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.
Proses Manufaktur IIProses Manufaktur II�YudySuryaIrawan�YudySuryaIrawan 2
yang lebih pendek.
Thermal Properties
KecepatanKecepatan pendinginanpendinginan hinggahingga suhusuhu aliranaliran logamlogam terhentiterhenti ditentukanditentukan
oleholeh heat diffusivity heat diffusivity daridari material material cetakancetakan..
Faktor Cetakan mempengaruhi fluiditas
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.
Proses Manufaktur IIProses Manufaktur II�YudySuryaIrawan�YudySuryaIrawan 3
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.
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, 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.
Proses Manufaktur IIProses Manufaktur II�YudySuryaIrawan�YudySuryaIrawan 4
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
Proses Manufaktur IIProses Manufaktur II�YudySuryaIrawan�YudySuryaIrawan 5
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,
Proses Manufaktur IIProses Manufaktur II�YudySuryaIrawan�YudySuryaIrawan 6
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)
Proses Manufaktur IIProses Manufaktur II�YudySuryaIrawan�YudySuryaIrawan 7
(macet)
Perilaku aliran dalam saluran horisontal dengan sprue ujung (end sprue)
Proses Manufaktur IIProses Manufaktur II�YudySuryaIrawan�YudySuryaIrawan 8
Macam-macam Gate (saluran pengecoran)
Proses Manufaktur IIProses Manufaktur II�YudySuryaIrawan�YudySuryaIrawan 9
Macam-macam Gate (saluran pengecoran)
Proses Manufaktur IIProses Manufaktur II�YudySuryaIrawan�YudySuryaIrawan 10
Macam-macam Gate (saluran pengecoran)
Proses Manufaktur IIProses Manufaktur II�YudySuryaIrawan�YudySuryaIrawan 11
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
Proses Manufaktur IIProses Manufaktur II�YudySuryaIrawan�YudySuryaIrawan 12
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.
Proses Manufaktur IIProses Manufaktur II�YudySuryaIrawan�YudySuryaIrawan 13
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)
Proses Manufaktur IIProses Manufaktur II�YudySuryaIrawan�YudySuryaIrawan 14
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
Proses Manufaktur IIProses Manufaktur II�YudySuryaIrawan�YudySuryaIrawan 15
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..
Proses Manufaktur IIProses Manufaktur II�YudySuryaIrawan�YudySuryaIrawan 16
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,
Proses Manufaktur IIProses Manufaktur II�YudySuryaIrawan�YudySuryaIrawan 17
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.
Proses Manufaktur IIProses Manufaktur II�YudySuryaIrawan�YudySuryaIrawan 18
Sistem gating horisontal jenis streamlined sistem dengan pengurangan penampang saluran secara progresif
Proses Manufaktur IIProses Manufaktur II�YudySuryaIrawan�YudySuryaIrawan 19
SistemSistem gating gating horisontalhorisontal dengan menggunakan paralel runner dengan ingate bersudut
Proses Manufaktur IIProses Manufaktur II�YudySuryaIrawan�YudySuryaIrawan 20
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,
Proses Manufaktur IIProses Manufaktur II�YudySuryaIrawan�YudySuryaIrawan 21
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
Proses Manufaktur IIProses Manufaktur II�YudySuryaIrawan�YudySuryaIrawan 22
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
Proses Manufaktur IIProses Manufaktur II�YudySuryaIrawan�YudySuryaIrawan 23
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
Proses Manufaktur IIProses Manufaktur II�YudySuryaIrawan�YudySuryaIrawan 24
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