Panduan Ahli Merancang Sistem Tuangan untuk Pengecoran Logam
Pendahuluan
Artikel berikut akan memandu Anda tentang cara merancang sistem tuangan yang digunakan dalam pengecoran logam.
Desain Sistem Tuangan
Desain sistem tuangan bergantung pada komposisi logam dan cetakan. Misalnya, desain tuangan yang rinci diperlukan untuk menghindari dross (seperti oksida) pada logam yang mudah teroksidasi dengan titik leleh rendah, misalnya aluminium.
Untuk besi tuang, sebuah jalur pendek untuk logam cair dipilih untuk menghindari suhu tuang yang tinggi. Desain tuangan untuk cetakan keramik cukup berbeda dari yang biasanya digunakan untuk cetakan pasir yang permeabel. Secara luas, desain tuangan dapat diklasifikasikan menjadi tiga kategori, yaitu: (i) tuangan vertikal, (ii) tuangan dasar, dan (iii) tuangan horizontal.
Tipe Tuangan
Dalam tuangan vertikal, logam cair di tuang secara vertikal untuk mengisi cetakan dengan tekanan atmosfer di dasarnya. Di sisi lain, dalam tuangan dasar, logam cair diisi ke dalam cetakan dari bawah ke atas, sehingga menghindari percikan dan oksidasi yang terkait dengan tuangan vertikal. Gambar 2.6 menunjukkan desain tuangan vertikal sederhana dan desain tuangan dasar. Dalam sistem tuangan horizontal, bagian horizontal tambahan diperkenalkan untuk distribusi logam cair yang lebih baik dengan turbulensi minimum.
Perhitungan Waktu Pengisian
Perhitungan sederhana berdasarkan prinsip aliran fluida dapat menghasilkan estimasi waktu yang dibutuhkan untuk mengisi cetakan. Kami akan mengilustrasikan hal ini untuk dua desain dalam Gambar 2.6. Persamaan neraca energi terintegrasi berdasarkan aliran massa satuan, yang lebih dikenal sebagai persamaan Bernoulli, akan digunakan. Misalnya, dalam Gambar 2.6a, diasumsikan bahwa tekanan di titik 1 dan 3 sama (yaitu, p₁ = p₃) dan tingkat 1 dipertahankan konstan. Jadi, kecepatan di stasiun 1 (v₁) adalah nol. Selain itu, kerugian gesekan diabaikan. Kemudian, persamaan neraca energi antara titik 1 dan 3 menghasilkan –
Persamaan (2.7) memberikan kecepatan jet yang mengalir terhadap tekanan statis h, membuat tekanan efektif sebagai (hₜ – h). Sekarang, untuk saat yang ditunjukkan, biarkan tingkat logam dalam cetakan bergerak naik melalui ketinggian dh dalam interval waktu dt, Aₘ dan A_g adalah luas penampang cetakan dan gerbang, masing-masing. Maka,
Efek Aspitasi
Untuk cetakan yang terbuat dari bahan permeabel (misalnya, pasir), perhatian harus diberikan untuk memastikan bahwa tekanan di mana saja dalam aliran logam cair tidak jatuh di bawah tekanan atmosfer. Jika tidak, gas yang berasal dari pembakaran senyawa organik dalam cetakan akan masuk ke dalam aliran logam leleh, menghasilkan pengecoran berpori. Hal ini dikenal sebagai efek aspitasi. Merujuk pada Gambar 2.6a dan menerapkan persamaan Bernoulli antara titik 2 dan 3, kami mendapatkan –
Situasi lain di mana efek aspitasi muncul terkait dengan perubahan tiba-tiba dalam arah aliran. Seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.9a, aliran logam cair menyusut di sekitar sudut tajam karena efek momentum. Dalam tuangan vertikal, hal ini tidak ada hubungannya dengan percepatan gravitasi.
Daerah yang disempit yang ditunjukkan pada stasiun 2 dalam Gambar 2.9a dikenal sebagai vena contracta. Untuk menghindari pembuatan vakum di sekitar stasiun 2, cetakan dibuat agar sesuai dengan vena contracta, seperti yang dilakukan pada Gambar 2.9b. Dengan kata lain, perubahan tiba-tiba dalam arah aliran dihindari. Jika diameter saluran adalah d dan diameter di pintu masuk adalah d′, maka biasanya d′/d dipertahankan pada nilai sekitar 1,3. Ini berarti r ≈ 0,15d.
Item Pencegahan Kotoran dalam Desain Tuangan
Item umum yang digunakan dalam desain tuangan untuk mencegah kotoran dalam pengecoran adalah sebagai berikut (lihat juga Gambar 2.10):
(i) Wadah Tuang: Ini mengurangi gesekan erosi dari aliran logam cair yang datang langsung dari pelepah. Tinggi tuang konstan juga dapat dipertahankan dengan menggunakan wadah tuang.
(ii) Penapis: Penapis keramik di sprue menghapus dross.
(iii) Core Pencesutan: Core keramik yang ditempatkan di ujung sprue juga mengurangi gesekan erosi dari aliran logam cair.
(iv) Skim Bob: Ini adalah jebakan yang ditempatkan di gerbang horizontal untuk mencegah kotoran lebih berat dan lebih ringan masuk ke dalam cetakan.
Efek Gesekan dan Distribusi Kecepatan
Kecepatan logam cair di sprue dan gerbang seragam di seluruh penampang. Sebenarnya, kecepatan fluida yang bersentuhan dengan permukaan padat apa pun adalah nol dan maksimal pada axis saluran. Distribusi kecepatan dalam saluran tergantung pada bentuk saluran dan sifat aliran (yaitu, turbulen atau laminar). Selanjutnya, dalam diskusi kita sejauh ini, kita juga telah mengasumsikan tidak ada kerugian gesekan.
Dalam fluida nyata, kerugian gesekan selalu ada, terutama ketika ada kontraksi tiba-tiba atau perbesaran penampang aliran. Dalam diskusi yang akan datang, kita, dalam cahaya kedua faktor ini, yaitu distribusi kecepatan dan gesekan, akan memodifikasi persamaan yang sudah kami kembangkan.
