Aturan paling penting untuk pengecoran besi manufaktur adalah ketebalan dinding seragam . Sebagian besar cacat pengecoran — porositas, rongga penyusutan, retak, dan lengkungan — disebabkan oleh perubahan ketebalan mendadak yang menyebabkan pendinginan tidak merata. Desainer yang mempertahankan variasi ketebalan dinding di dalamnya 20% antar bagian yang berdekatan menghilangkan sebagian besar masalah pengecoran yang dapat dihindari sebelum bagian tersebut mencapai pengecoran.
Selain ketebalan dinding, beberapa faktor desain lainnya secara langsung mempengaruhi apakah suatu pengecoran besi dapat diproduksi dengan danal, murah, dan dengan sifat mekanik yang baik. Artikel ini membahas masing-masingnya dengan pedoman praktis dan dapat ditindaklanjuti.
Besi menyusut kira-kira 1% hingga 2% dalam volume saat mengeras. Jika suatu bagian mempunyai bagian yang tebal dan tipis, bagian yang tebal akan mendingin dan menyusut lebih lambat dibandingkan bagian yang tipis, sehingga menimbulkan tekanan internal dan sering kali membentuk rongga penyusutan pada zona yang tebal. Sebagai pedoman umum, jaga ketebalan dinding di antara keduanya 4mm dan 25mm untuk sebagian besar bagian besi berwarna abu-abu dan ulet, dan hindari transisi mendadak yang lebih besar dari rasio 2:1 antara dinding yang berdekatan.
Jika variasi ketebalan tidak dapat dihindari, gunakan transisi yang meruncing daripada langkah yang tajam. Kemiringan bertahap menyebarkan gradien pendinginan pada jarak yang lebih jauh, mengurangi konsentrasi tegangan yang menyebabkan keretakan.
Sudut dalam yang tajam bertindak sebagai penambah tegangan dan merupakan penyebab utama robekan panas selama pemadatan. Sebagai aturan praktis, jari-jari fillet bagian dalam harus setidaknya 25% dari ketebalan dinding yang bersebelahan , dengan minimal 3 mm bahkan pada bagian yang tipis.
Transisi yang membulat juga meningkatkan pengisian cetakan, karena besi cair mengalir lebih lancar di sekitar kurva daripada sudut tajam, sehingga mengurangi cacat terkait turbulensi.
Sudut draft adalah sedikit lancip yang diterapkan pada permukaan vertikal sehingga pola dapat ditarik dari cetakan pasir tanpa merusak rongga cetakan. Tanpa aliran udara yang memadai, pabrik pengecoran harus menggunakan perkakas yang lebih rumit atau menerima cacat permukaan akibat robeknya cetakan, yang keduanya meningkatkan biaya.
| Tipe Permukaan | Sudut Draf yang Direkomendasikan |
|---|---|
| Permukaan luar | 1° hingga 2° |
| Permukaan internal (inti) | 2° hingga 3° |
| Rongga yang dalam atau sempit | 3° atau lebih |
Riser bertindak sebagai reservoir logam cair yang memberi makan pengecoran saat menyusut selama pendinginan, mencegah kekosongan internal. Perancang harus mengidentifikasi bagian terberat dari suatu bagian sejak dini, karena area ini – yang disebut titik panas (hot spot) – menjadi padat paling akhir dan memerlukan pasokan langsung ke riser.
Prinsip desain yang berguna adalah solidifikasi terarah : bagian tersebut harus dirancang sedemikian rupa sehingga bagian yang lebih tipis menjadi padat terlebih dahulu, secara bertahap mengumpankan bagian yang lebih tebal, dengan riser terletak pada titik yang paling tebal dan terakhir menjadi titik pemadatan. Bagian yang dirancang tanpa perkembangan ini jauh lebih rentan terhadap porositas penyusutan internal, bahkan jika aturan ketebalan dinding dipatuhi.
Inti digunakan untuk membentuk rongga internal, lubang, atau potongan bawah yang tidak dapat diproduksi sendiri oleh cetakan luar. Meskipun diperlukan untuk fitur fungsional, setiap inti menambah biaya, kompleksitas perakitan, dan potensi sumber ketidakakuratan dimensi, karena inti dapat sedikit bergeser selama penuangan.
Karena besi berkontraksi saat mendingin, pola harus dibuat terlalu besar untuk mengimbanginya. Tunjangan penyusutan standar adalah sekitar 1% untuk besi abu-abu and 0,8% hingga 1% untuk besi ulet , meskipun nilai pastinya bergantung pada geometri bagian dan ketebalan bagian. Perancang harus mengkomunikasikan toleransi kritis dengan jelas kepada bengkel pola pengecoran sehingga tunjangan penyusutan diterapkan dengan benar pada dimensi fungsional, bukan hanya ukuran bagian keseluruhan.
Pengecoran besi yang paling banyak diproduksi dihasilkan dari kolaborasi awal antara insinyur desain dan insinyur proses pengecoran, bukan dari gambar akhir yang diserahkan tanpa masukan. Pabrik pengecoran logam dapat mengidentifikasi kemungkinan titik panas, merekomendasikan lokasi gerbang dan riser, dan menandai persyaratan toleransi yang akan menaikkan biaya sebelum perkakas dipotong.
Dalam praktiknya, melibatkan pengecoran selama tahap peninjauan desain — dibandingkan setelah gambar diselesaikan — biasanya mengurangi pengerjaan ulang perkakas dan tingkat penolakan benda pertama, karena masalah geometri telah diketahui sebelum logam apa pun dituang. Desain untuk kemampuan manufaktur bukanlah sebuah daftar periksa yang dilakukan satu kali saja, melainkan sebuah proses yang berulang-ulang paling baik ditangani sebagai kemitraan antara tim desain dan produksi.
