Proses Die Casting adalah teknologi manufaktur standar yang umum di setiap industri. Proses die-casting ini dapat bervariasi dalam berbagai metode dan teknologi tergantung pada bentuk dan struktur yang kompleks.
Panduan ini akan menjelaskan secara singkat mengenai proses pengecoran cetakan, jenis-jenisnya, penerapannya, serta kelebihan dan kekurangannya.
Apa itu die casting?
Die casting adalah salah satu jenis pengecoran logam yang melibatkan penyuntikan logam cair ke dalam rongga cetakan di bawah tekanan tinggi. Pembuat perkakas presisi mengolah dua cetakan baja yang telah dikeraskan—setengah cetakan penutup (stasioner) dan setengah cetakan pengeluaran (bergerak)—yang beroperasi mirip dengan cetakan injeksi untuk membentuk rongga cetakan sepanjang garis pemisah. Logam non-besi, seperti seng, tembaga, aluminium, magnesium, timbal, timah putih, dan paduan berbasis timah, merupakan bahan utama sebagian besar produk die casting. Produsen menggunakan mesin ruang panas atau ruang dingin tergantung pada titik leleh dan sifat kimia paduan tertentu.
Proses Die Casting
Proses pengecoran bertekanan standar terdiri dari empat langkah dasar untuk memastikan akurasi dimensi yang tinggi dan hasil akhir permukaan yang unggul:
1. Persiapan dan Pelumasan Die: Sebelum setiap siklus, rongga cetakan dibersihkan dan disemprot dengan bahan pelepas. Penggunaan pelumas berkinerja tinggi seperti AMINO Agen Pelepas Cetakan Die Casting membantu mengatur suhu cetakan, mencegah logam cair menempel pada cetakan baja, serta memudahkan pelepasan cetakan tanpa cacat permukaan.
2. Injeksi dan Pengisian Cepat: Logam mentah dilelehkan dalam tungku penampung atau cawan lebur. Sebuah plunger hidraulik atau pneumatik memaksa logam cair dalam takaran tertentu melalui sistem saluran masuk ke dalam rongga cetakan yang tertutup rapat dengan tekanan tinggi, biasanya antara 10 hingga 175 MPa (1.500 hingga 25.400 psi). Injeksi berkecepatan tinggi ini dengan cepat mengisi bagian-bagian berdinding tipis dan berlekuk rumit sebelum proses pemadatan dimulai, sehingga mencegah terjadinya ketidaksempurnaan permukaan atau aliran logam yang tidak merata.
3. Pembekuan dan Pengeluaran (Pelepasan dari Cetakan): Tekanan tinggi tetap dijaga pada logam cair saat logam tersebut mendingin dengan cepat dan mengeras di dalam cetakan yang didinginkan dengan air. Setelah mengeras, kedua bagian cetakan terpisah. Didorong oleh pelat pengeluaran, pin pengeluaran yang tersusun secara merata pada cetakan pengeluaran yang dapat bergerak mendorong produk yang telah mengeras keluar dari rongga cetakan untuk menyelesaikan proses pelepasan cetakan.
4. Pemotongan dan Penyelesaian: Setelah proses pelepasan cetakan, proses sekunder memisahkan sisa logam—seperti saluran utama, saluran pembagi, saluran masuk, dan sisa cetakan—dari komponen yang berguna. Mesin biasanya melakukan langkah ini dengan menggunakan cetakan pemotongan atau pembersihan khusus. Proses pemesinan sekunder tambahan, termasuk penggergajian, penggerindaan, pengeboran, dan pemolesan, dapat diterapkan untuk mencapai spesifikasi dimensi akhir.
Terakhir, komponen yang telah selesai diproduksi menjalani pemeriksaan kualitas untuk memastikan integritas strukturalnya serta mendeteksi cacat pengecoran yang umum terjadi, seperti porositas akibat penyusutan, cold shut, atau terperangkapnya gas.
Jenis Proses Die Casting
Jenis teknik die-casting bervariasi tergantung pada investasi dan biaya produksi. Setiap bisnis die-casting menggunakan beragam teknik die-casting. Jenis die-casting yang paling populer akan dibahas di bagian berikut.
Proses die-casting ruang panas
Dalam proses pengecoran cetakan dengan ruang panas (yang juga dikenal sebagai mesin leher angsa), mekanisme injeksi direndam langsung ke dalam kolam logam cair di dalam tungku penahan yang terpasang. Pada awal siklus, piston menarik diri, sehingga logam cair dapat mengalir ke dalam ruang leher angsa.
Sebuah plunger pneumatik atau hidraulik menekan logam keluar dari leher angsa dan memaksanya masuk ke dalam rongga cetakan. Teknik ini menghasilkan kecepatan produksi yang tinggi (hingga 15 siklus per menit) dan memudahkan otomatisasi. Namun, teknik ini terbatas pada paduan dengan titik leleh rendah—seperti seng, timah, dan timbal—karena logam dengan titik leleh lebih tinggi seperti aluminium akan merusak dan melarutkan komponen plunger dan leher angsa yang terbuat dari baja yang terendam.
Aplikasi
Proses pengecoran cetakan ruang panas sangat cocok untuk produksi massal komponen presisi berukuran kecil hingga menengah, termasuk ritsleting seng, roda gigi, konektor elektronik, pegangan pintu mobil, rumah kunci, dan perangkat keras dekoratif.
Proses die-casting ruang dingin
Dalam metode pengecoran tekan ruang dingin, logam dilebur dalam tungku terpisah yang berdiri sendiri. Sebuah wadah tuang otomatis atau operator memindahkan sejumlah logam cair yang tepat ke dalam selongsong injeksi (silinder injeksi) yang tidak dipanaskan. Sebuah plunger hidraulik atau mekanis kemudian mendorong logam tersebut ke dalam rongga cetakan di bawah tekanan.
Karena perlu menuangkan logam cair secara manual atau otomatis ke dalam ruang dingin sebelum setiap proses pengecoran, waktu siklusnya sedikit lebih lama dibandingkan dengan mesin ruang panas.
Mesin die-casting ruang dingin tersedia dalam konfigurasi vertikal maupun horizontal. Mesin vertikal umumnya berukuran ringkas, sedangkan mesin horizontal menjadi standar industri untuk berbagai kapasitas tonase.
Aplikasi:
Proses pengecoran cetakan ruang dingin memisahkan mekanisme injeksi dari cairan logam, sehingga menjadikannya metode yang paling disukai untuk paduan logam dengan titik leleh yang lebih tinggi—seperti aluminium, magnesium, dan tembaga/kuningan. Aplikasi yang umum meliputi blok mesin kendaraan bermotor, casing transmisi, wadah perangkat elektronik, casing perkakas listrik, serta komponen struktural untuk perangkat portabel.
Proses die-casting bertekanan rendah
Sama seperti pada proses pengecoran cetakan bertekanan tinggi, operator memasang bagian-bagian cetakan ke pelat tetap dan pelat bergerak, namun mesin ini dipasang secara vertikal. Sebuah tungku penahan yang tertutup rapat dan berisi logam cair terletak tepat di bawah pelat tetap.
Penerapan tekanan udara rendah (biasanya hingga 1 bar atau 20–100 kPa) ke dalam bejana tungku akan mendorong logam cair (biasanya aluminium atau magnesium) ke atas melalui tabung riser vertikal menuju ruang cetakan di atasnya. Cetakan baja permanen adalah yang paling umum digunakan, meskipun cetakan pasir juga dapat digunakan dalam pengaturan tekanan rendah khusus.
Aliran laminar ke atas mengisi rongga dari bawah ke atas melawan gravitasi, sehingga meminimalkan turbulensi. Tekanan dipertahankan hingga bagian tersebut mengeras, sehingga memungkinkan pengisian berkelanjutan dari tabung riser untuk mengimbangi penyusutan volumetrik dan mencegah terbentuknya rongga internal.
Aplikasi:
Industri otomotif sangat bergantung pada proses pengecoran cetakan bertekanan rendah untuk memproduksi komponen aluminium struktural berkekuatan tinggi, seperti roda kendaraan, lengan suspensi, dan suku cadang mesin penting yang membutuhkan kepadatan maksimum serta kemampuan perlakuan panas.
Proses die-casting vakum
Pengecoran Cetakan Vakum merupakan variasi canggih dari pengecoran cetakan bertekanan tinggi konvensional. Pompa vakum mengosongkan udara dan gas dari rongga cetakan yang tertutup rapat sebelum dan selama proses injeksi. Teknik ini—yang juga disebut Vacuum-assisted High-pressure Die Casting (VHPDC)—dirancang khusus untuk menghilangkan porositas gas yang disebabkan oleh terjebaknya udara.
Dengan mengurangi porositas internal secara drastis, komponen yang diproduksi melalui proses pengecoran cetakan vakum dapat menjalani perlakuan panas dan pengelasan selanjutnya tanpa menimbulkan gelembung pada permukaannya.
Aplikasi:
Pengecoran vakum banyak digunakan di berbagai sektor yang menuntut integritas struktural dan ketahanan terhadap tekanan yang tinggi, termasuk struktur sasis kendaraan bermotor, komponen dirgantara, peralatan pertahanan, perangkat kelautan, serta rakitan industri dengan beban tinggi.
Proses pemerasan die-casting
Proses pengecoran tekan (squeeze casting) menggabungkan keunggulan proses pengecoran dan penempaan tradisional. Logam cair disuntikkan dengan kecepatan rendah ke dalam cetakan terbuka, dan tekanan hidraulik yang sangat tinggi diterapkan saat cetakan menutup dan logam mengeras. Hal ini menghilangkan seluruh porositas gas dan porositas penyusutan, sehingga menghasilkan sifat mekanik yang luar biasa dan struktur butiran halus.
Aplikasi
Proses pengecoran tekan (squeeze casting) telah terbukti sukses secara komersial dalam produksi komponen aluminium dan magnesium berdinding tebal yang dirancang untuk menahan tegangan tinggi, termasuk lengan pengendali kendaraan bermotor, piston, velg paduan logam, peluru mortir militer, dan rangka penopang untuk beban berat.
Proses die-casting semi-padat
Pengecoran logam semi-padat (SSM), atau thixoforming, adalah variasi proses pengecoran cetakan (die casting) dengan bentuk mendekati bentuk akhir (near-net-shape) yang mengolah logam dalam keadaan semi-padat di antara suhu liquidus dan solidusnya. Proses ini mengandalkan perilaku fluida tiksotropik: bubur semi-padat tersebut mengalir seperti cairan saat mengalami geseran selama injeksi, tetapi mengental dan menjadi stabil saat diam.
Pengisian laminar dan non-turbulen ini mencegah terjebaknya udara, mengurangi guncangan termal pada cetakan, serta menghasilkan coran yang padat dan berkekuatan tinggi dengan penyusutan minimal.
Aplikasi
Pengecoran semi-padat direkomendasikan untuk aplikasi kritis kelas atas pada paduan aluminium, magnesium, dan tembaga. Contoh komponen yang umum antara lain fitting struktural untuk industri dirgantara, casing perangkat medis, komponen pertahanan, dudukan mesin, manifold udara, dan katup penahan tekanan.
Pengecoran die casting gravitasi vs pengecoran die casting tekanan
Baik Gravity Die Casting (GDC) maupun Pressure Die Casting (PDC) menggunakan cetakan logam yang dapat digunakan kembali (dies) untuk membentuk paduan logam non-besi seperti aluminium, seng, magnesium, dan tembaga. Perbedaan utamanya terletak pada cara logam cair masuk dan mengisi rongga cetakan.
Dalam proses Gravity Die Casting, logam cair dituangkan dari atas (menggunakan sendok tuang) dan mengisi cetakan semata-mata berkat gaya gravitasi dari bawah ke atas. Dalam proses Pressure Die Casting, sebuah plunger memaksa logam cair masuk ke dalam rongga cetakan di bawah tekanan hidraulik yang sangat tinggi (1.500 hingga 25.400 psi) dan mempertahankan tekanan tersebut hingga proses pengkristalan selesai, sehingga memungkinkan waktu siklus yang lebih cepat dan kemampuan untuk menghasilkan dinding yang lebih tipis.