Menyiapkan Pasir Cetak

Transkripsi

1 SUMBER BELAJAR PENUNJANG PLPG 2016 MATA PELAJARAN/PAKET KEAHLIAN TEKNIK PENGECORAN LOGAM Menyiapkan Pasir Cetak Arianto Leman Soemowidagdo KEMENTERIAN PENDIDIKAN DAN KEBUDAYAAN DIREKTORAT JENDERAL GURU DAN TENAGA KEPENDIDIKAN 2016

2 BAB 4 PASIR CETAK A. SUB KOMPETENSI Penyiapan pasir cetak pada proses pengecoran logam dapat dipahami dan dijelaskan dengan benar. B. TUJUAN KEGIATAN PEMBELAJARAN Mahasiswa mampu menjelaskan dengan benar Penyiapan pasir cetak pada pengecoran logam. C. URAIAN MATERI 1. Syarat Pasir Cetak Pasir cetak yang baik digunakan untuk membuat cetakan harus memenuhi persyaratan sebagai berikut (Surdia & Chijiiwa, 1976): a. Mempunyai sifat mampu bentuk sehingga mudah dalam pembuatan cetakan dan memiliki kekuatan yang sesuai sehingga tidak rusak jika dipindah-pindah letaknya dan mampu menahan logam cair saat dituang kedalam rongga cetak. b. Permeabilitas pasir yang sesuai. Permeabilitas berhubungan erat dengan keadaan permukaan coran. Permeabilitas menentukan seberapa besar kemampuan pasir cetak mengalirkan gas-gas dari cetakan atau logam cair mampu dilepaskan selama penuangan. Permeabilitas yang rendah menyebabkan kulit coran lebih halus karena gelembung udara terjebak didalam cetakan dan mengahasikan cacat permukaan pada coran. c. Distribusi ukuran besar butir pasir sesuai. Hal ini terkait dengan dua hal diatas agar terpenuhi sifat mampu bentuk yang baik dan mudahnya gas-gas keluar dari dalam rongga cetakan. d. Tahan terhadap tingginya suhu logam cair selama penuangan. Pasir dan bahan pengikat harus tahan suhu tinggi sehingga dinding dalam rongga cetakan tidak rontok saat penuangan logam cair. 1

3 e. Perbandingan komposisi yang sesuai antara bahan baku pasir dengan bahan pengikat atau tambah lainnya. f. Pasir harus dapat digunakan berulang-ulang sehingga lebih ekonomis. 2. Macam Pasir Pasir cetak yang umum digunakan adalah pasir gunung, pasir pantai, pasir sungai dan pasir silika (pasir kuarsa) (Surdia & Chijiiwa, 1976). Beberapa dari pasir tersebut ada yang langsung dapat dipakai tetapi ada yang harus dipecah-pecah dulu sehingga ukuran butirannya sesuai. Jika kadar tanah liatnya kurang mencukupi biasanya ditambahkan bahan pengikat seperti bentonit, ter, grafit maupun resin (furan maupun fenol) sehingga daya ikatnya lebih baik. Pasir gunung yang umumnya mengandung lempung dan kebanyakan dapat dipakai setelah dicampur air. Pasir dengan kadar lempung % dapat dipakai begitu saja. Pasir dari daerah Juwana, Pati dan dari daerah Ceper, Klaten adalah contoh pasir yang langsung dapat dipakai. Pasir pantai diambil dari pantai dan pasir kali diambil dari kali. Pasir pantai, pasir kali, pasir silika alam, dan pasir silika buatan tidak melekat dengan sendirinya, oleh karena itu dibutuhkan pengikat untuk mengikat butir-butirnya satu sama lain dan baru dipakai setelah pencampuran. 3. Susunan Pasir Cetak a. Bahan baku pasir Pasir cetak yang paling lazim dipergunakan adalah pasir gunung berasal dari gunung berwarna cenderung hitam, pasir pantai berasal dari pantai laut berwarna coklat agak kehitaman, pasir sungai berasal dari sungai berwarna kehitaman, dan pasir silika berasal dari persediaan alam berwarna kekuningan. Dalam praktiknya bahan-bahan pasir dipilih dengan ukuran yang sesuai sehingga dapat langsung dipakai begitu saja. Bentuk butir pasir ada yang bulat, sebagian bersudut, bersudut, dan berkristal. (Gambar 4.1.). Pasir dengan butiran bulat baik digunakan sebagai bahan pasir cetak, karena diperlukan jumlah bahan pengikat yang sedikit untuk memperoleh kekuatan dan permeabilitas yang sesuai, serta memiliki sifat alir yang baik sekali. Sebaliknya pasir 2

4 berbutir kristal kurang baik karena ketahanan api dan permeabilitasnya buruk. Pasir cetak umumnya terdiri atas butiran-butiran dengan ukran berviriasi. Butiran pasir yang baik adalag sedemikian rupa sehingga dua pertiga dari butir-butir psir dengan ukuran dari toga mesh berurutan dan sisanya dari ukran mesh berikutnya. Jadi pasir dengan ukuran butiran beragam adalah lebih baik. Gambar 4.1. Bentuk butir-butir pasir cetak (Surdia & Chijiiwa, 1976) b. Bahan tambah Selain pasir sebagai bahan baku dalam jumlah banyak dibutuhkan (sampai 85 %) pada pembuatan cetakan, juga dibutuhkan bahan tambah lain (Tiwan, 2010). Tanah liat/lempung dengan ukuran butir antara 0,005 mm s.d 0,02 mm ditambahkan sebagai pengikat pasir dengan jumlah maksimum 16%. Bentonit sejenis tanah liat sangat baik digunakan sebagai pengikat pasir silika mencapai ±10%. Biasanya campuran pasir cetak ditambah pula bahan pengikat tambahan seperti; air (1,5 8 %), tetes gula (8 10 %), dekstrin/kanji (±1%), semen (±10%), resin (4-7%), dan atau tepung grafit (±1%). Tidak ada ketentuan pasti mengenai komposisi campuran pasir cetak, dikarenakan banyak variabel lain yang sangat berkaitan satu dan lainnya. 4. Sifat-sifat Pasir Cetak a. Pasir cetak basah Sifat pasir cetak dalam keadaan basah berkaitan dengan kemudahan pembuatan cetakan (Surdia & Chijiiwa, 1976). Sifat pasir cetak basah sangat dipengaruhi bahan pengikat dan kadar air. Pada pembuatan cetakan, kadar air harus tepat agar cetakan 3

5 tidak mudah pecah. Kadar air di dalam pasir cetak berpengaruh pada permeabilitas cetakan. Pengaruh kadar air dan kadar lempung pada pasir cetak dapat dilihat pada Gambar 4.2. Demkian juga pada cetakan pasir dengan pengikat bentonit. Pengaruh kadar air dan bentonit terhadap kekuatan pasir cetak dapat dilihat pada Gambar 4.3. Gambar 4.2. Pengaruh kadar air dan kadar lempung terhadap kekuatan pasir cetak (Surdia & Chijiiwa, 1976) Gambar 4.3. Pengaruh kadar air dan bentonit pada kekuatan pasir cetak (Surdia & Chijiiwa, 1976) b. Pasir cetak kering Sifat pasir cetak kering berkiatan dengan kekuatan pasir cetak setelah cetakan dikeringkan (Surdia & Chijiiwa, 1976). Hal ini perlu diketahui untuk mennentukan kekuatan pasir cetak setelah kering. Sifat-sifat ini dipengauhi oleh komposisi cetakan saat dibuat. Dalam kasus ini kadar air dan bahan pengikat akan mempengaruhi 4

6 kekuatan pasir cetak saat kering. Pengaruh kadar air dan bahan pengikat terhadap kekuatan pasir cetak dalam keadaan kering dapat dilihat pada gambar 4.2 dan 4.3. c. Penguatan oleh udara Perubahan kekuatan pasir cetak selama pengeringan dari kondisi pasir cetak basah menjadi kering disebut sifat penguatan oleh udara (Surdia & Chijiiwa, 1976). Penguatan ini disebabkan oleh penguapan pada permukaan cetakan dan pergerakan air dalam pasir cetak. Penguapan air pada permukaan akan menaikkan kekerasasn permukaan yang tergantung komposisi pasir, pemadatan, dan kondisi disekitar cetakan (suhu udara luar, kelemababan dan sebagainya). d. Sifat-sifat panas Karakteristik pasir cetak terhadap suhu tinggi dari cairan logam saat dituangkan disebut sebagai sifat-sifat panas pasir cetak. Karakteristik ini meliputi: kekuatan panas, pemuaian pasir dan perubahan bentuk pasir cetak saat dikenai logam cair. Gambar 4.4. memperlihatkan karakteristik pemuaian panas pasir cetak, sedang Gambar 4.5 memeprlihatkan krakterisitik kekuatan tekan panas dan deformasi panas pasir cetak. Gambar 4.4. karakterisitik pemuaian panas pasir cetak (Surdia & Chijiiwa, 1976) e. Sifat-sifat sisa Sifat-sifat sisa pasir cetak berkaitan dengan sifat pasir setelah penuangan. Pasir cetak yang baik memiliki sifat mampu ambruk yang baik sada saat pembongkaran 5

7 cetakan. Sifat mampu ambruk yang baik ini dibutuhkan agar mudah membersihkan sisa-sisa pasir cetak dari coran setelah proses penuangan. Kemudahan membersihkan sisa pasir dari coran menjadikan pasir tidak tercecer kemana-mana sehingga mudah dikumpulkan dan dapat diaur ulang untuk digunakan lagi. Gambar 4.5. krakterisitik kekuatan tekan panas dan deformasi panas pasir cetak (Surdia & Chijiiwa, 1976) 5. Komposisi Pasir Cetak Terdapat banyak jenis-jenis pasir yang dapat dipakai untuk membuat cetakan pasir. Jenis-jenis pasir yang akan dijelaskan berikut adalah pasir cetak yang umum digunakan industri-industri pengecoran logam di Ceper, Klaten, Jawa Tengah. a. Pasir greensand Cetakan ini dibuat dari pasir silica SiO2 yang dicampurkan dengan bahan aditif antar lain: bentonit, coal dust, dan lain lain. Kompisisi campurannya adalah (Logam Ceper, Pasir cetak dalam Pengecoran Logam, 2014): 1) Bahan dasar: pasir kuarsa : 80 % - 90 % 2) Bahan pengikat: bentonit 8 % 3) Air: 4 % - 5 % b. Pasir cetak CO2 proses Pasir cetak ini juga disebut sebagai cetakan pasir kering karena kadar air yang terdapat dalam cetakan tersebut sedikit (Logam Ceper, Pasir cetak dalam Pengecoran 6

8 Logam, 2014). Pasir cetak CO2 proses adalah suatu metode pembuatan pasir cetak dengan cara mengalirkan gas CO2 pada suatu pasir cetak dengan komposisi tertentu. Proses pembuatan cetakan dengan cara ini mudah dan tidak memerlukan proses pengeringan untuk mengeraskannya. Pasir yang digunakan dalam proses ini adalah pasir silika dengan kadar lempung rendah. Bahan-bahan tambahnya meliputi: air kaca (water glass) dan gas C02. Kedua bahan tambah tersebut merupakan reaktan dalam proses pengerasan dan dapat dicampur dengan gula tetes. Gula tetes adalah salah satu zat organik sampingan dari proses pembuatan gula, untuk mempermudah pembongkaran cetakan. Komposisi pasir cetak dalam pembuatan pasir CO2 proses adalah: 1) Pasir silika ±90 %. 2) Air kaca/water glass 3 6 % dengan syarat air kaca memilki perbandingan molekul SiO2 dan Na2O kurang dari 2,5 % dan air yang bebas dibawahs 50 % serta mempunyai viskositas tendah. 3) Gula tetes ± 4,5 % Cara pembuatan pasir CO2 proses adalah sebagai berikut: Campurkan pasir s!lika, air kaca dan gula tetes selama 5 menit. Campuran diisolasi dari udara luar dalam suatu wadah/bejana. Masukkan olahan pasir ke dalam cetakan dan padatkan dengan tangan tanpa bantuan alat. Pengerasan cetakan dilakukan dengan mengalirkan gas CO2. Gambar 4.6 memperlihatkan ilustrasi pembuatan cetakan pasir CO2 proses. Gambar 4.6. pembuatan inti pasir dengan CO2 proses (Surdia & Chijiiwa, 1976) c. Pasir cetak semen proses Pasir cetak semen proses adalah pasir cetak yang berkomposisikan pasir silika SiO2 dan semen sebagai pengikatnya. Bahan aditif lain seperti gula tetes ditambahkan 7

9 sebagai bahan yang dapat memudahkan pembongkaran cetakan. Kompisisi campurannya adalah (Logam Ceper, Pasir cetak dalam Pengecoran Logam, 2014): 1) Pasir silika. 2) Semen: 6-12%. 3) Air: 4-8%. 4) Gula tetes: 3-5% d. Pasir furan Pasir cetak dengan pengikat resin furan atau fenol. Kompisisi pasir ini adalah (Logam Ceper, Pasir cetak dalam Pengecoran Logam, 2014): 1) Pasir kuarsa: 90 %. 2) Resin Furan atau Fenol: 0,8-1,2 %. 3) Pengeras (hardener): a) Resin furan: asam fosfat (H3P04) b) Fenol: biasanya Asam Tolualsulfon (PTS) Pasir cetak akan segera mengeras dengan sendirinya jika resin bertemu dengan pengeras, oleh karena itu biasanya pengeras dicampurkan dengan cara ditaburkan setelah campuran pasir cetak dan resin dimasukkan ke dalam rangka cetak. Jika pengeras telah dicampurkan ke dalam adukan pasir dan resin, maka pasir cetak harus segera dimasukkan ke dalam rangka cetak sebelum pasir mengeras. 6. Penyiapan Pasir Cetak Cetakan pasir umumnya dibuat dari pasir baru atau pasir daur ulang (Tiwan, 2010). Sebelum dipakai dalam pembuatan cetakan, pasir perlu disiapkan lebih dahulu. Pasir cetak disiapkan dengan perlakuan-perlakuan: penggilingan pasir, penyampuran pasir, pengayaan pasir, pemisahan dari sisa coran, dan pendinginan. a. Penggilingan pasir Pasir alam atau pasir sisa pengecoran masih berbentuk gumpalan-gumpalan. Pasri yang masih menggumpal dihancurkan menjadi butiran pisah melalui perlakuan penggilingan. Proses ini dilakukan menggunakan alat bantu mesin giling. Penggilingan dilakukan sampai semua butiran pasir terpisah. Contoh mesin penggiling pasir tampak pada Gambar

10 Gambar 4.7. Mesin penggiling pasir b. Penyampuran pasir Kualitas pasir cetak biasanya dijaga dengan cara menyampur pasir sisa dengan pasir baru. Penyampuran pasir dilakukan dengan mesin penyampur pasir seperti terlihat pada Gambar 4.8. Gambar 4.8. Mesin pencampur pasir (Surdia & Chijiiwa, 1976). Gambar 4.9. Mesin pengayak pasir (Surdia & Chijiiwa, 1976). c. Pengayakan pasir Pasir cetak perlu di ayak untuk memisahkan gumpalan-gumpalan pasir yang masih tersisa serta kotoran-kotoran yang terdapat dalam pasir cetak. Mesin pengayak pasir dapat dilihat pada gambar

11 d. Pemisahan dari coran sisa Pada pasir cetak sisa biasanya banyak terdpat serpihan-serpihan logam sisa pengecoran. Serpihan-serpihan ini perlu dipisahkan untuk menjaga kulitas pasir cetak. Pada pasir cetak sisa pengecoran baja cor atau besi cor pemisahan serpihan-serpihan logam dilakukan menggunakan mesin pemisah magnet. e. Pendinginan pasir Pendinginan pasir dilakukan pada pasir cetak sisa yang suhunya masih relatit tinggi. Proses pendinginan dilakukan dengan mengangin-anginkan pasir cetak sehingga didinginkan oleh udara. Mesin pendingin pasir cetak dapat dilihat pada gambar Gambar Alat pendingin pasir tegak (Surdia & Chijiiwa, 1976) 10

12 DAFTAR PUSTAKA Bibliography Wikipedia. (2016, Januari 7). Retrieved Juli 26, 2016, from Wikipedia.org: Amshori, N. C. (2014). Metalurgi. Retrieved Juli 24, 2016, from Pola Pengecoran: Callister, Jr., W. D. (2001). Fundamentals of Materials Science adn Engineering. New York: John Wiley & Sons, Inc. hestyawan, R. (n.d.). Retrieved Juli 22, 2016, from Logam Ceper. (2014, Agustus 18). Aluminium dalam Pengecoran. Retrieved Juli 19, 2016, from logamceper.com: Logam Ceper. (2014, Agustus 18). Pasir cetak dalam Pengecoran Logam. Retrieved April 16, 2016, from logamceper.com: Logam Ceper. (2014, Agustus 19). Tembaga dalam Pengecoran. Retrieved Juli 19, 2016, from logamceper.com: Ngatiman. (2016). Modul Pengecoran Logam Aluminium. Yogyakarta: Pendidikan Teknik Mesin, FT UNY. Smith, W. F. (1990). Principles of Materials Science and Engineering. Singapore: McGraw-Hill. Supendi, V. (2012). Pola. Retrieved Juli 24, 2016, from Jejak Metalurgis: Surdia, T., & Chijiiwa, K. (1976).. Jakarta: PT. PRADNYA PARAMITA. Tiwan. (2010). Modul Ilmu Bahan Teknik. Yogyakarta: FT UNY. 11