Flickr Images

Video of the Day

Pengecoran Logam Dengan Cetakan Pasir


          
A.            TEKNIK PENGECORAN DENGAN CETAKAN PASIR
Cetakan pasir merupakan cetakan yang paling banyak digunakan, karena memiliki keunggulan :
1.      Dapat mencetak logam dengan titik lebur yang tinggi, seperti baja, nikel dan titanium;
2.      Dapat mencetak benda cor dari ukuran kecil sampai dengan ukuran besar;
3.      Jumlah produksi dari satu sampai jutaan.
Tahapan yang lebih umum tentang pengecoran cetakan pasir diperlihatkan dalam gambaran 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 temperatur 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.
Pemilihan jenis pasir untuk cetakan melibatkan bebrapa faktor penting seperti bentuk dan ukuran pasir. Sebagai contoh , pasir halus dan bulat akan menghasilkan permukaan produk yang mulus/halus. Untuk membuat pasir cetak selain dibutuhkan pasir juga pengikat (bentonit atau clay/lempung) dan air. Ketiga Bahan tersebut diaduk dengan komposisi tertentu dan siap dipakai sebagi bahan pembuat cetakan.

2.     Jenis Cetakan Pasir
Klarifikasi Cetakan Pasir :
·        Cetakan pasir basah.
·        Cetakan pasir kering.
·        Cetakan kulit kering.
Cetakan pasir basah merupakan cetakan yang banyak digunakan dan paling murah. 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, dibuat dari campuran pasir, lempung, dan air.
Cetakan pasir basah juga banyak digunakan untuk besi tuang, paduan logam tembaga dan aluminium yang beratnya relatif kecil (maksimum 100 kg).
Keunggulan :
·        Memiliki kolapsibilitas yang baik.
·        Permeabilitas baik.
·        Reusabilitas yang baik, dan
·        Murah.
Kelemahan :
·        Uap lembab dalam pasir dapat menyebabkan kerusakan pada berberapa coran, tergantung pada logam dan geometri coran.
Komposisi :
·        Pasir (80-90) %.
·        Bentonit (10-15) %.
·        Air (4-5) %.
·        Bahan penolong /grafit (2-3) %.

Cetakan pasir kering, dibuat dengan menggunakan bahan pengikat organik, dan kemudian cetakan dibakar dalam sebuah oven dengan temperatur berkisar antara 204o sampai 316oC. Pembakaran dalam oven dapat memperkuat cetakan dan mengeraskan permukaan rongga cetakan.
Cetakan pasir kering digunakan pada benda tuang yang berukuran besar (diatas 100 kg).
Komposisi :
·      Pasir (80-90) %.
·      Tanah liat (10-15) %.
·      Gula tetes (1-2) %.
·      Pitch (1-1,5) %.
·      Milase (0,5-1) %.
·      Air (kurang dari 4 %)

Keunggulan :
·        Dimensi produk cetak lebih baik.
Kelemahan :
·        Lebih mahal dibandingkan dengan cetakan pasir basah;
·        Laju produksi lebih rendah karena dibutuhkan waktu pengeringan;
·        Pemakaian terbatas untuk coran yang medium dan besar dalam laju produksi rendah 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.

3.     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).
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 1). bagian chaplet yang menonjol ke luar dari benda cor selajutnya dipotong. 

Gambar 1.
(a) Inti disangga dengan chaplet, 
(b) chaplet, 
(c) hasil coran dengan lubang pada bagian dalamnya

















1.     Alat bantu
Alat-alat bantu yang dipergunakan untuk membuat cetakan pasir dapat di lihat pada gambar di bawah ini.

Gambar 2 .
 Alat Bantu dalam Proses pengecoran

















 A.    PROSES PEMBUATAN RANGKA CETAKAN PASIR
1.     Beberapa indikator untuk menentukan kualitas cetakan pasir :
a.       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.
b.      Permeabilitas, kemampuan cetakan untuk membebaskan udara panas dan gas dari dalam cetakan selama operasi pengecoran melalui celah-celah pasir cetak.
c.       Stabilitas termal, kemampuan pasir pada permukaan rongga cetak untuk menahan keretakan dan pembengkokan akibat sentuhan logam cair.
d.      Kolapsibilitas (collapsibility), kemampuan cetakan membebaskan coran untuk menyusut tanpa menyebabkan coran menjadi retak.
e.       Reusabilitas, kemampuan pasir (dari pecahan cetakan) untuk digunakan kembali (didaur ulang).

2.     Jenis-jenis pasir cetak antara lain:
·        Pasir silica.
·        Pasir zircon.
·        Pasir olivine.
·        Pasir chromit.

3.     Tahapan pengecoran logam dengan cetakan pasir :
Dalam gambar 2 ditunjukkan tahapan pengecoran logam dengan menggunakan cetakan pasir sebagai berikut :
a.       Pembuatan pola, sesuai dengan bentuk coran yang akan dibuat;
b.      Persiapan pasir cetak;
c.       Pembuatan cetakan;
d.      Pembuatan inti (bila diperlukan);
e.       Peleburan logam;
f.        Penuangan logam cair kedalam cetakan;
g.       Pendinginan dan pembekuan;
h.       Pembongkaran cetakan pasir;
i.         Pembersihan dan pemeriksaan hasil coran;
j.        Produk cor selesai.
Gambar 3. Tahapan pengecoran logam dengan cetakan pasir



4.    Saluran masuk, penambah, dan karakteristik pembekuan
Sistem saluran masuk (gating system) untuk mengalirkan logam cair ke dalam rongga cetakan, terdiri dari cawan tuang, saluran turun, pengalir dan saluran masuk tempat logam mengalir memasuki rongga cetakan. Fungsi system saluran masuk perlu dirancang dengan mantap dengan mempertimbangkan faktor-faktor berikut:
a.       Aliran logam hendaknya memasuki rongga cetakan pada dasar atau dekat dasarnya dengan turbulensi seminimal mungkin. Hal ini perlu diperhatikan, khususnya pada benda tuang yang kecil
b.      Pengikisan dinding saluran masuk dan permukaan rongga cetakan harus ditekan dengan mengatur aliran logam cair atau dengan menggunakan inti pasir kering.
c.       Aliran logam cair yang masuk harus diatur sedemikian sehingga terjadi solidifikasi terarah. Solidifikasi hendaknya mulai dari permukaan cetakan kea rah logam cair sehingga selalu ada logam cair cadangan untuk menutupi kekurangan akibat penyusutan.
d.      Usahakanlah agar slag, kotoran atau partikel asing tidak dapat masuk ke dalam rongga cetakan.
Gambar 4. Carian pengaliran logam cair ke dalam rongga cetakan



#Catatan : Kadang-kadang diperlukan perlakuan panas terhadap produk coran untuk memperbaiki sifat-sifat metalurginya.

5.     Tahapan pembuatan cetakan pasir :
a.       Pemadatan pasir cetak di atas pola;
b.      Pelepasan pola dari pasir cetak rongga cetak;
c.       Pembuatan saluran masuk dan riser;
d.      Pelapisan rongga cetak;
e.       Bila coran memiliki permukaan dalam (mis : lubang), maka dipasang inti;
f.        Penyatuan cetakan;
g.       Siap untuk digunakan.

6.    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 :
Tungku kupola
·      Tungku ini terdiri dari suatu saluran/bejana baja vertikal 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 silikon yang rendah adalah menguntungkan untuk mendapat coran dengan prosentase karbon 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 %.




B.    PROSES PEMBUATAN MODEL CETAKAN PASIR
1.     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.
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.
Gambar 5. (a) pola tunggal (b) pola terpisah (c) pola match-plate pattern (d) pola cope




2.     Hal yang perlu diperhatikan dalam proses pembentukan pola atau model cetakan pasir
a.      Ketepatan Ukuran Coran
Pada pembuatan pola harus diperhatikan beberapa hal antara lain: pengaruh penyusutan logam cair, ketirusan, penyelesaian, distorsi dan kelonggaran, sehingga kita dapat memperoleh benda cor yang benar-benar sesuai dengan benda yang akan dibuat.
b.       Penyusutan
Karena hampir semua jenis logam menyusut pada waktu pembekuan, pada waktu membuat pola perlu ditambahkan ukuran penyusutan. Untuk kemudahan, untuk besi cor dapat digunakan mister susut yang 1,04% atau 0,00104 mm/mm lebih panjang dari ukuran standar. Direncanakan suatu roda gigi yang bila pemesinan telah selesai, mempunyai diameter luar 150 mm. Untuk brons perlu ditambah 1,56%, baja 2,08%, aluminium dan magnesium 1,30%.
c.       Tirus
Bila pola yang dapat diangkat dikeluarkan dari cetakan, kadang-kadang tepi cetakan pasir yang bersentuhan dengan pola terangkat. Oleh karena itu untuk memudahkan pengeluaran pola, maka sisi tegak pola dimiringkan. Untuk permukaan luar, biasanya dipakai penambahan sebesar 1,04% hingga 2,08%. Untuk lubang di sebelah dalam dapat digunakan kemiringan sampai 6,25%.
d.      Penyelesaian
Permukaan coran yang akan mengalami pemesinan biasanya diberi tanda tertentu. Tanda tersebut berarti bahwa pola harus dipertebal, sehingga cukup bahan untuk diselesaikan. Umumnya penambahan adalah 3,0 mm. Untuk pola yang besar suaian tersebut harus ditambah karena ada kemungkinan bahwa benda cor akan melengkung.
e.       Distorsi
Distorsi terjadi pada benda coran dengan bentuk yang tidak teratur karena sewaktu membeku terjadi penyusutan yang tidak merata. Kemungkinan ini perlu diperhitungkan sewaktu membuat pola.
f.       Kelonggaran
Bila pasir di sekitar pola ditumbuk-tumbuk kemudian pola dilepaskan, pada umumnya ruangan pola akan lebih besar sedikit. Pada benda cor yang besar atau benda cor yang tidak mengalami penyelesaian, hal ini dapat diatasi dengan membuat pola yang kecil sedikit.


Share this:

 
Copyright © Time Zone. Designed by OddThemes