5 Jenis Tunjangan Pola dalam Pengecoran

1. Perkenalan

Tunjangan pola sangat penting untuk Pengecoran logam, memastikan bahwa produk akhir memenuhi spesifikasi desain meskipun terdapat perilaku material dan proses yang melekat.

Pengecoran logam dapat mengalami penyusutan, ekspansi termal, gesekan cetakan, dan persyaratan pasca-pemrosesan, sehingga penting untuk memodifikasi dimensi pola sebelum produksi dengan sengaja.

Memahami dan menerapkan kelonggaran yang benar akan meningkatkan akurasi dimensi, permukaan akhir, dan kinerja mekanis, mengurangi sisa, dan mengoptimalkan efisiensi produksi.

2. Apa Itu Tunjangan Pola?

Tunjangan pola adalah penyesuaian dimensi yang disengaja yang dilakukan pada pola pengecoran untuk mengimbangi perubahan yang dapat diprediksi yang terjadi selama proses pengecoran.

Ketika logam cair membeku dan mendingin, dimensinya tidak sama persis dengan pola aslinya karena faktor seperti penyusutan, distorsi, gesekan cetakan, dan operasi pasca-pemrosesan.

Tunjangan pola memastikan bahwa pengecoran selesai memenuhi spesifikasi desain.

Intinya, tunjangan pola adalah “koreksi” bawaan yang diterapkan pada pola yang akan diperhitungkan:

• Penyusutan logam Selama pemadatan
• Operasi pemesinan atau penyelesaian akhir yang menghilangkan materi
• Sudut rancangan diperlukan untuk menghilangkan jamur dengan mudah
• Distorsi atau lengkungan selama pendinginan
• Lapisan tambahan dari pelapis, pelapisan, atau perawatan termal

Dengan menghitung dan menerapkan tunjangan tersebut secara cermat, pengecoran dapat menghasilkan coran yang akurat secara dimensi, fungsional, dan hemat biaya, bahkan untuk bentuk kompleks atau komponen presisi tinggi.

Tunjangan yang dirancang dengan baik mengurangi pengerjaan ulang, tingkat memo, dan meningkatkan efisiensi produksi secara keseluruhan.

3. Jenis Tunjangan Pola

Tunjangan pola adalah modifikasi dimensi yang disengaja diterapkan pada pola pengecoran untuk memastikan bahwa pengecoran akhir benar-benar sesuai dengan persyaratan desain, mengkompensasi perilaku material selama pemadatan, dan mengakomodasi operasi pasca pengecoran.
Setiap jenis tunjangan mempunyai a tujuan yang berbeda, mengatasi fenomena tertentu dalam proses pengecoran.
Tunjangan yang dirancang dengan baik sangat penting untuk meminimalkan cacat, mengurangi pengerjaan ulang, dan memastikan kinerja fungsional dari komponen cor.

Tunjangan penyusutan

• Tujuan: Untuk mengimbanginya kontraksi logam selama pemadatan dan pendinginan.
  Tanpa tunjangan penyusutan, coran akan lebih kecil dari yang dimaksudkan, berpotensi gagal memenuhi spesifikasi desain.
  Tunjangan penyusutan memastikan akurasi dimensi, kesesuaian fungsional, dan kompatibilitas dengan bagian kawin.

  

• Mekanisme:
  Tunjangan penyusutan dikompensasi pengurangan volume selama pemadatan dan pendinginan.

• • Penyusutan cairan: Saat logam cair mendingin hingga mencapai suhu solidus, Atom bergerak lebih dekat, menyebabkan a pengurangan kepadatan.
    Penempatan riser memastikan logam cair keluar dari pengumpan memberi makan pada area yang menyusut, mencegah gigi berlubang.
  • Penyusutan padat: Kontraksi lebih lanjut terjadi ketika logam yang dipadatkan mendingin hingga mencapai suhu sekitar.
    Pola yang terlalu besar menyebabkan hal ini memperluas dimensi pola awal sebanding dengan tingkat penyusutan spesifik bahan.
  • Gradien termal dan ketebalan bagian: Bagian yang lebih tebal mendingin lebih lambat, menyebabkan penyusutan diferensial.
    Desain pola yang tepat menggabungkan variabel kebesaran, memastikan dimensi seragam di daerah tipis dan tebal.

Contoh Penyusutan Khusus Bahan:

Makna: Prediksi penyusutan yang akurat mencegah cacat seperti porositas, celah, atau ketidaksesuaian, khususnya di Aerospace, Otomotif, dan komponen industri.

Tunjangan pemesinan

• Tujuan: Untuk menyediakan material tambahan pada permukaan kritis untuk memastikan hal itu pemesinan pasca pengecoran mencapai dimensi akhir yang tepat dan kualitas permukaan.
  Tanpa tunjangan pemesinan, casting mungkin gagal toleransi dimensi karena kekasaran permukaan, ketidakteraturan cetakan, atau variasi penyusutan kecil.

  

• Mekanisme:
  Tunjangan pemesinan disediakan bahan tambahan pada permukaan fungsional untuk mengkompensasi:

• • Ketidakteraturan permukaan: Cetakan pasir atau cetakan investasi menimbulkan kekasaran dan penyimpangan dimensi kecil. Ketebalan ekstra memungkinkan penghilangan material untuk mencapai toleransi yang tepat.
  • Koreksi pasca casting: Variasi penyusutan, lengkungan kecil, atau cacat lokal diperbaiki selama pemesinan, memastikan geometri akhir sesuai dengan desain teknik.
  • Penghapusan yang dapat diprediksi: Polanya meliputi a ketebalan yang telah dihitung sebelumnya untuk berbelok, penggilingan, atau penggilingan, memastikan kedalaman pemesinan yang seragam dan menghindari pemotongan yang berlebihan.

• Kisaran khas: 1–5 mm tergantung pada persyaratan material dan toleransi.
• Dampak: Memastikan integritas fungsional komponen presisi seperti roda gigi, poros, atau flensa.

Draft tunjangan

• Tujuan: Untuk mengaktifkan penghapusan pola yang halus dan bebas kerusakan dari rongga cetakan.
  Draf tunjangan mencegah menggores, robek, atau pecahnya dinding cetakan, yang dapat mengakibatkan cacat permukaan atau ketidakakuratan dimensi.

• Mekanisme:
  Draf tunjangan memperkenalkan a sedikit lancip pada permukaan vertikal atau hampir vertikal dari polanya:

• • Pengurangan gesekan: Lancipnya berkurang gesekan antara dinding cetakan padat dan polanya selama ekstraksi.
  • Meminimalkan kerusakan jamur: Mencegah robek, peregangan, atau retaknya cetakan pasir atau cetakan cangkang, mempertahankan integritas rongga.
  • Kekuatan penghapusan seragam: Memastikan dinding tipis dan fitur rumit tidak menempel, memungkinkan akurasi dimensi yang konsisten di beberapa casting.
  • Optimalisasi sudut: Sudut rancangan ditentukan berdasarkan jenis logam, bahan cetakan, dan tinggi dinding, biasanya 1–3° untuk logam, lebih tinggi untuk plastik atau resin.

• Dampak: Mengurangi tingkat penolakan, meminimalkan keausan cetakan, dan memungkinkan pengulangan tinggi dalam produksi, terutama untuk coran yang rumit atau tinggi.

Tunjangan Distorsi

• Tujuan: Untuk mengimbanginya deformasi geometri disebabkan oleh pendinginan yang tidak merata, tekanan internal, atau penyusutan diferensial.
  Tanpa tunjangan distorsi, coran yang panjang atau berdinding tipis dapat melengkung, memutar, atau membungkuk, mengarah ke misalignment, masalah perakitan, atau penolakan.

• Mekanisme:
  Tunjangan distorsi diperhitungkan deformasi yang disebabkan oleh pendinginan yang tidak merata atau tegangan sisa:

• • Gradien kontraksi termal: Bagian tebal dan tipis mendingin dengan kecepatan berbeda, tekanan internal dapat menyebabkan lengkungan atau pembengkokan. Pola pra-deformasi melawan distorsi yang diharapkan.
  • Relaksasi stres: Dengan mengantisipasi pola tegangan sisa, polanya sengaja dirancang dengan geometri yang mengembalikan bentuk yang diinginkan setelah pendinginan.
  • Penyesuaian berdasarkan simulasi: Penggunaan pengecoran modern simulasi termal dan struktural untuk memprediksi distorsi dan menghitung offset pola yang tepat.

• Aplikasi: Kritis dalam komponen asimetris, bingkai besar, dan rumah turbin.

Tunjangan Rap

• Tujuan: Untuk memperhitungkan sedikit pembesaran atau distorsi rongga cetakan yang disebabkan oleh gaya yang diterapkan saat menghilangkan pola (mengetuk).
  Tanpa tunjangan ini, dinding tipis atau inti yang rumit mungkin runtuh atau berubah bentuk, mengorbankan keakuratan dimensi.

• Mekanisme:
  Tunjangan rap dikompensasi pembesaran rongga yang disebabkan oleh gaya mekanik selama penghapusan pola:

• • Pemindahan paksa: Saat pola diekstraksi, energi ditransfer ke bahan cetakan, sedikit menekan atau meregangkan dinding cetakan.
  • Respons yang spesifik terhadap materi: Cetakan pasir lepas atau cetakan cangkang halus dapat berubah bentuk karena gaya ekstraksi.
    Polanya adalah agak terlalu kecil di area kritis sehingga rongga sesuai dengan dimensi desain setelah dirap.
  • Perlindungan dinding tipis: Memastikan fitur halus tetap utuh, mencegah kerusakan atau cacat permukaan selama demolding.

• Aplikasi: Sangat penting untuk cetakan pasir hijau dan geometri kompleks.

Tunjangan Pemesinan atau Penyelesaian untuk Pelapisan atau Pelapisan

• Tujuan: Untuk memberikan materi tambahan kepada mengganti kerugian materil selama finishing permukaan, elektroplating, atau lapisan keras.
  Hal ini memastikan pengecoran akhir tetap dalam toleransi dimensi setelah lapisan dilepas atau diendapkan.

• Mekanisme:
  Tunjangan penyelesaian memastikan hal itu material yang dihilangkan selama perawatan permukaan tidak mengurangi keakuratan dimensi:

• • Deposisi atau pemindahan material: Elektroplating, lukisan, atau pemolesan dapat mengubah dimensi permukaan.
    Ketebalan ekstra pada pola memastikan dimensi akhir tetap dalam toleransi setelah pelapisan atau finishing.
  • Tunjangan seragam: Polanya meliputi a margin yang dihitung, biasanya 0,05–0,2 mm, untuk mengakomodasi variabilitas proses.
  • Penting untuk toleransi yang ketat: Terutama penting untuk ruang angkasa, Otomotif, atau bagian dekoratif di mana integritas permukaan dan presisi dimensi sangat penting.

• Nilai -nilai khas: 0.05–0,2 mm tergantung pada jenis dan ketebalan lapisan.
• Aplikasi: Trim otomotif, Komponen Aerospace, atau perangkat keras dekoratif yang membutuhkan kualitas permukaan yang tinggi dan ketahanan terhadap korosi.

4. Faktor-Faktor yang Mempengaruhi Pola Tunjangan

Tunjangan pola adalah penyesuaian dimensi yang disengaja diterapkan pada pola pengecoran untuk memastikan bahwa pengecoran akhir memenuhi spesifikasi desain.

Besaran dan jenis tunjangan bergantung pada kombinasi dari sifat material, metode pengecoran, geometri, dan persyaratan pasca-pemrosesan.

Sifat material

• Ekspansi dan Kontraksi Termal: Logam dan paduan memuai ketika dipanaskan dan menyusut selama pemadatan.
  Paduan dengan titik leleh tinggi seperti baja tahan karat dan baja karbon tinggi mungkin memerlukan penyusutan yang lebih besar dibandingkan logam dengan titik leleh rendah seperti aluminium atau seng..
• Perilaku Solidifikasi: Bahan dengan kontraksi cair-ke-padat yang signifikan (MISALNYA., baja mangan, seng) memerlukan kelonggaran yang tepat untuk mencegah kekosongan internal atau ketidakakuratan dimensi.
• Transformasi Fase: Paduan yang mengalami transformasi solid-state (MISALNYA., pembentukan perlit pada baja) mungkin mengalami penyusutan tambahan, mempengaruhi perhitungan tunjangan.

Metode Pengecoran

• Casting pasir vs.. Casting investasi: Cetakan pasir lebih berpori dan kompresibel, seringkali mengurangi kebutuhan akan tunjangan wajib, sedangkan pengecoran investasi dengan cetakan keramik kaku memerlukan draft dan tunjangan penyusutan yang diperhitungkan dengan cermat.
• Permanen vs. Cetakan yang Dapat Dibuang: Cetakan yang bisa dibuang (MISALNYA., pasir hijau atau lilin yang hilang) mungkin memerlukan tunjangan yang lebih besar untuk penyusutan dan distorsi, sedangkan cetakan permanen (baja atau besi cor) stabil secara dimensi, memungkinkan toleransi yang lebih ketat.

Geometri dan Ketebalan Bagian

• Bentuk kompleks: Dinding tipis, tulang rusuk yang panjang, atau rongga yang dalam dapat menyebabkan pendinginan yang tidak merata dan penyusutan lokal, memerlukan distorsi dan tunjangan rap.
• Variasi Bagian: Perbedaan besar dalam ketebalan bagian dapat menyebabkan penyusutan diferensial; bagian yang lebih tebal mengeras lebih lambat, berpotensi menimbulkan bekas tenggelam, sementara bagian yang lebih tipis mungkin mendingin dengan cepat dan berkontraksi lebih sedikit.

Persyaratan Pemesinan dan Penyelesaian

• Tunjangan Pemesinan: Bagian yang akan menjalani pemesinan pasca pengecoran (MISALNYA., flensa, permukaan bantalan) memerlukan bahan tambahan, biasanya 1–3 mm tergantung pada paduan dan proses pemesinan.
• Tunjangan Pelapisan atau Plating: Tunjangan tambahan dapat ditambahkan untuk mengimbangi ketebalan lapisan, Anodisasi, atau operasi pelapisan.

Penanganan dan Penghapusan Pola

• Draf Tunjangan: Pola harus mencakup sudut draft untuk memungkinkan pelepasan cetakan dengan lancar tanpa merusak rongga cetakan.
  Draf yang dibutuhkan bervariasi menurut jenis dan bahan cetakan: 1–3° untuk logam dalam cetakan pasir, 2–5° untuk cetakan investasi yang kaku.
• Tunjangan Rap: Kekuatan yang berlebihan selama pelepasan cetakan dapat menyebabkan deformasi; tunjangan dapat mengkompensasi sedikit distorsi cetakan selama ejeksi.

Kondisi Lingkungan dan Proses

• Suhu dan Kelembaban: Bahan cetakan seperti pasir atau plester mengembang atau menyusut seiring dengan kadar air, mempengaruhi akurasi dimensi.
• Praktek Pengecoran: Tingkat pendinginan, pemadatan cetakan, dan pemanasan awal cetakan dapat secara halus mempengaruhi kelonggaran pola, terutama dalam pengecoran presisi tinggi atau skala besar.

5. Tantangan Umum dan Praktik Terbaik

Kelonggaran pola sangat penting untuk memastikan keakuratan pengecoran, tetapi menerapkannya secara tidak benar dapat menyebabkan kesalahan dimensi, cacat, dan peningkatan biaya.

6. Kesimpulan

Tunjangan pola adalah penting untuk kesuksesan casting, secara langsung mempengaruhi akurasi dimensi, kinerja mekanis, dan efisiensi manufaktur.

Memahami dan menerapkan **lima tipe utama—penyusutan, pemesinan, draf, distorsi, dan tunjangan rap/pelapisan—**membantu para insinyur dan profesional pengecoran menghasilkan produk berkualitas tinggi, coran bebas cacat.

Mengintegrasikan tunjangan dengan simulasi modern dan kontrol kualitas yang kuat memastikannya konsisten, produksi yang hemat biaya, bahkan untuk geometri kompleks dan material berperforma tinggi.

 

FAQ

Tunjangan pola apa yang paling penting?

Tunjangan penyusutan adalah yang paling penting, karena secara langsung mengatasi kontraksi volumetrik logam selama pendinginan.

Tunjangan penyusutan yang tidak tepat menyebabkan ukuran coran menjadi terlalu kecil, yang sering kali rusak atau memerlukan perbaikan pengelasan yang mahal.

Bagaimana tunjangan penyusutan dihitung?

Tunjangan penyusutan dihitung sebagai persentase linier dari dimensi nominal pengecoran:

Dimensi pola = Dimensi nominal × (1 + tingkat penyusutan). Misalnya, A 100 mm bagian besi cor kelabu (1.0% penyusutan) membutuhkan a 101 pola mm.

Mengapa rancangan tunjangan diperlukan?

Tunjangan draft mencegah kerusakan cetakan dan deformasi pola selama pelepasan.

Tanpa konsep, Gesekan antara pola dan cetakan pasir dapat menyebabkan erosi pasir atau pecahnya pola, menyebabkan coran cacat.

Berapa tunjangan pemesinan yang diperlukan untuk pengecoran investasi?

Pengecoran investasi memiliki permukaan cetakan yang halus (Ra 1,6–3,2 m), jadi tunjangan pemesinan lebih kecil (0.5–1,5 mm untuk permukaan luar) dibandingkan dengan casting pasir (2–4 mm).

Kapan tunjangan distorsi diperlukan?

Tunjangan distorsi diperlukan untuk asimetris, berdinding tipis, atau tuang baja karbon tinggi, dimana pendinginan yang tidak merata atau transformasi fasa menyebabkan lengkungan. Hal ini sering ditentukan melalui simulasi atau uji coba.

Apa itu tunjangan rap, dan mengapa itu kecil?

Tunjangan rap mengkompensasi pembesaran rongga cetakan selama rap pola.

Itu kecil (0.1–0,5 mm) karena perubahan rongga yang disebabkan oleh rap adalah minimal dibandingkan dengan penyusutan atau tunjangan pemesinan.