DFM Praktis untuk Pengecoran Die: Strategi untuk Biaya & Kualitas

TL;DR

Desain pengecoran die untuk kemudahan produksi (DFM) merupakan praktik teknik yang penting dalam mengoptimalkan desain komponen agar dapat diproduksi secara efisien dan hemat biaya. Tujuan utamanya adalah meminimalkan kompleksitas proses manufaktur, yang pada gilirannya mengurangi biaya serta meningkatkan kualitas produk akhir. Hal ini mencakup penerapan prinsip-prinsip dasar seperti pemberian sudut draft agar komponen mudah dikeluarkan dari cetakan, menjaga ketebalan dinding yang seragam untuk mencegah cacat seperti porositas, serta penggunaan fitur-fitur strategis seperti fillet dan rib untuk menambah kekuatan sekaligus mengurangi penggunaan material.

Prinsip Utama DFM Pengecoran Die: Draft, Ketebalan Dinding, dan Radius

Dasar dari desain die casting yang efektif untuk kemudahan produksi terletak pada beberapa prinsip penting yang secara langsung memengaruhi kualitas, biaya, dan kecepatan produksi. Mengusai konsep-konsep ini adalah langkah pertama dalam menciptakan komponen yang tidak hanya fungsional tetapi juga ekonomis dalam produksinya. Mengabaikan prinsip-prinsip ini dapat menyebabkan berbagai masalah, mulai dari kesulitan pelepasan komponen, pemborosan material, hingga kegagalan struktural yang kritis. Prinsip-prinsip utama ini—draft, ketebalan dinding, serta penggunaan fillet dan jari-jari—mengatasi aspek fisika aliran logam cair dan proses pembekuannya di dalam cetakan.

A sudut Draft adalah kemiringan kecil yang diberikan pada semua permukaan sejajar dengan arah pembukaan cetakan. Kemiringan kecil ini, biasanya antara 1 hingga 3 derajat, sangat penting agar komponen hasil coran dapat dikeluarkan dari cetakan secara bersih tanpa mengalami kerusakan. Saat logam cair mendingin dan menyusut, logam tersebut dapat melekat erat pada fitur internal cetakan. Tanpa draft, gaya pelepasan yang dibutuhkan dapat menyebabkan deformasi atau patahnya komponen. Seperti dijelaskan secara rinci dalam Panduan desain Gabrian , dinding luar memerlukan draft yang lebih kecil karena bagian tersebut menyusut dari dinding, sedangkan dinding dalam dan lubang membutuhkan draft yang lebih besar karena logam menyempit di sekitarnya.

Mempertahankan ketebalan dinding yang seragam dapat dikatakan sebagai salah satu aturan DFM yang paling penting. Ketika bagian dinding sangat bervariasi, logam cair mendingin pada laju yang berbeda. Bagian yang lebih tebal membutuhkan waktu lebih lama untuk membeku, yang dapat menyebabkan tegangan internal, porositas (gelembung gas), dan bekas cekungan di permukaan. Sebaliknya, dinding yang terlalu tipis dapat menyebabkan logam membeku lebih awal, sehingga cetakan tidak terisi penuh—cacat yang dikenal sebagai short shot. Kebanyakan desain bertujuan pada ketebalan dinding antara 1,5 mm hingga 4 mm. Jika variasi ketebalan tidak dapat dihindari, transisinya harus bertahap dan halus untuk memastikan aliran dan pendinginan logam yang konsisten.

Akhirnya, menghindari sudut tajam sangatlah penting. Hal ini dicapai dengan memasukkan fillet dan jari-jari —sambungan melengkung antara permukaan. Fillet diterapkan pada sudut dalam, sedangkan jari-jari digunakan pada sudut luar. Sudut tajam internal menciptakan titik konsentrasi tegangan yang dapat menjadi titik kegagalan saat menerima beban. Sudut tajam juga mengganggu aliran logam cair secara halus, menyebabkan turbulensi yang dapat mengakibatkan porositas. Penambahan fillet dan jari-jari yang cukup besar, bahkan sekecil 0,5 mm, meningkatkan aliran logam, memperkuat komponen, serta memfasilitasi produk akhir yang lebih kokoh dan andal.

Praktik Terbaik Desain Utama

• Sudut draft: Terapkan kemiringan minimal 1-2 derajat pada semua permukaan vertikal untuk memastikan pelepasan komponen dengan mudah. Tingkatkan sudut untuk dinding bagian dalam dan fitur yang lebih dalam.
• Ketebalan dinding: Berusahalah mencapai keseragaman di seluruh bagian komponen. Jika ketebalan harus berubah, gunakan transisi bertahap untuk mencegah cacat dan memastikan pendinginan yang merata.
• Fillet & Jari-Jari: Gantilah semua sudut tajam dengan tepi yang membulat. Gunakan fillet pada sudut interior dan jari-jari pada sudut eksterior untuk mengurangi tegangan dan memperbaiki aliran logam.

Memperkuat Bagian dan Mengurangi Berat: Ribs, Bosses, dan Pockets

Tujuan utama DFM adalah memproduksi bagian yang memenuhi persyaratan kekuatan tanpa menggunakan material yang tidak perlu, karena hal ini meningkatkan biaya dan waktu siklus. Tiga fitur utama membantu perancang mencapai keseimbangan ini: ribs, bosses, dan pockets. Jika dirancang dengan benar, elemen-elemen ini meningkatkan integritas struktural dan fungsionalitas sekaligus mengoptimalkan bagian tersebut untuk proses die casting. Mereka memungkinkan desain yang kuat, ringan, serta efisien dalam proses manufaktur.

Balok adalah fitur tipis berbentuk dinding yang digunakan untuk menambahkan penyangga dan kekakuan pada suatu bagian tanpa meningkatkan ketebalan dinding secara keseluruhan. Hal ini sangat penting untuk mencegah pelengkungan dan meningkatkan rasio kekuatan terhadap berat. Dengan memasukkan tulangan (ribs), perancang dapat mempertahankan bagian dinding yang tipis dan seragam di seluruh komponen sambil memperkuat area-area kritis. Untuk hasil optimal, tulangan harus dirancang dengan ketebalan sekitar 60% dari ketebalan dinding utama guna mencegah munculnya bekas cekung (sink marks) pada permukaan seberang. Selain itu, tulangan juga dapat berfungsi sebagai saluran untuk membantu aliran logam cair masuk ke area cetakan yang jauh atau kompleks.

Bosses adalah tonjolan berbentuk silinder yang berfungsi sebagai titik pemasangan, penyangga, atau lokasi untuk pengencang. Alih-alih mengebor lubang pada bagian tebal setelah proses pengecoran, boss dapat diintegrasikan langsung ke dalam desain, sehingga menghemat waktu dan operasi sekunder secara signifikan. Untuk mematuhi prinsip ketebalan dinding yang seragam, boss harus dilubangi di tengahnya, artinya memiliki lubang di bagian pusat. Hal ini mencegah terbentuknya massa material yang tebal yang akan mendingin perlahan dan menyebabkan cacat. Boss juga harus dihubungkan ke dinding utama dengan fillet dan rib yang cukup besar untuk memastikan kekuatan serta aliran logam yang lancar.

Untuk lebih mengurangi penggunaan material dan berat komponen, perancang dapat secara strategis menambahkan kantong atau bagian berongga. Proses ini, yang sering disebut sebagai "pengurangan material", menghilangkan material dari area yang tidak kritis secara struktural. Dengan menciptakan rongga-rongga ini, Anda dapat mempertahankan ketebalan dinding yang konsisten di seluruh komponen, bahkan pada geometri yang kompleks. Hal ini tidak hanya menghemat biaya material tetapi juga memperpendek waktu pendinginan dalam cetakan, sehingga menghasilkan siklus produksi yang lebih cepat. Analisis yang cermat diperlukan untuk memastikan bahwa rongga-rongga tersebut tidak mengurangi kekuatan atau fungsi keseluruhan bagian.

Optimalisasi untuk Cetakan dan Pemindahan: Garis Pisah, Undercut, dan Pin

Komponen die-cast yang sukses merupakan hasil sinergi antara geometri komponen dan mekanika cetakan. Keputusan desain yang dibuat tanpa mempertimbangkan perkakas dapat mengakibatkan cetakan yang mahal dan kompleks serta tingkat cacat yang tinggi. Pertimbangan utama dalam area ini meliputi penempatan garis parting, pengelolaan undercut, dan lokasi pin ejector. Desain yang matang di area-area ini menyederhanakan perkakas, mengurangi biaya, serta memastikan komponen dapat dilepaskan secara andal dari cetakan setelah proses pengecoran.

The garis Pisah adalah jahitan di mana dua bagian dari mati bertemu. Lokasinya adalah salah satu keputusan pertama dan paling penting dalam desain alat, karena mempengaruhi hampir setiap fitur lainnya. Jalur pemisah yang sederhana dan datar selalu lebih disukai, karena membuat alat lebih mudah dan lebih murah untuk mesin. Garis pemisah yang kompleks dan tidak rata dapat secara signifikan meningkatkan biaya alat dan dapat menyebabkan masalah dengan flasha jaringan tipis logam berlebih yang meresap keluar di jahitan dan harus dihapus dalam operasi sekunder. Desainer harus bertujuan untuk mengorientasikan bagian dengan cara yang memungkinkan garis pemisah yang paling lurus.

Undercuts adalah fitur yang mencegah suatu bagian dikeluarkan secara langsung dari cetakan dua bagian sederhana. Ini mencakup permukaan yang cekung atau fitur yang menyebabkan bagian tersebut terkunci di dalam cetakan. Meskipun terkadang diperlukan untuk fungsi tertentu, undercut sebaiknya dihindari jika memungkinkan karena mereka memerlukan side-core atau slider—komponen bergerak di dalam cetakan yang membentuk fitur undercut dan kemudian mundur sebelum pelepasan. Mekanisme ini menambah biaya, kompleksitas, dan potensi titik kegagalan pada peralatan secara signifikan. Jika undercut tidak dapat dihindari, penting untuk bekerja sama dengan mitra manufaktur guna menemukan solusi peralatan yang paling efisien. Perusahaan dengan kemampuan desain cetakan internal dapat memberikan keahlian berharga dalam mengoptimalkan peralatan kompleks agar lebih mudah diproduksi.

Akhirnya, pin Pen ejector adalah batang baja yang mendorong coran padat keluar dari rongga cetakan. Pin-pin ini penting untuk pelepasan bagian, tetapi secara tak terhindarkan meninggalkan bekas kecil berbentuk lingkaran pada permukaan bagian. Peran perancang adalah mengidentifikasi permukaan yang tidak kritis atau non-kosmetik di mana bekas tersebut dapat diterima. Menempatkan bekas pin ejeksi pada permukaan datar dan kuat adalah ideal, karena hal ini memastikan distribusi gaya yang merata selama proses ejeksi dan meminimalkan risiko deformasi bagian. Mengomunikasikan lokasi-lokasi yang dapat diterima ini kepada pembuat cetakan sejak awal proses mencegah masalah kosmetik pada produk akhir.

Panduan Desain untuk Kemudahan Ejeksi

• Sederhanakan garis parting agar sebisa mungkin datar dan lurus.
• Hindari undercut sebisa mungkin untuk menghindari kebutuhan side-core dan slider yang mahal.
• Sertakan sudut draft yang cukup besar pada semua permukaan yang sejajar dengan gerakan cetakan.
• Identifikasi permukaan non-kosmetik tempat bekas pin ejektor diperbolehkan.
• Pastikan pin ejector terletak pada permukaan yang datar dan stabil untuk mencegah pelengkungan selama proses pelepasan.

Pertanyaan Umum Mengenai DFM Die Casting

1. Apa saja yang termasuk dalam desain untuk manufaktur (DFM)?

Desain untuk Manufaktur (DFM) dalam die casting melibatkan sejumlah prinsip yang ditujukan untuk menyederhanakan dan mengoptimalkan desain komponen agar lebih mudah diproduksi. Hal-hal utama yang termasuk di dalamnya adalah penerapan sudut draft untuk pelepasan, memastikan ketebalan dinding yang seragam untuk mencegah cacat, menggunakan fillet dan jari-jari untuk menghindari sudut tajam, serta merancang fitur seperti rusuk dan boss untuk menambah kekuatan sekaligus mengurangi penggunaan material. Ini juga mencakup pertimbangan perkakas, seperti penyederhanaan garis parting dan menghindari undercut.

2. Bagaimana pendekatan Anda dalam merancang untuk kemudahan produksi?

Pendekatan ini dimulai sejak awal tahap perancangan dengan mempertimbangkan seluruh proses manufaktur. Pendekatan ini melibatkan kolaborasi dengan insinyur manufaktur untuk mengidentifikasi potensi tantangan produksi. Langkah-langkah utama meliputi penyederhanaan desain, meminimalkan jumlah komponen, standarisasi bagian-bagian yang memungkinkan, serta mematuhi aturan khusus proses, seperti aturan untuk die casting (draft, ketebalan dinding, dll). Tujuannya adalah menyelesaikan masalah manufaktur secara proaktif pada tahap gambar teknik, di mana perubahan masih murah, daripada di lantai pabrik, di mana biayanya lebih mahal.

3. Apa yang menjadi ciri khas desain untuk kemudahan manufaktur?

Desain untuk manufaktur ditandai dengan fokus pada efisiensi, pengurangan biaya, dan peningkatan kualitas melalui pilihan desain yang cerdas. Desain yang dioptimalkan untuk manufaktur biasanya lebih sederhana, menggunakan lebih sedikit material, membutuhkan lebih sedikit operasi sekunder, dan memiliki tingkat cacat yang lebih rendah. Hal ini mencerminkan pemahaman mendalam terhadap kemampuan dan keterbatasan proses manufaktur yang dipilih, menghasilkan produk yang tidak hanya fungsional tetapi juga ekonomis dan andal untuk diproduksi dalam skala besar.