Proses Manufaktur

Pengecoran Logam

1

Pengecoran Logam

• Proses Pengecoran (casting) adalah salah satu teknik pembuatan produk dimana logam dicairkan dalam tungku peleburan kemudian dituangkan ke dalam rongga cetakan yang serupa dengan bentuk asli dari produk cor yang akan dibuat.

​

• Pengecoran juga dapat diartikan sebagai suatu proses manufaktur yang menggunakan logam cair dan cetakan untuk menghasilkan bagian-bagian dengan bentuk yang mendekati bentuk geometri akhir produk jadi.

2

3

Klasifikasi Pengecoran�(berdasarkan umur cetakan)

• Expendable mold: pengecoran dengan cetakan sekali pakai.

​

• Permanent mold: pengecoran dengan cetakan permanen (dipakai berkali-kali).

4

Proses peleburan logam

• Proses peleburan/pencairan logam menjadi tahapan penting dalam proses pengecoran.

​

• Material yang dilebur meliputi:
1. Logam dan unsur-unsur paduan,
2. Fluks: senyawa inorganik yg berfungsi membersihkan logam cair dari gas-gas maupun kotoran (impurities) yg terlarut ,
3. Unsur pembentuk terak.

5

Jenis-jenis tungku peleburan

Secara umum ada 4 jenis

tungku peleburan:

​

• Tungku busur listrik (electric arc furnace),
• Tungku induksi (electrical induction furnace),
• Tungku krusibel (crucible furnace),
• Tungku kupola (cupola furnace)

​

​

6

Electric induction furnace

Tungku busur listrik�(electric arc furnace)

• Laju peleburan dan laju produksi tinggi,
• Tingkat polusi lebih rendah dibanding tungku lain,
• Memiliki kemampuan menahan logam cair pada temperatur tertentu u/ jangka waktu lama (untuk pemaduan logam),

7

Tungku induksi�(electrical induction furnace)

• Banyak digunakan pada industri pengecoran kecil,
• Biasanya digunakan u/ pengecoran logam non- ferrous,
• Dapat digunakan u/ keperluan superheating guna memperbaiki mampu alir logam cair,
• Mampu menahan temperatur konstan u/ jangka waktu yg lama (cocok u/ die-casting dan pemaduan logam).

8

Contoh tungku induksi�(electrical induction furnace)

9

Contoh tungku induksi�(electrical induction furnace)

10

Tungku krusibel�(crucible furnace)

• Merupakan tungku yg digunakan secara luas sejak awal sejarah pengecoran,
• Proses pemanasan bisa menggunakan berbagai jenis bahan bakar (minyak, gas),
• Bisa portable (dipindah-pindahkan) maupun menetap,
• Bisa digunakan u/ logam ferro maupun non ferro.

11

Contoh tungku krusibel�(crucible furnace)

12

Tungku-tungku krusibel

Tungku kupola�(cupola furnace)

• Terdiri dari saluran/bejana baja vertikal yg dilapisi batu tahan api,
• Dapat beroperasi secara kontinyu dengan laju peleburan tinggi,
• Kapasitas produksi logam cair sangat besar.

13

Contoh tungku kupola�(cupola furnace)

14

Pengecoran Logam

Proses pengecoran logam

meliputi:

• Penuangan logam cair kedalam cetakan,
• Proses pendinginan logam cair dalam cetakan,
• Pengambilan logam yg sudah tercetak dari dalam cetakan.

15

Hal Penting dlm Pengecoran Logam

• Aliran logam cair ke dalam rongga cetakan
• Terjadi proses perpindahan panas selama pemadatan (atau pembekuan) dan pendinginan logam cair dalam cetakan,
• Pengaruh dari tipe cetakan terhadap hasil pengecoran.
• Proses pembekuan logam dari kondisi cair.

16

Cetakan Pasir �(Sand Mold)

• Cetakan pasir dibuat didalam flask sebagai penyangga atau penahan agar cetakan pasir tidak rusak/pecah.

​

• Cetakan pasir umumnya terdisi dari dua bagian, yaitu cope (bagian atas) dan drag (bagian bawah)

​

• Dalam cetakan terdapat runner system yg merupakan saluran yg mengalirkan logam cair dari sprue kedalam rongga cetakan.

17

Figure 11.3 Schematic illustration of a sand mold, showing various features.

Bagian-bagian Cetakan Pasir (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.

​

• Core (inti), fungsinya adalah membuat rongga pada benda coran. Inti dibuat terpisah dengan cetakan dan dirakit pada saat cetakan akan digunakan.

​

• Gating sistem (sistem saluran masuk), merupakan saluran masuk kerongga cetakan dari saluran turun.

​

18

Figure 11.3 Schematic illustration of a sand mold, showing various features.

Bagian-bagian Cetakan Pasir (2)

• 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.

​

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

19

Figure 11.3 Schematic illustration of a sand mold, showing various features.

Pattern Plate

20

Figure 11.4 A typical metal match-plate pattern used in sand casting.

Pattern (pola) adalah model

atau bentuk dari produk yg

akan dibuat.

​

Pola ini bentuknya sama atau

menyerupai bentuk benda

kerja hasil pengecoran yg

diinginkan.

​

Pola akan digunakan untuk

membuat rongga cetakan.

​

Pola dibuat dari kayu, plastik

maupun logam. Material pola

harus kuat karena pola akan

digunakan berkali-kali untuk

membuat cetakan.

Shell-Molding Process

• Dikembangkan pertama kali pd thn 1940,
• Pola dibuat dari logam ferrous atau aluminium, kemudian dilapisi pasir yg dicampur dgn perekat, dgn ketebalan antara 5 – 10 mm,
• Pola yg dilapisi pasir kemudian dioven (175-370 ^oC), shg lapisan pasir yg berperekat mengeras.
• Lapisan pasir yg mengeras yg berbentuk cetakan (shell-mold) dipisahkan dari pola,
• Dinding luar Shell-mold dipasang pada flask yg berisi pasir; logam cair nantinya dituang dlm rongga cetakan shell-mold.
• Hasil tuang memiliki permukaan yg halus/baik.

​

21

Shell-Molding Process

22

Figure 11.9 The shell-molding process, also called dump-box technique.

Ceramic Mold Casting

• Cetakan dibuat dari zircon (ZrSiO4) yg dicampur dgn aliminium oksida, silica dan perekat; menjadi adonan keramik berbentuk slurry,
• Campuran slurry dituangkan pada pola (pola terbuat dari kayu atau logam),
• Setelah campuran slurry mengeras (menjadi cetakan keramik). Cetakan keramik ini dipisahkan dari pola, kemudian dipanaskan,
• Cetakan keramik ini tahan temperatur tinggi, shg bisa dipakai u/ menuang logam ferrous, high-temperature alloy (paduan) maupun stainless steel, maupun tool steel,
• Permukaan hasil tuang baik, dimensi hasil tuang presisi.

23

Sequence of Operations in Making a Ceramic Mold

24

Figure 11.10 Sequence of operations in making a ceramic mold. Source: Metals Handbook, Vol. 5, 8^th ed.

Expandable-Pattern Casting Process�(Lost Foam)

• Pola (pattern) dibuat dari foam (polystyrene) yg dibuat dgn cara memanaskan foam dalam aluminum die cavity, kemudian dibiarkan mendingin (menghasilkan foam pattern),
• Foam pattern dilapisi dgn water-based refractory slurry, kemudian dikeringkan dan diletakkan dalam flask,
• Flask diisi dgn pasir (bisa pasir dgn tambahan unsur perekat), kemudian dimampatkan,
• Logam cair dituangkan pada foam pattern yg ada dalam flask,
• Logam cair akan mencairkan foam pattern, shg logam cair akan mengisi rongga cetakan yg sebelumnya berisi foam pattern,
• Setelah logam cair dingin dan mengeras, logam (hasil tuang) dikeluarkan dari cetakan.

25

Keunggulan Expandable-Pattern �Casting Process (Lost Foam)

• Proses sederhana karena tdk terdapat parting line, inti, atau riser system,
• Flask sederhana dan murah,
• Harga foam juga murah dan sesuai u/ bentuk-bentuk yg kompleks dgn berbagai ukuran,
• Karena hasil tuang memiliki permukaan yg halus dgn dimensi yg akurat, proses finishing dan cleaning hasil tuang cukup murah,
• Sesuai u/ produksi massal.

26

Expandable-Pattern Casting Process

27

Figure 11.11 Schematic illustration of the expandable-pattern casting process, also known as lost-foam or evaporative casting.

Evaporative Pattern Casting of an Engine Block (contoh aplikasi lost foam casting).

28

Figure 11.12  (a) Metal is poured into mold for lost-foam casting of a 60-hp. 3-cylinder marine engine; (b) finished engine block. Source: Courtesy of Mercury Marine.�

(b)

(a)

Investment Casting Process

• Investment casting juga disebut lost-wax process,
• Pola dibuat dari wax cair yg diinjeksikan ke dalam cetakan/pembuat pola, kemudian dibiarkan mengeras.
• Pola dari wax yg sudah kering dan mengeras, disusun dlm pattern assembly,
• Pattern assembly dimasukkan ke dalam refractory material slurry sehingga terlapisi dgn ketebalan yg diinginkan,
• Pattern assembly dipanaskan (650 – 1050 ^oC) dlm posisi terbalik (bag atas diletakkan di bawah), shg wax mencair dan meleleh keluar dari pattern assembly,
• Logam cair dituangkan ke dalam pattern assembly,
• Setelah logam cair mengeras, pattern assembly dihancurkan u/ mengeluarkan hasil tuangan.

29

Investment Casting Process

• Investment casting juga disebut lost-wax process,
• Pola dibuat dari wax cair yg diinjeksikan ke dalam cetakan/pembuat pola, kemudian dibiarkan mengeras.
• Pola dari wax yg sudah kering dan mengeras, disusun dlm pattern assembly,
• Pattern assembly dimasukkan ke dalam refractory material slurry sehingga terlapisi dgn ketebalan yg diinginkan,
• Pattern assembly dipanaskan (650 – 1050 ^oC) dlm posisi terbalik (bag atas diletakkan di bawah), shg wax mencair dan meleleh keluar dari pattern assembly,
• Logam cair dituangkan ke dalam pattern assembly,
• Setelah logam cair mengeras, pattern assembly dihancurkan u/ mengeluarkan hasil tuangan.

30

Investment Casting Process

31

Figure 11.13 Schematic illustration of investment casting (lost-wax) process. Castings by this method can be made with very fine detail and from a variety of metals. Source: Courtesy of Steel Founder’s Society of America.

Vacuum-Casting

• Vacuum casting juga disebut dgn counter-gravity low-pressure (CL) process,
• Proses vacuum casting dilakukan dgn mencelupkan mold/cetakan kedalam logam cair yg berada dalam tungku pemanas listrik,
• Rongga cetakan divakum (sampai 2/3 tekanan atmosfir), sehingga logam cair terhisap dan mengisi rongga cetakan,
• Seteleh rongga cetakan terisi logam cair, cetakan diangkat,
• Vaccum casting umumnya dipakai u/ benda kerja yg tipis (mempunyai ketebalan sekitar 1 mm)

32

Vacuum-Casting

33

Figure 11.16 Schematic illustration of the vacuum-castin process. Note that the mold has a bottom gate. (a) Before and (b) after immersion of the mold into the molten metal. Source: After R. Blackburn.

Permanent-Mold Casting

• Menggunakan cetakan (terdiri dari bagian atas dan bawah) yg permanen, terbuat dari cast iron, steel, bronze atau metal alloys,
• Rongga cetakan dan sistem saluran (yg merupakan bagian integral dari cetakan) dibuat dgn mesin perkakas (mesin drill, milling, dll),
• Untuk menjaga supaya permukaan cetakan awet, permukaan cetakan dilapisi dgn refractory slurry,
• Untuk memperlancar aliran logam cair, biasanya sebelum penuangan, permanent-mold dipanaskan antara 150 – 200 ^oC,

34

Summary of Casting Processes

35