Proses
Manufaktur : PENGECORAN LOGAM
A. Pengertian Pengecoran.
Pengecoran (casting) adalah proses penuangan
logam cair dengan gaya gravitasi atau gaya lain ke dalam suatu cetakan,
kemudian dibiarkan membeku, sehingga terbentuk logam padat sesuai dengan bentuk
cetakannya.
B. Keuntungan Pengecoran
Keuntungan pembentukan dengan pengecoran :
(1) Dapat mencetak bentuk kompleks, baik bentuk
bagian luar maupun bentuk bagian dalam;
(2)
Beberapa proses dapat membuat bagian
(part) dalam bentuk jaringan;
(3)
Dapat mencetak produk yang sangat
besar, lebih berat dari 100 ton;
(4)
Dapat digunakan untuk berbagai macam
logam;
(5)
Beberapa metode pencetakan sangat
sesuai untuk keperluan produksi massal.
C. Kerugian
Pengecoran
Kerugian pembentukan dengan pengecoran
Setiap metode
pengecoran memiliki kelemahan sendiri-sendiri, tetapi secara umum dapat
disebutkan sebagai berikut :
(1)
Keterbatasan sifat mekanik;
(2)
Sering terjadi porositas;
(3)
Dimensi benda cetak kurang akurat;
(4)
Permukaan benda cetak kurang halus;
(5)
Bahaya pada saat penuangan logam
panas;
(6)
Masalah lingkungan.
D. Contoh Produk melalui Proses Pengecoran
Beberapa contoh produk cor :
- perhiasan, - penggorengan,
- patung, - pipa,
- blok mesin, - roda kereta,
- rangka
mesin, - pompa, dan lain-lainnya.
E. Hal Penting Dalam Proses
Pembuatan Cetakan.
Hal-hal penting yang perlu diperhatikan dalam pembuatan suatu cetakan :
- Rongga cetakan harus dirancang lebih besar
daripada produk cor yang akan dibuat, untuk mengimbangi penyusutan logam;
- Setiap logam memiliki koefisien susut yang
berbeda-beda (dalam merancang suatu cetakan biasanya digunakan mistar susut).
F. Bahan dan
Tahapan Cara Proses Pengecoran
Bahan cetakan :
- pasir, - keramik, dan
- plaster, - logam.
Tahap-Tahap dalam cara Proses
pengecoran :
(1)
Pembuatan cetakan;
(2)
Persiapan dan peleburan logam;
(3)
Penuangan logam cair ke dalam cetakan
:
a) untuk cetakan terbuka (lihat gambar 2.1.a)
logam cair hanya dituang hingga memenuhi rongga yang terbuka,
b) untuk cetakan tertutup (lihat gambar 2.1.b) logam cair dituang hingga memenuhi sistem saluran masuk;
.
Gambar 2.1 Dua macam bentuk cetakan (a) cetakan terbuka, (b) cetakan tertutup
(4) Setelah dingin benda cor dilepaskan dari cetakannya;
·
memotong
logam yang berlebihan,
·
membersihkan
permukaan,
·
memeriksa
produk cor,
·
memperbaiki
sifat mekanik dengan perlakuan panas (heat
treatment),
·
menyesuaikan
ukuran dengan proses pemesinan.
G. Jenis-Jenis
dan Contoh Cetakan Pengecoran
(1) Cetakan
tidak permanen (expendable mold);
hanya dapat digunakan satu kali saja.
Contoh : - cetakan pasir (sand casting),
- cetakan
kulit (shell mold casting),
- cetakan presisi (precisian casting).
(2) Cetakan permanen (permanent mold);
dapat digunakan berulang-ulang (biasanya dibuat dari logam).
Contoh : - gravity permanent
mold casting,
- pressure die casting,
- centrifugal
die casting.
H. Cetakan Pasir
Bagian-bagian
cetakan pasir dapat dilihat dalam gambar 2.1.b,
yaitu :
yaitu :
- bagian atas cetakan (cope),
- bagian
bawah cetakan (drag),
- kotak cetakan (flask),
- sistem
saluran masuk (gating system),
terdiri dari : cawan tuang (pouring
cup), saluran turun (down sprue),
dan saluran masuk/pengalir (runner),
- penambah
(riser),
- inti
(core).
I. Pemanasan dalam Pengecoran Logam
Dalam operasi pengecoran, logam harus
dipanaskan sampai temperatur tertentu di atas titik leburnya dan kemudian
dituangkan ke dalam rongga cetakan hingga menjadi beku.
Pemanasan logam :
Logam dipanaskan di dalam tungku peleburan
hingga mencapai temperatur lebur yang cukup untuk penuangan.
Energi panas yang dibutuhkan adalah jumlah
dari :
(1) panas untuk mencapai titik lebur (logam masih
dalam keadaan padat),
(2) panas untuk merubah dari padat menjadi cair,
(3) panas untuk mencapai temperatur penuangan
yang diinginkan.
Energi panas dapat ditunjukkan dengan
persamaan berikut ini :
H = rV {Cs
(Tm – To) + Hf + Cl (Tp
– Tm)}
dimana : H = jumlah panas yang dibutuhkan untuk mencapai
temperatur penuangan; Btu (J)
Cs = weight specific heat untuk logam padat; Btu/lbm – OF
(J/g - OC)
Tm = temperatur lebur logam; OF
(OC)
To = temperatur awal, biasanya
temperatur ruang; OF (OC)
Hf = panas fusi/lebur; Btu/lbm
(J/g)
Cl = weight specific heat untuk logam cair; Btu/lbm – OF
(J/g - OC)
Tp = temperatur penuangan; OF
(OC)
V = volume logam yang dipanaskan; in3
(cm3)
r = densitas logam; lbm/in3 (g/cm3)
Contoh soal pemanasan Pengecoran Logam :
1 ft3 paduan eutektik akan
dipanaskan dalam krusibel dari temperatur kamar hingga 200 OF di
atas titik leburnya. Paduan tersebut memiliki densitas = 0,15 lbm/in3,
temperatur lebur = 1300 OF, specific
heat logam padat = 0,082
Btu/lbm – OF, specific heat
logam cair = 0,071 Btu/lbm– OF, dan panas lebur = 72 Btu/lbm. Berapa
jumlah energi panas yang ditambahkan untuk mencapai pemanasan tersebut, anggap
tidak ada panas yang hilang.
Jawab :
Anggap temperatur dalam ruang foundary = 80 OF dan
densitas logam dalam keadaan padat dan cair sama, dan sebagai catatan 1 ft3=
1728 in3.
H = (0,15)(1728){0,082 (1300 – 80) + 72 + 0,071
(1500 – 1300)}
= 48.273,4 Btu.
J. Penuangan logam cair dalam
Pengecoran
Setelah pemanasan, logam siap untuk
dituangkan melalui sistem saluran masuk ke dalam rongga cetakan. Hal ini
merupakan suatu tahapan yang keritis dalam proses penuangan. Agar tahapan ini
berhasil, logam cair harus mengalir ke semua bagian dari rongga cetakan.
Beberapa faktor yang berpengaruh dalam operasi
penuangan adalah :
(1) Temperatur
penuangan (pouring temperatur)
adalah temperatur logam cair pada saat dituangkan ke dalam cetakan. Hal penting
yang perlu diperhatikan disini adalah perbedaan temperatur antara temperatur
penuangan dengan temperatur pada saat logam cair mulai membeku (titik lebur
untuk logam murni dan temperatur liquidus untuk logam paduan/alloy).
Perbedaan temperatur tersebut dikenal dengan istilah superheat. Istilah superheat
juga digunakan untuk menyatakan jumlah panas yang harus dihilangkan dari logam
cair antara penuangan hingga pembekuan mulai terjadi.
(2) Laju penuangan (pouring rate) adalah volume logam yang dituangkan ke dalam
cetakan dalam waktu tertentu.
Bila laju penuangan terlalu rendah maka logam
akan menjadi dingin dan membeku sebelum pengisian seluruh rongga cetak selesai;
dan sebaliknya bila laju penuangan terlalu tinggi maka akan terjadi turbulensi.
(3) Turbulensi
dalam aliran cairan adalah kecepatan aliran cairan yang tidak menentu arah dan
besar (magnitude)-nya
Turbukensi
harus dihindarkan karena :
- dapat
mempercepat pembentukan oksida logam, yang dapat mengganggu proses pembekuan
sehingga kualitas coran kurang baik;
- dapat
menyebabkan terjadinya pengikisan pada cetakan karena adanya benturan aliran
logam cair, sehingga hasil coran kurang baik.
Analisa dalam
Proses Penuangan ; untuk menganalisa logam cair yang mengalir
melalui sistem saluran masuk menuju cetakan digunakan teori Bernoilli.
Teori Bernoulli menyatakan bahwa
jumlah energi pada dua titik dalam cairan adalah sama.
ketinggian, cm
(in)
P = tekanan pada cairan, N/cm2 (lb/in2)
r = berat jenis,
g/cm3 (lbm/in3)
v = kecepatan aliran, cm/sec (in/sec)
g = konstante percepatan gravitasi = 981 cm/sec2 (386
in/sec2)
F = kehilangan ketinggian akibat gesekan, cm (in).
Bila kehilangan ketinggian akibat gesekan
diabaikan dan tekanan dianggap tetap, maka persamaan dapat disederhanakan
menjadi :
Bila titik 1 adalah ujung atas saluran turun
(sprue) dan titik 2 adalah
dasar cetakan digunakan sebagai titik referensi maka h2 = 0 dan v1 = 0, sehingga persamaan dapat
disederhanakan menjadi :
Hubungan lain
yang penting selama penuangan adalah hukum kuntinuitas, yang menyatakan bahwa volume rate of flow dalam proses penuangan logam cair ke dalam cetakan adalah
konstan :
Q
= v1 A1
= v2 A2
dimana : Q = volumetric flow rate, cm3/sec (in3/s)
v = kecepatan aliran, cm/sec (in/s)
A = luas penampang cairan cm2 (in2)
Estimasi waktu pengisian rongga
cetak :
dimana : MFT = waktu
pengisian cetakan, sec.
V = volume rongga cetakan, cm3 (in3)
Contoh soal penuangan Pengecoran Logam :
Sebuah cetakan memiliki saluran turun dengan
panjang (h) 8,0 in dan luas penampang pada dasar saluran (A) adalah 0,4 in.2. Saluran tersebut dihubungkan dengan saluran
masuk horisontal menuju rongga cetak yang volumenya (V) adalah 100 in.3.
Tentukan : a) kecepatan alir logam cair pada dasar saluran (v),
c)
waktu pengisian
cetakan (MFT).
Jawab :
a)
Kecepatan alir
logam cair pada dasar saluran :
in/sec.
b)
Laju alir
volumetrik :
c)
Waktu yang dibutuhkan untuk pengisian
rongga cetak :
sec
K. Fluiditas dalam Pengecoran
Logam
Fluiditas adalah kemampuan suatu logam cair untuk
mengalir masuk ke dalam cetakan, sebelum membeku.
Fluiditas
merupakan kebalikan dari viskositas, bila viskositas naik, maka fluiditas
turun, dan sebaliknya.
Faktor-faktor
yang mempengaruhi fluiditas :
- temperatur penuangan,
- komposisi logam
(mempengaruhi panas lebur/heat of fusion dari logam)
-
viskositas logam
cair,
- panas
yang diserap oleh lingkungan disekitarnya.
Catatan : yang
dimaksud dengan heat of fusion adalah jumlah panas yang dibutuhkan untuk
mengubah logam cair menjadi padat.
L. Cetakan
Spiral Untuk Mengukur Fluiditas
Untuk mengukur fluiditas digunakan cetakan
spiral seperti ditunjukkan dalam gambar 2.2, dimana fluiditas ditentukan dengan
mengukur panjang logam padat dalam saluran spiral.
Gambar 2.2 Cetakan spiral untuk pengujian fluiditas
logam cair
Karakteristik Pembekuan :
Pembekuan (solidifikasi) adalah transformasi logam cair kembali ke
bentuk padatnya.
Beberapa istilah penting dalam proses solidifikasi :
- Shrinkage
adalah
penyusutan pada
daerah tertentu yang dapat menimbulkan cacat coran berupa rongga-rongga atau
retak.
Tahapan terjadinya rongga-rongga akibat
penyusutan (shrinkage cavity)
ditunjukkan dalam gambar 2.5 berikut ini.
(0) Level awal logam
cair sesaat setelah dituangkan;
(1) Penyusutan
yang terjadi selama pendinginan fase cair (sebelum terjadi solidifikasi);
(2) Penyusutan
yang terjadi pada saat perubahan fase cair ke fase padat;
(3) Penyusutan
yang terjadi selama pendinginan fase padat sampai temperatur kamar.
N. Pembekuan
(Solidifikasi) Logam Murni dalam Pengecoran Logam
Pembekuan (Solidifikasi)
logam
murni; logam murni membeku pada temperatur konstan yaitu
sama dengan temperatur pembekuannya/temperatur leburnya, seperti ditunjukkan
dalam gambar 2.3.
Gambar 2.3
Solidifikasi logam murni
Beberapa istilah waktu dalam proses solidifikasi logam murni :
- Waktu solidifikasi lokal adalah waktu
pembekuan sebenarnya;
- Waktu solidifikasi total adalah waktu
antara penuangan sampai proses pembekuan berakhir. Setelah pembekuan berakhir
temperatur turun hingga temperatur kamar.
O. Pembekuan (Solidifikasi) Logam Paduan Alloy dalam Pengecoran Logam
Solidifikasi logam paduan (alloy); logam paduan
umumnya membeku pada daerah temperatur tertentu, seperti ditunjukkan dalam
gambar 2.4.
Gambar 2.4
Solidifikasi logam paduan
Garis awal terjadinya pembekuan disebut garis
liquidus, dan garis akhir pembekuan disebut garis solidus.
Suatu paduan
dengan komposisi tertentu bila didinginkan dalam waktu yang sangat lambat, maka
pembekuan akan mulai terjadi pada saat temperatur mencapai garis liquidus, dan
pembekuan berakhir bila telah mencapai garis solidus. Setelah itu pendinginan
akan berjalan terus hingga mencapai temperatur kamar.
P. Pembekuan (Solidifikasi) Logam Paduan Eutektik dalam Pengecoran Logam
Solidifikasi logam paduan eutektik; suatu paduan
yang memiliki komposisi tertentu (komposisi eutektik) bila mengalami
pendinginan sangat lambat, maka pembekuan akan berlangsung pada temperatur
konstan (sama seperti logam murni).
Q. Pembekuan
(Solidifikasi) terarah :
Untuk mengurangi pengaruh shrinkage dapat dilakukan dengan mengarahkan proses solidifikasi
pada daerah tertentu, dengan cara :
(a) Memasang riser (lihat gambar 2.1.b)
Riser (penambah) merupakan cadangan
logam cair pada cetakan yang berfungsi untuk mengimbangi penyusutan (shrinkage) dalam pembekuan coran. Dengan memasang riser, maka daerah yang
mengalami solidifikasi awal berada jauh dari sumber logam cair, sehingga shrinkage yang mungkin terjadi berada
pada riser itu sendiri.
Menurut
hokum Chvorinov, riser harus
diletakkan pada bagian/daerah yang memiliki rasio volume terhadap luas rendah,
karena pada daerah tersebut akan mengalami solidifikasi paling cepat. Dengan
menambahkan riser pada daerah tersebut, maka solidifikasi dapat diperlambat
sehingga cacat coran akibat terjadinya shrinkage
pada benda cor dapat dihindarkan.
Gambar 2.5 Tahapan
terjadinya shrinkage
(b) Memasang cil (chill)
Cil adalah benda
(terutama logam) yang diletakkan pada bagian cetakan untuk mencegah shrinkage dengan mempercepat
pendinginan dan pembekuan dari bagian yang mendapatkan panas paling tinggi
sehingga bagian tersebut akan membeku pada waktu yang sama dengan bagian
lainnya. Panas tertinggi dapat terjadi pada bagian tebal atau pada
bagian-bagian yang mengalami konsentrasi aliran panas yang paling tinggi.
Dalam
gambar 2.6.a ditunjukkan contoh pemasangan cil pada daerah yang mengalami
konsentrasi panas tertinggi, sehingga terjadinya cacat akibat shrinkage dapat dihindarkan, sedang
dalam gambar 2.6.b dapat dilihat adanya cacat (rongga) akibat pengecoran
dilakukan tanpa pemasangan cil.
Gambar 2.6 (a) Pemasangan
cil luar, (b) tanpa cil menyebabkan adanya cacat
H = (0,15)(1728){0,082 (1300 – 80) + 72 + 0,071 (1500 – 1300)}
ReplyDelete= 48.273,4 Btu. Jelaskan aku lebih detail tentang ini karena saya masih belum faham
My email ibnunafisalkhawarizmi642@gmail.com