BAB IV
PROSES CASTING OUTER TUBE
Pendahuluan
Casting adalah sebuah proses produksi dimana benda kerja dibentuk melalui proses pencairan logam. Cairan logam tersebut dituang ke dalam sebuah cetakan (dies) dan dibiarkan membeku hingga terbentuknya sebuah benda kerja baru. Proses casting di PT. Kayaba Indonesia dilakukan untuk menghasilkan Outer Tube pada front fork roda depan kendaraan bermotor.
Gambar 30. Outer Tube
Material yang digunakan pada proses pengecoran di PT. Kayaba Indonesia adalah Alumunium-Silikon (Al-Si), karena paduan ini memiliki sifat-sifat yang dibutuhkan untuk menghasilkan sebuah outer tube berkualitas tinggi. Seluruh proses pengecoran (casting) yang dilakukan di PT. Kayaba Indonesia dapat dijelaskan sebagai berikut :
Diagram Alur Proses Casting Outer Tube
Gambar 31. Diagram Alur Proses Casting Outer Tube Logam Material (ingot)
Dan Return Scrap
Melting
Holding
Pouring
Cutting
Sanding
Proses Melting
Melting adalah proses pencairan aluminium padat yang berupa ingot dan material return di dalam tungku (melting furnace). Ingot merupakan aluminium pejal dalam bentuk balok. Sedangkan material return adalah material hasil coran yang sudah tidak digunakan lagi karena tidak sesuai dengan kebutuhan (standart), bisa berupa potongan gate, runner, riser, dan outer tube reject.
Dalam proses ini ingot dan material return dipanaskan pada suhu 700C, dimana titik lebur aluminium berkisar 650C. Material Alumunium-Silikon (Al-Si) di tahan pada kisaran suhu 720°C-740°C agar seluruh komposisi paduan dapat mencair dengan sempurna sehingga dapat menghasilkan kualitas coran yang baik. Di PT. Kayaba Indonesia terdapat dua jenis furnace yang digunakan untuk proses melting, yaitu crucible type dan homel furnace.
Crucible Type
Pada furnace jenis ini antara melting furnace dan holding furnace dihubungkan dengan gutter yang bisa mengalirkan aluminium cair. Bila temperatur target pada melting furnace sudah tercapai, maka aluminium cair akan di alirkan dari melting furnace ke dalam holding furnace dengan menggunakan hydraulic system. Biasanya aluminium cair dalam melting furnace selalu disisakan minimal 30%, tujuannya adalah agar peleburan berikutnya lebih cepat, karena suhu pada crucibel tetap terjaga.
Gambar 32. Hydraulic System pada Holding Furnace
Pada melting furnace sumber panasnya berasal dari burner gas elpiji. Namun pada holding furnace sumber panasnya menggunakan panas dari listrik. Keuntungan furnace jenis ini adalah satu melting furnace bisa digunakan untuk dua holding furnace.
Sebelum melakukan proses melting perlu dilakukan Pre-Heating Crucible, yaitu memanaskan crucible sampai dengan suhu tertentu hingga siap untuk dilakukan charging material. Berikut ini adalah langkah-langkah Pre-Heating Crucible :
1) Untuk jenis crucible lama langkahnya sebagai berikut :
a) Menyalakan burner dan mengeset temperatur sampai 100oC serta
menahannya selama 3 jam.
b) Menaikkan temperatur ke suhu 200oC dan tahan selama 1 jam.
d) Menaikkan temperatur ke suhu 600oC dan tahan selama 1 jam.
e) Menaikkan temperatur ke suhu 850oC dan tahan selama 1 jam.
f) Menurunkan temperatur ke suhu 700oC
g) Crucible siap di charging.
2) Untuk jenis crucible baru langkahnya sebagai berikut :
a) Menyalakan burner dan mengeset temperatur sampai 100C serta menahannya selama 3 jam.
b) Menaikkan temperatur ke suhu 200C dan tahan selama 1 jam. c) Menaikkan temperatur ke suhu 850C dan tahan selama 1 jam.
d) Menurunkan temperatur ke suhu 700C dan crucible siap di charging.
Gambar 33. Melting dan Crucible
Lance pipe
Homel Furnace
Pada furnace jenis ini antara melting furnace dan holding furnace tergabung dalam satu unit. Sumber panas dapur ini adalah campuran antara udara dan gas elpiji. Dalam unit dapur homel furnance terdapat dua tungu, yaitu tungku melting dan tungku untuk holding.
Material charging dimasukan ke melting furnace untuk dilebur. Charging material dilakukan dengan cara memasukan ingot dan scrap ke dalam wagon, kemudian wagon tersebut dipasang pada menara charging untuk pengisian. Aluminium cair akan mengalir turun dengan sendirinya menuju holding furnace. Setelah volume aluminium cair dirasa cukup untuk melakukan treatment cairan, sekat holding furnace diturunkan untuk membatasi cairan treatment dengan cairan yang mengalir dari melting furnace.
Proses ini lebih efektif dan ekonomis karena crucible setting tidak dilakukan pada dapur ini dan perawatan lebih mudah. Kekurangan dapur ini dibandingkan dengan dapur biasa (terpisah) adalah tiap satu melting furnace ini hanya untuk satu holding furnace, karena telah menyatu. Namun demikian dapur jenis ini (Homel Furnace) tetap jauh lebih ekonomis dalam pengoperasiannya.
Proses Holding
Proses holding merupakan proses untuk mempertahankan suhu alluminium cair agar tetap berada pada suhu 740±10ºC. Didalam proses holding diperlukan adanya proses treatment terhadap aluminium cair. Tujuan dari treatment adalah untuk meningkatkan kualitas dari hasil pengecoran, yaitu dengan memperbaiki ukuran dari butir dari aluminium. Adapun treatment yang dilakukan adalah sebagai berikut :
Degassing
Proses degassing adalah proses pemberian gas nitrogen (N2)pada aluminium
cair. Hal ini dilakukan untuk mengikat gas hidrogen (H2) yang masuk ke dalam
cairan melalui udara dan reaksi uap air pada permukaan cairan logam. Akan tetapi proses masuknya gas hidrogen (H2) ke dalam cairan ini tidak dapat berlangsung
terus-menerus, karena permukaan alluminium cair terlindung oleh lapisan oksida (Dross).
Tujuan proses degassing adalah untuk menghindari pin hole (lubang jarum) yang terjadi pada saat aluminium membeku. Pin hole ini disebabkan karena terdapat gas hidrogen (H2) pada alluminium cair yang terbawa pada saat
penuangan dan terjebak di dalam cavity sampai cairan logam membeku.
Reaksinya sebagai berikut : N2(g) + 3H2(g) → 2NH3(g).
Pin hole dapat menyebabkan outer tube bocor. Maka dari itu gas hidrogen harus dihilangkan dengan cara diberi gas nitrogen. Prosesnya adalah mengalirkan gas N2 selama ± 30 menit pada tekanan 2 bar dan debit 10 liter/menit. Alat yang
digunakan untuk memasukkan nitrogen adalah lance pipe, yaitu pipa yang terbuat dari Silicon Carbide. Tekanan dari gas nitrogen yang digunakan sebesar 2 bar dengan flow rate sebesar 15 liter/menit.
Fluxing
Proses fluxing adalah proses pemberian serbuk flux (cover flux 104) pada aluminium cair yang bertujuan untuk mengikat kotoran yang ada di dalam alluminium cair, dan juga untuk membentuk lapisan oksida (Dross) yang berguna untuk melindungi aluminium cair dari reaksi dengan atmosfer. Banyaknya cover flux yang diizinkan adalah 0,1-0,2% dari berat aluminium yang dicairkan pada holding furnace. Berat aluminium cair pada holding adalah 300 kg, berarti banyaknya cover flux yang diberikan adalah 300 s/d 700 gr.
Gambar 36. Fluxing process
Terlalu banyak cover flux dapat menyebabkan dinding crucible (kuali raksasa) terkikis/erosi. Proses fluxing dilakukan bersamaan dengan proses degassing. Setelah proses degassing dan fluxing selesai, maka permukaan cairan harus dibersihkan dari dross dan sludge yang ada.
Gambar 36. Dross dan sludge
Grain Refinement
Grain Refinement adalah proses pemberian grain refiner yang bertujuan untuk mengecilkan struktur butiran-butiran logam cair sehingga aluminium yang akan membeku memiliki struktur yang lebih kompak. Ada dua jenis metode yang bisa digunakan dari proses grain refinement yaitu grain refinement dengan chilling dan grain refinement dengan proses kimiawi.
Grain refinement dengan chilling adalah pemberian chill pada bagian cetakan untuk mendinginkan coran secara cepat. Disamping itu pemberian chill juga dapat menghaluskan struktur pada permukaan produk hasil coran. Sedangkan grain refinement dengan proses kimiawi adalah dengan penambahan bahan kimia yang berbentuk tablet. Proses ini yang selanjutnya lebih dikenal dengan nama grain refinement.
Gambar 37. Grain refining process
Sebenarnya masih ada treatment untuk logam cair pada pengecoran aluminium, yaitu proses modifikasi aluminium cair. Yang digunakan untuk proses modifier adalah Sodium, Strontium dan Antimony. Dan yang paling banyak digunakan adalah strontium (Sr) karena lebih murah dibanding sodium (Na) dan tidak beracun seperti antimony. Akan tetapi di PT. Kayaba Indonesia tidak terdapat treatment ini karena kualitas sudah tercapai tanpa adanya modifier.
Semua proses perlakuan (treatment) dilakukan pada saat proses holding, adapun langkah kerja proses holding adalah sebagai berikut :
1) Pastikan temperatur holding chamber 740 ± 10 ºC dan lakukan pengecekan temperatur setiap 1 jam sekali.
2) Aluminium cair dibersihkan dari dross (oksida yang timbul pada pemukaan logam yang dicairkan) dan sludge (terak atau senyawa sampah yang ada ketika aluminium diekstrak/dicairkan dari bijih aluminuim) yang terbawa saat melting.
Gambar 38. Pembuangan dross dan slag
3) Melakukan proses degassing secara kontunyu dengan memasukkan gas nitrogen (N2) ke dalam cairan aluminium untuk mengikat gas H2. Perlu
diperhatikan bahwa besarnya tekanan gas nitrogen yang digunakan adalah 2 bar dengan flow rate sebesar 15 liter/menit. Untuk memudahkan pengecekan setingan ini dapat dilihat pada tinggi gelembung dari permukaan cairan yaitu sekitar 70mm.
4) Melakukan proses fluxing sementara proses degassing berlangsung, yaitu dengan menaburkan serbuk flux (Cover Flux atau AlCov 511) pada permukaan logam cair kemudian diaduk. Banyaknya cover flux yang diijinkan adalah 0,1 – 0,2% dari berat aluminium yang dicairkan pada holding furnace. Berat aluminium pada holding furnace adalah 300 Kg, berarti banyaknya cover flux yang diberikan 300 s/d 700 gram.
5) Melakukan proses grain refinement dengan memasukkan 1 tablet (500 gr) grain refinement ke dalam cairan aluminium. Kemudian celupkan plunger untuk membenamkan tablet grain refinement sampai kedasar furnace dan biarkan bereaksi dengan cairan aluminium.
6) Setelah proses grain refinement selesai, permukaan cairan dibersihkan dari dross dan sludge yang terbentuk.
7) Khusus pada homel furnace (continuous type) proses treatment diatas diulang setiap 2 jam sekali. Hal ini bertujuan untuk memastikan aluminium bersih dari dross dan sludge.
8) Melakukan pin hole check dengan menggunakan vacuum tester. Adapun langkah-langkah dalam proses pin hole check adalah sebagai berikut :
a) Siapkan peralatan yang dibutuhkan seperti tang dan cup.
b) Panaskan cup selama ± 5 menit di dekat tanur holding sebelum digunakan. Coating terlebih dahulu dengan bahan coating ladle (white clay powder dan titanium oxide powder).
c) Dengan menggunakan tang, ambil cairan aluminium yang akan diuji sampai terisi ± ½ cup. Pastikan dross aluminium tidak ikut terbawa ke dalam cup.
d) Masukkan cup kedalam ruang vacum tester, tutup sover ruang vacum lalu putar switch ON dan tekan tombol Operation Start. Pastikan cover ruang vacum tertutup rapat.
Gambar 39. Vacuum tester
e) Tekanan pada pressure gauge adalah 500-700 mmHg.
f) Biarkan cup dalam ruang vacum selama ± 5 menit, sampai cairan aluminium dalam cup membeku. Mesin akan otomatis berhenti setelah 5 menit.
g) Jika cairan telah membeku dan mesin telah mati, keluarkan cup dari ruang vacum dan ambil material uji yang telah beku dan dinginkan dalam air.
h) Belah material uji pada bagian tengah menjadi dua dengan menggunakan mesin band saw. Amplas permukaan belah material uji sampai halus merata.
Gambar 40. Alluminium hasil uji
i) Cek permukaan tersebut secara visual :
i) Kualitas aluminium bagus jika terdapat sebanyak-banyaknya 3 titik / lubang kecil (± Ø 1mm) pada permukaan spesiment.
ii) Jika hasil terdapat cacat, lakukan kembali proses aluminium treatment sesuai prosedur.
Proses Pouring
Proses pouring adalah proses penuangan aluminium cair dari holding furnace ke cetakan (dies) dengan menggunakan metode Gravity Die Casting. Gravity Die Casting adalah sistem pengecoran yang memanfaatkan gaya gravitasi untuk memadatkan logam cair yang ada pada cavity (rongga cetakan).
Setelah proses treatment selesai dilakukan, aluminium cair siap dituangkan ke dalam cetakan (dies) yang berada pada gravity die machine. Kemiringan dies sangat berpengaruh terhadap hasil pengecoran, karena pada posisi mendatar hasil yang didapatkan tidak akan optimal. Setelah dilakukan trial dan error maka didapatkan kemiringan optimal dies sebesar 25o.
Proses penuangan cairan ke dies juga harus diperhatikan untuk menghasilkan hasil coran yang baik, untuk itu ada beberapa langkah-langkah yang harus diikuti dalam proses penuangan cairan aluminium. Langkah-langkah tersebut adalah sebagai berikut :
1. Semprot dies dan core dengan angin setiap penuangan akan dilakukan dengan tujuan membersihkan kotoran yang ada. Pada saat penuangan, temperatur dies harus pada suhu 350 ± 20o C.
Gambar 43. Cleaning dies menggunakan angin
2. Gunakan ladle untuk mengambil aluminium cair pada holding furnace. Sebelumnya bebaskan aluminium dari dross dan sludge sehingga tidak terbawa pada saat logam cair diambil menggunakan ladle.
3. Sebelum penuangan, pastikan lampu core uot padam. Lampu core ini digunakan sebagai timer dan die dalam keadaan rapat, serta pastikan thermocouple dan pendingin terpasang dengan benar.
Gambar 44. Penuangan alluminium cair ke gravity die machine
4. Lakukan penuangan melalui gate, tidak boleh masuk melalui riser. Selesaikan penuangan dalam 8 detik, 3 detik pertama lakukan penuangan dengan lambat dan 5 detik berikutnya lakukan penuangan dengan cepat. Penuangan dilakukan secara kontinyu (tidak terputus).
5. Setelah penuangan selesai, injak foot switch dan pastikan bahwa lampu timer telah menyala. Timer untuk core keluar adalah 90 detik, sedangkan timer dies 110 detik.
6. Kembalikan cairan yang tersisa di ladle ke dalam holding furnace dan tunggu hingga solidifikasi selesai berjalan setelah 110 detik.
7. Setelah solidifikasi (pendinginan) selesai, kemudian dilakukan pemeriksaan secara visual untuk memastikan hasil casting tidak NG atau terdapat defect.
Gambar 46. Outer tube hasil pengecoran
Proses Cuting
Proses cutting disini bertujuan untuk memisahkan antara outer tube dengan gate, runner, dan riser. Hasil potongan yang tidak digunakan (gate, runner, dan riser) dinamakan dengan return scrap. Proses cutting ini dilakukan dengan menggunakan Band Saw Machine. Return scrap tersebut kemudian akan dilebur kembali.
Outer Tube
Cutter
Gambar 47. Cutting outer tube process
Proses Sanding
Proses sanding adalah proses penghalusan bagian outer tube yang sudah sudah dipisahkan dari gate, runner, dan riser. Dalam proses sanding penghalusan hanya dilakukan pada jalur/sisi benda kerja bekas cutting kecuali end line. Pada proses sanding digunakan mesin belt sander, belt grinder (amplas) dengan grit #40 dan ukuran 2950 x 50 mm.
Pemerikasaan Hasil Pengecoran
Setelah proses pengecoran selesai maka perlu dilakukan pemeriksaan terhadap hasil coran. Berikut merupakan proses pemeriksaan hasil coran yang dilakukan di line casting outer tube di PT. Kayaba Indonesia :
Core Center
Core center dilakukan untuk memastikan apakah posisi core benar-benar masih center (ditengah) atau tidak. Bila sudah berkali-kali penuangan, posisi dari core akan berubah dan kadang akan melengkung karena pengaruh panas yang tinggi dari logam cair. Dan bila coating sudah terkelupas atau kurang sempurna, maka akan terjadi not full casting (hasil cor tidak memenuhi seluruh cavity).
Prosesnya dilakukan secara manual yaitu dengan visual check. Outer tube hasil coran didinginkan dengan mencelupkannya kedalam air, setelah outer tube dingin dilakukan pemotongan secara melintang. Dari sini dapat dilihat posisi lubang atau diameter dalam dari outer tube apakah konsentris dengan diameter luar outer tube.
Color check
Proses ini dilakukan untuk melihat cacat-cacat yang timbul pada hasil coran, seperti retak, rongga penyusutan, dan lubang kecil (pin hole) pada produk hasil coran. Metode yang digunakan untuk proses ini adalah dengan pemeriksaan penetrasi. Adapaun proses kerja dari proses ini adalah sebagai berikut:
1) Siapkan color check paint yang terdiri dari:
a) color check paint no. 1 : warna merah (penetrations liquid) b) color check paint no.2 : warna bening (clear/remover) c) color check paint no.3 : warna putih (puller paint)
2) Outer tube dibelah secara melintang sepanjang parting line dengan menggunakan band saw
3) Penampang permukaan belah diamplas/buffing sampai rata, halus dan mengkilap. Permukaan belah harus bersih dari debu dan chip hasil proses buffing.
4) Semprot permukaan belah outer tube menggunakan penetrations liquid paint no.1 secara merata.
5) Jika penetrations liquid telah kering, lap dengan kain dan bersih untuk menghapus warna merah yang terlalu tebal.
6) Semprot dengan menggunakan cleaner / remover paint no.2 sampai seluruh warna merah hilang. Diamkan selama 3 – 5 menit sampai kering.
7) Setelah kering semprot kembali dengan menggunakan puller paint color check point no.3.
8) Lakukan pengamatan terhadap permukaan belah yang dikenai proses penetrasi. Warna merah yang timbul disebabkan oleh lubang pada outer tube. Produk dikatakn NG jika terdapat:
a) blow hole
b) pin hole lebih dari 3 titik dengan Ø 0,5 mm dan jarak kurang dari 70 mm. c) pin hole yang memanjang melintang.
Leakage Tester
Leakage tester adalah pengujian untuk melihat ada atau tidaknya kebocoran pada outer tube hasil pengecoran. Pengujian ini dilakukan setelah outer tube melewati proses permesinan. Tugas utama dari outer tube adalah mampu menahan tekanan dari oli dan udara akibat dari beban kendaraan bermotor. Bila terdapat kebocoran pada outer tube hasil pengecoran, maka hasil pengecoran tersebut tidak dapat dipakai. Oleh sebab itu pengujian ini penting untuk mendeteksi adanya kebocoran.
Prinsip dari pengujian ini adalah dengan memberi tekanan pada outer tube dengan air pressure 6 Kg/cm2. Perapat pada pangkal outer tube harus dijamin
rapat agar tekanan benar-benar maksimal. Setelah itu outer tube dimasukkan dalam air dan di berikan tekanan. Bila terdapat bocor maka akan ada gelembung dari tepi outer tube.
OUTER TUBE
AIR PRESSURE 6 Bar
SEAL PERAPAT AIR
