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.
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.
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.
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.
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.
|
|||||||||||||||||||||||
.png)
