Proses Pengecoran Logam

PROSES MESIN DIE CASTING HPDC

A. Pengertian Die Casting

Die Casting Mechine merupakan suatu mesin produksi pencetak produk casting dalam  Pengecoran logam alumunium. Pengertian casting sendiri yaitu: proses pencetakan logam ( dari logam cair menjadi bentuk produk padat ) dengan tekanan. Adapun macam/jenis proses casting sendiri terbagi menjadi 2, yaitu:

1.    Low Pressure Die Casting (LPDC) : Yaitu proses casting dengan menggunakan tekanan rendah. Biasa di pakai dalam Gravity Casting, yaitu proses pencetakannya memanfaatkan gaya gravitasi.

2.    High Pressure Die Casting (HPDC) : Yaitu proses casting dengan menggunakan tekanan tinggi. Dalam proses pencetakannnya di butuhkan tekanan yang relatif tinggi untuk menghasilkan sebuah produk casting. Khususnya dalam tekhnologi Die Casting  proses pencetakan  memakai sebuah cetakan atau MOLD yang mempunyai tingkat presisi yang tinggi, sehingga proses pencetakannya dapat dilakukan berulang-ulang dengan hasil produk  yang sama dalam bentuk maupun ukurannya.

B. Pengertian Die Casting HPDC

HPDC (High Pressure Die Casting) Yaitu proses casting dengan menggunakan tekanan tinggi. Dalam proses pencetakannnya di butuhkan tekanan yang relatif tinggi untuk menghasilkan sebuah produk casting. Khususnya dalam tekhnologi Die Casting  proses pencetakan  memakai sebuah cetakan atau MOLD yang mempunyai tingkat presisi yang tinggi, sehingga proses pencetakannya dapat dilakukan berulang-ulang dengan hasil produk  yang sama dalam bentuk maupun ukurannya.

Metode HPDC merupakan metode penuangan yang paling modern yang dapat menghasilkan bagian yang equivalent dengan produk permesinan. Prinsip dasat metode ini adalah pemberian tekanan pada logam cair sehingga masuk kedalam rongga cetak. Dies dipasang pada plat dasar mesin yang dapat ditutup dan dibuka dengan mudah. Untuk membuat produk diperlukan cetakan tetap terbuat dari logam yang terdiri dari bagian dasar (cetakan tangkup). Cetakan ini dipasang pada mekanis penggerak cetakan pada mesin (die closing unit) yang terdiri dari bagian tetap dan bagian bergerak. Adanya bagian tetap dipasang belahan cetakan yang akan berhubungan dengan silinder pengisi cairan. Pada bagian bergerak dipasang belahan cetakan yang mempunyai bagian enjector. Silinder pengisi logam cair disemprotkan kedalam cetakan yang tertutup. (Surdia, 1995)

Proses High Pressure Die Casting (HPDC), dewasa ini telah banyak di gunakan oleh produsen otomotif dalam proses pembuatan produk nya. Prinsip kerja HPDC adalah dengan menuangkan setangkup cairan Al ke lubang sleeve kemudian dengan tekanan hidrolis ditekan ke dalam rongga cetakan (die ). Dengan adanya tekanan yang tinggi diberikan dalam proses injeksi nya, maka diharapkan problem keropos dan uncomplete reject dapat diatasi. Disamping itu, teknologi ini dirasakan sangat produktif untuk pembuatan part atau komponen yang terbuat dari Alumunium untuk produksi massal. Perkembangan dunia otomotif, baik di Indonesia dan banyak negara-negara lain sangat berkembang dengan cepat. Oleh sebab itu, kebutuhan akan produk ataupun komponen/part sangat tinggi dirasakan. Dan tentu saja hal itu membawa keuntungan bagi die caster yang ada dalam industri manufaktur. Namun, penggunaan mesin HPDC sekarang ini juga telah banyak dimanfaatkan untuk pembuatan produk seperti peralatan rumah, elektrikal equipment, agroindustri, dan produk teknik lainnya. Tentu saja pertimbangan quantity menjadi faktor yang besar dalam menentukan teknolgi suatu proses. HPDC adalah salah satu teknologi proses casting yang sangat mempertimbangkan jumlah produksi yang massal. Jenis mesin casting pressure ini telah banyak berkembang di negara asia khususnya jepang, dan china. HPDC yang banyak beredar di industri biasanya D/C 135 ton; 250 ton; 350 ton; 500 ton; 650 ton; 800 ton; 900 ton; 1500 ton; dan 2500 ton. Kapasitas mesin atau tonase lebih mempertimbangkan ke arah berat casting( casting weight ).

Teknik ini dilakukan dengan menginjeksi logam cair dengan tekanan kedalam cetakan logam. Prinsip HPDC adalah mendorong logam cair pada shot tube ke dalam cetakan dengan tekanan, tekanan ini dapat mencapai 100 MPa. Tabel 2.6 menunjukkan tekanan yang digunakan untuk beberapa jenis part (Brown, 1999).

Tabel 2.6 Pedoman angka untuk pengecoran bertekanan

	Tekanan saat pengecoran (bar)
	Al dan Mg	Zn	Brass
Komponen standar	hingga 400	100-200	300-400
Komponen teknik	400-600	200-300	400-500
Komponen dengan kontrol tekanan ketat	800-1000	250-400	800-1000
Komponen dengan kromium plating		220-250

Cetakan atau perkakas die casting dibuat dari paduan tool steel terdiri dari dua bagian, fixed die half atau cover half, dan ejector die half, untuk mengeluarkan benda cor. Cetakan modern mempunyai penggerak luncur, inti atau potongan-potongan untuk membuat lubang, ulir dan bentuk lain yang diinginkan dalam pengecoran. Lubang saluran turun pada fixed die half merupakan tempat lewatnya logam cair sebelum memasuki cetakan dan mengisi rongga cetakan. Ejector half biasanya terdiri dari saluran dan pintu masuk (inlet) yang mengalirkan logam cair ke rongga cetakan. Pin pengunci berfungsi untuk mengamankan kedua bagian, membantu dalam mengeluarkan benda cor, dan membuka cairan pendingin dan pelumas.

Mesin HPDC ada dua jenis yaitu:

1.    Mesin HPDC Hot Chamber

Mesin HPDC hot chamber dapat beroperasi dengan cepat dengan waktu siklus bervariasi dari kurang dari satu detik (untuk berat komponen kurang dari beberapa gram) hingga 30 detik (untuk komponen dengan berat beberapa kilogram). Mesin ini digunakan untuk bahan yang mempunyai titik leleh yang rendah, seperti timah dan plastic. Dimana proses peleburan bahan baku dilakukan pada satu mesin.

Gambar 2.15 Skema mesin pengecoran Hot chamber

2.    Mesin HPDC Cold Chamber

Mesin ini khusus digunakan untuk komponen die casting yang menggunakan perunggu dan paduan aluminium. Mesin ini digunakan untuk bahan yang mempunyai titik leleh yang tinggi, seperti perunggu dan alumunium. Dimana proses peleburan bahan baku di lakukan secara terpisah yaitu di lakukan pada mesin melting.

Gambar 2.16 Skema mesin pengecoran cold chamber

Gambar 2.16 menunjukkan sebuah ilustrasi mesin cold chamber, sistem injeksi logam hanya dalam waktu singkat bersentuhan dengan logam cair. Logam cair dituang dengan menggunakan ladel (sendok) ke shot sleeve untuk setiap siklusnya. Saluran die dan ujung piston disemprot dengan dengan oli atau pendingin agar terlindungi. Perlakuan ini memperpanjang umur bahan die dan mengurangi adhesi pada pembekuan komponen.

C. Bagian-Bagian Penting Mesin Die Casting HPDC

1.  Toggle Link Unit

Merupakan satu sistem pengunci dimana fungsinya adalah untuk merapatkan 2 bagian dies saat die closing  agar proses pencetakan berlangsung sempurna dan tidak ada pressur yang keluar atau flash. Efek mekanik dari toggle link akan menghasilkan daya kunci ( locking force ) dan gaya torsi pada ke empat Tie Bar. Toggle ling sitem ini mempunyai beberapa kelebihan di banding sitem pengunci lainnya, antara lain:

a)  Menghemat pressur Hidrolik yang di butuhkan untuk proses Die Close, sehingga akan meringankan beban pompa Hidrolik.

b)  Dengan memakai sitem ini, tidak terlalu dibutuhkan Cyl Hydrolik yang terlalu besar sehingga akan mengurangi bobot dari mesin.

c)  Mudah dalam perawatan

2.  DieMold
  Adalah cetakan atau tempat cavity / rongga cetak dari bentuk produk yang di buat. Dalam setiap proses dari part yang berbeda akan dibutuhkan cetakan (dies) yang berbeda, sehingga memungkinkan dalam satu mesin casting bisa memproduksi macam-macam part yang berbeda / multi part.

Pada HPDC terdapat empat jenis die:

a)    Single cavity untuk produksi satu komponen.

b)    Multiple cavity untuk produksi sejumlah komponen yang identik.

c)    Unit die untuk produksi komponen dengan bentuk yang berbeda pada satu waktu.

Gambar  a. Single cavity; b. Multiple cavity; c. Unit die

Bagian-bagian Die Mold:

a)   Fix Die

adalah bagian dies yang menempel pada sisi fixed plate ( sisi yg tidak bergerak ). Pada bagian dies ini terdapat lubang di bawahnya ( LINER SPRUE ) untuk memasukan alumunium cair kedalam cavity / rongga cetak.

b)   Move Die

adalah bagian dies yang menempel pada sisi moved plate ( sisi yang bergerak ). Pada bagian ini terdapat injector pin yang berfungsi untuk mendorong part / produk pada cavity saat pelepasan

Dies / cetakan mempunyai komponen yang sangat penting dalam mesin die casting HPDC, diantaranya yaitu:

a)   Core

ada dua macam core pada dies

1)    Core Hydrolik, Core tersebut bergeser dengan menggunakan tekanan Hydrolik pada cylinder Hydrolik yang berdiri independen untuk tiap – tiap corenya.

2)    Angel Core, Core tersebut bergeser hanya pada saat dies close dan open efek mekanis yang di timbulkan oleh tautan antara core dan angel pin yang terdapat pada fix die yang diposisikan pada kemiringan sudut tertentu. Angel pin biasanya di pakai untuk memperingan beban pompa hydrolik atau di pandang beban yang di butuhkan untuk menggerakan core yang tidal terlalu besar / berat.

b)   Pin Insert

Pin Insert digunakan untuk membuat cetakan lubang pada part yang berbentuk sejajar dengan plunyer

c)   Pin Ejektor

Pin Ejektor digunakan untuk mendorong part / mengeluarkan part dari cetakan setelah dies membuka.

d)   Central cooling

Berguna untuk masuknya air pendingin dan tempat pencabangan pendingin dies.

e)   Mould Base

Adalah tempat dipasangnya cavity dies

f)    Over Flow

dibuat untuk mencegah terjadinya keropos pada part dan tempat pembuangan kotoran alumunium

g)   Runner Gate

Adalah jalan masuknya alumunium saat proses injection menuju profil part.

h)   Sprue Bush

Adalah jalan masuknya alumunium saat proses injection menuju runner gate.

3.  Injection Unit

untuk menghasilkan part yang sempurna didalam cetakan / rongga cetak di butuhkan pressur yang relatif besar . Pressur tersebut dihasilkan oleh pompa plunger ( Plunger Tip dan Plunger Sleeve) yang di gerakan oleh tenaga Hidrolik pada Plunger Rod Cylinder yang terhubung dengan Hidrolik Pump, Piston Intensify dan Accumulator Tank.

4.  Holding Funace

Tempat alumunium cair  setelah suply dari melting furnace dengan kapasitas yang terbatas pada tiap – tiap mesin. Suhu di holding furnace ini di atur antara 640^o ~ 660^o C, untuk menjaga kestabilan suhu holding furnace tersebut kondisinya harus tertutup rapat. Dan bahan pemanasnya memanfaatkan heater listrik.

5.  Ladle

Adalah alat untuk menngambil alumunium cair pada Holding Furnace dan menuangkannya pada lubang Plunyer untuk diinjeksi.

6.  Spray

Adalah alat unuk menyemprotkan / menspray Die Lubricant ke permuaan cetakan.

Gambar Spray Pada Mesin Die Casting HPDC

7.  Die Lube Auto Mixing

Adalah Alat / tempat penapung Die Lube sebelum dispraykan ke dies. Auto Mixing ini secara otomatis bisa member kode pada operator apabila die lube habis dengan alarm.

D. Proses Die Casting HPDC

Terdapat beberapa tahapan pada proses casting  di die casting mesin

1.  Spraying

Adalah proses pemberian / pengkabutan larutan lubricant pada permukaan cavity / cetakan agar mendingingkan, melumasi sekaligus memberikan lapisan silikon tipis pada permukaan cavity / cetakan sehingga memungkinkan hasil produk lepas dari cetakan (mold) tanpa ada bagian yang menempel, tertinggal pada cavity / cetakan. Lubricant yang di spray mengandung campuran lubricant, air, dan angin. Dimana pencampuran terjadi di Die Lube Auto Mixing Macine.

2.  Die Close

Proses perapatan / penutupan Dies ( Move Die dan Fix Die )

3.  Injection

Proses masuknya alumunium cair kedalam cavity / rongga cetak, melalui plunger sleeve dengan proses 2 tahapan kecepatan.

a)   Slow speed

Plunger Tip maju untuk  melakukan penekanan dengan dengan kecepatan rendah. Hal ini di maksudkan untuk menghindari turbulansi / beriaknya alumunium cair di dalam di dalam plunger sleeve akibat gaya dorong yang tiba- tiba. Pergerakan slow speed sendiri berakhir pada saat sampainya alumunium cair pada daerah sekitar gate di cavity dan dilanjutkan pada tahapan fast speed.

b)   Fast Speed

Pada akhir slow speed Plunger Tip maju dengan kecepatan penuh untuk mengalirkan molten atau alumunium cair kedalam cavity sehingga seluruh rongga cetak terisi penuh. Efek dari High Speed akan menghasilkan tekanan yang di butuhkan dalam proses pembentukan part pada cetakan.

Dalam proses injection plunger rod akan terus bergesekan dengan plunger sleeve, untuk mengurangi dampak gesekan yang dapat menyebabkan ke ausan pada kedua bagian tersebut, maka dibutuhkan pelumasan. Untuk itu dipakai Tip Lubricant sebagai pelumas agar Plunger Tip dapat bergerak lancar ( smooth )  pada saat proses injection. Tetapi bila pelumas Tip lubricant terlalu banyak kadang kala akan berpengaruh buruk pada qualitas part karena dapat memungkinkan Tip lubricant masuk kedalam cavity sehingga menghasilkan produk yang cacat ( NG ) begitu juga jika terlalu sedikit injection akan seret / tertahan dan produk pun akan cacat selain itu juga akan mempengaruhi life time Plunger Tip dan Plunger Sleeve. 

4.  Intensifikasi

Pada akhir proses fast speed akan timbul gaya balik akibat benturan pada akhir prosesnya. Untuk mengantisipasi hal tersebut di butuhkan kembali tekanan yang lebih besar untuk menjaga kestabilan presure pada cavity dan mencegah gaya balik tersebut, sehingga part dapat terbentuk sempurna. Proses tersebut dinamakan proses intensifikasi yaitu proses penekanan oleh piston intensifikasi yang terhubung dengan Tangki Accumulator . Untuk menjaga kestabilan tekanan pada tangki accumulator menggunakan N₂ (Nitrogen gas) yang mempunyai sifat stabil pada tekanan.

5.  Die Open

Mundur nya Cyl Hydrolik pada toggle link yang akan membuka dies dan akan di ikuti oleh injection forward untuk mendorong biskuit agar tetap menempel pada die move.

6.  Ejection ( Ejector In )

Proses pelepasan part dari die move oleh dorongan dari ejector pin yang terangkai pada sebuah ejector plate dan di gerakan oleh cyl  hidrolik.Setelah Ejector ini untuk mendorong part dengan waktu yang telah di setting, maka Ejector akan masuk kembali  ( Ejektor out ) dan di barengi dengan injection Backward setelah Injection Backward End, Nozzle Tip Lup yang terangkai pada lengan ayunnya akan masuk dan menyemprotkan lubricant ( pelumas ) pada permukaan Plunger Tip dan sekitarnya dan siap untuk proses Injection selanjutnya.

Proses – proses tersebut diatur sedemikian rupa secara berkesinambungan, dalam sebuah parameter casting yang di atur berdasarkan hasil perhitungan dan uji coba untuk menghasilkan kualitas casting yang sempurna. Parameter tersebut tersimpan dalam sebuah komputer data SEMU ( Shot End Master Unit ). Item – item yang terdapat pada setting parameter tersebut, saling menunjang dan sangat berpengaruh pada cycle, speed, pressur, dan temperatur dies. Sehingga untuk masing – masing part / dies yang berbeda, di perlukan juga parameter yang berbeda sesuai kebutuhan.

E. Spesifikasi Reject Casting HPDC

Untuk menghasilkan part yang bagus banyak hal yang perlu di perhatikan. Jika mengabaikan maka kemungkinan besar akan berpengaruh pada hasil part reject. Dimana jenis-jenis reject padamesin die casting yaitu: Flow line ,flow mark, Misrun(bergaris), Bercak hitam, Kulit Jeruk, Over Heat, Blister Bumps(Bisul), Crack Produk,Die Crack, Under Cut, Benkok Ejector, Dentet,Gate Gompal, dan Porosity on gate.

1.  Flow line/Flow Mark/Misrun

Adalah Pola aliran selama pengisian terjadi hanya pada permukaan tipis. Pengatasanya bisa dihilangkan denagan proses buffing cold laps tingkat rendah.

Cara identifiksi

Ø  Di check dengan mata telanjang (tanpa Alat bantu)

Ø  Ratakan permuakaan dies

kemungkinan penyebab:

v  Temperatur Molten die rendah dibawah standart

v  Temperatur die rendah 

v  Die lube berlebihan

v  Fast speed (fase II)terlalu rendah

v  Aliran tergangu /tidak beraturan setelah gate

2.  Bercak Hitam

Adalah permukaan produk Casting menunjukan adanya warna hitam. Cara identifikasinya:

Ø Inspeksi dengan mata telanjang (tanpa alat bantu)

Kemungkinan penyebab:

v Ada sisa air spray di cavity die/permukaan die tidak bersih dari air.

v  Kebocoran pada cavity die

v  Kebocoran pada sleeve die

v  Kebocoran pada pada plunger tip.

3.  Kulit Jeruk

Adalah Visual permukaan part yang berlubang kecil-kecil Jeruk. Cara identifikasinya:

Ø Inspeksi dengan mata telanjang (tanpa alat bantu)

Kemungkinan penyebab:

v Settingan FSSP terlalu maju

v Biskuit terlalu tebal

4.  Over Heat

Adalah Cacat pada permukaan part/area lainya/Penempelan dari material produk ke permukaan dies. Cara identifikasinya:

Ø Inspeksi dengan mata telanjang (tanpa alat bantu)

Kemungkinan penyebab:

v Pada daerah tersebut tidak terkena spray

v pada daerah tersebut cooling tersumbat (mampet) atau tidak ada.

v Tempratur dies tinggi.

5.  Blister/ Bumps (bisul)

Adalah Gelombang/ Tonjolan kecil pada permukaan produk casting. Blister tersebut sebagai hasil pengelembungan gas yang terjebak pada permukaan produk casting .Tingginya tekanan gas terjebak tersebut serta dikombinasikan nasih rendahnya kekuatan produk casting karena masih panas akan menghasilakan perubahan bentuk padalapisan itpis anatara lubang gas terjebak dengan produk casting. Cara identifikasinya:

Ø Inspeksi dengan mata telanjang (tanpa alat bantu)

Kemungkinan penyebab:

v  Cooling time rendah (cepat)

v  Cycle time cepat

v  Temperatur Die tinggi

v  Molten tidak di degasser.

6.  Crack Product, Die Crack

Crack Product Adalah retak yang terjadi pada product casting. Die Crack Adalah Retak pada die sehingga di product timbul cacat. Cara identifikasinya:

Ø Inspeksi dengan mata telanjang (tanpa alat bantu)

Kemungkinan penyebab:

v  Temperatur terlalu tinggi

v  Die cacat

v  Mechanical Crack

7.  Under Cut/ Baret

Adalah goresan /baret pada permukaan produk casting akibat dari langkah buka dies dan saat ejector maju. Cara identifikasinya:

Ø Inspeksi dengan mata telanjang (tanpa alat bantu)

Ø Pengukuran kekerasan permukaaan.

Kemungkinan penyebab:

v  Temperatur terlalu tinggi

v  Cavity Die cacat akibat die erosi

v  Metal presure terlalu tinggi

v  Campuran die lube sedikit

v  Kandungan unsur (FE)molten Rendah.

8.  Dimensi (bengkok)

Adalah ukuran tidak sesuai dengan ukuran yang di kehendaki (tidak sesuai dengan standart). Cara identifikasinya:

Ø  Pengukuran dimensi

Kemungkinan penyebab:

v  Dimensi cavity tidak bagus (NG)

v  Penyusutan 

v  Pengaruh Muncrattan (Flash) pada parting line

v  akibat erosi

v  Kerataan die tidak sempurna

9.  Ejector mark( plus atau minus)

Adalah Ejector pin menyentuh permukaan part baik menonjol atau amblas. Cara identifikasinya:

Ø  Visual

Kemungkinan penyebab:

v Ejector terlalu panjang

v Ejector terlalu pendek

v Temperatur tidak konstan.

10.      Triming (Dentet,Gate gompal)

Adalah Kesalahan dalam penanganan product seperti terbentur pada saat triming gompal pada saat triming dan sebagainya. Cara identifikasinya:

Ø  Inspeksi dengan mata telanjang (tanpa alat bantu)

Kemungkinan penyebab:

v  Cara triming yang salah

v  Bentuk gate kurang baik

v  Temperatur tidak konstan.

11.      Inclusion/ Hardspot/Porosity on gate

Adalah Perubahan susunan komposisi dalam struktur  atau komposisi kimia.Biasanya disebabkan karena Oxide atau kotoran lain partikel non logam dan flux. Cara identifikasinya:

Ø  Visual setelah triming.

Ø  Penelitian pada permukaan exgate.

Kemungkinan penyebab:

v  Terdapat kotoran di molten/terbawa saat proses cleaning dan pengadukan

v  Fluxing terlau banyak.

F.  Keuntungan dan Kerugian Die Casting

Die Casting memiliki keuntungan dan kerugian yang dapat dilihat sebagai berikut :

Keuntungan :

1.   Dapat membuat benda berdinding tipis dan berukuran presisi

2.   Kualitas permukaan yang baik

3.   Ukuran yang berlebihan dapat dihindarkan

4.   Waktu proses yang sangat singkat

5.   Menghasilkan kecepatan alir yang tinggi

6.   Dapat menghasilkan product masal dengan ukuran yang sama dengan cepat

Kerugian :

1.   Biaya operasional lebih tinggi

2.   Harga mesin lebih mahal

3.   Material yang terbuang lebih banyak karena adanya biscuit dan dengan demikian akan lebih banyak material kelas dua (return material)

BAB IV

PENUTUP

A.  Kesimpulan

Dengan memperhatikan proses mesin die casting HPDC membuat kita mudah untuk mengoperasikanya.

Berdasarkan praktek yang telah saya lakukan, Banyak sekali kendala yang di hadapi untuk menghasilkan part yang baik, maka dari itu harus mengetahui penyebab penyimpangan kualitas pada part, sehingga dapat menghasilkan part yang baik.

B.  Saran

Pada saat melakukan pencetakan harus menggunakan alat pelindung diri, agar dapat mengurangi resiko kecelakaan kerja.

Untuk mengurangi hasil part yang reject, operator harus sering memperhatikan kondisi Die Lube, karena paling banyak penyebab reject dari die lube.