II. LANDASAN TEORI
Proses pengecoran pada dasarnya ialah
penuangan logam cair kedalam cetakan
yang telah terlebih dahulu dibuat pola, hingga logam cair
tersebut membeku dan
kemudian dipindahkan dari cetakan.
Jenis-jenis pengecoran yang ada yaitu:
1.
Sand
Casting, Yaitu jenis pengecoran dengan menggunakan
cetakan pasir.
Jenis pengecoran ini paling banyak dipakai
karena ongkos produksinya
murah dan dapat membuat benda coran yang
berkapasitas berton–ton.
2.
Centrifugal
Casting, Yaitu jenis pengecoran dimana cetakan
diputar
bersamaan dengan penuangan logam cair
kedalam cetakan. Yang bertujuan
agar logam cair
tersebut terdorong oleh gaya sentrifugal akibat berputarnya
cetakan. Contoh
benda coran yang biasanya menggunakan jenis pengecoran
ini ialah pelek dan
benda coran lain yang berbentuk bulat atau silinder.
3.
Die
Casting, Yaitu jenis pengecoran yang cetakannya
terbuat dari logam.
Sehingga cetakannya
dapat dipakai berulang-ulang. Biasanya logam yang
dicor ialah logam
non ferrous.
4.
Investment
Casting, yaitu jenis pengecoran yang polanya
terbuat dari lilin
(wax), dan
cetakannya terbuat dari keramik. Contoh benda coran yang biasa
menggunakan jenis
pengecoran ini ialah benda coran yang memiliki
kepresisian yang
tinggi misalnya rotor turbin.
Pada praktikum pengecoran logam di
laboratorium pengecoran logam di universitas
gunadarma menggunakan jenis pengecoran sand casting.
Ada beberapa macam pasir yang dipakai dalam pengecoran sand casting. Tetapi
ada beberapa syarat yang harus dipenuhi agar hasil cetakan
tersebut sempurna. Syarat
bagi pasir cetak antara lain:
a) Mempunyai sifat mampu bentuk sehingga mudah
dalam pembuatan cetakan dengan
kekuatan cocok.Cetakan yang dihasilkan
harus kuat dan dapat menahan temperatur
logam cair yang tinggi sewaktu dituang
kedalam cetakan.
b) Permeabilitas yang cocok. Agar udara yang
terjebak didalam cetakan dapat keluar
melalui sela-sela butir pasir untuk
mencegah terjadinya cacat coran seperti
gelembung gas, rongga penyusutan dan
lain-lain.
c)Distribusi besar butir yang cocok.
d)
Mampu
dipakai lagi supaya ekonomis
e)Tahan panas terhadap temperatur logam pada saat dituang ke
cetakan. Temperatur
penuangan logam cair yang biasa digunakan
untuk bermacam-macam coran
dinyatakan dalam tabal dibawah ini:
f) Pasir harus murah.
Tabel 1. Macam-macam temperatur penuangan logam cair ke
dalam cetakan
Macam Logam
|
Temperatur penuangan 0C
|
Brons
|
1100-1250
|
Kuningan
|
950-1100
|
Besi cor
|
1250-1450
|
Baja tahan karat
|
1700-1750
|
Alumunium
|
600-700
|
Baja cor
|
1500-1550
|
Pasir cetak yang lazim digunakan didalam
industri pengecoran adalah sebagai
berikut:
1.Pasir Silika
Pasir silika didapat dengan cara menghancurkan batu silika,
kemudian
disaring untuk mendapatkan ukuran butiran yang diinginkan.
2. Pasir Zirkon
Pasir Zirkon berasal dari pantai timur australia yang mempunyai
daya yahan
api yang efektif untuk mencegah sinter.
3. Pasir Olivin
Pasir Olivin didapat dengan cara menghancurkan batu yang
membentuk
2MgO, SiO2 dan 2FeO.SiO2. Pasir olivin
mempunyai daya hantar panas
yang lebih besar dibanding pasir silika.
Didalam suatu proses pengecoran, proses
pembekuan logam cair setelah logam
cair dituang kedalam cetakan akan mengalami penyusutan. Penyusutan
pada rongga
cetakan akan mengakibatkan berubahnya dimensi benda coran. Pada
tabel dibawah ini
diketahui penyusutan yang terjadi pada suatu logam.
Tabel 2. Penyusutan yang terjadi pada suatu material
Material
|
Penyusutan (%)
|
Baja karbon
|
2
|
Basi tuang kelabu
|
1
|
Besi tuang putih
|
1,5
|
Alumunium
|
6
|
Gambar 1. Diagram alir proses pengecoran
IV. Langkah-langkah yang harus diperhatikan
1. Perancangan Dan Pembuatan Pola
Proses pembentukan benda kerja dengan
metoda penuangan logam cair ke dalam
cetakan pasir (sand
casting), secara sederhana cetakan pasir ini dapat
diartikan sebagai
rongga hasil pembentukan dengan cara mengikis berbagai bentuk
benda pada
bongkahan dari pasir yang kemudian rongga tersebut diisi dengan
logam yang telah
dicairkan melalui pemanasan (molten metals). Cetakan pasir untuk pembentukan benda
tuangan melalui pengecoran harus dibuat dan dikerjakan
sedemikian rupa dengan
bagian-bagian yang lengkap sesuai dengan bentuk benda kerja
sehingga diperoleh
bentuk yang sempurna sesuai dengan yang kita kehendaki.
Bagian-bagian dari cetakan
pasir ini antara lain meliputi :
Pola, mal atau model (pattern)
Inti (core)
Cope dan Drag,
Gate dan Riser
Pola, mal atau model (pattern), yaitu sebuah bentuk dan ukuran benda yang
menyerupai dengan bentuk asli benda yang dikehendaki, dimana
pola ini yang nantinya
akan dibentuk pada cetakan pasir dalam bentuk rongga atau yang
disebut moldjika
model ini dikeluarkan yang kedalamnya akan dituangkan logam
cair.
- Pola Tunggal
Pola ini dibentuk serupa dengan corannya, disamping itu kecuali
tambahan
penyusutan, tambahan penyelesaian mesin dan kemiringan pola,
kadangkadang dibuat
juga menjadi satu dengan telapak inti.
Gambar 2. Pola Tunggal
- Pola Ganda
Pola ini dibelah ditengah untuk memudahkan membuat cetakan.
Permukaan pisahnya
kalau mungkin dibuat satu bidang.
Gambar 3. Pola Ganda
Pola menentukan hasil dari coran, oleh
karena itu diperlukan dasar-dasar pengetahuan
tentang perancangan. Sebelum kita membuat pola, terlebih dahulu
memerlukan gambar
perancangan. Bahan–bahan pola yang biasa digunakan yaitu : kayu,
lilin (wax), logam.
Pola kayu banyak dipakai karena lebih
murah, cepat dibuatnya dan mudah diolah. Oleh
karena itu untuk pola kayu biasanya dipakai untuk cetakan pasir.
Alat-alat yang
digunakan untuk membentuk pola dari kayu ialah pahat, mesin
bubut kayu, gerinda
kayu, amplas dan lain-lain.
Pada proses pembuatan pola ada beberapa hal
penting yang harus diperhatikan,
yaitu:
·
Permukaan
pola (baik pola benda coran, gatting
system dan riser)
harus baik dan
halus agar tidak merusak cetakan pada proses pelepasan pola.
·
Dimensi
dari pola benda coran harus dibuat penambahan + 5mm dari ukuran
sebenarnya untuk mencegah penyusutan yang
terjadi dan untuk proses finishing
dari benda coran.
·
Faktor kemiringan
pola sangat diutamakan, hal ini bertujuan agar memudahkan
pengangkatan pola dari cetakan, sehingga tidak merusak cetakan.
Besar kemiringan pola +2⁰
Inti (core), inti ini merupakan bagian khusus untuk yang berfungsi sebagai
bingkai untuk melindungi struktur model yang akan dibentuk,
dengan demikian keadaan
ketebalan dinding, lubang dan bentuk-bentuk khusus dari benda
tuangan (casting) tidak
Pemeriksaan Pola
- Pemeriksaan dengan penglihatan
Pemeriksaan dengan penglihatan dilakukan
sejak dari pola sampai ke kotak inti.
Rencana, pandangan muka, pandangan samping dari gambar
ditempatkan di
samping pola pada arah yang sama, dicek dengan memutar dan
membandingkannya. Pengecekan dilakukan dimulai dari garis tengah
untuk
bagian-bagian utama, kemudian dari kiri ke kanan dan akhirnya
dari atas ke
bawah.
- Pemeriksaan ukuran
Setelah mempersiapkan mistar susut,
pengukur permukaan, jangka ukur, dan alat
pengukur umum lainnya yang diperlukan untuk pemeriksaan, maka
pemeriksaan
ukuran dilakukangambar perencanaan menjadi gambar untuk
pengecoran, dengan pertimbanggan
sebagai berikut :
1. bagaimana membuat coran yang baik,
2. bagaimana menurunkan biaya pembuatan cetakan,
3. bagaimana membuat pola yang mudah,
4. bagaimana menstabilkan inti-inti,
5. bagaimana cara mempermudah pembongkaran cetakan,
6. bagaimana menetapkan arah kup dan drag serta posisi permukaan
pisah,
7. bagian yang dibuat oleh cetakan utama dan bagian yang dibuat
oleh inti.
8. menetapkan tambahan penyusutan, tambahan untuk penyelesaian
dengan mesin, kemiringan pola.
Dalam merencanakan pembuatan inti tidak
dapat dilupakan dengan apa yang
dinamakan telapak inti. Dimana yang dimaksud dengan telapak Inti
adalah :
·
Untuk
menempatkan inti, membawa dan menentukan letak dari inti. Pada dasarnya
dibuat dengan menyisipkan bagian dari inti.
·
Untuk
menyalurkan udara dan gas-gas dari cetakan yang keluar melalui inti. Kalau
cetakan telah terisi penuh oleh logam, gas-gas dari inti dibawa
keluar melalui telapak
inti.
·
Untuk
memegang inti. Kalau cetakan telah terisi penuh oleh logam, ia mencegah
bergesernya inti dan memegang inti terhadap daya apung dari
logam cair. Penentuan
bentuk dan ukuran dari telapak inti harus direncanakan dengan
teliti untuk
menyederhanakan cetakan, dan agar didapat coran yang baik serta
menaikkan
produktivitas.
Penentuan kup, drag dan permukaan pisah
adalah hal yang paling penting untuk
mendapat coran yang baik. Hal mana membutuhkan pengalaman yang
luas dan pada
umumnya harus memenuhi ketentuan-ketentuan di bawah ini.
a. Pola harus mudah dikeluarkan dari cetakan.
Permukaan pisah harus satu bidang Pada
dasarnya kup dibuat agak dangkal.
b. Penempatan inti harus mudah. Tempat inti
dalam cetakan utama harus ditentukan
secara teliti.
c. Sistim saluran harus dibuat sempurna untuk
mendapat aliran logam cair yang
optimum.
d. Terlalu banyak permukaan pisah akan
mengambil banyak waktu dalam proses
pembuatan cetakan
yang menyebabkan tonjolan-tonjolan sehingga pembuatan polamenjadi mahal.
Penghematan jumlah permukaan pisah itu harus dipertimbangkan.
Dalam pengecoran, kita bukan hanya
membutuhkan pola benda coran tetapi kita
juga memerlukan pola gatting system, yaitu sistem aliran untuk mengalirkan logam cair
ke dalam cetakan benda coran. .Gatting
systemdibagi
atas 4 bagian, yaitu:
1. Cawan tuang
2. Saluran turun
3. Saluran pengalir
4. Saluran masuk
Tujuan dari gatting system ini adalah untuk mengatur kecepatan aliran logam
cair ke dalam rongga cetakan, sehingga rongga cetakan terisi
secara sempurna. Dan juga
agar slag logam cair tidak ikut masuk kedalam rongga cetakan.
Selain pola benda coran dan pola gatting system kita juga memerlukan pola riser
atau pola penambah. Riser
atau penambah juga diperlukan untuk
mengimbangi
penyusutan (Shrinkage) pada saat logam cair tersebut membeku.
Karena setiap logam
mempunyai nilai penyusutan tersendiri.
Contoh macam-macam saluran tuang yang
dipakai dalam pengecoran. Lihat
gambar 8, yaitu:
1. saluran pisah
2. saluran langsung
3. saluran bawah
4. saluran cincin
5. saluran terompet
6. saluran bertingkat
7. saluran baji
Istilah-istilah dan fungsi dari
sistim saluran.
Sistim saluran adalah jalan masuk bagi
cairan logam yang dituangkan ke dalam
rongga cetakan. Tiap bagian diberi nama, dari mulai cawan tuang
dimana logam cair
dituangkan dari ladel, sampai saluran masuk ke dalam rongga
cetakan. Nama-nama itu
ialah: cawan tuang, saluran turun, pengalir dan saluran masuk.
CAWAN TUANG
Cawan tuang merupakan penerima yang
menerima cairan logam langsung dari ladel.
Saluran turun adalah saluran yang pertama yang membawa cairan
logam dari cawan
tuang ke dalam pengalir dan saluran masuk. Pengalir adalah
saluran yang membawa
logam cair dari saluran turun ke bagian-bagian yang cocok pada
cetakan. Saluran masuk
adalah saluran yang mengisikan logam cair dari pengalir ke dalam
rongga cetakan.
Cawan tuang biasanya berbentuk corong atau
cawan dengan saluran turun di
bawahnya. Cawan tuang harus mempunyai konstruksi yang tidak
dapat melalukan
kotoran yang terbawa dalam logam cair dari ladel. Karenanya
cawan tuang tidak boleh
terlalu dangkal. Kalau perbandingan antara :H (tinggi logam cair dalam cawan tuang)
dand
(diameter cawan), harganya terlalu kecil,
umpamanya kurang dari 3, maka akan
terjadi pusaranpusaran dan timbullah terak atau kotoran yang
terapung pada permukaan
logam cair.
Oleh karena itu kedalaman cawan tuang
biasanya 5 sampai 6 kali diameternya.
Ada cawan tuang yang diperlengkapi dengan inti pemisah seperti
ditunjukkan pada
Gambar, dimana logam cair dituangkan di sebelah kiri dari
saluran turun. Dengan
demikian inti pemisah akan menahan terak atau kotoran, sedangkan
logam bersih akan
lewat di bawahnya kemudian masuk ke saluran turun.
Kadang-kadang satu sumbat ditempatkan pada
jalan masuk dari saluran turun
agar aliran logam cair pada saluran masuk cawan tuang selalu
terisi oleh logam (lihat
Gambar). Dengan demikian kotoran dan terak akan terapung pada
permukaan dan
terhalang untuk masuk ke dalam saluran turun. Kalau cawan
tuangnya terlalu kecil
dibandingkan dengan coran, maka logam cair harus diberikan di
tengahnya beberapa
kali. Kadang-kadang cawan tuang dibuat besar agar logam cair
tinggal di dalamnya
setelah rongga cetakan terisi oleh logam. Gambar menunjukkan
sumbat saluran turun
yang dibuat dari grafit dengan pegangan batang baja liat yang
menyaring saluran turun
dan terapung setelah penuangan.
Saluran Turun
Saluran turun dibuat lurus dan tegak dengan
irisan berupa lingkaran. Kadangkadang
irisannya sama dari atas sampai bawah dipakai kalau dibutuhkan
pengisian yang
cepat dan lancar atau mengecil dari atas ke bawah dipakai
apabila diperlukan penahanan
kotoran sebanyak mungkin. Saluran turun dibuat dengan melubangi
cetakan dengan
mempergunakan satu batang atau dengan memasang bumbung tahan
panas yang dibuat
dari samot (batu tahan api). Samot ini cocok untuk membuat
saluran turun yang
panjang 10 cm.
Pengalir
Pengalir biasanya mempunyai irisan seperti rapezium
atau setengah lingkaran
sebab irisan demikian mudah dibuat pada permukaan pisah, lagi
pula pengalir
mempunyai luas permukaan yang terkecil untuk satu luas irisan
tertentu, sehingga lebih
efektip untuk pendinginan yang lambat. 11 Pengalir lebih baik
sebesar mungkin untuk
melambatkan pendinginan logam cair. Tetapi kalau terlalu besar
tidak ekonomis.
Karena itu ukuran yang cocok harus dipilih sesuai dengan
panjangnya.
Logam cair dalam pengalir masih membawa
kotoran yang terapung, terutama
pada permulaan penuangan, sehingga harus dipertimbangkan untuk
membuang kotoran
tersebut, sekalipun logam cair sudah ada di dalam pengalir. Ada
beberapa cara untuk itu
yaitu sebagai berikut :
1. Perpanjangan pemisah dibuat pada ujungsaluran pengalir. Logam
cair
yangpertama masuk akan berkumpul di sini bersama kotoran yang
terbawa (Gambar).
2. Membuat kolam putaran pada saluran masuk.
Logam cair
Memasukikolam secara
tangetial dan berputarsehingga kotoran berkumpul di
tengahkolam.
3. Saluran turun bantu seperti ditunjukkan dalam Gambar. Logam
cair yang pertama
masuk bersama kotorannya akan tertampung di sini. Saluran turun
bantu ini
ditempatkan di tengah-tengah
4. Penyaring. Kotoran akan ditahan
di sini kalau logam
cair meialui inti penyaring atau piring saringan dengan
lubang-lubang kecil, yang
sebaiknya terbuat dari keramik. Piring ini kadang-kadang
dipasang pada pintu masuk
dari saluran turun.
Saluran Masuk
Saluran masuk dibuat dengan irisan yang
lebih kecil dari pada irisan pengalir,
agar dapat mencegah kotoran masuk ke dalam rongga cetakan.
Bentuk irisan saluran
masuk biasanya berupa bujur sangkar, ea rahm, segi tiga atau
setengah lingkaran,
yang membesar ea rah rongga cetakan untuk mencegah terkikisnya
cetakan. Kadangkadang
irisannya diperkecil di tengah dan diperbesar lagi daerah
rongga. Pada
pembongkaran saluran turun, irisan terkecil ini mudah diputuskan
sehingga mencegah
kerusakan pada coran .
2. Pembuatan Cetakan
Pada praktikum pengecoran logam di
laboratorium pengecoran teknik mesin
Universitas Gunadarma menggunakan metode pengecoran cetakan
pasir Co2 (Sand
Casting),
Maka hal-hal yang perlu dipersiapkan antara lain ialah: Pasir Silika, Water
glass, air, Cup & Drag, gas Co2 dan Bahan Coating
(Spirtus dan grafit).
Langkah pertama yaitu menentukan berapa
banyak pasir silika yang kita
butuhkan sesuai dengan cup & drag yang ada. Lalu kita
campurkan waterglass kedalam
pasir kemudian diaduk hingga rata. Waterglass yang dipakai
sekitar 3-6% berat pasir.
Setelah pasir dan waterglass rata, kemudian dimasukan kedalam
cup & drag yang telah
dimasukan terlebih dahulu pola coran. Setelah terisi penuh kita
tembakan gas Co2
hingga pasir keras. Kemudian pola bisa kita lepas dari cetakan.
3. Proses Peleburan
Logam yang kita lebur adalah logam
alumunium. Alumunium saat ini ialah
logam kedua terbanyak setelah besi karbon (cast iron) yang dipakai untuk komponen
mesin, contoh dalam bidang otomotif. Juga dipakai pada alat-alat
rumah tangga seperti
panci dll. Kelebihan dari alumunium ialah logam ini ringan,
kuat, konduktor panas dan
listrik yang baik setelah emas dan tembaga. Titik cair dari
alumunium murni + 6500C.
Tetapi alumunium jika dipadukan oleh unsur paduan maka titik
cairnya akan bertambah.
Unsur-unsur paduan yang biasanya dipakai sebagai paduan
aluminium adalah silikon,
tembaga, magnesium, timah dan lain-lain.
Alumunium cair sangat reaktif sekali
terhadap gas hidrogen (H).gas hidrogen
dapat membuat gelembung udara terikat didalam alumunium cair
yang mengakibatkan
porositas pada produk coran nantinya. Reaksi kimianya:
3H2O +
2AL 6H + AL2O3
Steam Alumunium Hidrogen Alumunium oxide
Untuk mencegah porositas pada logam
alumunium maka dapat dilakukan
beberapa cara, antara lain dengan melindungi alumunium cair
menggunakan gas
nitrogen (N2). Karena gas nitrogen mengikat hidrogen
sebagai penyebab porositas pada
alumunium. Caranya yaitu dengan menyemburkan gas nitrogen diatas
alumunium cair
hingga alumunium cair tersebut masuk kedalam cetakan. atau
dengan cara
menggunakan flux . Yaitu flux ditaburkan pada permukaan
alumunium cair secara
merata yang bertujuan agar gas hidrogen tidak dapat masuk
kedalam alumunium cair.
Ada 4 macam flux yang dipakai dalam membuat
produk alumunium menjadi
lebih baik dalam hal sifat-sifat fisik ataupum mekanik, yaitu:
• Covering fluxes
Digunakan untuk mencegah gas hidrogen masuk kedalam alumunium
cair
• Cleaning fluxes
Untuk menghilangkan kandungan padat nonmetalik dari alumunium
cair
• Degassing fluxes
Dimasukan kedalam alumunium cair untuk menghilangkan gas yang
terjebak
dalam alumunium cair yang dapat menyebabkan porositas
• Drossing-off fluxes
Digunakan untuk memperbaiki logam alumunium dari drosses