TEKNIK PENGECORAN DENGAN CETAKAN PASIR

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 204^o sampai 316^oC. 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.    Alatbantu

Alat-alatbantu yang dipergunakan untuk membuat cetakan pasir dapat di lihat pada gambardi bawah ini.

Gambar2.

 Alat Bantu dalam Proses pengecoran

 A.   PROSES PEMBUATAN RANGKA CETAKAN PASIR

1.    Beberapaindikator untuk menentukan kualitas cetakan pasir :

a.      Kekuatan,kemampuan cetakan untuk mempertahankan bentuknya dan tahan terhadap pengikisanoleh aliran logam cair. Hal ini tergantung pada bentuk pasir, kualitas pengikatdan faktor-faktor yang lain.

b.     Permeabilitas,kemampuan cetakan untuk membebaskan udara panas dan gas dari dalam cetakanselama operasi pengecoran melalui celah-celah pasir cetak.

c.      Stabilitastermal, kemampuan pasir pada permukaan rongga cetak untuk menahan keretakan danpembengkokan akibat sentuhan logam cair.

d.     Kolapsibilitas(collapsibility), kemampuan cetakanmembebaskan 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.    Tahapanpengecoran logam dengan cetakan pasir :

Dalam gambar 2ditunjukkan tahapan pengecoran logam dengan menggunakan cetakan pasir sebagaiberikut :

a.      Pembuatan pola, sesuai dengan bentuk coran yangakan 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.

Gambar3.Tahapan pengecoran logam dengan cetakan pasir

4.   Saluranmasuk, penambah, dan karakteristik pembekuan

Sistem saluran masuk (gating system) untuk mengalirkanlogam 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 denganmempertimbangkan faktor-faktor berikut:

a.      Aliranlogam hendaknya memasuki rongga cetakan pada dasar atau dekat dasarnya denganturbulensi seminimal mungkin. Hal ini perlu diperhatikan, khususnya pada bendatuang yang kecil

b.     Pengikisandinding saluran masuk dan permukaan rongga cetakan harus ditekan denganmengatur aliran logam cair atau dengan menggunakan inti pasir kering.

c.      Aliranlogam cair yang masuk harus diatur sedemikian sehingga terjadi solidifikasiterarah. Solidifikasi hendaknya mulai dari permukaan cetakan kea rah logam cairsehingga selalu ada logam cair cadangan untuk menutupi kekurangan akibatpenyusutan.

d.     Usahakanlahagar slag, kotoran atau partikel asing tidak dapat masuk ke dalam ronggacetakan.

Gambar 4. Carian pengaliran logam cair ke dalam ronggacetakan

#Catatan:Kadang-kadang diperlukan perlakuanpanas terhadap produk coran untuk memperbaiki sifat-sifat metalurginya.

5.    Tahapanpembuatan 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

Peleburanlogam merupakan aspek terpenting dalam operasi-operasi pengecoran karenaberpengaruh langsung pada kualitas produk cor. Pada proses peleburan, mula-mulamuatan yang terdiri dari logam, unsur-unsur paduan dan material lainnya sepertifluks dan unsur pembentuk terak dimasukkan kedalam tungku.Fluksadalah senyawa inorganic yang dapat “membersihkan” logam cairdengan menghilangkan gas-gas yang ikut terlarut dan juga unsur-unsur pengotor (impurities). Fluks memiliki beberpakegunaan yang tergantung pada logam yang dicairkan, seperti pada paduanalumunium terdapatcover fluxes(yangmenghalangi oksidasi dipermukaan alumunium cair).Cleaning fluxes,drossingfluxes,refining fluxes, danwall cleaning fluxes.

Tungku-tungkupeleburan yang biasa digunakan dalam industri pengecoran logam adalah tungkubusur listrik, tungku induksi, tungku krusibel, dan tungku kupola.Karakteristik masing-masing tungku peleburan adalah :

Tungku kupola

     Tungkuini terdiri dari suatu saluran/bejana baja vertikal yang didalamnya terdapatsusunan bata tahan api

     Muatanterdiri dari susunan atau lapisan logam, kokas dan fluks

     Kupoladapat beroperasi secara kontinu, menghasilkan logam cair dalam jumlah besar danlaju peleburan tinggi

MuatanKupola

-        Besi kasar (20 % - 30 %)

-        Skrap baja (30 % - 40 %)

Kadarkarbon dan silikon yang rendah adalah menguntungkan untuk mendapat coran denganprosentase karbon dan Si yang terbatas. Untuk besi cor kekuatan tinggiditambahkan dalam jumlah yang banyak.

       Skrap balik

Yangdimaksud 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-Mnditambahkan untuk mengatur komposisi. Prosentase karbon berkurang karenaoksidasi logam cair dalam cerobong dan pengarbonan yang disebabkan oleh reaksiantar logam cair dengan kokas. Prosentase karbon terutama diatur olehperbandingan besi kasar dan skrap baja. Tambahan harus dimasukkan dalamperhitungan untuk mengimbangi kehilangan pada saat peleburan. Penambahandimasukkan 10 sampai 20 % untuk Si dan 15 sampai 30 % untuk Mn.

Prosentase steel bertambah karenapengambilan steel darikokas. Peningkatan kadar belerang (steel) yangdiperbolehkan biasanya 0,1 %.

B.   PROSES PEMBUATAN MODEL CETAKAN PASIR

1.    Pola

Pola merupakan gambarandari bentuk produk yang akan dibuat. Pola dapat dibuat dari kayu,plastic/polimer atau logam. Pemilihan material pola tergantung pada bentuk danukuran produk cor, akurasi dimensi, jumlah produk cor dan jenis prosespengecoran yang digunakan.

Jenis-jenis pola :

a.     Pola tunggal (one pice pattern/solidpattern)

Biasanyadigunakan untuk bentuk produk yang sederhana dan jumlah produk sedikit. Polaini dibuat dari kayu dan tentunya tidak mahal.

b.      Pola terpisah (spilt pattern)

Terdiridari dua buah pola yang terpisah sehingga akan diperoleh rongga cetak darimasing-masing pola. Dengan pola ini, bentukproduk yang dapat dihasilkan rumitdari pola tunggal.

c.      Match-piate pattern

Jenisini popular yang digunakan di industri. Pola “terpasang jadi satu” dengan suatubidang datar dimana dua buah pola atas dan bawah dipasang berlawanan arah padasuatu pelat datar. Jenis pola ini sering digunakan bersama-sama dengan mesinpembuatan cetakan dan dapat menghasilkan laju produksi yang tinggi untuk produk-produkkecil.

d.     Pola cope dan drug

Polaini hampir sama dengan pola dengan papan penyambung, tetapi pada pola ini duabagian dari pola belah masing-masing ditempelkan pada papan yang terpisah. Polaini biasanya juga dilengkapi dengan sistem saluran masuk dan riser.

Gambar 5.(a) pola tunggal (b)pola terpisah (c) pola match-plate pattern (d) pola cope

2.    Hal yang perlu diperhatikan dalam prosespembentukan pola atau model cetakan pasir

a.     KetepatanUkuran Coran

Pada pembuatan polaharus diperhatikan beberapa hal antara lain: pengaruh penyusutan logam cair,ketirusan, penyelesaian, distorsi dan kelonggaran, sehingga kita dapatmemperoleh benda cor yang benar-benar sesuai dengan benda yang akan dibuat.

b.      Penyusutan

Karena hampir semuajenis logam menyusut pada waktu pembekuan, pada waktu membuat pola perluditambahkan ukuran penyusutan. Untuk kemudahan, untuk besi cor dapat digunakanmister susut yang 1,04% atau 0,00104 mm/mm lebih panjang dari ukuran standar.Direncanakan suatu roda gigi yang bila pemesinan telah selesai, mempunyaidiameter luar 150 mm. Untuk brons perlu ditambah 1,56%, baja 2,08%, aluminiumdan magnesium 1,30%.

c.      Tirus

Bila pola yang dapatdiangkat dikeluarkan dari cetakan, kadang-kadang tepi cetakan pasir yangbersentuhan dengan pola terangkat. Oleh karena itu untuk memudahkan pengeluaranpola, maka sisi tegak pola dimiringkan. Untuk permukaan luar, biasanya dipakaipenambahan sebesar 1,04% hingga 2,08%. Untuk lubang di sebelah dalam dapatdigunakan kemiringan sampai 6,25%.

d.     Penyelesaian

Permukaan coran yangakan mengalami pemesinan biasanya diberi tanda tertentu. Tanda tersebut berartibahwa pola harus dipertebal, sehingga cukup bahan untuk diselesaikan. Umumnyapenambahan adalah 3,0 mm. Untuk pola yang besar suaian tersebut harus ditambahkarena ada kemungkinan bahwa benda cor akan melengkung.

e.      Distorsi

Distorsi terjadi padabenda coran dengan bentuk yang tidak teratur karena sewaktu membeku terjadipenyusutan yang tidak merata. Kemungkinan ini perlu diperhitungkan sewaktumembuat pola.

f.      Kelonggaran

Bila pasir di sekitarpola ditumbuk-tumbuk kemudian pola dilepaskan, pada umumnya ruangan pola akanlebih besar sedikit. Pada benda cor yang besar atau benda cor yang tidakmengalami penyelesaian, hal ini dapat diatasi dengan membuat pola yang kecilsedikit.

Add to Cart