BAB II Landasan Teori

BAB II LANDASAN TEORI

2.1

Proses Pengecoran

Proses pengecoran pada dasarnya ialah penuangan logam cair kedalam cetaka cetakan n yang yang telah telah terlebi terlebih h dahulu dahulu dibuat dibuat pola, pola, hingga hingga logam logam cair cair terseb tersebut ut 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 produksinya murah dan dapat membuat benda coran yang berkapasitas berton–ton.

2.

Yaitu jenis jenis pengec pengecora oran n dimana dimana cetakan cetakan diputa diputar  r  Centrifugal Centrifugal Casting, Yaitu  bersamaan dengan penuangan logam cair kedalam cetakan. Yang bertujuan agar  logam cair tersebut terdorong oleh gaya sentrifugal akibat berputarnya cetakan. Contoh benda coran yang biasanya menggunakan jenis pengecoran ini ialah pelek  dan benda coran lain yang berbentuk bulat atau silinder.

3.

pengecoran yang cetakannya cetakannya terbuat terbuat dari logam.  Die Casting, Yaitu jenis pengecoran Sehingga cetakannya dapat dipakai berulang-ulang. Biasanya logam yang dicor  ialah logam non ferrous.

4.

 Investment  Investment Casting , yaitu jenis pengecoran yang polanya terbuat dari lilin (wax), (wax), dan cetaka cetakanny nnyaa terbuat terbuat dari dari kerami keramik. k. Contoh Contoh benda benda coran coran yang yang biasa biasa menggunakan jenis pengecoran ini ialah benda coran yang memiliki kepresisian yang tinggi misalnya rotor turbin.

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 Tetapi ada bebera beberapa pa syarat syarat yang yang harus harus dipenu dipenuhi hi agar agar hasil hasil cetakan cetakan tersebu tersebutt sempurna. Syarat bagi pasir cetak antara lain:

3

4

1.

Memp Mempun unya yaii sifat sifat mampu mampu bentuk bentuk sehing sehingga ga mudah mudah dalam dalam pembu pembuat atan an ceta cetaka kan n dengan dengan kekuatan kekuatan cocok. Cetakan yang dihasilkan dihasilkan harus kuat dan dapat menahan temperatur logam cair yang tinggi sewaktu dituang kedalam cetakan.

2.

Permeabilita Permeabilitass yang yang cocok. cocok. Agar udara yang terjebak terjebak didalam didalam cetakan cetakan dapat dapat keluar  keluar  melalu melaluii sela-s sela-sela ela butir butir pasir pasir untuk untuk menceg mencegah ah terjad terjadiny inyaa cacat cacat coran coran sepert sepertii gelembung gas, rongga penyusutan dan lain-lain.

3.

Dist Distrib ribus usii besa besarr buti butirr yang yang coc cocok ok..

4.

Mamp Mampu u dipa dipaka kaii lagi lagi sup supay ayaa ekon ekonom omis is

5.

Pasir ha harus mu murah rah.

6.

Tahan Tahan panas panas terhad terhadap ap temper temperatur atur loga logam m pada pada saat ditu dituang ang ke ke cetakan cetakan..

Dalam proses pengecoran logam ada beberapa bahan logam yang sering digunakan untuk membuat benda kerja melalui proses pengecoran (casting). Dan  bahan pengecoran tersebut dikelompokkan menjadi lima kelompok yaitu : 1.

Besi Cor  

2.

Baja Cor  

3.

Coran oran padu paduan an tem tembag baga

4.

Coran oran padu paduan an rin ringan gan

5.

Coran oran padu paduan an lain lainny nyaa Dengan uraiannya adalah sebagai berikut:

1.

Besi Cor   Adalah paduan besi yang mengandung karbon, silisium, mangan, fosfor  dan belerang. Besi cor inidigolongkan menjadi enam macam yaitu: besi cor  kelabu, besi cor kelas tinggi, besi kelabu paduan, besi cor bergrafit bulat, besi cor yang dapat ditempa dan besi cor cil. •

Besi cor kelabu, struktur mikro dari besi cor terdiri dari ferit atau perlit dan serpih karbon bebas. Karbon dan silisium ternyata mempengaruhi struktur mikro, ukuran serta bentuk dari karbon bebas dan keadaan stru strukt ktur ur dasa dasarr beru beruba bah h sesu sesuai ai deng dengan an mutu mutu dan dan kwan kwanti titas tasny nya. a. Kete Keteba bala lan n dan dan laju laju pend pendin ingi gina nan n memp mempen enga garu ruhi hi stru strukt ktur ur mikr mikro. o. Kekuatan tarik dari besi cor kelabu kira-kira 10-30 kg/mm2, namun

4

1.

Memp Mempun unya yaii sifat sifat mampu mampu bentuk bentuk sehing sehingga ga mudah mudah dalam dalam pembu pembuat atan an ceta cetaka kan n dengan dengan kekuatan kekuatan cocok. Cetakan yang dihasilkan dihasilkan harus kuat dan dapat menahan temperatur logam cair yang tinggi sewaktu dituang kedalam cetakan.

2.

Permeabilita Permeabilitass yang yang cocok. cocok. Agar udara yang terjebak terjebak didalam didalam cetakan cetakan dapat dapat keluar  keluar  melalu melaluii sela-s sela-sela ela butir butir pasir pasir untuk untuk menceg mencegah ah terjad terjadiny inyaa cacat cacat coran coran sepert sepertii gelembung gas, rongga penyusutan dan lain-lain.

3.

Dist Distrib ribus usii besa besarr buti butirr yang yang coc cocok ok..

4.

Mamp Mampu u dipa dipaka kaii lagi lagi sup supay ayaa ekon ekonom omis is

5.

Pasir ha harus mu murah rah.

6.

Tahan Tahan panas panas terhad terhadap ap temper temperatur atur loga logam m pada pada saat ditu dituang ang ke ke cetakan cetakan..

Dalam proses pengecoran logam ada beberapa bahan logam yang sering digunakan untuk membuat benda kerja melalui proses pengecoran (casting). Dan  bahan pengecoran tersebut dikelompokkan menjadi lima kelompok yaitu : 1.

Besi Cor  

2.

Baja Cor  

3.

Coran oran padu paduan an tem tembag baga

4.

Coran oran padu paduan an rin ringan gan

5.

Coran oran padu paduan an lain lainny nyaa Dengan uraiannya adalah sebagai berikut:

1.

Besi Cor   Adalah paduan besi yang mengandung karbon, silisium, mangan, fosfor  dan belerang. Besi cor inidigolongkan menjadi enam macam yaitu: besi cor  kelabu, besi cor kelas tinggi, besi kelabu paduan, besi cor bergrafit bulat, besi cor yang dapat ditempa dan besi cor cil. •

Besi cor kelabu, struktur mikro dari besi cor terdiri dari ferit atau perlit dan serpih karbon bebas. Karbon dan silisium ternyata mempengaruhi struktur mikro, ukuran serta bentuk dari karbon bebas dan keadaan stru strukt ktur ur dasa dasarr beru beruba bah h sesu sesuai ai deng dengan an mutu mutu dan dan kwan kwanti titas tasny nya. a. Kete Keteba bala lan n dan dan laju laju pend pendin ingi gina nan n memp mempen enga garu ruhi hi stru strukt ktur ur mikr mikro. o. Kekuatan tarik dari besi cor kelabu kira-kira 10-30 kg/mm2, namun

5

 besi cor ini agak getas, titik-cairnya kira-kira 1.200°C dan mempunyai mamp mampu u cor cor sang sangat at baik baik sert sertaa mura murah, h, sehi sehing ngga ga pali paling ng bany banyak  ak  digunakan benda coran. •

Besi cor kelas tinggi, mengandung lebih sedikit karbon dan silikon, serta ukuran grafit bebas-nya agak kecil, dibanding dengan besi cor  kelabu, sehingga kekuatan tariknya lebih tinggi yaitu kirakira 30-50 kg/mm2. Membuat besi cor kelas tinggi agak susah dibanding besi cor  kelabu.

•

Besi cor kelabu paduan, mengandung unsur-unsur paduan dan grafit, mempun mempunyai yai strukt struktur ur yang yang stabil stabil sehing sehingga ga sifat-s sifat-sifa ifatny tnyaa lebih lebih baik. baik. Diliha Dilihatt dari dari unsurunsur-uns unsur ur paduan paduan yang yang ditamb ditambahk ahkan, an, ada dua hal, hal,  pertama hanya beberapa persen saja dan kedua lebih banyak. Unsurunsur yang ditambahkan adalah khrom, nikel, molibden, vanadium, tita titan n dan dan seba sebaga gain inya ya,, sehi sehing ngga ga keta ketaha hana nan n pana panas, s, keta ketaha hana nan n aus, aus, ketaha ketahanan nan korosi korosi dan mampu mesin dari besi besi cor macam ini baik  baik  sekali berkat adanya unsur-unsur tersebut.

•

Besi cor mampu tempa dibuat dari besi cor putih, yang dilunakkan di dalam sebuah tanur dalam waktu yang lama. Struktur sementit dari   besi besi cor putih putih beruba berubah h menjad menjadii ferit ferit atau perlit dan karbo karbon n yang yang tertemper mengendap. Menurut struktur mikronya ada tiga macam besi cor mampu tempa, yaitu besi cor mampu tempa perapian hitam, besi cor mampu tempa perapian putih dan besi cor mampu tempa perlit. Besi Besi cor macam macam ini sangat sangat baik baik keulet keuletann annya ya dan perpan perpanjan jangan gannya nya dibandingkan dengan besi cor kelabu, tetapi harganya mahal karena   proses pelunakan, lagi pula tidak cocok untuk coran yang tipis dan kecil karena sebelum proses pelunakan keuletannya kurang.

•

Besi cor grafit-bulat dibuat dengan jalan mencampurkan magnesium, kalsium atau serium ke dalam cairan logam sehingga grafit bulat akan mengen mengendap dap.. Besi Besi cor macam macam ini mempun mempunyai yai kekuat kekuatan, an, keulet keuletan, an, ketaha ketahanan nan aus dan ketaha ketahanan nan panas panas yang yang baik baik sekali sekali diband dibanding ingkan kan dengan besi cor kelabu.

6

•

Besi cor cil ialah besi cor yang mempunyai permukaan terdiri dari besi cor putih dan bagian dalamnya terdiri dari struktur dengan endapan grafit. Permukaannya mempunyai ketahanan aus yang baik sekali dan   bagian dalamnya mempunyai keuletan yang baik pula. Besi cor  demikian dipergunakan sebagai bahan tahan aus.

2.

Baja Cor   •

Baja cor digolongkan ke dalam baja karbon dan baja paduan. Coran  baja karbon adalah paduan besi karbon dan digolongkan menjadi tiga macam, yaitu baja karbon rendah (C < 0,20%), baja karbon menengah (0,20-0,50% C) dan baja karbon tinggi (C > 0,5 %). Kadar karbon yang rendah menyebabkan kekuatan rendah, perpanjangan yang tinggi dan harga bentur serta mampu las yang baik.

•

Baja cor mempunyai struktur yang buruk dan sifat yang getas apabila tidak diadakan perlakuan panas dengan pelunakan atau penormalan maka baja cor menjadi ulet dan strukturnya menjadi halus. Titik  cairnya kira-kira 1.500°C, mampu cornya lebih buruk dibandingkan dengan besi cor, tetapi baja cor dapat dipergunakan baik sekali sebagai  bahan untuk bagian-bagian mesin, sebab kekuatannya yang tinggi dan harganya yang rendah.

•

Baja paduan adalah baja cor yang ditambah unsur-unsur paduan. Salah satu atau beberapa dari unsur-unsur paduan seperti mangan, khrom, molibden atau nikel dibubuh-kan untuk memberikan sifat-sifat khusus dari baja paduan tersebut, umpamanya sifat-sifat ketahanan aus, ketahanan asam dan korosi atau keuletan.

•

3.

Contoh baja cor adalah: baja cor tahan karat dan baja cor tahan panas .

Coran paduan tembaga. •

Macam-macam coran paduan tembaga adalah: perunggu, kuningan, kuningan kekuatan tinggi, perunggu aluminium dan sebagainya.

•

Perunggu adalah paduan antara tembaga dan timah, dan perunggu yang  biasa dipakai mengandung kurang dari 15% timah. Titik cairnya kira-

7

kira 1.000°C, jadi lebih rendah dari titik cair paduan besi, dan mampucornya baik sekali sama halnya dengan besi cor. •

Sifat-sifat ketahanan korosi dan ketahanan aus adalah baik sekali, sehingga bahan ini dapat dipakai untuk bagian-bagian mesin. Harganya 5-10 kali lebih mahal dari besi cor kelabu, sehingga bahan ini hanya dipakai untuk bagian khusus di mana diperlukan sifat-sifat yang luar biasa.

•

Perunggu digolongkan ke dalam dua macam, yaitu perunggu fosfor  yang sifat ketahanan ausnya diperbaiki oleh penambahan fosfor, dan   perunggu

timbal

yang

cocok

untuk

logam

bantalan

dengan

menambahkan timbal. •

Kuningan adalah paduan antara tembaga dan seng, dan kuningan tinggi adalah paduan yang mengandung tembaga, aluminium, besi, mangan, nikel dan sebagainya, di mana unsur-unsur tersebut dimaksudkan untuk memperbaiki sifat-sifat mekanisnya.

•

Perunggu aluminium

adalah paduan tembaga, aluminium

dan

sebagainya, yang baik sekali dalam sifat-sifat ketahanan aus dan korosi. •

4.

Disamping itu ada pula coran tembaga murni.

Coran paduan ringan. •

Coran paduan ringan adalah coran paduan aluminium, coran paduan magnesium dan sebagainya.

•

Aluminium murni mempunyai sifat mampu cor dan sifat mekanis yang  jelek. Oleh karena itu dipergunakan paduan aluminium karena sifatsifat mekanisnya akan diperbaiki dengan menambahkan tembaga, silisium, magnesium, mangan, nikel dan sebagainya.

•

Coran paduan aluminium adalah ringan dan merupakan penghantar   panas yang baik sekali, yang dipergunakan apabila sifat-sifat tersebut diperlukan. Al-Si, Al-Cu-Si dan Al-Si-Mg adalah deretan dari paduan aluminium yang banyak dipergunakan untuk bagian-bagian mesin, Al-

8

Cu-Ni-Mg dan Al-Si-Cu-Ni-Mg adalah deretan untuk bagian-bagian mesin yang tahan panas, dan Al-Mg adalah untuk bagian-bagian tahan korosi. •

Paduan magnesium lebih ringan dari pada logam umum lainnya, sebab  berat jenisnya kira-kira 1,8.

•

Biasanya aluminium, mangan berilium dan sebagainya ditambahkan sebagai unsur-unsur paduan.

5.

Coran paduan lainnya. •

Paduan seng yang mengandung sedikit aluminium dipergunakan untuk   pengecoran cetak.

•

Logam monel adalah paduan nikel yang mengandung tembaga dan demikian juga hasteloy yang mengandung molibden, khrom dan silikon.

•

Paduan timbal adalah paduan antara timbal, tembaga dan timah, dan logam bantalan adalah paduan dari timbal, tembaga dan stibium. Disamping itu dipakai juga paduan timah, tembaga dan stibium

Temperatur penuangan logam cair yang biasa digunakan untuk bermacammacam coran dinyatakan dalam tabel 2.1.

Tabel 2.1 Macam-macam temperatur penuangan logam cair ke dalam cetakan Macam Logam Brons Kuningan Besi cor Baja tahan karat Alumunium Baja cor

Temperatur penuangan 0C  1100-1250 950-1100 1250-1450 1700-1750 600-700 1500-1550

Pasir cetak yang lazim digunakan didalam industri pengecoran adalah sebagai berikut: 1. Pasir Silika

9

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, SiO2 dan 2FeO.SiO2. Pasir olivin mempunyai daya hantar panas yang lebih besar dibanding pasir silika.

Didalam suatu proses pengecoran, proses pembekuan logam cair setelah logam cair dituang ke dalam cetakan akan mengalami penyusutan. Penyusutan  pada rongga cetakan akan mengakibatkan berubahnya dimensi benda coran. Pada tabel 2.2 dibawah ini diketahui penyusutan yang terjadi pada suatu logam.

Tabel 2.2 Penyusutan yang terjadi pada suatu material Material

Penyusutan (%)

Baja karbon

2

Basi tuang kelabu

1

Besi tuang putih

1,5

Alumunium

6

Macam-macam cetakan pasir dengan pengikat khusus : 1.

Shell Molding Cetakan Kulit (Shell molding ) merupakan variasi dari cetakan pasir di mana cetaka dibentuk dari lapisan tipis atau kulit pasir khusus. Kulit ( shell ) dibentuk oleh lapisan pola logam panas dengan pasir dicampur resin. Panas meleleh

resin

yang kemudian mengikat butiran

pasir

bersama-sama

membentuk kulit ( shell ). Cetakan kulit selalu dibuat dengan mesin dan proses ini digunakan untuk membuat satu jenis produk pengecoran dalam jumlah

10

  banyak. Cara ini juga merupakan salah satu metode yang digunakan untuk  membuat inti. Pola logam dengan presisi yang tinggi digunakan dalam cetakan kulit ini mahal tetapi tahan lama dan mengurangi biaya tiap unit dari cetakan ketika diproduksi dalam jumlah besar. Mereka juga memungkinkan kontrol yang lebih baik dari bentuk dan ukuran dari cetakan pasir konvensional dan menghasilkan tuangan dengan permukaan yang lebih halus yang dapat mengurangi biaya penyelesaian akhir ( finishing ). Pada saat logam cair dituang cetakan kulit harus diperkuat oleh pasir atau biji besi karena pada suhu tinggi dapat cepat runtuh. Tetapi hal ini berguna, terutama pada produksi massal dapat meminimalkan biaya mengeluarkan benda tuang dari cetakan kulit. Tahapan proses pembuatan cetakan kulit ( shell moulding ) : 1. Pola dibuat dari logam, biasanya terdiri dari dua bagian 2. Potongan pola yang terpisah dipasang pada backing plate logam datar  dan ditambahkan bagian yang membentuk saluran dimana logam cair  akan mengalir. 3. Pelat pola dipanaskan 200 sampai 250OC dan ditempatkan di atas sebuah kotak yang berisi pasir resin khusus 4. Kotak dan beserta pola dibalik sehingga pasir resin tertabur diatas pola  plat logam panas. 5. Ketika kotak dan pola dikembalikan ke posisi semula maka akan terbentuk kulit tipis pasir pada pola. Hal ini biasanya terjadi secara otomatis pada mesin cetak kulit. Kemudian dipanaskan kembali agar  mengeras. 6. Kulit dibuka dari pola dan didapat setengah cangkang. Dua cangkang yang cocok dilem atau dijepit bersama untuk membentuk sebuah cetakan. 7. Logam cair dituangkan ke dalam cetakan yang telah selesai dan dibiarkan membeku. 8. Selesai pengecoran, termasuk bentuk saluran turun yang membawa logam cair, yang dikeluarkan dari cetakan kulit.

11

9. Potongan bagian yang tidak digunakan dari benda coran untuk  mendapatkan ukuran yang dimaksud. 10. Selesai proses pengecoran , contoh adalah poros engkol pada mesin 2 silinder. Selain dari mesin jenis ini telah dikembangkan juga mesin pembuat cetakan kulit yang lain. Yaitu mesin pembuat cetakan kulit tiup yang bekerja dengan meniup pasir kulit ke dalam kotak inti atau ke atas pelat pola. Kebanyakan dari mesin pembuat inti kulit adalah jenis peniupan. Mesin  pembuat inti kulit ini, direncanakan untuk membuat inti berongga yang lebih seragam. Untuk membuat inti berongga, pasir kulit ditiupkan ke dalam kotak  inti panas, yang kemudian dibalik setelah waktu tertentu. Setelah pasir yang tidak mengeras di bagian dalam disingkirkan, maka didapat inti berongga. Pasir  yang tidak mengeras bisa juga diisap atau didorong oleh tekanan udara. Inti semacam int memudahkan gas untuk keluar dan meniadakan cacat rongga udara.

Gambar 2.1 Cetakan Shell Moulding

2.

Pasir cetak kulit

12

Pasir cetak kulit ada dua macam, yaitu pasir resin dan pasir berlapis. Pasir  resin adalah campuran antara resin fenol dan pasir silika. Kadar resin kira-kira 4 sampai 7 %. Berat jenis bubuk resin berbeda sekali dengan berat jenis pasir  silika dan tidak mudah dicampur secara merata. Karena itu perlu dicampurkan sedikit metil alkohol. Pasir berlapis terdiri dari butir-butir pasir yang diselubungi oleh resin fenol, dibuat dengan cara sebagai berikut: 1) Tambahkan resin cair pada pasir untuk menutupi butir-butir pasir, kirakira pada temperatur 150°C (Cara pelapisan panas). 2) Aduklah agar butir-butir pasir tertutup oleh resin, pada temperature kamar (Proses dingin). 3) Panaskan pasir silika dan tutupi butir-butir pasir dengan bubuk resin (Proses panas kering). Kebaikan dari pasir berlapis ialah menggunakan lebih sedikit resin dibandingkan dengan pasir resin. Kadar resin dari pasir berlapis adalah 2,5 sampai 3,5%. Berbeda dengan pasir resin, pasir berlapis mempunyai distribusi resin fenol yang merata dan menyebabkan cetakan kulit yang homogen dan kuat. Terutama sangat efektif untuk dipergunakan pada mesin pembuat cetakan kulit tiup di mana biasanya pasir resin terpisah. 3.

Hotbox molding •

Cara kotak panas (Hotbox molding) adalah cara pembuatan cetakan atau inti di mana pasir dengan pengikat resin set-panas disemprotkan ke dalam kotak logam yang dipanaskan.

•

Kotak yang dibuat dari besi cor biasa dipakai sebagai kotak inti untuk   pembuatan inti. Kotak inti dipanaskan mula pada 200 sampai 250°C. Kemudian pasir ditiupkan ke dalamnya, maka pasir segera mengeras karena panas dari kotak inti. Inti yang tebal mempunyai bagian dalam yang tidak mengeras. Kalau dibiarkan dalam keadaan itu pasir akan mengeras

sampai

ke

dalam.

Tetapi

biasanya

diikuti

dengan

 pemanggangan yang kedua kali pada 150 sampai 180°C. •

Boleh dikatakan sangat sukar untuk membuat inti berongga seperti   pada pembuatan cetakan kulit, karena pengisapan dan pendorongan

13

oleh udara tidak dapat mengeluarkan pasir yang tidak terpanggang. Inti macam ini mempunyai mampu ambruk yang baik dan sangat menguntungkan pada pembongkaran karena resin terbakar pada temperatur tinggi. •

Dalam cara ini resin furan dipakai sebagai bahan pengikat. Biasanya ditambahkan resin furan 2 sampai 3 % pada pasir, disamping itu ditambahkan juga asam lemah 20 sampai 30% dari jumlah resin sebagai katalisator untuk bisa bercampur. Temperatur pasir sebelum  pencampuran ditahan kira-kira di bawah 30°C.

•

Pasir

yang dicampur dengan resin furan harus mempunyai kadar 

kotoran atau debu yang sedikit dan permukaan butirnya harus bersih. Kalau syarat tersebut tidak dipenuhi, kekuatannya setelah mengeras akan kurang.

Gambar 2.2 Hot Box type Core Shooters

4.

Carbon Dioxide Mould Casting

14

•

Karbon dioksida molding juga dikenal sebagai proses natrium silikat merupakan

salah

satu proses yang banyak digunakan

untuk 

mempersiapkan cetakan dan inti. Dalam proses Moulding CO2, natrium silikat digunakan sebagai bahan pengikat. Tapi silikat natrium mengaktifkan atau cenderung untuk mengikat partikel pasir hanya dengan gas karbon dioksida. Untuk alasan ini, proses ini umumnya dikenal sebagai proses CO2. •

 Natrium silikat kira-kira 3 sampai 7 % dibubuhkan pada pasir silika dan dicampur baik, kemudian cetakan dibuat dari campuran ini dengan tangan, dan dengan mesin ataupun secara otomatis.

•

Gas CO2 ditiupkan ke dalam cetakan pada tekanan 1,0 sampai 1,5 kg/cm2, maka cetakan ini akan mengeras dalam waktu singkat.

•

Reaksi pengerasan pada cara CO2 dijelaskan pada rumus berikut :  Na2Sio3+CO2 à Na2CO3+SiO2 (Sodium Silicate) (Silica gel)

•

Gambar menunjukkan garis besar pembuatan cetakan dengan cara CO2. 1. Proses sama dengan cetakan pasir, pasir dipadatkan ke dalam kotak  cetakan dan lubang angin dibuat dengan mempergunakan jarum jarum. 2. Jarum-jarum ditarik sehingga terjadi lubang-lubang. 3. Gas CO2 dialirkan melalui lubang-lubang itu. 4. Keluarkan pola dari kotak dan cetakan selesai dan siap untuk   penuangan.

15

Gambar 2.3 Carbon Dioxide Moulding 

5. •

Coldbox molding

Resin fenol dan polisosianat (M.D.I) dibubuhkan pada pasir silika dalam jumlah yang cocok yang kemudian diaduk. Dari campuran pasir ini dibuat cetakan dengan mempergunakan mesin pembuat cetakan tiup. Gas amina (juga dikenal sebagai pemanis gas dan gas removal asam) dilewatkan ke dalam cetakan, dan cetakan mengeras pada saat itu.

•

Setelah terjadi pengerasan, udara ditiupkan ke dalam cetakan untuk mengeluarkan gas amina yang masih ada dan disalurkan melalui bak penetral. Kemudian cetakan diambil. Jenis pembuatan cetakan ini disebut cara kotak dingin.

•

Gambar 2.4 menunjukkan cara pembuatan cetakan tersebut

:

16

Gambar 2.4 Cetakan Coldbox Moulding 

•

Proses pembuatan cetakan inti tersebut dapat dijelaskan sebagai berikut : 1. Campuran pasir ditiupkan ke dalam peti inti oleh udara. 2. Gas amina ditiupkan ke dalamnya. Gas sisa dikeluarkan dari kotak inti oleh udara untuk disalurkan ke bak penetral. Gas bersih dilepaskan ke udara luar. Karena gas amina merupakan gas racun, maka semua  penyekat harus sempurna.

•

Pasir untuk cara kotak inti Pengikat pasir untuk cara kotak inti ini terdiri dari resin fenol (cairan I) dan M.D.I, (cairan II). Jumlah yang ditambahkan ialah 2 sampai 3 % dari  jumlah pasir. Waktu pengerjaan dari campuran ini kira-kira 1 sampai 1,5 jam. Sebagai zat pengeras dipakai gas etilamin karena lebih baik dari pada gas metilamin. Bahan baku pasir lebih baik netral atau asam, karena pasir basa tidak mungkin dibuat cetakan. Kadar air dari pasir lebih baik 0,2 %, karena kadar

air

yang

berlebihan,

sangat

menurun-kan

kekuatan

cetakan.

Perbandingan dari cairan I pada cairan II optimum pada 5:5 sampai 4:6. 6. •

Cetakan mengeras sendiri

Apabila pengikat khusus dibubuhkan pada pasir cetak maka cetakan yang dibuat dari campuran ini mengeras secara alamiah. Dalam hal ini peniupan CO2 tidak   perlu, tidak seperti pada cara CO2. Oleh karena itu cetakan demikian disebut cetakan mengeras sendiri.

17

•

Sebagai pengikat dipakai bahan organik, semen, air-kaca (senyawa natrium metasilikat, Na2 SiO3) dan sebagainya. Reaksi pengerasan dimulai segera atau  beberapa saat setelah pencampuran pasir dengan pengikat.

•

Karena itu waktu pengolahan pasir harus cocok dengan waktu pembuatan cetakan, dan tidak baik membiarkan campuran pasir untuk waktu yang lama setelah  pencampuran.

•

Jenis cetakan mengeras sendiri : 1. Cetakan mengeras sendiri dengan pengikat organic 2. Cetakan mengeras sendiri dengan campuran semen 3. Cetakan mengeras sendiri dengan campuran air-kaca 4. Cetakan pasir mengeras sendiri

2.2

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 2.1. Material: Drafting: Ferrous  Non-ferrous

Design pola Design gatting sistem

Proses peleburan Uji komposisi

Pattern making: Gating system making Riser making

Tapping Pembuatan cetakan Co 2

Pouring

cetakan

cacat

Pembongkaran cetakan

Diagram alir proses pengecoran Cetakan pasir Co 2  baik 

Pengujian

Produk 

Bahan cetakan: Pasir silika Water glass air 

18

Gambar 2.5 Diagram Alir Proses Pengecoran Cetakan Pasir CO 2

Langkah-langkah yang harus diperhatikan Perancangan Dan Pembuatan Pola

Pola menentukan hasil dari coran, oleh karena itu diperlukan dasardasar 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 dipakai untuk cetakan pasir. Alat-alat yang digunakan untuk 

19

membentuk pola dari kayu ialah pahat, mesin bubut kayu, gerinda kayu, amplas dan lain-lain. Pada proses pembuatan pola ada beberapa hal penting yang harus diperhatikan, yaitu: 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 2.2 Besar kemiringan pola + 2 0.

Gambar 2.6 Contoh Kemiringan Pola

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 2.3 Gatting system dibagi atas 4 bagian, yaitu: 1.

Cawan tuang

2.

Saluran turun

3.

Saluran pengalir 

4.

Saluran masuk 

20

Gambar 2.7 Pola Coran Lengkap

Tujuan dari  gatting system ini adalah untuk mengatur kecepatan aliran logam cair ke dalam rongga cetakan, sehingga rongga cetakan terisi secara sempurna. Dan juga agar slag logam cair tidak ikut masuk kedalam rongga cetakan. Selain pola benda coran dan pola  gatting system 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 logam terlihat pada gambar 2.8. 1.

Saluran pisah

2.

Saluran langsung

3.

Saluran bawah

4.

Saluran cincin

5.

Saluran terompet

6.

Saluran bertingkat

7.

Saluran baji

21

Saluran Pisah

Saluran Bawah

Saluran Terompet

Saluran Langsung

Saluran Cincin

Saluran Pensil

22

Saluran Bertingkat

Saluran Baji

Gambar 2.8 Macam Macam Sistem Saluran

2.3.1 Pembuatan Cetakan

Pada praktikum pengecoran logam di laboratorium pengecoran teknik  mesin Universitas Gunadarma menggunakan metode pengecoran cetakan pasir  Co2 (Sand Casting ), Maka hal-hal yang perlu dipersiapkan antara lain ialah: Pasir Silika, Water glass, air, Cup & Drag, gas Co 2 dan Bahan Coating (Spirtus dan grafit). Langkah pertama yaitu menentukan berapa banyak pasir silika yang kita butuhkan sesuai dengan cup & drag yang ada. Lalu kita campurkan waterglass k dalam

pasir kemudian diaduk hingga rata. Waterglass yang

dipakai sekitar 3-6% berat pasir. Setelah pasir dan waterglass rata, kemudian dimasukan kedalam cup & drag yang telah dimasukan terlebih dahulu pola coran. Setelah terisi penuh kita tembakan gas Co2 hingga pasir keras. Kemudian pola bisa kita lepas dari cetakan.

2.3.2 Proses Peleburan

Logam yang kita lebur adalah logam alumunium. Alumunium saat ini ialah logam kedua terbanyak setelah besi karbon ( cast iron ) yang dipakai untuk  komponen mesin, contoh dalam bidang otomotif. Juga dipakai pada alat-alat rumah tangga seperti panci dll. Kelebihan dari alumunium ialah logam ini ringan, kuat, konduktor panas dan listrik yang baik setelah emas dan tembaga.

23

Titik cair dari alumunium murni + 650 0C. Tetapi alumunium jika dipadukan oleh unsur paduan maka titik cairnya akan bertambah. Unsur-unsur paduan yang biasanya dipakai sebagai paduan aluminium adalah silikon, tembaga, magnesium, timah dan lain-lain. Alumunium cair sangat reaktif sekali terhadap gas hidrogen (H). gas hidrogen dapat membuat gelembung udara terikat didalam alumunium cair  yang mengakibatkan porositas pada produk coran nantinya. Reaksi kimianya:

Steam

Alumunium

Hidrogen

Alumunium oxide

Untuk mencegah porositas pada logam alumunium maka dapat dilakukan beberapa cara, antara lain dengan melindungi alumunium cair  menggunakan gas nitrogen (N2). Karena gas nitrogen mengikat hidrogen sebagai

penyebab porositas

pada alumunium. Caranya

yaitu

dengan

menyemburkan gas nitrogen diatas alumunium cair hingga alumunium cair  tersebut masuk kedalam cetakan. atau dengan cara menggunakan flux . Yaitu flux ditaburkan pada permukaan alumunium cair secara merata yang bertujuan agar gas hidrogen tidak dapat masuk kedalam alumunium cair. Ada 4 macam flux yang dipakai dalam membuat produk alumunium menjadi lebih baik dalam hal sifat-sifat fisik ataupum mekanik, yaitu: •

Covering fluxes Digunakan untuk mencegah gas hidrogen masuk kedalam alumunium cair 

•

Cleaning fluxes Untuk menghilangkan kandungan padat nonmetalik dari alumunium cair 

•

Degassing fluxes Dimasukan kedalam alumunium cair untuk menghilangkan gas yang terjebak dalam alumunium cair yang dapat menyebabkan porositas

•

Drossing-off fluxes Digunakan untuk memperbaiki logam alumunium dari drosses.

24

Perhitungan Efisiensi Benda Coran

Untuk menghitung efisiensi benda coran, maka perlu diketahui langkahlangkah memulai perhitungan yang terlihat pada gambar 2.9

25

Gambar 2.9 Diagram Alir Proses Perhitungan Efisiensi Coran

26

1. Hidrostatis Praktis

Gambar 2.10 Hidrostatis Praktis [2,3]

Formula yang digunakan untuk menghitung tinggi hidrostatis praktis sebagai berikut [2,3]

Keterangan : = Tinggi hidrostatis praktis (mm) = Jarak kedudukan saluran masuk terhadap permukaan logam cair   pada cawan tuang (mm) = 130 mm = Tinggi rongga cetakan (mm) = Jarak saluran masuk kebagian paling atas rongga cetakan (mm)

2. Waktu Tuang

Waktu tuang adalah waktu yang dibutuhkan logam cair untuk mengisi   penuh rongga cetakan dan dimulai pada saat logam cair menyentuh cawan tuang. Besarnya waktu tuang ( τ ) diperoleh dengan rumus sebagai berikut :

Keterangan : = Waktu tuang (detik)

27

= Besaran spesifik  = Massa benda cor (kg) Besaran spesifik tergantung dari ketebalan benda cor, seperti pada tabel di  bawah ini :

Tabel 2.3 Besaran Spesifik 

Tebal Dinding Benda Coran (mm) 3 – 3,5 3,5 – 8 8 – 15

Nilai (S) 1,63 1,85 2,2

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.

28

Gambar 2.11 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]: a.

Agar slag-slag yang berada dalam logam cair tidak ikut masuk ke dalam rongga cetakan.

 b.

Supaya kecepatan aliran logam dapat diatur sehingga rongga cetakan terisi secara sempurna.

Benda Cor 

Gambar 2.12 Sistem Saluran Tuang

[2,3]

29

Keterangan gambar : 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 2.4 Perbandingan Sm : Sp : St

Bahan Cor Bentuk Coran Besar Bentuk Coran Sedang Bentuk Coran Segala Bentuk 4.1

Sm : Sp : St 1 : 1,5 : 2 1 : 1,2 : 1,4 1 : 1,1 : 1,2

Saluran Masuk (SM)

Saluran masuk salah satu wadah yang berfungsi untuk mengatur  kecepatan terakhir dan untuk menahan 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

30

= Percepatan gravitasi = Tinggi hidrostatis praktis

 b.

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)

d.

Vsm

= Volume Saluran Masuk (mm3)

ρ

= Massa jenis logam (kg/m 3)

Dimensi Saluran Masuk  Bentuk dari penampang saluran masuk yang direncanakan adalah  berbentuk trapesium. Formula yang digunakan :

31

a

0,5 a

1,6 a

Gambar 2.13 Dimensi Saluran Masuk 

4.2

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

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 

[2,3,4]

:

32

= Massa jenis logam

4.3

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 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). d1

h

d2

Gambar 2.14 Dimensi Saluran Turun

Formula untuk menghitung saluran turun (St) adalah

a.

Luas penampang saluran turun

Keterangan : = Luas saluran turun = Luas saluran masuk 

[2,3]

:

33

 b.

Volume saluran turun

Keterangan : = Volume saluran turun = Tinggi saluran turun

c.

Massa saluran turun

Keterangan : = Massa saluran turun = Massa jenis logam

d.

Diameter saluran turun

Keterangan : = Diameter (mm) =

4.4

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

Keterangan : = Diameter atas

[2,3,4]

: