Perkenalan
Pengecoran, sebagai salah satu proses pengerjaan panas logam yang paling awal dikuasai manusia, membanggakan sejarah sekitar 6,000 bertahun-tahun.
Tiongkok memasuki masa kejayaan pengecoran perunggu 1700 SM dan 1000 SM, dengan keahlian casting mencapai tingkat yang cukup maju.
Sebagai proses inti dalam manufaktur modern, pengecoran memungkinkan pembentukan komponen logam berbentuk kompleks yang sulit diproduksi melalui penempaan atau pemesinan, dan itu diterapkan secara luas di luar angkasa, Otomotif, mesin, dan industri instrumen presisi.
Pemilihan metode pengecoran secara langsung menentukan kualitas pengecoran, efisiensi produksi, dan biaya produksi.
1. Casting pasir hijau (Pengecoran Pasir Konvensional)
Definisi Inti & Prinsip Proses
Hijau casting pasir adalah metode pengecoran yang paling tradisional dan banyak digunakan secara global.
Bahan baku intinya adalah pasir pengecoran (didominasi pasir silika; pasir khusus seperti pasir zirkon dan pasir korundum digunakan ketika pasir silika gagal memenuhi persyaratan suhu tinggi) dan pengikat pasir (tanah liat adalah yang paling umum; minyak kering, silikat yang larut dalam air, fosfat, dan resin sintetis adalah pilihan alternatif).
Cetakan pasir luar diklasifikasikan menjadi tiga jenis berdasarkan pengikat dan mekanisme pembentuk kekuatan: cetakan pasir tanah liat hijau, cetakan pasir tanah liat kering, dan cetakan pasir yang terikat secara kimia.
Logam cair dituangkan ke dalam cetakan pasir, yang memadat membentuk coran, dan cetakannya rusak setelah satu kali penuangan dan tidak dapat digunakan kembali.
Keuntungan
- Bahan baku hemat biaya: Tanah liat memiliki sumber daya yang melimpah dan harganya murah; lebih 90% pasir tanah liat hijau bekas dapat didaur ulang dan digunakan kembali setelah pengolahan pasir, mengurangi limbah material.
- Fleksibilitas proses yang tinggi: Siklus pembuatan cetakan pendek dan efisiensi tinggi; pasir cetakan campuran memiliki umur panjang; itu dapat beradaptasi dengan kecil, besar, sederhana, dan pengecoran yang rumit, serta satu bagian, batch kecil, dan skenario produksi massal.
- Ambang batas peralatan rendah: Tidak memerlukan peralatan khusus kelas atas, cocok untuk pengecoran skala kecil dan menengah.
Kerugian & Batasan
- Efisiensi produksi rendah: Setiap cetakan pasir hanya dapat digunakan satu kali dan harus dicetak ulang untuk pengecoran selanjutnya, menyebabkan rendahnya efisiensi produksi berkelanjutan.
- Akurasi dimensi yang buruk: Kekakuan cetakan pasir rendah, menghasilkan nilai toleransi dimensi pengecoran CT10 – CT13, yang tidak dapat memenuhi persyaratan presisi tinggi.
- Risiko cacat tinggi: Coran rentan terhadap cacat umum seperti pencucian pasir, inklusi pasir, porositas gas, dan porositas susut akibat longgarnya struktur cetakan pasir.
- Kualitas permukaan lebih rendah: Permukaan pengecoran relatif kasar, membutuhkan pemesinan tambahan untuk meningkatkan hasil akhir.
2. Casting investasi (Casting longgar)
Definisi Inti & Prinsip Proses
Casting investasi, umumnya dikenal sebagai pengecoran lilin yang hilang, menampilkan aliran proses yang canggih:
membuat pola lilin menggunakan bahan yang dapat melebur, lapisi beberapa lapisan bahan tahan api pada permukaan pola untuk membentuk cangkang keramik, lelehkan dan hilangkan pola lilin untuk mendapatkan cetakan tanpa permukaan terbelah, dan lakukan pemanggangan suhu tinggi sebelum menuangkan logam cair.
Hal ini berlaku untuk berbagai macam paduan, termasuk baja karbon, baja paduan, paduan tahan panas, baja tahan karat, paduan tembaga, paduan aluminium, paduan titanium, dan besi ulet, terutama untuk bahan yang sulit diproses dengan cara ditempa atau dipotong.
Keuntungan
- Akurasi dimensi yang sangat baik: Toleransi casting nilai mencapai CT4 – CT6, jauh lebih tinggi dibandingkan pengecoran pasir hijau (CT10 - CT13) dan sebanding dengan die casting (CT5–CT7), meminimalkan pemesinan pasca pengecoran.
- Pemanfaatan material yang tinggi: Mengurangi volume pemesinan pada permukaan yang dibentuk dan dikawinkan secara signifikan, menghemat waktu pemesinan dan konsumsi alat pemotong, dengan tingkat pemanfaatan material melebihi 90%.
- Kemampuan beradaptasi bentuk yang kuat: Dapat melemparkan komponen yang sangat kompleks, bagian yang berdinding tipis (ketebalan dinding minimum 0,5 mm), dan coran berukuran mikro (berat minimal 1g);
itu juga mendukung pengecoran terintegrasi dari bagian-bagian yang dirakit, menyederhanakan proses perakitan selanjutnya. - Kompatibilitas paduan yang luas: Cocok untuk hampir semua bahan logam, termasuk paduan suhu tinggi, paduan magnesium, Paduan Titanium, dan logam mulia yang sulit diolah dengan metode lain.
- Skala produksi yang fleksibel: Beradaptasi dengan produksi massal, produksi batch kecil, dan bahkan kustomisasi satu bagian, dengan skalabilitas yang kuat.
Kerugian & Batasan
- Aliran proses yang kompleks: Ini memiliki proses paling rumit di antara semua metode pengecoran, melibatkan pembuatan pola lilin, lapisan cangkang, dewaxing, memanggang, dan menuangkan, memerlukan kontrol proses yang ketat.
- Ukuran pengecoran terbatas: Tidak cocok untuk coran besar; berat maksimum coran investasi konvensional umumnya dalam 50kg, karena cangkang besar cenderung retak saat dipanggang dan dituang.
- Laju pendinginan lambat: Cangkang keramik memiliki konduktivitas termal yang rendah, menyebabkan lambatnya pemadatan logam cair, yang dapat menyebabkan struktur butiran kasar pada beberapa paduan.
- Biaya produksi yang tinggi: Biaya pola lilin, bahan tahan api, dan pengendalian proses relatif tinggi; ini layak secara ekonomi hanya bila dikombinasikan dengan pengurangan permesinan dan penghematan material.
3. Casting mati
Definisi Inti & Prinsip Proses
Casting mati adalah metode pengecoran bertekanan tinggi yang melibatkan penyuntikan logam cair ke dalam rongga cetakan logam presisi dengan kecepatan tinggi (10–50m/dtk) di bawah tekanan tinggi (20–150MPa), dan memadatkan logam di bawah tekanan untuk membentuk coran.
Ini memiliki dua proses dasar: die casting ruang panas (logam cair secara otomatis mengalir ke ruang tekanan) dan die casting ruang dingin (logam cair dituangkan secara manual atau otomatis ke dalam ruang bertekanan).
Cetakannya terbuat dari baja mati berkekuatan tinggi, memastikan penggunaan berulang.
Keuntungan
- Kualitas produk unggul: Akurasi dimensi casting mencapai tingkat 6–7 (kelas genap 4 untuk produk presisi) dengan kekasaran permukaan Ra 5–8μm;
kekuatan dan kekerasannya 25–30% lebih tinggi dibandingkan coran pasir hijau karena pemadatan bertekanan, meskipun perpanjangan berkurang sekitar 70%. - Efisiensi produksi sangat tinggi: Mesin die casting ruang dingin horizontal dapat menyelesaikan 600–700 siklus per 8 jam,
sedangkan mesin die casting ruang panas kecil dapat mencapai 3.000–7.000 siklus, jauh melebihi metode pengecoran lainnya. - Umur cetakan yang panjang: Cetakan untuk die casting paduan seng dapat bertahan ratusan ribu bahkan jutaan kali, mengurangi biaya produksi jangka panjang.
- Otomatisasi yang mudah: Prosesnya sangat kompatibel dengan mekanisasi dan otomatisasi, mengurangi biaya tenaga kerja dan meningkatkan stabilitas produksi.
- Manfaat ekonomi yang luar biasa: Pengecoran memerlukan pemesinan minimal atau tanpa pemesinan sama sekali, meningkatkan pemanfaatan logam dan mengurangi investasi peralatan pemrosesan;
gabungan die casting bahan logam dan non-logam menghemat waktu perakitan dan bahan baku.
Kerugian & Batasan
- Resiko cacat yang tinggi terhadap porositas gas: Pengisian berkecepatan tinggi menyebabkan aliran logam cair tidak stabil,
mudah memerangkap gas untuk membentuk porositas internal, yang membuat coran tidak dapat menjalani perlakuan panas (perlakuan panas menyebabkan pemuaian gas dan keretakan). - Kemampuan beradaptasi yang buruk terhadap bagian cekung bagian dalam yang kompleks: Sulit untuk membongkar struktur kompleks cekung bagian dalam, membatasi desain bentuk pengecoran.
- Umur cetakan yang pendek untuk paduan dengan titik leleh tinggi: Untuk paduan dengan titik leleh tinggi seperti paduan tembaga dan logam besi, cetakan rentan terhadap kelelahan dan keausan termal, secara signifikan mengurangi masa pakai.
- Tidak cocok untuk produksi skala kecil: Biaya pembuatan cetakan tinggi, dan efisiensi tinggi dari mesin die casting membuat produksi dalam jumlah kecil tidak dapat dijalankan secara ekonomi.
4. Casting cetakan permanen (Pengecoran Cetakan Keras)
Definisi Inti & Prinsip Proses
Casting cetakan permanen, juga disebut pengecoran cetakan keras, melibatkan menuangkan logam cair ke dalam cetakan logam untuk membentuk coran.
Cetakannya terbuat dari besi cor atau baja tuang dan dapat digunakan kembali ratusan hingga ribuan kali, makanya dinamakan “cetakan permanen”.
Rongga bagian dalam coran dapat menggunakan inti logam atau inti pasir, dan struktur cetakan dibagi menjadi belahan horizontal, perpisahan vertikal, dan perpisahan komposit untuk beradaptasi dengan bentuk pengecoran yang berbeda:
perpisahan vertikal memfasilitasi gating dan demolding, perpisahan horizontal untuk bagian berbentuk roda berdinding tipis, dan perpisahan komposit untuk komponen yang kompleks.
Keuntungan
- Penggunaan kembali cetakan yang sangat baik: “Satu cetakan untuk beberapa pengecoran” menghilangkan kebutuhan pembuatan cetakan berulang-ulang, menghemat bahan cetakan dan waktu, dan meningkatkan efisiensi produksi.
- Performa pengecoran tinggi: Cetakan logam memiliki kapasitas pendinginan yang kuat, menghasilkan struktur pengecoran yang padat dan sifat mekanik yang unggul dibandingkan dengan pengecoran pasir.
- Akurasi dimensi dan kualitas permukaan yang baik: Nilai toleransi pengecoran mencapai IT12–IT14, kekasaran permukaan Ra ≤6.3μm, mengurangi beban kerja pasca-pemrosesan.
- Kondisi kerja yang lebih baik: Ini menggunakan sedikit atau tanpa pasir, menghindari polusi debu dan mengoptimalkan lingkungan operasi bagi pekerja.
Kerugian & Batasan
- Biaya cetakan tinggi dan siklus produksi yang panjang: Cetakan logam membutuhkan bahan berkekuatan tinggi dan pemrosesan yang presisi,
dengan investasi awal yang tinggi dan waktu tunggu yang lama, tidak cocok untuk produksi satu bagian dan produksi dalam jumlah kecil. - Paduan dan ukuran pengecoran yang berlaku terbatas: Terutama cocok untuk produksi massal coran paduan non-ferrous (piston aluminium, blok silinder, kepala silinder, bushing paduan tembaga, dll.) untuk mobil, pesawat terbang, dan mesin pembakaran internal;
untuk coran paduan besi, ini hanya berlaku untuk bagian kecil dan menengah dengan bentuk sederhana. - Persyaratan proses yang ketat: Cetakan memerlukan pemanasan awal dan kontrol suhu untuk menghindari penutupan dingin dan retaknya cetakan; rentan terhadap kelelahan termal setelah penggunaan jangka panjang, mempengaruhi kualitas pengecoran.
5. Pengecoran Tekanan Rendah
Definisi Inti & Prinsip Proses
Pengecoran bertekanan rendah adalah metode pengecoran yang mengisi cetakan dan memadatkan logam cair di bawah tekanan rendah (0.02-0,06 MPa).
Proses inti meliputi: menuangkan logam cair ke dalam wadah terisolasi, menyegel wadahnya, menghubungkan pipa riser ke cetakan, memasukkan udara bertekanan kering ke dalam wadah untuk mendorong logam cair ke atas melalui tabung riser untuk mengisi rongga cetakan,
pemadatan logam pada tekanan konstan, melepaskan tekanan untuk membiarkan sisa logam cair mengalir kembali ke wadah, dan terakhir membuka cetakan untuk mengeluarkan cetakannya.
Keuntungan
- Kontrol proses yang fleksibel: Kecepatan kenaikan logam cair dan tekanan pemadatan dapat disesuaikan, Cocok untuk berbagai cetakan (cetakan logam, cetakan pasir) dan paduan, serta coran dengan ukuran berbeda.
- Pengisian stabil dan tingkat cacat rendah: Pengisian dari bawah ke atas memastikan aliran logam cair yang lancar tanpa percikan, menghindari jebakan gas dan erosi dinding dan inti cetakan;
cacat pengecoran seperti porositas gas dan inklusi terak berkurang secara signifikan, dengan tingkat kualifikasi berakhir 95%. - Coran berkualitas tinggi: Pemadatan tekanan mewujudkan pemadatan terarah dari luar ke dalam, menghasilkan struktur pengecoran yang padat,
kontur yang jelas, permukaan halus, dan sifat mekanik yang sangat baik, sangat cocok untuk bagian besar berdinding tipis. - Pemanfaatan material yang tinggi: Tidak diperlukan feeding riser, dengan tingkat pemanfaatan material mencapai 90–98%, mengurangi limbah logam.
- Lingkungan kerja yang ramah: Intensitas tenaga kerja rendah, peralatan sederhana, dan realisasi mekanisasi dan otomasi yang mudah, sesuai dengan persyaratan produksi modern.
Kerugian & Batasan
- Masa pakai tabung riser yang pendek: Tabung riser bersentuhan langsung dengan logam cair bersuhu tinggi untuk waktu yang lama, rentan terhadap oksidasi dan keausan, membutuhkan penggantian rutin.
- Risiko polusi logam cair: Selama pelestarian panas, logam cair mudah teroksidasi dan bercampur dengan terak, membutuhkan kontrol ketat terhadap lingkungan pelestarian panas dan pemurnian logam cair.
- Ruang lingkup aplikasi terbatas: Terutama digunakan untuk pengecoran paduan aluminium dan paduan magnesium berkualitas tinggi, seperti blok silinder, kepala silinder, bak mesin, dan piston aluminium mesin pembakaran internal berkecepatan tinggi; jarang digunakan untuk paduan besi karena persyaratan suhu tinggi.
6. Casting sentrifugal
Definisi Inti & Prinsip Proses
Pengecoran sentrifugal melibatkan penuangan logam cair ke dalam cetakan yang berputar, dimana logam mengisi cetakan dan mengeras di bawah gaya sentrifugal.
Sesuai dengan orientasi sumbu putar cetakan, itu dibagi menjadi tiga jenis: pengecoran sentrifugal horisontal (sumbu horizontal atau <4° ke horisontal, cocok untuk bagian silinder panjang),
pengecoran sentrifugal vertikal (sumbu vertikal, cocok untuk bagian silinder atau annular pendek), dan pengecoran sentrifugal sumbu miring (jarang digunakan karena pengoperasiannya yang rumit).
Gaya sentrifugal menggerakkan arah pergerakan logam cair, mengoptimalkan struktur pengecoran.
Keuntungan
- Struktur cetakan yang disederhanakan: Untuk bagian berongga yang berputar, tidak ada inti, sistem gerbang, atau riser diperlukan, menyederhanakan desain cetakan dan mengurangi biaya produksi.
- Coran berkualitas tinggi: Gaya sentrifugal memisahkan gas dan terak dengan kepadatan rendah ke permukaan bagian dalam,
dan mendorong solidifikasi terarah dari luar ke dalam, menghasilkan struktur pengecoran yang padat, beberapa cacat, dan sifat mekanik yang sangat baik. - Penghematan biaya untuk komponen bimetalik: Komponen bimetalik yang mudah dicetak seperti bushing dan bearing (MISALNYA., selongsong baja dengan lapisan tembaga tipis), menghemat logam non-ferrous yang mahal sekaligus memastikan kinerja.
- Kapasitas pengisian yang kuat: Gaya sentrifugal meningkatkan fluiditas logam cair, cocok untuk pengecoran bagian berdinding tipis dan paduan dengan fluiditas buruk.
- Mengurangi limbah material: Menghilangkan sistem gating dan riser, lebih meningkatkan pemanfaatan material.
Kerugian & Batasan
- Kualitas permukaan bagian dalam buruk: Permukaan bebas bagian dalam coran kasar, dengan kesalahan dimensi yang besar dan keseragaman yang buruk, memerlukan pemesinan selanjutnya untuk memenuhi persyaratan dimensi.
- Tidak cocok untuk paduan tertentu: Tidak berlaku untuk paduan dengan segregasi kepadatan yang parah (MISALNYA., perunggu timah), karena gaya sentrifugal akan memperburuk segregasi;
juga tidak cocok untuk paduan aluminium dan magnesium karena kepadatannya yang rendah dan efek pemisahan sentrifugal yang buruk. - Bentuk pengecoran terbatas: Hanya cocok untuk memutar bagian simetris (silinder, cincin, lengan); tidak dapat mencetak bagian berbentuk rumit dengan kontur tidak beraturan.
- Persyaratan peralatan tinggi: Membutuhkan mesin pengecoran sentrifugal khusus dengan kontrol kecepatan putaran yang stabil, meningkatkan investasi peralatan.
7. Tabel perbandingan metode pengecoran yang umum digunakan
| Metode Pengecoran | Keuntungan | Batasan | Aplikasi khas |
| Casting pasir | Biaya rendah, fleksibel untuk bagian kecil/besar, bentuk sederhana dan kompleks, pasir yang dapat didaur ulang | Cetakan sekali pakai → efisiensi rendah, akurasi dimensi yang lebih rendah, cacat permukaan | Blok mesin, pompa rumah, Bagian Struktural Besar |
| Investasi (Lilin hilang) Pengecoran | Presisi tinggi (CT4–6), permukaan akhir yang sangat baik, bentuk yang kompleks, dinding tipis, kompatibilitas material yang luas | Biaya tinggi, proses yang kompleks, tidak cocok untuk bagian yang sangat besar | Komponen Aerospace, Implan medis, suku cadang otomotif presisi |
| Casting mati | Akurasi dimensi tinggi (CT6–7), permukaan akhir yang sangat baik, bagian yang berdinding tipis, efisiensi produksi yang tinggi, ramah otomatisasi | Biaya perkakas yang tinggi, terbatas pada paduan dengan titik leleh rendah, risiko porositas, tidak ideal untuk batch kecil | Suku cadang mesin otomotif, perumahan, Elektronik Konsumen |
Cetakan Permanen (Cetakan Logam) Pengecoran |
Cetakan yang dapat digunakan kembali mengurangi biaya, struktur mikro yang padat, kekuatan tinggi, permukaan akhir yang bagus | Biaya cetakan tinggi, kontrol proses yang ketat, terbatas pada kompleksitas sedang, terutama paduan non-besi | Piston aluminium, kepala silinder, perumahan otomotif |
| Pengecoran Tekanan Rendah | Isian halus, porositas minimal, struktur padat berkualitas tinggi, pemanfaatan logam yang tinggi (90–98%), cocok untuk bagian berdinding tipis | Masa pakai riser/saluran terbatas, risiko oksidasi, terutama untuk paduan non-ferrous | Blok mesin aluminium, kepala silinder, Piston, bagian magnesium |
| Casting sentrifugal | Struktur padat, Solidifikasi terarah, menghilangkan inti, memungkinkan pengecoran bimetalik, pengurangan gerbang | Permukaan bebas bagian dalam kasar, akurasi dimensi terbatas, tidak cocok untuk paduan yang rawan segregasi, terbatas pada geometri silinder/rotasi | Pipa, bushing, bantalan, liner silinder |
8. Kesimpulan
Setiap metode pengecoran menawarkan kelebihan dan keterbatasan unik yang membuatnya cocok untuk aplikasi spesifik.
Pengecoran pasir tetap menjadi metode yang paling serbaguna dan ekonomis untuk skala besar, pengecoran yang rumit, sementara pengecoran investasi memberikan presisi luar biasa untuk komponen bernilai tinggi.
Die casting unggul dalam produksi komponen berdinding tipis dalam jumlah besar, dan pengecoran cetakan permanen memberikan kualitas yang konsisten untuk produksi non-ferrous volume menengah.
Pengecoran bertekanan rendah ideal untuk komponen aluminium dan magnesium berintegritas tinggi, dan pengecoran sentrifugal tidak tertandingi untuk bagian berongga simetris.
Pemilihan metode pengecoran yang tepat bergantung pada faktor-faktor termasuk geometri bagian, akurasi dimensi yang diperlukan, permukaan akhir, jenis bahan, volume produksi, dan pertimbangan biaya.
Manufaktur modern semakin banyak menggabungkan teknik-teknik ini untuk memanfaatkan keunggulan yang saling melengkapi, mendorong inovasi dalam produksi komponen kompleks di bidang kedirgantaraan, Otomotif, dan sektor industri.
