Laboratorium Teknologi Manufaktur Depart

Dasar Proses Manufaktur (Fundamentals of Manufacturing Processes)

Dr. Ir. Gandjar Kiswanto, MEng

  Pengajar dan Referensi

  • Pengajar : Gandjar Kiswanto, Jos Istiyanto • Office : Manufacturing Laboratory, Dept. of Mechanical Eng. UI • Telepon : 7270032 ext. 222 • E-mail : gandjar_kiswantoeng.ui.ac.id • Referensi :

   Lindberg, R. A., Process and materials of manufacture , Allyn and Bacon, 4 th edition, 1990.

  

  Black, S. C., et. al., rd Principles of engineering manufacture , Arnold, 3 edition, 1996.

   Degarmo P. E., et. al., Materials and Process in Manufacturing , Prentice-Hall, 8 th edition, 1997.

   Groover M. P., Fundamentals of modern manufacturing – materials, processes and system, Jhon-Wiley, 1998.

  

  Schey J. A., nd Introduction to manufacturing processes , McGraw-Hill, 2 edition, 1987.

  Topik kuliah

1. Proses pengecoran logam (Casting)

2. Proses pembentukan logam : Forging, Rolling, Extrusion, Drawing, Sheet Metal Forming

3. Proses penyambungan (Joining)

4. Proses pemesinan konvensional (Conventional Machining)

5. Optimasi proses pemesinan

6. Proses pemesinan non-konvensional (Non-Conventional Machining)

7. Rekayasa balik (Reverse Engineering)

8. Rapidprototyping

9. Praktikum (Lab section)

  Tahap dari desain hingga proses manufaktur

  Conceptual design Preliminary design

  Verification Revised design Final design

  Process selection, design and

  Tool selection and design

  Tool construction and

  ct

  Production planning

  o

  fo u

  n d and scheduling

  installation

  T

  la ro P p

  Manufacturing

  Material untuk proses manufaktur

Evolusi Material

  Jenis Material dan Proses Manufaktur

  Manufacturing Processes

  Materials

  Heat treatment

  •Cast Iron

  •Steel

  Joining Surface treatment

  Ceramics

  Rapidprototyping (Material Incress

  Manufacturing)

  P

  M

  ROPERTIES OF

  ATERIALS

MATERIALS

  METALLIC

  NONMETALLIC

   Ferrous (Stainless Steel,

   Wood

  Cast Iron, etc)

   Polymer

   Non Ferrous (Copper,

   Composite

  Bronze, Aluminium, etc)

  • Physical Properties • Mechanical Properties

  Static Properties Dynamic Properties

PHYSICAL PROPERTIES

  Beberapa properties fisik penting dari material yang harus dipertimbangkan adl:

  Physical Properties

  Metallic Materials

  Nonmetallic Materials

  Specific Heat

  Thermal Conductivity

  Thermal Expansion

  Electrical Conductivity

  Magnetic Response

  Melting Point

  Light Reflection

UNIAXIAL TENSILE TEST

  Why ???

Parameter yang akan didapat :

  • Engineering Stress-Strain Curve • Yield Strength • Ultimate Tensile Strength • Percent Elongation • Young Modulus • Calculated Fracture Energy • Modulus of Resilience

Standards :

  ASTM D638, D882

ENGINEERING STRESS-STRAIN CURVE

STRAIN HARDENING

  What is strain hardening? What is Damping Capacity?

   n =K 

HARDNESS

  Hardness : Ketahanan suatu metal untuk mengalami deformasi plastik,

  biasanya dilakukan dengan cara indentasi; ketahanan goresan, abrasi atau pemotongan .

  Hardness Measurements :

   Brinell Hardness Tests  Rockwell Test  Vickers Hardness Tests  Knoop Hardness Test  Mohs HardnessTest  Durometer Hardness Test (rubber, ASTM D2240)  IRHD Test (rubber, ASTM D1415, ISO S48)

BRINELL HARDNESS TESTS

  • Invented by J.A. Brinell in 1900 (the oldest hardness testing method) • Using Standard : ISO 6506 (part 1,2,3), ASTM E10 • Dingunakan hanya untuk material dan kondisi yang spesifik. Brinell Test tidak dapat

  digunakan bila a.l. :

  oMaterial terlalu lunakkeras oSpecimen tidak cukup tebal oTest dikenakan hampir berada di tepi materialspecimen oBila diinginkan tidak ada indentasi pada produkpart akhir oTepi dari indentasi susah untuk dilihat

  • 15HBW10100, 15 HBS 10100, Apa artinya ??

  Material

  Load (kg)

  Besi (Fe)

  Tembaga (Cu)

  Aluminium (Al)

  31.25 Mengapa berbeda ?

ROCKWELL HARDNESS 15T SUPERFICIAL TEST

  • Keuntungankeunggulan :

  Rapid test, biasanya kurang dari 10 detik Direct readout, no questionable optical measurements required. Non-destructive, part normally can be used

  • Kekurangan :

  Multiple test scales (30) needed to cover the full range of metal hardness. Conversions between scales can be material dependant. Samples must be clean and have a smooth test point to get good results.

  • Standards:

  ASTM E18 ISO 6508-1

VICKERS HARDNESS TESTS

  • HV = Constant x test force indent diagonal squared ; HV = 1.854(FD2) • HV are then kilograms force per square millimetre (kgfmm²) • To convert HV to MPa multiply by 9.807 • 356HV0.5, what does it mean? • Dapat digunakan hampir oleh semua material, hanya terbatas oleh ukuran • Standards yang digunakan :

  ASTM E384 - 10g to 1kg ASTM E92 - 1kg to 100kg ISO 6507-1,2,3 – micro and macro ranges

  • Digunakan untuk mengecek kekerasan phase

KNOOP TEST

  • Digunakan untuk menentukan area suatu permukaan

  material dengan akurat • HK = 14.229(FA) (kgmm 2 )

  • Standards :

  ASTM D1474

  organic coatings

  ASTM D785

HARDNESS TESTS SELECTION

HARDNESSES COMPARISONS

DYNAMIC PROPERTIES

  Dynamic properties is the properties of material due to dynamic

  load . In mechanical engineering, many components work in dynamic load.

   Impact test  Fatigue and the endurance limit  Fatigue failures

  Beach mark failure type

IMPACT TEST

  • Charpy Impact Test (U, V notched) (EN 10045) • Izod Impact Test (ASTM D256) • Transition temperature ??

  Mengapa berbentuk seperti ini ?

  Transition temp. range Ductile failures

  Energy to rupture

  Brittle failures Mixed failures

  Temperature

FATIGUE , ENDURANCE LIMIT, AND TEMPERTURE EFFECT

  Fatigue : Failure due to CYCLIC loads (S

  S = stress amplitude case for

  unsafe

  steel (typ.)

  Sfat safe

  103 105 107 109 N = Cycles to failure

CREEP

  First stage (primary) : Creep rate decrease due to strain hardening

  Second stage (secondary) : Creep at constant rate

  Third stage (tertiary) : Creep rate

  acceleration

  (c)2003 BrooksCole, a division of Thomson Learning, Inc. Thomson Learning ™ is a trademark used

  herein under license.

CREEP (CONT.)

  (c)2003 BrooksCole, a division of Thomson Learning, Inc. Thomson Learning ™ is a trademark used herein under license.

EQUILIBRIUM PHASE DIAGRAMS Dan Sistem IRON CARBON

Dr. Ir. Gandjar Kiswanto, MEng

  CHAPTER 4 PHASE

  EQUILIBRIUM PHASE DIAGRAM

  P-T DIGRAM

  TEMPERATURE-COMPOSITION

  DIAGRAM

  COOLING CURVE

  PARTIAL EQUILIBRIUM

  DIAGRAM SOLUBILITY

  INSOLUBIITY

  Utilization of Diagram

  Solidification process

  IRON-CARBON EQUILIBRIUM DIAGRAM

  CAST IRON

  EQUILIBRIUM PHASE DIAGRAM

   Phase yaitu bentuk sederhana dari material yang memiliki

  susunan dan jenis karakteristiknya sendiri.  Phase memiliki

   Definable structure  A Uniform and identifiable chemistry  Distinc Boundaries or interfaces

  

  Equilibrium Phase diagram yaitu pemetaan grafik terhadap perlakuan asli suatu material atau sistem material yang disesuaikan dengan semua kondisi.

  •

  P-T Diagram

  •

  Temperature-Composition Diagram

  •

  Cooling Curves

  •

  Partial Equilibrium diagram

P-T Diagram

   Salah satu bentuk diagram paling sederhana dari Phase- Diagram

   3 Parameter yang penting dalam diagram ini yaitu

   Temperatur  Tekanan  Komposisi

  Temperature-Composition Diagram

   Garis Vertikal menunjukkan garis Constant Composition Scan

   Garis Horizontal menunjukkan

  garis Isothermal Scan

  Cooling Curve

  Cooling Curve

  e

  Perkembangan microstructure pada isomorphous alloys Equilibrium (very slow) cooling

  Partial Equilibrium Diagram

  • Garis a – c – f – h – l menunjukan temperatur terendah dari seluruh material dalam keadaan cair

  • Garis d – f – j menunjukan reaksi dari 3 fase berbeda

  Solubility

  adalah kemampuan suatu material untuk dapat menyatu secara total dengan material lainnya :

  • Complete solubility baik

  pada fase cair dan fase padat

  • Partial solid solibility

  Insolubility

   Insolubility terjadi apabila satu atau dua komponen tidak dapat

  terlarut secara total satu sama lain.

   Equilibrium Diagram

  of two materials

  Liquid A + Liquid B

  Solid A + Liquid B

  Solid A + Solid B

Pemanfaatan Diagram

  Diagram ini berguna untuk menyediakan gambaran keseluruhan dari suatu sistem campuran atau untuk mengidentifikasi titik transisi untuk beragam perubahan dalam suatu phase.

  The Phases present The Composition Of Each Phase The Amount Of Each Phase Present

  Solidification process

   Perubahan dari satu phase ke lainnya tidak terjadi dalam

  seketika tapi membutuhkan waktu,yang tergantung dari massa dan koefisien konduktivitas thermal suatu logam.

   Proses ini mengalami dua tahapan :

   Nukleasi  Pertumbuhan

  Iron-Carbon Equilibrium diagram

  REAKSI TIGA-FASE

  INTERMETALLIC COMPOUND

  Diagram ini dapat dianggap sebagai dua diagram eutektik yang digabungkan, untuk Mg-Mg2Pb dan Mg2Pb-Pb. Dalam kasus ini gabungancampuran Mg2Pb dapat dianggap sebagai satu komponen

Struktur Fasa Besi karbon

   Fasa yang terjadi:

   Besi Delta  Ferrite  Austenite  Cementite  Perlite  Ledeburite

  Simplified Iron Carbon Diagram (Steel Portion)

  Cast Iron

 Suatu campuran besi karbon yang memiliki kandungan karbon lebih dari 2,11

   Jenis-jenis cast iron:

   Gray Cast Iron • Laju pendinginan rendah  White Cast Iron • Laju pendinginan tinggi

  Heat Treatment (Perlakuan Panas )

   Suatu proses pemanasan dan pendinginan pada suatu

  logam untuk mengubah sifat fisismekanik yg diinginkan. Tujuan dari proses Heat Treatment a.l. (tergantung

  proses yg dilakukan) :

  • Meningkatkan kekerasan dan ketangguhan suatu material.

  • Mengurangi tekanan dan regangan pada bagian dalam material.

  • Memperhalus kekasaran material. • Mengeluarkan gas. • Meningkatkan ketahanan terhadap panas. • Meningkatkan kemampuan menahan terhadap korosi

  dan panas • dll.

  Heat Treatment (Perlakuan Panas ) (cont’d)

  Pada umumnya Heat Treatment dpt di klasifikasikan atas

3 tahapan 

1. Pemanasan sampai suhu dan kecepatan yang tertentu.

2. Mempertahankan suhu untuk waktu tertentu sehingga temperatur merata .

3. Pendinginan dengan media pendingin ( air, minyak, udara ).

  Ketiga hal tersebut tergantung dari sifat – sifat yang

  diinginkan.

Penjagaan

  Pemanasan

  Pendinginan

Temperatur

Heat Treatment (cont’d) Syarat proses Heat Treatment :

   Suhu Pemanasan harus naik secara teratur dan merata.  Alat ukur suhu hendaknya seteliti mungkin.

  Klasifikasi proses Heat Treatment :

1. Annealing

2. Normalizing

3. Hardening

4. Tempering

  Heat Treatment (cont’d)

1. Annealing

  Adalah suatu proses perlunakan sehingga besi baja yang keras dapat dikerjakan melalui permesinan atau dengan pengerjaan dingin

  Tujuan :

  - Mengurangi kekerasan - Memperbaiki utiliti - Memperbaiki kekuatan - Menghaluiskan ukuran butiran

  Macam – macam Proses Annealing :

  • Full Annealing • Recrystalisasi Annealing • Stress Relieve Annealing • Spherodizition

  Heat Treatment (cont’d)

2. Normalizing

   Suatu proses untuk mendapatkan strukutur butiran

  yang halus dan segaram dan untuk menghilangkan tegangan dalam

   Prosesnya dengan memanaskan sedikit diatas suhu

  kritis + 60 0 C , kemudian setelah suhu merata didinginkan di udara

   Hasilnya untuk baja – baja konstruksi, baja rol dapat

  dimesin dengan baik

  Heat Treatment (cont’d)

3. Hardening

   Proses pemanasan baja sampai pada suhu didaerah

  atau di atas daerah kritis.  Tujuannya : untuk mengubah struktur baja sedemikian

  rupa sehingga diperoleh struktur baja yang keras.  Prosesnya adalah dengan cara menaikkan suhu baja

  sampai sekitar 770°C sampai dengan 830°C. Kemudian ditahan beberapa saat kemudian didinginkan secara mendadak dengan mencelupkan kedalam air, oli atau media pendingin lain.

  Heat Treatment (cont’d)

3. Hardening (cont’d) Proses hardening dapat dilakukan juga dgn mengeraskan

  permukaan benda yang dapat dibagi 4 proses yaitu :

1. Carborizing

2. Flame hardening

3. Nitriding

4. Blaken dan Brownir

  Heat Treatment (cont’d)

3. Hardening (cont’d)

  Carborizing :

   Carborizing adalah salah satu metode yang digunakan

  untuk menghasilkan permukaan baja yg berkadar karbon rendah (0,3).

   Proses carborizing didasarkan atas kemampuan baja

  untuk menyerap carbon pda suhu 900°C - 950°C.  Caranya  Baja yang akan diproses dimasukkan

  kedalam besi yg berisi arang kayu atau batu bara + barium karbonat kemudian suhu dan waktu pemanasan tercapai kemudian dapur didinginkan kira-kira suhu 350°C benda di keluarkan dan didinginkan di udara.

  Heat Treatment (cont’d)

3. Hardening (cont’d) Flame Hardening :

  •Proses ini sangat cepat untuk menghasilkan permukaan yang keras dari baja yang kandungan carbonnya lebih dari 0,4.

  •Permukaan baja dipanaskan dengan cepat hingga suhu kritisnya dgn perantaraan semburan api atau dengan induction coil frekwensi tinggi, kemudian segera di quenching untuk mendapatkan struktur baja.

  Heat Treatment (cont’d)

3. Hardening (cont’d) Nitriding :

  •Proses menyerapkan nitrogen ke dalam logam, dgn maksud untuk mendapatkan lapisan logam yang lebih keras daripada logam semula.

  •Baja yang di nitriding  baja paduan rendah yang mengandung molybdenum, chromium, alumunium, dan vanadium.

  •Proses nitriding ini dilakukan dalam kotak gas yang berisi sirkulasi gas ammonia. Temperatur yang digunakan adalah 500°C sd 600°C.

  Heat Treatment (cont’d)

3. Hardening (cont’d) Blaken dan Brownir :

   Blaken adalah proses memberi warna hitam pada

  permukaan benda kerja, agar tahan terhadap korosi.  Brownir adalah proses memberi warna cokelat pada

  permukaan benda kerja agar tahan terhadap korosi.

Heat Treatment (cont’d)

  4. Tempering :  Proses memanaskan kembali baja yg telah dikeraskan

  dan didinginkan secara perlahan-lahan untuk menghilangkan tegangan dalam dan mengurangi kekerasannya . Suhu yg biasa di gunakan dalam proses ini berkisar 150°C sampai 650°C.

   Tujuan Tempering a.l. :

  Mengurangi tegangan sisa yang timbul selama quenching

  mengurangi kekerasan Mengurangi kerapuhan Meningkatkan keuletan baja

Heat Treatment (cont’d)

  4. Tempering (cont’d): Macam-macam Tempering :

   Tempering suhu rendah ( 150°C sampai 300°C ) :

   Untuk mengurangi tegangan dalam dan mengurangi kerapuhan dari baja. Digunakan pada alat-alat yang tidak

  mengalami pembebanan yang berat. Misalnya pada : alat-alat potong, mata bor, dll.

   Tempering suhu sedang ( 300°C sampai 500°C ) :

   Untuk menambah keuletan dan kekerasan. Proses ini digunakan pada alat-alat kerja yang mengalami beban berat. Misalnya : palu, pahat, pegas, dll.

   Tempering suhu tinggi ( 500°C sampai 600°C ) :

  Pengelompokan Proses Manufaktur

  Sand casting Shell casting

  Expendable mold

  Investment casting

  Casting

  Lost foam casting Die Casting

  Multiple use mold

  Permanent mold casting Turning

  Drilling, Boring Taping

  Machining

  Grinding, Honing, Lapping Etching

  Electro Discharge machining

  Non-conventional

  Electro Polishing

  Machining

  Water jet Laser beam

  Forging

  Hot Forming

  Rolling

  Forming

  Extrusion Bending

  Cold Forming

  Deep Drawing Spinning Swaging

  Oxyfuel

  Welding

  Arc Plasma

  Soldering Adhesive Bonding

  Discrete fastener

  Mechanical

  Integral fastener

  Bonding

  Shrink fit Press fit

  Shell casting

  Expendable mold

  Investment casting

  Casting

  Lost foam casting Die Casting

  Multiple use mold

  Permanent mold casting Turning

  Drilling, Boring Taping

  Machining

  Grinding, Honing, Lapping Etching

  Electro Discharge machining

  Non-conventional

  Electro Polishing

  Machining

  Water jet Laser beam

  Forging

  Hot Forming

  Rolling

  Forming

  Extrusion Bending

  Cold Forming

  Deep Drawing Spinning Swaging

  Oxyfuel

  Welding

  Arc Plasma

  Soldering Adhesive Bonding

  Discrete fastener

  Mechanical

  Integral fastener

  Bonding

  Shrink fit Press fit

  Casting (pengecoran)

  Definisi ? : • Sebuah proses dimana metal (logam) atau material cair dialirkan dengan

  gravitasi atau gaya lain ke-dalam cetakan (mold) sehingga logam (material) cair tersebut membeku di dalam rongga cetakatan .

  • Bentuk produk casting a.l. :

  • Ingot • Produk bentukan

  • Biasanya dikerjakan di foundry (dapur casting pengecoran -penuangan

  History of casting (sejarang pengecoran) : • Dimulai 6000 thn lalu  casting perunggu 3000 SM di Mesopotamia

  • Pengocaran besi kasar secara besar tjd pada abad ke-14  ketika Jerman-Itali

  merubah tanur primitif beralas datar menjadi tanur tiup berbentuk silinder • Pengecoran dgn menggunakan cetakan pasir yang dikenal dengan sand

  casting telah dikenal selama beratus-ratus tahun yang lalu . • Secara umum pengecoran modern dibagi atas 3 masa  1) tahun 1700an, 2)

  pertengahan 1700-1800an, 3) 1875 sampai dengan sekarang. • Benda cor produk tahun 1900-1940an cenderung tebal dan performancenya

  lebih baik. Kualitas proses produksi mencapai puncaknya dimulai pada tahun 1920-1940an.

  Keuntungan dan kekurangan Casting :

  Casting

Keuntungan dalam penggunaan proses casting (pengecoran)? :

  • Part yg dibuat memiliki bentuk internal dan external (cavities) yg kompleks e.g.

  asymetric parts  tidak dapat atau sulit di jangkau (inaccessible) oleh pahat dalam proses pemesinan .

  • Part yg dibuat memiliki cavity (cross sectional area) yg besar dan mungkin

  memerlukan penghilangan material yang banyak . • Part yg dibuat dpt mencapai spesifikasi toleransi yang mendekati spesifikasi

  toleransi akhir  close tolerance (net-shape). • Mengurangi directional properties dari material (metals). Kualitas anisotropic

  yang lebih baik dibandingkan dengan material yang di kempa (melalui proses forging) atau pembentukan.

  • Metal berharga (precious metals)  tidak ada atau sedikit kehilangan material. • Membutuhkan material yg memiliki karakteristik redam (damping) yg baik 

  e.g. Gray Cast Iron.

  Kekurangan dalam proses casting (pengecoran)? :

  • Keterbatasan dalam sifat mekanik (mechanical properties) Porositas

  • Keterbasan dalam ke-akurasi-an dimensi (ukuran) permukaan akhir utk beberapa proses casting • Keamanan bekerja dengan metal cair yg panas • Tungku peleburan yang mengeluarkan limbah padat dan polusi udara • Part dpt di manufaktur dengan proses lain yg lebih mudah dan hemat biaya

  (cost effective) : deep drawing, atau punch-press, dll

  Contoh produk casting

  Casting

  Camera case

  Transmission

  Disc brake

  housing

  Alur proses casting (garis besar)

  Casting

  Pembuatan mold (cetakan)

  Peleburan material  metal (logam)

  Penuangan metal cair ke dalam mold

  Proses pembekuan metal cair Pengangkatan produk cetakan

  dan pembersihan

  Sand casting : Daur ulang sand mold (pasir cetak)

  Jenis Mold untuk Casting

1. Tipe MOLD berdasarkan mampu pakainya :

  a. Expendable mold (single-use mold) Mold dari produk hasil pengecoran (metal cair yg kemudian mengeras) harus di hancurkan untuk mendapatkan produk tsb. Dibuat dari pasir (sand), plaster material sejenis

  Lebih ekonimis  laju produksi kecil

  b. Multiple-use mold Mold dapat digunakan berulang kali untuk menghasilkan produk casting Dibuat dari metal atau graphite

  Biaya tinggi  laju produksi besar

2. Tipe MOLD berdasarkan keterbukaan moldnya :

a. Open Mold

b. Close Mold

  Jenis Mold untuk Casting (cont’d)

  Casting

  a) Open mold  Mold dgn

  b) Closed mold  Geometri mold

  bentuk sederhaana  spt

  lebih kompleks dan memerlukan

  kontainer (wadah) yg

  sistem gating  utk bentuk

  berbentuk produk yg

  produk yg lebih kompleks

  diinginkan

  (internal eksternal)

  Gambar : Jenis mold dan komponen-komponen pada mold

  Komponen-komponen Mold

  Casting

  1. Mold : Cetakan tempat dimana material cair di tempatkan dan memiliki cavity yg merupakan bentuk dari produk yg di inginkan.

  2. Mold cavity : Rongga yg memiliki bentuk sesuai dengan bentuk part yg akan di hasilkan dan tempat di mana material cair dituang

  3. Pattern : Duplikattiruan dari produk akhir yg di-inginkan dan digunakan dalam pembuatan mold (cavity). Pertimbangkan shringkage allowance  lebih besar (e.g.

  2 dari aslinya). 4. Flask : Box (wadah) yg men-supportmenampung bahanmaterial mold .

  Komponen-komponen Mold (cont’d)

  Casting

  5. Core : Bagian yg ditambahkan (disisipkan) ke dalam mold cavity sebagai bagian untuk membentuk produk casting (utk menghasilkan bentuk geometrik yg

  diinginkan)  lubang yg memang ada pada disain dr produk.

  6. Core print : Bagian yg ditambahkan ke dalam pattern untuk menyangga core. 7. Riser : Extra rongga yg dibuat di dalam mold yg juga di isi oleh material (e.g.

  metal) cair sebagai cadangan (reservoir) metal cair yg dpt juga mengalir kedalam mold cavity untuk kompensasi tjd-nya shringkage proses pembekuan.

  Komponen-komponen Mold (cont’d)

  Casting

  8. Gating system : pouring cup , sprue (kanal vertikal dari gating), runner (kanal horizontal)  utk mengalirkan material cair, vents (way-out udaragas di dlm mold).

  9. Cope : Bagian atas mold, pattern, core dan flask. 10. Drag : Bagian bawah mold, pattern, core dan flask. 11. Parting surface (line) : interface yg memisahkan cope dan drag termasuk :

  flask, pattern atau core (pd sebagian proses castin). 12. Draft : taper yg memungkinkan produk casting dapat di tarik dari mold

  Material untuk casting

  Casting

  Material yang dapat di lebur dan mengalami pembekuan setelahnya :

  Metal , alloy , polymers , dll

  Contoh yg umum : Metal  Ferrous :

  Non Ferrous :

  • Cast iron (besi cor)

  • Alumunium

  • Steel (baja)

  • Copper (Tembaga) • Zinc (Seng) • Timah

   Hampir semua logam dapat dicasting

  • Magnesium

   Yang lebih baik memiliki sifat :

  • Nickel

   Titik lebur rendah

  • Titanium

   Beda titik lebur dengan titik didih cukup jauh  Fluiditasnya baik  Tidak terlalu reaktif dengan udara pada suhu tinggi

  Persyaratan dasar dalam proses casting

  Casting

6 syarat dasar yg berhubungan dengan hampir semua proses casting : 1. Mold cavity :

  • Memiliki bentuk dan ukuran sesuai yg di inginkan ( spek. geometri dari casted part yg di-inginkan harus ada di cavity ). • Harus mempertimbangkan allowance utk shringkage (penciutan) material yg membeku. • Material Mold harus tahan dan tidak bereaksi terhadap material cair (e.g. metal)  produk tidak boleh mengandung material mold.

  2. Melting process (Proses pelelehan) :

  • Harus dapat menghasilkan metallogammaterial cair pada suhu yg sesuai dan pd jumlah kualitas yang diinginkan dgn harga yg beralasan .

  3. Pouring technique (metodateknik Penuangan) :

  • Harus memiliki mekanisme untuk mengalirkan material (e.g. metal) cair ke dlm mold • Harus ada mekanisme utk menghilangkan udaragas yg ada (terjebak) didlm cavity sebelum proses penuangan  full dense (porositas sesuai spek)

  Persyaratan dasar dalam proses casting (cont’d)

  Casting

  4. Solidification process (Proses pembekuan) : • Harus di rancang dan di kendalikan dengan baik  proses pembekuan (solidifikasi) dan penciutan (shringkage) karena pembekuan material (metal) cair tdk boleh menyebabkan porositas dan rongga (void).

  • Mold tidak boleh membatasi terjadinya shringkage pada proses pendinginan (cooling) secara berlebihan  casting mudah crack (retak) dan kekuatannya rendah .

  5. Mold and (casted) part removal : • Harus dapat membuka mold dan melepas produk (casted material) dengan

  mudah dan tidak menyebabkan cacat pada part . 6. Finishing operation  cleaning, finishing + inpection :

  • Pembersihan pada permukaan produk thd : material mold , material lebih (dari material produk itu sendiri) yg terbentuk saat penuangan dan solidifikasi  sepanjang parting line !

  Penggunaan Energi dalam metal casting

  Casting

   Melting 55

Energy Use in Metal casting

   Heat Treatment 6

   Post cast 7  Core making 12 Melting

  Heat Treatment

   Mold making 12

  Post Cast

   Lainnya 12

  8 Coremaking 55

  Moldmaking

  7 Other 6

  Pemanasan Metal (logam)

  Casting

  • Energi panas ( heat energy ) yg di butuhkan adalah penjumlahan dari :

   Heat ( kalor ) untuk menaikan suhu ke titik lebur  Heat of fusion untuk merubah padat (solid) ke cair (liquid)  Heat utk menaikan metal cair ke suhu penuangan yg diinginkan

  H   V  C s  m  T o  H f  C l  p  T m   (1)

  H = total heat required to raise the temperature of the metal to the pouring temperature, Btu (J)

  

  = density, lbmin 3 (gcm 3 )

   Cs = weight specific heat for the solid metal, Btulbm- Of (Jg- o C)  Tm = melting temperature of the metal  To = starting temperature, usually ambient, o F( o C)  Hf = heat of fusion, Btulbm (Jg)  Cl = weight specific heat of the liquid metal, Btulbm- o F (Jg- o C)  Tp = pouring temperature, o F( o C)

  V = volume of metal being heated, in 3 (cm 3 )

  Pemanasan Metal (cont’d)

  Casting

  Contoh :

  One cubic foot of a certain eutectic alloy will be heated in a crucible from room temperature to 200 o above its melting point for casting. The properties of the alloy are density = 0.15 lbmin 3, Melting point = 1300 o F, specific heat of the liquid metal = 0.082 Btulbm- o F in the solid state; and heat of fusion = 72 Btulbm. How much heat energy must be added to accomplish the heating, assuming no losses?

  Solusi :

  Assume ambient temperature in the foundry = 80 o F and that the densities of liquid and solid states of the metal are the same. Nothing that 1 ft 3 = 1728 in 3 and substituting the property values into eq. (1), we have :

  H = (0.15) (1728) {0.082 (1300 – 80) + 72 + 0.071 (1500 – 1300)} = 48,273.4 Btu

  Penuangan Metal cair

  Casting

  • Pouring temperature (Suhu penuangan)

   Suhu penuangan (suhu metal cair saat

  dituang ke dalam mold)

  • Pouring rate (Laju penuangan)

   Laju volumetrik penuangan metal cair ke

  dalam mold

  • Turbulence

   Perubahan kecepatan fluida yg tidak

  teratur, baik besar maupun arahnya  erosi mold yg berlebihan  tjd keausan pada badan mold (karena aliran metal cair)

  Analisa proses penuangan ( pouring )

  Casting

• Laju aliran (Flow velocity) : v  2 gh (2)

  • Laju volumetrik aliran (Volume rate of flow) :

  Q v A 1 (3)  v A 2

  • Waktu pengisian mold dgn volume V (Time required to fill a

  mold cavity of volume V) :

  V

  MFT 

  Q

   MFT = mold filling time, sec (s)

   V = volume of mold cavity, in 3 (cm 3 )  Q = volume flow rate, in 3 sec (cm 3 s)

  Analisa proses penuangan (cont’d)

  Casting

  Contoh :

  A certain mold has a sprue whose length is 8.0 in. and the cross-sectional area at the base of the sprue is 0.4 in2. The sprue feeds a horizontal runner leading into a mold cavity whose volume is 100 in.3. Determine (a) velocity of the molten metal at the base of the sprue, (b) volumetric flow-rate , and (c) time to fill the mold

  Solusi : (a) The velocity of the flowing metal at the base of the sprue is given by eq (2):

  v

  gh 2 ( 386 . 6 )( 8 . 0 )  78 . 65 in . sec

  (b) The volumetric flow rate is

  2 Q 3 vA ( 0 . 4 . )( 78 . 65 . sec)  31 . 5 in . sec

  (c) The time required to fill a mold cavity of 100 in.3 at this flow rate is

  V 100

  MFT

   3 . 2 sec

  Q 31 . 5

  Proses pembekuan (solidification process)

  Casting

  Pada proses pembekuan : •Karakteristik struktur yg menentukan properties (sifat) dari produk di-set •Dapat terjadi Cacat produk casting (cor)  porositas gas dan penciutan produk

  Sifat-sifat proses pembekuan diketahui melalui  Cooling curve  kurva yg menggambarkan transisi pada struktur material (metal) dari liquid ke padat menurut perubahan suhu-waktu  penting utk proses penuangan dan pembekuan !!!

  Dua tahap pembekuan (Solidification stages) : Nucleation (nukleasi)  growth (perambatan beku)

  • Nukleasi : terbentuknya partikel solid yg stabil dari material cair (molten

  liquid) • Growth : terjadi saat heat-of-fusion yg terlibat terlepas secara kontinyu dari

  material cair.

  Proses pembekuan (cont’d)

  Casting

  Pelepasan panas  transisi liquid ke solid!

  taehre

  up s

  Figure : Cooling curve for a pure metal during casting

  Proses pembekuan (cont’d)

  Casting

  Total liquid

  Freezing range

  Two phase Total solid

  Figure : (a) Phase diagram for a copper-nickel alloy system , and (b) associated cooling curve for a 50Ni-50Cu composition during casting

  Waktu pembekuan ( Solidification Time)

  Casting

  S (5) = P t - F t

  h

  •Semakin besar superheat  semakin banyak waktu yg di ijinkan bagi material untuk mengalir kedalam detail cavity sebelum mulai pembekuan !

   Chvorinov’s Rule (memperkirakan waktu pembekuan) :

  n

   V 

  TST (6)  C

  m  

   A 

Dimana : TST = Total solidification time, min

3 V = volume of the casting, in. 3 (cm )

2 A = surface area of the casting, in. 2 (cm ) N = Sbh exponent (umumnya n = 2)

Cm = mold constant, minin. 2

  Penciutan ( Shringkage )

  Casting

  Volumetric reduction of the casted parts due to solidification and cooling (Penciutan (pengurangan ukuran) volumetrik casted- part karena proses solidifikasi dan pendinginan ).

  Shringkage tjd dalam 3 proses :

  1. Liquid contraction 2. Solidification 3. Solid thermal

  contraction

  Penciutan (Shringkage) (cont’d)

  Casting

  Volumetric contraction due to: Solidification

  Solid thermal

  Aluminum alloy (typical)

  Gray cast iron

  Gray cast iron, high carbon

  Low carbon cast steel

  Bronze (Cu-Sn)

  Struktur produk cor (casted part)

  Casting

  1. Chill zone : zone kristal yg sempit dan ber-orientasi secara random dan membentuk permukaan benda cor . Proses nukleasi yg cepat (pembentukan partikel solid) terjadi pada zone ini karena adanya dinding mold dan pendinginan permukaan yg relatif cepat .

  2. Columnar zone : Zone yg berbentuk kolom terbentuk karena saat terjadinya chill zone  Laju pelepasan panas + laju pembekuan menurun  kristal berkembang ke arah perpendikular (tegak lurus) permukaan casting paralell kristal yg sangat terarah !

  3. Equiaxed zone : Kristal spheris yg terorientasi secara random !

  Permukaan casting

  Permasalahan dalam metal-cair

  Casting

  1. Dross atau Slag  metal oxida (i.e. ceramic material), yg tjd karena reaksi antara Oxygen dengan metal cair dan sekelilingnya, yg terbawa saat penuangan dan pengisian (mold) cavity  terjebak dalam produk cor 

  memperburuk permukaan produk cor (casted part), mampu mesin

  (machinibility) dan sifat mekanik (mechanical properties). Pencegahan a.l. :

  •

  menutupmelindungi metal cair sebelum dan saat penuangan , atau pelelehan (peleburan) dan penuangan material cair dilakukan di dalam ruangan terkendali atau vakum.

  •

  Membuat pour ladle (alat penuang metal cair) khusus yg dapat menutup kemungkinan reaksi antara lingkungan (udaraoxigen) dgn metal cair.

  •

  Merancang gating system untuk menjebak dross sehingga tidak masuk kedalam mold cavity.

  Permasalahan dalam metal-cair (cont’d)

  Casting

  2. Gas porosity  tjd karena gas bercampur dengan metal cair  membentuk ronggagelembung udara (bubbles) di dalam produk cor (casting).

  Pencegahan a.l. :

  •

  Peleburan di lakukan dalam : ruang vakum , lingkungan yg memiliki gas yg solubilitas-nya rendah , atau dengan penutup yg menghindari kontak dengan udara .

  •

  Menjaga suhu superheat rendah untuk meminimasi solubilitas.

  •

  Penanganan proses penuangan yg hati-hati untuk mencegah turbulens yg dpt menyebabkan bercampurnya udara dengan material cair.

  •

  Gas flushing : melewatkan gelembung-gelembung gas reaktif dgn gas yg larut dalam metal cair (e.g. bubles dari nitrogenchlorine menghilangkan hydrogen di dlm alumunium cair).

  Tingkat ke-cair-an (Fluiditas fluidity)

  Casting

   Kemampuan metal cair untuk mengalir (flow) dan kemudian mengisi (fill) mold cavity.

  •Cacat produk cor tjd bila metal cair mulai membeku sebelum seluruhnya

  mengisi mold cavity  misruns atau cold sluts •Tergantung pd : komposisi , suhu pembekuan , range pembekuan dari

  materal cair (metal, alloy). Plg dipengaruhi  suhu penuangan , atau jumlah superheat !

  = Fluiditas

  Suhu penuangan

  Hindari Suhu Tuang yg terlalu tinggi !  metal cair penetrasi ke permukaan mold (mengisi ronggacelah pada mold)  pada sand- casting : metal cair bagian luar menyusup pada permukaan pasir  permukaan produk cor mengandung pasir !

  Gating system

  Casting

  Gating system dan Laju Pengisian (penuangan) 

  • Laju pengisian yg cepat  erosi pada gating system dan mold cavity = ikutnya material moldgating kedalam produk cor. • Laju pengisian yg rendah (slow filling) dan heat loss pada metal cair  cepat membeku  misruns dan cold sluts .

Pertimbangan dalam merancang gating-system 

  mempengaruhi ke-mampu-aliran (flowdityflowditas) metal cair : Kanal pendek dan penampang bundar atau persegi dari gating system 

  menghindari Kerugian Panas (Heat loss). Gates lebih dari satu atau dua (Multiple gates)  mempercepat distribusi

  metal cair ke dalam mold cavity (utk big cavity). Panjang Sprue yg pendek (Short sprue)  mempercepat jalannya metal cair

  ke-dalam mold.

  Gating system (cont’d)

  Casting

  Riser

  Casting

  Extra rongga yg dibuat di dalam mold yg juga di isi oleh material (e.g. metal) cair

  sebagai cadangan (reservoir) metal cair yg dpt juga mengalir kedalam mold cavity untuk kompensasi tjd-nya shringkage proses pembekuan.

  •Riser harus membeku setelah produk cor (casting)  bila sebaliknya : metal

  cair dari mold cavity akan mengalir ke riser  shringkage lebih banyak !!!

  •Proses casting harus di rancang agar arah pembekuan berjalan dari mold

  cavity ke riser !  shg riser dpt memberikan mold cavity tambahan material (metal) cair utk kompensasi penciutan !

  •Pembuatan multiple risers dimungkinkan  agar kompensasi shringkage

  pada mold cavity : lebih cepat dan merata .

  Desain Riser yg BAIK ?:

  1. Luas permukaan yg kecil  pembekuan yg panjang.

  2. Berbentuk spherisconesilinder. 3. Di tmpkan pd bagian casting dgn

  ketebalan tertinggi.

  Pattern (Pola) : karakteristik

  Casting

  Pattern (Pola) (cont’d)

  Casting

  Pattern :

  • Pertimbangkan allowance 

  A) shringkage allowance  dibuat lebih besar dari

  dimensi asli produk (Kontraksi casting karena proses pendinginan e.g. 2  tergantung dari metalmaterial yang di casting).

  B) Machining (finishing)

  allowance .

  C) Distortion allowance

  • Mold dibuat menjadi 2 atau lebih bagian  mempermudah pengambilan pattern

  dan produk casting. • Buat DRAFT untuk mempermudah pelepasan pattern yg memiliki permukaan

  tegak-lurus parting-line ( parallel dgn arah penarikan mold ).

  No

  Material

  Allowance untuk

  kontraksi

  1 Cast Iron

  0.8-1.0

  2 Steel

  1.5-2.0

  3 Alumunium

  1.0-1.3

  4 Brass

  Pattern (Pola) (cont’d)

  Casting

  Penambahan DRAFT

  Contoh Shrink rule dan

  allowances

  Pattern (Pola) (cont’d)

  Casting

  Penambahan DRAFT

  Pertimbangan dalam perancangan casting

  Casting

  •Parting plane mempengaruhi :

  1. Jumlah core : perubahan parting line dpt menghilangkan core ! 2. Penggunaan gating system yg efektif dan ekonomis 3. Berat akhir produk casting 4. Metode untuk menyangga core 5. Ke-akurasian dimensi akhir 6. Kemudahan molding

  •Ketebalan minimum bagian casting :

  Pertimbangan dalam perancangan casting (cont’d)

  Casting

  •Pemakaian fillet pada perpotongan dua bagian casting  mengurangi konsentrasi tegangan. Fillet berlebihan  Hot Spot !

  Gambar : Aturan dalam pemakaian fillet

  Hot Spot

  Alur Casting pembuatan Baja (Steel)

  Casting

  Alur Casting pembuatan Baja (Steel)

  Casting

  Jenis proses Casting

  Casting

1. Berdasarkan tipe MOLD :

  a. Expendable mold (single-use mold) casting  Mold dari produk hasil pengecoran (metal cair yg kemudian mengeras) harus di hancurkan untuk mendapatkan produk tsb.

   Dibuat dari pasir (sand), plaster material sejenis  Lebih ekonimis  laju produksi kecil

  b. Multiple-use mold casting  Mold dapat digunakan berulang kali untuk menghasilkan produk casting  Dibuat dari metal atau graphite  Biaya tinggi  laju produksi besar

2. Jenis MATERIAL mold : Sand (pasir)  sand casting, metal, atau material lain.

3. Proses Penuangan (POURING process): gravity (gravitasi), sentrifugal (centrifuge), vacum, tekanan (lowhigh pressure).

  Proses Casting : Keuntungan dan keterbatasannya

  Casting

  Kekasaran permukaan (Ra) proses casting

  Casting

  Karakteristik Umum berbagai proses Casting

  Casting

  Expendable Mold Casting

  Casting

  1. Single-use mold dengan multiple-use pattern 2. Single-use mold dengan single-use pattern

  Sand casting

  Casting

  Gambar : produk sand-casting frame air compressor (680 kg) (Elkhart foundry, Indiana)

  Tahapan Proses Sand Casting

  Casting

  Core making

  Pattern

  (if needed)

  making

  Preparation of

  Sand

  Mold making

  Cleaning and

  and cooling

  inspection

  Removal of sand mold

  Finished casting

  Gambar : Tahapan proses sand casting (termasuk pembuatan pattern dan mold)

  Tahapan Proses Sand Casting (cont’d)

  Casting

  Tahapan Proses Sand Casting (cont’d)

  Casting

  Tahapan Proses Sand Casting (cont’d)

  Casting

  Perhatikan urutan !!!

  Drag

  Pemampatan pasir di DRAG

  Pemampatan pasir di COPE

  Drag

  Tahapan Proses Sand Casting (cont’d)

  Casting

  Tipe-tipe Pattern (Pola)

  Casting

  a. One-piece pattern atau Solid pattern  plg mudah dan murah : utk produk sederhana dan jumlah casting sedikit. b. Split pattern  jumlah produk casting lebih banyak dari solid pattern. c. Match-plate pattern  jumlah produk casting lebih banyak dari split pattern. d. Cope and drag pattern  dimensi produk casting besar dan dalam jml besar.

  Pembuatan Core (inti)

  Casting

  Karakteristik Core yang baik untuk casting : • Memiliki kekerasan dan kekuatan yg cukup untuk tahan terhadap

  penanganannya dan gaya dari metal cair. Compressive strength berada pada 100-500 psi.

  • Kekuatan yg cukup sebelum hardening untuk memungkinkan

  penanganan pada kondisi tersebut. • Permeabilitas yg sesuai untuk memungkinkan dilalui oleh gas. • Collapsibility yg cukup  spt pattern. • Refractoriness yg baik. • Permukaan yg halus. • Menghasilkan gas yg minimum saat di panaskan selama proses

  penuangan.

  Pembuatan Core (inti) (cont’d)

  Casting

  Gambar : Engine blok V-8 dam lima dry-sand core nya

  Sand Conditioning ( Pengkondisian Pasir )

  Casting

  SAND  Silica (SiO2), zircon atau olivine (forsterite dan fayalite) + bahan additive .

  1. Refractoriness  kemampuan utk tahan terhadap suhu tinggi  sifat alami dari sand .

  2. Cohesiveness (bond atau strength of sand)  kemampuan untuk mempertahankan bentuk yg dibuat saat di tempatkan di mold  didptkan dengan melapiskan biji (partikel) pasir dgn clay (pelekat) : bentonite, kaolite, atau illite .

  3. Permeability  kemampuan untuk dilalui gas  fungsi dari ukuran partikel pasir, jumlah dan tipe dari pelekat (clay), kelembaban, dan tekanan pemampatan pd pasir .

  4. Collapsibility  kemampuan untuk membiarkan metal menciut setelah proses pembekuan yg akhirnya berguna utk melepaskan produk casting.

  SAND TESTING

  Sifat Sand yg baik untuk Casting

  Casting

  13 sifat  1. Tidak mahal dalam jumlah besar

  2. Tahan terhadap proses transportasi dan penyimpanan 3. Dapat mengisi flask secara merata 4. Dapat di mampatkan dgn metode yg sederhana 5. Memiliki elastisitas yg cukup untuk tahan thd proses penarikan (pemisahan) pattern 6. Dapat tahan suhu tinggi dan menjadi ukurannya hingga metal (material) membeku 7. Cukup permeable untuk melepaskan (melewatkan gas) 8. Cukup padat untuk mencegah penetrasi metal cair 9. Cukup cohesive untuk mencegah terlepasnya agregat kedalam penuangan

  10. Tahan reaksi terhadap metal (material) yg di cast 11. Dapat membiarkan solidification dan thermal shringkage  mencegah

  crack (retak) dan sobekan 12. Memiliki collapsibility untuk memungkinkan pelepasan produk casting dengan mudah 13. Dapat di daur ulang (recycled  dipakai lagi)

  Pembuatan Mold

  Casting

  Berbagai jenis teknik pembuatan sand mold :

  Flat-head squeezing

  Profile-head squeezing

  Jolting

  Equalizing squeez pistons Flexible diaphragma

  Pembuatan Mold (cont’d)

  Casting

  Klasifikasi Sand Mold

  Casting

   Greensand :

   Dibuat dari campuran sand (pasir), clay (tanah liat), and air.  Kekuatan yang baik, good collapsibility, good permeability, good

  reusability, dan plg tidak mahal.  Dry-sand :

   Dibuat dari pengikat organik ketimbang tanah liat (clay), dan mold

  di panggang dalam sebuah oven yg besar pada suhu antara 400 o to 600 o F (204 o to 316 o C).

   Dimensi akhir yg lebih baik tapi lebih mahal .

   Skin-dried :

   Dengan cara mengeringkan permukaan mold hingga kedalaman 0.5

  hingga 1 in (2.5 cm) pada permukaan cavity mold, menggunakan tork (torches), lampu pemanas, dll.

  Shell-Mold Casting

  Casting

  Alur proses Shell molding 

  Shell-Mold Casting (cont’d)

  Casting

  Karakteristik Shell-mold casting :

  Shell-Mold Casting (cont’d)

  Casting

  Contoh sand mold casting :

  Pattern untuk Sand-mold casting

  Dua shell sebelum clamping dan produk akhir Shell mold

  Vacuum Molding

  Casting

   Vacuum molding : Menggunakan cetakan pasir bersamaan dengan

  tekanan vakum  tidak adanya binder = tidak ada moisture related defects (e. g. fumes = binder yg terbakar) .

   Jenis Vacuum molding:

   Vacuum assisted molding  Vacuum injection molding

  Vacuum Molding (cont’d)

  Casting

  Alur proses Vacuum Molding

  Vacuum Assisted Molding

  Casting

   Menggunakan bentuk plastik reinforced yang harganya murah dalam

  tekanan yang mengapit bentukan atas dan bentukan bawah .

  Vacuum Injection Molding

  Casting

  Mesin injection molding

  Investment Casting

  Casting

  Pengecoran presisi menghasilkan produk berukuran teliti dengan permukaan yang sangat halus.  Investment casting yang paling khas adalah lost wax process .

  Gambar : Contoh investment casting untuk pembuatan Stator Compresor dengan 108 airfoils terpisah (courtesy Howmet Corp.)

  Alur proses Investment Casting

  Casting

  Gambar : urutan proses investment-mold casting (investment casting institute)

  Investment Casting (cont’d)

  Casting

  Keuntungan :  Fleksibilitas desain  dapat membuat bentuk apapun yang sesuai dengan

  keinginan, bentuk yang rumit dan detail yang sangat teliti.  Dapat diperoleh permukaan yang rata dan halus tanpa garis pemisah .  Banyaknya pilihan logam dan paduan yang dapat menggunakan proses

  casting ini.  Menghilangkan set-up tooling  dengan menawarkan konfigurasi near-

  net-shape maka akan mengurangi atau menghilangkan biaya perlengkapan.  Mengurangi biaya produksi dan meningkatkan keuntungan  investment

  casting tidak memerlukan modal atau biaya permesinan yang besar. Kerugian :

   Proses mahal.  Terbatas untuk benda cor yang kecil.  Sulit, bila diperlukan inti.  Lubang harus lebih besar dari 1,6 mm dengan kedalaman maksimal 1,5 kali

  diameter .

  Investment Casting (cont’d)

  Casting

  Karakteristik Investment-mold casting :

  Expanded Polystyrene Casting

  Casting

  •Casting dimana pattern yg terbuat dari polystyrene tidak perlu di lepas dari mold sebelum dan saat penuangan metal cair ke dalam cavity , karena pattern menguap saat metal cair di tuang kedalam mold cavity  keuntungan dibanding investment-mold casting !

  •Disebut juga  full-mold casting .

  Expanded Polystyrene Casting (cont’d)

  Casting

  Karakteristik Full-mold (expended polystyrene) casting :

  Multiple-use Mold Casting

  Casting

  Permanent Mold casting

  Casting

Proses dasar Permanent Mold casting:

   Tidak perlu mengalami pergantian cetakan.  Dibentuk dari 2 bagian buka tutup.  Ditambah cores untuk membentuk bagian dalam produk.

  Proses :  Pemanasan cetakan sampai 200 0 C.

   Pelapisan cetakan + dituangkan (metal cair mengalir karena

  gaya gravitasi).

   Cetakan dibuka.

  Keuntungan :

  Kerugian :

   Permukaan baik

   Terbatas pada logam

   Ketelitian dimensi baik

   Bentuk sederhana

   Produk kuat

  Permanent Mold casting (cont’d)

  Casting

  Karakteristik Permanent-mold casting :

  Proses dasar Permanent Mold casting

  Casting

  Parameter pengaruh umur Mold

  Casting

  1. Alloy yg di cast (cor)  semakin tinggi titik lebur, semakin pendek umur mold. 2. Material mold  gray cast iron memiliki thermal fatigue yg terbaik dan dpt di mesin dgn mudah  banyak digunakan sbg mold. 3. Suhu penuangan  Semakin tinggi suhu penuangan, semakin pendek umur mold, meningkatkan masalah penciutan (shringkage). 4. Suhu mold  bila suhu terlalu rendah, misruns dpt terjadi. Bila suhu terlalu tinggi, erosi mold dpt terjadi. 5. Konfigurasi mold  perbedaan ukuran dari bagian2 mold atau produk yg di cor, dpt menurunkan umur mold.

  Variasi dari Permanent Mold Casting

  Casting

   Slush Casting  hanya memungkinkan metal cair berada di mold cavity

  hingga shell dengan ketebalan tertentu terbentuk (metal cair selebihnya di tuang kembali keluar)  menghasilkan produk casting yg hollow.

   Low-Pressure Casting  menggunakan tekanan rendah 5-15 psi thd

  metal cair di dlm cavity.  Vacuum Permanent Mold Casting  pem-vakum-an mold cavity untuk

  menarik metal cair ke dalam mold (cavity).

  Die Casting

  Casting

   Pengertian :

  Penginjeksian logam cair dengan tekanan tinggi.

   Sejarah :

   Dari mesin Linotype , dikembangkan oleh O. Margenthaler  Digunakan komersial pertama kali di New York oleh The Tribune  Pematenan pertama mesin Die Casting oleh H. Doehler (1906)  1907 , E. Wagner menggunakan mesin ini untuk mencetak teropong

  dan masker gas.

  Gambar : skema umum mesin (cold chamber) die-casting

  Siklus cold chamber Die Casting

  Casting

  Gambar : Siklus dalam cold-chamber casting

  Siklus hot chamber Die Casting

  Casting

  Proses Die Casting

  Casting

  Die Casting

  Casting

  Karakteristik Die-casting :

Metalurgi Serbuk (Powder Metalurgy)

  Metalurgi Serbuk (Powder Metalurgy)

  Metalurgi Serbuk

   Sebuah proses manufaktur dimana part yang dihasilkan dari serbuk

  metal (plastik  injection molding).  Serbuk dimampatkan menjadi suatu bentuk tertentu .  Lalu di panaskan untuk membuat ikatan dari partikel serbuk menjadi

  keras dan kokoh (Sintering)

  Mengapa memakai Powder Metalurgy ? :

   Part dapat di produksi masal dalam bentuk net-shape atau near net-

  shape  Sedikit menghasilkan material scraptdk terpakai (waste)  Part memiliki tingkat porositas yg dispesifikasikan  Metal tertentu sulit untuk di produksi dengan metoda lain  tungsten !  Dapat menghasilkan kombinasi metal alloy tertentu  Dapat di otomatisasi untuk produksi yg lebih ekonimis

  Metalurgi Serbuk (Powder Metalurgy) (cont’d)

  Metalurgi Serbuk

  Kekurangan Powder Metalurgy ? :

   Biaya tooling dan peralatan yg tinggi  Serbuk metal yg mahal  Kesulitan dalam menyimpan dan menangani serbuk metal (

  degradasi kualitas)  Keterbatasan geometri part karena serbuk metal tidak langsung

  mengalir di dalam die selama proses penekanan  Variasi dalam kepadatan material pada part akhir

  Metalurgi Serbuk (Powder Metalurgy) (cont’d)

  Metalurgi Serbuk

  Ukuran Screen Mesh

  Metalurgi Serbuk (Powder Metalurgy) (cont’d)

  Metalurgi Serbuk

  Berbagai bentuk partikel :

  Proses Metalurgi Serbuk

  Metalurgi Serbuk

  Produksi Metalurgi Serbuk

  Metalurgi Serbuk

  Gas atomization

  Water atomization

  Centrifugal atomization

  Produksi Metalurgi Serbuk (cont’d)

  Metalurgi Serbuk

  Urutan proses pembuatan serbuk metal

  Perangkat Blending dan Mixing Metalurgi Serbuk

  Metalurgi Serbuk

  Compacting

  Metalurgi Serbuk

  Sintering

  Metalurgi Serbuk

  Cold isostatic pressing

  Metalurgi Serbuk

  Rolling Powder

  Metalurgi Serbuk

  Produk PM

  Metalurgi Serbuk

  Produk PM (cont’d)

  Metalurgi Serbuk

  Proses pembuatan Part Leg Shield kanankiri

  Injection

  pada Sepeda motor

  Molding

  Pemilihan Material

  Injection Molding

   Produk Leg Shield  pelindung kaki pada sepeda motor + penahan

  angin dari arah depan  sifat yang dibutuhkan : kokoh, kuat, tahan terhadap tumbukan dan tahan terhadap cuaca .

   Berdasarkan pertimbangan-pertimbangan  material plastik yang

  digunakan untuk part Leg Shield RL = thermoplastik jenis ABS (Acrylonitrile Butadiene Styrene).

  Sifat Material

  Injection Molding

   Faktor mekanik : kokoh, kuat, stabil, tahan tumbukan, tahan

  pengikisan  Faktor ketahanan : high electric resistance, chemical resistance  Faktor temperatur : baik untuk penggunaan pada temperatur

  rendah

  Material untuk part LEG SHIELD , RIGHT LEFT

  Material yang digunakan :

  1. ABS RESIN NATURAL Mpf 100-11XS77

  Type : MPF 100 – 11XS77

  Made by : Toray Plastics (Malaysia) Sdn. Bhd.

  2. HAIMASTER 9802

  Grade : Black 9802

  Made by : PT. Halim Samudra Interutama Indonesia

  CAMPURAN :

  ABS Natural 100 kg + Haimaster 1,5 kg

  SUHU HOPPER :

  85 C - 95 C

  Charging

  Injection Molding

  ClampingDie Closing

  Injection Molding

  Barrel forward injection

  Injection Molding

  Barrel backward, cooling metering

  Injection Molding

Mold open, ejection pelepasan part

  Injection Molding

  Injection Molding

  Pengambilan dan pelepasan produk

  Injection Molding

Metal Forming

  Cakupan Topik Metal Forming

  Metal Forming

1. Klasifikasi Proses

   Proses Bulk Deformation  Pengerjaan Logam Lembaran (Sheet Metalworking)

2. Perilaku Material dalam Metal Forming

   Flow Stress  Average Flow Stress

3. Suhu dalam Metal Forming

4. Efek dari Laju Regangan (strain rate)

5. Gesekan dan Pelumasan (Friction and Lubrication)

  Bulk Metal Forming

  Metal Forming

  4 jenis proses yang umum  • Rolling – Proses penekanan (kompresi) untuk mengurangi

  ketebalan sebuah slab oleh sepasang mekanisme roll. • Forging – Proses penekanan (kompresi) yang dilakukan oleh

  sepasang dies. • Extrusion – Proses penekanan (kompresi) material hingga

  mengalir ke bukaan dies. • Drawing – Proses menarik kawat atau batang melalui bukaan

  dies.

  Bulk Metal Forming (cont’d)

  Metal Forming

  Rolling

  Forging

  Extrusion

  Drawing

  Pengerjaan Logam Lembaran

  Metal Forming

  (sheet metalworking)

  Proses pembentukan pada metal lembaran, strip dan gulungan

  kawat (coils). Normalnya  proses cold working yang menggunakan satu set punch dan die .

   Bending – Peregangan dari lembaran metal (logam) untuk

  membentuk sebuah sudut bending.  Drawing – Pembentukan sebuah lembaran sehingga berbentuk

  hollow (berlubang secara axial) atau cekungan.  Shearing – Proses pengguntingan material (logam)  bukan

  proses pembentukan.

  gambar

  Pengerjaan Logam Lembaran (cont’d)

  Metal Forming

  Bending

  Drawing

Shearing

  Perilaku Material dalam Metal Forming

  Metal Forming

  Y n

  f  K 

  K n  Y f 

  1  n

  Y f Flow Stress  Maximum strain

  untuk proses forming K Strength coefficient

  Y f Average flow stress n Strain hardening exponent

  Tekanan dan Gaya dalam Metal Forming

  Metal Forming

  Perhitungan Tekanan dan Gaya pada proses Deformasi Plastik harus mempertimbangkan 4 hal :

  1. Analisa stress state (kondisi tegangan)  Yield Criteria

  2. Flow stress harus di ketahui

  3. Efek dari gesekan (friction) harus ditentukan (pengaruhnya)

  4. Inhomogenuous deformation (deformasi tidak homogen)

  Tekanan dan Gaya dalam Metal Forming (cont’d)

  Metal Forming

  Stress-state