Introduction to Metal Casting

download Introduction to Metal Casting

of 63

description

OK

Transcript of Introduction to Metal Casting

  • TEKNIK MESIN UNIVERSITAS RIAU

  • SEJARAH PENGECORAN

    Diperkirakan cara ini dipakai pertama kalikira-kira 4000 tahun sebelum masehi.

    Zaman dinasti YIN (1000-1500SM) Teknik pengecoran Mesopotamia

    diteruskan juga ke Eropa 1400 1500 SM.Barang-barang seperti mata baja danmata tombak dibuat di Spanyol, Swiss,Jerman, Australia, Norwegia, sertaDenmark , Swedia, Inggris Perancis.

    Pengecoran India dan Cina diteruskan keJepang dan Asia Tenggara, sehingga diJepang banyak arca Budha yang dibuatantara 600 800 SM.Pada saat itu hasilpengecoran adalah dalam bentuk mataanak panah, ornamen, patung dansebagainya.

  • SEJARAH PENGECORAN

    Penggunaan besi dimulai dengan jalan penempaan, sama dengantembaga. Orang-orang Mesir dan Asiria menggunakan perkakas besiantara tahun 2700 2800 SM. Kemudian di Cina antara tahun 800 900SM.

    meriam pertama dibuat tahun 1313 dari perunggu dengan prosespengecoran oleh pendeta dari kota Ghent. Benda-benda seni dan patungtelah dibuat di Itali oleh Bevenoutu Cellcini dengan gabungan cetakantanah dan lilin. Leonardo da vinci juga menggunakan cara ini untukmembuat beberapa bagian karya seninya

    Vannocio B iringuccio (1480 1539) adalah seorang tukang cor yang bisadisebut sebagai bapak industri pengecoran Ia adalah orang yang menulispraktek pengecoran secara detail, analisa secara bersamaan denganpendekatan di lapangan

    Tahun 1730 di Inggris, Abraham Darby, mengambil inisiatif penggunaanbatu bara untuk bahan bakar untuk pengecoran. Sejak itu besi dapatdiproduksi dengan biaya sepertiga dari biaya semula.

  • LATAR BELAKANG

    Diantara alasan dipilihnya pengecoran menjadi metodepembentukan suatu komponen adalah:1. Bisa dihasilkan produk dengan bentuk yang kompleks.2. Bisa dihasilkan produk dengan ukuran yang besar

    maupun kecil.3. Bisa dihasilkan produk yang identik dalam jumlah massal

    dengan biaya yang murah.Dengan alasan-alasan tersebut, banyak produk yangdihasilkan dengan cara ini. Sebagai misal blok mesin,crankshaft, piston, valves, roda kereta api, pagar, danornamen.

  • HASIL PENGECORAN

  • Manufacturing Processes

    Manufacturing Processes

    Casting Machining Forming Joining (Bentuk akhirprimary process)

    ( Pembagiansecondary process)

    (Bentuk akhirsecondary process)

    ( Tambahansecondary process)

    Casting adalah proses penuangan logam cair kedalam rongga cetakan yang bentuk dan ukurannyasesuai kebutuhan kemudian mendinginkannyadidalam cetakan

  • SAND CASTING

    Dapat digunakan untuk pengecoran semua paduan bahkanyang bertemperatur lebur tinggi contoh, baja, nickel, dantitanium.

    Empat jenis material yang sering digunakan:

    Materials Melting temperature

    Aluminum alloys 1220 F (660 C)

    Brass alloys 1980 F (1082 C)

    Cast iron1990-2300 F (1088-1260 C)

    Cast steel 2500 F (1371 C)

  • PENGECORAN PASIR/SAND CASTING

    PROSEDUR

    Pasir

    Cetakan:1. Pembuatan pola2. Pembuatan inti3. Pembuatan Saluran Pengisisan

    Peleburan logam

    Pengisian Cetakan

    Pemisahan Coran dan Cetakan

  • Jenis Pasir

    Pasir cetak yang lazim adalah pasir gunung, pasirpantai, pasir sungai, dan pasir silika.Jenis pasir yang digunakan pada Sand Casting; Petro-bond campuran pasir dan oli atau resin

    sintetis. Green sand campuran pasir, lempung, air, dan

    additif, disebut green sand karena dapatdigunakan berulang kali. Penambahan airdigunakan untuk mencegah porositas.

    Campuran pasir dan cairan kaca kemudian dikeraskan dengan gas CO2.

    MENYIAPKAN PASIR

  • Sifat-sifat Penting Pasir Cetak

    Kemampuan pembentukan/FLOWABILITY:

    sifat ini memungkinkan pasir cetak bisa mengisi semua sisi dan ujungdari pola sehingga menjamin bahwa hasil coran memiliki dimensi yangbenar.

    Plastisitas/PLASTIC DEFORMATION:

    bisa bergerak naik maupun turun mengisi rongga-rongga yang kosong.Sifat plastisitas ini berkait erat dengan kandungan air pada pasircetak yang bertindak sebagai pelumas sehingga memungkinkan pasircetak mudah bergerak antara satu dengan lainnya.

    Kekuatan basah/GREEN STRENGTH:

    kekuatan ini menjamin cetakan tidak hancur/rusak ketika diisi dengancairan logam ataupun ketika dipindah-pindahlan. Kekuatan initergantung pada jumlah dan jenis pengikat dari pasir cetak.

  • Sifat-sifat Penting Pasir Cetak

    Kekuatan kering/THERMAL STABILTY:kekuatan ini diperlukan pada saat cetakan mengering karenaperpindahan panas dengan cairan logam. Kekuatan ini jugatergantung pada jumlah dan jenis pengikat.

    Permeabilitas/PERMEABILITY:sifat ini memungkinkan udara dan uap atau gas-gas lain darievaporasi air dan pengikat keluar. Jika bahan-bahan inimenempati rongga cetakan maka akan menjadi hasil pengecoranyang kurang baik terutama bila terjebak pada hasil coran yangmenjadikan cacat pada coran.

    REUSABILITY

    kemampuan pasir untuk digunakan kembali sebagai pasir cetak

  • Pengontrolan Kwalitas dari Pasir Cetak

    Pengujian kwalitas pasir cetak terutama untuk yang dipakai berulang-ulang adalah Perkiraan kelembaban Pengukuran kekuatan basah dan kering dari pasir

    cetak Pengujian permeabilitas Pengujian pasir diameter distribusi

    NEXT>>>

  • Sand Testing

  • Testing of mould & core sand

    1)Preparation of standard test specimen

    2)Mould hardness test

    3)Core hardness test

    4)Moisture content test on foundry sand

    5)Sieve analysis

    6)Clay content test

    7)Permeability test

    8)Compression, shear test

  • 1)Preparation of standard test specimen

    The standard specimen is prepared usinga standard sand rammer and specimen tube accessories.The specimen is rammed with three blows.

    The weight of the ram may be 63-72 N by weight. The ram is dropped from a height of 50mm . The specimen is rammed with three blows- This is the standard procedure.

    This operation that is ramming sand three times compacts the sand to a standard hardness

  • 2)Mould hardness test

    Mold surface hardness is the resistance offered by the surface of a green sand mold

    An instrument for determining the mold surface hardness shall measure the depth of penetration in to the mold surface of a plunger having a load applied at a 90 angle to

    the mold surface

    3)Core hardness testCore hardness is the resistance offered by the surface of a dry sand core

  • 4)Moisture content test on foundry sand

    In clay bonded sand some moisture is essential to develop working strength.

    The influence of moisture may be harmful if the proportion is not controlled within the definite limits.

    The strength of a sand is also influenced by its moisture content.

    It is therefore important to make certain that the sand contains the correct percentage of water

    Two methods i) simply by measuring the weight difference between the green sand and the dry sand, then calculating percentage of moisture = (W1-W2)/W1X100

    ii) chemical method: by speedy moisture teller

    water + calcium carbide= acetylene gas=pressure=pointer

  • 5)Sieve analysis

    The grain size is expressed by number known as grain fineness number.

    For determination of grain fineness number of a given sand sample, a standard sieve set is used.

    The apparatus consists of eleven sieves mounted one above the other.

    The shaker vibrates the sieve by motor arrangement. So the sand placed at the top sieve gets screened and get collected on different sieves of different sizes depending up on the size of the grain.

    The sieve system is vibrated for some specific period.

  • 6)Clay content test

    The necessary bonding strength for mouliding sand is clay, so that after ramming the mould doesnt loose its shape.

    However as the quantity of the clay is increased, the permeability of the sand decreases.

    Clay is responsible for bonding the sand particles together.

    It influences strength permeability and other moulding sand properties.

    Known quantity moulding sand is taken and washed with water and NaOH. Then dried and reweighed

    The weight of clay is given by the difference between the original weight and weight after washing

  • 7)Permeability test

    Gases and water vapour are released in the mould cavity by the molten metal and sand.

    If they do not find opportunity to escape completely through the mould, they will get entrapped and form gas holes or pores in the casting

    The sand must therefore be sufficiently porous to allow the gases and water vapour to escape out.

    This property of sand is referred to as permeability. The apparatus has an arrangement which allows controlled

    amount of air to pass through a sand sample and the time taken for all the air to pass through the same is measured

    Permeability no = VH/PAT V= volume of air, H=height, P=preA=area of specimen, T= Time

  • 8)Compression, shear test

    Strength tests have been devised to test the holding power of

    various bonding materials in green and dry sand

    The strength is governed by the amount of bonding materials

    The universal sand strength testing machine is used to test the strength of sand

    Compressive strength, shear strength, tensile stregth of the moulding sand is done on this universal sand strength machine by replacing the different grippers

    Test machine gives direct reading G G

  • Pola

    Definisi: Penghubung antara design dan produk akhir. Pola merupakan perwujudan dari gambar hasil

    desain. Pola biasanya dibuat dari kayu, plastik atau logam. Pemilihan material untuk pola tergantung kepada

    ukuran dan bentuk dari coran, akurasi dan jumlahdari coran, dan kemudahan proses pembuatannya.

  • Bahan pola

  • Jenis pola

    a) pola tunggal, b) pola split dan c) pola rata plat.

  • Saluran Pengisian

    Definisi:Penghubungantaracawantuangdenganronggacetakan.Beberapa hal yang harus menjadi dasar pertimbangan dalam pembuatansistem saluran pengisian adalah: Volume aliran persatuan waktu dan arah aliran harus sedemikian rupa

    sehingga cetakan terisi seluruhnya sebelum membeku. Aliran logam cair harus laminer sehingga udara terjebak, oksidasi pada

    cairan logam dan erosi cetakan bisa dihindari. Distribusi temperatur dalam logam harus sedemikan rupa sehingga dalam

    proses pembekuan memungkinkan adanya logam penambah yangmemungkinakan berkurangnya cacad seperti porositas dan peretakanpanas.

    Memungkinkan disiapkannya saringan pada sistem saluran untukmemisahkan cairan logam dengan kotoran.

    Biaya minimal dalam cetakan, pembuatan dan logam yang membekudalam sistem saluran.

  • Peralatan Yang Digunakan Membuat Cetakan

    Persiapan cetakan biasanya menggunakan tangan, berikut beberapa peralatan yang digunakan:1) Bellow: digunakan untuk menghembus/meniup

    partikel pasir yang terlepas dari pola dan ronggacetakan.

    2) Lifter atau cleaner: untuk membuang kotoran atau pasir yanglepas pada cetakan, juga untuk memperbaiki dan menghaluskanrongga cetakan

  • Hand tools used in moulding

    3) Heart & square: menghaluskan rongga cetakan

    4) Hand rammer: digunakan untuk memadatkan pasir

  • Hand tools used in moulding

    5) Floor rammer: Lantai pemadat6) Hand riddle: terdiri dari jaring pada rangka bundar yang

    berfungsi untuk membersihkan, menghilangkan material asing pada pasir.

    7) Sprue pin: terbuat dari batang kayu lancip digunakan untuk membuat saluran turun

  • Hand tools used in moulding

    8) Trowels: untuk merapikan permukaan pasi cetakir moulds

    9) Smoothers dan corner slics:untuk menghaluskan sudut-sudut/pojok, sisi tajam dan bundar.

  • Hand tools used in moulding

    9) Gate cutter: digunakan untuk membuat saluran masuk

    10) Shovel : memindahkan dan mencampur dan memanaskan pasir cetak pasir cetak.

  • SKEMA CETAKAN SAND CASTING

  • PROCESS CYCLE

  • PROCESS CYCLE

  • PROCESS CYCLE

    VIDEO>>>

  • Preparation of sand mould

    Before any casting can take place a wooden pattern is made precisely. This is called pattern making and in industry this is a very skilful job. Any inaccuracy at this stage will result in the final cast being wrong or even failing.

    Drag is placed inverted on the mould floor and pattern is placed at the center of the box

    SAND CASTING

  • Special casting sand will soon be packed around the pattern for easy removal of pattern from

    parting powder is sprinkled over and around it. It stops the casting sand sticking to the pattern and pulling away with it when the pattern is finally removed from the sand.

    Casting sand is then shaken through a sieve (called riddled sand) so that only fine particles fall around the pattern. This is called facing sand and it must be fine so that detail on the pattern shows up on the final casting.

    Preparation of sand mould

  • The drag is then packed with more casting sand and then ram it down firmly using a ramming tool. The tool has two ends, one is cylindrical and is used for general packing down of the sand. The other end is quite pointed and this can be used for packing sand close up to the pattern.

    When the drag is packed fully it is levelled off (called strickled off) using a straight steel bar.

    Preparation of sand mould

  • The entire drag and its contents are then turned over so that the base of the pattern can be seen

    A top box called a cope is then placed on top of the drag and locating pins are put in position so that the casting boxes cannot move sideways.

    Preparation of sand mould

  • Sprue pins are positioned. One usually on the back of the pattern and the other to the side. These will eventually provide an entrance and exit for the molten aluminium when it is poured into the sand.

    The sand is packed/rammed into the cope in the same way as the drag.

    Preparation of sand mould

  • The top box (the cope) is then removed and if all is well the cope with the sand inside should lift off the drag (bottom box) without the sand falling out. A small gate is cut below the position of one of the sprue pins. This will help the molten metal to flow into the cavity left by the mould. Small tools are available or can easily be made to dig a variety of shapes in the casting sand. They are similar to small trowels

    Preparation of sand mould

  • The pattern is removed using a spike. Before removing the pattern it is a good idea to gently tap the spike so that it loosens the pattern from the sand. It can then be lifted away from the casting box (drag).

    The cope (top casting box) is placed back on top of the drag and the locating pins put in position. Before this is done vents can be created using a thin piece of welding rod, pushing it through the sand . This allows gases to escape once the molten metal is poured.

    Preparation of sand mould

  • The molten metal is poured with great care. The molten metal is poured down the hole left by the first sprue pin (now called the runner). As it runs down the runner it flows through the gate cut by the trowel, into the cavity left by the pattern and up the riser (the hole left by the second sprue pin).

    The casting should be left for at least an hour before removal from the sand

    When removed from the sand, the runner and riser are cut away and the casting is ready for machining

    Preparation of sand mould

  • KEUNGGULAN

    Dapat digunakan untuk produksi benda-bendadengan ukuran besar

    Dapat membuat bentuk-bentuk yang rumit Banyak pilihan material yang dapat digunakan Biaya peralatan lebih ekonomis Scrapnya dapat didaur ulang Produksi dapat dilakukan dalam waktu singkat

  • KEKURANGAN

    Kekuatan material produk rendah Dimungkinkan terjadi banyak cacat pori Toleransi kurang presisi dan kehalusan permukaan

    rendah Diperlukan proses pemesinan Laju produksi rendah Biaya buruh tinggi

  • Pengecoran investment

  • Pengecoran Investment

  • Tahapan pada Investment Casting

    Buat pola lilin pada cetakan Rakit pola seperti bentuk pohon Buat lapisan cangkang cetakan keramik Lelehkan pola lilin dengan memanaskan cangkang

    keramik Tuang logam cair dan biarkan hingga beku Bongkar cangkang/pecahkan Pisahkan coran dari saluran pengalir (runner) and

    fettle/saluran masuk.

  • Pengecoran evaporative (lost-foam)

  • Pengecoran evaporative (lost-foam)

  • Tahapan pada Lost Foam Casting

    Buat pola styrofoam Rakit pola pada saluran pengalir Lapisi dengan lumpur keramik dan keringkan Tanamkan pada pasir dan getarkan untuk

    memadatkan Tuangkan logam cair Buang pasir Bersihkan dan potong produk.

  • Cosworth Process(Low Pressure Sand Casting)

  • PRODUK COSWORTH

  • High Pressure Die Casting (HPDC)

    Pertama kali dikembangkan oleh H. H. Doehler 1915

    Prinsip HPDC adalah mendorong logam cair pada shot tube ke dalam cetakan dengan

    tekanan.

    Klasifikasi penggunaan tekanan untuk beberapa komponen (Brown, 1999)

    Tekanan saat pengecoran (bar)

    Al dan Mg Zn Brass

    Komponen standar hingga 400 100-200 300-400

    Komponen teknik 400-600 200-300 400-500

    Komponen dengan kontrol tekananketat

    800-1000 250-400 800-1000

    Komponen dengan kromium plating 220-250

  • Dibagi dalam dua proses dasar:

    Hot Chamber

    Digunakan untuk logam dengan temperatur cair yang rendah dan logam yangtidak bereaksi membentuk paduan dengan logam die (baja) seperti timahhitam, timah putih dan zinc (eFunda, 1999)

    Dasar Teori

  • Sistem Injeksi Logam Cair

    Vertical injection Horizontal Injection

  • Proses pada HPDC

    Terdiri dari dua proses dasar:1. Proses Hot Chamber Siklus dasar pengoperasian seperti berikut:

    (i) cetakan ditutup dan saluran gooseneck diisi denganlogam cair, biasanya proses pengisian berkisarantara 5 hingga 40 msec; (ii) plunger mendoronglogam cair melalui saluran gooseneck dan nozzle; (iii)cetakan dibuka dan inti dimundurkan; logam cortinggal pada ejector die; plunger kembali keposisisemula, menarik logam cair kembali melalui nozzledan gooseneck; (iv) pin ejector mendorong benda corkeluar dari ejector die. Plunger membuka lubang inlet,logam cair mengisi silinder gooseneck. Hot chamberdie casting biasanya digunakan untuk logam dengantemperatur cair yang rendah dan logam yang tidakbereaksi membentuk paduan dengan logam die(baja) seperti timah hitam, timah putih dan zinc(eFunda, 1999). Logam dengan temperatur lelehtinggi seperti paduan aluminium menyebabkandegradasi secara cepat pada sistem injeksi logam.

  • Cold Chamber

    Mesin cold chamber die casting khusus digunakan bahan perunggu dan paduanaluminium.

    Dasar Teori

  • High Presssure Die Casting

  • 2. Proses Cold Chamber

    Untuk semua proses pengecoran mempunyaisiklus produksi yang sama, pada gambar 8ditunjukkan ilustrasi model siklusmenggunakan proses die casting coldchamber. Siklus operasi sebagai berikut: (a)Cetakan ditutup dan logam cair dituangpada cold chamber cylinder; (b) kemudiandengan cepat plunger mendorong logamcair; (c) ke dalam cetakan dengan tekanantinggi; (d) tekanan tinggi dipertahankanselama proses pembekuan; (e) setelahpembekuan selesai, cetakan dibuka, plungermendorong terak beku keluar silinder (f),jika terdapat inti, inti dimundurkan, pinejector mendorong komponen keluar danplunger kembali ke posisi awal.

  • PRODUK HPDC

  • SQUEEZE CASTING

  • PRODUK SQUEEZE CASTING