4. Prosman Proses Pengecoran

Proses Manufaktur

Proses Pengecoran Logam

Casting Processes

2

Expendable Mold

Permanent Pattern

Sand Casting

Plaster Molding

Expendable Pattern

Lost Foam

Lost Wax (investment

casting)

Permanent Mold

Die

Hot Chamber

Cold Chamber

Metode Pengecoran yang paling banyak digunakan

3

• Sand Casting High Temperature Alloy, Complex Geometry, Rough Surface Finish

• Investment Casting High Temperature Alloy, Complex Geometry, Moderately Smooth Surface Finish

• Die Casting High Temperature Alloy, Moderate Geometry, Smooth Surface

Pengecoran Pasir

4

Merupakan proses pengecoran yang paling banyak digunakan

Dapat digunakan untuk pengecoran logam yang memiliki temperatur lebur tinggi

Produk pengecoran memiliki rentang ukuran dari kecil hingga besar dan rentang jumlah dari satu hingga jutaan

Langkah-Langkah Pengecoran Pasir

5

Pola dalam Pengecoran Pasir

6

Pola dibuat lebih besar dari ukuran produk yang sebenarnya untuk mengkompensasi:

Penyusutan

Proses pemesinan selanjutnya (finishing)

Material pola:

Kayu

Plastik

Logam

Pola kayu Kelebihan: banyak digunakan karena kemudahan dalam proses pembentukan

Kekurangan: kecendurangan melengkung dan terkena abrasi pasir (cepat aus)

Pola metal: lebih tahan lama tetapi mahal

Pola plastik: kompromi kelebihan/kekurangan kayu & metal

Jenis Pola

a) Solid pattern: mudah dibuat, sulit dalam pembuatan cetakan (penentuan parting line, letak gating system dll), cocok untuk volume produksi rendah

b) Split pattern: terdiri dari dua bagian yang disesuaikan dengan garis pemisah cetakannya. cocok untuk bentuk komplek dengan volume produksi sedang, parting line telah ditentukan

c) Match-plate pattern: bagian atas/bawah dalam satu plat , cocok untuk volume produksi tinggi

d) Cope-and-drag pattern: bagian atas/bawah dalam plat yang terpisah, pola ini biasanya dilengkapi dengan sistem saluran masuk dan riser, cocok untuk volume produksi tinggi

7

Pengecoran dengan rongga internal

a) Core held in the mold cavity by chaplets

b) Casting with internal cavity

Catatan: • Chaplets terbuat dari material yang memiliki titik lebur lebih tinggi dari logam

lebur

• Chaplet akan menyatu dengan material cor

8

Pembuatan Cetakan Pasir (1)

9

Pasir yang digunakan:

Silica (SiO2) atau campuran silica dengan material lainnya

Tahan terhadap temperatur tinggi (refractory)

Bentuk dan ukuran granular pasir:

Granular kecil menghasilkan permukaan cor yang halus tetapi granular yang besar memiliki permeabilitas (rongga untuk keluarnya gas/udara) yang tinggi

Granular berbentuk tak beraturan cenderung lebih kuat (interlocking) tetapi granular berbentuk bulat memiliki permeabilitas yang tinggi

Perekatan pasir:

Air dan tanah liat perekat (bonding clay)

90% pasir, 3% air, 7% tanah liat

Perekat lainnya yang dapat digunakan:

resin orgranik (phenolic resins)

perekat non-organik (sodium silicate, phosphate)


10

Pembuatan cetakan pasir:

Pemampatan pasir cetakan terhadap pola untuk cope dan drag dalam

sebuah kontainer

Kontainer tersebut disebut flask

Metoda pemampatan:

Hand ramming

Mesin

menggunakan tekanan pneumatic

Jolting action: flask dijatuhkan berulang-ulang agar pasir termampatkan

Slinging action: granular pasir ditumbuk ke pola pada kecepatan yang tinggi


11

Indikator-indikator dalam penentuan kualitas cetakan pasir:

Strength: kemampuan untuk mempertahankan bentuk dan ketahanan

terhadap erosi

Permeability: kemampuan cetakan untuk mengalirkan udara panas dan gas

yang terperangkap dalam cetakan

Thermal stability: ketahanan permukaan rongga cetakan terhadap retak

(cracking) dan melengkung (buckling) saat logam lebur dituangkan

Collapsiblity: kemampuan pasir untuk lepas terhadap produk cor saat

penyusutan dan pembongkaran cetakan tanpa produk cor tersebut

mengalami cacat

Reusability: kemampuan pasir cetakan yang telah dibongkar untuk

digunakan kembali


12

Pasir cetakan diklasifikasikan menjadi: Green-sand mold

Campuran: pasir, tanah liat dan air “Green”: pada saat logam lebur dituang, cetakan dalam keadaan basah

(moisture) Strengh, collapsibility, permeability dan reusability baik Keadaan basah dapat mengakibatkan cacat untuk logam dan bentuk tertentu

Dry-sand mold Menggunakan perekat organik dan dipanaskan dalam oven antara 200 C -

300C untuk meningkatkan kekuatan dan kekerasan cetakan Pengendalian dimensi lebih baik tetapi biaya mahal dan waktu produksi lama

(waktu pengeringan) Cocok untuk produk dengan ukuran produk sedang-besar dan volume

produksi rendah-sedang

Skin-dried mold Permukaan green-sand mold yang dipanaskan hingga kedalaman 10-25mm;

menggunakan torches, heating lamp Perlu menggunakan perekat khusus; daya rekat menjadi seperti dry-sand

Operasi Pengecoran

13

Inti diposisikan (jika digunakan) dan kedua sisi cetakan di-clamp

Proses selanjutnya: penuangan, pengerasan dan pendinginan

Problem: pada saat penuangan, daya apung logam lebur dapat

mengakibatkan bergesernya inti (hukum archimedes)

Langkah akhir: cetakan dibongkar, komponen dibersihkan dan diinspeksi

intiberat

lebur logamberat

apung gaya

c

m

b

cmb

W

W

F

WWF

Pengecoran Pasir

14

Advantages

Inexpensive mold

Complex geometry

All alloys

Unlimited size

Economical in low

quantities

Disadvantages

Cost per part is higher

Labor intensive

Slower production rate

Rough surface finish

Loose tolerances

Requires relatively thick

walls (0.120”)

Proses Pengecoran Cetakan-Habis-Pakai (1)

Shell molding

Logam dipanaskan dan diletakkan di atas kotak yang telah berisi campuran pasir dengan resin termoset

Kotak dibalik sehingga campuran pasir dan resin jatuh di atas pola yang masih panas, membentuk lapisan campuran yang melapisi permukaan pola sehingga membentuk kulit keras

Kotak dikembalikan ke posisi semula sehingga kelebihan campuran pasir kembali jatuh ke dalam kotak

Kulit pasir dipanaskan dalam oven selama beberapa menit sehingaa seluruhnya mengering

Cetakan kulit dilepaskan dari polanya

Dua belahan cetakan kulit dirakit, didukung dengan pasir atau butiran logam dalam sebuah rangka cetak dan kemudian dilakukan penuangan

Coran yang telah selesai dengan saluran turun dilepaskan dari cetakan

15

Proses expendable mold (2)

Vacuum molding Lembaran plastik ditarik di atas pola kup dan drug dengan vakum

Rangka cetak (flask) yang di desain secara khusus, ditaruh di atas pelat pola dan diisi pasir, saluran turun (sprue) dan cawan tuang (cup) dibentuk dalam pasir

Lembaran plastik yang lain ditempatkan di atas rongga cetak, dan ditarik dengan tekanan vakum, sehingga butiran pasir disatukan membentuk cetakan padat

Tekanan vakum dilepaskan kemudian pola diangkat dari cetakan

Cetakan disatukan dengan pasangan untuk membentuk kup dan drug, kemudian divakum untuk memperkuat kedua bagian tersebut

16

Proses Pengecoran expendable mold (3)

17

• Pola polisteren dilapisi dengan senyawa tahan api; • Pola busa tersebut ditempatkan pada kotak cetakan, dan pasir

dimasukkan kedalam kotak cetakan dan dipadatkan kesekeliling pola;

• 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.

Investment Casting

18

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.

Investment Casting

RI 1321 - Proses Manufaktur - Minggu 3

19

Pola lilin dibuat;

Beberapa pola ditempelkan pada saluran turun (sprue) membentuk pohon bola

Pohon pola dilapisi dengan lapisan tipis bahan tahan api;

Seluruh cetakan terbentuk dengan menutup pola yang telah dilapisi tersebut dengan bahan tahan api sehingga menjadi kaku;

Cetakan dipegang dalam posisi terbalik, kemudian dipanaskan sehingga lilin meleleh dan keluar dari dalam cetakan;

Cetakan dipanaskan kembali dalam suhu tinggi, sehingga semua kotoran terbuang dari cetakan dan semua logam cair dapat masuk kedalam bagian-bagian yang rumit disebut proses preheating;

Setelah logam cair dituangkan dan membeku cetakan dipecahkan, dan coran dilepaskan dari sprue-nya.

Investment Casting Adv/Disadv.

20

Advantages

Dapat membuat coran

dalam bentuk yang rumit;

Ketelitian dimensi sangat

baik (toleransi 0.076mm);

Permukaan hasil coran

sangat baik;

Lilin dapat didaur ulang;

Tidak diperlukan pemesinan

lanjut;

Disadvantages

Tahapan proses banyak

sehingga biayanya mahal;

Terbatas untuk benda cor

yang kecil;

Sulit bila diperlukan inti.

Cetakan Permanen

21

Cetakan dipindahkan, bukan

dihancurkan

Menggunakan bantuan gravitasi

Aliran Logam lambat

Cetakan juga berasal dari logam

dengan conductivity thermal yang

bagus

Proses Pengecoran Cetakan Permanen (1)

22

Cetakan permanen terdiri dari dua sisi yang terbuat dari logam

dan dirancang untuk memudahkan pembukaan/penutup secara

akurat

Material cetakan: steel atau cast iron

Logam yang dicor: aluminum, magnesium, copper-based alloy dan

cast iron

Inti terbuat dari logam. Jika pelepasan /pengeluaran inti sulit,

digunankan pasir (semipermanent-mold casting)

Proses Pengecoran Cetakan Permanen (2)

cetakan diberi pemanasan awal dan dilapisi (coated),

inti (bila digunakan) dipasang dan cetakan ditutup,

logam cair dituangkan ke dalam cetakan, dan

cetakan dibuka,

produk coran yang dihasilkan.

23

Proses Pengecoran Cetakan Permanen Lainnya

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,

24

Die Casting

Die casting adalah proses

pengecoran cetakan-

permanen, dimana logam

lebur diinjeksi kedalam

rongga cetakan dengan

tekanan yang tinggi (7 –

350MPa)

Cetakan yang digunakan

disebut dies

25

Jenis Die Casting

26

Hot Chamber Tungku peleburan terdapat pada mesin dan silinder injeksi

terendam dalam logam cair

Tekanan injeksi berkisar antara 7 sampai 35 MPa

Digunakan untuk logam cor dengan titik lembur rendah seperti

Sn, Pb, Zn.

Laju produksi cepat, bisa mencapai 500 produk/jam

Cold Chamber

Tungku peleburan terpisah, silinder injeksi diisi logam cair secara manual atau mekanis.

Tekanan injeksi berkisar antara 14 sampai 140 Mpa.

Digunakan untuk logam cor dengan titik lebur lebih tinggi seperti Al, Cu, Mg.

Laju produksi lebih lambat dibandingkan cetak tekan ruang panas

Die Casting, Hot-Chamber Casting

27

• Cetakan ditutup dan pluger ditarik ke atas, logam cair masuk ke dalam ruang (chamber);

• Plunger menekan logam cair dalam ruang sehingga mengalir masuk ke dalam rongga cetak; tekanan dipertahankan selama proses pendinginan dan pembekuan;

• Plunger ditarik, cetakan dibuka, dan benda coran yang telah membeku ditekan keluar dengan pin ejektor;

• Proses pengecoran selesai.

Die Casting, Cold-Chamber Casting

28

• Cetakan ditutup dan ram ditarik, logam cair dituangkan ke dalam ruang (chamber);

• Ram ditekan sehingga mendorong logam cair masuk ke dalam rongga cetak, tekanan dipertahankan selama proses pendinginan dan pembekuan;

• Ram ditarik, cetakan dibuka, dan benda coran yang telah membeku ditekan keluar dengan pin ejektor

Advantage/Disadvantage of Die Casting

29

Advantages

Laju produksi tinggi;

Sangat ekonomis untuk produksi massal;

Dimensi benda cor akurat (toleransi ± 0,076 mm untuk benda cor yang kecil);

Permukaan benda cor halus;

Dapat mencetak bagian benda cor yang sangat tipis hingga 0,5 mm;

Pendinginan cepat dengan ukuran butir kristal yang sangat halus sehingga hasil pengecoran memiliki kekuatan yang baik.

Disadvantages

Geometri benda cor harus dibuat sedemikian rupa sehingga dapat dikeluarkan dari dalam cetakan

Sering terjadi efek cil, terutama bila temperatur tuang logam cair terlalu rendah.

Centrifugal casting

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.

Karakteristik benda cor hasil pengecoran

sentrifugal sejati


31

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.

Jenis Tungku

Cupolas

Hanya digunakan

untuk melebur cast

iron

Bahan bakar:

batubara

32

Jenis Tungku

Crucible furnace

Logam dilebur tanpa kontak langsung dengan fuel burner (sering disebut

indirect fuel-fired furnace)

Bahan bakar: minyak, gas atau serbuk batubara

Melebur logam non-ferro: bronze, brass dan alloy of zinc & aluminum

33

Jenis Tungku

Induction furnace

Peleburan menggunakan arus AC yang dialiri kedalam coil untuk

menciptakan medan magnet hingga logam cair

Melebur logam: steel, cast iron, aluminum alloy

34

Kualitas Pengecoran (1)

35

Cacat pada pengecoran Misrun; Pengecoran yang telah mengeras sebelum sebelum rongga

cetakan terisi sempurna. Penyebab: fluiditas logam lebur kurang, temperatur tuang rendah, kecepatan penuangan lambat, bagian cross-section rongga cetakan tipis.

Cold shut; terjadi jika dua aliran logam lebur bertemu tetapi kurang terjadi fusi antar keduanya akibat adanya pendinginan yang prematur

Cold shots; percikan (splattering) logam lebur saat penuangan mengakibatkan gelembung logam (solid globules) yang mengeras terperangkap dalam cetakan

Shrinkage cavity; depresi yang terjadi pada permukaan atau bagian internal pengecoran akibat terjadinya pengerasan yang menyusut

Microporosity; terjadinya pengerasan yang menyusut secara lokal dan terdistibusi secara merata pada structur dendritic

Hot tearing/hot cracking; retaknya logam pada titik yang mengalami tegangan (tensile stress) yang tinggi akibat dari ketidakmampuan logam untuk menyusut secara natural


Cacat pada pengecoran

(a) misrun; (b) cold shut; (c) cold shot (d) shrinkage cavity (e) microporosity (f) hot

tearing/hot cracking

36

Cacat pada pengecoran


37

Pembekuan dini (misrun), yaitu pembekuan yang terjadi sebelum seluruh pengisian rongga cetak selesai.

Penyumbatan (cold shut), terjadi bila dua bagian logam mengalir bersama, tetapi terdapat perbedaan suhu pembekuan antara keduanya. Penyebabnya sama dengan pembekuan dini.

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.

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).

Mikroporisitas, kekosongan-kekosongan kecil yang menyebar dalam coran akibat penyusutan pembekuan logam cair yang terakhir pada struktur dendritik.

Keretakan (hot tearing/hot cracking), terjadi pada tahap akhir dari cetakan, tetapi ada bagian yang masih melekat sehingga terpisah dari coran.


38

Cacat pada pengecoran pasir

Sand blow; Terperangkapnya gas cetak (mold gases) saat penuangan

Pin holes; Seperti sand blow tetapi dalam ukuran kecil dan tersebar

Sand wash; erosi yang terjadi pada cetakan saat penuangan sehingga

bentuk cetakan berubah

Scabs; permukaan kasar pada permukaan akibat encrustation logam dan

pasir

Penetration; logam lebur terpenetrasi kedalam cetakan karena fluiditas

logam yang tinggi

Mold shift; pergeseran antara cope dan drag sehingga mengakibatkan

parting line yang menonjol

Core shift; pergeseran inti akibat dari buoyancy dari logam

Mold crack; retaknya cetakan sehingga logam lebur membentuk sirip

pada produk akhir

Kualitas Pengecoran (4) Cacat pada pengecoran pasir

(a) sand blow (b) pin holes (c) sand wash (d) scabs (e) penetration (f) mold shift (g)

core shift (h) mold crack

39


40

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.

Lubang peniti (pinhole), lubang – lubang kecil yana terjadi di bawah permukaan cetakan

akibat terperangkapnya gas di dalam rongga cetakan.

Pengikisan dinding cetakan (sand wish), terjadi pada saat logam cair dituang, sehingga

bentuk benda cor akan mengikuti bentuk rongga cetak yang terkikis.

Scabs, daerah kasar pada permukaan benda cor akibat adanya pasir yang terlepas selama

penuangan dan tertanam pada permukaan benda cor.

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.

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.

Pertimbangan Dalam Perancangan

Produk Cor

41

Desain geometri produk sesederhana mungkin

Menyederhanakan pembuatan cetakan

Menghindari penggunaan inti

Meningkatkan kekuatan cetakan

Hindari sudut-sudut yang tajam

Merupakan sumber konsentrasi tegangan (stress)

Sumber keretakan

Rancang menggunakan radius (fillet)

Toleransi pemesinan

Kepresisian dimensi hasil pengecoran sangat rendah.

Jika kepresisian dimensi diperlukan, perlu toleransi dimensi sekitar 1.5 –

3.0mm untuk diproses pemesinan

Pertimbangan Dalam Perancangan

Produk Cor

Kesederhanaan geometri, untuk mempermudah pross pernetakan;

Pojok/sudut, bagian-bagian yang bersudut tajam harus dihindari karena merupakan

pemusatan tegangan yang dapat menimbulkan keretakan benda cor;

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 a); Hal ini dapat diatasi dengan merubah desain (gambar b) atau

menggunakan inti (gambar c);

42


43

Tirus (draft), untuk memudahkan mengeluarkan pola dari dalam cetakan

Penggunaan inti, perubahan kecil yang tidak terlalu penting dapat mengurangi penggunaan inti

Toleransi dimensi dan penyelesaian permukaan, ketelitian dimensi dan penyelesaian permukaan tergantung pada jenis logam dan proses yang digunakan;

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.

Casting Design: Defects and Associated Problems

- Surface defects: finish, stress concentration - Interior holes, inclusions: stress concentrations

2a

2b

0

0

max

max = 0(1 + 2b/a)

2a

2b

0

0

max

max = 0(1 + 2b/a)

Casting Design: Draft

easy removal, avoid damage

Casting Design: Parting Line

“flattest” parting line is best

Different Casting Processes

Process Advantages Disadvantages Examples

Sand many metals, sizes, shapes, cheap poor finish & tolerance engine blocks,

cylinder heads

Shell mold better accuracy, finish, higher

production rate

limited part size connecting rods, gear

housings

Expendable

pattern

Wide range of metals, sizes,

shapes

patterns have low

strength

cylinder heads, brake

components

Plaster mold complex shapes, good surface

finish

non-ferrous metals, low

production rate

prototypes of

mechanical parts

Ceramic mold complex shapes, high accuracy,

good finish

small sizes impellers, injection

mold tooling

Investment complex shapes, excellent finish small parts, expensive jewellery

Permanent

mold

good finish, low porosity, high

production rate

Costly mold, simpler

shapes only

gears, gear housings

Die Excellent dimensional accuracy,

high production rate

costly dies, small parts,

non-ferrous metals

gears, camera bodies,

car wheels

Centrifugal Large cylindrical parts, good

quality

Expensive, few shapes pipes, boilers,

flywheels

SELAMAT BELAJAR

48

Documents

4. Prosman Proses Pengecoran