TI-2121: Proses Manufaktur

Departemen Teknik Industri FTI-ITB

TI-2121: Proses Manufaktur Dasar-dasar Pengecoran Logam

Laboratorium Sistem Produksi www.lspitb.org ©2003


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 dan analisis system manufaktur.

•

Khusus: Memberikan pemahaman terhadap proses pengecoran

TI2121 - Proses Manufaktur - Minggu 2

2

1


Definisi • Pengecoran adalah proses penuangan logam lebur ke

dalam cetakan, kemudian mengeras sesuai dengan bentuk rongga 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 TI2121 - Proses Manufaktur - Minggu 2

3


Contoh Produk Pengecoran


4

2


Peleburan Logam


5


Peleburan Logam


6

3


Peleburan Logam


7


Peleburan Logam


8

4


Pengecoran


9


Pengecoran


10

5


Pembuatan Cetakan


11


Pembuatan Cetakan


12

6


Pembuatan Cetakan


13


Pembuatan Cetakan


14

7


Pembuatan Cetakan


15


Pembuatan Cetakan


16

8


Pembuatan Cetakan


17


Pembuatan Cetakan


18

9


Pembuatan Cetakan


19


Klasifikasi Proses Pengerasan


20

10


Kemampuan dan Keuntungan Pengecoran Pengecoran dapat membentuk komponen dengan geometri eksternal/internal yang komplek Beberapa proses pengecoran dapat langsung membentuk geometri akhir produk (net shape) sehingga tidak memerlukan proses manufaktur lainnya Pengecoran dapat digunakan untuk membuat komponen yang sangat besar (>100 ton) Proses pengecoran dapat dilakukan menggunakan berbagai jenis logam yang dapat dipanaskan hingga lebur (liquid state) Beberapa metoda pengecoran cocok untuk produksi masal TI2121 - Proses Manufaktur - Minggu 2

21


Kekurangan •

Sifat menyerap/merembes (porosity)

•

Keakuratan demensi geometrik dan kerataan permukaan yang rendah

•

Bahaya/resiko keselamatan kerja saat peleburan logam


22

11


Proses Pengecoran (1) •

Cetakan memiliki rongga sesuai dengan dimensi/bentuk komponen yang ingin dibentuk

•

Dimensi rongga sedikit lebih besar untuk mengkonpensasi penyusutan saat logam mengalami proses pendinginan dan pengerasan

•

Setiap logam memiliki karakteristik penyusutan yang berbeda

•

Bahan cetakan: pasir (sand), gips (plaster), keramik (ceramic) dan logam (metal) TI2121 - Proses Manufaktur - Minggu 2

23



Tahapan pengecoran: Logam dilebur pada temperatur tinggi hingga berubah menjadi zat cair Logam cair dituangkan kedalam cetakan Logam cair dalam cetakan mengalami proses pendinginan. Seiring dengan menurunnya tempratur, logam akan mengeras. Selama proses pengerasan terjadi perubahan fasa pada logam (membentuk karakteristik/properti hasil pengecoran) Jika pendinginan/pengerasan selesai, cetakan dilepas. Proses lanjutan: trimming, cleaning, inspecting dan heat treatment TI2121 - Proses Manufaktur - Minggu 2

24

12


Proses Pengecoran (3)

•

Cetakan terbuka: berbentuk kontainer

•

Cetakan tertutup: memerlukan saluran (passageway) menuju rongga


25



Klasifikasi proses pengecoran Cetakan habis pakai (expendable mold) – Cetakan harus dirusak untuk mengeluarkan komponen hasil pengecoran – Cetakan yang terbuat dari: pasir, gips atau yang menggunakan bahan-bahan perekat

Cetakan permanen (permanent mold) – Dapat digunakan berulang-ulang – Cetakan terbuat dari logam – Cetakan terbuat dari dua atau lebih bagian yang dapat dibuka untuk mengeluarkan komponen cor


26

13


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 mengalami pendinginan/pengerasan yang lebih lama daripada rongga cetakan

• Pasir bersifat basah dan memiliki perekat untuk •

mempertahankan bentuk Sifat porositas pasir memungkinkan udara dan gas (hasil reaksi logam lebur) yang terperangkap dalam rongga saat logam lebur dituang untuk keluar melalui dinding cetakan 27



Peleburan Logam • Energi panas yang diperlukan:

Panas untuk menaikkan temperatur hingga titik lebur Panas fusi untuk merubah zat padat menjadi zat cair Panas untuk menaikkan logam lebur hingga temparatur penuangan yang diinginkan

H = ρV

{C (T − T )+ H + C (T − T )} s

m

o

f

l

p

m

H = Total heat required; J ρ = density; g/cm3 Cs = weight specific heat for the solid metal; J/g-o C Tm = melting temperature; o C To = starting temperature; o C H f = heat of fusion; J/g C l = weight specific heat of the liquid metal; J/g-o C Tp = pouring temparature; o C V = volume of metal being heated; cm 3


28

14


Penuangan Logam Lebur •

Faktor-faktor yang mempengaruhi kegiatan penuangan: Temperatur penuangan – Menentukan jumlah penurunan temperatur yang diperlukan hingga logam mengeras – Superheat: perbedaan antara temperatur penuangan dan temperatur 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 terperangkat dalam proses pengerasan sehingga kualitas cor menurun – Menimbulkan erosi cetakan (mold erosion) sehingga cetakan mudah terkikis/habis

29



Contoh Perhitungan Penuangan •

Diketahui: Panjang sprue = 20cm Luas sprue = 2.5cm2 Volume rongga cetakan = 1560cm3

•

Perhitungan: Kecepatan penuangan:

v =

2 gh =

2 ( 981 )( 29 ) = 198 . 1 cm / s

Kecepatan volume penuangan:

Q = vA = ( 2 . 5 )( 198 . 1 ) = 495 cm

3

/s

Waktu penuangan:

MFT

=

V = 1560 / 495 = 3 . 2 s Q TI2121 - Proses Manufaktur - Minggu 2

30

15


Pengerasan Logam (1)

Kurva pendinginan logam murni pada pengecoran TI2121 - Proses Manufaktur - Minggu 2

31


Pengerasan Logam (2) • Proses pengerasan: Lapisan tipis logam cor (initial skin) akan terbentuk akibat pendinginan oleh dinding cetakan. – Mengakibatkan granular pada permukaan bersifat bersifat halus, ukuran sama dan berorientasi acak

Pengerasan berlanjut menuju titik tengah rongga cetakan – Formasi granular membentuk jarum dan pertumbuhan menjauhi arah transfer panas (dendritic growth)


32

16


Pengerasan Logam (2) • Hampir semua alloy mengeras pada rentang temperatur bukan pada titik temperatur tertentu

•

Diagram fasa copper-nickel alloy

•

Kurva pendinginan untuk komposisi 50%Ni-50%Cu


33


Waktu Pengerasan •

Aturan Chvorinov’s

n

⎛V ⎞ TST = Cm ⎜ ⎟ ⎝ A⎠ TST = total solidification time Cm = mold constant; min/cm 2 V = volume of the casting; cm 3 A = surface area of the casting; cm 2

• Cm bergantung 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 rongga cetakan agar logam di rongga cetakan mengeras terlebih dahulu (chovrinov rule) TI2121 - Proses Manufaktur - Minggu 2

34

17


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 dan mengalami pendinginan hingga temperatur ruangan


35


Penyusutan (2)


36

18


Penyusutan (3) Volume kontraksi untuk berbagai jenis pengecoran logam

Volumetric contraction due to: Solidification Shrinkage, %

Solid Thermal Contraction, %

Aluminum

7.0

5.6

Al alloy

7.0

5.0

Gray cast iron

1.8

3.0

0

3.0

Low C cast steel

3.0

7.2

Copper

4.5

7.5

Bronze (Cu-Sn)

5.5

6.0

Metal

Gray cast iron, high C


37


Pengerasan Terarah (1)

•

•

Untuk meminimasi produk cacat akibat pengerasan: Bagian rongga yang terletak jauh dari riser diharapkan mengalami proses pengerasan terlebih dahulu Jika penyusutan terjadi, logam lebur dalam riser masih 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)


38

19


Pengerasan Terarah (2)

(a) External chill to encourage rapid freezing of the molten metal in a thin section of the casting (b) the likely result if the external chill were not used. TI2121 - Proses Manufaktur - Minggu 2

39


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

Cm =

1.6 TST = = 3.26 min/ cm 2 2 2 (V A) (187.5 267.5)

π D 2h V = A

D 4 = 2 2 D π 6 π D2 + 4 2

⎛D⎞ TST = 2.0 = 3.26⎜ ⎟ = 0.09056 D 2 ⎝6⎠ D = 2.0 0.09056 = 4.7cm H = 4.7cm TI2121 - Proses Manufaktur - Minggu 2

40

20


Tugas 2

• •

Pilih salah satu komponen/produk cor Gambarkan / sketsa dan ukuran produk tersebut

•

Tugas kelompok 1 kelompok 2 orang Nim genap dan ganjil dari kelas yang berbeda

•

Dikumpulkan: Senin, 8 September 2003 Jam: 10.00


41

21

TI-2121: Proses Manufaktur

Recommend Documents