Jenis Pasir dalam Pengecoran Pasir: Ikhtisar Komprehensif

Isi menunjukkan

1. Perkenalan

Pasir berfungsi sebagai tulang punggung dari casting pasir, membentuk rongga cetakan yang langsung membentuk setiap pengecoran.

Dengan mengemas pasir di sekitar suatu pola, pengecoran logam menciptakan kesan negatif terhadap aliran logam cair, memperkuat, dan mengambil geometri akhirnya.

Pemilihan pasir memainkan peran penting: itu mempengaruhi permukaan akhir, permeabilitas gas, akurasi dimensi, dan pada akhirnya, biaya.

Di bagian berikut, kami memeriksa sistem pasir utama—hijau, terikat secara kimia, Sodium silikat, dilapisi resin, dan pasir khusus—menyoroti komposisinya, properti, dan aplikasi yang ideal.

2. Pasir hijau

Pasir hijau berfungsi sebagai media cetakan pekerja keras di atas 70% operasi pengecoran pasir global.

Pabrik pengecoran menyukainya karena biayanya yang rendah, kemudahan penggunaan kembali, dan kemampuan beradaptasi terhadap berbagai ukuran dan geometri komponen.

Komposisi

Campuran pasir hijau yang khas mengandung:

Komponen	Proporsi Khas	Fungsi
Pasir silika	85–90 berat %	Memberikan kerangka dan definisi tahan api
Tanah liat bentonit	5–10 berat %	Menanamkan plastisitas, “kekuatan hijau,” dan keruntuhan
Air	2–4 berat %	Mengaktifkan pengikat tanah liat; mengontrol plastisitas cetakan
Aditif (batubara laut, 1–3 berat %)	1–3 berat %	Meningkatkan permukaan akhir dan menghasilkan karbon berkilau

Properti utama

Kadar air (2–4 %)
Memastikan plastisitas pasir yang baik untuk pencetakan pola. Kelembapan yang terlalu sedikit menyebabkan keruntuhan; terlalu banyak menghasilkan permeabilitas yang buruk dan cacat gas.
Kekuatan Hijau (30–50 psi)
Mengukur kemampuan cetakan yang belum dipanggang untuk menopang logam cair tanpa roboh.
Permeabilitas (200–400PN)
Menunjukkan seberapa mudah gas keluar dari rongga cetakan—penting untuk menghindari porositas.
Dapat dilipat (0.5–1,5 mm)
Menjelaskan deformasi terkontrol cetakan pada pemadatan, mengurangi cacat air mata panas.

Keuntungan dan Aplikasi

Pasir hijau Biaya perkakas yang rendah ($50–$200 per cetakan) Dan dapat digunakan kembali selama 5-20 siklus menjadikannya ideal untuk ukuran besar,

coran berat seperti blok mesin, pompa rumah, dan komponen mesin pertanian.

Pabrik pengecoran juga memanfaatkan pasir hijau untuk bagian prototipe, dimana perputaran yang cepat dan investasi awal yang minimal merupakan hal yang penting.

Batasan & Mitigasi

Toleransi dimensi (± 0,5–1,5 %)
Cetakan pasir hijau menunjukkan toleransi yang lebih longgar dibandingkan proses yang diikat dengan resin. Para insinyur memperketat toleransi dengan mengontrol tingkat tanah liat dan kelembapan secara tepat.
Pencucian di Bagian Tipis
Kontak yang terlalu lama dengan logam cair dapat mengikis detail halus. Meningkatkan kandungan tanah liat atau menerapkan pelapis tahan api pada dinding cetakan akan mengurangi pencucian.

3. Pasir Berikat Kimia

Sistem pasir yang diikat secara kimia mengubah butiran silika sederhana menjadi cetakan dan inti berperforma tinggi dengan menggunakan resin sintetis sebagai pengikat.

Pabrik pengecoran memilih dari tiga kimia resin terkemuka—fenolik, furan, dan epoksi—masing-masing disesuaikan dengan kekuatan tertentu, menyembuhkan, dan profil pembangkitan gas.

Jenis dan Sifat Resin

Resin Fenolik: Menawarkan stabilitas termal yang sangat baik (hingga 300 ° C.) dan evolusi gas yang rendah (≤ 0.2 liter/kg pasir).
Mereka mencapai kekuatan bangku 200–300 psi (1.4–2,1 MPa) dalam waktu 5–10 menit.
Resin Furan: Sembuh dengan cepat (1–3 menit) dengan evolusi gas moderat (0.3–0,5 liter/kg).
Kekuatan bangku mereka mencapai 250–350 psi (1.7–2,4 MPa), menjadikannya ideal untuk pengecoran baja jangka menengah.
Pengikat Epoksi: Memberikan kekuatan tertinggi (300–400 psi / 2.1–2,8 MPa) dan keluaran gas minimal (< 0.1 L/kg).
Meskipun waktu penyembuhannya mencapai 15-30 menit, pasir epoksi menghasilkan permukaan yang sangat bersih untuk komponen aluminium berdinding tipis.

Transisi dari kimia resin ke seleksi proses, pengecoran memilih antara Tidak perlu dipanggang Dan Kotak Dingin metode:

Proses Tanpa Panggang

Mekanisme: Campur pasir dengan resin cair dan katalis; biarkan jamur mengering pada suhu kamar.
Keuntungan: Pengaturan sederhana, hemat energi (tidak ada pemanasan eksternal), menampung cetakan besar (> 2 panjangnya m).
Metrik Khas: Kekuatan tekan > 10 MPa dalam waktu 2–5 menit; umur bangku 10–15 menit untuk perakitan cetakan.

Proses Kotak Dingin

Mekanisme: Kemas campuran pasir-resin dalam labu, kemudian melewatkan katalis amina gas melalui pasir untuk memicu penyembuhan instan.
Keuntungan: Waktu siklus serendah 30 detik, ideal untuk produksi bervolume tinggi dan inti yang rumit.
Metrik Khas: Kekuatan tekan 10–15 MPa di bawah 1 menit; sisa katalis yang rendah meminimalkan cacat.

Sedangkan pasir yang terikat secara kimia menghasilkan kekuatan bangku hingga 15 MPa Dan keruntuhan memadai untuk geometri kompleks, mereka menuntut dengan ketat manajemen gas.

Evolusi gas yang berlebihan dapat menyebabkan lubang kecil dan lubang sembur; dengan demikian, pengecoran mengatur dosis resin,

mengoptimalkan ventilasi kotak inti, dan gunakan tuang vakum atau tekanan rendah untuk mengurangi cacat.

Aplikasi berkisar dari blok mesin kelautan besar—di mana toleransi dimensi diperketat hingga ± 0.2 mm—ke rumah turbin dirgantara yang membutuhkan Ra ≤ 2 µm selesai.

Dalam skenario ini, pasir yang terikat secara kimia memenuhi standar presisi dimensi dan kualitas permukaan yang tidak dapat dicapai oleh pasir hijau.

4. Natrium Silikat (Gelas Air) Pasir

Membangun sistem yang terikat secara kimia, pasir natrium silikat—sering dipanggil pasir gelas air—menawarkan mekanisme pengawetan CO₂ khas yang menyeimbangkan kecepatan, kekuatan, dan kualitas permukaan.

Pabrik pengecoran menggunakannya terutama untuk pembuatan inti dan pengecoran volume sedang yang memerlukan penyelesaian yang cepat dan hasil akhir yang bagus.

Mekanisme Pengikatan dan Pengerasan CO₂

Percampuran: Campuran operator Pasir Silika dengan larutan natrium silikat cair (8–12 berat %).
Perakitan cetakan: Teknisi mengemas atau menembak pasir basah di sekitar pola atau kotak inti.
Penyembuhan CO₂: Aliran 100% CO₂ (laju aliran 4–8 m³/jam) melewati cetakan.
Atur Waktu: Gel silikat terbentuk di 10–30 detik, menghasilkan cetakan kaku yang siap untuk segera dirakit.

Berkat pengerasan yang cepat ini, inti natrium silikat dapat masuk ke dalam labu dan dituangkan ke dalamnya 1–2 menit paparan CO₂, secara dramatis memperpendek waktu siklus dibandingkan dengan sistem resin.

Keuntungan

Penyembuhan Cepat: Gelasi lengkap di bawah 30 detik menghilangkan waktu bangku yang panjang, meningkatkan throughput.
Permukaan Akhir yang Baik: Inti yang diawetkan menunjukkan kekasaran permukaan disekitarnya Ra 3-5 mikron, lebih halus dari pasir hijau sebesar 30–50%.
Asap dan Bau Rendah: Pengolahan CO₂ menghasilkan produk sampingan yang mudah menguap dan dapat diabaikan, memperbaiki kondisi kerja pengecoran.
Reusability: Ketika direklamasi dengan benar, pasir natrium silikat dapat berputar 8–12 digunakan sebelum kehilangan kekuatan yang signifikan.

Kekurangan

Tantangan Reklamasi: Kandungan natrium karbonat yang tinggi memerlukannya reklamasi basah atau termal pada suhu 600–800 °C untuk melepaskan bahan pengikat—meningkatkan biaya energi.
Mengurangi Kehidupan Pasir: Pasir daur ulang akhirnya mengakumulasi karbonat dan butiran halus, menurunkan kekuatan hingga 15% setelah 10 siklus.
Sensitivitas Kelembaban: Kelembaban sekitar di atas 70% dapat mengeraskan campuran terlebih dahulu atau memperlambat penetrasi CO₂, memerlukan pengendalian iklim.

Aplikasi

Pabrik pengecoran memanfaatkan pasir natrium silikat ketika mereka membutuhkan keseimbangan kecepatan dan akurasi:

Pembuatan Inti: Inti yang diperkeras dengan gas untuk impeler pompa, tubuh katup, dan jalur pertukaran panas.
Pengecoran Baja Ukuran Sedang: Manifold dan rumah gearbox (10Kisaran –200kg) yang memerlukan toleransi dimensi sedang (± 0.3 mm).

5. Pasir Berlapis Resin

Pasir berlapis resin—biasa digunakan di cetakan cangkang—menggabungkan presisi sistem yang terikat secara kimia dengan kecepatan produksi bervolume tinggi.

Dengan mengoleskan secara tipis, lapisan resin yang telah dikatalisis sebelumnya pada setiap butiran pasir, pengecoran logam menciptakan “cangkang” kuat yang menangkap detail halus dan menjaga akurasi dimensi yang luar biasa.

Proses Pencetakan Cangkang

Lapisan Resin: Produsen secara seragam melapisi pasir silika dengan kemurnian tinggi (AFS 50–70) dengan 1–2 berat % resin termoset (fenolik atau epoksi).
Formasi Cangkang: Mereka menjatuhkan pasir yang dilapisi di sekitar a pola yang dipanaskan sebelumnya (175–200 °C); panas menyembuhkan resin, kira-kira membentuk cangkang kaku 2–5 mm tebal.
Majelis Inti: Teknisi membuang pasir yang tidak terikat, merakit bagian cangkang ke dalam labu, dan timbunan kembali dengan pasir yang tidak dilapisi sebagai penyangga.
Pengecoran: Produksi cangkang yang cepat menghasilkan cetakan yang siap untuk dituang—seringkali di dalamnya 5 menit penghapusan pola.

Keuntungan Utama

Permukaan Akhir yang Luar Biasa: Coran cetakan cangkang mencapai Ra ≤ 2 µm—hingga 80% lebih halus dibandingkan pasir hijau.
Toleransi yang ketat: Akurasi dimensi mencapai ± 0.1 mm, mengurangi pasca-pemesinan sebesar 30–40%.
Kemampuan Dinding Tipis: Dinding setipis 1 mm dengan sedikit air mata panas atau pencucian.
Ramah Otomatisasi: Garis cangkang terus menerus dihasilkan 100–200 cangkang per jam, mendukung throughput yang tinggi.

Pertimbangan Biaya dan Waktu Siklus

Metrik	Cetakan cangkang	Pasir hijau	Casting mati
Biaya Cetakan	$500–$2,000/kulit	$50–$200/cetakan	$10,000–$100,000/mati
Waktu siklus	5–10 menit/kulit	20–60 menit	Detik per tembakan
Bagian Volume	1,000–50.000/tahun	100–10.000/tahun	10,000–1.000.000/tahun
Pengurangan Pemesinan	30–40 %	0–10 %	40–60 %

Sedangkan pencetakan cangkang membutuhkan biaya awal yang lebih tinggi, -nya siklus cepat Dan penyelesaian akhir berkurang menjadikannya menarik secara ekonomi sedang produksi berjalan (1,000–50.000 unit).

Target Industri dan Aplikasi

Rumah Turbocharger Otomotif: Dinding tipis, komponen bertermal tinggi mendapat manfaat dari presisi cetakan cangkang.
Casing Gearbox Dirgantara: Toleransi yang ketat (± 0.1 mm) dan hasil akhir yang bagus memenuhi standar sertifikasi yang ketat.
Alat Kesehatan Presisi: Geometri kompleks dengan Ra < 2 permukaan µm hampir tidak memerlukan operasi sekunder.
Kandang Elektronik: Kecil, alternatif die‑cast yang rumit menggunakan cetakan cangkang untuk menghindari porositas dan meningkatkan kinerja EMI.

6. Pasir Khusus dan Aditif

Di luar campuran silika standar, pengecoran pengecoran dikerahkan pasir khusus Dan aditif untuk menangani layanan suhu tinggi, meningkatkan kualitas permukaan, dan menyempurnakan perilaku jamur.

Dengan menyesuaikan kimia pasir dan karakteristik butiran, insinyur mengoptimalkan pengecoran untuk aplikasi yang menuntut.

Pasir Bersuhu Tinggi

Ketika suhu logam cair melebihi 1,300 °C—atau jika ketahanan terhadap guncangan termal penting—pengecoran menggantikan atau mencampurkan pasir tahan api:

Jenis Pasir	Komposisi	Titik lebur	Manfaat	Kasus Penggunaan Khas
Pasir Zirkon	ZrSiO₄	> 2,200 ° C.	Refraktori yang luar biasa; ekspansi termal yang sangat rendah (4.5 × 10⁻⁶/K); penetrasi logam minimal	Bilah turbin superalloy; cetakan ingot baja
Pasir Olivin	(Mg,Fe)₂SiO₄	~ 1,900 ° C.	Stabilitas termal yang baik; kerapuhan rendah; biaya moderat (10–20% di atas silika)	Baja berpenampang berat dan coran besi
Pasir Kromit	FeCr₂O₄	> 1,700 ° C.	Konduktivitas termal yang tinggi (≈ 7 W/m · k); mengurangi reaksi kimia pasir‑logam	Pengecoran investasi paduan suhu tinggi; cetakan kaca

Aditif Kualitas Permukaan

Untuk mencapai permukaan cor yang lebih halus Dan meminimalkan pencucian, pengecoran memperkenalkan aditif organik atau karbon halus:

Debu Batubara (Laut‑Batubara)

- Dosis: 1–3 berat % campuran pasir
- Fungsi: Pada suhu pengecoran, volatil batubara menyimpan lapisan karbon tipis yang meningkatkan aliran logam dan mengurangi fusi pasir, menghasilkan permukaan akhir 20–30% lebih baik daripada pasir yang tidak diolah.

Aditif Karbon Berkilau

- Kimia: Campuran pitch tar batubara dan mikrosfer grafit
- Keuntungan: Menghasilkan lapisan karbon mengkilat pada rongga cetakan, semakin meningkatkan detail dan mencegah penetrasi logam ke dalam pori-pori pasir—penting untuk pengecoran aluminium dan kuningan berpresisi tinggi.

Ukuran dan Kehalusan Butir

Itu Masyarakat Pengecoran Amerika (AFS) Angka Kehalusan Butir memandu pemilihan pasir:

Nomor AFS	Diameter Butir Rata-rata	Efek pada Perilaku Jamur
30–40	0.6–0,8 mm	Permeabilitas tinggi, hasil akhir yang kasar
50–70	0.3–0,6 mm	Keseimbangan permeabilitas dan detail
80–100	0.2–0,3 mm	Detil halus (Ra ≤ 3 µm), permeabilitas lebih rendah

Pasir Lebih Kasar (AFS 30–40): Ideal untuk bagian berat di mana gas yang keluar melebihi kebutuhan permukaan.
Pasir Sedang (AFS 50–70): Pekerja keras untuk pengecoran teknik umum, menawarkan kompromi antara keterisian dan detail.
Pasir Halus (AFS 80–100): Diperlukan untuk dinding tipis, tepi yang tajam, dan fitur kecil, tetapi sering kali dicampur dengan butiran yang lebih kasar untuk menjaga aliran gas.

7. Sifat Utama Pasir untuk Pengecoran Pasir

Milik	Pentingnya	Kisaran khas
Kadar air	Plastisitas vs. permeabilitas	2–4%
Kekuatan Hijau	Stabilitas cetakan sebelum dituang	30–50 psi (0.2–0,3 MPa)
Permeabilitas	Gas keluar saat hujan deras	200–400 (nomor permeabilitas)
Sifat tahan api	Ketahanan terhadap suhu logam cair	1,200–1.400 °C
Dapat dilipat	Kemudahan penghilangan pasir setelah pemadatan	0.5Deformasi –1,5 mm
Kehalusan biji -bijian	Permukaan akhir vs. permeabilitas	AFS 40–100

8. Pemilihan Pasir untuk Aplikasi Pengecoran Tertentu

Berdasarkan Jenis Logam

Logam yang berbeda memerlukan karakteristik pasir yang berbeda karena titik leleh dan reaktivitasnya:

Paduan Besi (Besi, Baja):
Logam-logam ini dituangkan pada suhu tinggi, sering di atas 1,400 ° C., menuntut pasir dengan sangat baik sifat tahan api, ketahanan penetrasi logam, Dan stabilitas termal.
Pilihan umum meliputi:

- Pasir kromit – konduktivitas termal yang unggul dan ketahanan terhadap fusi
- Pasir silika dengan kemurnian tinggi – ekonomis dan tersedia secara luas, dengan refraktori sedang

Paduan Non-Ferrous (Aluminium, Tembaga, Seng):
Ini dicetak pada suhu yang lebih rendah (600–1.100 °C) dan lebih sensitif terhadap cacat gas dan kekasaran permukaan. Sistem pasir yang ideal meliputi:

- Pasir zirkon – ekspansi termal rendah dan permukaan akhir yang sangat baik
- Pasir silika berbutir halus – hemat biaya dan mampu menghasilkan resolusi detail tinggi

Berdasarkan Kompleksitas Pengecoran

Bentuk Sederhana: Pasir hijau bisa menjadi pilihan yang hemat biaya karena kemudahan pencetakannya.
Bentuk kompleks: Pasir terikat kimia (terutama Dingin – Kotak) atau pasir berlapis resin untuk cetakan cangkang lebih disukai karena presisi dan kemampuan menahan detailnya.

Berdasarkan Volume Produksi

Rendah – Volume Produksi: Pasir hijau populer karena biayanya yang rendah dan dapat digunakan kembali.
Tinggi – Produksi Volume: Pasir terikat kimia (Dingin – Kotak) atau pasir berlapis resin menawarkan kualitas yang konsisten dan waktu siklus yang lebih cepat, meskipun biaya awal lebih tinggi.

9. Reklamasi dan Daur Ulang Pasir dalam Pengecoran Pasir

Pentingnya Reklamasi Pasir

Lingkungan: Mengurangi permintaan pasir murni, melestarikan sumber daya alam, dan meminimalkan sampah TPA.
Ekonomis: Mengurangi biaya pengadaan dan pembuangan pasir, memberikan penghematan yang signifikan bagi pengecoran logam.

Teknik Reklamasi

Reklamasi Fisik: Proses mekanis seperti penyaringan, erosi, dan scrubbing untuk menghilangkan bahan pengikat dan kontaminan. Cocok untuk pasir dengan bahan pengikat sederhana (MISALNYA., pasir hijau).
Reklamasi Termal: Menggunakan panas untuk membakar bahan pengikat dan kontaminan organik. Lebih efektif untuk bahan pengikat kompleks namun membutuhkan lebih banyak energi dan lebih mahal.

Pasir Reklamasi vs. Pasir Perawan

Pasir reklamasi mungkin memiliki sifat yang sedikit berbeda, seperti ukuran butir dan kandungan pengikat. Namun, dengan kontrol kualitas yang tepat, itu dapat memenuhi persyaratan untuk banyak aplikasi pengecoran.

Dampak Lingkungan dan Analisis Biaya – Manfaat

Sedangkan reklamasi mempunyai beberapa dampak terhadap lingkungan (MISALNYA., penggunaan energi dalam reklamasi termal), manfaat lingkungan secara keseluruhan lebih besar daripada dampak penggunaan pasir perawan saja.

Secara ekonomis, penghematan dari reklamasi biasanya melebihi investasi peralatan dan proses.

10. Tren Masa Depan Pasir untuk Pengecoran Pasir

Pengembangan Material Pasir Baru

Upaya penelitian untuk mengembangkan jenis pasir baru dengan sifat yang ditingkatkan, seperti peningkatan refraktori, ekspansi termal yang lebih rendah, dan kompatibilitas lingkungan yang lebih baik.
Eksplorasi material alternatif pengganti jenis pasir tradisional, seperti pasir sintetis atau pasir yang berasal dari bahan limbah.

Kemajuan Teknologi Pengikat

Pengembangan bahan pengikat yang lebih ramah lingkungan dengan emisi lebih rendah dan kinerja lebih baik.
Bagaimana teknologi pengikat baru dapat meningkatkan kekuatan, permeabilitas, dan sifat lain dari cetakan dan inti pasir, menghasilkan coran yang lebih berkualitas.

Otomatisasi dalam Penanganan dan Pengolahan Pasir

Meningkatnya penggunaan otomatisasi dalam proses pengecoran pasir, termasuk pencampuran pasir, cetakan, dan reklamasi.
Bagaimana otomatisasi dapat meningkatkan konsistensi dan efisiensi penanganan pasir, mengurangi biaya tenaga kerja, dan meningkatkan kualitas proses pengecoran secara keseluruhan.

11. Kesimpulan

Memilih jenis pasir yang tepat akan membentuk dasar keberhasilan pengecoran pasir.

Dari pasir hijau serbaguna hingga cangkang berlapis resin presisi, setiap sistem memberikan keuntungan dan trade-off yang unik.

Dengan memahami komposisi pasir, properti utama, dan strategi reklamasi, insinyur pengecoran memastikan pengecoran berkualitas tinggi, produksi yang ekonomis, dan pengelolaan lingkungan hidup.

Seiring kemajuan teknologi pasir—menggunakan bahan pengikat yang ramah lingkungan, kontrol proses digital, dan manufaktur aditif—pengecoran pasir akan terus mendukung aplikasi inovatif di berbagai industri.