TI-2121: Proses Manufaktur · PDF file1 Departemen Teknik Industri FTI-ITB TI-2121: Proses...

1

Departemen Teknik Industri FTI-ITB

TI-2121: Proses Manufaktur

Proses Pengecoran Logam

LaboratoriumLaboratorium SistemSistem ProduksiProduksiwww.lspitb.orgwww.lspitb.org

©©20032003

TI2121 - Proses Manufaktur - Minggu 3 2


Tugas 3

• Buku:Groover M.P., Fundamentals of modern manufacturing, Second Edition, John Wiley & Sons, USA, 2002

• Dengan menggunakan produk yang dibuat padaTugas 2, jawablah latihan soal Bab 10 sebagaiberikut:

10.3 (heating and pouring)10.10 (shrinkage)10.25 (solidification time and riser design)

• Berdasarkan latihan soal di atasBuatlah sketsa rinci desain cetakan

• Dikumpulkan: Senin, 15 September 2003, jam 1-10.00 di LSP

2



1. Hasil Pembelajaran• Umum:

Memberikan mahasiswa pengetahuan yang komprehensif tentang dasar-dasar proses pemesinandan mesin perkakas, proses forming dan molding, metrology dan aplikasi terhadap kualitas produk dananalisis system manufaktur.

• Khusus:Mampu membedakan jenis-jenis pengecoran sertaukuran kualitas pengecoran



Istilah• Pengecoran pasir = sand casting• Pola = patterns • Inti = cores

3



Pengecoran Pasir (1)

• Merupakan proses pengecoran yang paling banyak digunakan

• Dapat digunakan untuk pengecoran logam yang memiliki temperatur lebur tinggi

• Produk pengecoran memiliki rentang ukuran darikecil hingga besar dan rentang jumlah dari satuhingga jutaan



Pengecoran Pasir (2)

A large sand casting weighing more than 680kg for an air compressor frame

4



Langkah-langkah Pengecoran Pasir



Pola dalam Pengecoran Pasir

• Pola dibuat lebih besar dari ukuran produk yang sebenarnya untuk mengkompensasi:

PenyusutanProses pemesinan selanjutnya (finishing)

• Material pola:KayuPlastikLogam

• Pola kayuKelebihan: banyak digunakan karena kemudahan dalamproses pembentukanKekurangan: kecendurangan melengkung dan terkena abrasipasir (cepat aus)

• Pola metal: lebih tahan lama tetapi mahal• Pola plastik: kompromi kelebihan/kekurang antara kayu

dan metal

5



Jenis Pola

a) Solid pattern: mudah dibuat, sulit dalam pembuatan cetakan(penentuan parting line, letak gating system dll), cocok untukvolume produksi rendah

b) Split pattern: cocok untuk bentuk komplek dengan volume produksi sedang, parting line telah ditentukan

c) Match-plate pattern: bagian atas/bawah dalam satu plat , cocokuntuk volume produksi tinggi

d) Cope-and-drag pattern: bagian atas/bawah dalam plat yang terpisah, cocok untuk volume produksi tinggi



Pengecoran dengan rongga internala) Core held in the mold cavity by chapletsb) Possible chaplet designc) Casting with internal cavity

Catatan:• Chaplets terbuat dari material yang memiliki titik lebur lebih tinggi

dari logam lebur• Chaplet akan menyatu dengan material cor

6



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 tetapigranular yang besar memiliki permeabilitas (rongga untukkeluarnya gas/udara) yang tinggi

– Granular berbentuk tak beraturan cenderung lebih kuat(interlocking) tetapi granular berbentuk bulat memilikipermeabilitas yang tinggi

• Perekatan 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:Pemampatan pasir cetakan terhadap pola untuk copedan drag dalam sebuah kontainerKontainer tersebut disebut flask

• Metoda pemampatan:Hand rammingMesin

– menggunakan tekanan pneumatic– Jolting action: flask dijatuhkan berulang-ulang agar pasir

termampatkan– Slinging action: granular pasir ditumbuk ke pola pada

kecepatan yang tinggi

7




• Indikator-indikator dalam penentuan kualitascetakan pasir:

Strength: kemampuan untuk mempertahankan bentukdan ketahanan terhadap erosiPermeability: kemampuan cetakan untuk mengalirkanudara panas dan gas yang terperangkap dalam cetakanThermal stability: ketahanan permukaan rongga cetakanterhadap retak (cracking) dan melengkung (buckling) saat logam lebur dituangkanCollapsiblity: kemampuan pasir untuk lepas terhadapproduk cor saat penyusutan dan pembongkaran cetakantanpa produk cor tersebut mengalami cacatReusability: kemampuan pasir cetakan yang telahdibongkar untuk digunakan kembali



Pembuatan Cetakan Pasir (4)• Pasir cetakan diklasifikasikan menjadi:

Green-sand mold– Campuran: pasir, tanah liat dan air– “Green”: pada saat logam lebur dituang, cetakan dalam keadaan

basah (moisture)– Strengh, collapsibility, permeability dan resuability baik– Keadaan basah dapat mengakibatkan cacat untuk logam dan

bentuk tertentuDry-sand mold

– Menggunakan perekat organik dan dipanaskan dalam oven antara200 °C - 300°C untuk meningkatkan kekuatan dan kekerasancetakan

– Pengendalian dimensi lebih baik tetapi biaya mahal dan waktuproduksi lama (waktu pengeringan)

– Cocok untuk produk dengan ukuran produk sedang-besar danvolume produksi rendah-sedang

Skin-dried mold– Permukaan green-sand mold yang dipanaskan hingga kedalaman

10-25mm; menggunakan torches, heating lamp– Perlu menggunakan perekat khusus; daya rekat menjadi seperti

dry-sand

8



Operasi Pengecoran• Inti diposisikan (jika digunakan) dan kedua sisi cetakan

diclamp• Proses selanjutnya: penuangan, pengerasan dan

pendinginan• Problem: pada saat penuangan, daya apung logam lebur

dapat mengakibatkan bergesernya inti (hukum archimedes)

• Langkah akhir: cetakan dibongkar, komponen dibersihkandan diinspeksi

intiberat lebur logamberat

apung gaya

===

−=

c

m

b

cmb

WWF

WWF



Proses Pengecoran Cetakan-Habis-Pakai Lainnya (1)

• Shell molding(1) a match-plate or cope-and-drag metal pattern is heated and placed over a box containing sand mixed with thermosetting resin; (2) box is inverted so that sand and resin fall onto the hot pattern, causing a layer of the mixture to partially cure on the surface to form a hard shell; (3) box is repositioned so that loose, uncured particles drop away; (4) san shell is heated in oven for several minutes to complete curing; (5) shell mold is stripped from the pattern; (6) two halves of the shell mold are assembled, supported by sand or metal shot in a box and pouring is accomplished. The finished casting with sprueremoved is show in (7)

9




• Vacuum molding(1) a thin sheet of preheated plastic is drawn over a match-plate or cope-and-drag pattern by vacuum -the pattern has small vent holes to facilitate vacuum forming; (2) a specially designed flask is placed over the pattern plate and filled with sand and a sprue and pouring cup are formed in the sand; (3) another thin plastic sheet is place over the flask and a vacuum is drawn that causes the sand grains to be held together, forming a rigid mold; (4) the vacuum on the mold pattern is released to permit pattern to be stripped from the mold; (5) this mold is assembled with its matching half to form the cope and drag, and with vacuum maintained on both halves, pouring is accomplished. The plastic sheet quickly burns away on contacting the molten metal. After solidification, nearly all of the sand can be recovered for reuse.




• Expanded polystyrene casting (1) pattern of polystyrene is coated with refractory compound; (2) foam pattern is placed in mold box and sand is compacted around the pattern (3) molten metal is poured into the portion of the pattern, that forms the pouring cup and sprue. As the metal enters the mold, the polystyrene foam is vaporized ahead of the advancing liquid, thus allowing the resulting mold cavity to be filled

10




• Investment casting(1) wax patterns are produced (2) several patterns are attached to a sprue to form a pattern tree (3) the pattern tree is coated with a thin layer of refractory material; (4) the full mold is formed by covering the coated tree with sufficient refractory material to make it rigid; (5) the mold is held in an inverted position and heated to melt the wax and permit it to drip out of the cavity; (6) the mold is preheated to a high temperature, which ensures that all contaminants are eliminated from the mold; it also permits the liquid metal to flow more easily into the detailed cavity; the molten metal is poured; it solidifies (7) the mold is broken away from the finished casting. Parts are separated from the sprue



Proses Pengecoran Cetakan Permanen (1)• Cetakan permanen terdiri dari dua sisi yang

terbuat dari logam dan dirancang untukmemudahkan 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, digunankan pasir(semipermanent-modl casting)

11



Proses Pengecoran Cetakan Permanen (2)

(1) mold is preheated and coated; (2) cores (if used) are inserted and mold is closed (3) molten metal is poured into the mold (4) mold is opened. Finished part is shown in (5)



Proses Pengecoran Cetakan Permanen Lainnya

• Low pressure castingThe diagram shows how air pressure is used to force the molten metal in the ladle upward into

the mold cavity. Pressure is maintained until the casting has solidified

12



Die casting (1)• Die casting adalah proses pengecoran cetakan-

permanen, dimana logom lebur diinjeksi kedalamrongga cetakan dengan tekanan yang tinggi (7 –350MPa)

• Cetakan yang digunakan disebut dies• Mesin die casting dibedakan menjadi:

Hot-chamberCold-chamber



Die casting (2)• General configuration of a cold chamber die casting

machine

13



Die casting (3)• Cycle in hot-

chamber casting;(1) with die closed and plunger withdrawn, molten metal flows into the chamber (2) plunger forces metal in chamber to flow into die, maintaining pressure during cooling and solidification; (3) plunger is withdrawn, die is opened and solidified part is ejected. Finished part is shown in (4)



Die casting (4)

• Cycle in cold chamber casting(1) with die closed an ram withdrawn, molten metal is poured into the chamber; (2) ram forces metal to flow into die, maintaining pressure during cooling and solidification; (3) ram is withdrawn, die is opened and part is ejected

14



Jenis Tungku• Cupola

Hanya digunakan untukmelebur cast iron Bahan bakar: batubara



Jenis Tungku• Directed fuel-fired furnace

Logam dilebur langsung oleh fuel burnerMelebur logam non-ferro: copper-based alloys danaluminum

15



Jenis Tungku• Crucible furnace

Logam 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 Tungku• Electric-arc furnace

Logam dilebur menggunakan electric arcHanya digunakan untuk melebur cast steel

16



Jenis Tungku• Induction furnace

Peleburan 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 pengecoran

Misrun; Pengecoran yang telah mengeras sebelum sebelumrongga cetakan terisi sempurna. Penyebab: fluiditas logamlebur kurang, temperatur tuang rendah, kecepatan penuanganlambat, bagian cross-section rongga cetakan tipis.Cold shut; terjadi jika dua aliran logam lebur bertemu tetapikurang terjadi fusi antar keduanya akibat adanya pendinginanyang prematurCold shots; percikan (splattering) logam lebur saat penuanganmengakibatkan gelembung logam (solid globules) yang mengeras terperangkap dalam cetakanShrinkage cavity; depresi yang terjadi pada permukaan ataubagian internal pengecoran akibat terjadinya pengerasan yang menyusutMicroporosity; terjadinya pengerasan yang menyusut secaralokal dan terdistibusi secara merata pada structur dendriticHot tearing/hot cracking; retaknya logam pada titik yang mengalami tegangan (tensile stress) yang tinggi akibat dariketidakmampuan logam untuk menyusut secara natural

17



Kualitas Pengecoran (1)

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




• Cacat pada pengecoran pasirSand blow; Terperangkapnya gas cetak (mold gases) saatpenuanganPin holes; Seperti sand blow tetapi dalam ukuran kecil daritersebarSand wash; erosi yang terjadi pada cetakan saat penuangansehingga bentuk cetakan berubahScabs; permukaan kasar pada permukaan akibat encrustation logam dan pasirPenetration; logam lebur terpenetrasi kedalam cetakan karenafluiditas logam yang tinggiMold shift; pergeseran antara cope dan drag sehinggamengakibatkan parting line yang menonjolCore shift; pergeseran inti akibat dari buoyancy dari logamMold crack; retaknya cetakan sehingga logam leburmembentuk sirip pada produk akhir

18




• 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 Cor

• Desain geometri produk sesederhana mungkinMenyederhanakan pembuatan cetakanMenghindari penggunaan intiMeningkatkan kekutan cetakan

• Hindari 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 toleransidimensi sekitar 1.5 – 3.0mm untuk diproses pemesinan

19



Pertimbangan Dalam Perancangan Produk Cor

(a) Thick section at intersection can result in a shrinkage cavity(b) redesign to reduce thickness(c) use of a core

Design change to eliminate the need for using a core:(a) Original design(b) Redesign

TI-2121: Proses Manufaktur · PDF file1 Departemen Teknik Industri FTI-ITB TI-2121: Proses...

Documents

Transcript of TI-2121: Proses Manufaktur · PDF file1 Departemen Teknik Industri FTI-ITB TI-2121: Proses...