dalam cetakan pasir atau inti
pasir. Setelah pembekuan, permukaan benda cor terdiri dari campuran butir –
butir pasir dan logam.
(f)
Pergeseran belahan cetakan (mold
shift), yaitu pergeseran antara kup (bagian atas
cetakan) dan drug (bagian bawah cetakan) sehingga menghasilkan benda cor yang
tidak sesuai dengan bentuk yang diharapkan.
(g)
Pergeseran inti (core shift),
pergeseran serupa terjadi pada inti dan pada umumnya ke arah vertikal.
(h)
Keretakan cetakan (mold
crack), terjadi bila kekuatan cetakan tidak
memadai sehingga logam cair dapat mengisi celah retakan tersebut.
Metode pemeriksaan, meliputi :
1)
Pemeriksaan secara
visual;
2)
Pengukuran dimensi;
3)
Pengujian, meliputi :
a)
Pengujian dengan tekana
(udara) untuk mengetahui adanya kebocoran pada benda cor;
b)
Pengujian radiografi
untuk mengetahui cacat pada bagian dalam benda cor;
c)
Pengujian mekanik untuk
mengetahui sifat mekanik benda cor, seperti kekuatan tarik, kekurangan dan
lain–lain.
Hal-hal
yang perlu diperhatikan dalam merencana suatu produk coran :
1)
Kesederhanaan geometri,
untuk mempermudah pross pernetakan;
2)
Pojok/sudut, bagian-bagian yang
bersudut tajam harus dihindari karena merupakan pemusatan tegangan yang dapat
menimbulkan keretakan benda cor;
3)
Ketebalan, setiap bagian
sebaiknya memiliki ketebalan yang merata agar terhindar dari rongga penyusutan;
Bagian yang tebal memerlukan waktu yang lebih lama untuk pembekuan dan
pendinginannya, sehingga logam cair yang tersisa akan membentuk rongga (lihat
gambar 3.22.a); Hal ini dapat diatasi dengan merubah desain (gambar 3.22.b)
atau menggunakan inti (gambar 3.22.c);
Gambar 3.22 Bagian yang tebal pada interseksi dapat menimbulkan rongga penyusutan
4)
Tirus (draft),
untuk memudahkan mengeluarkan pola dari dalam cetakan (lihat gambar 3.23);
5)
Penggunaan inti, perubahan kecil yang
tidak terlalu penting dapat mengurangi penggunaan inti (gambar 3.23);
Gambar 3.23 Perubahan desain untuk menghindari pemakaian inti
6)
Toleransi dimensi dan penyelesaian permukaan,
ketelitian dimensi dan penyelesaian permukaan tergantung pada jenis logam dan
proses yang digunakan;
7)
Kelonggaran pemesinan,
untuk beberapa jenis proses pengecoran, agar diproleh dimensi yang lebih akurat
perlu dilakukan pemesinan, sehingga desain cetakan harus memperhitungkan
kelonggaran untuk proses pemesinan tersebut; Pada umumnya cetakan pasir
memerlukan pemesinan.
Tidak ada komentar:
Posting Komentar
buat temen-temen makasih udah buka blog ku... semoga bermanfaat.
dengan penuh kekurangan kami mohon maaf bila ada kata-kata yang kurang pantas.