Perancangan gating system pengecoran logam

(1)

PELATIHAN

PERANCANGAN SISTEM

SALURAN DAN CORAN

(2)

SISTEM SALURAN

(GATING SYSTEM)

Definisi :

Rangkaian saluran logam cair untuk memasuki

cetakan (pasir, logam, dll) guna mengisi seluruh

rongga cetak yang kemudian diikuti oleh

pembekuan untuk menghasilkan bentuk benda

cor.

Hukum-hukum aliran fluida yang umum digunakan

untuk menghasilkan gating system yang optimal

antara lain :

Bernoulli’s Theorem, Law of Continuity,

dan Momentum Effects (Reynold’s Number).

(3)

Gating Systems (Sand or gravity casting )

Tujuan utama pembuatan gating

systems

1. Menghindari turbulensi dan

meminimalisir gas yang terbawa dalam logam cair.

2. Pengisian logam cair ke dalam rongga cetakan terjadi dalam waktu yang singkat.

3. Mencegah premature solidification (pembekuan dini)

4. Mengatur kecepatan alir logam cair yang akan masuk ke rongga cetakan.

5. Logam cair dapat masuk ke dalam cetakan dengan gradient temperatur yang tercipta di mold surface dan di dalam logam cair yang selanjutnya akan menghasilkan directional solidification menuju riser.

(4)

FUNGSI BAGIAN-BAGIAN SISTEM SALURAN

• Mangkok tuang (pouring basin)

Semacam corong yang menerima langsung cairan logam dari ladel.

Mangkok tuang harus dibuat sedemikian rupa, sehingga kotoran-kotoran yang terbawa oleh logam cair tidak masuk kedalam cetakan.Pouring basin ditempatkan di atas sprue pada bagian cope. Design yang baik dari

pouring basin akan menghasilkan aliran logam cair yang lembut tanpa

turbulen di dalam sprue. Pouring basin harus diletakkan dekat dengan tepi flask agar cetakan bisa terisi penuh dengan cepat.

• Saluran turun (sprue)

Saluran turun dibuat kerucut terbalik. Design dari sprue sangat krusial, diupayakan dapat meminimalisir terjadinya aliran turbulen pada logam cair. Aliran turbulent menyebabkan luas permukaan logam cair yang terekspos terhadap udara luar menjadi meningkat, sehingga akan

meningkatkan proses oksidasi logam cair dan menyebabkan erosi pada cetakan pasir.

(5)

• Pengalir (runner)

Berfungsi untuk distributor logam cair, juga penangkap kotoran yang masih terbawa oleh logam cair sehingga tidak ikut masuk ke dalam produk.

• Saluran masuk (ingate)

Saluran masuk dibuat lebih kecil dari pengalir dan bentuknya diusahakan mengecil menuju ke arah rongga cetakan produk.

• Saluran penambah (riser)

Berfungsi untuk mencegah penyusutan pada produk.

[a] Natural flow of a free falling liquid metal

[b] Air aspiration induced by a liquid metal flow in a

straight-sided sprue. [c] Liquid flow in a tapered

(6)

GATE dan CHOKE

Gate merupakan saluran

terpendek yang menghubungkan antara runner dan cetakan produk

Choke digunakan untuk

membatasi laju aliran logam cair

Choke : suatu penghalang (restriction) yang dipasang di dasar sprue / pada runner untuk mengontrol laju aliran logam cair sebelum masuk ke dalam mold cavity.

Choke yang ditempatkan bersama straight-sided sprue.

[a] choke core. [b] runner choke

(7)

R u n n e r (Pengalir)

Definisi :

Suatu saluran yang membawa logam cair dari sprue menuju

ingate yang selanjutnya akan masuk ke dalam rongga

cetakan produk.

Extension Runner (blind ends)

⇒

logam cair yang

pertama-tama masuk ke dalam gating system umumnya adalah yang

paling terkontaminasi karena kontak dengan dinding

cetakan dan bereaksi dengan gas selama logam cair

tersebut mengalir

⇒

momentum effect digunakan untuk

membawa logam cair yang kurang bersih tersebut melewati

ingate dan menuju extension runner

⇒

logam cair yang

lebih bersih masuk ke ingate menuju mold cavity

⇒

dihasilkan benda casting yang lebih baik.

(8)

Ingates

Definisi :

Jalan / saluran yang menghubungkan antara runner

dan rongga cetakan produk.



Ingate harus dibuat menuju daerah yang tebal dari

benda casting.



Gates berbentuk persegi panjang adalah yang paling

sering digunakan.



Sangat disarankan untuk membentuk fillet gates antara

benda casting dan ingates.



Lokasi ingates harus dibuat sedemikian rupa

⇒

(9)

Ingates

Multiple gating lebih disukai

⇒

menurunkan

pouring temperature

⇒

meningkatkan kualitas

struktur metalurgi dari benda casting dan akan

mengurangi gradient temperature

Dilakukan dengan cara menurunkan luas

penampang runner setelah melewati suatu ingate

Dengan menurunkan luas penampang runner

secara bertahap di sepanjang runner →

kecepatan dan tekanan logam cair di kedua

ingates bisa disamakan.

(10)

(11)

Riser

Definisi :

Riser adalah reservoir logam cair yang dihubungkan ke benda

casting untuk menyediakan/mensupply logam cair

tambahan yang dibutuhkan oleh benda casting selama

proses solidifikasi.

Shrinkage yang terjadi selama solidifikasi menyebabkan

terjadinya voids kecuali ada sejumlah logam cair tambahan

yang diumpankan (fed) ke tempat-tempat yang

berpotensial munculnya shrinkage.

Riser didesign untuk membeku paling akhir dan menarik

shrinkage voids keluar dari benda casting.

Riser juga berfungsi sebagai pintu keluar bagi gas-gas dan

dross yang terperangkap di dalam logam cair.

(12)

Riser

Dipengaruhi oleh jenis alloy dan

mode pembekuan, jenis

media cetakan dan design

casting.

Mold dan metal variable juga

berpengaruh terhadap

jalannya progressive dan

directional solidification (lihat

gambar di samping):

Directional and progressive

solidification in a casting

equipped with a riser.

(13)

Riser Feeding Distance

Adalah jarak yang bisa dicapai riser untuk mengkompensasi shrinkage dari benda casting :

n_r = L (mm) / [d_r(mm) + f_d x T (mm)]

dimana :

n_r = jumlah Riser

L = daerah jangkauan casting yang harus diumpankan

d_r = Diameter Riser

f_d = Feeding Distance Factor T = Tebal tuangan paling tipis

Feeding Distance

Relationship in Steel Plate

Section width greater than 3T, where T = thickness

(14)

C h i l l

(d) : Chill diterapkan ke bagian terisolasi untuk mengurangi waktu pembekuan

(e) : Waktu pemadatan

sambungan diperpanjang dengan menerapkan pad isolasi atau eksotermik pada dinding coran

Effect of chills in increasing feeding range of risers

(15)

Prosedur penentuan ukuran riser minimum

dengan menggunakan metode faktor bentuk

(16)

Riser Configuration and Their Characteristic

Values (M, Vr, D, H)

(17)

Perhitungan Ingate

Dimana :

• I_A = Luas ingate

• W = berat total (Al + riser + gating system)

•  = massa jenis Al (2,7 gr/cm3₎

• t = waktu tuang (detik)

• f = kecepatan (0,3)

• h_m = tekanan metallostatic

Catatan :

• M_(riser) : M_{(gating system)} = 20% : 10% (dari massa Al produk)

• Perbandingan I_A : Runner : Sprue = 1 : 4 : 4 (pressurize)

• h_m = metallostatic pressure height, yaitu tekanan yang diakibatkan dari ketinggian suatu material fliuida.

(18)

Tipe Gating System

1. The pressurized gating system

A

_G

<A

_S

where A

_G

: total gate cross-sectional area of all gates

A

_S

: total sprue base cross-sectional area

which, if the flow rate is constant, implies:

V

_G

>V

_S

where V : the velocity of fluid

2. The unpressurized gating system

A

_S

<A

_G

, V

_S

>V

_G

(19)

Tipe Gating System

Perbedaan terletak pada penempatan posisi choke

(flow-controlling restriction) dalam gating system.

Pressurize gating system

→ choke terletak diantara

runner dan gate

Ratio luas permukaan sprue : runner : gates

adalah 1:2:2, 1:2:4 dan 1:4:4.

Unpressurize gating system

→ choke terletak

diantara sprue dan runner

Ratio luas permukaan sprue : runner : gates

adalah 4:8:3

(20)

Pressurize Gating System

Keuntungan :

1. ↓ ukuran dan berat benda casting

⇒

↑ mold yield.

2. Gating system selalu terisi penuh oleh logam cair

3. Ketika memakai multiple gates, laju aliran logam cair di

tiap gate (dengan luas permukaan gates yang sama) ialah

sama.

4. Jumlah logam cair yang tersisa di dalam gating system ↓

⇒

casting yield ↑.

Kerugian:

1. Turbulensi sering terjadi pada junctions dan corners

2. Kecepatan logam cair ↑ saat masuk ke mold cavity

⇒

umumnya diikuti oleh gas entrapment, dross formation

dan mold erosion

(21)