1
2 Susilo AdiSusilo Widan!o Adi Widan!o d"" ptimasi d"" ptimasi "esain Cetakan "esain"ie Cetakan Casting "ie *ntuk Casting &enghilangkan *ntuk &enghilangkan Cacat Coran Cacat Pada Coran Khasus Pada Pengecoran Khasus Pengecoran Piston Piston +luminium +luminium ., .,
., .,
dipe dipero role leh pengerjaannya h $P%IMASI keke kekera rasa san n . ,asi ,a A4# A4 sil #l ,7 , desa de7sain in dan cet cetak men m akan engh anghas asilk diu diuji ilkan jiDIE an aspe aspek k Kekosongan (lubang) DESAIN &E%A'AN &AS%ING (N%(' MENGHILANG'AN (N%(' MENGHILANG'AN &A&A% 2. geometrisnya untuk memastikan setiap , . kekuatan tarik tertinggi sebesar > < ;Dmm &$)AN PADA 'HAS(S PENGE&$)AN PIS%$N AL(MINI(M kompon enanmampu rakit Edan0#4B# mampu lepas ketika +kibat +kibat komponen kandung kandungan besi (1e) kekuatan . ronggaditingkatkan cetak cetak telah karena terisi material aluminium paduandalam tidak dapat terbentuk F6 Susilo Adi Widan!o* +usu, (mard-ani. Sri Nugro-o. Sai,ul. Bauseno "alam aspek geometris geome cetakan cetaka n, lilin +l1ei pada pengujian batas butir berbentuk platetris yang kasar /urusan eknik &esin# 1akultas eknik , *ni%ersitas "iponegoro . dan rapuh digunakan sebagai bahan cornya. 3mail' usilo405yahoo.com Karena pentingnya persoalan geometri cetakan , paper die casting ini akan !empera!ur membahas ce!a"an c# Proses pengendalian ABSTRAK optimasi geometri dan temperatur cetakan *ntukcetakan memanaskan cetakan plat , dua Komponen mekanis berbahan aluminium telah banyak digunakan sejak puluhan tahun yang die casting produk piston untuk pemanas digunakan yang memperoleh menjepit cetakan pada lalu. Bahkan beberapa komponen dengan unjuk kerja tinggi juga terbuat dari bahan aluminium. produkkdua cor sisinya yang bebas cacat. -). bse bser%asi r%asi kualitas ($ambar ebuah sensor temperatur (a) Piston merupakan salah satu contoh produk aluminium yang bekerja pada temperatur dengan variasi dilakukan secara %isual. (thermocouple tipe K)PENELI%IAN dipasangkan pada bagian inti ME%$D$L$GI beban yang tinggi. Paper ini membahas proses desain die casting produk casting produk piston piston dan optimasi proses . cetakan Posisi termokopel tersebut menunjukkan ptimasi desain cetakan die casting dilakukan casting untuk memperoleh kualitas produk cor terbaik dengan metode gravitasi maupun high , sehingga referensi pengukuran dengantemperatur mem%ariasi saluran tuang dan konfigurasi pressure die casting (HPDC). %entilator. temperatur "ampak perubahan dinding-dinding dind desain ing geometri cetakan cetakan die dibagi dibagian an Penelitian diawali dengan proses desain die casting , pengujian aspek geometris cetakan castingluarnya dilihat hasil cacat tinggi luarny a dari memiliki memil iki pengecoran temperatur temperatur terhadap yang lebih bangun mesin HPDC yang muncul *ntuktemperatur memastikan hanya dan pengujian pengecoran dengan gravitasi maupun dengan .rancang . dibandingkan inticacat menggunakan tekanan (HPDC) . Pada pengujian pengecoran temperatur cetakan divariasikan yang , tiap karena pengaruh cetakan pengujian Sgeometri istem pemanas meliputi !" #$ #" dan 0, 0, 0 pengecoran dilakukan pem%ariasian temperatur%00 derajat C. &edangkan bahan baku menggunakan bahan baku o dengan master alloy master alloy 'DC 'DC ! !. cetakan, yaitu'aluminium 20, 20,bekas 0 dan dan campuran -00 C. 7ahan Hasil penelitian menunjukkan dengan menggunakan saluran tuang yang sesumbu yang digunakan dalam pengecoran adalah campuran dengan geomteri piston cacat terjebaknya gas dibawah cover merupakan cacat permanen , antara bahan aluminium bekas (piston (piston bekas) dan >B yang dihilangkan. Hal tersebut disebabkan karena aliran pembuangan gas berlawanan berat bahan +"C >2 sulit . Gambar 1 Cetakan die casting yang terbuatdengan dari arah aliran logam cair sehingga proses pelepasan udara menjadi terhalang Penggunaan saluran . a# Menen!u"an geome!ri produ" pis!on produ" pis!on ang dapa! bahan baja karbon. tuang samping merupakan solusi optimum untuk memperoleh produk piston yang bebas cacat me/a"ili !ing"a! "omple"si!as geome!ri terjebaknya gas.akan dibuat merupakan Produkterjebaknya gas. piston yang 7erbagai metode proses pengecoran telah saluran tuang samping , cacat pertemuan pertemuan dingin, jebakan gas jebakan gas die Kata Kunci: , saluran piston salah satu jenis mobil yang ada dipasaran . tuang samping digunakan yang pada dasarnya menjelaskan bagaimana Co%er piston casting tidak rata tetapi berkonturcetakan dengan cara memasukkan logam cair dalam rongga cetak. konfigurasi sudut tajam. $eometri piston dalam Karena kondisi geometri produk yang memungkinkan# Gambar 4 Konstruksi sistem pemanas bentuk data geometri C+" seperti ditunjukkan ditunjukkan dalam %isualisasi struktur menunjukkan PENDAH(L(AN logam cair dapat masuk kemikro seluruh rongga cetakbah!a hanyadengan cetakan. $ambar >. Penggunaan bahan aluminium dalam proses dengan penambahan i7# butiran ?-+lpada menjadi lebih kecil. gaya gra%itasi. *ntuk itu tahap a!al# d Pengujian pengecoran aluminium rekayasa mengalami peningkatan yang luar biasa sejak @i dasegaris n 3gdengan uiabal# sumbu (200-piston ) meneliti tuang$odibuat Pengujian pengecoran setelah"engan aspek saluran+li8Cu1e berkembangnya teknologi dilakukan dirgantara. 0#A B i72 dengan menambahkan saluran masuk melalui co%er piston. geometris dengan baik . dimana pada menambahkancetakan unsur berfungsi paduan, dapat dihasilkan proses co%er ,P"C. &ereka menyimpulkan Komponen cetakan piston dibuat terpisah dengan Pengecoran Pengecoran dilaksana dilakyang sanakan kan dengan menentukan menentukan bahan aluminium memiliki sifat mekanis# sifat bah!a kekerasan bahan dan kekuatan tarik tersebut 0 saluran tuang ($ambar ). "engan temperatur logam cair ca ir konstan kons tan yaitu 80 C 0 . mampu mesin, sifat mampu las yang baik dimana meningkat dari 80 menjadi ,7, cetakan dan dari >< mempertimbangkan geometri co%er 8 piston kond kondis isii ters terseb ebut ut sang sangat at dipe diperl rluk ukan an dala dalam m *ield strenght . menjadi menjadi 2> (&Pa) (&Pa) mengalami co%er piston dibuat menjadi satu komponen dengan HASIL DAN PEMBAHASAN aplikas apl ikasiny inya. a. Penera Pen erapan pan bahan bahan aluminiu aluminium m penurunan dari >4A ke >> (&Pa), sedangkan elongasi pelepasan ke arah atas. edangkan saluran Produk kerja pengetertentu coran ymemerlukan ang dilakukanrekayasa pada mekanisme pada kondisi turun dari 2#4 ke >#8 B. 0 tuang dibuat dibua t menjadi menjadi dua bagian. &angacu pada Gambar 0 $eometri proses maupun bahan memperoleh kinerja pemanasan cetakan 20untuk C menunj menunjukka ukkan n Kashyap dan Chandrashekar# (200>)# susunan n geometr geometris is terseb tersebut# ut# maka maka mekani mekanisme sme piston . . yang optimum bah!a beberapa bagian produk mengalami cacat susuna dalam penelitiannya menggunakan bahan baku produk dilakukan dengan prosedur sebagai b Mendesain Pece!a"an nedingin rapan diepdan ecas!ing ngecobeberapa ran alumilokasi nium dterjadi engan pelepasan pertemuan alumin aluminium ium ++ A yang ditamb ditambahka ahkan n berikut' (>) melepas komponen cetakan saluran 7erdasarkan analisis geometri pistonyang ($ambar kekosongan terutama pada bagian berdinding cetakan tetap (die casting) merupakan salah satu master alloy +li>7. &ereka mengamati mematahkan sisa pengecoran >)# ptipis. eranca"ilihat ngadalam n dari cerekayasa takposisinya an dproses il,akucacat kauntuk n terjadi dememperoleh ngandiposisi tuang # (2) pengaruh terbosan penambahan master alloy saluran tuang dan () mengangkat cetakan mempertimbangkan bidang pisahnya . ujung uju ng dari da ri salu sa lura ran n utam ut ama a Kondisi tersebut kualitas produk dan efisiensi proses yang baik . tersebut terhadap holding time dan co%er perubahan . piston seperti menunjukkan ditunjukkan d alam $ambar 2. Cetakan piston 2 menunsatu jukkan bah!a bah!a mekanis untuk menjangka men u lokasi alah komponen yangjangkau dikerjakan dengan ukuran butir. ariabel yang digunakan berupa holding terdiri proses dari membentuk bagian . *ntuk tersetujuh budie t# komponen logam adalah cair piston telah m engalami time A0, 0, -0, 0, 20, >0# menit. Pengaruh casting sebagai komponen dalam# penurunan inti tersusun dari tiga bagian. Pelepasan . laju aliran bahkan sudah mendingin utama mesin mesin motor bakar. bakar. elain elain memiliki memiliki pada ukuran 1 butir ditampilkan dalam 1 cetakangeomteri inti dia!ali dengan bagian Penambahan Penam bahan material mater ial berikutnya beriku tnya akan mengisi meng isi bentuk grafik hubungan antara holding -time geomte ri yang relatif rela tifmelepas kompleks komple ks, piston harus tengah rongga inti yangkarakteristik bersatu kosong dengan denga n, bagian dasar yang pada karena batas dengan dengan ukuran butir.3 ,asil ,asil penelitiannya penelitiannya memiliki material mater ialtetapi yang terbaik 3 . Pelepasantersebut cetakan inti bagian samping dilakukan pertemuan terjadi sambungan dingin seperti holdingtime menjel men jelaska askan n bah!a bah !a maki m akin n singka sin gkat t beban operasi yang tinggi. &eng &engac acu u pada pada pada pada denganditunjukkan memukul inti ke arah radial lubang berupa dalam $ambar . melalui Cacat lainnya makin mengecil butir dan ukuran butir paling kecil kondisi kondisi tersebut# tersebut# proses proses pengecoran pengecoran . yang terjadi di ba!ah inti samping pada cetakan terjebaknya gas dan selubung penyusutan didapatkan pada holdingtime >0 sDd > menit. piston harus dapat mengeliminasi cacat yang co%er piston seperti ditunjukkan dalam $ambar . $inting, (><<8) meneliti metode mungkin terjadi dengan mengoptimalkan desain penguatan dengan penghalus butir pada paduan cetakannya. hipoeutektik +l-i <#-B i# menggunakan proses "alam rekayasa bahan, berbagai penelitian Gambar 3 &ekanisme komponen die-casting Parameter pelepasan yang digunakan diguna kan meliputi meliputi . Parameter telah dilakukan untuk meningkatkan 0 , 2. 0 cetakantemperatur co%er piston' melepas saluran tuang cetakan dengan %ariasi >00 C, 200 C, sifat mekanis aluminium, &ematahkan kan00sisa sis0a Csalura saldan uran npenambahan tuang# tuang# . +l6i &engan &eni gangka gkattdengan dan penam bahan +l6 ->7 diantaranya adalah dengan penambahan paduan i6 &ematah co%er piston 0,0A B# 0,>2B# 0,>8B# 0#2-B. ,asil ,asil 7 untuk penghalusan butir yang dilakukan oleh cetakan%ariasi &odifikasi minor akan dilakukanbah!a dalam semakin tahapan tinggi penelitiannya menunjukkan ajnar dan 9r:bel# (2004). 7ahan baku manufakturcetakan karena ke pertimbangan kerasan menurun dan dan butir aluminium yang digunakan adalah 3; +9- proses temperatur prosesnya semakin kasar Pada penambahan >8B i7 . 0, +l<<, dengan penambahan penambahan sebesar sebesar 2 ppm i = ppm 7 dari master alloy +li>7. "engan pengecoran diecasting , ,
.
.
.
.
.
.
3 Susilo Adi Widan!o d"" ptimasi "esain Cetakan "ie Casting *ntuk &enghilangkan Cacat Coran Pada Khasus Pengecoran Piston +luminium ., .,
Cacat terjebaknya gas dan penyusutan
Gamb Gambar ar # &odifikasi saluran masuk untuk meningkatkan kecepatan pengisian rongga cetak
"engan metode ini cacat tetap terjadi meskipun %olume cacat dapat terkurangi. "engan mem%ariasikan temperatur cetakan pada 20, 00, 20# 0 dan -00# %olume cacat semakin besar sebanding sebanding dengan peningkatan peningkatan temperatur temperatur pemanasan cetakan ($ambar 8). b. &odifikasi kedua dilakukan dengan cara memperbesar %olume saluran tuang ($ambar 4). ecara teoritis karena penyusutan aluminium relatif besar# maka sprue harus dibuat sebesar mungkin sehingga dapat berfungsi sebagai reser%oir logam cair. ampai beberapa saat setelah penuangan logam cair# bila disuatu lokasi mengalami ami penyusutan, maka pengisian logam cair di lokasi tersebut secara otomatis akan terjadi.
Gambar # &odifikasi dimensi sprue sebagai reser%oir bahan pada saat terjadi penyusutan.
"ari hasil pengujian pengecoran diperoleh bah!a dengan memperbesar %olume sprue# cacat di ba!ah co%er masih tetap terjadi. "ari fenomena tersebut disimpulkan bah!a cacat terjadi akibat terjebaknya gas dalam rongga cetak . Pada konstruksi di atas atas, aliran keluarya gas dari rongga cetak mela!an arah aliran logam cair. "i lokasi terjadinya cacat# cacat# ketebalan material paling tinggi sehingga sehingga ra!an ra!an terjadinya terjadinya penyusutan penyusutan. Pada kondisi yang sama gas yang terjebak terjebak terkumpul di lokasi tersebut. tersebut. Cacat yang terjadi terjadi merupakan merupakan gabungan gabungan akibat akibat penyusutan penyusutan dan terjebaknya terjebaknya gas seperti ditunjukkan dalam $ambar 8.
Pertemuan dingin 0
20 C 0
00 C
0
20 C
0
0 C
(b) Gambar 2 Cacat kekosongan dan pertemuan dingin yang terjadi pada dinding tipis 0 Pada pemanasan cetakan 20 C seluruh rongga terisi dengan baik . Cacat pertemuan dingin maupun kekosongan tidak terjadi. ;amun cacat terjebaknya gas dan penyusutan di ba!ah co%er tetap terjadi. edangkan pada temperatur temperatur 0 pemanasan cetakan 0 dan -00 C permukaan hampir seluruh dinding piston bagian luar tidak rata dan cacat penyusutan terjadi di berbagai lokasi. Cacat terjebaknya gas dan penyusutan di ba!ah co%er semakin besar. "ari kondisi ini disimpulkan bah!a peningkatan temperatur cetakan akan meningkatkan %olume gas yang harus dibuat dari rongga cetak . Pada sisi yang lain proses pembuangan gas tidak begitu baik sehingga gas cenderung terjebak dalam produk cor. Persoalan cacat yang terjadi di ba!ah co%er piston antara lain menunjukkan bah!a pada lokasi tersebut terjadi penyusutan akibat laju pendinginan yang relatif lambat akibat keterlambatan suplai maupun ketebalan dimensi yang tinggi. *ntuk mengatasi persoalan tersebut beberapa modifikasi cetakan dilakukan dengan pertimbangan sbb' .
a. uplai logam cair dipercepat dengan menambah menambah saluruan tuang pada lokasi yang mendekati cacat. ,al ini dilakukan dengan mencabang saluran masuk pada komponen saluran tuang ($ambar A).
4 Susilo Adi Widan!o d"" ptimasi "esain Cetakan "ie Casting *ntuk &enghilangkan Cacat Coran Pada Khasus Pengecoran Piston +luminium ., .,
o
optimal cetakan dicapai pada 20 C. Pada kondisi tersebut diperoleh kualitas permukaan produk cor terbaik dan cacat dapat dihilangkan. 'ESIMP(LAN "alam desain cetakan die casting, kesesuaian arah aliran gas dan arah aliran logam cair merupakan aspek dominan untuk mencegah terjadinya cacat terjebaknya gas. "esain saluran tuang dari samping merupakan metode yang optimal untuk mencegah terjadinya cacat tersebut. "engan konstruksi cetakan piston tunggal dan metode pemanasan cetakan dari samping, o temperatur optimal cetakan dicapai pada 20 C. Pada pemanasan cetakan yang lebih tinggi# cacat porositas dominan terjadi pada sisi permukaan maupun pada bagian ba!ah co%er. "an bila o temperatur cetakan di ba!ah 00 C, cacat pertemuan dingin akan terjadi terutama di lokasi berdinding tipis. DA6%A) P(S%A'A DA6%A) P(S%A'A $o@i /. dan 3guiabal P., (200-), H,igh Pressure "ie Casting (,P"C) of +d%aned Ieinforce Ieinforced d +luminium +luminium +lloysJ +lloysJ, +a ,etallurgia +taliana , pp. -6 -8. 2. $inting.# (><<8)# HPenguatan dengan Penghalusan Penghalusan 7utir Pada Paduan ,ipoeutektik +l-i <,-Bi -BiJ# J# Buletin +P- ;o. ol. # "esember ><<4 L /anuari ><<8, >2 ; 08- L -400. 0 -00 . Kashyap, K .. dan Chandrashekar , ., C (200>) , H3ffect and mechanisms of grain Gambar 7 Cacat yang terjadi diba!ah co%er refinement in aluminium alloysJ, Bull ,ater piston yang kondisinya dipengaruhi oleh temperatur &ci, ol.- no.- +ugust . 200> , pp. -- . pemanasan cetakan. -. ajnar /. dan 9r:bel ., (2004), Hnoculation of aluminium aluminium !ith titanium titanium and boron "engan memperbaiki aliran logam cair dan addition# /',,0 /ournal o1 'chievements in , cacat berpeluang besar untuk aliran gas ,aterials and ,anu1acturing 0ngineering , ol. dihilangkan. "engan mengubah arah aliran logam 2. /uly 2004. cair sehingga arah aliran tersebut t urut mendorong gas keluar dari rongga cetak merupakan solusi atas terjadinya cacat tersebut. &odifikasi cetakan seperti ditunjukkan dalam $ambar <. saluran tuang a!al digunakan sebagai open riser# riser# sedangkan saluran +%ailable online at 9ebsite http'DDejournal.undip.ac.idDindeG.phpDrotasi tuang tuang baru ditambahkan pada pada sisi samping dan saluran masuk melalui dinding tipis bagian ba!ah piston.
>.
.
Saluran tuang
Gambar 5 &odifikasi cetakan dengan menggunakan saluran tuang samping. .
,asil pengujian cor menunjukkan bah!a cacat di ba!ah co%er piston tidak terjadi. emperatur
