Panduan Desain Die Casting – Lubang

1. Perkenalan

Casting mati adalah proses manufaktur yang terkenal karena kemampuannya menghasilkan produk yang kompleks, bagian logam presisi tinggi dalam skala besar.

Di antara sekian banyak elemen desain pada komponen die-cast, lubang adalah fitur penting yang melayani berbagai keperluan mekanis dan struktural.

Namun, merancang lubang untuk die casting memerlukan pertimbangan yang cermat untuk menghindari tantangan manufaktur seperti deformasi, penyusutan, atau keausan perkakas yang berlebihan.

Panduan ini mempelajari praktik terbaik untuk mendesain lubang pada komponen die-cast.

Dengan mengikuti prinsip-prinsip ini, desainer dapat membuat komponen yang kuat dan hemat biaya sekaligus meminimalkan masalah produksi.

2. Peran Lubang dalam Die Casting

Lubang adalah fitur desain integral di banyak bagian die-cast, melayani berbagai tujuan fungsional dan struktural.

Pengikatan dan Perakitan

• Lubang sering digunakan untuk menampung baut, sekrup, dan paku keling, mengaktifkan koneksi aman di majelis.
• Contoh: Komponen otomotif seperti rumah mesin sering kali memiliki lubang tembus untuk tujuan pemasangan atau pemasangan.

Pengurangan berat badan

• Lubang yang ditempatkan secara strategis mengurangi berat keseluruhan komponen die-cast tanpa mengurangi kekuatannya.
• Hal ini sangat penting dalam industri seperti dirgantara dan otomotif, di mana penghematan berat berkontribusi pada peningkatan kinerja dan efisiensi.

Perutean dan Jalur

• Lubang dapat berfungsi sebagai saluran keluarnya cairan, kabel, atau aliran udara dalam sistem yang kompleks.
• Contoh: Sirip pendingin die-cast pada perangkat elektronik sering kali memiliki lubang ventilasi untuk meningkatkan manajemen termal.

Penyelarasan dan Pemosisian

• Lubang presisi memastikan keselarasan yang akurat selama perakitan, berkontribusi terhadap fungsionalitas keseluruhan produk akhir.

3. Jenis Lubang pada Die Casting

Melalui Lubang

Melalui lubang menembus sepenuhnya bagian tersebut, berfungsi sebagai jalur penting untuk pengencang atau penyambungan komponen.

Lubang-lubang ini menyederhanakan proses pemesinan dan memastikan sambungan yang andal.

Misalnya, melalui lubang dapat menampung baut atau sekrup, menyediakan lampiran yang kuat dan aman.

Lubang Buta

Lubang buta, yang tidak melewati seluruh bagian, menawarkan utilitas serbaguna.

Mereka sering digunakan untuk sisipan atau pengikatan sebagian, memungkinkan struktur internal dipertahankan sambil tetap menyediakan titik lampiran.

Aplikasi umum mencakup sisipan berulir rumah untuk mengamankan komponen elektronik.

Lubang Berulir

Lubang berulir dilengkapi ulir internal yang dirancang khusus untuk pengencang.

Ketepatan dalam membentuk ulir ini sangat penting untuk memastikan pengikatan ulir yang akurat dan sambungan yang aman.

Di industri seperti dirgantara, di mana keandalan adalah yang terpenting, keakuratan lubang berulir dapat berdampak langsung pada keselamatan dan kinerja.

Lubang yang Dipotong

Melemahkan lubang, dengan penampang yang tidak seragam, memberikan tantangan yang unik.

Teknik die-casting tingkat lanjut, seperti inti geser atau inti terlarut, memungkinkan untuk mencapai bentuk-bentuk ini.

Meskipun rumit, lubang undercut digunakan dalam aplikasi khusus, menawarkan solusi ketika bentuk lubang standar tidak mencukupi.

4. Pedoman Desain Lubang pada Die Casting

Desain lubang yang tepat sangat penting untuk memastikan kemampuan manufaktur, integritas struktural, dan efektivitas biaya suku cadang die-cast.

Di bawah ini adalah panduan terperinci yang harus diikuti oleh desainer:

Pertahankan Ketebalan Dinding Minimum

Untuk memastikan kekuatan bagian dan menghindari cacat seperti retak atau bengkok, pertahankan ketebalan dinding yang cukup di sekitar lubang.

• Ketebalan dinding yang mengelilingi lubang harus minimal 1.5 kali diameter lubang (D) atau itu ketebalan bagian (T), mana yang lebih besar.
• Misalnya, jika diameter lubangnya 4 mm, ketebalan dinding disekitarnya harus paling sedikit 6 mm.

Ketebalan dinding yang tidak memadai dapat membahayakan integritas struktural bagian tersebut, terutama di bawah tekanan atau beban termal.

Patuhi Batas Diameter dan Kedalaman Lubang

Die casting memiliki keterbatasan pada ukuran dan kedalaman lubang karena sifat material dan kendala desain cetakan.

• Paduan Aluminium:

• • Diameter lubang minimal: ~2,5mm
  • Kedalaman lubang maksimum: ~5 × diameter

• Paduan Seng:

• • Diameter lubang minimal: ~1,5mm
  • Kedalaman lubang maksimum: ~6×diameter

• Paduan magnesium:

• • Diameter lubang minimal: ~3,0mm
  • Kedalaman lubang maksimum: ~4×diameter

Untuk lubang melebihi dimensi ini, mempertimbangkan:

• Pemesinan sekunder: Bor atau rim pasca pengecoran untuk mencapai dimensi yang presisi.
• Desain Lubang Melangkah: Gunakan desain lubang multidiameter untuk mengurangi kedalaman tanpa mengorbankan fungsionalitas.

Pastikan Jarak dan Penempatan yang Tepat

Jarak antar lubang, slot, tepian, dan fitur lainnya harus cukup untuk menjaga kekuatan cetakan dan mencegah cacat:

• Antar Lubang: Jarak harus ≥ 1.5 × T atau 1.5 × D, mana yang lebih besar.
• Lubang ke Tepi: Jarak harus mengikuti pedoman yang sama untuk menghindari titik lemah yang dapat menyebabkan kegagalan cetakan.

Misalnya, jika diameter lubangnya 4 mm dan ketebalan bagiannya adalah 3 mm, jarak antara dua lubang harus setidaknya 6 mm.

Sertakan Sudut Draf untuk Pelepasan Cetakan

Sudut draft memudahkan pelepasan bagian cor dari cetakan, mengurangi keausan pada perkakas.

• Sudut draf yang khas: 1-3° untuk lubang.
• Sudut aliran udara yang lebih besar direkomendasikan untuk lubang yang lebih dalam guna memastikan pelepasan yang mulus.

Gunakan Pin Inti dengan Bijak

Pin inti membentuk lubang selama pengecoran tetapi terkena tekanan termal dan mekanis. Untuk memaksimalkan efisiensinya:

• Memilih pin yang lebih pendek untuk stabilitas yang lebih besar.
• Menggunakan baja yang diberi perlakuan panas atau paduan kekuatan tinggi untuk bahan pin inti agar tahan terhadap deformasi dan keausan.
• Rancang pin dengan fillet di dasarnya untuk mengurangi konsentrasi tegangan.

Mencegah Tanda Tenggelam

Tanda tenggelam terjadi ketika bagian yang tebal mendingin secara tidak merata, menciptakan cacat permukaan. Penempatan lubang yang tepat dan keseragaman ketebalan bagian dapat mencegah hal ini:

• Hindari menempatkan lubang di dekat bagian yang berat atau tebal.
• Gunakan ribbing atau fitur desain lainnya untuk meningkatkan pendinginan yang merata.

Sejajarkan Lubang untuk Performa Optimal

Pastikan lubang sejajar dengan garis perpisahan cetakan untuk menyederhanakan perkakas dan mencegah ketidaksejajaran.

• Lubang yang tidak sejajar meningkatkan risiko defleksi pin inti, menyebabkan dimensi tidak akurat.
• Jika misalignment tidak dapat dihindari, pemesinan sekunder mungkin diperlukan, meningkatkan waktu dan biaya produksi.

Perhitungkan Lubang Berulir atau Undercut

Lubang berulir dan undercut memerlukan pertimbangan tambahan:

• Lubang berulir biasanya dibuat pasca-pemesinan karena sulitnya mendapatkan ulir yang presisi selama pengecoran.
• Lubang yang dipotong memerlukan desain cetakan yang canggih dan dapat meningkatkan kompleksitas dan biaya perkakas.

Desain untuk Operasi Sekunder

Sedangkan die casting dapat menghasilkan bentuk yang mendekati jaring, beberapa lubang mungkin memerlukan operasi penyelesaian untuk mencapai toleransi yang lebih ketat:

• Pengeboran: Untuk lubang yang memerlukan presisi tinggi atau permukaan bagian dalam yang halus.
• Reaming: Untuk akurasi dimensi dan kualitas permukaan yang lebih ketat.

5. Pertimbangan materi

Pemilihan material dalam die casting secara signifikan mempengaruhi desain dan kinerja lubang pada bagian cor.

Bahan yang berbeda menunjukkan sifat termal yang berbeda-beda, tingkat penyusutan, dan kekuatan, semuanya berdampak pada desain dan fungsionalitas lubang.

Mari kita selidiki seberapa umum bahan die-casting seperti aluminium, seng, dan magnesium mempengaruhi desain lubang.

Paduan Aluminium

Paduan aluminium banyak digunakan dalam die casting karena rasio kekuatan terhadap beratnya yang sangat baik, resistensi korosi, dan sifat mekanik yang baik.

Dalam hal desain lubang:

• Tingkat Penyusutan: Aluminium memiliki tingkat penyusutan yang relatif rendah dibandingkan material lainnya, memungkinkan diameter lubang yang lebih kecil tanpa mengorbankan integritas struktural.
  Tingkat penyusutan khas untuk aluminium adalah sekitar 0.5% ke 0.7%, yang berarti desainer dapat merencanakan toleransi yang sedikit lebih ketat.
• Konduktivitas termal: Dengan konduktivitas termal yang tinggi, aluminium mendingin dengan cepat, mengurangi risiko bekas tenggelam.
  Namun, pendinginan yang cepat ini juga berarti bagian tebal di dekat lubang dapat mendingin secara tidak merata, menyebabkan potensi masalah seperti bengkok atau retak.
  Memastikan ketebalan dinding yang seragam di sekitar lubang membantu mengurangi risiko ini.
• Kekuatan dan daya tahan: Kekuatan bawaan aluminium membuatnya cocok untuk aplikasi yang membutuhkan lubang berulir yang kuat atau lubang tembus untuk pengikatan.
  Misalnya, A 6061 paduan aluminium dapat menahan tegangan tarik yang signifikan, menjadikannya ideal untuk komponen penahan beban dengan lubang kritis.

Paduan Seng

Paduan seng disukai karena kemampuan pengecorannya yang unggul dan reproduksi detail yang halus, membuatnya cocok untuk desain rumit dengan lubang kecil:

• Tingkat Penyusutan: Seng menunjukkan tingkat penyusutan yang lebih tinggi dibandingkan aluminium, biasanya sekitar 0.8% ke 1.2%.
  Ini berarti bahwa desainer perlu memperhitungkan kelonggaran yang lebih besar ketika menentukan dimensi lubang untuk memastikan ukuran akhir yang akurat setelah pengecoran.
• Sifat termal: Seng memiliki konduktivitas termal yang lebih rendah dibandingkan aluminium, menyebabkan waktu pendinginan lebih lambat.
  Meskipun hal ini dapat membantu mengurangi bekas tenggelam, hal ini juga memerlukan pertimbangan yang cermat terhadap saluran pendingin dalam desain cetakan untuk mencegah titik panas di sekitar lubang.
• Kemudahan Pemesinan: Sifat seng yang lebih lembut memudahkan pemesinan benang dan fitur lainnya pasca pengecoran.
  Karakteristik ini bermanfaat untuk membuat lubang berulir atau potongan bawah yang presisi yang mungkin sulit dilakukan pada material yang lebih keras.

Paduan magnesium

Magnesium menawarkan kepadatan terendah di antara bahan die-casting yang umum digunakan, menjadikannya pilihan yang menarik untuk aplikasi ringan:

• Tingkat Penyusutan: Magnesium memiliki tingkat penyusutan sedang, sekitar 0.4% ke 0.6%, yang sedikit lebih rendah dari seng tetapi sebanding dengan aluminium.
  Perancang harus menyeimbangkan penyusutan ini dengan kebutuhan akan struktur lubang yang kuat, terutama dalam aplikasi yang sensitif terhadap berat badan.
• Ekspansi termal: Magnesium memiliki koefisien muai panas yang lebih tinggi dibandingkan aluminium dan seng.
  Properti ini dapat menyebabkan perubahan dimensi selama siklus pemanasan dan pendinginan, mempengaruhi keselarasan dan kesesuaian lubang.
  Pertimbangan desain yang tepat, seperti menggabungkan sambungan fleksibel atau menggunakan sisipan, dapat membantu mengakomodasi variasi ini.
• Kekuatan dan Ketahanan Lelah: Meski ringan, magnesium memberikan kekuatan dan ketahanan lelah yang baik, sehingga cocok untuk aplikasi dinamis di mana lubang mengalami pembebanan berulang.
  Memperkuat area di sekitar lubang dengan dinding atau rusuk yang lebih tebal dapat meningkatkan daya tahan.

6. Tantangan Terkait dengan Lubang pada Die Casting

Mendesain lubang pada komponen die-cast memiliki serangkaian tantangan unik, jika tidak diatasi, dapat membahayakan integritas struktural, fungsionalitas, dan kemampuan manufaktur komponen.

Di bawah ini adalah eksplorasi mendalam mengenai tantangan-tantangan ini:

Variabilitas Penyusutan dan Dimensi

Selama fase pendinginan proses die-casting, logam cair menyusut saat mengeras. Penyusutan ini dapat mengakibatkan:

• Dimensi Tidak Konsisten: Ukuran lubang mungkin menjadi lebih kecil dari yang diharapkan, menyebabkan masalah perakitan.
• Hasil Di Luar Toleransi: Suku cadang presisi dengan toleransi yang ketat sering kali memerlukan pemesinan pasca pengecoran untuk memperbaiki penyimpangan ini.

Wawasan Data: Untuk paduan aluminium, penyusutan linier dapat berkisar dari 0.6% ke 1.0%. Variabilitas ini perlu diperhitungkan dalam desain untuk memastikan dimensi lubang yang akurat.

Deformasi dan Kerusakan Pin Inti

Lubang dibentuk menggunakan pin inti pada cetakan die-casting. Namun:

• Pin Inti Tipis dan Panjang: Ini rentan terhadap pembengkokan, deformasi, atau bahkan kerusakan karena tekanan termal dan mekanis yang tinggi yang diberikan selama pengecoran.
• Dampak Logam Cair Suhu Tinggi: Tekanan dan panas logam cair dapat mengganggu stabilitas pin inti, mempengaruhi konsistensi lubang.

Strategi Mitigasi: Gunakan desain lubang berundak untuk lubang yang dalam atau gunakan yang lebih tebal, pin inti yang lebih pendek untuk meningkatkan daya tahan.

Formasi Kilatan Di Sekitar Lubang

Flash mengacu pada material berlebih yang merembes melalui celah pada cetakan. Di sekitar lubang, flash dapat menyebabkan:

• Kebutuhan Pemesinan Ekstra: Menghapus flash menambah waktu dan biaya produksi.
• Mengurangi Daya Tarik Estetika: Flash dapat merusak permukaan akhir, yang sangat penting untuk komponen yang terlihat atau berperforma tinggi.

Tindakan pencegahan: Pastikan penyegelan cetakan yang tepat dan gunakan kekuatan penjepitan yang sesuai untuk meminimalkan pembentukan kilatan cahaya.

Ketidaksejajaran dan Kesalahan Penempatan

Lubang dapat bergeser atau tidak sejajar selama proses pengecoran karena:

• Keausan cetakan: Penggunaan yang sering dapat menurunkan kualitas jamur, mengakibatkan ketidakakuratan posisi.
• Penempatan Pin Inti yang Tidak Tepat: Pin yang tidak sejajar menyebabkan lubang tidak berada di tengah atau miring.

Dampak: Ketidakselarasan dapat mengganggu perakitan, meningkatkan kebutuhan akan operasi sekunder, dan mengurangi fungsionalitas bagian.

Cacat Permukaan pada Lubang

Ketidaksempurnaan permukaan seperti porositas, kekasaran, atau tanda tenggelam adalah tantangan umum:

• Porositas: Gas yang terperangkap selama pengecoran dapat menimbulkan rongga di dalam lubang, melemahkan integritas struktural mereka.
• Permukaan Dalam yang Kasar: Desain cetakan yang buruk atau pelumasan yang tidak memadai dapat menyebabkan dinding lubang menjadi kasar, mempengaruhi kinerjanya dalam aplikasi presisi.
• Tanda Tenggelam: Penempatan lubang yang tidak tepat dibandingkan dengan ketebalan dinding dapat menyebabkan lekukan permukaan.

Konsentrasi Panas Berlebihan

Lubang dapat bertindak sebagai konsentrator tegangan selama proses pengecoran. Gradien termal di dekat lubang dapat menyebabkan hal ini:

• Retak: Pendinginan yang cepat dan pemadatan yang tidak merata dapat menyebabkan retakan di dekat lubang.
• Melemahnya Materi: Paparan suhu tinggi dalam waktu lama di area terkonsentrasi di sekitar lubang dapat membahayakan sifat material.

Tip: Gunakan simulasi komputer untuk memprediksi distribusi panas dan menyempurnakan desain cetakan untuk mengurangi risiko ini.

Implikasi Biaya dan Waktu

Tantangan lubang pada die casting sering kali menyebabkan peningkatan biaya produksi:

• Pemesinan Tambahan: Memperbaiki cacat atau mencapai toleransi yang tepat memerlukan proses sekunder seperti pengeboran atau reaming.
• Pemeliharaan Cetakan: Perbaikan atau penggantian pin dan cetakan inti yang sering dapat meningkatkan biaya pemeliharaan.

Statistik: Pemesinan sekunder dapat meningkatkan biaya suku cadang sebesar 20%–30%, menekankan pentingnya desain lubang yang tepat pada tahap awal.

7. Praktik Terbaik untuk Desain Lubang Die Casting

Dimensi dan Toleransi Standar

Mengadopsi dimensi dan toleransi standar menyederhanakan proses desain dan memastikan kompatibilitas dengan peralatan manufaktur yang ada.

Mengikuti standar industri seperti yang ditetapkan oleh ASME atau ISO dapat menyederhanakan produksi dan mengurangi kesalahan.

Kepatuhan yang konsisten terhadap standar-standar ini akan memfasilitasi integrasi rantai pasokan yang lebih lancar dan meminimalkan risiko kesalahan yang merugikan.

Simulasi dan Pembuatan Prototipe

Memanfaatkan perangkat lunak simulasi dan pembuatan prototipe memungkinkan desainer menguji kelayakan desain lubang dan mengidentifikasi potensi masalah sejak dini.

Alat simulasi dapat memodelkan bagaimana perilaku konfigurasi lubang yang berbeda dalam kondisi dunia nyata, membantu mengoptimalkan desain sebelum melakukan produksi skala penuh.

Pembuatan prototipe memberikan bukti nyata tentang seberapa baik kinerja suatu desain, menawarkan wawasan berharga untuk penyempurnaan.

Kolaborasi dengan Produsen

Bekerja sama dengan produsen die-casting menghadirkan keahlian yang sangat berharga.

Pengalaman mereka dapat menyoroti pertimbangan desain praktis dan menyarankan perbaikan yang mungkin tidak langsung terlihat.

Upaya kolaboratif menghasilkan keputusan yang lebih tepat, pada akhirnya menghasilkan produk berkualitas lebih tinggi yang memenuhi persyaratan kinerja dan kemampuan manufaktur.

8. Kesimpulan

Mendesain lubang pada komponen die-cast adalah tugas kompleks namun penting yang memerlukan perhatian terhadap detail.

Dengan mengikuti pedoman diameter, kedalaman, jarak, dan pemilihan bahan, desainer dapat menghasilkan suku cadang berkualitas tinggi sekaligus meminimalkan biaya dan tantangan produksi.

Mengintegrasikan prinsip-prinsip ini di awal fase desain akan memastikan ketahanannya, komponen yang hemat biaya, membuka jalan bagi produksi yang efisien dan pelanggan yang puas.

Jika Anda memiliki kebutuhan mengenai produk die-casting, Mohon jangan ragu Hubungi kami.