Memahami Cetakan Pasir: Definisi, Jenis, dan Dasar Pengecoran Logam

Pendahuluan

Dalam artikel ini kita akan membahas tentang:- 1. Definisi Cetakan Pasir 2. Klasifikasi Cetakan Pasir 3. Pengumpanan Logam.

Definisi Cetakan Pasir

Cetakan pasir dapat didefinisikan sebagai-wadah pasir yang telah dibentuk sebelumnya di mana logam leleh dicar dan diizinkan untuk mengkristal. Setelah pengecoran, ia diambil dari cetakan pasir, cetakan pasir umumnya hancur. Cetakan diisi dengan cara mencar logam leleh ke dalam lubang di bagian atas cetakan dan saluran yang tepat dibuat untuk memungkinkan logam mengalir ke semua bagian cetakan oleh gravitasi.

Pengecoran kecil atau menengah biasanya dibuat dalam flask—wadah berbentuk kotak persegi panjang, tanpa atas dan bawah. Flask dapat dibuat dalam dua atau tiga bagian, dan bagian dipertahankan dalam perpaduan oleh pin dowel. Perlu untuk mengunci flask sebelum mencar logam leleh ke dalamnya, untuk mencegah efek terapung logam leleh dari mengangkat bagian atas flask.

Klasifikasi Cetakan Pasir

Bergantung pada bahan yang digunakan, cetakan dapat diklasifikasikan sebagai:

1. Cetakan pasir basah,
2. Cetakan Skin-Dry,
3. Cetakan pasir kering,
4. Cetakan terikat semen,
5. Cetakan logam.

1. Cetakan pasir basah

Cetakan pasir basah adalah cetakan pasir, di mana kelembapan ada dalam pasir pada saat mencar logam leleh. Butir dipegang oleh lempeng basah. Tingkat kelembapan harus dikontrol dengan hati-hati. Ini digunakan untuk pengecoran, hampir semua paduan ferrous. Pasir basah tersedia dalam banyak jenis dan digunakan untuk membuat cetakan kecil, menengah dan sering kali besar.

Cetakan pasir basah paling murah untuk dibuat karena bahan dasar untuk ini lebih murah. Output yang lebih besar dapat diperoleh dari ruang lantai tertentu. Ini tidak memerlukan operasi atau peralatan backup tetapi core pasir kering harus digunakan. Ini lebih lunak daripada cetakan pasir kering, memberikan kebebasan lebih besar dalam kontraksi, saat pengecoran mengkristal dan pendingin. Juga, pembuatan cetakan lebih menghemat waktu. Namun, cetakan pasir basah memiliki beberapa kekurangan yaitu, mereka tidak sekuat yang lain cenderung rusak selama penanganan atau oleh erosi logam. Kelembapan yang ada dalam pasir mungkin juga menyebabkan beberapa cacat dalam pengecoran seperti lubang blow, lubang gas dll.

Cetakan ini tidak dapat disimpan untuk waktu yang lama. Finishing permukaan pengecoran yang dihasilkan dari cetakan pasir basah tidak sangat halus. Kadang-kadang aditif seperti debu batu bara atau bahan organik juga ditambahkan dan kemudian disebut pembuatan cetakan loam.

Tiga metode yang sering digunakan dalam pembuatan cetakan pasir basah adalah:

(a) Metode Pasir Terbuka: Ini adalah bentuk paling sederhana di mana seluruh cetakan dibuat di lantai pabrik pengecor atau di atas lapisan pasir di atas lantai. Metode ini terutama digunakan untuk pengecoran padat sederhana dengan atas datar. Setelah pengaturan yang tepat, pola ditekan ke dalam lapisan pasir untuk membuat cetakan. Kotak cetakan tidak diperlukan dan permukaan atas cetakan terbuka ke udara. Wadah tuang dibuat di satu ujung cetakan, dan saluran penumpasan dipotong di sisi rongga.

(b) Metode Bedded-in: Dalam metode ini diperlukan cope yaitu tutup pasir. Ini digunakan, ketika permukaan atas pengecoran tidak datar. Pola ditukik ke dalam pasir lantai pabrik pengecor atau di dalam drag yang diisi sebagian dengan pasir untuk membentuk rongga cetakan. Atas drag dihaluskan dan pasir parting disebarkan. Cope ditempatkan di atas pola dan dipadatkan.

Saluran dan riser dipotong dan kotak cope diangkat. Pola kemudian ditarik, permukaan cetakan drag dan cope diselesaikan dan cope ditempatkan kembali pada posisinya yang benar untuk menyelesaikan cetakan.

(c) Metode Turn-Over: Metode ini biasanya digunakan untuk pola padat maupun terbelah. Setengah pola ditempatkan dengan sisi datarnya pada papan cetakan, drag dipadatkan dan digulung. Kemudian, cope ditempatkan di atas setengah pola yang lain dan dipadatkan dan digulung. Dua bagian pola digetarkan dan ditarik. Sekarang, cope ditempatkan di atas drag untuk merakit cetakan.

2. Cetakan Skin-Dry

Ini dibuat dari pasir basah dengan pemangasan pasir kering. Dalam beberapa kasus, kelembapan dikeringkan dari lapisan permukaan pasir yang dipadatkan kedalaman 25 mm oleh pemanas atau pemegang gas. Ini lebih umum dalam cetakan besar dan dapat digunakan untuk pengecoran, hampir semua paduan ferrous dan non-ferrous.

Ini lebih murah untuk dibangun daripada cetakan pasir kering tetapi lebih mahal daripada cetakan pasir basah dengan ukuran yang sama. Ia memiliki keuntungan kurang peralatan, bahan lebih murah, kurang waktu untuk persiapan, dan kurang ruang lantai dibandingkan dengan pembuatan cetakan pasir kering. Namun, ini tidak sekuat cetakan pasir kering dan tidak dapat disimpan untuk waktu yang lama karena kelembapan dapat bermigrasi melalui lapisan kering.

3. Cetakan Pasir Kering

Ini dibuat dengan pasir yang tidak memerlukan kelembapan untuk mengembangkan kekuatan. Campuran pasir untuk pekerjaan kecil dan menengah terdiri dari 13 bagian pasir lantai, 8 bagian pasir baru dan 1 bagian pupuk kuda atau serbuk kayu. Untuk pekerjaan berat, proporsi ini adalah 11:9:1 dan untuk pekerjaan berat ekstra—10 : 10 : 1.

Permukaan cetakan disemprotkan dengan air gula. Semua bagian cetakan dipanggang dalam pelepah pada 150—300°C (hingga kelembapan diusir) untuk meningkatkan kekuatan, menahan erosi, dan memperbaiki kondisi permukaan. Cetakan pasir kering dapat digunakan untuk banyak paduan tetapi lebih sering digunakan untuk pengecoran baja.

Ini sebagian besar digunakan dalam operasi kecil dan menengah. Untuk operasi yang lebih besar, cetakan pasir kering dibuat dalam bagian dan dirakit setelah pemangasan. Cetakan pasir kering lebih kuat dan dapat ditangani dengan lebih mudah dengan kurang kerusakan dan juga dapat disimpan untuk waktu yang lebih lama.

Ini menahan erosi logam, dan kecenderungan untuk cacat terkait kelembapan dihilangkan. Kekurangan cetakan ini adalah- ini memerlukan bahan cetakan yang lebih mahal, biaya tenaga kerja tinggi, dan operasi, peralatan dan ruang tambahan diperlukan.

4. Cetakan Terikat Semen

Dalam cetakan ini, pasir silika terikat dengan semen Portland digunakan sebagai bahan pembuatan cetakan, yang kering di udara. Cetakan ini paling umum digunakan untuk pekerjaan ferrous yang sangat besar dan pembuatan cetakan lubang dan dalam kasus lain, di mana pemangasan tidak mungkin. Ia memiliki kekuatan tinggi dan memiliki semua keuntungan pasir kering.

Untuk cetakan ini, ruang tambahan untuk operasi pengeringan udara harus disediakan. Bahan yang digunakan dalam cetakan ini tidak dapat digunakan kembali seperti cetakan lain, sehingga proses menjadi mahal.

5. Cetakan Logam

Ini digunakan untuk proses die casting, cetakan permanen dan pengecoran sentrifugal.

Pengumpanan Logam dalam Cetakan Pasir

Untuk mengatasi masalah pengumpanan, terutama ketika pengecoran kompleks dalam ukuran dan bentuk, adalah aspek terpenting untuk memastikan pengecoran yang baik. Masalah dihadapi karena laju penyerapan panas yang lambat dari massa logam yang besar. Ini menghasilkan peminimuman gradien suhu dan kesulitan untuk mendapatkan pengkristalan secara arah menuju feeder.

Meskipun mudah untuk mendapatkan pengkristalan arah dengan paduan yang memiliki rentang beku pendek, ini cukup sulit dengan paduan yang memiliki rentang beku lewat. Lokasi feeder dan riser, untuk menyuplai logam panas ke bagian yang lebih tebal, yang mungkin terisolasi selama pengkristalan, dan untuk mendirikan gradien suhu awal, sangat penting. Kadang-kadang gradien suhu dapat dirikan secara buatan dengan menggunakan pendingin dalam cetakan, pad pengisolasi dan bagian menyempit.

Harap dicatat bahwa rongga penyerut cenderung terbentuk pada bagian seperti T dan silang dll. yang memakan waktu lebih lama untuk mengkristal karena dalam kasus tersebut, volume logam lebih besar dan luas permukaan di mana panas dapat melarikan diri berkurang. Oleh karena itu, solusinya terletak pada penyediaan bentuk di mana volume logam berkurang dan luas permukaan di mana panas dapat melarikan diri bertambah.

Dalam kasus silang, hasil terbaik dapat diperoleh dengan mengalihkan lokasi tulang, atau dengan memperkenalkan lubang cor di tengah silang, atau menggunakan jaring lingkar yang dindingnya lebih tipis dari tulang lurus. Harus dipastikan bahwa bagian terakhir untuk mengkristal akan diumpangi dengan logam dari feeder. Desain, ukuran dan lokasi feeder, gerbang dan saluran adalah, oleh karena itu, paling penting.

Biasanya masalah pengumpanan paling baik diselesaikan oleh pengalaman, namun beberapa aturan ilmiah dan empiris yang dikembangkan dengan pengalaman akan ditemukan untuk menjadi panduan yang baik dalam menangani masalah ini.

(i) Pendekatan Transfer Panas (Efek Akar Kuadrat Waktu)

(ii) Aturan Chvorinov

Menurut aturan Chvorinov, ketebalan kulit yang seragam, –

Jadi, untuk setiap bentuk di mana kondisi batas antarmuka yang sama berlaku, menurut aturan Chvorinov, waktu pengkristalan secara langsung proporsional terhadap kuadrat rasio volume terhadap luas permukaan.

Untuk memastikan bahwa logam dalam feeder mengkristal terakhir, –

Untuk volume yang sama, waktu pengkristalan akan secara progresif meningkat untuk bentuk-bentuk berikut dalam urutan karena luas permukaannya untuk volume yang sama berkurang:

i. Plat,
ii. batang,
iii. kubus,
iv. silinder pendek,
v. bola.

Meskipun secara teori bola paling lama untuk mengkristal tetapi tidak bisa dilakukan untuk feeder. Silinder pendek adalah yang paling pendek dan disempitkan untuk memfasilitasi pembuatan cetakan.