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.
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 :
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.
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
:
(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.
(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. bagian chaplet yang menonjol ke luar
dari benda cor selajutnya dipotong.
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 à
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.
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 :
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.
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.
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 :
1.
Pola
lilin dibuat;
2.
Beberapa
pola ditempelkan pada saluran turun (sprue) membentuk pohon bola;
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 à
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.