5. Proses Pengecoran.ppt

32
Proses Manufaktur Proses Pengecoran Logam PPNS 2011 2011

Transcript of 5. Proses Pengecoran.ppt

  • Proses ManufakturProses Pengecoran LogamPPNS 2011

  • *Shape Casting ProcessesExpendable MoldPermanent PatternSand CastingPlaster MoldingExpendable PatternLost FoamLost Wax (investment casting)Permanent MoldDieHot ChamberCold ChamberThixotropic

  • *Metode Pengecoran yang paling banyak digunakan Sand CastingHigh Temperature Alloy, Complex Geometry, Rough Surface Finish Investment CastingHigh Temperature Alloy, Complex Geometry, Moderately Smooth Surface Finish Die CastingHigh Temperature Alloy, Moderate Geometry, Smooth Surface

  • *Pengecoran PasirMerupakan proses pengecoran yang paling banyak digunakanDapat digunakan untuk pengecoran logam yang memiliki temperatur lebur tinggiProduk pengecoran memiliki rentang ukuran dari kecil hingga besar dan rentang jumlah dari satu hingga jutaan

  • *Langkah-Langkah Pengecoran Pasir

  • *Pola dalam Pengecoran PasirPola dibuat lebih besar dari ukuran produk yang sebenarnya untuk mengkompensasi:PenyusutanProses pemesinan selanjutnya (finishing)Material pola:KayuPlastikLogamPola kayu Kelebihan: banyak digunakan karena kemudahan dalam proses pembentukanKekurangan: kecendurangan melengkung dan terkena abrasi pasir (cepat aus)Pola metal: lebih tahan lama tetapi mahalPola plastik: kompromi kelebihan/kekurangan kayu & metal

  • *Jenis PolaSolid pattern: mudah dibuat, sulit dalam pembuatan cetakan (penentuan parting line, letak gating system dll), cocok untuk volume produksi rendahSplit pattern: cocok untuk bentuk komplek dengan volume produksi sedang, parting line telah ditentukanMatch-plate pattern: bagian atas/bawah dalam satu plat , cocok untuk volume produksi tinggi Cope-and-drag pattern: bagian atas/bawah dalam plat yang terpisah, cocok untuk volume produksi tinggi

  • *Pengecoran dengan rongga internalCore held in the mold cavity by chapletsPossible chaplet designCasting with internal cavity

    Catatan:Chaplets terbuat dari material yang memiliki titik lebur lebih tinggi dari logam leburChaplet akan menyatu dengan material cor

  • *Pembuatan Cetakan Pasir (1)Pasir yang digunakan:Silica (SiO2) atau campuran silica dengan material lainnyaTahan terhadap temperatur tinggi (refractory)Bentuk dan ukuran granular pasir:Granular kecil menghasilkan permukaan cor yang halus tetapi granular yang besar memiliki permeabilitas (rongga untuk keluarnya gas/udara) yang tinggiGranular berbentuk tak beraturan cenderung lebih kuat (interlocking) tetapi granular berbentuk bulat memiliki permeabilitas yang tinggiPerekatan pasir:Air dan tanah liat perekat (bonding clay)90% pasir, 3% air, 7% tanah liatPerekat lainnya yang dapat digunakan: resin orgranik (phenolic resins)perekat non-organik (sodium silicate, phosphate)

  • *Pembuatan Cetakan Pasir (2)Pembuatan cetakan pasir:Pemampatan pasir cetakan terhadap pola untuk cope dan drag dalam sebuah kontainer Kontainer tersebut disebut flaskMetoda pemampatan:Hand rammingMesin menggunakan tekanan pneumaticJolting action: flask dijatuhkan berulang-ulang agar pasir termampatkanSlinging action: granular pasir ditumbuk ke pola pada kecepatan yang tinggi

  • *Pembuatan Cetakan Pasir (3)Indikator-indikator dalam penentuan kualitas cetakan pasir:Strength: kemampuan untuk mempertahankan bentuk dan ketahanan terhadap erosiPermeability: kemampuan cetakan untuk mengalirkan udara panas dan gas yang terperangkap dalam cetakanThermal stability: ketahanan permukaan rongga cetakan terhadap retak (cracking) dan melengkung (buckling) saat logam lebur dituangkanCollapsiblity: kemampuan pasir untuk lepas terhadap produk cor saat penyusutan dan pembongkaran cetakan tanpa produk cor tersebut mengalami cacatReusability: kemampuan pasir cetakan yang telah dibongkar untuk digunakan kembali

  • *Pembuatan Cetakan Pasir (4)Pasir cetakan diklasifikasikan menjadi:Green-sand moldCampuran: pasir, tanah liat dan airGreen: pada saat logam lebur dituang, cetakan dalam keadaan basah (moisture)Strengh, collapsibility, permeability dan resuability baikKeadaan basah dapat mengakibatkan cacat untuk logam dan bentuk tertentuDry-sand moldMenggunakan perekat organik dan dipanaskan dalam oven antara 200 C - 300C untuk meningkatkan kekuatan dan kekerasan cetakanPengendalian dimensi lebih baik tetapi biaya mahal dan waktu produksi lama (waktu pengeringan)Cocok untuk produk dengan ukuran produk sedang-besar dan volume produksi rendah-sedangSkin-dried moldPermukaan green-sand mold yang dipanaskan hingga kedalaman 10-25mm; menggunakan torches, heating lampPerlu menggunakan perekat khusus; daya rekat menjadi seperti dry-sand

  • *Operasi PengecoranInti diposisikan (jika digunakan) dan kedua sisi cetakan diclampProses selanjutnya: penuangan, pengerasan dan pendinginanProblem: pada saat penuangan, daya apung logam lebur dapat mengakibatkan bergesernya inti (hukum archimedes)

    Langkah akhir: cetakan dibongkar, komponen dibersihkan dan diinspeksi

  • *Pengecoran PasirAdvantagesInexpensive moldComplex geometryAll alloysUnlimited sizeEconomical in low quantities

    DisadvantagesCost per part is higherLabor intensiveSlower production rateRough surface finishLoose tolerancesRequires relatively thick walls (0.120)

  • *Investment CastingThe investment-casting process, also called the lost-wax process, was first used during the period 4000-3500 B.C. The pattern is made of wax or a plastic such as polystyrene. The sequences involved in investment casting are shown in Figure 11.18. The pattern is made by injecting molten wax or plastic into a metal die in the shape of the object.

  • *Investment CastingDescription: Metal mold makes wax or plastic replica. There are sprued, then surrounded with investment material, baked out, and metal is poured in the resultant cavity. Molds are broken to remove the castings.Metals: Most castable metals.Size Range: fraction of an ounce to 150 lbs..Tolerances: .003 to 1/4 .004 to 1/2, .005 per inch to 3 .003 for each additional inchSurface Finish: 63-125RMSMinimum Draft Requirements: NoneNormal Minimum Section Thickness: .030 (Small Areas) .060 (Large Areas)Ordering Quantities: Aluminum: usually under 1,000 Other metals: all quantitiesNormal Lead Time: Samples: 5-16 weeks (depending on complexity) Production 4-12 weeks A.S.A. (depending on subsequent operations).Talbot Associates Inc.

  • *Investment Casting Adv/Disadv.AdvantagesGood dimensional accuracyRelatively inexpensive moldRapid production rates possibleComplex shapesVery high temp materials - TitaniumDisadvantagesLong production cycleleads to high cost per partMold is not reusable

  • *Cetakan PermanenCetakan dipindahkan, bukan dihancurkanMenggunakan bantuan gravitasiAliran Logam lambatCetakan juga berasal dari logam dengan conductivity thermal yang bagus

  • *Proses Pengecoran Cetakan Permanen (1)Cetakan permanen terdiri dari dua sisi yang terbuat dari logam dan dirancang untuk memudahkan pembukaan/penutup secara akuratMaterial cetakan: steel atau cast ironLogam yang dicor: aluminum, magnesium, copper-based alloy dan cast ironInti terbuat dari logam. Jika pelepasan /pengeluaran inti sulit, digunankan pasir (semipermanent-mold casting)

  • *Die CastingDie casting adalah proses pengecoran cetakan-permanen, dimana logom lebur diinjeksi kedalam rongga cetakan dengan tekanan yang tinggi (7 350MPa)Cetakan yang digunakan disebut dies

  • *Jenis Die CastingHot ChamberZn or Zn alloys onlyHigher production rate 15 cycles per minute for small partsMetal injected directly from melt zoneCold ChamberAl, Mg, ZnMelt is poured into cylinder, which is then shot into chamber

  • *Adv/Disadv of Die CastingAdvantagesHigh production rates possible, with high level of automationVery thin walls possible (0.020 for Mg die casting)Good surface finishEconomical in large quantitiesBetter control of mold tempsDisadvantagesHigh tooling costLong lead times (months)Limited size (
  • *Jenis TungkuCupolasHanya digunakan untuk melebur cast iron Bahan bakar: batubara

  • *Jenis TungkuDirected fuel-fired furnaceLogam dilebur langsung oleh fuel burnerMelebur logam non-ferro: copper-based alloys dan aluminum

  • *Jenis TungkuCrucible furnaceLogam dilebur tanpa kontak langsung dengan fuel burner (sering disebut indirect fuel-fired furnace)Bahan bakar: minyak, gas atau serbuk batubaraMelebur logam non-ferro: bronze, brass dan alloy of zinc & aluminum

  • *Jenis TungkuElectric-arc furnaceLogam dilebur menggunakan electric arcHanya digunakan untuk melebur cast steel

  • *Jenis TungkuInduction furnacePeleburan menggunakan arus AC yang dialiri kedalam coil untuk menciptakan medan magnet hingga logam cairMelebur logam: steel, cast iron, aluminum alloy

  • *Kualitas Pengecoran (1)Cacat pada pengecoranMisrun; Pengecoran yang telah mengeras sebelum sebelum rongga cetakan terisi sempurna. Penyebab: fluiditas logam lebur kurang, temperatur tuang rendah, kecepatan penuangan lambat, bagian cross-section rongga cetakan tipis.Cold shut; terjadi jika dua aliran logam lebur bertemu tetapi kurang terjadi fusi antar keduanya akibat adanya pendinginan yang prematurCold shots; percikan (splattering) logam lebur saat penuangan mengakibatkan gelembung logam (solid globules) yang mengeras terperangkap dalam cetakanShrinkage cavity; depresi yang terjadi pada permukaan atau bagian internal pengecoran akibat terjadinya pengerasan yang menyusut Microporosity; terjadinya pengerasan yang menyusut secara lokal dan terdistibusi secara merata pada structur dendriticHot tearing/hot cracking; retaknya logam pada titik yang mengalami tegangan (tensile stress) yang tinggi akibat dari ketidakmampuan logam untuk menyusut secara natural

  • *Kualitas Pengecoran (1)Cacat pada pengecoran(a) misrun; (b) cold shut; (c) cold shot (d) shrinkage cavity (e) microporosity (f) hot tearing/hot cracking

  • *Kualitas Pengecoran (2)Cacat pada pengecoran pasir Sand blow; Terperangkapnya gas cetak (mold gases) saat penuangan Pin holes; Seperti sand blow tetapi dalam ukuran kecil dari tersebar Sand wash; erosi yang terjadi pada cetakan saat penuangan sehingga bentuk cetakan berubah Scabs; permukaan kasar pada permukaan akibat encrustation logam dan pasir Penetration; logam lebur terpenetrasi kedalam cetakan karena fluiditas logam yang tinggi Mold shift; pergeseran antara cope dan drag sehingga mengakibatkan parting line yang menonjol Core shift; pergeseran inti akibat dari buoyancy dari logam Mold crack; retaknya cetakan sehingga logam lebur membentuk sirip pada produk akhir

  • *Kualitas Pengecoran (3)Cacat pada pengecoran pasir (a) sand blow (b) pin holes (c) sand wash (d) scabs (e) penetration (f) mold shift (g) core shift (h) mold crack

  • *Pertimbangan Dalam Perancangan Produk CorDesain geometri produk sesederhana mungkinMenyederhanakan pembuatan cetakanMenghindari penggunaan intiMeningkatkan kekutan cetakanHindari sudut-sudut yang tajamMerupakan sumber konsentrasi tegangan (stress)Sumber keratakanRancang menggunakan radius (fillet)Toleransi pemesinanKepresisian dimensi hasil pengecoran sangat rendah. Jika kepresisian dimensi diperlukan, perlu toleransi dimensi sekitar 1.5 3.0mm untuk diproses pemesinan

    **Explain process.Die casting is a process involving the injection of molten metal at high pressures (as opposed to casting by gravity pressure). Discuss history.Begun sometime during the middle of the 19th century. In 1849 Sturges patented the first manually operated machine for casting printing type.Process was eventually extended to casting other shapes. The casting of printers type led to patents that eventually resulted in development of the linotype machine by Ottmar Mergenthaller.Discuss commercial applications.In 1892, parts were produced for phonographs and cash registers. H.H. Franklin Company began die casting babitt alloy bearings for automobile connecting rods shortly after the turn of the century.Discuss casting alloys.Tin and lead were the first die casting alloys, but declined with the development of zinc alloys just prior to World War I. Magnesium and copper followed shortly thereafter.Modern science and technology, metallurgical controls and research make further refinements possible resulting in new alloys with increased strength and stability.