Upload
eliyen-veronika-silalahi
View
71
Download
1
Embed Size (px)
DESCRIPTION
proses pengecoran
Citation preview
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)
Pembuatan Cetakan Pasir (2)
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
Pembuatan Cetakan Pasir (3)
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
Pembuatan Cetakan Pasir (4)
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”)
Indikator Untuk Menentukan Kualitas
Cetakan Pasir
RI 1321 - Proses Manufaktur - Minggu 3
15
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.
Permeabilitas, kemampuan cetakan untuk membebaskan udara panas dan
gas dari dalam cetakan selama operasi pengecoran melalui celah-celah pasir
cetak.
Stabilitas termal, kemampuan pasir pada permukaan rongga cetak untuk
menahan keretakan dan pembengkokan akibat sentuhan logam cair.
Kolapsibilitas (collapsibility), kemampuan cetakan membebaskan coran
untuk menyusut tanpa menyebabkan coran menjadi retak.
Reusabilitas, kemampuan pasir (dari pecahan cetakan) untuk digunakan
kembali (didaur ulang).
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
16
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
17
Proses Pengecoran expendable mold (3)
18
• 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
19
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
20
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.
21
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
22
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)
23
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.
24
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,
25
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
26
Jenis Die Casting
27
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
28
• 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
29
• 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
30
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
RI 1321 - Proses Manufaktur - Minggu 3
32
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
33
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
34
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
35
Kualitas Pengecoran (1)
36
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
Kualitas Pengecoran (2)
Cacat pada pengecoran
(a) misrun; (b) cold shut; (c) cold shot (d) shrinkage cavity (e) microporosity (f) hot
tearing/hot cracking
37
Cacat pada pengecoran
RI 1321 - Proses Manufaktur - Minggu 3
38
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.
Kualitas Pengecoran (3)
39
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
40
RI 1321 - Proses Manufaktur - Minggu 3
41
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
42
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);
43
RI 1321 - Proses Manufaktur - Minggu 3
44
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
49