prosesmanufaktur02.pdf

5/20/2018 ProsesManufaktur02.pdf

1/11

Departemen Teknik Industri FTI-ITB

TI-2121: Proses Manufaktur

Dasar-dasar Pengecoran Logam

Laboratorium Sistem Produksiwww.lspitb.org

2006

TI2121 - Proses Manufaktur - Minggu 2 2


1. Hasil Pembelajaran

Umum: Memberikan mahasiswa pengetahuan yang

komprehensif tentang dasar-dasar proses pemesinan

dan mesin perkakas, proses forming dan molding,metrology dan aplikasi terhadap kualitas produk dananalisis system manufaktur.

Khusus: Memberikan pemahaman terhadap proses pengecoran



Definisi

Pengecoran adalah proses penuangan logam lebur kedalam cetakan, kemudian mengeras sesuai dengan bentukrongga cetakan

Contoh produk: blok mesin, pipa, roda kereta api, kerangka mesin, perhiasan,

mahkota gigi dll.

Kamus: Pengecoran = casting

Cetakan = mold

Rongga cetakan = cavity mold

Logam = metal

Pengerasan = solidification

Pabrik pengecoran = foundry Penyusutan = shrinkage



Contoh Produk Pengecoran


2/11



Peleburan Logam



Peleburan Logam



Peleburan Logam



Peleburan Logam


3/11



Pengecoran



Pengecoran



Pembuatan Cetakan



Pembuatan Cetakan


4/11



Pembuatan Cetakan



Pembuatan Cetakan



Pembuatan Cetakan



Pembuatan Cetakan


5/11



Pembuatan Cetakan



Pembuatan Cetakan



Pembuatan Cetakan



Klasifikasi Proses Pengerasan


6/11



Kemampuan dan Keuntungan Pengecoran

Pengecoran 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



Proses Pengecoran (1)

Cetakan memiliki rongga sesuai dengandimensi/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)




Tahapan pengecoran: Logam dilebur pada temperatur tinggi hingga berubah

menjadi zat cair

Logam cair dituangkan kedalam cetakan

Logam 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 danheattreatment


7/11




Cetakan terbuka: berbentukkontainer

Cetakan tertutup: memerlukansaluran (passageway) menujurongga




Klasifikasi proses pengecoran

Cetakan habis pakai (expendable mold)

Cetakan harus dirusak untuk mengeluarkan komponen

hasil pengecoran

Cetakan yang terbuat dari: pasir, gips atau yangmenggunakan bahan-bahan perekat

Cetakan permanen (permanent mold)

Dapat digunakan berulang-ulang

Cetakan terbuat dari logam

Cetakan terbuat dari dua atau lebih bagian yang dapatdibuka untuk mengeluarkan komponen cor



Cetakan Pasir

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

komponen yang akan dicor

Pola membentuk geometri ekternal

Inti (core) membentuk geomatri internal

Riser digunakan sebagai penampung (reservoir) Untuk mengisi rongga akibat penyusutan

Dirancang 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 (hasil

reaksi logam lebur) yang terperangkap dalam rongga saatlogam lebur dituang untuk keluar melalui dinding cetakan



Peleburan Logam

Energi panas yangdiperlukan:

Panas untukmenaikkan

temperatur hinggatitik lebur

Panas fusi untukmerubah zat padat

menjadi zat cair

Panas untukmenaikkan logamlebur hinggatemparaturpenuangan yangdiinginkan

)

3

o

p

o

l

f

o

o

o

m

o

s

cmheated;beingmetalofvolumeV

Cre;temparatupouringT

CJ/g-metal;liquidtheofheatspecificweightC

J/gfusion;ofheatH

Cre;temperatustartingT

Cre;temperatumeltingT

CJ/g-metal;solidfor theheatspecificweightCg/cm3density;

Jrequired;heatTotal

=

=

=

=

=

=

==

=

++=

H

VH TTCHTTC mplfoms


8/11



Penuangan Logam Lebur

Faktor-faktor yang mempengaruhi kegiatanpenuangan: 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 terperangkatdalam proses pengerasan sehingga kualitas cor menurun

Menimbulkan erosi cetakan (mold erosion) sehinggacetakan mudah terkikis/habis



Contoh Perhitungan Penuangan

Diketahui: Panjang sprue = 20cm

Luas 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===

sQ

VMFT 2.3495/1560 ===



Pengerasan Logam (1)

Kurva pendinginan logam murni pada pengecoran




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)


9/11




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 Chvorinovs

Cmbergantung 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

cmcasting;theofareasurfaceA

cmcasting;theofvolumeV

min/cmconstant;moldC

tion timesolidificatotalTST

=

==

=

=

n

mA

VCTST



Penyusutan (1)

Penyusutan terjadi dalam tiga tahap: Kontraksi cairan pada saat pendinginan dan sebelum

pengerasan

Kontraksi pada fasa perubahan dari cair ke padat(solidification shrinkage)

Kontraksi termal pada saat cor telah mengeras danmengalami pendinginan hingga temperatur ruangan



Penyusutan (2)


10/11



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 ThermalContraction, %

SolidificationShrinkage, %Metal

Volumetric contraction due to:



Pengerasan Terarah (1)

Untuk meminimasi produk cacat akibatpengerasan:

Bagian rongga yang terletak jauh daririserdiharapkan

mengalami proses pengerasan terlebih dahulu Jika penyusutan terjadi, logam lebur dalamrisermasih

dapat mengisi volume penyusutan tersebut

Perlu pengerasan terarah

Pengerasan terarah Riser dirancang menjauhi bagian rongga yang memiliki

rasio V/A kecil

Chills: penyerap panas untuk mempercepat proses

pendinginan (internal chills dan external chills)



Pengerasan Terarah (2)

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

(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

( ) ( )

4.7cmH

cm7.409056.00.2

09056.06

26.30.2

6

4

2

4

cmmin/26.35.2675.187

6.1

2

2

22

2

222

=

==

=

==

=

+

=

===

D

DD

TST

D

DD

hD

A

V

AVTSTCm


11/11



Tugas 2

Lihatbulletin board http://board.lspitb.org

prosesmanufaktur02.pdf

Documents