Multiple Channel Fluidity Test Castingsyudysi.lecture.ub.ac.id/files/2012/09/ProsManufII04th.pdfdan...

Multiple Channel Fluidity Test Castings

Pengujian inidigunakan untukmengetahuifluiditas aliranlogam cair saatsaatmelaluimelalui saluransaluranlebihlebih daridari satusatu dandandengandenganpenampangpenampang

Proses Manufaktur IIProses Manufaktur II�YudySuryaIrawan�YudySuryaIrawan 1

penampangpenampangsempitsempit, yang , yang manamana banyakbanyakterdapatterdapat padapadasaluransaluran cetakancetakanpengecoranpengecoransebenarnyasebenarnya..Pengaruh bentukcetakanberpengaruhpada fluiditas.

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.


yang lebih pendek.

Thermal Properties

KecepatanKecepatan pendinginanpendinginan hinggahingga suhusuhu aliranaliran logamlogam terhentiterhenti ditentukanditentukan

oleholeh heat diffusivity heat diffusivity daridari material material cetakancetakan..


Pendinginan juga dapatdapat dipercepatdipercepat dengandengan penguapanpenguapan airair daridari

permukaanpermukaan cetakancetakan pasirpasir (green(green sandsand moulds)moulds)

Sedangkan untuk pengecoran investment, , penguranganpengurangan lajulaju pendinginanpendinginan

dapatdapat dilakukandilakukan dengandengan pemanasanpemanasan awalawal cetakancetakan dengandengan suhusuhu tinggitinggi..

EfekEfek PermukaanPermukaan CetakanCetakan

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.


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 Di sinisini oksidaoksida film alumina yang film alumina yang

menghambatmenghambat aliranaliran dapatdapat dikurangidikurangi oleholeh chlorine.chlorine.


Efek Tekanan Udara

� Logam memasuki cetakan mendesak udara keluar dari cetakan melalui

open risers atau permebilitas material cetakan.

� Bila saluran keluar udara ini kurang, makamaka tekanantekanan balikbalik daridari udaraudara akanakan

menghambatmenghambat aliranaliran logamlogam caircair dandan akanakan mengurangimengurangi banyakbanyak fluiditasfluiditas

logamlogam caircair..

� Oleh karena itu, saluran keluar yang cukup banyak dan material cetakan

dengan permeabilitas yang cukup akan mengurangi efek negatif

penurunan fluiditas logam cair.


penurunan fluiditas logam cair.

2.2 Saluran dalam Pengecoran (Gating in Castings)Sistem saluran (gating system) adalah bagian dari cetakan dimanalogam cair melaluinya sebelum mengisi kekosongan cetakan.

Pentingnya teknik saluran pengecoran berkaitan dengan tujuannyasebagai berikut:

1. Kecepatan dan arah aliran logam harus benar-benar mengisicetakan sebelum terjadi pembekuan.

2. AliranAliran harusharus halushalus dandan uniform, uniform, dengan turbulensi minimum. Udara terjebak, oksidasi logam dan erosi cetakan harus dihindari.

3. Teknik saluran seharusnya mendukung distribusi suhu yang ideal


3. Teknik saluran seharusnya mendukung distribusi suhu yang ideal di dalam kekosongan cetakan yang terisi dengan penuh sehinggaurutan pendinginan terjadi dengan baik.

4. Sistem saluran dapat bekerja sama dengan perangkap atau filter untuk memisahkan inclusion sehingga dapat menjaga kualitascoran 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 biayadalam membuat cetakan, waktu pembuatan dan jumlah material.

Gating in Castings

Karakteristik saluran dinyatakan dengan gating ration,

a : b : c

dengan,


dengan,a: luas

penampang downrunner

b: total luas penampang runners

c: total luas penampang ingates

Perilaku aliran dalam saluran horisontal dengan central sprue

(tidak macet)


(macet)

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


Macam-macam Gate (saluran pengecoran)


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


Kondisi setimbang yang menentukan jenis aliran dapat dinyatakan

dengan bilangan Reynolds,

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 [m2/detik]

υ

dvRe

⋅=)(

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 2000 2000 -- 40004000.

Turbulensi akan terjadi pada nilai yang lebih rendah dari

rentang di atas bila aliran laminar diganggu oleh perubahan

seketika dari dimensi dan arah saluran.


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.

Desain Sistem Saluran

Studi tentang sistem saluran yang paling modern selalu berdasarkan dua

hukum dasar mekanika fluida.

Pertama, Persamaan Kontinyuitas

Q = A1 V1 = A2 V2 dst.

dengan: Q : kecepatan aliran volume (m3/detik)

A : luas penampang saluran yang dilalui aliran (m2)

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/m2) ; ρ : densitas (kg/m3)

Persamaan dalam Teorema Bernoulli tersebut menunjukkan energi kinetik,

potensial dan tekanan.

Perhitungan aliran berdasarkan hukum-hukum ini akan menimbulkanerror karena adanya friksi dari perubahan penampang, dan perubahanarah yang tajam dari belokan atau persimpangan.

Koreksi dapat dibuat dengan menggunakan loss coefficients loss coefficients yang didapatkan secara eksperimental.

Riset menunjukkan bahwa losses tersebut tidak terlalu tinggi dan dalambanyak kasus dapat diabaikan.

Salah satu dari fungsi primer dari sistem saluran adalah


Salah satu dari fungsi primer dari sistem saluran adalahmeminimalisasi gangguan saluran dengan membentuk saluran yang halus, selain garis alir yang mendekati ideal.

Prinsip-prinsip ini mungkin dapat digunakan untuk memperkirakankecepatan aliran dari sistem individual. Sebagai contoh pada perilakulogam dalam down runner dapat dideduksi dari pertimbangan bahwakecepatan linier logam yang jatuh dari titik awal tanpa adanya hambatangesekan.

Untuk kasus ini, di dalam tekanan atmosfir, energi potensial pada posisiawal sama dengan energi kinetik pada suatu titik dalam pergerakan aliran.

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, aliranaliran logamlogam yang yang

mendesakmendesak masukmasuk dapatdapat menyebabkanmenyebabkan mengalirnyamengalirnya udaraudara melaluimelalui dindingdinding

cetakancetakan yang yang permeabelpermeabel..


cetakancetakan yang yang permeabelpermeabel..

Oleh karena itu, penampangpenampang downrunnerdownrunner didi taper 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 A1 dan A2 : luas penampang

h1 dan h2 adalah kedalaman logam saat

masuk down runner dan di titik manapun di

dalam saluran tersebut.

Gating in Castings

Karakteristik saluran dinyatakan dengan gating ration,

a : b : c

dengan,


dengan,a: luas

penampang downrunner

b: total luas penampang runners

c: total luas penampang ingates

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 systempool in system, backswept backswept

runnerrunner dan tapered runnertapered runner.


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


SistemSistem gating gating horisontalhorisontal dengan menggunakan paralel runner dengan ingate bersudut


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.

Sistem step gating


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


Inklusi dapat timbul dari dalam logam cair, dari slag atau kotoran dari dapur atau partikel-paertikel dari cetakan.Metode pemisahannya adalah berdasarkan beda massa jenis.

Beberapa Data Massa Jenis Relatif Unsur Logam dan Non Logam

Approximate densities of some metals and non-metallics


Terima kasih kepada Penulis Buku yang

menjadi acuan mata kuliah ini:

Peter Beeley, Foundry Technology 2ndPeter Beeley, Foundry Technology 2nd

Edition, Butterworth Heinemann

Proses Manufaktur IIProses Manufaktur II�YudySuryaIrawan�YudySuryaIrawan

Terima kasih atas perhatian Anda

dan

Selamat Mencatat dan Belajar dengan Baik

Terima kasih atas perhatian Anda

dan

Selamat Mencatat dan Belajar dengan Baik

Proses Manufaktur IIProses Manufaktur II�YudySuryaIrawan�YudySuryaIrawan

Multiple Channel Fluidity Test Castingsyudysi.lecture.ub.ac.id/files/2012/09/ProsManufII04th.pdfdan...

Documents

Transcript of Multiple Channel Fluidity Test Castingsyudysi.lecture.ub.ac.id/files/2012/09/ProsManufII04th.pdfdan...