PELATIHAN PERANCANGAN SISTEM SALURAN DAN CORAN
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).
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.
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.
[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 sprue.
• 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.
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 straightsided sprue. [a] choke core. [b] runner choke
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 pertamatama 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.
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 ⇒ meminimalisasi agitasi dan mencegah erosi cetakan.
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.
Ingates
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.
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.
Riser Feeding Distance Adalah jarak yang bisa dicapai riser untuk mengkompensasi shrinkage dari benda casting : nr = L (mm) / [dr(mm) + fd x T (mm)] dimana : nr = jumlah Riser L = daerah jangkauan casting yang harus diumpankan dr = Diameter Riser fd = Feeding Distance Factor T = Tebal tuangan paling tipis
Feeding Distance Relationship in Steel Plate Section width greater than 3T, where T = thickness
(d) : Chill diterapkan ke bagian terisolasi untuk mengurangi waktu pembekuan (e) : Waktu pemadatan sambungan diperpanjang dengan menerapkan pad isolasi atau eksotermik pada dinding coran
Chill Effect of chills in increasing feeding range of risers
Prosedur penentuan ukuran riser minimum dengan menggunakan metode faktor bentuk
Riser Configuration and Their Characteristic Values (M, Vr, D, H)
Perhitungan Ingate Dimana : • IA = Luas ingate • W = berat total (Al + riser + gating system) • = massa jenis Al (2,7 gr/cm3) • t = waktu tuang (detik) • f = kecepatan (0,3) • hm = tekanan metallostatic Catatan : • M(riser) : M(gating system) = 20% : 10% (dari massa Al produk) • Perbandingan IA : Runner : Sprue = 1 : 4 : 4 (pressurize) • hm = metallostatic pressure height, yaitu tekanan yang diakibatkan dari ketinggian suatu material fliuida.
Tipe Gating System Tipe Gating System 1. The pressurized gating system AG
VS where V : the velocity of fluid 2. The unpressurized gating system ASVG Most metals generally have unpressurized gating systems.
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
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
Unpressurized Gating System Keuntungan : 1. ↓ kecepatan logam cair di dalam gating system saat memasuki mold cavity ⇒ aliran laminar ⇒ ↓ gas entrapment, dross formation dan mold erosion. 2. Luas permukaan runner dan ingate ↑ ⇒ kecepatan alir logam cair ↓ ⇒ ↓ turbulensi dalam gating system dan semburan logam cair ke dalam mold cavity. Kerugian : 1. Luas permukaan runner dan ingates ↑ ⇒ ↓ casting yield. 2. Sulit memperoleh kecepatan alir logam cair yang sama di dalam tiap ingate jika menggunakan multiple gates 3. Persyaratan design yang lebih ketat dan teliti diperlukan untuk menjamin seluruh sistem tetap terisi logam cair selama proses pouring.
