PENGERTIAN
Pengecoran Logam adalah suatu proses manufaktur
yang menggunakan logam cair dan cetakan untuk menghasilkan bentuk yang
mendekati bentuk geometri akhir produk jadi. Logam cair akan dituangkan atau
ditekan ke dalam cetakan yang memiliki rongga cetak (cavity) sesuai dengan
bentuk atau desain yang diinginkan. Setelah logam cair memenuhi rongga cetak
dan tersolidifikasi, selanjutnya cetakan disingkirkan dan hasil cor dapat
digunakan untuk proses sekunder.
Untuk menghasilkan hasil cor yang
berkualitas maka diperlukan pola yang berkualitas tinggi, baik dari segi
konstruksi, dimensi, material pola, dan kelengkapan lainnya. Pola digunakan
untuk memproduksi cetakan. Pada umumnya, dalam proses pembuatan cetakan, pasir
cetak diletakkan di sekitar pola yang dibatasi rangka cetak kemudian pasir
dipadatkan dengan cara ditumbuk sampai kepadatan tertentu. Pada lain kasus
terdapat pula cetakan yang mengeras/menjadi padat sendiri karena reaksi kimia
dari perekat pasir tersebut. Pada umumnya cetakan dibagi menjadi dua bagian
yaitu bagian atas (cup) dan bagian bawah (drag) sehingga setelah pembuatan
cetakan selesai pola akan dapat dicabut dengan mudah dari cetakan.
Inti dibuat secara terpisah dari
cetakan, dalam kasus ini inti dibuat dari pasir kuarsa yang dicampur dengan
Airkaca (Water Glass / Natrium Silikat), dari campuran pasir tersebut dimasukan
kedalam kotak inti, kemudian direaksikan dengan gas CO2 sehingga menjadi padat
dan keras. Inti diseting pada cetakan. Kemudian cetakan diasembling dan diklem.
Sembari cetakan dibuat dan diasembling,
bahan-bahan logam seperti ingot, scrap, dan bahan paduan, dilebur di bagian
peleburan. Setelah logam cair dan homogen maka logam cair tersebut dituang ke
dalam cetakan. Setelah itu ditunggu hingga cairan logam tersebut membeku karena
proses pendinginan. Setelah cairan membeku, cetakan dibongkar. Pasir cetak,
inti, dan benda tuang dipisahkan. Pasir cetak bekas masuk ke instalasi daur
ulang, inti bekas dibuang, dan benda tuang diberikan ke bagian fethling untuk
dibersihkan dari kotoran dan dilakukan pemotongan terhadap sistem saluran pada
benda tersebut. Setelah fethling selesai apabila benda perlu perlakuan panas
maka diproses di bagian perlakuan panas.
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
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 geometri yang 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.
PROSES
PENGECORAN
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.
Bertitik tolak pada cara kerja proses ini, maka
proses pembuatan jenis ini dapat dibagi menjadi 2, yaitu :
1. Proses penuangan
dan
2. Proses pencetakan.
Proses penuangan adalah proses pembuatan
benda kerja dari logam tanpa adanya penekanan sewaktu logam cair mengisi
cetakan. Cetakan biasanya dibuat dari pasir, plaster keramik atau bahan tahan
api lainnya.
Proses pencetakan adalah proses pembuatan
benda kerja dari logam cairdisertai dengan tekanan sewaktu logam cair tersebut
mengisi rongga cetak. Pada proses ini, cetakan biasanya dibuat dari logam.
Dengan memperhatikan kondisi diatas, secara umum
proses pengecoran dapat dibagi menjadi :
1.
Pengecoran dengan cetakan pasir (Sand Casting)
2.
Pengecoran dengan cetakan permanen (Permanent Mold Casting)
3.
Pengecoran sentrifugal (Centrifugal Casting)
4.
Pengecoran cetak-tekan (Die Casting)
5.
Pengecoran dengan cetakan plaster (Plaster Mold Casting)
6.
Pengecoran dengan pola hilang (Investment Casting)
Setiap jenis pengecoran yang tersebut diatas akan
menghasilkan produk dengan sifat-sifat yang berbeda, baik kwalitas, kwantitas,
ukuran (volume dan bentuk) dan lain sebagainya. Dalam segi perencanaan,
pemilihan serta penentuan proses pengecoran harus pula dipertimbangkan adanya
faktor ekonomis dan praktis.
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.
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 yang
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 Ã
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
:
vPola
polisteren merupakan pola sekali pakai, sehingga dibutuhkan pola baru setiap
kali pengecoran.
vBiaya
pembuatan pola mahal.
Penggunaan
:
vProduksi
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 Ã
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 :
- 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.
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.
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.
|
Penuangan, Pembersihan, dan Perlakuan panas
Pemindahan logam cair dari
dapur peleburan ke cetakan dapat dilakukan dengan :
1. krusibel,
dan
- 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
- Pembekuan dini (misrun), yaitu pembekuan yang terjadi sebelum seluruh pengisian rongga cetak selesai.
- 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.
- 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.
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.