Proses Pengecoran Logam (Metal Casting Process)

            Proses pengecoran meliputi: pembuatan cetakan, persiapan dan peleburan logam, penuangan logam cair ke dalam cetakan, pembersihan coran dan proses daur ulang pasir cetakan. Produk pengecoran disebut coran atau benda cor. Berat coran itu sendiri berbeda, mulai dari beberapa ratus gram sampai beberapa ton dengan komposisi yang berbeda, mulai dari beberapa ratus gram sampai beberapa ton dengan komposisi yang berbeda dan hamper semua logam atau paduan dapat dilebur dan dicor.

Proses pengecoran secara garis besar dapat dibedakan dalam proses pengecoran dan proses percetakan. Pada proses pengeceron tidak digunakan tekanan sewaktu mengisi rongga cetakan, sedang pada proses pencetakan logam cair ditekan agar mengisi rongga cetakan. Karena pengisian logam berbeda, cetakan pun berbeda, sehingga pada proses percetakan cetakan umumnya dibuat dari loga. Pada proses pengecoran cetakan biasanya dibuat dari pasir meskipun ada kalanya digunakan pula plaster, lempung, keramik atau bahan tahan api lainnya.

PASIR

Ada dua cara pengecoran dengan menggunakan cetakan pasir. Pembagian dilakukan berdasarkan jenis pola yang digunakan:

1. Pola yang dapat digunakan berulang-ulang dan
2. Pola sekali pakai

Urutan pembahasan proses pengecoran adalah sebagai berikut:

1. Prosedur pembuatan cetakan
2. Pembuatan pola
3. Pasir
4. Inti
5. Peralatan (mekanik)
6. Logam (telah dibahas dalam Bab 3 dan Bab 4)
7. Penuangan dan pembersihan benda cor.

PROSEDUR PEMBUATAN CETAKAN

Cetakan diklasifikasikan berdasarkan bahan yang digunakan:

1. Cetakan pasir basah (green-sand molds)

Cetakan dibuat dari pasir cetak basah. Prosedur pembuatannya dapat dilihat pada gambar 5.2.

2. Cetakan kulit kering (Skin dried mold)
3. Cetakan pasir kering (Dry-sand molds)

Cetakan dibuat dari pasir yang kasar dengan bahan pengikat

4. Cetakan lempung (Loan molds)
5. Cetakan furan (Furan molds)
6. Cetakan CO₂
7. Cetakan logam Cetakan logam terutama digunakan pada proses cetak-tekan (die casting) logam dengan suhu cair rendah.
8. Cetakan khusus Cetakan khusus dapat dibuat dari plastic, kertas, kayu semen, plaster, atau karet.

Proses pembuatan cetakan yang dilakukan di pabrik-pabrik pengecoran dapat di kelompokkan sebagai berikut:

1. Pembuatan cetakan di meja (Bench molding)

Dilakukan untuk benda cor yang kecil.

2. Pembuatan cetakan di lantai (Floor molding)

Dilakukan untuk benda cor berukuran sedang atau besar

3. Pembuatan cetakan sumuran (pit molding)
4. Pembuatan cetakan dengan mesin (machine molding)

Pembuatan Cetakan

Sebagai contoh akan diuraikan pembuatan roda gigi seperti pada Gambar 5.2 di bawah ini. Cetakan dibuat dalam rangka cetak (flak) yang terdiri dari dua bagian, bagian atas disebut kup dan bagian bawah disebut drag. Pak kotak cetak yang terdiri dari tiga bagian, bagian tengahnya disebut cheek. Kedua bagian kotak cetakan disatukan pada tempat tertentu dengan lubang dan pin.

Cetakan Pola Sekali Pakai

 

Keuntungan dari proses cetak sekali pakai ini meliputi :

1. Sangat tepat untuk mengecor benda-benda dalam jumlah kecil
2. Tidak memerlukan pemesinan lagi
3. Menghemat bahan coran
4. Permukaan mulus
5. Tidak diperlukan pembuatan pola belahan kayu yang rumit
6. Tidak diperlukan inti atau kotak inti
7. Pengecoran jauh lebih sederhana

Kerugiannya adalah :

1. Pola rusak sewaktu dilakukan pengecoran
2. Pola lebih mudah rusak, oleh karena itu memerlukan penangangan yang lebih sederhana.
3. Pada pembuatan pola tidak dapat digunakan mesin mekanik
4. Tidak ada kemungkinan untuk memeriksa keadaan rongga cetakan

SALURAN MASUK, PENAMBAH, DAN KARAKTERISTIK PEMBEKUAN

Sistem saluran masuk (gating system) untuk mengalirkan logam 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 dengan mempertimbangkan faktor-faktor berikut:

1. Aliran logam hendaknya memasuki rongga cetakan pada dasar atau dekat dasarnya dengan turbulensi seminimal mungkin. Hal ini perlu diperhatikan, khususnya pada benda tuang yang kecil
2. Pengikisan dinding saluran masuk dan permukaan rongga cetakan harus ditekan dengan mengatur aliran logam cair atau dengan menggunakan inti pasir kering.
3. Aliran logam cair yang masuk harus diatur sedemikian sehingga terjadi solidifikasi terarah. Solidifikasi hendaknya mulai dari permukaan cetakan kea rah logam cair sehingga selalu ada logam cair cadangan untuk menutupi kekurangan akibat penyusutan.
4. Usahakanlah agar slag, kotoran atau partikel asing tidak dapat masuk ke dalam rongga cetakan.

 

POLA

Jenis Pola

 

Ketepatan Ukuran Coran

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

Penyusutan

Karena hampir semua jenis logam menyusut pada waktu pembekuan, pada waktu membuat pola perlu ditambahkan ukuran penyusutan. Untuk kemudahan, untuk besi cor dapat digunakan mister susut yang 1,04% atau 0,00104 mm/mm lebih panjang dari ukuran standar. Direncanakan suatu roda gigi yang bila pemesinan telah selesai, mempunyai diameter luar 150 mm. Untuk brons perlu ditambah 1,56%, baja 2,08%, aluminium dan magnesium 1,30%.

Tirus

Bila pola yang dapat diangkat dikeluarkan dari cetakan, kadang-kadang tepi cetakan pasir yang bersentuhan dengan pola terangkat. Oleh karena itu untuk memudahkan pengeluaran pola, maka sisi tegak pola dimiringkan. Untuk permukaan luar, biasanya dipakai penambahan sebesar 1,04% hingga 2,08%. Untuk lubang di sebelah dalam dapat digunakan kemiringan sampai 6,25%.

Penyelesaian

Permukaan coran yang akan mengalami pemesinan biasanya diberi tanda tertentu. Tanda tersebut berarti bahwa pola harus dipertebal, sehingga cukup bahan untuk diselesaikan. Umumnya penambahan adalah 3,0 mm. Untuk pola yang besar suaian tersebut harus ditambah karena ada kemungkinan bahwa benda cor akan melengkung.

Distorsi

Distorsi terjadi pada benda coran dengan bentuk yang tidak teratur karena sewaktu membeku terjadi penyusutan yang tidak merata. Kemungkinan ini perlu diperhitungkan sewaktu membuat pola.

Kelonggaran

Bila pasir di sekitar pola ditumbuk-tumbuk kemudian pola dilepaskan, pada umumnya ruangan pola akan lebih besar sedikit. Pada benda cor yang besar atau benda cor yang tidak mengalami penyelesaian, hal ini dapat diatasi dengan membuat pola yang kecil sedikit.

Bahan Pola

Langkah pertama dalam pembuatan suatu benda cor ialah: persiapan pola. Pola ini agak berbeda dibandingkan dengan benda cornya sendiri. Perbedaan tersebut mencakup suaian pola untuk mengimbangi penyusutan dan pemesinan dan penambahan lainnya unutk memudahkan pengecoran.

Pola biasanya dibuat dari kayu karena relative murah dan mudah dibentuk. Karena penggunaan pola biasanya terbatas, pola tidak perlu dibuat dari bahan awet.

Sebaliknya pola yang diperlukan untuk produksi dalam jumlah yang banyak biasanya dibuat dari logam karena lebih awet dalam penggunaan.

Pola logam tidak berubah bentuk dan rata-rata tidak memerlukan perawatan khusus. Jenis logam yang banyak digunakan untuk pola ialah kuningan, besi cord an aluminium. Aluminium banyak digunakan karena mudah dibentuk, ringan dan tahan korosi. Pola logam biasanya dicor mengikuti pola induk yang terbuat dari kayu.

PASIR

Jenis Pasir

Pasir silica (SiO₂), ditemukan di banyak tempat, dan tersebar di seluruh Nusantara. Pasir ini sangat cocok untuk cetakan karena tahan suhu tinggi tanpa terjadi penguraian, murah harganya, awet dan butirannya mempunyai bermacam tingkat kebesaran dan bentuk. Namun, angka muainya tinggi dan memiliki kecenderungan untuk melebur menjadi satu dengan logam. Karena kandungan debu yang cukup tinggi, dapat berbahaya bagi kesehatan.

PENGUJIAN PASIR

Pasir cetakan perlu diuji secara berkala untuk mengetahui sifat-sifatnya. Pengujian yang lazim diterapkan adalah pengujian mekanik untuk menentukan sifat-sifat pasir sebagai berikut:

1. Permeabilitas. Porositas pasir memungkinkan pelepasan gas dan uap yang terbentuk dalam cetakan
2. Kekuatan. Pasir harus memiliki gaya kohesi, kadar air dan lempung, mempengaruhi sifat-sifat cetakan.
3. Ketahanan terhadap suhu tinggi. Pasir harus tahan terhadap suhu tinggi tanpa melebur.
4. Ukuran dan bentuk butiran. Ukuran butiran pasir harus sesuai dengan sifat permukaan yang dihasilkan. Butiran harus berbentuk tidak teratur sehingga memiliki kekuatan ikatan yang memadai.

Pengujian Kekerasan Cetakan Inti

Pada gambar 5.10 tampak alat pengukur kekerasan cetakan. Prinsip kerjanya adalah sederhana, bola baja  5,08 m ditekan ke dalam permukaan cetakan oleh per (gaya 2,3 N). kedalaman penetrasi yang diukur dalam millimeter menjadi indikasi dari pada kekerasan. Cetakan dengan pemadatan sedang mempunyai nilai kekerasan : 75.