2
MODUL PRAKTIKUM
PENGECORAN LOGAM
I. TUJUAN PRAKTIKUM 1.Memahami pembuatan benda coran dengan menggunakan jenis pengecoran sand
casting
(pengecoran pasir). 2.
Memahami perancangan pola dan gatting sistem
(sistem saluran) untuk membuat cetakan. 3.
Mengetahui proses pembuatan cetakan pasir. 4.
Memahami proses peleburan hingga menjadi benda coran. 5.
Mengetahui perhitungan effisiensi coran II. LANDASAN TEORI
Proses pengecoran pada dasarnya ialah penuangan logam cair kedalam cetakan
yang telah terlebih dahulu dibuat pola, hingga logam cair tersebut membeku dan kemudian dipindahkan dari cetakan.
Jenis-jenis pengecoran yang ada yaitu: 1.
Sand Casting,
Yaitu jenis pengecoran dengan menggunakan cetakan pasir.
Jenis pengecoran ini paling banyak dipakai karena ongkos produksinya murah dan dapat membuat benda coran yang berkapasitas berton–ton. 2.
Centrifugal Casting,
Yaitu jenis pengecoran dimana cetakan diputar
bersamaan dengan penuangan logam cair kedalam cetakan. Yang bertujuan agar logam cair tersebut terdorong oleh
gaya sentrifugal akibat berputarnya
3.
Die Casting,
Yaitu jenis pengecoran yang cetakannya terbuat dari logam. Sehingga cetakannya dapat dipakai be
rulang-ulang. Biasanya logam yang dicor ialah logam non ferrous. 4.
Investment Casting
, yaitu jenis pengecoran yang polanya terbuat dari lilin
(wax), dan cetakannya terbuat dari keramik. Contoh benda coran yang biasa menggunakan jenis pengecoran ini ialah benda coran yang memiliki
kepresisian yang tinggi misalnya rotor turbin. 3
Pada praktikum pengecoran logam di laboratorium pengecoran logam di universitas
gunadarma menggunakan jenis pengecoran sand casting
.
Ada beberapa macam pasir yang dipakai dalam pengecoran sand casting
. Tetapi
ada beberapa syarat yang harus dipenuhi agar hasil cetakan tersebut sempurna. Syarat
bagi pasir cetak antara lain: 1.
Mempunyai sifat mampu bentuk sehingga mudah dalam pembuatan cetakan dengan
kekuatan cocok. Cetakan yang dihasilkan harus kuat dan dapat menahan temperatur
logam cair yang tinggi sewaktu dituang kedalam cetakan. 2.
Permeabilitas yang cocok. Agar udara yang terjebak didalam cetakan dapat keluar melalui sela-sela butir pasir untuk mencegah terjadinya cacat coran seperti
gelembung gas, rongga penyusutan dan lain-lain. 3.
Distribusi besar butir yang cocok. 4.
Mampu dipakai lagi supaya ekonomis 5.
penuangan logam cair yang biasa digunakan untuk bermacam-macam coran dinyatakan dalam tabal dibawah ini:
6.
Pasir harus murah.
Tabel 1. Macam-macam temperatur penuangan logam cair ke dalam cetakan Macam Logam Temperatur penuangan
0
C
Brons 1100-1250 Kuningan 950-1100 Besi cor 1250-1450
Baja tahan karat 1700-1750 Alumunium 600-700
Baja cor 1500-1550 4
Pasir cetak yang lazim digunakan didalam industri pengecoran adalah sebagai berikut:
1.
Pasir Silika
Pasir silika didapat dengan cara menghancurkan batu silika, kemudian disaring untuk mendapatkan ukuran butiran yang diinginkan.
2.
Pasir Zirkon
Pasir Zirkon berasal dari pantai timur australia yang mempunyai daya yahan api yang efektif untuk mencegah sinter
3.
Pasir Olivin
Pasir Olivin didapat dengan cara menghancurkan batu yang membentuk 2MgO, SiO
2
dan 2FeO.SiO
2
. Pasir olivin mempunyai daya hantar panas yang lebih besar dibanding pasir silika.
Didalam suatu proses pengecoran, proses pembekuan logam cair setelah logam cair dituang kedalam cetakan akan mengalami penyusutan. Penyusutan pada rongga
cetakan akan mengakibatkan berubahnya dimensi benda coran. Pada tabel dibawah ini
Material Penyusutan (%) Baja karbon 2
Basi tuang kelabu 1 Besi tuang putih 1,5 Alumunium 6
III. Proses Pengecoran Pasir Co
2
di Laboratorium Pengecoran Universitas Gunadarma
Untuk Langkah-langkah pengecoran logam di laboratorium pengecoran logam Universitas Gunadarma dapat dilihat pada gambar dibawah ini:
5
Gambar 1. Diagram alir proses pengecoran IV. Langkah-langkah yang harus diperhatikan 1.
Perancangan Dan Pembuatan Pola
Proses pembentukan benda kerja dengan metoda penuangan logam cair ke dalam cetakan pasir (
sand casting
), secara sederhana cetakan pasir ini dapat diartikan sebagai
rongga hasil pembentukan dengan cara mengikis berbagai bentuk benda pada bongkahan dari pasir yang kemudian rongga tersebut diisi dengan logam yang telah
dicairkan melalui pemanasan ( molten metals
). Cetakan pasir untuk pembentukan benda
tuangan melalui pengecoran harus dibuat dan dikerjakan sedemikian rupa dengan bagian-bagian yang lengkap sesuai dengan bentuk benda kerja sehingga diperoleh bentuk yang sempurna sesuai dengan yang kita kehendaki. Bagian-bagian dari cetakan
pasir ini antara lain meliputi :
¾
Pola, mal atau model (pattern)
¾
Inti (core)
¾
Cope dan Drag,
Gate dan Riser
Pola, mal atau model ( pattern
),
yaitu sebuah bentuk dan ukuran benda yang
menyerupai dengan bentuk asli benda yang dikehendaki, dimana pola ini yang nantinya
6
akan dibentuk pada cetakan pasir dalam bentuk rongga atau yang disebut mold
jika
model ini dikeluarkan yang kedalamnya akan dituangkan logam cair. - Pola Tunggal
Pola ini dibentuk serupa dengan corannya, disamping itu kecuali tambahan penyusutan, tambahan penyelesaian mesin dan kemiringan pola, kadangkadang dibuat
juga menjadi satu dengan telapak inti. Gambar 2. Pola Tunggal
-Pola Ganda
Pola ini dibelah ditengah untuk memudahkan membuat cetakan. Permukaan pisahnya
kalau mungkin dibuat satu bidang. Gambar 3. Pola Ganda
7
Pola menentukan hasil dari coran, oleh karena itu diperlukan dasar-dasar pengetahuan
tentang perancangan. Sebelum kita membuat pola, terlebih dahulu memerlukan gambar
perancangan. Bahan–bahan pola yang biasa digunakan yaitu : kayu, lilin ( wax
), logam.
Pola kayu banyak dipakai karena lebih murah, cepat dibuatnya dan mudah diolah. Oleh
karena itu untuk pola kayu biasanya dipa kai untuk cetakan pasir. Alat-alat yang
digunakan untuk membentuk pola dari kayu ialah pahat, mesin bubut kayu, gerinda kayu, amplas dan lain-lain.
1.
Permukaan pola (baik pola benda coran, gatting system
dan riser
) harus baik dan
halus agar tidak merusak cetakan pada proses pelepasan pola. 2.
Dimensi dari pola benda coran harus dibuat penambahan + 5mm dari ukuran
sebenarnya untuk mencegah penyusutan yang terjadi dan untuk proses finishing dari benda coran.
3.
Faktor kemiringan pola sangat diutamakan, hal ini bertujuan agar memudahkan pengangkatan pola dari cetakan, sehingga tidak merusak cetakan. Lihat gambar 1. Besar kemiringan pola +
2
0
.
Gambar 4. Contoh kemiringan pola Inti
(core ),
inti ini merupakan bagian khusus untuk yang berfungsi sebagai
bingkai untuk melindungi struktur model yang akan dibentuk, dengan demikian keadaan
8
ketebalan dinding, lubang dan bentuk-bentuk khusus dari benda tuangan ( casting
) tidak
akan terjadi perubahan Pola
Langkah pertama yang harus dilakukan pada pembuatan pola adalah mengubah Gambar 5. Pola
¾
Pemeriksaan Pola
-Pemeriksaan dengan penglihatan
samping pola pada arah yang sama, dicek dengan memutar dan
membandingkannya. Pengecekan dilakukan dimulai dari garis tengah untuk bagian-bagian utama, kemudian dari kiri ke kanan dan akhirnya dari atas ke bawah.
-Pemeriksaan ukuran
Setelah mempersiapkan mistar susut, pengukur permukaan, jangka ukur, dan alat pengukur umum lainnya yang diperlukan untuk pemeriksaan, maka pemeriksaan ukuran dilakukan
gambar perencanaan menjadi gambar untuk pengecoran, dengan pertimbanggan sebagai berikut :
1. bagaimana membuat coran yang baik,
2. bagaimana menurunkan biaya pembuatan cetakan, 3. bagaimana membuat pola yang mudah,
4. bagaimana menstabilkan inti-inti,
5. bagaimana cara mempermudah pembongkaran cetakan,
6. bagaimana menetapkan arah kup dan drag serta posisi permukaan pisah, 9
7. bagian yang dibuat oleh cetakan utama dan bagian yang dibuat oleh inti. 8. menetapkan tambahan penyusutan, tambahan untuk penyelesaian dengan mesin, kemiringan pola,
Dalam merencanakan pembuatan inti tidak dapat dilupakan dengan apa yang dinamakan telapak inti. Dimana yang dimaksud dengan telapak Inti adalah : 1. Untuk menempatkan inti, membawa dan menentukan letak dari inti. Pada dasarnya
dibuat dengan menyisipkan bagian dari inti.
2. Untuk menyalurkan udara dan gas-gas dari cetakan yang keluar melalui inti. Kalau
cetakan telah terisi penuh oleh logam, gas-gas dari inti dibawa keluar melalui telapak
inti.
3. Untuk memegang inti. Kalau cetakan telah terisi penuh oleh logam, ia mencegah bergesernya inti dan memegang inti terhadap daya apung dari logam cair.
Penentuan
bentuk dan ukuran dari telapak inti harus direncanakan dengan teliti untuk menyederhanakan cetakan, dan agar didapat coran yang baik serta menaikkan produktivitas.
Gambar 6. Telapak Inti 10
mendapat coran yang baik. Hal mana membutuhkan pengalaman yang luas dan pada
umumnya harus memenuhi ketentuan-ketentuan di bawah ini.
1) Pola harus mudah dikeluarkan dari cetakan. Permukaan pisah harus satu bidang Pada
dasarnya kup dibuat agak dangkal.
2) Penempatan inti harus mudah. Tempat inti dalam cetakan utama harus ditentukan
secara teliti.
3) Sistim saluran harus dibuat sempurna untuk mendapat aliran logam cair yang optimum.
4) Terlalu banyak permukaan pisah akan mengambil banyak waktu dalam proses pembuatan cetakan yang menyebabkan tonjolan-tonjolan sehingga pembuatan pola menjadi mahal. Penghematan jumlah permukaan pisah itu harus dipertimbangkan Dalam pengecoran, kita bukan hanya membutuhkan pola benda coran tetapi kita juga memerlukan pola
gatting system
, yaitu sistem aliran untuk mengalirkan logam cair
ke dalam cetakan benda coran. Seperti yang diperlihatkan pada gambar 2. Gatting
system
dibagi atas 4 bagian, yaitu: 1.
Cawan tuang 2.
Saluran turun 3.
Saluran pengalir 4.
Saluran masuk
Gambar 7. Pola coran lengkap 11
Tujuan dari gatting system
ini adalah untuk mengatur kecepatan aliran logam cair ke dalam rongga cetakan, sehingga rongg a cetakan terisi secara sempurna. Dan juga
agar slag logam cair tidak ikut masuk kedalam rongga cetakan. Selain pola benda coran dan pola
kita juga memerlukan pola riser
atau pola penambah. Riser
atau penambah juga diperlukan untuk mengimbangi penyusutan (
Shrinkage
) pada saat logam cair tersebut membeku. Karena setiap logam mempunyai nilai penyusutan tersendiri.
Contoh macam-macam saluran tuang yang dipakai dalam pengecoran. Lihat gambar 3, yaitu:
1.
saluran pisah 2.
saluran langsung 3.
saluran bawah 4.
saluran cincin 5.
saluran terompet 6.
saluran bertingkat 7.
saluran baji
¾
Istilah-istilah dan fungsi dari sistim saluran.
Sistim saluran adalah jalan masuk bagi cairan logam yang dituangkan ke dalam rongga cetakan. Tiap bagian diberi nama, dari mulai cawan tuang dimana logam cair
dituangkan dari ladel, sampai saluran ma suk ke dalam rongga cetakan. Nama-nama itu ialah: cawan tuang, saluran turun, pengalir dan saluran masuk, seperti dijelaskan dalam Gambar.
21
Keterangan :
Besaran spesifik tergantung dari ketebalan benda cor, seperti pada tabel di bawah ini :
8
‐
15 1,63 1,86 2,2
Tabel 3 Besaran Spesifik
Tebal Dinding Benda Cor (mm) Nilai (s) 3
‐
3,5 3,5
‐
8
3.
Kecepatan Tuang
Kecepatan tuang adalah laju aliran logam cair untuk mengisi rongga cetakan per satuan waktu tuang.
Formula yang dipakai untuk menghitung kecepatan tuang yaitu
[2,3]
:
Keterangan : = Kecepatan tuang = Berat benda cor = Waktu tuang
Akan tetapi dalam prakteknya penentuan waktu tuang biasanya dapat pula ditentukan dengan menggunakan nomogram waktu kecepatan tuang. 22
Gambar 7. Nomogram Kecepatan Tuang
[2,3]
4.
Sistem Saluran Tuang
Sistem saluran tuang merupakan tempat mengalirnya logam cair kedalam rongga cetakan. Adapun tujuan dari pembuatan sistem saluran tuang adalah sebagai berikut
[1]
: 1.
Agar slag-slag yang berada dalam logam cair tidak ikut masuk ke dalam rongga cetakan.
2.
Supaya kecepatan aliran logam dapat diatur sehingga rongga cetakan terisi secara sempurna.
[2,3]
Keterangan gambar : Benda Cor
23 a.
Cawan tuang (Ct) b.
Saluran turun (St) c.
Saluran pengalir (Sp) d.
Saluran masuk (Sm)
Di dalam perancangan suatu sistem saluran tuang (Sst) kita harus
memperhatikan perbandingan antara saluran masuk (Sm), saluran pengalir (Sp) dan saluran turun (St). Perbandingan antara Sm : Sp : St dapat dilihat pada Tabel berikut :
Tabel 4 Perbandingan Sm : Sp : St Bahan Cor Sm : Sp : St
Bentuk Coran Besar 1 : 1,5 : 2 Bentuk Coran Sedang 1 : 1,2 : 1,4 Bentuk Coran Segala Bentuk 1 : 1,1 : 1,2
a.
Saluran Masuk (Sm)
Saluran masuk salah satu wadah yang berfungsi untuk mengatur kecepatan terakhir dan untuk manahan kotoran sebelum logam cair masuk kedalam cetakan.
Untuk menghitung saluran masuk digunakan formula sebagai berikut
[2,3]
:
a.
Luas Saluran masuk (Sm)
Formula luas saluran masuk (Sm): Keterangan :
= Luas saluran masuk = Berat benda cor = Massa jenis logam = Waktu tuang
= Tahanan hidrostatis seluruh sistem = Percepatan gravitasi
= Tinggi hidrostatis praktis 24
Volume saluran masuk
Formula yang digunakan untuk menghitung volume saluran masuk (Vsm)
[2,3]
:
Keterangan :
= Volume saluran masuk = Luas saluran masuk = Panjang saluran masuk
c.
Massa Saluran Masuk (Msm)
Formula yang digunakan untuk menghitung saluran masuk (Msm)
[2,3]
:
Keterangan :
Msm = Massa Saluran Masuk (kg) Vsm = Volume Saluran Masuk (mm
3
)
ρ
= Massa jenis logam (kg/m
3
)
d.
Dimensi Saluran Masuk
Bentuk dari penampang saluran masuk yang direncanakan adalah berbentuk trapesium.
Formula yang digunakan :
a
0,5 a
1 , 6 a
25
Gambar 9. Dimensi Saluran Masuk
b.
Saluran Pengalir
Saluran pengalir (Sp) adalah saluran yang berfungsi sebagai penerus aliran logam cair yang berasal dari saluran turun ke saluran masuk sebagai tempat penyaringan kotoran.
Untuk menghitung saluran pengalir digunakan formula
[2,3,4]
a.
Luas penampang saluran pengalir (SP) Keterangan :
= Luas saluran pengalir = Luas saluran masuk
b.
Volume salurasn pengalir (Vsp) Keterangan :
= Volume saluran pengalir = Luas saluran pengalir
c.
Massa saluran pengalir (Msp)
Keterangan :
= Massa saluran pengalir = Massa jenis logam
c.
Saluran Turun
Saluran turun (St) adalah suatu alat pada sistem saluran tuang (sst) yang berfungsi sebagai saluran yang dilalui oleh logam cair yang berasal dari cawan
26
tuang (Ct), sebagai media untuk mengalirkan logam cair menuju ke saluran pengalir (Sp). Dimensi dari saluran turun (St) adalah silinder yang mana pada bagian bawahnya sedikit mengecil yang berfungsi untuk menahan laju kotoran sebanyak mungkin serta untuk mempermudah pencabutan pola saluran turun (St).
Gambar 10. Dimensi Saluran Turun
Formula untuk menghitung saluran turun (St) adalah
[2,3]
:
a.
Luas penampang saluran turun Keterangan :
= Luas saluran turun = Luas saluran masuk
b.
Volume saluran turun Keterangan :
= Volume saluran turun = Tinggi saluran turun
c.
Massa saluran turun
d1 d2 27
Keterangan :
= Massa saluran turun = Massa jenis logam
d.
Diameter saluran turun Keterangan :
= Diameter (mm) =
d.
Cawan Tuang
Cawan tuang (Ct) adalah suatu penampung logam cair yang
dituang dari ladel untuk diteruskan ke saluran turun (St). Untuk dimensi dari cawan tuang berbentuk kerucut terpancung, dimana untuk
menghitung diameter atasnya menggunakan rumus
[2,3,4]
:
Keterangan : = Diameter atas = Diameter bawah = Tinggi cawan tuang
Gambar 11. Dimensi Cawan Tuang (Ct) 1.
Efisiensi Penggunaan Bahan Cor ( )
D h d1
28
Dimana :
= Berat benda cor
