Multiple Channel Fluidity Test Castings Pengujian ini digunakan untuk mengetahui fluiditas aliran logam cair saat

Transkripsi

1 Multiple Channel Fluidity Test Castings Pengujian ini digunakan untuk mengetahui fluiditas aliran logam cair saat melalui saluran lebih dari satu dan dengan penampang sempit, yang mana banyak terdapat pada saluran cetakan pengecoran sebenarnya. Pengaruh bentuk cetakan berpengaruh pada fluiditas. YudySuryaIrawan 1

2 Faktor Cetakan mempengaruhi fluiditas Dalam proses penuangan, fluiditas juga dipengaruhi oleh cetakan terutama bila aliran logam berada dalam tekanan tertentu. Logam cair akan berhenti karena pembekuan dan kondisi cetakan mempengaruhi aliran secara langsung melalui sifat termal atau secara tidak langsung dengan mengurangi kecepatan aliran. Jika gaya hambat mengurangi kecepatan, akan meningkatkan waktu untuk kehilangan panas per unit panjang dinding saluran yang mana akan menyebabkan penghentian akhir/pembekuan akhir dengan jarak yang lebih pendek. Thermal Properties Kecepatan pendinginan hingga suhu aliran logam terhenti ditentukan oleh heat diffusivity dari material cetakan. YudySuryaIrawan 2

3 Faktor Cetakan mempengaruhi fluiditas Pendinginan juga dapat dipercepat dengan permukaan cetakan pasir (green sand moulds) penguapan air dari Sedangkan untuk pengecoran investment, pengurangan laju pendinginan dapat dilakukan dengan pemanasan awal cetakan dengan suhu tinggi. Efek Permukaan Cetakan Aliran ke bawah dari logam cair melalui saluran dihambat oleh gaya gesek yang dipengaruhi oleh kekasaran permukaan. Kekasaran permukaan ini berhubungan dengan ukuran butir dari material cetakan. Semakin halus butiran material saluran atau semakin halus permukaan saluran maka fluiditas semakin tinggi. Peningkatan kecepatan aliran juga dapat dilakukan dengan menggunakan reactive coating yang didesain untuk mempengaruhi karakteristik metal-mould interface. Contoh, Hexachloroethane yang dapat menghasilkan chlorine akrif, dapat meningkatkan fluiditas aluminium paduan dengan efektif. Di sini oksida film alumina yang menghambat aliran dapat dikurangi oleh chlorine. YudySuryaIrawan 3

4 Faktor Cetakan mempengaruhi fluiditas Efek Tekanan Udara Logam memasuki cetakan mendesak udara keluar dari cetakan melalui open risers atau permebilitas material cetakan. Bila saluran keluar udara ini kurang, maka tekanan balik dari udara akan menghambat aliran logam cair dan akan mengurangi banyak fluiditas logam cair. Oleh karena itu, saluran keluar yang cukup banyak dan material cetakan dengan permeabilitas yang cukup akan mengurangi efek negatif penurunan fluiditas logam cair. YudySuryaIrawan 4

5 2.2 Saluran dalam Pengecoran (Gating in Castings) Sistem saluran (gating system) adalah bagian dari cetakan dimana logam cair melaluinya sebelum mengisi kekosongan cetakan. Pentingnya teknik saluran pengecoran berkaitan dengan tujuannya sebagai berikut: 1. Kecepatan dan arah aliran logam harus benar-benar mengisi cetakan sebelum terjadi pembekuan. 2. Aliran harus halus dan uniform, dengan turbulensi minimum. Udara terjebak, oksidasi logam dan erosi cetakan harus dihindari. 3. Teknik saluran seharusnya mendukung distribusi suhu yang ideal di dalam kekosongan cetakan yang terisi dengan penuh sehingga urutan pendinginan terjadi dengan baik. 4. Sistem saluran dapat bekerja sama dengan perangkap atau filter untuk memisahkan inclusion sehingga dapat menjaga kualitas coran dan menghindari kemacetan saluran. Desain saluran harus mempertimbangkan berat dan bentuk cetakan, fluiditas logam dan efek oksidasi logam saat logam mengalir. Teknik sangat bervariasi dengan tujuan dasar meminimalisasi biaya dalam membuat cetakan, waktu pembuatan dan jumlah material. YudySuryaIrawan 5

6 Gating in Castings Karakteristik saluran dinyatakan dengan gating ration, a : b : c dengan, a: luas penampang downrunner b: total luas penampang runners c: total luas penampang ingates YudySuryaIrawan 6

7 Perilaku aliran dalam saluran horisontal dengan central sprue (tidak macet) (macet) YudySuryaIrawan 7

8 Perilaku aliran dalam saluran horisontal dengan sprue ujung (end sprue) YudySuryaIrawan 8

9 Macam-macam Gate (saluran pengecoran) YudySuryaIrawan 9

10 Macam-macam Gate (saluran pengecoran) YudySuryaIrawan 10

11 Macam-macam Gate (saluran pengecoran) YudySuryaIrawan 11

12 Perilaku Umum Aliran Logam dalam Cetakan Pengecoran Erosi pada cetakan selama pengecoran disebabkan oleh turbulesi yang berbeda dengan aliran logam yang halus/laminar. Dalam aliran turbulen, meskipun massa cairan memiliki sebuah arah resultan, terdapat variasi arah dan kecepatan lokal yang luas di dalam aliran. Aliran laminer akan menjadi turbulen bila kecepatan rata-ratanya mencapai sebuah nilai kritis untuk kombinasi khusus antara sifat-sifat logam dan dimensi cetakan. Kondisi setimbang yang menentukan jenis aliran dapat dinyatakan dengan bilangan Reynolds, ( Re) v d = υ dengan: v : kecepatan rata-rata [m/detik] d : dimensi linier dari penampang saluran cetakan [m] = diameter bila penampang berupa lingkaran. υ : viskositas kinematik dari logam cair [m 2 /detik] YudySuryaIrawan 12

13 Aliran turbulen berhubungan dengan nilai Re yang tinggi sehingga dengan kecepatan tinggi, saluran aliran yang besar dan viskositas kinematik yang rendah. Nilai Re tergantung pula pada geometri sistem dan biasanya berkisar antara Turbulensi akan terjadi pada nilai yang lebih rendah dari rentang di atas bila aliran laminar diganggu oleh perubahan seketika dari dimensi dan arah saluran. Di bawah kondisi pengecoran, dimensi saluran dan kecepatan yang rendah dibutuhkan untuk menghindari pembekuan prematur. Salah satu dari fungsi primer dari sistem saluran adalah meminimalisasi gangguan saluran dengan membentuk saluran yang halus, selain garis alir yang mendekati ideal. YudySuryaIrawan 13

14 Desain Sistem Saluran Studi tentang sistem saluran yang paling modern selalu berdasarkan dua hukum dasar mekanika fluida. Pertama, Persamaan Kontinyuitas Q = A 1 V 1 = A 2 V 2 dst. dengan: Q : kecepatan aliran volume (m 3 /detik) A : luas penampang saluran yang dilalui aliran (m 2 ) V : kecepatan linier aliran (m/detik) Kecepatan linier aliran dalam sebuah sistem berhubungan dengan faktor lain seperti terlihat pada Teorema Bernoulli yang menyatakan bahwa, total energi dari unit berat fluida adalah konstan dalam sebuah sistem aliran. dst. dengan: V : kecepatan linier aliran (m/detik) h : ketinggian di atas bidang referensi/acuan (m) P : tekanan (N/m 2 ) ; ρ : densitas (kg/m 3 ) YudySuryaIrawan 14

15 Persamaan dalam Teorema Bernoulli tersebut menunjukkan energi kinetik, potensial dan tekanan. Perhitungan aliran berdasarkan hukum-hukum ini akan menimbulkan error karena adanya friksi dari perubahan penampang, dan perubahan arah yang tajam dari belokan atau persimpangan. Koreksi dapat dibuat dengan menggunakan loss coefficients yang didapatkan secara eksperimental. Riset menunjukkan bahwa losses tersebut tidak terlalu tinggi dan dalam banyak kasus dapat diabaikan. Salah satu dari fungsi primer dari sistem saluran adalah meminimalisasi gangguan saluran dengan membentuk saluran yang halus, selain garis alir yang mendekati ideal. Prinsip-prinsip ini mungkin dapat digunakan untuk memperkirakan kecepatan aliran dari sistem individual. Sebagai contoh pada perilaku logam dalam down runner dapat dideduksi dari pertimbangan bahwa kecepatan linier logam yang jatuh dari titik awal tanpa adanya hambatan gesekan. Untuk kasus ini, di dalam tekanan atmosfir, energi potensial pada posisi awal sama dengan energi kinetik pada suatu titik dalam pergerakan aliran. YudySuryaIrawan 15

16 Dengan menggunakan teorema Bernoulli maka persamaan menjadi, sehingga kecapatan aliran logam dapat dihitung dengan mudah dan berhubungan dengan jarak jatuh dari titik awal ke titik pengamatan. V = (2gh) 1/2 Sehingga, dalam saluran downrunner yang panjang, aliran logam yang mendesak masuk dapat menyebabkan mengalirnya udara melalui dinding cetakan yang permeabel. Oleh karena itu, penampang downrunner di taper sehingga pengurangan penampang luasan dapat diimbangi dengan kecepatan aliran masuk dan tetap memenuhi laju aliran volume yang tetap. Dimensi dari downrunner secara teoritis dibutuhkan berdasarkan hubungan sebagai berikut: dengan A 1 dan A 2 : luas penampang h 1 dan h 2 adalah kedalaman logam saat masuk down runner dan di titik manapun di dalam saluran tersebut. YudySuryaIrawan 16

17 Gating in Castings Karakteristik saluran dinyatakan dengan gating ration, a : b : c dengan, a: luas penampang downrunner b: total luas penampang runners c: total luas penampang ingates YudySuryaIrawan 17

18 Multiple Finger Ingate untuk menghasilkan aliran yang uniform Untuk mengalirkan logam cair dari runner ke cavity, diperlukan ingate yang mana salah satunya berupa multiple ingate supaya didapatkan aliran yang uniform. Saluran ingate ini terdapat tiga macam, pool in system, backswept runner dan tapered runner. YudySuryaIrawan 18

19 Sistem gating horisontal jenis streamlined sistem dengan pengurangan penampang saluran secara progresif YudySuryaIrawan 19

20 Sistem gating horisontal dengan menggunakan paralel runner dengan ingate bersudut YudySuryaIrawan 20

21 Step Gate Selain itu juga terdapat step gate untuk membuat logam dapat mencapai cetakan dengan tingkatan lebih tinggi secara progresif. Step gate menawarkan sebuah metode yang mana mengubah distribusi suhu yang merugikan di dasar gating, sementara mempertahankan kelebihan dari sistem pengecoran. Dengan metode ini memungkinkan mengalirkan logam panas secara lansung ke top feeder head tanpa menghentikan penuangan. Akan tetapi, step gate tidak selalu berfungsi seperti yang diharapkan, seperti tampak pada sistem pada slide berikutnya. Dalam slide tersebut, pengisian cetakan terjadi melalui bottom ingate dan upper ingate yang memungkinkan pengaliran dalam arah yang berlawanan. Jika setiap ingate berfungsi selama proses yang diinginkan, pengukuran diperlukan untuk menghentikan aliran awal dari logam. Gambar dalam slide tersebut juga menunjukkan beberapa metode yang dapat dicapai seperti membuat tapered downrunners, inclined ingates dan U-tube downrunners. YudySuryaIrawan 21

22 Sistem step gating YudySuryaIrawan 22

23 Beberapa alat untuk pemisahan unsur-unsur inklusi non metalik. Trap, diperlukan untuk memisahkan unsur-unsur inklusi non logam supaya kekosongan cetakan dapat diisi hanya oleh logam cair yang bersih. Inklusi dapat timbul dari dalam logam cair, dari slag atau kotoran dari dapur atau partikelpaertikel dari cetakan. Metode pemisahannya adalah berdasarkan beda massa jenis. YudySuryaIrawan 23

24 Beberapa Data Massa Jenis Relatif Unsur Logam dan Non Logam Approximate densities of some metals and non-metallics YudySuryaIrawan 24

25 Terima kasih kepada Penulis Buku yang menjadi acuan mata kuliah ini: Peter Beeley, Foundry Technology 2 nd Edition, Butterworth Heinemann YudySuryaIrawan

26 Terima kasih atas perhatian Anda dan Selamat Mencatat dan Belajar dengan Baik YudySuryaIrawan