investment cating, Pengecoran Presisi pada Sudu Turbin

A.    Investment Casting

Investment casting merupakan salah satu cara/metoda pembentukan produk melalui proses pengecoran dimana berbeda dengan metoda yang telah dibahas seperti sand casting, Dies casting dan lain-lain terutama dalam proses pembentukan cetakannya. Proses pembentukan cetakan dimana cetakan dibuat dari pasir cetak (sand casting) diawali dengan pembuatan model (pattern) dan untuk model yang dipakai dalam proses ini ialah dipilih dari bahan-bahan yang memiliki titik cair sangat rendah misalnya lilin (wax), ini digunakan dalam berbagai pembuatan model dengan bentuk yang sangat rumit, dalam proses ini model dibentuk dengan bahan lilin, selanjutnya dilapisi dengan bahan pelapis seperti ethil atau sodium silikat untuk menghaluskan permukaan model. Kemudian model ini ditempatkan (invested) didalam bahan cetakan seperti “resin” yang, selanjutnya investment dikeringkan melalui pemanasan, proses pengeringan dengan pemanasan dari 100 sampai 110C ini akan mengakibatkan lilin sebagai model (pattern) ini menjadi lumer dan mengalir melalui pori-pori bahan cetakan sehingga membentuk rongga sesuai dengan bentuk produk yang diinginkan, kemudian pemanasan dilanjutkan sampai 1000C untuk mengeraskan cetakan tersebut.

Proses pengecoran dengan Investment casting ini menghasilkan produk yang akurat karena mould (cetakan)nya sangat kaku (rigid) serta digunakan hanya untuk satu buah produk dan untuk produk berikutnya harus membentuk mould baru, namun dalam satu rangka cetak dapat terdiri dari beberapa buah pola untuk beberapa buah produk yang tersusun dengan perencanaan saluran tunggal untuk proses penuangan (mono-shelles Mold).

coran

Proses pengecoran dengan metode Investment Casting ini dilakukan pada dapur Vacum untuk mengindari terbentuknya rongga yang diakibatkan oleh gelembung uap atau udara. Investment Casting memungkinkan untuk membentuk benda tuangan yang tidak mungkin untuk dibentuk dengan metode-metode yang lain seperti san Casting dan lain-lain yang menuntut kemudahan dalam melepas model (Pattern) sebagaimana terjadi dalam metoda Sand Castng atau mungkin kemudahan dalam mengeluarkan benda hasil penuangan dari dalam cetakan sebagaimana yang tejadi dalam Dies Casting.

     Keuntungan Investment Casting

1.      Dapat membuat produk dengan bentuk yang rumit

2.      Dimensi produk yang baik, sangatpresisi, tanpa finishing

3.      Permukaan yang halus

4.      Tidak memiliki parting line

5.      Hanya diperlukan sedikit permesinan

6.      Dapat memproduksi banyak produk dalam satu kali proses pengecoran.

Kerugian Investment Casting

1.   Biaya pembuatan yang tinggi

2.   Hampir tidak dapat didaur ulang (keramik)

3.   Sulit untuk membuat produk yang memiliki inti

4.   Terbatas untuk pengecoran produk yang berukuran kecil

B.     Sudu Turbin

Sudu turbin tekanan tinggi digunakan  pada bagian turbin  gas dengan suhu tertinggi bahkan memerlukan suatu proses pendinginan (cooling) terintegrasi. Sudu turbin adalah bagian yang sangat penting dalam suatu turbin gas. sudu turbin digunakan pada turbin gas yang digunakan pada pendorong  pesawat  terbang  dan system pembangkit tenaga listrik di atas tanah (land based power generation). Turbin  terdiri dari saluran masuk udara, kompresor, ruangbakar, bagian turbin dengan tekanan  tinggi dan  rendah, dan  saluran  buangan  (exhaust ). Turbin gas beroperasi  pada suatu   prinsip  yang  sederhana  yaitu  mengkonversikan energy panas (heat ) menjadi  energy mekanik dengan menyedot sejumlah udara yang sangat besar, memampatkan sampai tekanan yang tinggi, mencampurkan  udara  termampatkan itu dengan bahan bakar kemudian  membakarnya. Yang kesemua  pekerjaan penekanan dan pengekspansian dilakukan oleh sudu turbin.

Sudu turbin  dirancang  dengan  beberapa banyak  pertimbangan seperti geometri yang aero-properties  yang  berhubungan  sifat  fluida  kerja:  temperatur, tekanan, dan kecepatan. Selain itu juga bergantung  pada  pemilihan  bahan  yang  tepat  yang  dipengaruhi  oleh beban yang  bekerja  seperti  puntiran (akibat  putaran  yang  sangat tinggi). Sehingga baik geometri ,  material dan dimensi juga harus diperhitungkan dengan  sangat  presisi. Para  engineering  designer berupaya  untuk memaksimalkan temperatur operasi pada turbin atau lebih khusus lagi pada bagian turbin yang bertekanan tinggi meskipun ada batasan-batasan yang tergantung  pada kekuatan material. Turbin tersusun  dari  ratusan  sudu  yang berputar  dengan  kecepatan  yang sangat  tinggi.  Selain itu, sudu  turbin  juga  didesain  memiliki  saluran  pendingin internal  (berupalubang-lubang); seperti tampak pada gambar1 dan 2; yang menambah kepresisian pembuatannya.

Pemilihan bahan untuk suatu komponen mesin bergantung pada beban apa yang akan ditanggung oleh bahan tersebut.  Sebagaimana  dijelaskan di atas, sudu turbin mengalami beberapa beban seperti: beban lelah akibat  putaran jangka panjang, beban temperatur dan tekanan yang sangat tinggi,dll. Sejumlah material logam campuran (alloys) telah dikembangkan untuk penggunaan tertentu seperti sudu turbin gas. Saat inimaterial yang digunakan adalah palladium alloys. Alloys tersebut bergantung  pada  material  logam  tambahan  seperti  molybdenum  dan  tungsten  juga s ejumlah persen tambahan  berupa  platinum  untuk  menambah  sifat material yang lebih baik lagi. Selain itu, pemilihan material juga diperkirakan terhadap proses manufaktur dan biaya (cost ).

C.          Proses Pengecoran (casting) pada Sudu Turbin

Secara umum pengecoran adalah proses pembuatan suatu komponen dengan cara mencairkan  material  logam  dan menuangkannya  ke  dalam  suatu  cetakan  yang  sesuai.  Cetakan yang biasa  digunakan terbuat dari benda-benda tahan  panas  seperti  pasir dan keramik. Proses pengecoran  ada  beberapa  macam. Namun  dalam  hal ini, kita  akan membahas  proses pengecoran pada sudu turbin yaitu pengecoran presisi (investment casting).

Dalam  proses  pengecoran  ini pola dibuat dari lilin yang dilapisi dengan bahan tahan api untuk  membuat cetakan, setelah  sebelumnya  lilin  tersebut  mencair  terlebih  dahulu  dan  dikeluarkan  dari  rongga  cetakan. Pola lilin  dibuat dengan  cetakan i nduk (master die),  dengan  cara  menuang atau menginjeksikan lilin cair ke dalam cetakan induk tersebut.

Tahapan pengecoran presisi :

1.              Pola lilin dibuat.

2.              Beberapa pola ditempelkan pada saluran turun (sprue) membentuk pohon bola.

3.              Pohon pola dilapisi dengan lapisan tipis bahan tahan api.

4.              Seluruh  cetakan  terbentuk dengan  menutup  pola  yang  telah  dilapisi  tersebut  dengan  bahan tahan api sehingga menjadi kaku.

5.              Cetakan  dipegang  dalam  posisi  terbalik, kemudian  dipanaskan  sehingga  lilin  meleleh dan  keluar dari dalam cetakan.

6.              Cetakan  dipanaskan  kembali dalam  suhu  tinggi,  sehingga  semua  kotoran  terbuang  dari  cetakan dan semua logam cair dapat masuk ke dalam  bagian-bagian  yang  rumit;  disebut proses pre-heating.

7.              Setelah  logam  cair  dituangkan  dan membeku cetakan dipecahkan,  dan coran dilepaskan dari sprue-nya

Pengecoran presisi dilakukan pada sudu turbin dengan alasan sbb:

1.              Dapat membuat coran dalam bentuk yang rumit;

2.              Ketelitian dimensi sangat baik (toleransi ± 0.076 mm);

3.              Permukaan hasil coran sangat baik;

4.              Lilin dapat didaur ulang;

5.              Tidak diperlukan pemesinan lanjut

Pengecoran Presisi pada Sudu Turbin

Dengan segala kerumitan geometri dan fungsi sudu turbin, maka sudu turbin juga dimanufaktur dengan presisi. Pengecoran adalah cara yang  paling tepat untuk memanufaktur sudu turbin. Pengecoran sudu turbin dilakukan sbb:

1.              Pengisi (core) berupa  keramik  diletakkan  sedemikian  rupa  ke  dalam pola cetakan untuk nantinya  menjadi bagian saluran pendingin pada sudu.2.

2.              Wax (lapisan lilin) dimasukkan ke dalam cetakan untuk menghasilkan bentuk awal sudu.

3.              Kemudian posisi core dipresisikan  dengan  menancapkan  suatu  kawat  penahan (pinning wire) pada lapisan lilin.

4.              Selanjutnya bentuk awal tersebut dilapisi dengan beberapa lapisan keramik sehingga dengan pasti membentuk lapisan yang tebaldisekitar bentuk awal (pre-form)yang di dalamnya ada penahan (pinning wire)

5.              Kemudian, hasil  rakitan tersebut dipanaskan untuk melelehkan  dan mengeluarkan  lapisan lilin kemudian  dibakar  untuk  menguatkan  keramik. Hasilnya  adalah  suatu  cetakan cangkang (shell) dari  keramik  yang  berisi  beberapa  pola core untuk  saluran  pendingin  yang  posisinya disesuaikan oleh beberapa kawat penahan yang tertancap pada cangkang

6.              Terakhir,  cetakan  dipanaskan  awal (preheat)  untuk digunakan dalam pengecoran sudu turbin dengan menuangkan  material  logam yang telah dicairkan. Hasil dari cetakan adapun lubang-lubang tambahan pada blade dapat dibuat dengan pengeboran (drilling).

Share this post