TL;DR

Desain vacuum assisted die casting berfokus pada pembuatan komponen menggunakan proses yang menghilangkan udara dan gas dari rongga cetakan dengan vakum sebelum penyuntikan logam cair. Langkah kritis ini secara signifikan mengurangi porositas gas, menghasilkan bagian yang lebih padat, lebih kuat, dan memiliki hasil akhir permukaan yang lebih baik. Desain yang tepat, termasuk pertimbangan ketebalan dinding dan penyegelan cetakan, sangat penting untuk memanfaatkan proses ini dalam memproduksi komponen yang kompleks, berkinerja tinggi, dan bebas cacat.

Dasar-dasar Vacuum Assisted Die Casting

Pengecoran die dengan bantuan vakum, terkadang disebut pengecoran die bebas gas, adalah proses manufaktur canggih yang meningkatkan metode pengecoran die tekanan tinggi konvensional. Prinsip utamanya adalah penghilangan sistematis udara dan gas-gas terperangkap lainnya dari rongga cetakan dan selongsong injeksi sebelum logam cair dimasukkan. Dengan menciptakan lingkungan hampir vakum, proses ini mengatasi salah satu tantangan paling persisten dalam pengecoran die konvensional: porositas gas. Hal ini dicapai dengan menghubungkan sistem vakum yang kuat ke die, yang mengosongkan rongga sesaat sebelum dan selama injeksi paduan cair.

Masalah mendasar yang diatasi oleh teknologi ini adalah terperangkapnya gas. Dalam proses pengecoran die standar, injeksi logam cair dengan kecepatan tinggi dapat menjebak kantong-kantong udara di dalam die. Gas-gas yang terperangkap ini menciptakan rongga atau pori-pori di dalam logam yang telah membeku, sehingga merusak integritas strukturalnya. Menurut para ahli manufaktur di Xometry , porositas ini dapat menyebabkan sifat mekanis yang tidak konsisten dan titik-titik lemah. Proses vakum mengurangi hal ini dengan menghilangkan udara yang seharusnya terperangkap, memungkinkan logam cair mengisi setiap detail cetakan tanpa hambatan atau turbulensi.

Dibandingkan dengan die casting konvensional, metode bantu vakum menghasilkan komponen dengan kualitas yang jelas lebih tinggi. Pengosongan cetakan tidak hanya mencegah pembentukan gelembung, tetapi juga membantu menarik logam cair masuk ke bagian-bagian cetakan yang rumit dan berdinding tipis secara lebih efektif. Hal ini menghasilkan komponen yang lebih padat, lebih kuat, dan memiliki permukaan yang jauh lebih halus. Seperti yang dicatat oleh North American Die Casting Association, meskipun sistem vakum merupakan pelengkap yang kuat, sistem ini tidak menggantikan kebutuhan akan praktik desain die casting yang baik dalam merancang saluran pengarah, gerbang, dan peluapan. Kombinasi antara desain yang baik dan bantuan vakumlah yang membuka tingkat kualitas tertinggi.

Keunggulan Utama dan Peningkatan Kualitas

Keunggulan utama menggunakan vakum dalam proses die casting adalah peningkatan dramatis terhadap kualitas dan integritas produk. Dengan meminimalkan terperangkapnya gas, proses ini menghasilkan komponen dengan porositas yang jauh lebih rendah. Hal ini menghasilkan coran yang tidak hanya lebih padat tetapi juga menunjukkan sifat mekanis yang lebih konsisten dan dapat diprediksi, seperti kekuatan tarik dan perpanjangan yang lebih tinggi. Keandalan ini sangat penting untuk komponen yang digunakan dalam aplikasi yang menuntut, termasuk industri otomotif dan dirgantara.

Manfaat besar lainnya adalah hasil akhir permukaan yang lebih unggul. Cacat seperti blistering dan lubang-lubang kecil, yang sering disebabkan oleh ekspansi gas terperangkap di dekat permukaan, hampir sepenuhnya dihilangkan. Hal ini menghasilkan permukaan yang lebih bersih langsung dari cetakan, sehingga mengurangi kebutuhan akan operasi finishing sekunder yang mahal dan memakan waktu. Seperti dijelaskan oleh Kenwalt Die Casting , pengurangan cacat ini mengarah pada berkurangnya bagian yang ditolak, sehingga menghemat waktu, tenaga kerja, dan biaya material. Selain itu, pengisian rongga cetakan yang seragam di bawah tekanan vakum dapat memperpanjang umur peralatan dengan mengurangi tekanan internal tinggi dan keausan yang terkait dengan udara terperangkap.

Peningkatan kualitas juga membuka kemungkinan baru dalam manufaktur. Komponen yang diproduksi melalui die casting vakum cocok untuk perlakuan pasca-pemrosesan yang sering menjadi masalah bagi komponen hasil pengecoran konvensional. Karena hampir tidak ada gas terperangkap yang mengembang dan menyebabkan cacat, komponen ini dapat diperlakukan panas, dilas, atau disepuh secara andal. Kemampuan ini penting untuk komponen struktural yang membutuhkan kekuatan lebih tinggi atau karakteristik permukaan tertentu.

Proses Bantu Vakum: Uraian Langkah demi Langkah

Meskipun didasarkan pada alur kerja die casting tradisional, proses bantu vakum mencakup fase tambahan yang kritis. Memahami urutan ini penting untuk menghargai dampaknya terhadap desain dan kualitas akhir komponen. Proses ini umumnya mengikuti langkah-langkah berikut:

1. Persiapan dan Penutupan Cetakan Kedua bagian cetakan baja terlebih dahulu dibersihkan, diberi pelumas dengan agen pelepas, dan ditutup dengan rapat. Aspek desain penting di sini adalah memastikan cetakan memiliki segel yang efektif untuk mempertahankan vakum setelah diterapkan. Kebocoran apa pun akan merusak proses.
2. Penerapan Vakum: Dengan cetakan tertutup, pompa vakum berkapasitas tinggi diaktifkan. Katup-katup yang terhubung ke rongga cetakan dan sistem saluran dibuka, lalu pompa menghisap udara dan gas-gas dari pelumas, menciptakan lingkungan bertekanan rendah di dalam cetakan. Langkah ini harus tepat waktu secara presisi.
3. Injeksi Logam Cair: Paduan logam yang diinginkan, dilelehkan dalam tungku, dipindahkan ke ruang tembak mesin. Sebuah plunger bertekanan tinggi kemudian menyuntikkan logam cair ke dalam rongga cetakan yang telah divakum. Vakum membantu menarik logam masuk ke dalam cetakan secara halus, memastikan semua detail terisi tanpa menimbulkan turbulensi.
4. Pembekuan dan Pendinginan: Setelah rongga terisi, logam cair mulai mendingin dan membeku, membentuk bentuk dari cetakan. Cetakan ini sering dilengkapi dengan saluran pendingin internal untuk mengendalikan laju pembekuan, yang sangat penting untuk mencapai sifat metalurgi yang diinginkan.
5. Pembukaan Cetakan dan Pendorongan Hasil Coran: Setelah hasil coran membeku, vakum dilepaskan, dan dua bagian cetakan dibuka. Pin ejector kemudian mendorong hasil coran keluar dari cetakan. Bagian tersebut kini siap untuk operasi sekunder yang diperlukan seperti pemangkasan, permesinan, atau finishing permukaan.

Siklus keseluruhan ini sangat cepat, sering kali selesai dalam hitungan detik hingga beberapa menit, sehingga sangat cocok untuk produksi volume tinggi. Integrasi sistem vakum menambah kompleksitas tetapi sangat penting untuk mencapai kualitas unggul yang menjadi ciri khas proses ini.

Prinsip Desain Utama untuk Vacuum Die Casting

Desain die casting dengan bantuan vakum yang efektif tidak hanya sekadar menciptakan bentuk; melainkan melibatkan optimasi geometri komponen untuk memanfaatkan sepenuhnya manfaat dari lingkungan vakum. Meskipun banyak prinsip yang tumpang tindih dengan pengecoran konvensional, beberapa aspek menjadi sangat krusial. Untuk mencapai keberhasilan, perhatian cermat terhadap fitur-fitur seperti ketebalan dinding dan sudut draft sangat penting.

Salah satu keunggulan desain paling signifikan adalah kemampuan untuk menghasilkan komponen dengan dinding yang lebih tipis. Karena vakum mengurangi tekanan balik dari udara terperangkap, logam cair dapat mengalir masuk dan mengisi bagian-bagian yang jauh lebih tipis dibandingkan dengan die casting konvensional. Ketebalan dinding minimum sekitar 1 mm hingga 1,5 mm sering kali dapat dicapai, meskipun hal ini tergantung pada ukuran komponen dan materialnya. Sangat penting untuk menjaga ketebalan dinding yang seragam bila memungkinkan guna memastikan pendinginan yang konsisten serta mencegah cacat seperti pelengkungan atau bekas cekung. Jika variasi ketebalan diperlukan, transisinya harus bertahap.

Pertimbangan desain utama lainnya sangat penting untuk kualitas bagian dan kemudahan produksi:

• Sudut Draft: Sudut draft, biasanya minimal 1 hingga 2 derajat, harus diterapkan pada semua dinding yang sejajar dengan arah tarikan die. Kemiringan ringan ini sangat penting agar bagian jadi dapat dikeluarkan dari cetakan secara bersih tanpa kerusakan atau distorsi.
• Ribs dan Bosses: Untuk menambah kekuatan pada area datar yang luas tanpa meningkatkan ketebalan dinding secara keseluruhan, perancang harus menyertakan ribs. Ketebalan rib umumnya harus kurang dari 60% dari ketebalan dinding utama untuk menghindari bekas cekung (sink marks). Demikian pula, bosses (digunakan untuk pemasangan atau penyelarasan) harus mengikuti aturan ketebalan yang serupa.
• Fillet dan Jari-jari: Sudut dalam yang tajam merupakan sumber konsentrasi tegangan dan dapat menghambat aliran logam. Fillet dan jari-jari yang cukup besar harus ditambahkan pada semua sudut untuk meningkatkan integritas struktural bagian dan memfasilitasi aliran logam cair yang lebih halus dan seragam.
• Penyegelan Die: Dari sudut pandang desain perkakas, memastikan cetakan dapat disegel secara hermetis adalah suatu keharusan. Ini melibatkan permesinan yang presisi pada dua bagian cetakan dan sering kali mencakup penggunaan cincin-O atau mekanisme penyegelan lainnya untuk mencegah kehilangan vakum selama siklus.

Dengan mematuhi prinsip-prinsip ini, perancang dapat membuat komponen yang kuat, ringan, dan kompleks yang memanfaatkan sepenuhnya proses bantu vakum, menghasilkan hasil produksi yang lebih tinggi dan kinerja yang lebih unggul.

Pertanyaan yang Sering Diajukan

1. Apa perbedaan utama antara pengecoran vakum dan pengecoran die konvensional?

Perbedaan utamanya adalah penggunaan vakum untuk mengosongkan udara dan gas dari rongga die sebelum logam cair disuntikkan. Pengecoran die konvensional menyuntikkan logam ke dalam die yang berisi udara, yang dapat terperangkap dan menyebabkan porositas. Pengecoran die vakum menghilangkan udara ini, menghasilkan bagian yang lebih padat, lebih kuat, dengan cacat lebih sedikit, serta hasil permukaan yang lebih baik.

2. Logam apa saja yang cocok untuk pengecoran die dengan bantuan vakum?

Proses ini paling umum digunakan dengan paduan non-ferro yang memiliki titik lebur sedang. Ini mencakup berbagai macam paduan aluminium (seperti A380), paduan magnesium (untuk komponen struktural ringan), dan paduan seng. Logam ferro seperti baja dan besi umumnya tidak cocok karena suhu leburnya yang tinggi, yang dapat merusak perkakas die casting.

3. Apakah vacuum die casting dapat menghilangkan seluruh porositas?

Meskipun vacuum die casting secara signifikan mengurangi porositas gas hingga mendekati nol, proses ini mungkin tidak menghilangkan semua bentuk porositas. Porositas susut, misalnya, masih dapat terjadi karena pengurangan volume logam saat mendingin dan membeku. Namun, desain bagian dan rongga cetakan yang tepat, termasuk sistem gate dan runner yang dioptimalkan, juga dapat membantu meminimalkan jenis porositas ini.