b. Cetakan tidak permanen
Cetakan tidak permanen dibuat dari bahan – bahan lunak seperti pasir,
plastik dan lilin yang dicampur dengan bahan perekat sehingga mampu mempertahankan bentuknya. Cetakan ini harus dirusak untuk mengambil
produk yang telah dicor sehingga tidak bisa digunakan berulang – ulang.
Cetakan tidak permanen dibentuk dengan menggunakan pola pattern yang dibentuk dengan proses pemesinan dan proses lainnya. Contoh proses
pengecoran dengan cetakan tidak permanen ialah sand casting cetakan berbahan pasir, plaster mold casting cetakan berbahan plaster, investment
casting dan shell molding. Kelebihan cetakan tidak permanen secara umum ialah :
i. Kerusakan dapat diperbaiki dalam waktu relatif singkat
ii. Tergolong ekonomis untuk produksi yang sedikit
iii. Pembuatan memerlukan waktu yang singkat dan pengerjaan yang tidak
sesulit pemesinan Kelemahan cetakan tidak permanen secara umum ialah :
i. Tidak cocok untuk produksi massal karena cetakan tersebut hancur saat
produk yang selesai dicor diambil sehingga harus dibuat kembali ii.
Karena mudah rusak, penempatan dan pemindahan harus dilakukan hati - hati
iii. Hanya mampu membuat 1 buah produk
2.4.6 Sand casting
Sand casting ialah proses pengecoran dengan cetakan tidak permanen yang menggunakan pasir sebagai material utama pembuat cetakannya. Sand casting
merupakan proses pengecoran logam yang dapat dijumpai dalam skala industri rumahan, hal ini didukung dengan persiapan dan pelaksanaan pengerjaannya yang
murah dan sederhana. Pada sand casting, proses pengerjaan diawali dengan pembuatan pola. Pola
tersebut kemudian dipakai untuk membuat cetakan yang terbuat dari pasir yang disebut
Universitas Sumatera Utara
pasir cetak foundry sand. Selanjutnya, cetakan yang telah dibuat tersebut dapat dilengkapi dengan saluran
– saluran logam cair seperti downsprue dan riser. Sebuah pasir cetak harus memiliki kriteria
– kriteria berikut agar dapat digunakan sebagai bahan pembuat cetakan :
a. Memiliki permeabilitas kemampuan melalukan gas keluar cetakan yang
memadai sehingga gas tidak terperangkap didalam cetakan saat logam cair dialirkan kedalamnya. Permeabilitas didapatkan melalui uji permeabilitas
terhadap pasir cetak tersebut b.
Memiliki sifat mudah dibentuk dan mampu mempertahankan bentuk tersebut
c. Memiliki kehalusan butiran yang seimbang. Jika butiran halus maka dapat
menciptakan permukaan produk yang halus. Namun butiran yang terlalu halus juga menurunkan permeabilitas cetakan. Ukuran butiran didapatkan
melalui uji distribusi besar butiran terhadap pasir cetak tersebut d.
Mampu dipakai kembali dan mudah didapatkan e.
Komposisi pasir dengan bahan pengikat harus sesuai takaran agar pasir tersebut tidak terlalu liat ataupun tidak terlalu mudah rusak. Komposisi ini
bergantung pada metode pengecorannya : cetakan basah metode green sand atau cetakan kering metode air set
f. Memiliki ketahanan panas yang baik terhadap suhu penuangan logam cair.
Ketahanan panas ini ditunjukkan oleh suhu titik penyatuan fusion point pada pasir tersebut, namun suhu ini dapat bernilai lebih kecil karena adanya
zat pengotor yang tercampur pada pasir cetak tersebut. Titik penyatuan tiap jenis pasir berbeda
– beda. Sementara, suhu – suhu penuangan beberapa logam cair yang umum dipakai adalah sebagai berikut :
Universitas Sumatera Utara
Tabel 2.4 Suhu – suhu penuangan beberapa jenis logam
Jenis Logam Cair Suhu Penuangan
o
C Paduan ringan
650 – 750
Perunggu 1100
– 1250 Kuningan
950 – 1100
Besi tuang 1250
– 1450 Baja tuang
1500 – 1550
Sumber : Lit. 39 Hal : 109 Jenis
– jenis pasir yang dapat digunakan sebagai pasir cetak adalah sebagai berikut :
a. Silika kuarsa
Gambar 2.17 Pasir kuarsa saringan 420 mikron Pasir silika SiO
2
dapat diperoleh di daerah pantai dan aliran sungai ataupun dengan memecah batu kuarsa. Pasir silika hasil pemecahan batu kuarsa
memiliki zat pengotor yang lebih sedikit dengan persentase SiO
2
mencapai 95 dibanding dengan pasir silika yang diambil dari alam. Silika murni
memiliki suhu titik penyatuan fusion point dapat mencapai 1760
o
C. Untuk pengecoran baja diperlukan paling sedikit 98 silika murni, sementara
untuk logam non – ferrous diperlukan 94 - 98 . Semakin tinggi titik
lebur logam cair, maka semakin besar persentase silika murni yang diperlukan. Kelebihan pasir ini adalah jumlahnya banyak dan mudah
didapatkan. Sementara pasir ini memiliki kelemahan sebagai berikut : i.
Ekspansi termal tinggi sehingga berpotensi menimbulkan cacat pada material bertitik lebur tinggi seperti baja
Universitas Sumatera Utara
ii. Konduktivitas termal rendah sehingga berpotensi menimbulkan cacat
produk iii.
Pada logam – logam dasar rentan terjadi cacat b.
Olivine
Gambar 2.18 Pasir olivine
[18]
Merupakan gabungan antara ortosilikat besi dengan ortosilikat magnesium yang membentuk Mg,Fe
2
SiO
4
. Pasir ini tidak memiliki unsur silika. Kelebihan :
i. Dapat digunakan pada produk bermaterial logam dasar
ii. Konduktivitas termal dan titik penyatuan yang tinggi
iii. Nilai ekspansi termal rendah
iv. Dari segi kesehatan, lebih aman dibanding silika
Kelemahan : i.
Berada di lapisan bawah permukaan Bumi sehingga memerlukan penggalian untuk memperolehnya
ii. Cepat lapuk ketika berada di permukaan Bumi
c. Chromite
Gambar 2.19 Pasir chromite
[28]
Universitas Sumatera Utara
Pasir ini merupakan bentuk oksida dari besi dan krom yang membentuk FeCr
2
O
4.
Selain sebagai pasir cetak, chromite juga digunakan sebagai bahan paduan untuk membuat baja tahan karat stainless steel dan baja pahat tool
steel Kelebihan :
i. Memiliki sedikit silika sehingga kelemahan – kelemahan yang dimiliki
silika bernilai minimum ii.
Titik penyatuan tinggi 1850 °C iii.
Konduktivitas termal sangat tinggi Kelemahan pasir ini adalah bernilai tinggi sehingga lebih cocok digunakan pada
pembuatan baja paduan yang bernilai tinggi
d. Zircon
Gambar 2.20 Pasir zircon
[29]
Pasir zircon merupakan senyawa dari 23 zircon oksida Zr
2
O dan 13 silika. Suhu penyatuan pasir ini merupakan yang tertinggi diantara jenis
– jenis pasir cetak lainnya, yakni mencapai 2600
o
C. Pasir zircon memiliki kelebihan - kelebihan yang membuatnya cocok dipakai untuk mengerjakan logam
– logam paduan bernilai tinggi, selain itu pasir ini juga dapat digunakan sebagai mold
wash, yakni pelapis rongga cetakan yang berfungsi meningkatkan kehalusan permukaan produk
Kelebihan : i.
Dapat mencetak logam dengan suhu penuangan sangat tinggi seperti baja paduan
Universitas Sumatera Utara
ii. Ekspansi termal sangat rendah
iii. Konduktivitas termal sangat tinggi
Kelemahan pasir ini ialah mahal dan sulit diperoleh
e. Chamotte grog pasir api
Gambar 2.21 Pasir chamotte
[35]
Pasir ini juga digunakan sebagai bahan pembuatan keramik. Pembuatan chamotte dilakukan dengan proses kalkinasi heat treatment dengan
penggunaan oksigen terhadap tanah liat merah Al
2
O
3
-SiO
2
diatas 1100
o
C. Pasir charmotte mengandung alumina dan silika masing
– masing mencapai 40 dan 30 . Suhu penyatuannya mencapai 1750
o
C. Pasir ini banyak digunakan untuk membuat produk baja berukuran besar
Kelebihan : i.
Relatif murah ii.
Ekspansi termal cukup rendah Kelemahan pasir ini adalah butirannya kasar sehingga membuat permukaan
produk tidak rata
Untuk membuat pasir cetak mampu mempertahankan bentuknya atau agar tidak runtuh saat pengecoran dilakukan, harus dicampurkan bahan
– bahan perekat, diantaranya :
Universitas Sumatera Utara
a. Campuran air dan lempung
Tanah lempung clay seperti kaolinite, ilite, monmorilonite dan bentonite dapat dipakai sebagai perekat. Jika ditambah air, maka campuran pasir cetak
tersebut menjadi pasta liat. Bentonite yang memiliki unsur utama monmorilonite Al
2
O
3
.4SiO
2
.H
2
O merupakan lempung yang banyak dipakai sebagai bahan pengikat
Gambar 2.22 Bentonite b.
Minyak Misalnya minyak ikan, minyak biji rami dan minyak kedelai. Minyak
tersebut dicampurkan ke pasir cetak sebanyak 1,5 – 3 setelah dipanggang
hingga 200 – 250
o
C. Bahan pengikat ini tidak menyerap air sehingga mudah dibongkar setelah pengecoran selesai. Ketahanan campuran ini terhadap
suhu tinggi tidak memadai, namun dapat diperbaiki dengan menambahkan bentonite dan tepung kanji
c. Resin
Resin dapat diperoleh secara alami ataupun sintetis. Pengikat ini dapat diperbaiki sifatnya dengan mencampurkan bahan
– bahan aditif. Keuntungan lainnya ialah mampu dihancurkan dengan baik good
collapsibility dan menghasilkan permukaan produk yang baik. Resin yang umum dipakai ialah urea formaldehid UF, fenol formaldehid PF dan
methylene diphenyl diisocyanate MDI
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.23 Resin Fenol Formaldehid d.
Sodium silikat Merupakan perekat kekuatan tinggi yang digunakan bersama pasir silika.
Keuntungannya ialah mampu dipakai pada suhu kamar dan cepat disiapkan
Untuk meningkatkan kualitas pengecoran, dapat ditambahkan zat -zat aditif. Zat
– zat tersebut terbagi menurut kegunaan – kegunaan berikut : a.
Mengurangi kadar air Memiliki takaran hingga 5 . Bertujuan untuk meningkatkan kehalusan
permukaan produk dan mencegah penetrasi logam cair kedalam pasir cetak. Zat aditif ini menciptakan lapisan gas di permukaan rongga cetakan yang
mencegah logam cair melekat dengan rongga cetakan tersebut. Contoh zat ini : tepung batu bara, minyak bahan bakar dan ter
b. Sebagai pelindung terhadap suhu tinggi
Memiliki takaran hingga 3 . Bertujuan untuk mengurangi cacat yang ditimbulkan panas tinggi seperti hot crack dan hot tear
Gambar 2.24 Hot tear
[34]
Universitas Sumatera Utara
c. Meningkatkan kekuatan pasir cetak saat kering
Aditif untuk kegunaan ini sering disebut Pengikat sereal cereal binder. Bertakaran hingga 2 . Contohnya ialah pati dan alkali sulfit. Zat ini juga
berfungsi meningkatkan kehalusan permukaan produk dan memperbaiki sifat collapsibility pasir cetak. Namun, zat ini termasuk mahal
d. Mencegah kerusakan cetakan saat penuangan
Memiliki takaran hingga 2 . Bubuk besi oksida dapat mencegah keretakan cetakan dan penetrasi logam cair. Namun, zat ini juga sangat mengurangi
permeabilitas pasir cetak
Selain zat pengikat dan zat aditif, pasir cetak juga sering dicampur senyawa pemisah parting compound. Fungsi senyawa pemisah ialah mempermudah
pengambilan pola dari cetakan pada proses pembuatan cetakan. Zat ini, baik berupa cair maupun bubuk, diberikan ke permukaan pola sebelum pembuatan cetakan berlangsung.
Contoh senyawa ini ialah grafit dan silika kering yang berwujud bubuk, sementara yang berwujud cair adalah minyak mineral dan silikon cair
Dalam sand casting, pembuatan cetakan pasir secara garis besar terdiri atas 2 metode yang dibedakan menurut ada tidaknya kandungan air : cetakan basah green
sand dan cetakan kering air set. Kedua jenis metode tersebut dijabarkan sebagai berikut :
a. Cetakan basah green sand
Metode ini menggunakan air dan lempung sebagai campuran bahan perekat. Cetakan dengan metode ini dibuat saat pasir cetaknya dalam keadaan basah
dan kemudian dikeringkan sebelum penuangan dimulai. Pengeringan dapat dilakukan dengan penyemburan api terhadap rongga cetak. Proses green
sand memiliki berbagai macam komposisi, namun secara umum komposisi tersebut adalah sebagai berikut :
i. Lempung
: 5 - 10 ii.
Air : 2 - 4
iii. Pasir cetak
: 75 - 85 iv.
Zat -zat lainnya : sisanya
Universitas Sumatera Utara
Kadar air dan kadar pengikat sangat mempengaruhi sifat – sifat cetakan. Hal
ini ditunjukkan melalui grafik pada Gambar 2.25 berikut :
Gambar 2.25 Grafik hubungan pengaruh kadar lempung dan kadar air
[39]
Berpatokan dengan salah satu kurva permeabilitas kadar lempung, peningkatan kadar air akan meningkatkan permeabilitasnya hingga
mencapai titik maksimum yang ada pada kurva permeabilitas kadar lempung tersebut. Selanjutnya permeabilitas terus menurun jika kadar air semakin
bertambah. Sementara itu, kadar lempung yang rendah membantu meningkatkan permeabilitas. Hal yang sama juga berlaku pada kekuatan
tekan pasir cetak saat masih basah. Kekuatan tekan menunjukkan ketahanan pasir cetak terhadap gaya tekan, misalnya dari logam cair. Namun pada saat
kering kekuatan tekan tersebut terus meningkat seiring dengan pertambahan kadar air dan kadar lempung. Grafik pada Gambar 2.26 di bawah
menunjukkan pengaruh kadar air dengan lempung bentonit. Sama dengan grafik sebelumnya, peningkatan kadar air menyebabkan permeabilitas dan
kekuatan pasir cetak saat basah terus meningkat, namun terus menurun setelah melewati maksimum. Sementara kekuatan pasir cetak saat kering
terus meningkat seiring pertambahan kadar bentonit dan kadar air.
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.26 Grafik hubungan pengaruh kadar bentonit dan kadar air
[39]
b. Cetakan kering air set
Metode ini menggunakan bahan perekat selain lempung, misalnya zat adhesif. Karena tidak mengandung lempung, maka pasir cetak tidak perlu
dicampur dengan air. Terdapat 2 jenis cetakan pasir kering : i.
Cetakan kering alami, dengan menggunakan pasir sungai ii.
Cetakan kering sintetis, dengan menggunakan pasir danau
Sekalipun mampu mempertahankan bentuknya, cetakan pasir tetaplah rapuh sehingga mudah rusak terutama saat pembukaan dan penutupan cetakan. Karenanya,
cetakan pasir lazim ditempatkan di dalam sebuah tempat penyimpanan yang disebut flask. Flask terbuat dari kayu dan logam. Secara umum, flask kayu lebih banyak dipakai
karena ekonomis. Flask dibuat dengan ukuran yang mampu membungkus seluruh bagian cetakan.
Sama halnya dengan cetakan, flask dibagi menjadi 2 bagian yang disatukan saat pengecoran sedang dilakukan dan kemudian dibuka untuk mengeluarkan produk.
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.27 Sekumpulan kotak flask
[25]
Pembuatan cetakan pasir sangat bergantung pada pola pattern. Sebuah pola yang kuat dapat dipakai untuk menyiapkan beberapa cetakan untuk produk yang sama.
Gambar 2.28 Pola berbahan kayu kiri dan produk yang dijadikan pola kanan Pola terbuat dari bahan yang mampu mempertahankan bentuknya seperti lilin,
kayu, plastik keras dan bahkan logam. Untuk yang berbahan logam, sering dipakai komponen
– komponen hasil produksi sebelumnya sebagai pola, dengan demikian sama dengan menjiplak komponen
– komponen tersebut. Pola dapat dibentuk melalui teknik produksi lainnya seperti pemesinan dan
pemahatan secara manual. Setelah digunakan, pola ada yang dapat diambil kembali dan ada yang tidak dapat diambil kembali menurut sifat pengecorannya.
Pada beberapa proses pengecoran terdapat pola yang dilengkapi dengan bagian – bagian pendukung sebuah cetakan sepeti riser, downsprue dan lain lain. Tujuannya
ialah mempersingkat waktu persiapan cetakan tidak permanen.
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.29 Skema pola yang dilengkapi dengan saluran dan riser
[17]
2.4.7 Inti core
