Proses pengecoran

PROSES PENGECORAN

Oleh:Arya Mahendra Sakti

Proses Pengecoran

Adalah suatu proses pembuatan yang pada dasarnya merubah bentuk logam dengan cara mencairkan logam, kemudian dimasukkan kedalam suatu cetakan dengan dituang atau ditekan.

Dimana di dalam cetakan ini logam cair akan membeku dan menyusut.

Berdasarkan Jenis bahan model, bahan cetakan dan cara penuangannya

1. Proses pengecoran dengan bahan pasir sebagai bahan cetakan (Sand Casting).

2. Proses pengecoran sentrifugal (Centrifugal Casting).

3. Proses pengecoran dengan cetakan permanen(Permanent Mold Casting).

4. Proses pengecoran cetak-tekan (Die Casting).5. Proses pengecoran dengan pola hilang.

(Investment Casting).

Proses pengecoran dengan bahan pasir sebagai bahan cetakan (Sand Casting).

Yaitu proses pengecoran yang menggunakan pasir sebagai bahan cetakannya.

Skema Aliran Pengecoran

Dapur peleburan logam

Urutan Proses Pembuatan Billet

Macam Produk dari Billet

Proses Pembuatan Slab

Macam Produk dari Slab

Macam Produk dari Hot Rolled Coil

Contoh Produk

Contoh Produk

Contoh Produk

Contoh Produk

Contoh Produk

Pembuatan Pola Pola adalah bentuk tiruan dari benda kerja yang

sebenarnya dan digunakan untuk membuat rongga cetakan.

Kayu : digunakan untuk jumlah produksi terbatas, sehingga tidak perlu menggunakan bahan yang awet, tetapi biaya relatif murah dan mudah dibentuk;

Logam : digunakan untuk jumlah produksi yang besar, sehingga lebih awet dalam penggunaannya;

Jenis logam yang sering digunakan :1. Kuningan, 2. Besi cor, dan3. Aluminium

Stirofoam (polistiren) : digunakan untuk pola sekali pakai.

Ketentuan Pembuatan Pola

1. Pola harus mudah dikeluarkan dari cetakan.2. Penempatan inti harus mudah.3. Sistem saluran harus dibuat sempurna untuk

mendapatkan aliran logam cair yang optimum.

4. Penentuan permukaan pisah sehemat mungkin dan membutuhkan ketelitian yang tinggi.

Faktor-faktor Lain Dalam Perencanaan Pola

1. Penyusutan.2. Tambahan material untuk penyelesaian

mesin.3. Sudut kemiringan.4. Distorsi.5. Bidang Pemisah.6. Bagian-bagian yang mengalami

perubahan tebal.

Macam - macam Pola

1. Pola Tunggal.2. Pola Terbelah.3. Pola yang dapat dibongkar pasang

(pola Terlepas).4. Pola Ganda.5. Pola Berpasangan.6. Pola Khusus.

JENIS, BAHAN, DAN KONSTRUKSI POLA

Gambar Berbagai jenis pola yang dapat dipakai berulang-ulang

A. Pola tunggal;B. Pola belah;C. Pola terpisah;D. Pola dengan

pengalir;E. Pola dengan

papan penyambung;

F. Pola roda dengan penuntun;

G. Pola sipat/pola sapu.

Gambar A. Pola sekali pakai B. Hasil Pengecoran

Pola sekali pakai :

A B

Pola sekali pakai, ditinggalkan dalam cetakan dan dibiarkan menguap. Oleh karena itu pola jenis ini merupakan pola tunggal yang telah dilengkapi dengan sistem saluran masuk, pengalir, dan penambah.

Pembuatan Inti

Yaitu suatu bentuk dari pasir yang dipasang pada rongga cetakan untuk mencegah pengisian logam cair pada bagian yang seharusnya berbentuk lubang atau rongga dalam coran.

Beberapa macam inti, yaitu untuk inti minyak, inti Co2, Inti udara, dll.

Inti Basah

Yaitu inti yang dipasang bersamaan pada saat pembuatan cetakan.

Kerugiannya :1. Biasanya lemah, tidak bisa

menggantung.2. Pasir mudah gugur.3. Kedudukan kurang teliti.

Inti KeringYaitu inti yang dibuat secara terpisah dan

dipasang setelah pola dikeluarkan.Sifat-sifat yang harus dimiliki inti kering :1. Cukup kuat dan keras setelah dipanaskan2. Cukup porus.3. Harus dapat hancur pada saat logam cair

memadat.4. Harus mempunyai permukaan yang licin.5. Tahan panas.6. Diusahakan materialnya tidak banyak

mengeluarkan gas.

Gambar Inti

Pembuatan Cetakan

Pembuatan cetakan bawah (drag) :1. Dasar cetakan dibuat dari kayu

(datar/rata).2. Pola dan rangka cetak (30-50 mm)

untuk drag ditaruh diatas kayu.3. Drag diisi pasir penuh, kemudian

dipadatkan dengan baik.4. Drag dibalik, permukaan cetakan

ditaburi pasir kering dan halus.

1. Pemasangan sistem saluran (cawan tuang, saluran turun, saluran masuk ).

2. Dasar cetakan dibuat dari kayu (datar/rata).3. Pola dan rangka cetak (30-50 mm) untuk

drag ditaruh diatas kayu.4. Kup diisi pasir penuh, kemudian dipadatkan

dengan baik.5. Kup dibalik, permukaan cetakan ditaburi

pasir kering dan halus.

Pembuatan cetakan atas (kup) :

11-3

Keuntungan Pembentukan dengan Cetakan :

• Laju produksi tinggi,• Finishing lebih baik,• Toleransi dimensi lebih baik,• Sifat mekanik lebih baik.

Proses Pengecoran :• Pengecoran biasa, pengisian rongga cetakan dilakukan

tanpa tekanan;• Pengecoran khusus, pengisian rongga cetakan

dilakukan dengan tekanan.

JENIS CETAKAN

Berdasarkan bahan yang dipakai :

Berdasarkan cara pemakaian :

• cetakan pasir,• cetakan lempung,

• cetakan logam,• cetakan khusus

1. Cetakan tidak permanen : hanya dapat digunakan satu kali saja.Contoh : • cetakan pasir (sand casting),

• cetakan kulit (shell mold casting),• Cetakan presisi (precision casting).

2. Cetakan permanen : dapat digunakan berulang-ulang.Contoh : • gravity permanent mold casting,

• pressure die casting,• centrifugal die casting.

Cetakan Pasir :

Gambar Bagian-bagian penting cetakan pasir

• cawan tuang (pouring basin),

• saluran turun (sprue),

• saluran masuk (gate),

• pola (pattern),• bagian atas

cetakan (cope),• bagian bawah

cetakan (drug),• alas cetakan

(bottom board),• baut pena (pin),• pengunci (lug),

• sambungan pemisah (joint for parting),

Prosedur pembuatan cetakan pasir :

1. Dengan pola yang dapat dipakai berulang-ulang; pasir dipadatkan disekitar pola, kemudian pola dikeluar-kan, rongga yang terbentuk diisi dengan logam cair.

2. Dengan pola sekali pakai; pola dibuat dari polisteren atau sejenisnya dan tidak dikeluarkan, pola menguap pada saat logam cair dituangkan ke dalam cetakan.

Prosedur pembuatan cetakan pasir dengan pola yang dapat dipakai berulang-ulang :

Prosedur pembuatan cetakan pasir dengan pola sekali pakai :

Sangat tepat untuk mengecor benda-benda dalam jumlah kecil;

Tidak memerlukan pemesinan lagi; Menghemat bahan coran; Permukaan mulus; Tidak diperlukan pembuatan pola kayu yang

rumit; Tidak diperlukan inti dan kotak inti; Pengecoran jauh lebih sederhana.

Keuntungan Pengecoran dengan Pola Sekali Pakai :

Kerugian Pengecoran dengan Pola Sekali Pakai :

Pola rusak sewaktu dilakukan pengecoran;

Pola lebih mudah rusak, oleh karena itu memer-lukan penanganan khusus lebih sederhanan;

Pada pembuatan pola tidak dapat digunakan mesin mekanik;

Tidak ada kemungkinan untuk memeriksa keadaan rongga cetakan.

SALURAN MASUK, DAN PENAMBAH

Sistem Saluran Masuk : berfungsi untuk mengalir-kan logam cair ke dalam rongga cetakan.

Cawan tuang; Saluran turun; Pengalir; Saluran masuk.

Turbulensi aliran masuk ke rongga cetakan pada dasar atau dekat dasarnya harus seminimal mung-kin, terutama untuk benda cor yang kecil;

Harus dihindari terjadinya pengikisan terhadap dinding dan rongga cetakan, dengan mengatur aliran logam cair secara baik;

Logam harus dapat masuk ke rongga cetakan sedemikianrupa, sehingga terjadi pembekuan (solidifikasi) terarah;

Slag, kotoran, atau partikel asing tidak boleh masuk ke rongga cetakan.

Faktor-faktor yang harus dipertimbangkan dalam merancang sistem saluran masuk :

Penambah (riser) : dibuat sebagai cadangan logam cair untuk mengimbangi penyusutan (shrinkage) dalam pembekuan dari coran. Logam cair dalam penambah harus membeku lebih lambat dari coran.

Jenis Penambah :

A. Terbuka,B. Buntu.

Berhubungan dengan udara luar pembekuan logam cair lebih cepat

• Tidak berhubungan dengan udara luar pembekuan logam cair lebih lambat

• Pembekuan cepat dibutuhkan cadangan logam cair lebih banyak harus dibuat lebih besar

• Besar kurang ekonomis

• Pembekuan lambat dibutuhkan lebih sedikit logam cair dapat dibuat lebih kecil

• Kecil lebih ekonomis• Besar dan terbuka lebih

mudah dibuat• Kecil dan tertutup lebih

sulit dibuat

Penambah buntuPenambah terbuka

Penambah buntu dan penambah terbuka :

Mesin-mesin Pembuat Cetakan

1. Mesin Guncang (Jolt Machine)

Mesin ini berfungsi untuk menaik-turunkan pasir dalam rangka cetakan sampai mencapai kepadatan tertentu.

Mesin ini hanya cocok untuk cetakan yang besar, karena proses satu persatu.

Gambar Mesin Guncang

Mesin Desak (Squeeze Machine)

Yaitu mesin yang berfungsi untuk menekan pasir yang berada dalam rangka cetakan untuk mencapai kepadatan tertentu.

Mesin ini cocok dipakai untuk pembuatan benda kerja yang tipis.

Gambar Mesin Desak

MesinGuncang Desak(Jolt-Squeeze Machine)

Yaitu mesin yang berfungsi untuk mengguncang dahulu dengan cara menaik - turunkan dan kemudian menekan pasir yang berada di dalam cetakan untuk memperoleh kepadatan yang merata di seluruh bagian.

Pada mesin ini cetakan atas dan bawah dapat dikerjakan secara bersama-sama.

Gambar Mesin Guncang-Desak

Katup desak

Katup getar

Katup guncang

Mesin Pelempar Pasir(Sand Slinger)

Yaitu mesin yang berfungsi untuk melemparkan pasir kedalam cetakan melalui sudu-sudu yang diputar dengan kecepatan tinggi untuk memperoleh kekerasan dan kepadatan yang diinginkan.

Mesin Pelempar Pasir

Gambar Mesin Pelempar Pasir

Syarat Pasir Cetak

1. Tahan panas.2. Mempunyai sifat mampu bentuk.3. Permeabilitas yang cocok dan sesuai.4. Distribusi dan keseragaman besar butir

yang sesuai.5. Komposisi yang sesuai.6. Mampu untuk dipakai lagi.7. Harganya murah.

Proses Pengecoran

Proses pengecoran ini dibagi menjadi :1. Pengecoran permanen dengan

tekanan rendah.2. Pengecoran permanen dengan

gravitasi.3. Pengecoran tuang.4. Pengecoran dengan tekanan atau

pengecoran corthias.

Pengecoran permanen dengan tekanan rendah

Pada proses pengecoran ini yaitu cetakan diletakkan diatas dapur induksi, dan gas mulia dialirkan kedalam dapur yang membuat logam cair naik ke cetakan melalui saluran masuk dari batu tahan api.

Proses ini sangat ekonomis bila laju produksi berkisar 5000 – 50.000 buah pertahun.

Pengecoran permanen dengan gravitasi

Yaitu proses pengecoran yang dilakukan dengan cara mengalirkan logam cair ke dalam cetakan tanpa tekanan sama sekali dan hanya akibat gaya gravitasi.

Cetakan biasanya dilapisi dengan bahan tahan api dan karbon, guna mengurangi efek cil dan memudahkan pengeluaran coran.

Pengecoran tuang

Yaitu proses pengecoran yang dilakukan dengan cara mengalirkan logam cair ke dalam cetakan tanpa tekanan.

Proses ini lebih sederhana dan terbatas untuk logam-logam dengan titik lebur yang sangat rendah.

Seperti : seng, timbal, dan barang kerajinan yang bersifat imitasi.

Pengecoran dengan tekanan (pengecoran corthias)

Yaitu proses pengecoran dengan cara cetakan diletakkan diatas dapur induksi, dan logam cair dialirkan kedalam dapur dengan diberikan tekanan yang membuat logam cair naik ke cetakan melalui saluran masuk dari batu tahan api, dan inti cetakan dipaksakan masuk ke dalam cetakan secara bersamaan.

Proses Pengecoran Sentrifugal

Proses pengecoran sentrifugal dibagi menjadi 3 macam yaitu :

1. Pengecoran sentrifugal sejati.2. Pengecoran semi sentrifugal.3. Pengecoran Sentrifuging.

Pengecoran sentrifugal sejati

Yaitu proses pengecoran yang banyak dipakai untuk pembuatan pipa, lapisan mesin, dan benda yang simetris.

Dengan cara cetakan diputar mengitari sumbu horisontal atau vertikal, dan logam cair diturunkan pada ujungnya.



Pengecoran semi sentrifugal

Pada proses ini dilakukan dengan logam cair diisi penuh dari atas cetakan, cetakan diputar pelan secara sentrifugal dan gravitasi.

Produk yang dihasilkan roda mobil yang bisa dilakukan tunggal ataupun yang lebih dari satu.

Pengecoran Sentrifuging

Yaitu proses pengerjaan dengan cara logam cair dilakukan dari atas pada bagian tengah dari cetakan atas yang kemudian dihubungkan secara radial dengan tengah, gaya sentrifugal yang ada dalam logam cair akan membuat coran yang padat.

Pengecoran Sentrifuging

Cetak-Tekan (Die Casting)

Proses ini menggunakan tekanan yang tinggi di dalam memasukkan logam cair ke dalam rongga cetakan.

Cetakan dibuat dari baja khusus yang dikenal dengan “dies” atau “matriis”.

Keuntungan proses Cetak-Tekan (Die Casting)

1. Tidak memerlukan proses penyelesaian.

2. Ukuran dan bentuk benda kerja sangat tepat.

3. Baik untuk produksi tinggi.4. Bahan sisa rendah dikarenakan

(saluran turun, pengalir, dan saluran masuk) dapat dilebur kembali.

Kerugian proses Cetak-Tekan (Die Casting)

1. Harga mesin dan cetakan mahal.2. Untuk jumlah produksi kecil tidak

menguntungkan.3. Umur cetakan logam berkurang dengan

naiknya suhu logam.4. Hasil cetakan harus segera dikeluarkan.5. Sering terjadi efek cil atau logam tidak

seluruhnya jadi satu, dan sering hasil coran tidak merata.

Cetakan Plaster (Plaster Mold Casting)

Yaitu proses pengecoran yang tidak permanen, cetakan hanya untuk sekali pemakaian, dan khusus untuk pengecoran logam non ferrous.

Keuntungannya

1. Ketelitian ukuran tinggi.2. Permukaan coran halus.3. Cetakan plaster khusus untuk

penggunaan cil.

Kerugiannya

1. Ongkos produksi mahal.2. Permeabilitas cetakan plaster sedikit

rendah, hingga diperlukan proses vakum.

Pola Hilang (Investment Casting)

Proses pengecoran ini seringkali disebut dengan pengecoran presisi, karena hasil coran mempunyai tingkat ketelitian yang sangat tinggi.

Proses ini memakai pola dari lilin yang kemudian dibungkus dengan pembungkus bahan cetakan, kemudian dipanaskan untuk mengeluarkan lilin dalam cetakan dan cetakan siap digunakan kalau sudah kering.

Keuntungannya

1. Memungkinkan untuk memproduksi benda kerja yang kompleks dan presisi dengan permukaan yang halus.

2. Dapat dipakai untuk mengecor semua jenis logam.

3. Coran tidak memerlukan pengerjaan lanjut.

4. Tidak ada bekas sambungan cetakan.5. Mudah untuk pengontrolan sifat

metalurgi logam.

Karakteristik Pembekuan

Pembekuan (solidifikasi) : transformasi logam cair kem-bali ke bentuk padatnya.• Solidifikasi logam murni ; logam murni membeku pada

temperatur konstan yaitu sama dengan tem-peratur pembekuannya/ temperatur leburnya.

• Solidifikasi paduan; Paduan pada umumnya mem-beku pada daerah temperatur tertentu.

Shrinkage : adalah penyusutan pada daerah tertentu yang dapat menimbulkan cacat-cacat coran (berupa rongga-rongga atau retak)Tahapan terjadinya shrinkage :

• Penyusutan yang terja-di selama pendinginan fase cair (sebelum ter-jadi solidifikasi);

• Penyusutan yang terja-di pada saat perubahan fase cair ke fase padat;

• Penyusutan yang terja-di selama pendinginan fase padat sampai tem-peratur kamar.

Solidifikasi terarah ; untuk mengurangi pangaruh shrinkage dapat dilakukan dengan mengarahkan proses solidifikasi pada daerah tertentu, dengan cara :1) Memasang penambah (riser); dengan memasang riser

(gambar 11.6), maka daerah yang mengalami solidifikasi awal akan berada jauh dari sumber logam cair, sehingga shrinkage yang mungkin terjadi berada pada riser itu sendiri.Menurut hukum Chvorinov, riser diletakkan pada daerah yang memiliki rasio volume terhadap luas rendah, karena pada daerah tersebut akan me-ngalami solidifikasi paling cepat.Dengan menambahkan riser, maka solidifikasi dapat diperlambat sehingga kemungkinan terjadinya shrinkage dapat dihindarkan.

2) Memasang cil (chill) :Panas tertinggi dapat terjadi pada bagian-bagian tebal yang mengalami konsentrasi aliran panas paling tinggi, sehingga pada bagian tersebut kemungkinan akan terjadi shrinkage.

Untuk mencegah terjadinya shrinkage tersebut dapat dipasang cil yaitu benda (terutama logam) yang diletak-kan pada bagian cetakan yang mendapat panas paling tinggi untuk mempercepat pendinginan sehingga bagian tersebut membeku pada waktu yang bersamaan dengan bagian lainnya.

SIFAT-SIFAT PRODUK COR

Dipengaruhi oleh :1. Pendinginan yang cepat akan

mengurangi ukuran sel.2. Zat-zat penginti akan membantu

pembentukan butir-butir eutektik halus bulat dan sifat mekanis yang bagus.

3. Terbentuknya struktur lamelar.

SEGREGASI MAKRO

Proses ini dimulai dari adanya segregasi mikro, yaitu variasi komposisi pada sebuah butir.

Pada proses pembekuan akan memberikan perbedaan komposisi.

MACAM SEGREGASI MAKRO

1. Segregasi NormalTerjadi bila permukaan padatan yang kurang lebih berbentuk bidang menggerakkan unsur pokok dengan titik lebur rendah menuju pusat.

2. Segregasi Balik Adalah ciri paduan larutan padat dengan pola pembekuan dendritik.

3. Segregasi Gravitasi Yaitu terjadi bila senyawa-senyawa, inklusi-inklusi yg tdk larut, atau logam yg dpt bercampur dalam cairan memiliki densitas yg sangat berbeda dgn leburannya, krn itu zat-zat ini akan mengambang atau tenggelam.

VISKOSITAS

Penuangan leburan ke dalam cetakan sangat dipengaruhi oleh viskositas/ kekentalan dari suatu larutan/cairan.

Viskositas ini dapat diukur sebagai tegangan geser.

Dimana tegangan geser adalah gaya per satuan luas yang bekerja pada cetakan tersebut.

Viskositas berubah secara linier terhadap komposisi paduan, tetapi dapat juga menunjukkan variasi-variasi yang menyolok dalam batas-batas fasa tertentu.

Viskositas maksimum pada batas kelarutan padat, dan minimum pada komposisi eutektik.

FLUIDITASYaitu kemampuan suatu cairan untuk mengisi atau

memenuhi suatu cetakan logam.Fluiditas dipengaruhi oleh beberapa faktor yang antara

lain :1. Fluiditas akan meningkat seiring dengan

meningkatnya panas lanjut karena hal ini akan menurunkan viskositas dan menunda pembekuan.

2. Fluiditas akan meningkat dengan meningkatnya suhu cetakan, karena pembekuan akan menjadi lambat.

3. Tipe pembekuan memiliki efek yang besar.4. Tegangan permukaan dan keberadaan lapisan oksida.5. Bahan cetakan dan pelapis cetakan juga

mempengaruhi ekstrasi panas pembasahan permukaan cetakan.

SELESAITERIMA KASIH

Proses pengecoran

Engineering