Apa itu Pengecoran Logam?

Pengecoran logam, proses pengerjaan logam yang melibatkan logam cair dan cetakan, telah ada selama ribuan tahun.

Sepanjang sejarahnya, pengecoran logam telah digunakan untuk membuat segala sesuatu mulai dari pedang hingga turbin angin, dan saat ini merupakan salah satu metode paling berharga dan serbaguna untuk membuat komponen logam berkualitas tinggi.

Panduan ini membahas dasar-dasar pengecoran logam, termasuk berbagai variannya — die casting, investment casting, dll. — dan pengecoran logam yang paling umum.

Apa itu pengecoran logam?

Pengecoran logam adalah jenis proses pengecoran yang melibatkan menuangkan logam cair cair ke dalam cetakan.

Bagian dalam cetakan didesain dengan kesan negatif terhadap bagian yang dibuat, sehingga ketika logam cair mendingin dan mengeras di dalam cetakan, maka akan berbentuk bagian akhir. Bagian yang sudah jadi kemudian dapat dikeluarkan dari cetakan.

Tergantung pada bagian yang dibuat dan logam yang digunakan, ada berbagai jenis pengecoran logam, yang masing-masing memiliki keunggulan tersendiri. Pola, cetakan, dan teknik pengisian bisa sangat bervariasi antar varietas.

Meskipun pengecoran logam adalah proses serbaguna, komponen cor mempunyai batasan desain tertentu, dan insinyur harus memperhitungkan penyusutan logam selama tahap pendinginan.

Memahami Pengecoran Logam

Yang sentral Pengecoran logam Prosesnya melibatkan pemanasan logam, menuangkannya ke dalam cetakan, menunggu hingga dingin dan mengeras, lalu mengeluarkan bagian yang sudah jadi dari cetakan. Pada kenyataannya, terdapat lebih banyak tahapan dalam proses tersebut, dan proses pengecoran logam yang berbeda bekerja dengan cara yang berbeda pula.

Berikut ini adalah gambaran sederhana dari proses pengecoran logam. Perhatikan bahwa beberapa langkah bervariasi untuk varian casting yang berbeda, sementara beberapa lainnya dihilangkan sama sekali.

1. Membuat pola: Dimulai dari awal, banyak proses pengecoran logam memerlukan pembuatan pola, duplikat dari bagian akhir yang digunakan untuk membuat cetakan. Pola dapat bersifat permanen atau dapat dibuang, dan dapat dibuat dari bahan seperti lilin, kayu, dan plastik.

2. Membuat inti: Untuk pengecoran bagian berongga, mungkin perlu merancang inti, yaitu sepotong bahan padat yang ditempatkan di dalam rongga cetakan yang membentuk geometri bagian dalam bagian cor. (Misalnya, inti silinder dalam cetakan silinder yang lebih besar akan menghasilkan bagian cor berbentuk tabung.)

3. Pembuatan cetakan: Cetakan dibuat dengan cara yang berbeda-beda tergantung prosesnya. Misalnya cetakan logam permanen dapat dibuat dengan menggunakan mesin CNC, sedangkan cetakan pasir dibuat dengan mengoleskan campuran pasir pada bagian luar suatu pola. Praktek pembuatan cetakan dikenal sebagai pembuatan cetakan dan merupakan disiplin ilmu spesialis.

4. Pengisian cetakan: Logam dipanaskan hingga meleleh, kemudian dituang atau dimasukkan ke dalam cetakan. Dalam pengecoran gravitasi, misalnya, material cair dituangkan ke bawah ke dalam rongga; dalam die casting bertekanan tinggi, ia dipaksa masuk ke dalam rongga dengan tekanan tinggi, dengan gaya penjepitan yang tinggi diperlukan untuk menjaga die tetap aman.

5. Melepaskan bagian: Setelah bagian cor mendingin dan mengeras, bagian tersebut dikeluarkan dari cetakan. Untuk proses seperti pengecoran pasir, ini berarti cetakan harus dihancurkan agar dapat mencapai bagian dalamnya; untuk cetakan permanen, kedua bagian cetakan logam ditarik terpisah dan siap digunakan kembali.

6. Pasca-pemrosesan: Bagian logam tuang mungkin perlu dibersihkan — misalnya untuk menghilangkan sisa-sisa cetakan — atau langkah pasca-pemrosesan lainnya sebelum siap digunakan.

Keuntungan pengecoran logam

Ada banyak alasan untuk memilih pengecoran logam dibandingkan opsi pengerjaan logam lainnya seperti penempaan atau permesinan CNC. Beberapa manfaat utama pengecoran logam meliputi:

• Cocok untuk produksi massal
• Dapat menghasilkan komponen yang besar dan berat
• Dapat menghasilkan bagian berdinding sangat tebal
• Cocok untuk komponen satu bagian yang besar (bukan komponen rakitan)
• Kualitas bantalan yang sangat baik
• Ideal untuk beberapa paduan ringan
• Fleksibilitas material

Keterbatasan pengecoran logam mencakup cacat yang tidak dapat dihindari, keakuratan dimensi yang terbatas (dibandingkan dengan misalnya permesinan CNC), padat karya, dan biasanya jumlah pesanan minimum yang tinggi.

Jenis utama pengecoran logam

Pengecoran mati

Salah satu jenis pengecoran logam yang paling penting untuk bagian yang rumit dan detail, pengecoran mati menggunakan dua cetakan baja perkakas yang dapat digunakan kembali sebagai perkakas. Prosesnya mirip dengan cetakan injeksi plastik: bahan cair dipaksa masuk ke dalam rongga dengan tekanan tinggi, yang memungkinkan para insinyur membuat bagian-bagian dengan detail yang halus.

Biaya pembuatan cetakan khusus tinggi, sehingga prosesnya lebih umum dilakukan dalam produksi massal. Namun, setelah diproduksi, cetakan ini dapat digunakan berkali-kali. Die casting cenderung memiliki permukaan akhir yang sangat baik.

Die casting aluminium dan die casting magnesium keduanya banyak digunakan untuk suku cadang berkualitas tinggi.

Pengecoran gravitasi

Seperti halnya die casting, pengecoran gravitasi adalah cara pengecoran logam menggunakan cetakan logam yang dapat digunakan kembali. Namun, pengecoran gravitasi bergantung pada gaya gravitasi untuk memindahkan logam cair melalui cetakan, dari atas ke bawah, bukan pada tekanan. Cetakan harus dipanaskan terlebih dahulu sebelum pengecoran pertama dan sering kali dibuat dari besi tuang karena kelelahan termalnya yang rendah.

Pengecoran gravitasi mendahului semua teknik pengecoran logam lainnya, dengan komponen cor gravitasi yang sudah ada selama ribuan tahun. Ini adalah bentuk pengecoran cetakan permanen; alternatif untuk proses pengecoran gravitasi termasuk tekanan gas dan vakum.

Pengecoran investasi (pengecoran lilin yang hilang)

Pengecoran investasi atau pengecoran lilin hilang adalah cara pengecoran logam menggunakan pola dan cetakan yang dapat dibuang: kedua benda tersebut akan hancur selama proses pengecoran (walaupun lilin yang meleleh sering kali dapat digunakan kembali).

Seperti pengecoran gravitasi, pengecoran investasi berusia ribuan tahun. Selama proses pengecoran lilin yang hilang, sebuah pola dibuat dari lilin atau bahan sejenisnya — terkadang dengan tangan, terkadang menggunakan printer resin 3D — sebelum bahan tahan api dituangkan di sekitar pola untuk membuat cetakan.

Investasinya adalah lapisan keramik yang diaplikasikan di sekitar pola yang kemudian berfungsi sebagai cetakan logam cair. Lapisan keramik ini dihilangkan melalui proses yang disebut divestasi.

Pengecoran pasir

Pengecoran pasir adalah metode pengecoran logam sederhana yang sudah berusia berabad-abad dan lebih terjangkau dibandingkan teknik alternatif. Menggunakan pasir (dicampur dengan bahan pengikat seperti tanah liat) sebagai bahan cetakan, dan cetakannya mampu menahan panas tinggi.

Pada proses pengecoran pasir, suatu pola direndam dalam pasir yang terdapat dalam kotak khusus yang disebut labu. Dengan memadatkan pasir di sekitar pola, cetakan dapat dibuat untuk menuangkan logam cair.

Pasir yang digunakan dalam proses pengecoran logam dapat berupa pasir hijau (tanah liat basah) atau pasir udara (pasir kering dengan perekat).

Proses pengecoran lainnya

Ada lusinan proses pengecoran logam lainnya yang digunakan dalam manufaktur, termasuk pencetakan lempung dan pencetakan cangkang — keduanya merupakan proses cetakan yang dapat dibuang — dan proses cetakan permanen seperti pengecoran sentrifugal dan pengecoran kontinyu.

Tekanan pengecoran: tinggi atau rendah?

Pengecoran logam mati adalah proses pengerjaan logam yang berharga, dan dapat dibagi menjadi dua kategori lebih lanjut: die casting bertekanan tinggi dan die casting bertekanan rendah. Memilih tekanan yang tepat bergantung pada faktor-faktor seperti material, ketebalan dinding, dan ukuran komponen.

Die casting bertekanan tinggi adalah teknik yang lebih umum dibandingkan die casting bertekanan rendah, dan digunakan dua kali lebih sering.

Ideal untuk paduan lunak seperti aluminium dan seng, die casting bertekanan tinggi melibatkan pemaksaan logam cair ke dalam cetakan dengan tekanan tinggi dan kecepatan tinggi, sehingga memerlukan tekanan yang kuat untuk menjaga cetakan tetap tertutup. Oleh karena itu, prosesnya lebih mahal daripada die casting bertekanan rendah.

Keuntungan die casting bertekanan tinggi:

• Produksi cepat
• Dinding tipis mungkin
• Permukaan akhir halus
• Penyusutan minimal

Die casting bertekanan rendah adalah bentuk die casting yang lebih lambat yang memaksa logam cair masuk ke dalam cetakan dengan lebih lembut. Sangat cocok untuk paduan dengan titik leleh rendah. Meskipun lebih lambat dibandingkan die casting bertekanan tinggi, proses pengecoran logam pada tekanan rendah cocok untuk geometri yang kompleks dan dapat menghasilkan komponen yang sangat kuat.

Keuntungan die casting bertekanan rendah:

• Bagian yang kuat
• Geometri yang kompleks

Logam yang dapat dicor

Berbagai logam cocok untuk proses pengecoran. Namun, tiga bahan pengecoran yang paling umum diterima oleh Kbear Metal adalah aluminium, seng, dan magnesium.

Pengecoran aluminium

Pengecoran aluminium adalah cara paling luas untuk membentuk aluminium. Ini digunakan untuk memproduksi barang-barang seperti suku cadang industri dan otomotif seperti transmisi dan mesin dari paduan seperti A380 dan A383.

Ada beberapa cara untuk melakukan pengecoran aluminium. Pengecoran aluminium mati sangat baik untuk produksi volume tinggi karena kecepatan dan penyelesaian permukaannya yang sangat baik; pengecoran cetakan permanen cocok untuk komponen aluminium berkekuatan ekstra; dan pengecoran pasir cocok untuk pengecoran aluminium dalam jumlah kecil dan geometri yang rumit.

Terlepas dari proses pengecorannya, pengecoran aluminium menghasilkan komponen yang kuat dan ringan sehingga sangat serbaguna.

Pengecoran seng

Paduan seng adalah logam yang populer, terjangkau, dan banyak tersedia yang cocok untuk pengecoran. Pengecoran seng biasanya melibatkan die casting bertekanan tinggi, memungkinkan tingkat produksi yang tinggi dan persyaratan pasca-pemrosesan yang minimal.

Karena fluiditas pengecoran seng yang tinggi, pengecoran seng dapat menghasilkan bagian-bagian dengan dinding yang sangat tipis dan detail yang halus. Seng juga dapat dibentuk dingin agar penyatuannya lebih baik.

Produsen dapat memilih antara paduan seng ZAMAK atau paduan seng-aluminium (ZA). Suku cadang seng cor meliputi komponen otomotif, suku cadang AC, dan komponen elektronik.

Pengecoran magnesium

Pengecoran — khususnya die casting bertekanan tinggi — sejauh ini merupakan proses pengerjaan logam yang paling umum untuk membuat komponen magnesium, yang mencakup sekitar 98% produksi komponen magnesium.

Karena magnesium adalah logam struktural yang paling ringan, ia ideal untuk aplikasi yang lebih ringan. Keuntungan lain dari pengecoran magnesium mencakup dinding yang sangat tipis, detail yang sangat baik, dan rasio kekakuan terhadap berat yang baik.

Dalam jumlah kecil, komponen magnesium juga dapat dibuat menggunakan pengecoran plester, meskipun die casting magnesium paling baik untuk aplikasi profesional.

Kesimpulan

Kesimpulannya, Pengecoran logam adalah proses manufaktur kuno yang telah berkembang secara signifikan selama berabad-abad, memungkinkan produksi beragam produk, mulai dari komponen mesin yang rumit hingga struktur industri skala besar. Fleksibilitas dan efisiensinya menjadikannya pilihan utama di berbagai industri, termasuk otomotif, dirgantara, dan barang konsumsi.

Berbagai teknik pengecoran—mulai dari pengecoran mati hingga pengecoran pasir—menawarkan keunggulan berbeda yang disesuaikan dengan aplikasi berbeda, memungkinkan para insinyur mencapai desain, toleransi, dan sifat material tertentu. Meskipun ada beberapa keterbatasan yang melekat, seperti potensi cacat dan kebutuhan tenaga kerja yang tinggi, manfaat pengecoran logam, termasuk efektivitas biaya untuk produksi massal dan keserbagunaan material, terus memperkuat peran pentingnya dalam manufaktur modern.

Ketika produsen menghadapi peningkatan permintaan akan geometri kompleks dan komponen ringan, inovasi dalam proses pengecoran logam kemungkinan akan membuka jalan bagi peningkatan berkelanjutan dalam hal presisi dan efisiensi. Dengan memahami dasar-dasar dan seluk-beluk pengecoran logam, para profesional industri dapat memanfaatkan teknik manufaktur yang berharga ini dengan lebih baik untuk menciptakan komponen logam berkualitas tinggi yang memenuhi standar kinerja ketat saat ini.

Referensi

• Ensiklopedia Britannica. “Pengecoran Logam.” Inggris
• ASM Internasional. “Proses Pengecoran.” ASM.org
• Schmid, H. (2019). Proses Manufaktur untuk Bahan Teknik. Pendidikan Pearson.
• D.F.Pritchett. (2012). Teknologi Pengecoran. Penerbitan Woodhead.
• Callister, WD, & Rethwisch, DG (2018). Ilmu dan Teknik Material: Suatu Pengantar. Wiley.