MACAM-MACAM CETAKAN LOGAM

                                      MACAM-MACAM CETAKAN LOGAM

                                                                           

                                                                       OLEH:

                                                       Nama:KHOIRUMANSYAH

                                                          Jurusan:Teknik Industri

                                                            FAKULTAS TEKNIK

                                             UNIVERSITAS ISLAM SUMATERA UTARA

                                                                         MEDAN

PENDAHULUAN

Macam-macam bahan logam (materials metals)

1.      Besi (Iron) 

Besi kasar yang diperoleh melalui pencairan didalam dapur tinggi dituangkan kedalam cetakan yang berbentuk setengah bulan dan diperdagangkan secara luas untuk dicor ulang pada cetakan pasir yang disebut sebagai “Cast Iron” (besi tuang) sebagai bahan baku produk, dimana besi tuang akan diproses menjadi baja pada dapur-dapur baja yang akan menghasilkan berbagai jenis baja.

2. Tembaga (Copper)

Tembaga murni digunakan secara luas pada industri perlistrikan, dimana salah satu sifat yang baik dari Tembaga (Copper) ialah merupakan logam conductor yang baik (Conductor Electricity) kendati tegangannya rendah. Pada jenis tertentu tembaga dipadukan dengan seng sehingga tegangannya menjadi kuat, paduan Tembaga Seng ini yang dikenal dengan nama Kuningan (Brass), atau dicampur Timah (Tin) untuk menjadi Bronze. Brass diextrusi kedalam berbagai bentuk komponen peralatan listrik atau peralatan lain yang memerlukan ketahanan korosi. Produk Brass yang berbentuk lembaran (sheet) sangat liat, dibentuk melalui pressing dan deep-drawing. Bronze yang diproduksi dalam bentuk lembaran memiliki tegangan yang cukup baik dan sering ditambahkan unsur Phosporus yang dikenal dengan Phosphor-Bronze.

3. Timah hitam atau Timbal (Lead)

Timah hitam atau Timbal (Lead) memiliki ketahanan terhadap serangan bahan kimia terutama larutan asam sehingga cocok digunakan pada Industri Kimia. Bahan Timah Hitam (Plumber) juga sering digunakan sebagai bahan flashing serta bahan paduan solder Juga digunakan sebagai lapisan bantalan paduan dengan penambahan free-cutting steel akan menambah sifat mampu mesin (Machinability).

4. Seng (Zinc) Seng (Zinc)

dipadukan dengan tembaga akan menghasilkan kuningan (Brass). Dengan menambah berbagai unsur bahan ini sering digunakan sebagai cetakan dalam pengecoran komponen Automotive. Seng (Zinc) digunakan pula untuk tuangan sell battery serta bahan galvanis untuk lapisan anti karat pada baja.

5. Aluminium (Aluminium) 

Paduan Alumunium (Aluminium Alloy) digunakan sebagai peralatan aircraft, automobiles serta peralatan teknik secara luas karena sifatnya yang kuat dan ringan. Aluminium juga digunakan secara luas sebagai bahan struktur peralatan dapur saerta berbagai pembungkus yang tahan panas.

6. Nickel dan Chromium (Nickel and Chromium)

Nickel dan Chromium (Nickel and Chromium) digunakan secara luas sebagai paduan dengan baja untuk memperoleh sifat khusus juga digunakan sebagai lapisan pada berbagai logam.

7. Titanium (Ti) Titanium (Ti)

logam dengan warna putih kelabu dengan kekuatan setara baja dan stabil hingga temperature 4000C memiliki berat jenis 4,5 kg/dm3. Titanium digunakan sebagai pemurni baja

JENIS – JENIS CETAKAN

Ada lebih dari satu jenis cetakan pengecoran yang digunakan dalam pengecoran logam. Masing-masing jenis cetakan digunakan oleh satu atau lebih metode pengecoran logam. Ini kombinasi dari cetakan dan metode memungkinkan untuk berbagai ukuran casting, jumlah dan sifat.  

1. Grafit cetakan - Aluminium pengecoran sentrifugal sering menggunakan cetakan grafit dan inti. Proses ini juga menggunakan pendinginan cepat menghasilkan casting dengan kualitas tidak direproduksi oleh metode lain.

Grafit, sebagaimana berlian, adalah bentuk alotrop karbon, karena kedua senyawa ini mirip namun struktur atomnya mempengaruhi sifat kimiawi dan fisikanya.

Grafit terdiri atas lapisan atom karbon, yang dapat menggelincir dengan mudah. Artinya, grafit amat lembut, dan dapat digunakan sebagai minyak pelumas untuk membuat peralatan mekanis bekerja lebih lancar.

Grafit sekarang umum digunakan sebagai "timbal" pada pensil.Grafit berwarna kelabu. Akibat delokalisasi elektron antar-permukannya, grafit dapat berfungsi sebagai konduktor listrik.

Secara alamiah, grafit ditemukan di Sri Lanka, Kanada dan Amerika Serikat. Grafit juga disebut sebagai timbal hitam.

Grafit dinamai oleh Abraham Gottlob Werner pada tahun 1789 dengan mengambil kata dari bahasa Yunani. Grafit juga bisa dibuat menjadi isi pensil.

                                                  

a.       Grafit

2. Cetakan pasir - Jenis cetakan pengecoran dibuat dari ditekan kering atau pasir "hijau" yang terkandung dalam "botol" atau kotak. Menggunakan pola logam atau kayu yang menciptakan rongga di pasir di mana logam cair dituangkan.

teknik cetakan pasir pengecoran logam

Terminologi Pengecoran dengan Cetakan Pasir

Secara umum cetakan harus memiliki bagian-bagian utama sebagai berikut :
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.
2. Core (inti)

 fungsinya adalah membuat rongga pada benda coran. Inti dibuat terpisah dengan cetakan dan dirakit pada saat cetakan akan*digunakan. Bahan inti harus tahan menahan temperatur cair logam paling kurang bahannya dari pasir.

3.    Gating sistem (sistem saluran masuk),

merupakan saluran masuk kerongga cetakan dari saluran turun. Gating sistem suatu cetakan dapat lebih dari satu, tergantung dengan ukuran rongga cetakan yang akan diisi oleh logam cair.
4. 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.

5.    Raiser (penambah),

merupakan cadangan logam cair yang berguna dalam mengisi kembali rongga cetakan bila terjadi penyusutan akibat solidifikasi.

C. Pengecoran Cetakan Pasir

Pengecoran dengan cetakan pasir melibatkan aktivitas-aktivitas seperti menempatkan pola dalam kumpulan pasir untuk membentuk rongga cetak, membuat sistem saluran, mengisi rongga cetak dengan logam cair, membiarkan logam cair membeku, membongkar cetakan yang berisi produk cord an membersihkan produk cor. Hingga sekarang, proses pengecoran dengan cetakan pasir masih menjadi andalan industri pengecoran terutam industri-industri kecil. Tahapan yang lebih umum tentang pengecoran cetakan pasir diperlihatkan dalam gambar 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 temperature 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 factor 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

Ada tiga jenis cetakan pasir yaitu green sand, cold-box dan no-bake mold. Cetakan yang banyak digunakan dan paling murah adalah jenis green sand mold (cetakan pasir basah). 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.

Dalam cetakan kotak dingin (box-cold-mold), pasir dicampur dengan pengikat yang terbuat dari bahan organik dan in-organik dengan tujuan lebih meningkatkan kekuatan cetakan. Akurasi dimensi lebih baik dari cetakan pasir basah dan sebagai konsekuensinya jenis cetakan ini lebih mahal.

Dalam cetakan yang tidak dikeringkan (no-bake mold), resin sintetik cair dicampurkan dengan pasir dan campuran itu akan mengeras pada temperatur kamar. Karena ikatan antar pasir terjadi tanpa adanya pemanasan maka seringkali cetakan ini disebut juga cold-setting processes. Selain diperlukan cetakan yang tinggi, beberapa sifat lain cetakan pasir yang perlu diperhatikan adalah permeabilitas cetakan (kemampuan untuk melakukan udara/gas).

3. Pola

Pola merupakan gambaran dari bentuk produk yang akan dibuat. Pola dapat dibuat dari kayu, plastic/polimer atau logam. Pemilihan material pola tergantung pada bentuk dan ukuran produk cor, akurasi dimensi, jumlah produk cor dan jenis proses pengecoran yang digunakan.
Jenis-jenis pola :

Pola tunggal (one pice pattern / solid pattern)

Biasanya digunakan untuk bentuk produk yang sederhana dan jumlah produk sedikit. Pola ini dibuat dari kayu dan tentunya tidak mahal.

  Pola terpisah (spilt pattern)

Terdiri dari dua buah pola yang terpisah sehingga akan diperoleh rongga cetak dari masing-masing pola. Dengan pola ini, bentukproduk yang dapat dihasilkan rumit dari pola tunggal.

Match-piate pattern    
Jenis ini popular yang digunakan di industri. Pola “terpasang jadi satu” dengan suatu bidang datar dimana dua buah pola atas dan bawah dipasang berlawanan arah pada suatu pelat datar. Jenis pola ini sering digunakan bersama-sama dengan mesin pembuatan cetakan dan dapat menghasilkan laju produksi yang tinggi untuk produk-produk kecil.

4. 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).

Agar inti tidak mudah bergeser pada saat penuangan logam cair, diperlukan dudukan inti (core prints). Dudukan inti biasanya dibuatkan pada cetakan seperti pada gambar 8. pembuatan inti serupa dengan pembuatan cetakan pasir yaitu menggunakan no-bake, cold-box dan shell. Untuk membuat cetakan diperlukan pola sedangkan untuk membuat inti dibutuhkan kotak inti.

4.      Operasi Pengecoran Cetakan Pasir

Operasi pengecoran dengan cetakan pasir melibatkan tahapan proses perancangan produk cor, pembuatan pola dan inti, pembuatan cetakan, penuangan logam cair dan pembongkaran produk cor. Tahapan lebih rinci terlihat pada gambar Dibawah ini :

Setelah proses perancangan produk cor yang menghasilkan gambar teknik produk

(a)    dilanjutkan dengan tahapan-tahapan berikutnya :

(b)   Menyiapkan bidang dasar datar atau pelat datar dan meletakan pola atas (cope) yang sudah ada dudukan inti dipermukaan pelat datar tadi.

(c)    Seperti pada langkah c, untuk cetakan bagian bawah (drag) beserta sistem saluran.

(d)   Menyiapkan koak inti (untuk pembuatan inti)

(e)    Inti yang telah jadi disatukan (inti yang dibuat berupa inti setengah atau paroan inti)

(f)    Pola atas yang ada dipermukaan pelat datar ditutupi oleh rangka cetak atas (cope) dan ditambahkan system saluran seperti saluran masuk dan saluran tambahan (riser). Selanjutnya diisi dengan pasir cetak.

(g)   Setelah diisi pasir cetak dan dipadatkan, pola dan system saluran dilepaskan dari cetakan

(h)   Giliran drag diisi pasir cetak setelah menempatkan rangka cetak diatas pola dan pelat datar.

(i)     Setelah disi pasir cetak dan dipadatkan, pola dilepaskan dari cetakan

(j)     Inti ditempatkan pada dudukan inti yang ada pada drag.

(k)   Cope dipasangkan pada drag dan dikunci kemudian dituangkan logam cair.

(l)     Setelah membeku dan dingin, cetakan dibongkar dan produk cor dibersihkan dari sisa-sisa pasir cetakan.

(m) Sistem saluran dihilangkan dari produk cor dengan berbagai metoda dan produk cor siap untuk diperlakukan lebih lanjut.

Dalam teknik pengecoran logam fluiditas tidak diartikan sebagai kebalikan dari viskositas, akan tetapi berarti kemampuan logam cair untuk mengisi ruang-ruang dalam rongga cetak. Fluiditas tidak dapat dikaitkan secara langsung dengan sifat-sifat fisik secara individu, karena besaran ini diperoleh dari pengujian yang merupakan karakteristik rata-rata dari bebrapa sifat-sifat fisik dari logam cair.

6. Cetakan permanen

Sebuah cetakan permanen biasanya terbuat dari baja atau besi dan digunakan dengan gravitasi atau pengecoran vakum. Cetakan jenis kedua ini dapat digunakan berulang-ulang. Biasanya cetakan ini terbuat dari logam. Karakteristik cetakan jenis ini adalah terbuat dari dua atau lebih bagian yang dapat dibuka untuk mengeluarkan komponen cor. Beberapa hal yang terkait dengan cetakan permanen :

•Cetakan dipindahkan, bukan dihancurkan.

•Menggunakan bantuan gravitasi.

•Aliran Logam lambat.

•Cetakan juga berasal dari logam dengan conductivity thermal yang bagus.

•Cetakan permanen terdiri dari dua sisi yang terbuat dari logam dan dirancang untuk memudahkan pembukaan/penutup secara akurat.

◦Material cetakan: steel atau cast iron.

◦Logam yang dicor: aluminum, magnesium, copper-based alloy dan cast iron.

◦Inti terbuat dari logam. Jika pelepasan /pengeluaran inti sulit, digunakan pasir
(semipermanent-mold casting).

Macam-macam cetakan permanen adalah sebagai berikut :

1.      Die Casting

Die casting merupakan proses pengecoran cetakan permanen. Proses secara umumnya adalah dengan penginjeksian logam lebur ke dalam rongga cetakan dengan tekanan yang tinggi (7– 350Mpa). Cetakan yang digunakan disebut dies. Menggunakan mesin yang disebut Hot-chamber dan Cold-chamber. Pengecoran ini digunakan untuk logam dengan temperatur yang lebih tinggi.

2.      Permanent Mold Casting

Cetakan permanen banyak dibuat dari logam dan grafit. Kadang-kadang ditambahkan dengan sedikit pasir sebagai inti atau pelapis permukaan rongga cetakan. Proses ini hanya cocok untuk jumlah produksi besar dengan produk yang sama. Pada umumnya proses pengecoran dengan cetakan permanen terbatas pemakaiannya pada pengecoran logam-logam non ferous dan paduannya.

3.      Centrifugal Casting

Proses pengecoran sentrifugal adalah suatu proses pengecoran yang dilakukan dengan cara menuangkan logam cair ke dalam cetakan yang berputar, sehingga dihasilkan coran yang mampat tanpa cacat sebagai akibat gaya sentrifugal.

7. Cetakan keramik

 Jenis jamur yang paling sering digunakan dengan proses lilin kehilangan pengecoran, di mana model lilin adalah pola yang digunakan untuk membuat cetakan. Ketika cetakan dipecat lilin meleleh keluar meninggalkan rongga untuk logam cair yang merupakan representasi sempurna dari pola asli.

8. Cetakan plester

Tipe lain dari pengecoran lilin yang hilang menciptakan cetakan keluar dari plester, bukan keramik.

 Dinamakan plaster of paris. Merupakan jenis bahan bangunan berdasarkankalsium sulfat hemihidrat. Digunakan dari bahan bangunan mirip adukan semen dandidapat dari pemanasan 150°C. Setelah pengeringan, plaster tetap sangat lembut danmudah dimanipulasi dengan alat logam maupun ampelas. Cocok sebagai finishing, bukan bahan materi. Karena waktu setting cepat, dibutuhkan retardans untuk memperlambat. Gipsum tipe I saat ini jarang digunakan dalam kedokteran gigi, lebih banyak diganti dengan 17lginate atau bahan elastomer. Gipsum tipe I biasa nyadigunakan untuk mencetak rahang tak bergigi dan memiliki kekuatan kompresi 580 +290 psi.

Dinamakan Plaster of model. Tipe ini umumnya digunakan di laboratoriumsebagai model studi pembangunan mengartikulasikan batu gips. Pada dasarnya bahangypsum tipe II sama dengan tipe I namun lebih kuat. Setting time 3 menit dan mudahdimanipulasi. Gipsum tipe II memliki harga paling murah diantara 17ypsum yanglain.

Biasanya berwarna putih alami, jadi terlihat kontras dengan stone yang padaumumnya berwarna dan memiliki kekuatan kompresi 1300 ps

9.      Shell cetakan

Resin terikat ke dalam pasir untuk membuat cetakan berdinding tipis. Meskipun proses ini menghasilkan coran dimensi akurat, juga merupakan proses yang lebih mahal. Proses Shell Molding (cetakan kulit) adalah salah satu proses pelapisan butir-butir pasir secara thermo setting resin yang mengawetkan panas pada model. Pelapisan dilakukan pada setiap butiran pasir yang dipanaskan lebih kurang 250 0 c dan model yang terbuat dari bahan baja atau besi cor yang juga dipanaskan sekitar 300 0 c . Maka terbentuklah “kulit pasir” dengan ketebalan 10-15mm. membentuk cetakan bagian atas dan bawah, karena pasir yang digunakan relatif halus maka produk casting mempunyai permukaan yang halus, dimensi-dimensi ukuran yang persisi. Jenis logam yang diproses tidak terbatas. Termasuk untuk baja karbon dan baja paduan. Hasil pengecoran umumnya digunakan untuk produk otomotif, permesinan dan lain- lain. Karena cetakan kulit mempunyai ketebalan yang terbatas, berat coran umumnya tidak lebih dari 150 kg.