1/25/2012
1
`
Pengerjaan logam dalam Proses Produksi dapat dibagi menjadi 6 group :Group I : primary forming Casting Group II : deforming Forming Group III: separating Machining Group IV: joining Welding Group V : coating Plating Group VI: changing material properties heat treatment
Dasar-dasar Pengecoran (Casting)
1/25/2012
3
Pengecoran/Casting : Proses penuangan logam cair dalam cetakan, kemudian mengeras sesuai dengan bentuk rongga cetakan. Pengecoran/Casting : Continuous Processes Batch Processes.
1/25/2012
4
CONTINUOU S CASTING CASTING BATCH CASTING
Proses Produksi I
1/25/2012
5
Continuous Casting : Merupakan metode tradisional untuk memproses logam cair menjadi slab, bloom billet secara kuntinyu.
Wednesday, January 25, 2012
6
Proses ini melibatkan sebuah ladel car yang mengantar baja cair ke sebuah tundish, yang kemudian dialirkan ke dua atau lebih container/ nosel .
1/25/2012
7
Proses pembekuan dilakukan dengan cara penyemprotan air sebelum masuk ke pasangan rol
Proses Produksi I
1/25/2012
8
Pada awal proses pembuatan slab, logam cair membeku membentuk sebuah bar yang kemudian logam ditarik turun melalui roll.
Pouring parameter: 25 mm/sec
Proses Produksi I
1/25/2012
9
Proses Produksi I
1/25/2012
10
Batch Processes : Pengecoran logam dari billet menjadi produk dengan berbagai pertimbangan bentuk komponen yang dihasilkan . Umumnya diikuti dengan pengerjaan pemesinan, khususnya untuk dua komponen yang akan dirakit.
1/25/2012
11
1/25/2012
12
Keuntungan dari proses pengecoran
Membentuk komponen geometri eksternal/internal yang komplek Dapat membuat komponen dengan dimensi besar Dapat dilakukan menggunakan berbagai jenis logam yang dapat dilebur. Umumnya cocok untuk produksi masal
Kekurangan
Keakuratan demensi geometrik dan kerataan permukaan yang rendah. Bahaya/resiko keselamatan kerja saat peleburan logam
1/25/2012
13
Pengecoran dapat diklasifikasi menjadi : o Cetakan habis pakai (expendable mold)x Cetakan harus dirusakan untuk mengeluarkan komponen hasil pengecoran. Cetakan yang terbuat dari: pasir, gips , keramik atau pasir yang menggunakan bahan-bahan perekat.
o Cetakan permanen (permanent mold)x Dapat digunakan berulang-ulang x Cetakan terbuat dari logam x Cetakan terbuat dari dua atau lebih bagian yang dapat dibuka untuk mengeluarkan komponen cor1/25/2012 14
Batch casting dapat dilakukan dengan berbagai cara yaitu :
Sand Casting Shell-mould casting Investment casting Permanent-mould casting Die casting Centrifugal casting, dll.
Proses Produksi I
1/25/2012
15
`
Sand Casting atau pengecoran dengan cetakan pasir merupakan proses pengecoran yang dilakukan sejak sebelum masehi (4000 BC) dan paling banyak digunakan sampai saat ini untuk pembuatan komponen mesin. Dapat digunakan untuk pengecoran logam yang memiliki temperatur lebur tinggi. Memiliki rentang ukuran dari kecil hingga besar dan rentang jumlah dari satu hingga jutaan
`
`
1/25/2012
16
Proses Produksi I
1/25/2012
17
Proses Produksi I
1/25/2012
18
`
Rongga cetakan (mould cavity),dibentuk menggunakan sebuah pola (pattern)
`
Pola (patern) terbuat dari kayu, plastikatau material lain berbentuk komponen yang akan dicor - Pola membentuk geometri eksternal - Inti (core) membentuk geomatri internal
`
Sistem saluran (Gatting system) :terdiri dari : pouring basin, sprue, runner, gate .
1/25/2012
19
1/25/2012
20
Merupakan gambar atau bentuk masif dari produk yang akan dibuat dengan ukuran/dimensi lebih besar dari ukuran produk akhir untuk mengkompensasi penyusutan yang terjadi (shrinkage allowance) serta kelonggaran untuk pemesianan (allowance machining)`
Shrinkage allowance :Besi cor: 0,8-1%; Baja: 1,5 -2%; Al : 1,0 -1,3%; Magnesium: 1,0 -1,3% Kuningan: 1,5%
`
Material pola: Kayu, Metal, Plastik
1/25/2012
21
Jenis Pola` ` `
`
Solid pattern Split pattern Match-plate pattern: bagian atas/bawah dalam satu plat , cocok untuk volume produksi tinggi (paling banyak digunakan) Cope-and-drag pattern: bagian atas/bawah dalam plat yang terpisah, cocok untuk volume produksi tinggi
1/25/2012
22
1/25/2012
23
incorrect
correct
Rancangan PolaHal yg perlu diperhitungkan : 1. Ketebalan dinding maximum`
Pengurangan ketebalan komponen untuk mempersingkat waktu penuangan, mengurangi volume ketebalan dinding komponen . Untuk memastikan keseragaman Non-uniform wall thickness (t pendinginan dan mengurangi cacat.
2. Keseragaman ketebalan dinding ,1
t2)
Uniform wall thickness (t1 = t2)
1/25/2012
24
incorrect
correct
3.Corners`
radius sudut harus sama dengan ketebalan dinding untuk mengurangi konsentrasi tegangan dan retak. Draft engle 20-30 utk bidang paralel, agar dapat memudahkan pengambilan pola dari dalam cetakan Tambahan dimensi 0.16-0.64 mm untuk memungkinkan pengerjaan akhir dengan pemesinan.
Sharp corner
Rounded corner
4. Draft`
5. Machining allowance
1/25/2012
25
1/25/2012
26
`
`
Gating systems ialah saluran tuang logam cair untuk memasuki cetakan (pasir, logam, dll) untuk mengisi seluruh rongga cetakan. Hukum-hukum aliran fluida yang umum digunakan untuk menghasilkan gatting system yang optimal . antara lain : Bernoulli s Theorem, Law of Continuity, dan Momentum Effects (Reynold s Number).
Proses Produksi I
1/25/2012
27
Terdiri dari :
Pouring Basin
: Corong/wadah yang ditempatkan pada bagian atas sprue. a. berfungsi untuk mengakomodasi aliran logam ke sprue. b. harus dirancang sedemikian rupa agar logam cair bisa mengalir lancar dengan energi potensial maksimum tanpa tekanan hidrostatik.
Sprue : dirancang untuk mengalirkan logamcair ke bagian runner . Pada sprue, energi potensial diubah menjadi energi kinetik. Bentuk sprue ini adalah meruncing ke bawah.Proses Produksi I 1/25/2012 28
Well : rongga di bagian dasar sprue ini dibuatuntuk memperlambat aliran logam cair (energi kinetik) dan juga untuk menyaring kotoran.
Runner : logam cair didistribusikan ke cetakanmelalui runner dirancang untuk memberikan harga aliran logam cair yang seragam pada berbagai bagian rongga, Runner dihubungkan oleh gate.
Riser : adalah reservoir logam cair yangdihubungkan ke benda casting . Menyediakan logam cair tambahan yang dibutuhkan oleh benda casting selama proses solidifikasi.
Proses Produksi I
1/25/2012
29
Gate : dirancang agar logam cair dapatmasuk secara perlahan ke dalam rongga cetak, selain itu untuk mempermudah pemisahan coran dari sistem saluran
Proses Produksi I
1/25/2012
30
Tujuan pembuatan gatting systems :
Mengisi rongga cetakan sepenuhnya sebelum pembekuan. Meminimize turbulence. Menghindari erosi Mengatur aliran logam. Logam cair dapat masuk ke cetakan melalui gating systems tanpa turbulensi dan penyerapan gas-gas yang minimum. Logam cair dapat mengisi penuh rongga cetakan dalam waktu yang sesingkat mungkin. Mencegah/meminimalisasi premature solidification. Mengatur kecepatan alir logam cair yang akan masuk ke mold cavity
Proses Produksi I
1/25/2012
31
`
Pasir yang digunakan: Pasir Silica (SiO2) atau campuran silicadengan material lainnya, harus tahan terhadap temperatur tinggi Bentuk dan ukuran granular pasir: granular kecil : permukaan coran halus tetapi memiliki permiabilitas rendah. - granular besar : permeabilitas tinggi granular tak beraturan cenderung lebih kuat (interlocking) - granular berbentuk bulat : permeabilitas tinggi dicampur dengan perekat - tanah liat (bonding clay) - resin organik (phenolic resin) - resin non-organik (sodium silicate, phosphate)
`
Perekatan pasir: untuk memperkuat cetakan, maka pasir cetak perlu
1/25/2012
32
Green-sand mold Campuran: pasir 90% , tanah liat 7% dan air3% Green sand : merupakan pasir cetak yang murah dan paling banyak dipakai Strengh, collapsibility, permeability dan resuability baik Keadaan basah dapat mengakibatkan cacat untuk logam dan bentuk tertentu Menggunakan perekat organik dan dipanaskan dalam oven antara 200 C - 300C untuk meningkatkan kekuatan dan kekerasan cetakan Pengendalian dimensi lebih baik tetapi biaya mahal dan waktu produksi lama (waktu pengeringan) Cocok untuk produk dengan ukuran produk sedang-besar dan volume produksi rendah-sedang Permukaan green-sand mold yang dipanaskan hingga kedalaman 10-25mm; menggunakan torches, heating lamp Perlu menggunakan perekat khusus; daya rekat menjadi seperti dry-
Dry-sand mold
Skin-dried mold sand
1/25/2012
33
Indikator-indikator penentuan kualitas cetakan pasir:Strength:-ability :Kemampuan untuk mempertahankan bentuk dan ketahanan terhadap erosi
Permeability:Kemampuan cetakan untuk mengalirkan udara panas dan gas yang terperangkap dalam cetakan
Thermal stability:Ketahanan permukaan rongga cetakan terhadap retak (cracking) dan melengkung (buckling) saat logam lebur dituangkan
Collapsibility:Kemampuan pasir untuk lepas terhadap produk cor saat penyusutan pembongkaran cetakan tanpa produk cor tersebut mengalami cacat dan
Reusability:Kemampuan pasir cetakan yang telah dibongkar untuk digunakan kembali
1/25/2012
34
`
Temperatur penuanganMenentukan jumlah penurunan temperatur yang diperlukan hingga logam mengeras. Superheat: perbedaan antara temperatur penuangan dan temperatur saat logam mulai mengeras
`
Kecepatan penuanganJika terlalu lambat, logam akan mengeras sebelum mengisi rongga, Jika terlalu cepat, akan menimbulkan turbulensiTurbulensi x Kecepatan dan arah aliran fluida yang tidak menentu x Mempercepat terbentuknya oxida logam dan terperangkat dalam proses pengerasan sehingga kualitas cor menurun x Menimbulkan erosi cetakan (mold erosion) sehingga cetakan mudah terkikis/habis
1/25/2012
35
PenyusutanTerjadi dalam tiga tahap:Kontraksi cairan pada saat pendinginan dan sebelum pengerasan Kontraksi pada fasa perubahan dari cair ke padat shrinkage) Kontraksi termal pada saat coran telah mengeras dan mengalami pendinginan hingga temperatur ruangan (solidification
-
1/25/2012
36
1/25/2012
37
Pettern cor pettern
cor pettern
Pettern cor1/25/2012 38
1/25/2012
39
1/25/2012
40
Shell Molding :
Teknik pengecoran dengan cara pengikatan /perekatan resin dan pasir, dimana Cetakan dibuat dari pasir yang dicampur dengan resin thermosetting padat. Menggunakan pola logam. Pola terdiri dari 2 bagian (two shell) Pada proses pembuatan cetakan, pola 2300C, kemudian pola dipanaskan sampai ditaburi dengan pasir yang telah bercampur dengan resin thermosetting.
1/25/2012
41
1/25/2012
42
Kelebihan: Permukaan rongga cetakan lebih halus, logam cair lebih mudah dituang , permukaan coran lebih halus Ketelitian dimensi baik Cetakan tidak gampang rusak Sering tidak membutuhkan pengerjaan pemesinan Untuk produksi masal Kekurangan: Pola sangat mahal Agak sulit untuk jumlah produk yang kecil`
1/25/2012
43
ExpendableExpendable-Mold, Expendable-Pattern ExpendableCastingPola Expandeble terbuat dari bahan yang dapat dicairkan baik sebelum menuang atau selama pengecoran. Dengan cara ini, pola akan dibiarkan dalam cetakan, dan tidak diperlukan parting plane, draft angle.
Expanded Polystyrene CastingDalam expendable polystyren casting pasir dikemas di sekitar pola polystyrene yang akan diproduksi. Pola tidak keluarkan dari cetakan, Pola akan menguap pada saat logam cair dituang ke dalam rongga cetakan.
Proses Produksi I
1/25/2012
44
Proses ini dikenal sebagai lost-foam process, Berbagai cetakan besar dapat dibuat dengan menggunakan teknik ini. Komponen mesin yang diproduksi dengan proses ini antara lain : crankshafts, kepala silinder, manifold, dan blok mesin
Kelebihan:Pola tidak perlu dipindahkan dari cetakan Sederhana dan mudah dibuat dan tidak perlu menggunakan cope and drag Digunakan untuk produk masal secara otomatis untuk komponen mesin.
Kekurangan:Selalu membutuhkan pola baru (new pattern) pada setiap melakukan proses casting Secara ekonomis biaya pembuatan pola cukup tinggi
Proses Produksi I
1/25/2012
45
Investmen Casting`
`
`
Investment casting merupakan proses casting , di mana pola lilin dilapisi dengan bahan keramik refraktori. Setelah bahan keramik dipanaskan dan mengeras geometri internal akan membentuk rongga cetak, sementara lilin yang dilapisi dengan keramik akan mencair dan meleleh keluar, kemudian logam cair dituang ke dalam rongga cetakan. Logam akan mengeras di dalam cetakan keramik, kemudian cetakan keramik tersebut dihancurkan. Teknik pengecoran ini juga dikenal sebagai lost wax process. Investment casting dikembangkan lebih dari 5.500 tahun (Mesir dan Cina). Dapat memproduksi komponen meliputi : Cams, sudu turbin, perhiasan, dan komponen lainnya dengan geometri kompleks
Proses Produksi I
1/25/2012
46
1/25/2012
47
`
Alasan untuk menggunakan Investasi Casting Investasi casting murah. Menghasilkan permukaan akhir yang sangat baik. Menghasilkan ketelitian dimensi yang baik.
Capabilitas Akurasi Dimensi -Umumnya: + /-0.13mm per 25mm -Kerataan & kelurusan: + /-0.13mm per 25mm -Surface finish/Permukaan akhir : umumnya sangat baik. Bisa mencapai Ra 3.2 m ,
Proses Produksi I
1/25/2012
48
1/25/2012
49
1/25/2012
50
`
Cetakan Permanen (Permanent Mold)
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 ` Inti terbuat dari logam. Jika pelepasan/pengeluaran inti sulit, digunankan pasir (semipermanent-mold casting)
1/25/2012
51
Aluminum Piston
Mold
Aluminum piston for an internal combustion engine. (a) cast; (b) after machining.
Schematic illustration of the permanent mold used to produce aluminum pistons,.
1/25/2012
52
1/25/2012
53
High Pressure Die-castingDie casting menggantikan cetakan pasir non-permanen atau cetakan keramik dengan Die yang dapat menghasilkan ribuan part sebelum diganti. Die-casting kadang disebut Pressure die casting merupakan proses pengecoran bertekanan tinggi (0.7MPa 700 Mpa) menggunakan piston untuk menyuntikkan logam cair ke dalam die Untuk menaikan kecepatan proses pembekuan, maka die-set didinginkan dengan air. Ada dua jenis die casting : Hot Chamber dan Cold Chamber
(a)
(b)
Proses Produksi I
1/25/2012
54
Hot Chamber :` ` ` `
Logam cair ditekan ke dalam die-cavity melalui gooseneck dan nosel Pressure : rata-rata 15 Mpa (5000psi) Cylcle time 200-300 shots/jam Digunakan untuk low melting point alloy : zinc, magnesium, tin and lead
Proses Produksi I
1/25/2012
55
Hot-Chamber Die-Casting Machine
1/25/2012
56
Cold Chamber :` ` ` `
Logam cair ditekan ke dalam die-cavity melalui pouring ke injection cylinder Pressure : rata-rata 150 Mpa Cylcle time : 200-300 shots/jam Digunakan untuk Aluminum, magnesium alloys, copper based dan iron based alloys dengan temperatur cair mulai dari 6000 C
Proses Produksi I
1/25/2012
57
1/25/2012
58
1/25/2012
59
1/25/2012
60
(a) Proses casting bawah tekanan menggunakan cetakan grafit untuk produksi roda kereta api. Sumber: The Griffin Wheel Division of Amsted Industries Incorporated. (b) Metode Gravitasi untuk pengecoran roda kereta api. Perhatikan bahwa Cawan tuang juga berfungsi sebagai sebuah riser. Roda kereta api juga dapat diproduksi dengan proses forging
1/25/2012
61
Ilustrasi skematis dari s vacum-casting proces. Perhatikan bahwa cetakan memiliki bottom gate (a) Sebelum dan (b) setelah perendaman cetakan ke dalam logam cair. Sumber: Dari R. Blackburn, "Vacuum Casting Goes Commercial," Advanced Material dan Proses, Februari 1990, hal 18. ASM International.
1/25/2012
62
1/25/2012
63
Skema Proses centrifugal casting . Pipa, cylinder liners, bisa dibuat dengan proses ini
1/25/2012
64
(a) Skema proses pengecoran semi centrifugal. Roda dengan jari-jari dapat dibuat dengan proses ini. (b) Skema casting oleh centrifuging. Cetakan ditempatkan di pinggir mesin, dan logam cair dipaksa masuk ke dalam cetakan dengan gaya sentrifugal.
1/25/2012
65
Tanur digunakan atau berfungsi untuk melebur bahan coran Cupola Hanya digunakan untuk melebur cast iron Bahan bakar: batubara`
Crucible furnace Logam dilebur tanpa kontak langsung dengan fuel burner (sering disebut indirect fuel-fired furnace) Bahan bakar: minyak, gas atau serbuk batubara Melebur logam non-ferro: bronze, brass dan alloy of zinc & aluminum
1/25/2012
66
1/25/2012
67
Two types of melting furnaces used in foundries: (a) crucible, and (b) cupola.
1/25/2012
68
Induction furnacePeleburan menggunakan arus listrik AC yang dialiri kedalam coil untuk menciptakan medan magnet hingga logam mencair Melebur logam: steel, cast iron, aluminum alloy
1/25/2012
69
Desain geometri produk sesederhana mungkinMenyederhanakan pembuatan cetakan Menghindari penggunaan inti Meningkatkan kekutan cetakan Hindari sudut-sudut yang tajam Merupakan sumber konsentrasi tegangan (stress) Sumber keretakan Rancang menggunakan radius (fillet) Toleransi pemesinan Kepresisian dimensi hasil pengecoran sangat rendah. Jika kepresisian dimensi diperlukan, perlu toleransi dimensi sekitar 1.5 3.0 mm untuk diproses pemesinan
1/25/2012
70
1/25/2012
71
Karakteristik Proses
1/25/2012
72
Proses Produksi I
1/25/2012
73
1/25/2012
74
1/25/2012
75