Pengecoran Logam

                                                        Pengecoran Logam

 

Apa itu pengecoran logam?

Pengecoran logam adalah proses pembuatan benda dengan cara menuangkan logam cair ke dalam ruang berbentuk kosong. Logam tersebut kemudian mendingin dan mengeras menjadi bentuk yang diberikan oleh cetakan berbentuk ini. Pengecoran seringkali merupakan cara yang lebih murah untuk memproduksi sebuah benda dibandingkan dengan mengolah bagian tersebut dari sepotong logam padat. Ada banyak metode pengecoran logam yang dapat dipilih. Jenis pengecoran apa yang paling efisien bergantung pada logam yang digunakan, ukuran proses, dan kerumitan pengecoran.

Sebelum memulai produksi, ada baiknya mengetahui beberapa syarat dan metode dari lantai pengecoran. Cope and drag, atau ram and swing, adalah kata untuk bagian cetakan pasir hijau yang bergerak dan tidak bergerak.

Kelebihan proses pengecoran : Efektivitas biaya, Kecepatan, Kemudahan bagian yang kompleks, Kualitas produk, Fleksibilitas permukaan akhir dan mudah Daur ulang

Pengecoran cetakan

Cetakan adalah rongga pada suatu bahan yang menerima logam cair dan menghasilkan benda dingin berbentuk rongga tersebut. Cetakan bisa sederhana. Bentuk yang digunakan untuk membuat batangan logam seperti loyang roti, logamnya dituangkan ke dalam dan dibiarkan dingin. Kebanyakan cetakan ditujukan untuk bentuk yang lebih kompleks dan didasarkan pada suatu pola. Polanya dicetak ke dalam cetakan terpisah. Separuh pola dicetak pada satu sisi cetakan dan separuh lagi pada sisi lainnya, lalu separuhnya dijepit sebelum cetakan diisi. Dengan membuat cetakan menjadi dua bagian, polanya dapat ditarik sebelum diisi. Cetakan ini dapat dibuat dengan belahan horizontal

Atasi dan seret

Dalam pencetakan horizontal, separuh bagian atas cetakan disebut cop , dan separuh bagian bawah disebut drag .

Ayun dan ram

Dalam pencetakan vertikal, separuh bagian depan cetakan disebut ayunan , dan separuh bagian belakang disebut ram .

Inti cetakan

Jika cetakan seharusnya memiliki ruang atau lubang internal, sering kali dibuat inti . Inti-inti ini berbentuk seperti ruang internal. Inti biasanya ditahan di tempatnya dengan memanjang melewati pengecoran dan ditahan melalui cetakan inti , yang menahan inti seperti jembatan antara dua tepian. Ruang kosong di sekitar inti akan terisi dengan logam, dan inti akan dikeluarkan dari pengecoran akhir, meninggalkan lubang di tempatnya semula. Jika intinya sangat panjang, mungkin akan ditopang dengan tasbih untuk menopangnya. Ini biasanya terbuat dari logam yang sama dengan pengecoran akhir karena ditempatkan di ruang yang akan dibanjiri material dan menjadi bagian dari pengecoran akhir.

Toleransi dimensi

Salah satu faktor penting dalam memilih metode pengecoran adalah toleransi dimensi . Toleransi dimensi adalah variasi ukuran produk akhir yang dapat diterima. Logam menyusut ketika didinginkan, dan jenis pengecoran mempengaruhi seberapa besarnya. Jika suatu produk perlu presisi, klien mungkin menginginkan metode pengecoran yang menghasilkan pengecoran mendekati jaring . Artinya, produk tersebut hampir mencapai ukuran yang tepat ketika dikeluarkan dari cetakan.

Penyelesaian permukaan

Pertimbangan lainnya adalah finishing permukaan . Seberapa granular, bergelombang, atau kasarnya permukaan pengecoran? Apa yang dapat diterima untuk panci besi cor tidak dapat diterima untuk cincin kawin. Permukaan logam yang sangat halus biasanya dibuat dengan pemesinan, yang memerlukan biaya tambahan: jika hasil yang diinginkan adalah mengkilap dan halus, memilih metode pengecoran dengan hasil akhir yang lebih halus dapat mengurangi biaya pemesinan.

Permukaan akhir mengacu pada seberapa halus atau granular permukaan pengecoran sebelum pemesinan.

Metode pengecoran logam

Pengecoran logam terbagi dalam dua kategori utama: proses dengan cetakan yang dapat digunakan kembali dan proses dengan cetakan yang dapat dibuang. Cetakan yang dapat digunakan kembali atau permanen menghasilkan banyak benda, sedangkan cetakan yang dapat dibuang akan rusak karena proses pengecoran. Meskipun dari sudut pandang orang awam tampaknya cetakan yang dapat digunakan kembali harus lebih hemat biaya untuk produksi besar, hal ini tidak selalu terjadi. Kebanyakan benda besi dan baja dibuat melalui proses pengecoran sekali pakai.

Bahan cetakan suhu rendah (resin, coklat, lilin, dll.) hampir selalu menggunakan cetakan yang dapat digunakan kembali. Apa yang membuat metalurgi berbeda adalah tingginya suhu yang terlibat. Ini memberi banyak tekanan pada cetakan. Oleh karena itu, tidak mengherankan jika paduan dengan titik leleh lebih rendah seperti seng, aluminium, magnesium, timah, atau tembaga lebih sering berhasil dalam proses pencetakan yang dapat digunakan kembali.

Namun, dalam beberapa keadaan, bahkan logam besi dituangkan ke dalam cetakan yang dapat digunakan kembali. Kompleksitas desain, pilihan logam, dan persyaratan toleransi dimensi serta penyelesaian permukaan semuanya memengaruhi kelayakan cetakan yang dapat digunakan kembali.

Cetakan permanen bisa sederhana, seperti bentuk ini, atau lebih rumit dan dibuat dalam dua bagian.

Cetakan yang dapat digunakan kembali

 Cetakan permanen

Cetakan permanen biasanya terbuat dari logam—yang memiliki titik leleh lebih tinggi daripada logam yang diisinya. Logam cair dituangkan tanpa tekanan eksternal apa pun. Inti permanen harus sederhana sehingga dapat ditarik untuk digunakan kembali dari hasil pengecoran yang telah selesai.

Cetakan ini terkadang digunakan dalam pengecoran besi, serta paduan suhu rendah. Meja putar, bukan jalur perakitan, adalah alur kerja industri yang paling umum. Operasi individual, seperti melapisi cetakan, menempatkan inti, menutup cetakan, menuang, membuka cetakan, dan mengeluarkan hasil coran, dilakukan saat setiap cetakan melewati stasiun berikutnya.

Cetakan dipanaskan terlebih dahulu sebelum pengecoran pertama dituang agar tidak retak akibat perbedaan suhu. Coran yang berasal dari metode ini tidak dapat memiliki dinding setipis metode reusable lainnya, seperti die casting. Namun, pengecoran diproduksi dengan “toleransi yang ketat”, yang berarti ukuran pengecoran akhir dapat diprediksi dengan lebih tepat. Coran yang dibuat dengan cara ini padat dan berbutir halus. Mereka memiliki permukaan akhir yang lebih halus dan menghindari beberapa jenis cacat.

Bentuk cetakan ini cukup tahan lama untuk digunakan dengan besi, tetapi ini bukan gaya yang disukai untuk kuningan kuning. Kuningan kuning mengandung seng yang tinggi dan dapat merusak jamur atau mati.

Cetakan semi permanen

Satu-satunya perubahan dalam pengecoran cetakan semi permanen adalah bahwa inti yang digunakan dalam proses pengecoran mungkin merupakan inti pasir yang dapat dibuang. Bentuk inti yang lebih kompleks dimungkinkan dengan inti pasir, karena inti pasir tidak perlu diekstraksi secara utuh dari pengecoran akhir. Jika lubang pada pengecoran dibiarkan untuk membuang inti-intinya, inti-inti tersebut dapat “diguncang” di atas meja yang bergetar, untuk dialirkan seperti pasir melalui jam pasir. Keuntungan toleransi, kepadatan, dan penampilan dari pengecoran cetakan permanen hanya ada pada bagian cetakan yang menempel pada cetakan logam.

Pengecoran lumpur

Gaya pengecoran yang diberi nama warna-warni ini menghasilkan pengecoran berongga tanpa memerlukan inti hanya dengan melapisi bagian dalam cetakan dengan sedikit logam, sehingga menciptakan “kulit” logam. Ada berbagai cara untuk melakukan pendekatan pengecoran lumpur tergantung pada seberapa cepat logam atau bahan lainnya mengeras. Dalam salah satu metode, pendiri dapat menuangkan sedikit cairan ke dalam cetakan dan memutarnya untuk menutupi bagian dalamnya dengan logam. Di tempat lain, pendiri dapat mengisi cetakan hingga penuh dan kemudian menuangkan bahan berlebih setelah waktu pendinginan yang ditentukan. Seng, aluminium, dan timah adalah logam yang biasanya berupa cetakan lumpur.

Pengecoran sentrifugal

Dalam pengecoran sentrifugal sejati, cetakan berpendingin air diputar mengelilingi poros tengahnya dengan kecepatan tinggi sementara logam cair dimasukkan. Gaya sentrifugal menarik logam cair di sepanjang permukaan cetakan dalam lapisan yang rata. Agar metode ini berhasil, pengecoran akhir harus memiliki geometri yang rata di sekitar sumbu putaran. Oleh karena itu, bentuk pengecoran ini paling baik untuk cetakan yang berbentuk silinder atau lingkaran, seperti tabung atau cincin.

Benda yang dicetak dengan metode ini biasanya memiliki tingkat cacat yang sangat rendah. Kotoran berakhir di dekat lubang, atau permukaan bagian dalam, pengecoran, dan dapat dibuang dengan mesin. Kebanyakan pipa atau alat kelengkapan yang akan digunakan di bawah tekanan dicor secara sentrifugal, karena kekuatan struktur mulusnya.

Beberapa cetakan logam kecil, seperti perhiasan, dibuat menggunakan alat sentrifugal yang mengayunkan seluruh cetakan di sekitar titik pusat, menarik logam dari wadah saat berputar. Pengecoran ini bukanlah pengecoran sentrifugal yang sebenarnya, melainkan suatu bentuk pengecoran bertekanan.

Coran sentrifugal tidak mempunyai lapisan dan kotoran dapat dikerjakan dari lubang.

Pengecoran tekanan

Metode pengecoran bertekanan menggunakan gaya selain gravitasi untuk mengontrol aliran logam ke dalam cetakan permanen. Udara atau gas, ruang hampa, gaya mekanis atau sentrifugal semuanya digunakan dalam pengecoran bertekanan. Metode ini memungkinkan pengecoran untuk secara tepat mengontrol laju pengisian cetakan: gravitasi selalu bekerja dengan gaya yang sama, namun gaya buatan manusia dapat bervariasi.

Pengecoran vakum menarik logam ke dalam cetakan ketika cetakan diturunkan tekanannya, dan vakum yang tercipta menarik logam cair ke atas dari reservoir di bawahnya. Vakum harus tetap menyala selama logam mendingin, sehingga metode ini banyak digunakan untuk coran berdinding tipis. Ini memberikan hasil akhir permukaan yang sangat baik. Pengecoran bertekanan rendah membalikkan proses ini dengan memberi tekanan pada tungku tempat logam cair berada, alih-alih menciptakan ruang hampa di dalam cetakan. Logam didorong melalui anak tangga ke dalam rongga cetakan.

Semua mesin die casting (di bawah) juga menggunakan beberapa bentuk tekanan untuk membantu membuat coran.

Pengecoran mati

Mesin die casting terdiri dari baskom yang menampung logam cair, cetakan logam atau cetakan pada dua pelat, dan sistem injeksi yang menarik material dan memaksanya di bawah tekanan ke dalam cetakan.

Proses die casting dimulai dengan cetakan terbuka. Nozel menyemprot cetakan dengan pelumas untuk membantu mencegah bagian tersebut lengket. Kedua bagian cetakan kemudian ditutup, dan cetakan yang tertutup diinjeksikan menggunakan nossle bertekanan. Pengecoran baru diberi waktu sejenak untuk mendingin sebelum cetakan dibuka. Pin ejektor mendorong cetakan baru dari cetakan, dan kemudian proses dimulai lagi.

Ada dua bentuk injeksi logam dalam die casting. Die casting ruang dingin bekerja seperti jarum suntik: sebelum setiap cetakan dicetak, ruang injeksi harus diisi dengan logam cair, dan kemudian piston mendorong isi injektor ke dalam cetakan. Die casting hot-chamber atau gooseneck bekerja dengan cara merendam ruang sistem injeksi ke dalam logam cair, dimana bentuk sistem berarti injektor mengisi ulang sendiri. Die casting ruang panas mendorong material ini ke dalam cetakan baik dengan piston atau dengan tekanan udara.

Sistem gooseneck lebih rentan terhadap korosi karena berada dalam wadah logam cair. Oleh karena itu, bahan ini biasanya digunakan dengan aluminium atau paduan aluminium-seng yang memiliki titik leleh lebih rendah. Die caster injeksi piston atau ruang dingin dapat digunakan untuk suhu lebih tinggi yang diperlukan untuk melelehkan kuningan dan perunggu, karena injektor tidak terus menerus terkena panas.

Mesin pengecoran kontinyu mengeluarkan bentuk logam yang tak henti-hentinya tetapi memotongnya menjadi panjang yang bisa diatur.

Pengecoran Berkelanjutan

Bahkan komponen logam yang kita anggap telah dikerjakan sepenuhnya, digulung, atau dikerjakan dengan cara lain sering kali dimulai dari lantai pengecoran. Pengecoran kontinyu menghasilkan bunga, billet, dan lempengan, yang merupakan berbagai ukuran bentuk logam sederhana, dengan mengekstrusinya melalui bentuk permanen. Proses pengecoran ini menghasilkan bahan mentah untuk baja yang dikerjakan.

Proses pengecoran kontinyu dimulai jauh di atas lantai pabrik. Logam cair dimasukkan ke dalam corong yang mengontrol laju pengecoran. Corong tersebut mengisi cetakan di bawahnya yang bentuknya sederhana, biasanya panjangnya 20-80 inci, dan lebarnya berbentuk persegi, lingkaran, atau persegi panjang. Dinding cetakan didinginkan sehingga bagian luar cetakan membeku saat melewatinya. Saat logam meninggalkan bentuknya, ia mengeras, namun masih lentur. Hal ini memungkinkan mesin pengecoran kontinyu untuk membengkokkannya sehingga hasil akhir yang dihasilkan keluar secara horizontal. Serangkaian roda memandu pelat ke ban berjalan sementara semprotan pendingin memperkuat permukaan. Semburan gas pada permukaan horizontal memotong potongan logam menjadi panjang yang dapat diatur, sehingga dapat diangkat dan ditumpuk.

Cetakan yang bisa dibuang

Metode cetakan sekali pakai jelas merupakan pemenang dalam hal pengecoran logam besi. Mereka hemat biaya karena tidak harus kokoh untuk suhu tinggi.

Pengecoran pasir

Pengecoran pasir adalah metode yang paling umum digunakan untuk pengecoran logam. Proses pembuatannya setidaknya berusia tiga ribu tahun: bukti pertama pengecoran tanah liat berasal dari Tiongkok, pada masa Dinasti Shang (c. 1600 hingga 1046 SM).

Tidak mengherankan jika proses ini masih begitu populer: pasir murah, berlimpah, lentur, dan mampu menahan panas.

Inti yang terbuat dari pasir mudah dihilangkan: dapat diguncang dengan meja getar. Pelari dan gerbang, yang digunakan untuk mengarahkan logam ke dalam rongga cetakan, dipotong dengan tangan oleh pembuat cetakan berpengalaman atau dibuat sebagai bagian dari pola.

Permukaan akhir pada benda cor pasir seringkali kasar, dan toleransi dimensinya tidak tepat, sehingga pengecoran pasir sangat bagus untuk menghasilkan potongan yang besar dan kasar mulai dari pagar dekoratif hingga panci besi cor hingga suku cadang mesin mobil.

Cetakan cangkang

Cetakan cangkang adalah bentuk pengecoran pasir yang memberikan toleransi dimensi lebih dekat. Mirip sekali dengan cetakan pasir, hanya saja pasirnya dicampur dengan resin. Campuran pasir dan resin dituangkan ke setiap setengah pola cetakan logam panas. Campuran ini meleleh dan mendingin menjadi cangkang. “Cangkang” cetakan disatukan, dan biasanya ditopang oleh labu berisi pasir. Dengan resin yang memberikan dukungan ekstra pada permukaan interior, cangkang ini membentuk cetakan yang sangat presisi.

Seringkali, cetakan cangkang digunakan untuk menghasilkan inti untuk pengecoran pasir tradisional. Resin memberikan kekuatan pada inti pasir untuk mempertahankan bentuknya, bahkan ketika ditempatkan di atas rongga yang akan menjadi tuang. Inti cangkang ini mungkin berlubang, dibuat dalam cetakan logam panas dalam proses seperti pengecoran lumpur. Kedua bagian cetakan inti dijepit dan dipanaskan, lalu diisi dengan pasir berlapis resin. Cetakan tersebut dipanggang sampai dinding cangkang cukup tebal untuk menopang ukuran inti dan kemudian kelebihan pasir resin yang tidak diawetkan dituangkan kembali. Ketika kedua bagian cetakan dibelah maka akan terlihat inti yang kokoh, sekarang siap untuk ditempatkan di cetakan pengecoran pasir untuk menciptakan ruang dalam pengecoran.

Pengecoran investasi suku cadang otomotif ini memberikan toleransi dimensi yang sangat baik.

·         Pengecoran investasi (pengecoran lilin yang hilang) Pengecoran pasir sejauh ini merupakan bentuk pengecoran logam yang paling banyak digunakan, namun ada satu aspek pengecoran pasir yang membuatnya tidak sesuai untuk beberapa proyek. Pola pengecoran pasir perlu dikeluarkan dari cetakan yang dibuatnya, yang dapat berarti konstruksi pola yang rumit. Persyaratan rancangan, penempatan garis perpisahan, gerbang, riser, dan inti memerlukan pembuat pola untuk mempertimbangkan dengan cermat kebutuhan pola pada setiap tahap proses pengecoran. Proses pengecoran lilin yang hilang, investasi, atau pengecoran presisi merupakan alternatif pengecoran pasir yang dapat bekerja dengan sebagian besar kualitas logam, bahkan paduan besi dengan titik leleh tinggi, namun menghindari beberapa tantangan pembuatan pola dalam pengecoran pasir. Seorang perancang pengecoran investasi membuat cetakan logam yang akurat di mana pola lilin atau plastik dicetak. Pola-pola ini dirangkai pada sariawan yang juga terbuat dari bahan ini: pekerja pengecoran menggunakan obor untuk melelehkan sariawan secukupnya untuk menempelkan setiap pola padanya. Rakitan ini kemudian digunakan untuk membuat cangkang yang akan digunakan sebagai cetakan. Ini disemprotkan, disikat, atau dicelupkan ke dalam bubur agregat berbutir halus yang sangat tahan api, dan bahan pengikat khusus yang terutama terdiri dari etil silikat. Campuran ini kemudian dibiarkan mengeras. Pola tersebut dilapisi berulang kali dengan bubur yang lebih kasar sampai terbentuk cangkang agregat di sekitar pola. Cetakan didiamkan hingga lapisannya mengeras, setelah itu dipanaskan dalam oven dengan posisi terbalik agar lilinnya habis dan dikumpulkan untuk digunakan kembali. Setelah lilin dihilangkan, cetakan dipanggang dalam tungku yang sudah dipanaskan sebelumnya. Cetakan kemudian dapat ditopang dengan pasir lepas dan dituangkan dengan cara konvensional apa pun.

Lilin yang hilang atau coran investasi memiliki permukaan akhir yang bagus dan tidak ada garis perpisahan.

Ketika coran sudah dingin, cangkang di sekitar coran investasi dipecah dan dikocok menggunakan meja getar.

Pengecoran investasi memberikan hasil akhir permukaan yang unggul, dan akurasi dimensi yang tinggi. Tidak ada garis perpisahan seperti pada pengecoran pasir.

Proses pengecoran cetakan atau busa penuh

Proses pengecoran cetakan penuh atau busa merupakan kombinasi proses pengecoran pasir dan investasi. Pola polistiren berbusa digunakan. Memang benar, pola berbusa dapat dibuat lengkap dengan sistem gating dan runner, dan dapat mencakup penghapusan kelonggaran aliran udara. Kadang-kadang polanya dihilangkan sebelum diisi, tetapi dengan beberapa busa, polanya dapat dibiarkan di dalam cetakan agar langsung menguap ketika logam panas dituangkan ke dalamnya.

Proses ini ideal untuk pengecoran satu atau beberapa bagian, namun terkadang pabrik pengecoran memproduksi pola busa secara massal untuk menciptakan jumlah produksi. Terdapat biaya tambahan untuk peralatan untuk membuat pola busa yang dapat dirusak, namun seringkali keekonomian dari proses pengecoran total dapat menguntungkan jika polanya sangat kompleks.

Membandingkan proses pengecoran

Konsultasi dengan produsen sangat membantu untuk menemukan cara yang paling hemat biaya dalam melaksanakan proyek. Secara umum, logam besi akan dituang menggunakan cetakan yang dapat dibuang, sedangkan logam non-besi memiliki kemungkinan yang lebih luas, namun terdapat pengecualian bahkan untuk aturan sederhana ini.

Menjalani proses dengan pemahaman yang jelas tentang kebutuhan proyek akan membantu memilih proses pengecoran terbaik. Apakah desainnya harus berukuran tepat? Seberapa tipis dinding yang dibutuhkan? Berapa ukuran dan berat hasil casting pada akhirnya? Bagaimana dengan permukaan akhir? Mengetahui sebelumnya jawaban atas semua pertanyaan ini akan membantu desainer yang cerdas memahami dan memandu produk mereka melalui proses casting, menemukan proses terbaik dan paling murah untuk melakukan pekerjaannya.

Daftar Pustaka 

Schey John A, 2011, Proses Manufactur. Andi, yogyakarta