Dasar Pengecoran Ilmu Logam

Kebutuhan logam ternyata tidak hanya sebatas benda dengan permukaan rata. Kebutuhan akan logam juga berkembang pesat seiring dengan teknologi yang mendukungnya. Sekarang kita bisa menghasilkan benda logam dalam bentuk apaun tanpa harus mengalami proses penenmpaan.

Pada zaman dahulu untuk menhasilkan logam yang brbentuk rumit maka benda haruslah di panaskan dan dipukul sebagaimana proses penempaan pada umumnya. Namun seiring kemajuan zaman tuntutan akan kebutuhan logam semakin meningkat dan atas tuntutan itulah kini telah tercipta tungku-tungku pelebur besi yang menhasilkan suhu diatas 1500 °C

Tag :
PERMANENT MOLD CASTING, CENTRIFUGAL CASTING, INVESTMENT CASTING, DIE CASTING, INJECTION MOLDING, BLOW MOLDING

PENGERTIAN PENGECORAN

Pengecoran adalah suatu proses manufaktur yang menggunakan logam cair dan cetakan untuk menghasilkan parts dengan bentuk yang mendekati bentuk geometri akhir produk jadi. Logam cair akan dituangkan atau ditekan ke dalam cetakan yang memiliki rongga sesuai dengan bentuk yang diinginkan.

Setelah logam cair memenuhi rongga dan kembali ke bentuk padat, selanjutnya cetakan disingkirkan dan hasil cor dapat digunakan untuk proses sekunder. Pasir hijau untuk pengecoran digunakan sekitar 75 percent dari 23 million tons coran yang diproduksi dalam USA setiap tahunnya.

Proses pengecoran sendiri dibedakan menjadi dua macam, yaitu traditional casting dan non-traditional/contemporary casting.

Teknik traditional terdiri atas :
1. Sand-Mold Casting
2. Dry-Sand Casting
3. Shell-Mold Casting
4. Full-Mold Casting
5. Cement-Mold Casting
6. Vacuum-Mold Casting

Sedangkan teknik non-traditional terbagi atas :
1. High-Pressure Die Casting
2. Permanent-Mold Casting
3. Centrifugal Casting
4. Plaster-Mold Casting
5. Investment Casting
6. Solid-Ceramic Casting

Perbedaan secara mendasar di antara keduanya adalah bahwa contemporary casting tidak bergantung pada pasir dalam pembuatan cetakannya. Perbedaan lainnya adalah bahwa contemporary casting biasanya digunakan untuk menghasilkan produk dengan geometriyang kecil relatif dibandingkan bila menggunakan traditional casting.

Hasil coran non-traditional casting juga tidak memerlukan proses tambahan untuk penyelesaian permukaan.

Jenis logam yang kebanyakan digunakan di dalam proses pengecoran adalah logam besi bersama-sama dengan aluminium, kuningan, perak, dan beberapa material non logam lainnya.

MACAM-MACAM PENGECORAN

* PERMANENT MOLD CASTING

Jenis pengecoran ini , cetakannnya dapat dipakai berulang kali (terbuat dari logam dan grafit). Pengecoran ini dikhususkan untuk pengecoran logam non ferrous dan paduan.

Kualitas pengecoran ini tergantung dari kualitas mold, umumnya dikerjakan dengan machining untuk mendapatkan kualitas yang bagus maka dikerjakan dengan proses machining yang memiliki keakuratan yang tinggi

Advantage Permanent Mold Casting:
1. Produksi Tinggi
2. Cetakan dapat dipakai berulang kali
3. Dalam operasinya tidak diperlukan tenaga ahli
4. Ketelitian produk lebih baik daripada sand casting
5. Tidak memerlukan proses lanjutan

Disadvantage Permanent Mold Casting:
1. Harga cetakan mahal
2. Perlu perhitungan yang tepat dalam mengerjakan cetakan
3. cetakan untuk satu macam produk
4. ukuran produk kecil dan sederhana
5. tidak dapat mengecor baja

* CENTRIFUGAL CASTING

Prinsip: Menuangkan logam cair ke dalam cetakan yang berputar dan akibat gaya centrifugal logam cair akan termampatkan sehingga diperoleh benda kerja tanpa cacat.
Pengecoran ini digunakan secara intensif untuk pengecoran plastik , keramik, beton dan
semua logam.

Advantage Centriugal Casting:
1. Riser tidak diperlukan
2. Produk yang berlekuk-lekuk dapat diproses dengan kualitas permukaan baik
3. toleransi dimensi kecil
4. ketebalan benda kerja uniform

Disadvantage Centrifugal Casting:
1. Harga peralatan mahal
2. Biaya maintenance mahal
3. Laju produksi rendah
4. One product in one mold
5. Gaya centrifugal besar

Pengecoran Centrifugal dapat dibagi 2 macam , yaitu:
A. Pengecoran Centrifugal Mendatar
B. Pengecoran Centrifugal Vertikal

INVESTMENT CASTING

Proses pengecoran dengan pola tertanam dalam rangka cetak , kemudian pola dihilangkan dengan cara pemanasan sehingga diperoleh rongga cetak.

Pola biasanya terbuat dari lilin (wax) , plastik atau mateial yang mudah meleleh . Pengecoran ini sering juga disebut WAX LOST CASTING.

Proses Pengecoran ini Dibagi 2 Macam:
A. Investment Flask Casting
B. Investment Sheel Casting

Prosedur Investment Casting:
1. Membuat Master Pattern
2. Membuat Master Die
3. Membuat Wax Pattern 4
4. Melapisi Wax Pattern
5. Mengeluarkan Wax Pattern dari Mold
6. Preheat Mold
7. Menuangkan logam cair
8. Mengeluarkan Produk

Proses yang termasuk juga Investment Casting adalah FULL MOLD PROCESS atau LOST FOAM PROCESS. Bahan Pattern biasanya Expanded Polystyrene.

DIE CASTING

Proses ini mempergunakan tekanan dalam memasukkan logam cair ke dalam rongga cetakan dan dengan dibawah tekanan dibiarkan membeku .
Die Casting umumnya untuk logam non Ferrous dan paduan . Die biasanya terbuar dari baja yang dikeraskan.

Advantage Die Casting
1. Ukuran dan bentuk benda sangat tepat
2. Jarang menggunakan proses finishing
3. Baik untuk produksi massal
4. Waste material rendah.

Disadvantage Die Casting
1. Harga mesin dan cetakan mahal
2. Bentuk benda kerja sederhana
3. Benda kerja harus segera dikeluarkan
4. Berat dan ukuran produk terbatas
5. Umur cetakan menurun

Berdasarkan prosesnya , Die Casting dapat dikelompokkan 2 jenis:
A. Hot Chamber Die Casting
B. Cold Chamber Die Casting

HOT CHAMBER DIE CASTING

Pada proses ini , tungku pencair logam jadi satu dengan mesin cetak dan silinder injeksi terendam dalam logam cair. Silinder injeksi digerakkan secara pneumatik atau hidrolik. Pada umumnya Die Casting jenis ini hanya cicik untuk deng, timah putih, timbal dan paduannya.

Pada mesin ini mempunyai komponen utama : silinder plunger , leher angsa (goose neck) dan nozzle.

Logam cair ditekan ke dalam rongga cetakan dengan tekanan tetap dipertahankan salama pembekuan terjadi. Leher angsa yang terendam logam cair sewaktu plunger pada kedudukan teratas . Kemudian logam cair diinjeksikan ke rongga cetakan dengan amat cepat.

COLD CHAMBER DIE CASTING

Pada mesin cetak ini, tungkunya terpisah dari mesinnya. Mesin membutuhkan tekanan yang lebih besar untuk menutup cetakan dan pengisian rongga cetakan.

M = Massa Benda Coran
N = Jumlah Produk Yang DiproduksiW=M[1+(N-1)(1-0.3 x o.95) + 0.3 x 0.05]
W=200 [ 1+(3000-1)(1-0.285) +0.015]
W=429.060 gramJadi total aluminium yang harus disediakan 429,06 kg

Cara kerja mesin ini, dimulai dari pencairan logam cair kemudian dituangkan ke dalam plunger yang berdekatan dengan cetakan, baru dilakukan penekanan secara hidrolis . Proses ini biasanya cocok untuk logam-logam yang memiliki temperatur leleh tinggi, misalnya aluminium dan magnesium.

The Advantage of Cold Chamber Die Casting:
1. Produk yang dibuat Hot Chamber bisa dibuat di sini
2. Tidak terjadi serangan panas dari logam cair pada bagian mesin
3. Dapat dioperasikan pada tekanan tinggi
4. Kualitas benda kerja dapat dikontrol

The Disadvantage of Cold Chamber Die Casting
1. Diperlukan alat bantu
2. Siklus kerja lebih lama
3. Kemungkinan cacat cukup besar

INJECTION MOLDING

Perbedaan dengan Die Casting adalah cara material diumpankan dan msuk ke rongga cetakan . Injection molding dikhususkan untuk material non logam , mis gelas, plastik dan karet.

Butiran plastik dimasukkan dalam hopper kemudian feed screw butiran plastik dipanaskan oleh elemen pemanas kemudian pada waktu sampai di nozzle sudah berupa cairan plastik dan cairan plastik ditekan masuk ke rongga cetakan . Die pada injection casting dilengkapi dengan sistem pendingin untuk membentu proses pembekuan (solidifikasi).

BLOW MOLDING

Proses ini digunakan untuk produk plastik, gelas dan karet , seperti botol plastik, gelas minuman, nipple karet, gelas kendi , dsb.

Proses ini diawali dengan pembuatan parison (gumpalan cair dalam bentuk penampang pipa) dan dimasukkan ke mesin cetak tiup . Kemudian udara ditiup masuk melalui lubang penampang pipa, karena desakan udara maka gumpalan tadi akan menyesuaikan dengan bentuk cetakan dan dibiarkan sampai menjadi padat.

The Advantage of Injection Molding
1. Keakuratan dimensi tinggi
2. Kualitas permukaan baik
3. Siklus kerja pendek

The anAdvantage of Injection Molding
1. Harga mesin mahal
2. Ekonomis untuk produksi massal

TEKNIK PENGECORAN LOGAM

Definisi pengecoran

Review Proses Pengecoran Pengecoran (CASTING) adalah salah satu teknik pembuatan produk dimana logam dicairkan dalam tungku peleburan kemudian di tuangkan kedalam rongga cetakan yang serupa dengan bentuk asli dari produk cor yang akan dibuat
Ada 4 faktor yang berpengaruh atau merupakan cirri dari proses pengecoran, yaitu :

1. Adanya aliran logam cair kedalam rongga cetak
2. Terjadi perpindahan panas selama pembekuan dan pendinginan dari logam dalam cetakan
3. Pengaruh material cetakan
4. Pembekuan logam dari kondisi cair

Klasifikasi pengecoran berdasarkan umur dari cetakan, ada pengecoran dengan sekali pakai (expendable Mold) dan ada pengecoran dengan cetakan permanent (permanent Mold). Cetakan pasir termasuk dalam expendable mold.

Karena hanya bisa digunakan satu kali pengecoran saja, setelah itu cetakan tersebut dirusak saat pengambilan benda coran. Dalam pembuatan cetakan, jenis-jenis pasir yang digunakan adalah pasir silika, pasir zircon atau pasir hijau.

Sedangkan perekat antar butir-butir pasir dapat digunakan, bentonit, resin, furan atau air gelas.

Terminologi Pengecoran dengan Cetakan Pasir

Secara umum cetakan harus memiliki bagian-bagian utama sebagai berikut :

1. Cavity (rongga cetakan), merupakan ruangan tempat logam cair yang dituangkan kedalam cetakan. Bentuk rongga ini sama dengan benda kerja yang akan dicor. Rongga cetakan dibuat dengan menggunakan pola.

2. Core (inti), fungsinya adalah membuat rongga pada benda coran. Inti dibuat terpisah dengan cetakan dan dirakit pada saat cetakan akan digunakan. Bahan inti harus tahan menahan temperatur cair logam paling kurang bahannya dari pasir.

3. Gating sistem (sistem saluran masuk), merupakan saluran masuk kerongga cetakan dari saluran turun. Gating sistem suatu cetakan dapat lebih dari satu, tergantung dengan ukuran rongga cetakan yang akan diisi oleh logam cair.

4. Sprue (Saluran turun), merupakan saluran masuk dari luar dengan posisi vertikal. Saluran ini juga dapat lebih dari satu, tergantung kecepatan penuangan yang diinginkan.
Pouring basin, merupakan lekukan pada cetakan yang fungsi utamanya adalah untuk mengurangi kecepatan logam cair masuk langsung dari ladle ke sprue.

Kecepatan aliran logam yang tinggi dapat terjadi erosi pada sprue dan terbawanya kotoran-kotoran logam cair yang berasal dari tungku kerongga cetakan.

5. Raiser (penambah), merupakan cadangan logam cair yang berguna dalam mengisi kembali rongga cetakan bila terjadi penyusutan akibat solidifikasi.

Pengecoran Cetakan Pasir

Pengecoran dengan cetakan pasir melibatkan aktivitas-aktivitas seperti menempatkan pola dalam kumpulan pasir untuk membentuk rongga cetak, membuat sistem saluran, mengisi rongga cetak dengan logam cair, membiarkan logam cair membeku, membongkar cetakan yang berisi produk cord an membersihkan produk cor.

Hingga sekarang, proses pengecoran dengan cetakan pasir masih menjadi andalan industri pengecoran terutam industri-industri kecil. Tahapan yang lebih umum tentang pengecoran cetakan pasir diperlihatkan dalam gambar dibawah ini.

1. Pasir

Kebanyakan pasir yang digunakan dalam pengecoran adalah pasir silika (SiO2). Pasir merupakan produk dari hancurnya batu-batuan dalam jangka waktu lama. Alasan pemakaian pasir sebagai bahan cetakan adalah karena murah dan ketahanannya terhadap temperature tinggi.

Ada dua jenis pasir yang umum digunakan yaitu naturally bonded (banks sands) dan synthetic (lake sands). Karena komposisinya mudah diatur, pasir sinetik lebih disukai oleh banyak industri pengecoran.

2. Jenis Cetakan Pasir

Ada tiga jenis cetakan pasir yaitu green sand, cold-box dan no-bake mold. Cetakan yang banyak digunakan dan paling murah adalah jenis green sand mold (cetakan pasir basah). Kata “basah” dalam cetakan pasir basah berati pasir cetak itu masih cukup mengandung air atau lembab ketika logam cair dituangkan ke cetakan itu. Istilah lain dalam cetakan pasir adalah skin dried.

Cetakan ini sebelum dituangkan logam cair terlebih dahulu permukaan dalam cetakan dipanaskan atau dikeringkan. Karena itu kekuatan cetakan ini meningkat dan mampu untuk diterapkan pada pengecoran produk-produk yang besar.

Dalam cetakan kotak dingin (box-cold-mold), pasir dicampur dengan pengikat yang terbuat dari bahan organik dan in-organik dengan tujuan lebih meningkatkan kekuatan cetakan. Akurasi dimensi lebih baik dari cetakan pasir basah dan sebagai konsekuensinya jenis cetakan ini lebih mahal.

3. Pola

Pola merupakan gambaran dari bentuk produk yang akan dibuat. Pola dapat dibuat dari kayu, plastic/polimer atau logam. Pemilihan material pola tergantung pada bentuk dan ukuran produk cor, akurasi dimensi, jumlah produk cor dan jenis proses pengecoran yang digunakan.

Jenis-jenis pola :

a. Pola tunggal (one pice pattern / solid pattern)
Biasanya digunakan untuk bentuk produk yang sederhana dan jumlah produk sedikit. Pola ini dibuat dari kayu dan tentunya tidak mahal.
b. Pola terpisah (spilt pattern)
Terdiri dari dua buah pola yang terpisah sehingga akan diperoleh rongga cetak dari masing-masing pola. Dengan pola ini, bentukproduk yang dapat dihasilkan rumit dari pola tunggal.
c. Match-piate pattern

Jenis ini popular yang digunakan di industri. Pola “terpasang jadi satu” dengan suatu bidang datar dimana dua buah pola atas dan bawah dipasang berlawanan arah pada suatu pelat datar. Jenis pola ini sering digunakan bersama-sama dengan mesin pembuatan cetakan dan dapat menghasilkan laju produksi yang tinggi untuk produk-produk kecil.

4. Inti
Untuk produk cor yang memiliki lubang/rongga seperti pada blok mesin kendaraan atau katup-katup biasanya diperlukan inti. Inti ditempatkan dalam rongga cetak sebelum penuangan untuk membentuk permukaan bagian dalam produk dan akan dibongkar setelah cetakan membeku dan dingin. Seperti cetakan, inti harus kuat, permeabilitas baik, tahan panas dan tidak mudah hancur (tidak rapuh).

5. Operasi Pengecoran Cetakan Pasir
Operasi pengecoran dengan cetakan pasir melibatkan tahapan proses perancangan produk cor, pembuatan pola dan inti, pembuatan cetakan, penuangan logam cair dan pembongkaran produk cor.

PROSES PELEBURAN LOGAM

Peleburan logam merupakan aspek terpenting dalam operasi-operasi pengecoran karena berpengaruh langsung pada kualitas produk cor. Pada proses peleburan, mula-mula muatan yang terdiri dari logam, unsur-unsur paduan dan material lainnya seperti fluks dan unsur pembentuk terak dimasukkan kedalam tungku.

Fluks adalah senyawa inorganic yang dapat “membersihkan” logam cair dengan menghilangkan gas-gas yang ikut terlarut dan juga unsur-unsur pengotor (impurities). Fluks memiliki beberpa kegunaan yang tergantung pada logam yang dicairkan, seperti pada paduan alumunium terdapat cover fluxes (yang menghalangi oksidasi dipermukaan alumunium cair).

Cleaning fluxes, drossing fluxes, refining fluxes, dan wall cleaning fluxes , Tungku-tungku peleburan yang biasa digunakan dalam industri pengecoran logam adalah tungku busur listrik, tungku induksi, tungku krusibel, dan tungku kupola.

Karakteristik masing-masing tungku peleburan adalah :

a. Tungku busur listrik

- laju peleburan tinggi atau laju produksi tinggi
- polusi lebih rendah dibandingkan tungku-tungku lain
- memiliki kemampuan menahan logam cair pada temperatur tertentu untuk jangka waktu - lama untuk tujuan pemaduan

b. Tungku induksi

> Khususnya digunakan pada industri pengecoran kecil
> Mampu mengatur komposisi kimia pada skala peleburan kecil
>Terdapat dua jenis tungku yaitu Coreless (frekuensi tinggi) dan core atau channel (frekuensi rendah, sekitar 60 Hz)
> Biasanya digunakan pada industri pengecoran logam-logam non-ferro
> Secara khusus dapat digunakan untuk keperluan superheating (memanaskan logam cair diatas temperatur cair normal untuk memperbaiki mampu alir), penahanan temperatur (menjaga logam cair pada temperatur konstan untuk jangka waktu lama, sehingga sangat cocok untuk aplikasi proses die-casting), dan duplexing/tungku parallel (menggunakan dua tungku seperti pada operasi pencairan logam dalam satu tungku dan memindahkannya ke tungku lain)

c. Tungku krusibel

> Telah digunakan secara luas disepanjang sejarah peleburan logam. Proses pemanasan dibantu oleh pemakaian berbagai jenis bahan bakar.
>Tungku ini bias dalam keadaan diam, dimiringkan atau juga dapat dipindah-pindahkan
>Dapat diaplikasikan pada logam-logam ferro dan non-ferro

d. Tungku kupola

>Tungku ini terdiri dari suatu saluran/bejana baja vertical yang didalamnya terdapat susunan bata tahan api
>Muatan terdiri dari susunan atau lapisan logam, kokas dan fluks
>Kupola dapat beroperasi secara kontinu, menghasilkan logam cair dalam jumlah besar dan laju peleburan tinggi

Muatan Kupola

- Besi kasar (20 % - 30 %)
- Skrap baja (30 % - 40 %)
Kadar karbon dan siliko yang rendah adalah menguntungkan untuk mendapat coran dengan prosentase Carbon dan Si yang terbatas. Untuk besi cor kekuatan tinggi ditambahkan dalam jumlah yang banyak.

> Skrap balik
Yang dimaksud skrap balik adalah coran yang cacat, bekas penambah, saluran turun, saluran masuk atau skrap balik yang dibeli dari pabrik pengecoran.

>Paduan besi
Paduan besi seperti Fe-Si, Fe-Mn ditambahkan untuk mengatur komposisi. Prosentase karbon berkurang karena oksidasi logam cair dalam cerobong dan pengarbonan yang disebabkan oleh reaksi antar logam cair dengan kokas. Prosentase karbon terutama diatur oleh perbandingan besi kasar dan skrap baja.

Tambahan harus dimasukkan dalam perhitungan untuk mengimbangi kehilangan pada saat peleburan. Penambahan dimasukkan 10 sampai 20 % untuk Si dan 15 sampai 30 % untuk Mn.

Prosentase steel bertambah karena pengambilan steel dari kokas. Peningkatan kadar belerang (steel) yang diperbolehkan biasanya 0,1 %

BAGIAN-BAGIAN CETAK

1. Pouring Basin berfungsi manampung kotoran atau slag (terak) yang ikut terbawa pada saat menuangkan logam dari laddle berfungsi juga menampung kelebihan logam cair.
2. Riser berfungsi untuk menanpung kelebihan logam cair sebagai cadangan bila terjadi penyusutan dan juga berfungsi sebagai pemberat.
3. Saluran turun (sprue) berfungsi untuk meneruskan lagam cair dari cawan tuang ke runner dan saluran masuk (gate).
4. Gate berfungsi sebagaii saluran masuk yang menghubungi runner dengan rongga cetak (cavity).

Faktor-faktor yang harus diperhatikan dalam perencanaan pola:

1. SHRINKAGE
2. KELEBIHAN MATERIAL
3. DRAFT ANGLE
4. DISTORSI
5. PATING LINE

Kondisi cacat yang paling banyak dijumpai pada proses pengecoran saluran keluar
teko adalah lubang saluran keluar pada ujung teko yang terlalu sempit bahkan tertutup
di akhir proses pengecoran. Banyak faktor yang mempengaruhi proses pengecoran ini
sehingga menyebabkan cacat tersebut. Kondisi cacat ini dapat direpresentasikan
dengan ketebalan dari produk cor saluran keluar teko.

Pada makalah ini akan dianalisa faktor yang paling signifikan mempengaruhi ketebalan saluran teko hasil cor. Metode yang digunakan adalah metode desain eksperimen khususnya metode desain faktorial untuk menentukan faktor-faktor yang signifikan serta kondisi optimumnya dan metode response surface untuk mendapatkan model pendekatan untuk ketebalan saluran teko sebagai fungsi dari faktor-faktor tersebut sehingga dapat diperoleh kondisi keseluruhan yang paling optimal.

Dari analisa hasil eksperimen ini ditemukan bahwa faktor yang signifikan terhadap ketebalan adalah temperature tuang, radius sprue dan holding time. Dapat pula disimpulkan bahwa kondisi optimum dari factor-faktor tersebut adalah temperatur tuang 475?C, radius sprue 29.6 mm dan holding time 8 detik yang menghasilkan ketebalan sebesar 2.54 mm. 14


KESIMPULAN


Di dunia industri sekarang ini kebutuhan akan logam semakin meningkat tidak lain karna rasa ingin memiliki dari konsumen yang tidak ada habisnya. Banyak pihak yang memanfaatkan kesempatan untuk meraup uang dari kebiasaan manusia tersebut, semua kebutuhan akan logam yang tak mungkin dikerjakan dengan mesin konfensional itulah yang merupakan suatu ilmu yang sangat bermanfaat yang sebenarnya merupakan suatu peluang bisnis yang cukup menjanjikan di negara indonesia ini Peluang bisnis berupa pengecoran logam itulah yang sekarang ini telah ditekuni oleh banyak orang atau perusahaan.

Pengecoran sangat berguna karna tanpa pengecoran maka dunia industri logam dunia tidak akan ada, karna pengecoranlah yang merupakan proses awal pembuatan logam dari biji besi.