TI-2121: Proses Manufaktur · PDF file• Pengecoran adalah proses penuangan logam lebur ke...

1

Departemen Teknik Industri FTI-ITB

TI-2121: Proses Manufaktur

Dasar-dasar Pengecoran Logam

LaboratoriumLaboratorium SistemSistem ProduksiProduksiwww.lspitb.orgwww.lspitb.org

©©20032003

TI2121 - Proses Manufaktur - Minggu 2 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:Memberikan pemahaman terhadap proses pengecoran

2



Definisi• Pengecoran adalah proses penuangan logam lebur ke

dalam cetakan, kemudian mengeras sesuai dengan bentukrongga cetakan

• Contoh produk: blok mesin, pipa, roda kereta api, kerangka mesin, perhiasan, mahkota gigi dll.

• Kamus:Pengecoran = castingCetakan = moldRongga cetakan = cavity moldLogam = metalPengerasan = solidificationPabrik pengecoran = foundryPenyusutan = shrinkage



Contoh Produk Pengecoran

3



Peleburan Logam



Peleburan Logam

4



Peleburan Logam



Peleburan Logam

5



Pengecoran



Pengecoran

6



Pembuatan Cetakan



Pembuatan Cetakan

7



Pembuatan Cetakan



Pembuatan Cetakan

8



Pembuatan Cetakan



Pembuatan Cetakan

9



Pembuatan Cetakan



Pembuatan Cetakan

10



Pembuatan Cetakan



Klasifikasi Proses Pengerasan

11



Kemampuan dan Keuntungan PengecoranPengecoran dapat membentuk komponen dengangeometri eksternal/internal yang komplek

Beberapa proses pengecoran dapat langsungmembentuk geometri akhir produk (net shape) sehinggatidak memerlukan proses manufaktur lainnya

Pengecoran dapat digunakan untuk membuat komponenyang sangat besar (>100 ton)

Proses pengecoran dapat dilakukan menggunakanberbagai jenis logam yang dapat dipanaskan hinggalebur (liquid state)

Beberapa metoda pengecoran cocok untuk produksimasal



Kekurangan• Sifat menyerap/merembes (porosity)

• Keakuratan demensi geometrik dan kerataanpermukaan yang rendah

• Bahaya/resiko keselamatan kerja saat peleburanlogam

12



Proses Pengecoran (1)• Cetakan memiliki rongga sesuai dengan

dimensi/bentuk komponen yang ingin dibentuk

• Dimensi rongga sedikit lebih besar untukmengkonpensasi penyusutan saat logammengalami proses pendinginan dan pengerasan

• Setiap logam memiliki karakteristik penyusutanyang berbeda

• Bahan cetakan: pasir (sand), gips (plaster), keramik (ceramic) dan logam (metal)



Proses Pengecoran (2)• Tahapan pengecoran:

Logam dilebur pada temperatur tinggi hingga berubahmenjadi zat cairLogam cair dituangkan kedalam cetakanLogam cair dalam cetakan mengalami prosespendinginan.Seiring dengan menurunnya tempratur, logam akanmengeras. Selama proses pengerasan terjadi perubahan fasa padalogam (membentuk karakteristik/properti hasilpengecoran)Jika pendinginan/pengerasan selesai, cetakan dilepas.Proses lanjutan: trimming, cleaning, inspecting dan heat treatment

13



Proses Pengecoran (3)

• Cetakan terbuka: berbentukkontainer

• Cetakan tertutup: memerlukansaluran (passageway) menujurongga



Proses Pengecoran (4)• Klasifikasi proses pengecoran

Cetakan habis pakai (expendable mold)– Cetakan harus dirusak untuk mengeluarkan komponen

hasil pengecoran– Cetakan yang terbuat dari: pasir, gips atau yang

menggunakan bahan-bahan perekat

Cetakan permanen (permanent mold)– Dapat digunakan berulang-ulang– Cetakan terbuat dari logam– Cetakan terbuat dari dua atau lebih bagian yang dapat

dibuka untuk mengeluarkan komponen cor

14



Cetakan Pasir• Rongga dibentuk menggunakan sebuah pola (pattern)• Pola terbuat dari kayu, plastik atau material lain berbentuk

komponen yang akan dicorPola membentuk geometri ekternalInti (core) membentuk geomatri internal

• Riser digunakan sebagai penampung (reservoir)Untuk mengisi rongga akibat penyusutanDirancang agar logam lebur dalam riser mengalamipendinginan/pengerasan yang lebih lama daripada ronggacetakan

• Pasir bersifat basah dan memiliki perekat untukmempertahankan bentuk

• Sifat porositas pasir memungkinkan udara dan gas (hasilreaksi logam lebur) yang terperangkap dalam rongga saatlogam lebur dituang untuk keluar melalui dinding cetakan



Peleburan Logam

• Energi panas yang diperlukan:

Panas untukmenaikkantemperatur hinggatitik leburPanas fusi untukmerubah zat padatmenjadi zat cairPanas untukmenaikkan logamlebur hinggatemparaturpenuangan yang diinginkan

( ) ( ){ }

3

op

ol

f

oo

om

os

cm heated; being metal of volume V

C re; temparatupouring T

CJ/g- metal; liquid theofheat specific weight C

J/g fusion; ofheat HCre; temperatustarting T

Cre; temperatumelting T

CJ/g-metal; solid for theheat specific weight Cg/cm3 density;

J required;heat Total

=

=

=

==

=

=

==

−++−=

ρ

ρ

H

VH TTCHTTC mplfoms

15



Penuangan Logam Lebur• Faktor-faktor yang mempengaruhi kegiatan

penuangan:Temperatur penuangan

– Menentukan jumlah penurunan temperatur yang diperlukanhingga logam mengeras

– Superheat: perbedaan antara temperatur penuangan dantemperatur saat logam mulai mengeras

Kecepatan penuangan– Jika terlalu lambat, logam akan mengeras sebelum mengisi

rongga– Jika terlalu cepat, akan menimbulkan turbulensi

Turbulensi– Kecepatan dan arah aliran fluida yang tidak menentu– Mempercepat terbentuknya oxida logam dan terperangkat

dalam proses pengerasan sehingga kualitas cor menurun– Menimbulkan erosi cetakan (mold erosion) sehingga

cetakan mudah terkikis/habis



Contoh Perhitungan Penuangan• Diketahui:

Panjang sprue = 20cmLuas sprue = 2.5cm2

Volume rongga cetakan = 1560cm3

• Perhitungan:Kecepatan penuangan:

Kecepatan volume penuangan:

Waktu penuangan:

scmghv /1.198)29)(981(22 ===

scmvAQ /495)1.198)(5.2( 3===

sQVMFT 2.3495/1560 ===

16



Pengerasan Logam (1)

Kurva pendinginan logam murni pada pengecoran



Pengerasan Logam (2)• Proses pengerasan:

Lapisan tipis logam cor (initial skin) akan terbentuk akibatpendinginan oleh dinding cetakan.

– Mengakibatkan granular pada permukaan bersifat bersifat halus, ukuran sama dan berorientasi acak

Pengerasan berlanjut menuju titiktengah rongga cetakan

– Formasi granular membentukjarum dan pertumbuhan menjauhiarah transfer panas (dendriticgrowth)

17



Pengerasan Logam (2)

• Diagram fasa copper-nickel alloy • Kurva pendinginan untukkomposisi 50%Ni-50%Cu

• Hampir semua alloy mengeras pada rentang temperaturbukan pada titik temperatur tertentu



Waktu Pengerasan• Aturan Chvorinov’s

• Cm bergantung dari:Material cetakan (mis: konduktivitas termal, panas)Sifat termal logam cor (mis: panas fusi, konduktivitas termal)Temperatur penuangan relatif terhadap temperatur cair

• Volume riser dirancang lebih besar daripada volume ronggacetakan agar logam di rongga cetakan mengeras terlebihdahulu (chovrinov rule)

2

3

2m

cm casting; theof area surface A cm casting; theof volume V

min/cm constant; mold Ction timesolidifica total TST

=

=

=

=

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛=

n

m AVCTST

18



Penyusutan (1)• Penyusutan terjadi dalam tiga tahap:

Kontraksi cairan pada saat pendinginan dan sebelumpengerasanKontraksi pada fasa perubahan dari cair ke padat(solidification shrinkage)Kontraksi termal pada saat cor telah mengeras danmengalami pendinginan hingga temperatur ruangan



Penyusutan (2)

19



Penyusutan (3)Volume kontraksi untuk berbagai jenis pengecoran logam

6.05.5Bronze (Cu-Sn)

7.54.5Copper

7.23.0Low C cast steel

3.00Gray cast iron, high C

3.01.8Gray cast iron

5.07.0Al alloy

5.67.0Aluminum

Solid Thermal Contraction, %

Solidification Shrinkage, %Metal

Volumetric contraction due to:



Pengerasan Terarah (1)

• Untuk meminimasi produk cacat akibatpengerasan:

Bagian rongga yang terletak jauh dari riser diharapkanmengalami proses pengerasan terlebih dahuluJika penyusutan terjadi, logam lebur dalam riser masihdapat mengisi volume penyusutan tersebutPerlu pengerasan terarah

• Pengerasan terarahRiser dirancang menjauhi bagian rongga yang memilikirasio V/A kecilChills: penyerap panas untuk mempercepat prosespendinginan (internal chills dan external chills)

20



Pengerasan Terarah (2)

(a) External chill to encourage rapid freezing of the molten metal in a thin section of the casting

(b) the likely result if the external chill were not used.



Perancangan Riser• Dimensi pengecoran: 7.5 x 12.5 x 2.0 cm• TST = 1.6 min• Riser berbentuk silinder dengan rasio diameter : tinggi = 1• Tentukan dimensi riser agar TST = 2 min

( ) ( )

4.7cm Hcm7.409056.00.2

09056.06

26.30.2

64 2

4

cmmin/26.35.2675.187

6.1

22

22

2

222

=

==

=⎟⎠⎞

⎜⎝⎛==

=+

=

===

D

DDTST

DDD

hD

AV

AVTSTCm

ππ

π

21



Tugas 2

• Pilih salah satu komponen/produk cor• Gambarkan / sketsa dan ukuran produk tersebut

• Tugas kelompok1 kelompok 2 orangNim genap dan ganjil dari kelas yang berbeda

• Dikumpulkan:Senin, 8 September 2003Jam: 10.00

TI-2121: Proses Manufaktur · PDF file• Pengecoran adalah proses penuangan logam lebur ke...

Documents

Transcript of TI-2121: Proses Manufaktur · PDF file• Pengecoran adalah proses penuangan logam lebur ke...