Riser, atau penambah, adalah cadangan logam cair yang dipasang pada coran untuk mengganti penyusutan selama pembekuan. Cara menghitung riser yang paling banyak dipakai adalah metode modulus: riser dibuat agar membeku lebih lambat daripada bagian coran yang diumpaninya, lalu volumenya dicek apakah cukup.
Artikel ini berisi contoh hitungannya. Prinsip umum sistem saluran dan riser ada di artikel desain gating dan riser system.
Dasar: Aturan Chvorinov
Aturan Chvorinov menyatakan bahwa waktu beku sebanding dengan kuadrat perbandingan volume terhadap luas permukaan pendinginan:
t = B × (V/A)²
- t = waktu beku
- V = volume
- A = luas permukaan yang melepas panas
- B = konstanta yang bergantung pada logam dan cetakan
Perbandingan V/A disebut modulus (M), dengan satuan panjang (cm). Bagian dengan modulus lebih besar membeku lebih lambat. Karena coran dan riser berada di cetakan yang sama, konstanta B tidak perlu diketahui. Cukup bandingkan modulusnya.
Tiga Syarat Riser yang Benar
- Syarat waktu: riser membeku lebih lambat daripada coran. Patokan umum: M riser ≥ 1,2 × M coran.
- Syarat volume: logam cair yang tersedia di riser cukup untuk mengganti penyusutan.
- Syarat jarak: bagian yang diumpani masih berada dalam jangkauan riser.
Contoh Perhitungan
Soal: pelat baja cor berukuran 200 × 100 × 40 mm dicor dengan cetakan pasir. Tentukan ukuran riser silinder di atasnya.
Langkah 1: Hitung modulus coran
- Volume: 20 × 10 × 4 = 800 cm³
- Luas permukaan: 2 × (20×10 + 20×4 + 10×4) = 2 × 320 = 640 cm²
- Modulus coran: 800 ÷ 640 = 1,25 cm
Langkah 2: Tentukan modulus riser
M riser = 1,2 × 1,25 = 1,5 cm
Langkah 3: Tentukan ukuran riser
Untuk riser silinder dengan tinggi sama dengan diameter (H = D):
- Volume: V = π × D³ ÷ 4
- Luas permukaan (selimut, atas, dan alas): A = 1,5 × π × D²
- Modulus: M = D ÷ 6
Maka D = 6 × 1,5 = 9 cm, dan H = 9 cm.
Volume riser = π × 9³ ÷ 4 ≈ 573 cm³.
Rumus M = D ÷ 6 menghitung alas riser sebagai permukaan pendinginan. Pada riser atas, alasnya sebenarnya menempel pada coran, jadi hasil ini sedikit lebih aman daripada kenyataan.
Langkah 4: Cek volume
Volume riser minimum:
V riser ≥ (α × V coran) ÷ (η − α)
- α = penyusutan volume saat membeku. Untuk baja karbon dipakai 4%.
- η = efisiensi riser, yaitu bagian volume riser yang benar-benar bisa mengalir ke coran. Untuk riser silinder biasa di cetakan pasir, nilainya sekitar 14%.
V riser minimum = (0,04 × 800) ÷ (0,14 − 0,04) = 32 ÷ 0,10 = 320 cm³
Riser hasil hitungan bervolume 573 cm³, lebih besar daripada 320 cm³. Syarat volume terpenuhi.
Langkah 5: Cek jarak pengumpanan
Untuk pelat baja di cetakan pasir, patokan klasik jarak umpan dari tepi riser ke ujung coran adalah sekitar 4,5 × tebal pelat. Dengan tebal 4 cm, jangkauannya sekitar 18 cm.
Bila riser berdiameter 9 cm dipasang di tengah pelat sepanjang 20 cm, jarak dari tepi riser ke ujung pelat hanya (20 − 9) ÷ 2 = 5,5 cm. Syarat jarak terpenuhi dengan satu riser.
Hasil: satu riser silinder berdiameter 90 mm dan tinggi 90 mm di tengah pelat.
Nilai Penyusutan untuk Logam Lain
| Logam | Penyusutan saat membeku (kisaran) |
|---|---|
| Baja karbon | 3–4% |
| Paduan aluminium | 3,5–8% |
| Kuningan | 4–6% |
| Besi cor kelabu | 0–2%, dapat memuai |
| Besi cor nodular | Bervariasi, bergantung pada kekakuan cetakan |
Angka ini kisaran indikatif. Besi cor berperilaku khusus karena grafit yang terbentuk saat membeku memuai dan mengimbangi sebagian penyusutan, sehingga risernya bisa jauh lebih kecil daripada riser baja.
Leher Riser
Leher adalah penghubung antara riser dan coran. Leher harus membeku setelah coran tetapi sebelum riser, sehingga modulusnya diambil di antara keduanya:
M coran : M leher : M riser = 1 : 1,1 : 1,2
Leher yang terlalu kecil membeku lebih dulu dan memutus aliran umpan. Leher yang terlalu besar menyulitkan pemotongan dan menambah pekerjaan fettling, yang dibahas di artikel finishing hasil pengecoran.
Cara Memperkecil Riser
- Selongsong isolasi atau eksotermik: memperlambat pendinginan riser, sehingga riser yang lebih kecil bekerja seperti riser besar.
- Serbuk penutup (hot topping): menahan panas di permukaan atas riser terbuka.
- Cil (chill): logam pendingin di ujung coran yang mempercepat pembekuan di sana dan memperpanjang jarak umpan.
- Riser buta: riser tertutup di dalam cetakan yang kehilangan panas lebih sedikit daripada riser terbuka.
Kesalahan yang Sering Terjadi
- Menghitung modulus seluruh coran, padahal yang menentukan adalah bagian paling tebal atau pertemuan dinding (hot spot).
- Hanya memenuhi syarat modulus tanpa mengecek volume.
- Mengabaikan jarak umpan pada coran yang panjang.
- Memakai faktor yang sama untuk semua logam.
- Menaikkan suhu tuang untuk mengatasi rongga susut. Suhu tuang lebih berkaitan dengan fluiditas logam cair, dan menaikkannya justru menambah penyusutan cairan.
Pertanyaan yang Sering Diajukan
Apa itu modulus coran? Perbandingan volume terhadap luas permukaan pendinginan. Modulus menggambarkan seberapa lama suatu bagian membeku.
Mengapa riser berbentuk silinder? Di antara bentuk yang mudah dicetak, silinder punya luas permukaan kecil untuk volume yang sama, sehingga modulusnya tinggi. Bola lebih efisien lagi, tetapi sulit dicetak.
Apakah perhitungan manual masih perlu bila ada simulasi? Perlu. Hitungan modulus memberi ukuran awal yang masuk akal, lalu simulasi pengecoran dipakai untuk memeriksa dan menyempurnakannya pada bentuk yang rumit.
Kesimpulan
Menghitung riser dengan metode modulus terdiri atas tiga pemeriksaan: modulus riser minimal 1,2 kali modulus coran, volume riser cukup untuk penyusutan, dan seluruh coran berada dalam jarak umpan. Hasil hitungan ini adalah titik awal. Untuk coran yang bentuknya rumit, hasilnya diperiksa lagi dengan simulasi pembekuan atau uji coba.
Baca Juga
- Desain Gating dan Riser System dalam Pengecoran Logam
- Studi Kasus Cacat Pengecoran Logam: Porositas dan Hot Tearing di Industri Manufaktur
- Simulasi Digital dalam Proses Pengecoran: Menghindari Cacat Sebelum Produksi Fisik
- Fluiditas Logam Cair: Pengertian, Faktor yang Memengaruhi, dan Cara Mengujinya
- Pengecoran Kuningan: Proses, Suhu Tuang, dan Cacat yang Sering Muncul
