membuat cetakan pasir dan inti

SUMBER BELAJAR PENUNJANG PLPG 2016

MATA PELAJARAN/PAKET KEAHLIAN

TEKNIK PENGECORAN LOGAM

Membuat Cetakan Pasir dan Inti

Arianto Leman Soemowidagdo

KEMENTERIAN PENDIDIKAN DAN KEBUDAYAAN DIREKTORAT JENDERAL GURU DAN TENAGA KEPENDIDIKAN

2016

MEMBUAT CETAKAN PASIR DAN INTI

Teknik Pengecoran Logam PROGRAM PLPG 1

BAB 5


A. SUB KOMPETENSI

Pembuatan cetakan pasir dan inti pada proses pengecoran logam dapat

dipahami dan dijelaskan dengan benar.

B. TUJUAN KEGIATAN PEMBELAJARAN

Mahasiswa mampu menjelaskan dengan benar pembuatan cetakan pasir dan

inti pada pengecoran logam.

C. URAIAN MATERI

Cetakan pasir merupakan bagian yang menerima panas dan tekanan dari logam

cair yang dituangkan sebagai bakal produk. Pasir cetak sebagai bahan cetakan harus

dipilih sesuai dengan kebutuhan krakteristik bahan yang akan dicetak baik sifat

penuangannya maupun ukuran benda yang akan dibuat. Semakin besar benda

tuangan maka tekanan yang disebut tekanan metallostatic akan semakin besar.

Cetakan pasir harus memiliki kestabilan mekanis andal.

1. Rangka Cetak

Rangka tuang atau sering disebut rangka cetak (frame) yang berfungsi sebagai

tempat membuat cetakan pasir (Ngatiman, 2016). Rangka cetak dapat dibuat dari plat

baja, besi atau kayu. Rangka cetak (frame) harus mampu mempertahankan bentuk

apabila cetakan menerima beban dari logm cair maupun saat dipindah-pindahkan.

Rangka cetak dapat berbentuk persegi panjang, segi empat atau lingkaran. Gambar

5.1 s.d Gambar 5.3). Pemilihan macam dan bentuk rangka cetak disesuaikan dengan

benda yang akan dibuat, bahan, volume, tingkat kerumitan, dan jumlah produk.

Rangka cetak biasanya terdiri dari 2 pasang bingkai dapat di pisahkan yang saat proses

penuangan disatukan. Bingkai bagian atas disebut kup (cope) dan bagian bawah

disebut drag. Kedua bingkai di ikat oleh pin.



Disusun

a. Rangka cetak persegi dari kayu.

Gambar 5.1. Rangka cetak berbentuk persegi dari kayu.

b. Rangka cetak persegi panjang dari plat besi

Gambar 5.2 Rangka cetak bentuk persegi panjang dari plat besi.

c. Rangka cetak bulat dari plat besi

Gambar 5.3 Rangka cetak bentuk silinder dari plat besi (Sudjana, 2008)

2. Perkakas untuk Membuat Cetakan Pasir

Perkakas untuk membuat cetakan pasir terdiri dari penumbuk, sendok spantula,

sendok cetak, perata pasir (strike off bar), kuas, penarik pola, penusuk lubang angin

semua perlengkapan ini digunakan pada tahapannya masing–masing.

a. Penumbuk berfungsi untuk memadatkan pasir cetak saat membuat cetakan pada

rangka cetak. Umumnya terbuat dari kayu mesipun dapat pula dibuat dari besi.

b. Sendok spatula berfungsi untuk meratakan, mengiris, mengambil dan merapikan

cetakan pasir pada bidang yang kecil.

Cope Drag

Drag Cope

Disusun Cope

Disusun

Drag



c. Sendok cetak berfungsi untuk meratakan bidang yang besar

d. Kuas berfungsi untuk membasahi pasir cetak disekeliling pola

e. Penarik berfungsi untuk melepaskan pola dari cetakan pasir

f. Penusuk lubang angin

Terbuat dari baja panjang yang halus dan digunakan untuk membuat lubang

saluran pembuangan gas.

g. Strike Off Bar

Terbuat dari logam atau kayu keras dengan ujung lurus dan panjang tertentu

untuk meratakan permukaan pasir cetak.

Penumbuk

Sendok spatula

Sendok cetak

Kuas

Pena pengankat pola

Penusuk saluran penaik

Strike of bar

Pengayak pasir cetak. Gambar 5.4 Perkakas cetak

3. Sistem Saluran

Sistem saluran merupakan jalan masuknya logam cair ke dalam rongga cetakan.

Sistem saluran harus di rencanakan secara baik karena berperan penting pada proses

penuangan logam cair. Hasil produk pengecoran ditentukan oleh sistem saluran.

Sistem saluran secara umum terdiri beberapa bagian: cawan tuang, saluran

turun, pengalir dan saluran masuk. (Gambar 5.5).



Gambar 5.5. Sistem saluran pada proses penuangan (Surdia & Chijiiwa, 1976)

a. Cawan tuang

Cawan tuang berfungsi menerima logam cair ladel. Cawan tuang dibuat untuk

mengarahkan logam cair agar lebih mudah masuk ke saluran turun. Ukuran cawan

tuang harus cukup agar logam cair yang dituang tidak meluber. Bentuk dan ukuran

cawan tuang yang disarankan tampak Gambar 5.6.

Gambar 5.6. bentuk dan ukuran cawan tuang (Surdia & Chijiiwa, 1976)

Ukuran “d” adalah diameter saluran masuk. Cawan tuang yang terlalu besar akan

menyebabkan sisa logam cair yang berlebihan. Sebaliknya cawan tuang yang terlalu

kecil akan menyebabkan masuknya logam cair tertahan dan logam cair dapat meluap.



b. Saluran turun

Saluran turun merupakan saluran masuknya logam cair dari cawan tuang ke

saluran pengalir. Saluran turun berpenampang lingkaran, lurus dari atas ke bawah.

Penampangnya dapat dibuat sama dari atas ke bawah atau mengecil ke bawah.

Penampang yang sama akan memberikan aliran yang cepat dan lancar. Penampang

yang mengecil ke bawah berdampak dapat menahan kotoran sebanyak mungkin.

Ukuran saluran turun untuk besi tuang tampak pada tabel 5.1. (Surdia & Chijiiwa, 1976).

Tabel 5.1. Ukuran saluran turun, saluran penglir dan saluran masuk untuk besi tuang.

c. Saluran pengalir

Saluran pengalir berfungsi mengalirkan logam cair dari saluran turun ke saluran

masuk. Saluran pengalir umumnya berpenampang trapesium atau setengh lingkaran.

Secara prinsip, ukuran saluran pengalir harus dibuat sebesar mungkin agar logam cair

membeku dalam waktu yang lebih lama yang lama. Sebagai patokan ukuran saluran

pengalir dapat dilihat pada Gambar 5.7.

Logam cair yang melewati saluran pengalir masih membawa kotoran berupa

terak. Kemungkinan masuknya terak ke rongga cetakan dapat diminimalkan dengan

beberapa cara, yaitu (Gambar 5.8):

1) Pada ujung saluran pengalir dapat diperpanjang untuk tempat pengotor.

2) Pada saluran masuk dibuatkan kolam putar agar saat masuk logam cair

berputar secara tangensial sehigga kotoran berkumpul ditengah.

3) Membuat saluran bantu turun.

4) Menambahkan saringan yang terbuat dari keramik pada saluran turun.



Gambar 5.7. ukuran saluran pengalir (Surdia & Chijiiwa, 1976)

Gambar 5.8. Perangkap kotoran (Surdia & Chijiiwa, 1976)



d. Saluran masuk

Saluran masuk yang menghubungkan saluran pengalir dan rongga cetak adalah

saluran masuknya logam cair dari saluran pengalir ke rongga cetakan. Penampang

saluran masuk umumnya dibuat lebih kecil dari saluran pengalir agar dapat mencegah

kotoran masuk ke rongga cetak. Ukuran saluran pengalir untuk besi cor tampak pada

Tabel 5.1, sedang Gambar 5.9 memperlihatkan bentuk saluran masuk. Saluran masuk

dengan penampang yang lebih lebar pada rongga cetak dimaksudkan agar logam cair

lebih tenang masuk ke dalam rongga cetakan. Dampaknya ialah meminimalkan

turbulens pada lirani logam cair mereduksi timbulnya gelembung-gelembung gas.

Sebaliknya saluran masuk dengan penampang yang lebih sempit pada rongga cetak

diterapkan untuk membuat benda coran berukuran yang lebih besar.

Gambar 5.9. Bentuk saluran masuk.

e. Penambah

Penambah ditujukan untuk mengantisipasi kekurangan logam cair saat logam

cair didalam rongga cetak menyusut akibat pembekuan. Logam cair pada penambah

di desain agar membeku paling akhir. Hal ini dilakukan dengan cara ukuran/volume

penambah dibuat cukup besar sehingga mampu menambahkan kekurangan logam

cair pada rongga cetakan yang menyusut. Bagaimanapun, ukuran penambah yang

terlalu besar akan membuat proses pengecoran menjadi tidak efisien karena sisa

logam yang terbuang terlalu banyak. Ukuran penambah yang terlalu kecil juga tidak

diinginkan. Ukuran penambah yang terlalu kecil menyebabkan penambah akan terlalu

cepat membeku. Akibatnya penambah menjadi tidak berfungsi untuk mengantisipasi

kekurangan logam cair di dalam rongga cetakan.



Berdasar letaknya penambah dibedakan menjadi penambah atas dan penambah

samping. Penambah diletakkan di atas coran, sedang penambah samping diletakkan

samping coran. Penambah dihubungkan langsung dengan saluran turun dan pengalir.

Contoh peletakan penambah atas dan samping tampak pada gambar 5.10.

Ukuran penambah ditentukan oleh jenis logam, berat coran, tebal coran dan

letaknya. Ketentuan berat penambah berdasar berat coran dapat dilihat pada tabel

5.2. Ukuran diameter penambah didasarkan pada kekuatan tarik bahan disajikan pada

tabel 5.3. Ukuran penambah untuk besi cor secara rinci tampak pada gambar 5.11.

Gambar 5.10. Peletakkan penambah (Surdia & Chijiiwa, 1976).

Tabel 5.2. Prosentasi berat penambah terhadap berat coran (Surdia & Chijiiwa, 1976)

Tabel 5.3. Ukuran diameter penambah berdasarkan kekuatan tarik bahan besi cor

(Surdia & Chijiiwa, 1976)



Gambar 5.11. Ukuran penambah untuk besi cor (Surdia & Chijiiwa, 1976)

Ukuran penambah untuk bahan logam paduan selain besi tuang tampak pada

gambar 5.12. Ukuran efektif penambah berdasar tebal coran disajikan pada tabel 5.4.

Tabel 5.4. Ukuran penambah efektif (Surdia & Chijiiwa, 1976)



Gambar 5.12. Ukuran penambah untuk bronz dan paduan alumunium


f. Prosedur penentuan saluran tuang

Langkah-langkah untuk menghitung dan menentukan sistem saluran dari coran

besi cor adalah sebagai berikut ini:

1) Tentukan berat logam cair (W) yang akan dituang dengan cara ditimbang atau

dengan mengukur volume benda coran (V) kemudian dikalikan dengan masa jenis

logam coran (). (persmaan 5.1).

.................................................................................................... (5.1)

2) Tentukan waktu tuang T sesuai berat coran yang akan dituang W yang telah

dihitung di langkah pertama di atas menggunakan diagram empiris Gambar 5.13.



3) Tentukan volume penuangan per satuan waktu (Q) dari berat yang dituang W,

waktu tuang T dan berat jenis logam menggunakan persmaan 5.2:

........................................................................................... (5.2)

dengan : v adalah kecepatan penuangan

a adalah luas irisan penampang saluran masuk

4) Volume tuang persatuan waktu (Q) ialah perkalian dari luas irisan penampang

saluran masuk a dan kecepatan rata-rata aliran logam cair , sehingga a ditentukan

dari V yang dihitung dari tinggi saluran turun h dengan persamaan (5.3):

√ ............................................................................................. (5.3)

Dimana g adalah percepatan grafitasi 980 cm/s2 dan C adalah koefisien aliran

yaitu 0,5-0,6 untuk saluran yang rumit dan 0,9-1.0 untuk saluran sederhana.

Gambar 5.13. Diagram laju penuangan (Surdia & Chijiiwa, 1976)

5) Jika digunakan lebih dari 2 saluran masuk, luas irisan penampang a dibagi degan

banyaknya saluran masuk. Ukuran saluran masuk ditentukan sesuai luas irisannya.

6) Ukuran saluran turun dan pengalir ditentukan dari jumlah luas irisan saluran

masuk. Untuk besi cor biasanya ditentukan dari: luas irisan penampang saluran

turun > luas irisan penampang saluran pengalir > luas irisan penampang saluran



masuk. Perbandingan dari ketiga ini diambil 1 : 0,9 : 0,8 atau 1 : 0,75 : 0,5. Namun

untuk saluran bawah, luas saluran masuknya lebih besar dan kadang-kadang

diambil perbandingan 1 : 1,1 : 1,2 atau 1 : 1,25 : 1,5. Cara termudah untuk

menentukan ukuran sistem saluran dipergunakan ukuran standar, dimana hanya

perlu memilih salah satu harga yang cocok. Tabel 5.5 adalah salah satu contoh

dari saluran turun yang lebih besar dari saluran masuk.

Tabel 5.5. Contoh ukuran saluran turun, pengalir dan masuk untuk coran besi cor

(Surdia & Chijiiwa, 1976).

4. Pembuatan Cetakan

a. Pembuatan cetakan dengan tangan

Secara umum tahapan-tahapan pembuatan cetakan pasir tampak pada Gambar

5.14. dan Gambar 5.15.

1) Penempatan rangka cetak drag, penempatan pola. Masukan pasir muka yaitu

pasir cetak yang diayak sampai menutupi permukaan pola.

Gambar 5.14. Tahapan proses pembuatan cetakan (Surdia & Chijiiwa, 1976)



Gambar 5.15. Tahapan proses pembuatan cetakan dengan inti (Kalpakjian, 1985)

2) Pemasukan pasir secara bertahap dan dan dipadatkan. Pemasukan dan

pemadatan dilakukan bertahap hingga penuh dan ratakan permukaannya.

3) Rangka cetak drag dibalik dan taburi serbuk pemisah.

4) Penempatan rangka cetak kup, pola kup, dan pola saluran turun, saluran

keluar dan penambah (riser). Masukan pasir muka yaitu pasir cetak yang

diayak sampai menutupi permukaan pola



5) Pemasukan pasir secara bertahap dan dan dipadatkan. Pemasukan dan

pemadatan dilakukan bertahap hingga penuh dan ratakan permukaannya.

6) Pengangkatan pola saluran turun, saluran keluar dan penambah (riser).

Kemudian angkat rangka cetak kup balikkan. Angkat pola kup dan drag.

7) Buat sistem saluran (saluran pengalir dan masuk). Lapisi permukaan cetakan

dan keringkan. Tempakan inti jika ada.

8) Tutupkan kembali rangka kup ke atas rangka drag.

b. Pembuatan cetakan dengan mesin

Pemilihan mesin pembuat cetakan dilakukan dengan memperhatikan ukuran,

bentuk, berat, jumlah produksi coran dan sebagainya. Coran berukuran kecil dibuat

dengan mesin pembuat cetakan kecil. Namun demikian, terkadang mesin berukuran

besar dipakai untuk coran kecil dengan cara dibuat cetakan-cetakan kecil dalam jumlah

banyak dalam satu rangka cetakan secara bersamaan sehingga lebih efisien. Mesin-

mesin pembuat cetakan dan inti, antar lain: mesin pendesak, mesin pengguncang,

mesin guncang-desak, mesin tekanan tinggi, mesin desak tiup, pelempar pasir.

1) Mesin Pendesak

Prinsip kerja dari mesin ini adalah menekan pasir cetak di dalam rangka cetak.

Keuntungan mesin ini adalah pada umumnya mesin bekerja tanpa menimbulkan

suara bising. Kekurangannya: karena pengepresan dilakukan dari permukaan atas,

maka bagian yang paling padat adalah pada permukaan dan kepadatan semakin

berkurang kearah pola. Hal ini dapat diatasi dengan cara seperti pada Gambar 5.16.

Dengan metode ini, pasir yang di dekat pola menjadi lebih padat. Mekanisme

pendesakan mesin penekan dapat menggunakan sistem mekanis, sistem hidrolis

yang menghasilkan tekanan tinggi, sistem vakum, dan peniupan udara

Gambar 5.16. Metode penekanan pasir agar kepadatannya merat.



2) Mesin Pengguncang

Keuntungan cara ini adalah pasir cetak dapat mencapai kepadatan maksimum di

sekitar pola, tetapi bagian pasir yang jauh dari pola kekerasannya kurang. Selain

itu, mesin pengguncang menimbulkan suara bising dan banyak kerusakan pada

pola akibat guncangan.

3) Mesin Guncang-Desak

Mesin ini mengkombinasikan guncangan dan desakan pada pembuatan cetakan

pasir (Gambar 5.17). Jika kedalaman rangka cetak tidak terlalu besar, kup dan drag

dapat dibuat secara bersamaan.

Gambar 5.17. Mesin pembuat cetakan guncang-desak (Surdia & Chijiiwa, 1976)

Gambar 5.18. Mekanisme mesin pelempar pasir (Surdia & Chijiiwa, 1976).



4) Mesin Pelempar Pasir

Pada mesin ini pasir cetak dimasukkan ke dalam rangka cetak dengan cara

dihempaskan oleh sudu-sudu yang berputar cepat menggunakan roda pelempar.

Hempasan secara bertumpuk-tumpuk akan menghasilkan kepadatan yang baik di

sekitar pola dan juga pada seluruh cetakan (Gambar 5.18). Pada pola yang agak

rumit, seperti pola dengan lekukan atau berprofil memerlukan pemadatan dengan

tangan pada bagian-bagian tersebut agar diperoleh pemadatan yang sempurna.

5. Pembuatan inti

Inti adalah pasir yang dibentuk dan dipadatkan kemudian ditempatkan pada

rongga cetakan untuk mencegah masuknya logam cair ke bagian-bagian yang didesain

berbentuk lubang atau berongga dalam suatu coran. Macam-macam inti dibedakan

berdasar pengikatnya atau cara pembuatannya, antara lain: inti minyak, kulit, CO2,

udara dan sebagainya, disamping pasir dengan pengikat tanah lempung.

Pembuatan inti membutuhkan kotak inti sebagai tempat untuk mencetak inti.

a. Kotak ini ini terbuat dari kayu atau tripleks dan diukir dengan pahat. Sesuai untuk

membuat inti dengan ukuran kecil (Gambar 5.19).

b. Kotak inti biasa berbentuk persegi dengan permukaan yang terluas merupakan

permukaan tumbuk. Bagian-bagian menonjol terdapat di samping atau di dasar

(Gambar 5.19).

c. Kotak inti lengkung dipakai untuk membuat inti dengan diameter besar yang

terbagi menjadi beberapa bagian yang sama. (Gambar 5.19).

d. Kotak inti setengah dengan pelat penyapu berupa setengah kotak dengan sebuah

penggeret yang dapat diputar di sekeliling poros pada kedua ujung kotak (Gambar

5.19).

e. Kotak inti untuk membuat tebal dipakai untuk membuat inti yang bertebal tetap.

(Gambar 5.20).

f. Kotak inti untuk mesin pembuat cetakan digunakan dengan memasangnya pada

mesin pembuat cetakan. Ukurannya harus cocok dengan ukuran mesin. Di dalam

kotak dipasang pola. Penggunaannya jika benda coran harus mempunyai ketelitian

tinggi atau sukar untuk membuat cetakan dengan tangan. (Gambar 5.20).



Gambar 5.19. Macam-macam kotak inti (Surdia & Chijiiwa, 1976)

Gambar 5.20. (a) Kotak inti untuk membuat tebal; (b) Kotak inti untuk mesin pembuat inti.




6. Penempatan inti

Inti adalah bagian dari cetakan yang dibuat terpisah. Fungsi inti adalah untuk

membuat profil didalam maupun diluar benda. Inti lebih dikenal untuk membuat

lubang pada coran. Inti ditempatkan pada telapak inti pada cetakan utama.

Pada pembuatan pola untuk benda-benda berlubang harus diperhitungkan

penempatan telapak inti. Telapak inti merupakan bagian yang menyatu dengan pola.

Telapak inti ini berfungsi untuk:

meletakkan inti pada cetakan saat penuangan.

memegang inti.

menyalurkan udara dan gas.

Telapak inti memiliki bentuk bermacam-macam sesuai penempatannya.

1) Telapak inti mendatar bertumpu dua (Gambar 5.21).

2) Telapak inti dasar tegak (Gambar 5.21).

3) Telapak inti tegak bertumpu dua (Gambar 5.21).

4) Telapak inti untuk penghalang (sebagian) (Gambar 5.22)

5) Telapak inti lebih (Gambar 5.22).

6) Telapak inti pancang (Gambar 5.23).

7) Telapak inti berhubungan (Gambar 5.23).

Gambar 5.21. Telapak inti bertumpu dua, beralas tegak dan tegak bertumpu dua




Gambar 5.22. Telapak inti penghalang dan telapak inti lebih (Surdia & Chijiiwa, 1976)

Gambar 5.23. Telapak inti pancang dan berhubungan (Surdia & Chijiiwa, 1976)

DAFTAR PUSTAKA


Bibliography Wikipedia. (2016, Januari 7). Retrieved Juli 26, 2016, from Wikipedia.org:

https://en.wikipedia.org/wiki/Lost-foam_casting

Ammen , C. (1979). The Complete Handbook of Sand Casting. New York: TAB Books.

Amshori, N. C. (2014). Metalurgi. Retrieved Juli 24, 2016, from Pola Pengecoran:

http://nandachoirul.blogspot.co.id/2014/10/proses-pengecoran-bagian-2-pola.html

Callister, Jr., W. D. (2001). Fundamentals of Materials Science adn Engineering. New York: John

Wiley & Sons, Inc.

hestyawan, R. (n.d.). Retrieved Juli 22, 2016, from

https://romzneverdie.wordpress.com/metallurgy/lost-foam-casting/#

Kalpakjian, S. (1985). Manufacturing Processes for Engineering Materials. USA: Addison Wesley

Publishing Company.

Logam Ceper. (2014, Agustus 18). Aluminium dalam Pengecoran. Retrieved Juli 19, 2016, from

logamceper.com: http://logamceper.com/aluminium-dalam-pengecoran-logam/

Logam Ceper. (2014, Agustus 18). Pasir cetak dalam Pengecoran Logam. Retrieved April 16, 2016,

from logamceper.com: http://logamceper.com/?s=pasir+cetak+dalam+pengecoran

Logam Ceper. (2014, Agustus 19). Tembaga dalam Pengecoran. Retrieved Juli 19, 2016, from

logamceper.com: http://logamceper.com/tembaga-dalam-pengecoran-logam/

Ngatiman. (2016). Modul Pengecoran Logam Aluminium. Yogyakarta: Pendidikan Teknik Mesin, FT

UNY.

Smith, W. F. (1990). Principles of Materials Science and Engineering. Singapore: McGraw-Hill.

Sudjana, H. (2008). Teknik pengecoran (Vol. 2). Jakarta: DP SMK, DirJen Manajemen DikDasMen,

Departemen Pendidikaan Nasional.

Supendi, V. (2012). Pola. Retrieved Juli 24, 2016, from Jejak Metalurgis:

http://jejakmetalurgis.blogspot.co.id/2012/09/pola.html

Surdia, T., & Chijiiwa, K. (1976). Teknik Pengecoran Logam. Jakarta: PT. PRADNYA PARAMITA.

Tiwan. (2010). Modul Ilmu Bahan Teknik. Yogyakarta: FT UNY.

membuat cetakan pasir dan inti

Documents