Perincian Pasir dan Teknik Pengecoran Khusus

Metode pembentukan coran (blanko atau komponen) dengan bentuk dan sifat tertentu dengan cara mencairkan logam, membuat cetakan, dan menuangkan logam cair ke dalam rongga cetakan, menunggunya hingga dingin dan mengeras, disebut pengecoran. Pengecoran banyak digunakan dalam industri manufaktur mesin dan merupakan salah satu metode utama untuk memproduksi komponen kosong atau suku cadang.

Proses pembentukan pengecoran memiliki karakteristik sebagai berikut:

• Cocok untuk membuat blanko atau komponen dengan bentuk yang rumit, terutama yang memiliki rongga internal yang rumit, seperti silinder, rumah, badan pompa, badan katup, impeler, dll.
• Ukuran coran hampir tidak terbatas, mulai dari komponen instrumen listrik dengan berat beberapa gram hingga rangka pabrik baja dengan berat ratusan ton, yang semuanya dapat dibentuk dengan pengecoran.
• Proses produksi pengecoran sederhana, bahan yang digunakan tidak mahal, dan memiliki berbagai macam aplikasi. Untuk sebagian bahan dengan plastisitas yang buruk (seperti besi tuang), pengecoran adalah satu-satunya proses pembentukan untuk memproduksi blanko.

Proses produksi pengecoran melibatkan banyak langkah, dan faktor-faktor yang memengaruhi kualitas coran sangat kompleks. Cacat pengecoran seperti penuangan yang tidak memadai, rongga penyusutan, porositas, lubang pasir, dan retakan mudah terjadi, yang mengakibatkan tingkat scrap yang tinggi.

Pembentukan pengecoran dibagi menjadi dua kategori utama: pengecoran pasir dan pengecoran khusus, berdasarkan bahan cetakan, metode pencetakan, dan kondisi penuangan. Pengecoran pasir adalah metode pengecoran tradisional dengan proses yang fleksibel dan biaya rendah. Pengecoran khusus mengacu pada metode pengecoran selain pengecoran pasir.

Performa pengecoran suatu paduan adalah performa proses yang ditunjukkan oleh paduan tersebut selama proses pembentukan pengecoran. Kualitas kinerja pengecoran secara langsung mempengaruhi kualitas internal dan eksternal pengecoran. Aspek utama dari kinerja pengecoran meliputi fluiditas, penyusutan, oksidasi, penyerapan gas, dan kecenderungan pemisahan dari paduan pengecoran.

I. Pengecoran Pasir

Metode pengecoran yang menggunakan pasir cetak sebagai bahan untuk menyiapkan cetakan disebut pengecoran pasir, yang melibatkan penuangan logam cair ke dalam rongga cetakan pasir dan mendapatkan hasil pengecoran setelah dingin dan mengeras.

Dalam produksi pengecoran, bagian yang digunakan untuk membentuk kontur eksternal pengecoran disebut cetakan, dan bagian yang digunakan untuk membentuk rongga internal atau bentuk lokal pengecoran disebut inti. Bahan yang digunakan untuk membuat cetakan disebut pasir cetak, dan bahan yang digunakan untuk membuat inti disebut pasir inti. Pasir cetak dan pasir inti secara kolektif disebut sebagai bahan cetakan. Proses pengecoran pasir ditunjukkan pada Gambar 1.

1. Cetakan

Pencetakan adalah proses pembentukan rongga internal cetakan pasir dengan menggunakan pola, yang membentuk kontur eksternal pengecoran setelah dituang. Ini adalah proses paling dasar dalam pengecoran pasir dan dibagi menjadi dua kategori: pencetakan manual dan pencetakan mesin. Pencetakan manual terutama digunakan untuk produksi satu bagian atau batch kecil, sedangkan pencetakan mesin terutama digunakan untuk produksi massal.

(1) Pencetakan Manual

Ada banyak metode pencetakan manual. Menurut karakteristik kotak pasir, ada cetakan dua kotak, cetakan tiga kotak, dan cetakan lubang; sesuai dengan karakteristik model, ada cetakan pola padat, cetakan pola split, cetakan penggalian pasir, cetakan kotak palsu, cetakan potongan longgar, dan cetakan pengikis.

Dalam pengecoran, pengecoran yang sama dapat menggunakan metode pencetakan yang berbeda. Metode spesifik yang akan digunakan tergantung pada faktor-faktor seperti karakteristik struktural, ukuran, batch produksi, dan kondisi produksi pengecoran.

(2) Cetakan Mesin

Pencetakan dengan mesin melibatkan penyelesaian semua operasi seperti mengisi cetakan dengan pasir (pengisian pasir), memadatkan pasir, dan menghilangkan pola menggunakan mesin cetak. Pencetakan dengan mesin memiliki intensitas tenaga kerja yang rendah, produktivitas tinggi, kualitas pengecoran yang stabil, dan tunjangan pemesinan yang kecil. Namun, pemadatan pasir dengan cetakan mesin tidak dapat menembus kotak tengah, sehingga tidak dapat digunakan untuk cetakan tiga kotak.

2. Pembuatan Inti

Pembuatan inti adalah proses pengisian pasir inti ke dalam kotak inti, pemadatan, pemangkasan, dan prosedur lainnya untuk membentuk inti. Karena inti mudah terkena dampak logam cair dan dikelilingi oleh logam cair bersuhu tinggi selama penuangan, maka inti diharuskan memiliki kekuatan, permeabilitas, refraktilitas, dan kolap yang lebih tinggi.

Untuk meningkatkan kekuatan inti, tulang inti dapat ditambahkan selama pembuatan inti. Tulang inti yang kecil sering kali menggunakan kawat besi atau paku, sedangkan tulang inti yang sedang dan besar sering kali menggunakan besi tuang untuk membentuk kerangka. Untuk meningkatkan permeabilitas inti, saluran ventilasi dapat digali di tengah-tengah inti untuk menghubungkan dengan bagian luar cetakan. Untuk inti yang lebih besar, garis lilin, kokas, terak, dll., Dapat ditempatkan di tengah inti.

3. Menuangkan

Proses menuangkan logam cair ke dalam cetakan disebut penuangan. Penuangan adalah salah satu langkah penting untuk memastikan kualitas coran. Coran yang dibuang karena alasan penuangan mencapai 20% hingga 30% dari jumlah total coran yang dibuang. Oleh karena itu, suhu penuangan dan kecepatan penuangan harus dikontrol dengan ketat selama penuangan.

4. Pengosongan dan Pembersihan

(1) Guncangan

Proses mengeluarkan coran dari cetakan pasir disebut shakeout. Shakeout dibagi menjadi shakeout manual dan shakeout mesin. Yang pertama digunakan untuk produksi batch kecil satu bagian, sedangkan yang kedua digunakan untuk produksi massal.

Kunci untuk melakukan shakeout adalah memahami waktu yang tepat untuk membuka cetakan. Jika cetakan dibuka terlalu dini, pengecoran tidak akan cukup dingin, menyebabkan cacat seperti deformasi dan pengerasan permukaan, dan pengecoran akan membentuk tekanan dan retakan internal. Jika cetakan terlambat dibuka, maka akan menempati ruang produksi dan perkakas, sehingga mengurangi produktivitas. Waktu pengocokan terkait dengan ukuran dan bentuk pengecoran serta jenis paduan.

(2) Pembersihan

Proses pemotongan sistem gating, melepas inti, menghilangkan flash dan gerinda, serta membersihkan pasir yang menempel setelah goncangan disebut pembersihan, untuk membuat permukaan pengecoran memenuhi persyaratan.

II. Pengecoran Khusus

Pengecoran pasir memiliki banyak keuntungan dan banyak digunakan, tetapi juga memiliki beberapa kelemahan, seperti akurasi dimensi coran yang rendah, permukaan kasarrendah, produktivitas rendah, kualitas tidak stabil, dan intensitas tenaga kerja yang tinggi.

Untuk lebih meningkatkan kualitas dan efisiensi produksi coran, beberapa metode pengecoran canggih yang secara signifikan berbeda dari pengecoran pasir biasa telah ditemukan. Metode pengecoran ini, yang secara signifikan berbeda dari pengecoran pasir biasa, secara kolektif disebut sebagai pengecoran khusus.

Ada banyak metode pengecoran khusus, seperti pengecoran investasi, pengecoran cetakan logam, pengecoran tekanan, pengecoran sentrifugal, pengecoran tekanan rendah, pengecoran cetakan cangkang, pengecoran cetakan keramik, pengecoran kontinu, pengecoran vakum, dan pengecoran cetakan magnetik. Di sini, kami memperkenalkan metode yang lebih banyak digunakan seperti pengecoran investasi, pengecoran cetakan logam, pengecoran tekanan, dan pengecoran sentrifugal.

1. Pengecoran Investasi

Pengecoran investasi adalah metode pengecoran presisi yang paling umum digunakan. Metode ini menggunakan bahan yang dapat melebur (seperti lilin) untuk membuat pola (pola lilin), melapisi pola dengan beberapa lapisan pelapis tahan api, dan setelah mengeras dan mengeringkan, melelehkan pola dan mengalirkannya keluar dari cetakan untuk mendapatkan cetakan (cangkang) tanpa garis pemisah. Setelah pemanggangan dan penuangan suhu tinggi, pengecoran yang diinginkan diperoleh. Karena lilin sering digunakan untuk membuat pola lilin dalam pengecoran investasi, ini juga dikenal sebagai pengecoran lilin yang hilang.

Karakteristik dan Aplikasi Pengecoran Investasi:

• Pengecoran berkualitas tinggi. Pengecoran investasi dapat memperoleh coran dengan akurasi dimensi tinggi dan nilai kekasaran permukaan yang rendah. Akurasi dimensi umum dapat mencapai IT11 ~ IT14, dan nilai kekasaran permukaan dapat mencapai Ra1.6 ~ 6.3μm. Oleh karena itu, suku cadang yang dibuat dengan pengecoran investasi dapat mencapai lebih sedikit atau tanpa pemesinan.
• Berbagai coran paduan dapat dilemparkan, terutama cocok untuk baja paduan tinggi dengan titik leleh tinggi dan permesinan yang sulit, seperti paduan tahan panas, baja tahan karat, dan baja magnetik.
• Coran berdinding tipis yang rumit dengan kontur yang jelas dapat dicetak. Diameter minimum lubang tuang dapat mencapai 0,5 mm, dan ketebalan dinding minimum dapat mencapai 0,3 mm.
• Batch produksi tidak terbatas. Pengecoran investasi dapat menghasilkan puluhan buah atau ribuan buah. Dalam kondisi produksi massal, operasi jalur perakitan mekanis dapat direalisasikan.

Investment casting terutama digunakan untuk memproduksi komponen kecil dengan bentuk yang rumit, persyaratan presisi tinggi, dan pemesinan yang sulit, seperti bilah mesin, komponen kecil pada mobil, traktor, dan peralatan mesin. Ini juga banyak digunakan dalam industri telekomunikasi, permesinan, instrumentasi, dan manufaktur perkakas.

2. Pengecoran Cetakan Logam

Metode menuangkan logam cair ke dalam cetakan yang terbuat dari logam untuk mendapatkan coran disebut pengecoran cetakan logam. Karena cetakan logam dapat terus digunakan kembali ratusan hingga ribuan kali, pengecoran cetakan logam juga disebut pengecoran cetakan permanen.

Karakteristik dan Aplikasi Pengecoran Cetakan Logam:

• Hal ini dapat mencapai "satu cetakan, banyak coran," menghemat waktu dan bahan cetakan, memfasilitasi mekanisasi dan otomatisasi, dan meningkatkan produktivitas.
• Coran memiliki butiran halus, struktur padat, dan sifat mekanis yang tinggi.
• Coran memiliki akurasi dimensi yang tinggi dan kualitas permukaan yang baik. Akurasi dimensi dapat mencapai IT12 ~ IT14, dan nilai kekasaran permukaan dapat mencapai Ra6.3 ~ 12.5μm.

Pengecoran cetakan logam terutama cocok untuk produksi massal pengecoran paduan logam non-besi berukuran sedang dan kecil (seperti aluminium, magnesium, tembaga, dll.) Dengan ketebalan dinding yang relatif seragam, seperti piston aluminium, blok silinder, kepala silinder mobil, traktor, dan mesin pembakaran dalam, rumah motor, penutup kotak persimpangan, bushing paduan tembaga, dan selongsong. Ini juga dapat menghasilkan coran logam besi berbentuk sederhana.

3. Pengecoran Tekanan

Pengecoran bertekanan (disebut sebagai die casting) adalah metode di mana logam cair ditekan dengan cepat ke dalam cetakan logam di bawah tekanan tinggi dan dipadatkan di bawah tekanan untuk mendapatkan coran. Die casting adalah proses pembentukan yang berkembang pesat, rendah pemotongan, dan tanpa pemotongan dalam teknologi pemrosesan logam modern.

Karakteristik dan aplikasi die casting:

• Kualitas pengecoran yang baik. Akurasi dimensi die casting umumnya mencapai IT11 hingga IT13, dengan yang tertinggi mencapai IT8 hingga IT9. Nilai kekasaran permukaan dapat mencapai Ra0.8 hingga 3.2μm, sehingga beberapa die casting dapat dirakit dan digunakan tanpa pemesinan.
• Kekuatan tinggi dan kekerasan permukaan coran. Karena kristalisasi cairan logam yang cepat di bawah tekanan, struktur permukaan pengecoran padat, dan butiran internalnya halus, sehingga kekuatan tarik pengecoran adalah 25% hingga 40% lebih tinggi dari pada pengecoran pasir, tetapi laju perpanjangan berkurang.
• Bagian berdinding tipis yang kompleks atau coran dengan lubang dan ulir kecil dapat langsung dicetak, seperti coran die casting paduan aluminium dengan ketebalan dinding hingga 0,5 mm, diameter lubang cor minimum 0,7 mm, dan jarak ulir minimum 0,75 mm.
• Komponen dengan bahan lain yang disematkan dapat die-cast untuk menghemat bahan dan waktu pemrosesan yang berharga, meningkatkan kinerja komponen, dan teknologi penyematan dapat menggantikan proses perakitan beberapa komponen.
• Produktivitas tinggi, dan proses produksi mudah dimekanisasi dan diotomatisasi.

Die casting banyak digunakan dalam industri manufaktur mobil, traktor, instrumen, instrumen elektronik, industri pertahanan, peralatan medis, dll., Seperti blok silinder mesin, kepala silinder, rumah transmisi, penutup mesin, rumah dan braket instrumen dan kamera, sambungan pipa, roda gigi, dll.

Saat ini, ini terutama digunakan untuk pengecoran logam non-ferrous kecil (di bawah 10kg) dalam produksi massal, dengan die casting paduan seng dan paduan aluminium yang paling banyak digunakan.

4. Pengecoran sentrifugal

Pengecoran sentrifugal adalah metode pengecoran di mana logam cair dituangkan ke dalam cetakan berputar berkecepatan tinggi, mengisi cetakan dan mengeras di bawah aksi gaya sentrifugal.

Karakteristik dan aplikasi pengecoran sentrifugal:

• Kualitas pengecoran yang baik. Di bawah aksi gaya sentrifugal, pengecoran mengeras dan terbentuk, menghasilkan struktur yang padat dengan lebih sedikit cacat seperti rongga penyusutan, pori-pori, dan inklusi. Selain itu, pendinginan cetakan logam yang cepat menghasilkan butiran halus dan sifat mekanis yang lebih tinggi.
• Ketika membuat coran silinder berongga, tidak diperlukan inti, sehingga menghemat waktu dan material. Selain itu, tidak diperlukan sistem gating, sehingga menghasilkan pemanfaatan logam yang lebih tinggi.
• Cairan logam memiliki kemampuan mengisi cetakan yang baik, memungkinkan pengecoran coran berdinding tipis dan paduan dengan fluiditas yang buruk.
• Ini dapat menghasilkan coran bimetalik dengan sifat yang berbeda, seperti bantalan berlapis tembaga yang didukung baja (juga dikenal sebagai bantalan yang didukung tembaga). Metode pembuatannya melibatkan penempatan selongsong baja yang telah dipanaskan sebelumnya dalam cetakan, menuangkan cairan cair paduan tembaga, dan mendinginkan serta memadatkan untuk mendapatkan pengecoran bimetalik dengan baja luar dan struktur tembaga bagian dalam.

Pengecoran sentrifugal terutama digunakan untuk membuat coran berongga dari benda yang berputar, seperti liner silinder dan bushing. Selain itu, dapat membuat berbagai coran berbentuk padat dan berkekuatan tinggi, seperti impeler kecil dan alat pemotong berbentuk. Pengecoran sentrifugal cocok untuk berbagai bahan logam, menghasilkan coran dengan berat hingga beberapa ton atau dengan diameter lubang minimum 7mm.