तन्य बिडाचे उत्पादन करताना मॅग्नेशियमची प्रक्रिया केली असल्याने धातू रसामध्ये पातळ मळी (Dross) तयार होण्याचे प्रमाण जास्त असते. त्यामुळे तन्य बिडासाठी प्रवेशद्वारांची रचना काळ्या बिडापेक्षा अधिक काळजीपूर्वक करावी लागते. धातू रसाच्या प्रवाहरचनेमध्ये (Gating System) प्रवाह अस्थिर किंवा खळाळणारा (Turbulent) होऊ न देता तो स्थिर (Streamline) ठेवण्याचा हेतू असतो.
रचनेची वैशिष्ट्ये : धातू रसाच्या प्रवाहातील खळखळ (Turbulence) कमी करणे, धातू रसातून घाण, पातळ मळी इ. अलग करून स्वच्छ रस साच्यास पुरविणे, धातू रस ओतण्याचा कालावधी नियंत्रित करणे व साच्याच्या विविध भागातील धातू रसाचे तापमान आवश्यकतेनुसार नियंत्रित करणे.
प्रवेशद्वाराच्या रचनेचे घटक : धातू रस ओतण्याचा पेला (Sprue cup) याचा आकार एखाद्या पेल्याप्रमाणे खाली निमूळता असून साच्यातला रस प्रथम या पेल्यात ओतला जातो, धातू रस ओतण्याची नलिका (Down sprue) पेल्यातून रस धातू नलिकेत प्रवेश करतो, रसवाहिनी (Runner Bar) नलिकेतून रसवाहिनीला रसाचा पुरवठा होतो, प्रवेशद्वारे (Ingate) रसवाहिनीमधील रसाचा प्रवेशद्वारामार्फत साच्याला पुरवठा होतो,
संकोचक (Choke) : रचनेतील कमीतकमी छेद क्षेत्रफळ (Cross Sectional Area) असलेला भाग म्हणजे संकोचक होय. संकोचकमुळेच कास्टिंग ओतण्याचा वेळ नियंत्रित होतो. कास्टिंगच्या रचनेनुसार दोन प्रकार पडतात. १) एकल पोकळी (Single Cavity) : या प्रकारात एका साच्यात एकच कास्टिंग असते, २) एकाधिक पोकळी (multi cavity) : या प्रकारात एका साच्यात एकाच प्रकारची अनेक कास्टिंग असतात. एका साच्यात एकाच प्रकारची अनेक कास्टिंग असतात व त्यांना रसाचा पुरवठा एकाच रसनलिकेतून होतो.
उदा., एक विशिष्ट कास्टिंग एकल पोकळीत आहे व त्याचा ओतण्याचा वेळ (Pouring time) T आहे. याच प्रकारची चार कास्टिंग एकाधिक पोकळीत असतील तर त्यांचा ओतण्याचा वेळ T एवढाच असला पाहिजे. ती सर्व कास्टिंग एकाच वेळेस T या वेळातच भरली गेली पाहिजे.
रचनेचे प्रकार (Types of Gating System) : अ) दाबाखालील रचना (Pressurised Gating System) : या प्रकारात संकोचक हा प्रवेशद्वारामध्ये असतो. ही पद्धत एकल पोकळी या प्रकारास उपयुक्त आहे, ब) दाबविरहित रचना : यामध्ये संकोचक हा रसवाहिनी व रसनलिका यामध्ये किंवा रसनलिकेत असतो. ही पद्धत एकाधिक पोकळी या प्रकारास उपयुक्त आहे.
गाळणी (Filter) : वर उल्लेख केल्याप्रमाणे तन्य बिडात पातळ मळी तयार होत असल्याने गाळणी वापरणे गरजेचे असते. आपण जेव्हा गाळणी वापरतो तेव्हा संकोचक हा गाळणी व रसनलिका यामध्ये असावा. गाळणीमध्ये संकोचक कधीही असू नये. गाळणीनंतर रचनेचा जो भाग येईल त्याचे छेद क्षेत्रफळ संकोचकपेक्षा जास्त असावे. रसनलिकेच्या तळाशी गाळणी बसवू नये. वरून येणाऱ्या रस प्रवाहाच्या आघातामुळे जागेपासून हलू शकते. गाळणी ही उभ्या पातळीत व कास्टिंगच्या शक्यतो जवळ असावी. गाळणीच्या निवडीसाठी गाळणी उत्पादकांची मदत घ्यावी. गाळणीसाठी चांगली बैठक मिळावी म्हणून थोड्या मोठ्या आकाराची गाळणी निवडावी.
रसवाहिनीची मापे (Runner Dimensions) : रसनलिकेतून प्रवेशद्वार १०० मिमी.पेक्षा जास्त अंतरावर असेल तर रसवाहिनीचे छेद क्षेत्रफळ संकोचकच्या छेद क्षेत्रफळाच्या दुप्पट असावे. हे अंतर १०० मिमी.पेक्षा कमी असेल, तर रसवाहिनीचे छेद क्षेत्रफळ संकोचकच्या छेद क्षेत्रफळाच्या चौपट असावे.
रस प्रवाहासाठी केलेल्या रचनेचा हिशोब (Calculation of Gating System) : १) प्रथम ओतण्याच्या वेळेचा हिशोब करणे – त्यासाठी पुढील सूत्र वापरावे.
T = 1.485 k (.95 + .046 t) X वर्गमूळ w.
(T = ओतण्याचा वेळ सेकंद, K = रसाच्या प्रवाहीपणाचा स्थिरांक; याची किंमत तन्य बिडाच्या संदर्भात ०.६० इतकी धरावी, t = कास्टिंगची जाडी मिमी.मध्ये, w = कास्टिंगचे वजन किग्रॅ.मध्ये).
२) संकोचक क्षेत्रफळाचा हिशोब करणे – यासाठी पुढील सूत्र वापरावे.
CA = G/dtvम्यू = G/dtम्यू वर्गमूळ 2 gH.
(CA = संकोचकचे क्षेत्रफळ सेंमी., G = कास्टिंगचे वजन ग्रॅम, d = रसाची घनता ७.२ ग्रॅम/सेंमी. 3, T = ओतण्याचा वेळ ज्याचा हिशोब आपण पायरी नं. १ मध्ये केलेला आहे, म्यू = घर्षण विचारात घेण्यासाठी हा अंक वापरला जातो. याची किंमत साधारणपणे ०.७० धरावी, g = गुरुत्व त्वरणाचा स्थिरांक (Gravitational Acceleration Constant) = ९८० सेंमी./ sec/sec, H = रसनिलेकची परिणामी उंची सेंमी.).
आता आपण H चा हिशोब कसा करायचा ते पाहू.
h = रसनलिकेची उंची सेंमी., c = कास्टिंगची उंची सेंमी., p = कास्टिंगची वरच्या पेटीतील उंची सेंमी. वरच्या प्रवेशद्वारासाठी (Top Gating) H = h, तळातील प्रवेशद्वारासाठी (Bottom Gating) H = h-c/2, दुभाजक रेषेवरील प्रवेशद्वारासाठी (parting line gating) H = 2hc-p2/2c.
द्वितीय पायरीमधील सूत्रात सर्व किमती घातल्या की संकोचकचे क्षेत्रफळ समजते. संकोचकचे क्षेत्रफळ समजले की, त्यावरून रसवाहिनी व रसनलिका यांची मापे काढता येतात.
रसनलिका : रसवाहिनी : प्रवेशद्वारे हे गुणोत्तर दाबाखालील रचनेसाठी १:२:०.६० असते. दाबरहीत रचनेसाठी हे गुणोत्तर १:२:४ असे वाचावे.
द्वारण पद्धतीचा हिशोब : काळे बीड : प्रथम पायरी : ओतण्याच्या वेळेचा हिशोब करणे (Calcuation of pouring time) यासाठी पुढील सूत्र वापरावे लागते.
T = 1.483 k (.95 + 0.046 T) वर्गमूळ w – (सूत्र १)
(T = ओतण्याचा वेळ – सेकंद, K = रसाचा प्रवाहीपणा दर्शविणारा गुणांक – युटेक्टिक बीड (४.३ कार्बन इक्विव्हॅलंट) १२०० – १२५० सेंटिग्रेड या तापमानास ओतले तर k ची किंमत १ असते. कार्बन इक्विव्हॅलंट व तापमानाप्रमाणे किंमत बदलते. FG260 बिडाच्या बाबतीत ही किंमत साधारणपणे ०.७०– ०.८० इतकी असते. T = कास्टिंगची जाडी मिमी.मध्ये, W = कास्टिंगचे वजन किग्रॅ. मध्ये).
द्वितीय पायरी : चोकच्या क्षेत्रफळाचा हिशोब करणे (Calculation of cross sectional area of choke) :
CA = G/dtv = G/ dt म्यू X 2gh वर्गमूळ – (सूत्र २)
(CA = संकोचकचे क्षेत्रफळ- सेंमी. वर्ग, G= कास्टिंगचे वजन ग्रॅम, D = रसाची घनता- ७.२ ग्रॅम पर सेंमी. क्यूब, t = ओतण्याचा वेळ सेकंद ज्याचा हिशोब आपण पायरी नं. १ मध्ये केला आहे, म्यू = घर्षण विचारात घेण्यासाठी हा अंक (factor) लावला जातो. याची किंमत साधारणपणे ०.७० धरावी, g = गुरुत्व त्वरणाचा स्थिरांक (Gravitational Acceleration Constant ) = ९८० सेंमी. /second/second, H = रसनलिकेची परिणामी उंची (Effective Sprue Height) सेंमी).
आता आपण H चा हिशोब कसा करायचा ते पाहू.
H = रसनलिकेची परिणामी उंची सेंमी., h = रसनलिकेची उंची सेंमी., C = कास्टिंगची उंची सेंमी., P = कास्टिंगची वरच्या पेटीतील उंची – सेंमी., वरच्या प्रवेशद्वारासाठी H=h, तळातील प्रवेशद्वारासाठी H= h – c/2, दुभाजक रेषेवरील प्रवेशद्वारासाठी H= 2hc-p2/ 2c.
सूत्र २ मध्ये सर्व किमती घातल्या असता संकोचकचे क्षेत्रफळ सेंमी. वर्गमध्ये येते. संकोचक म्हणजे प्रवेशद्वाराच्या रचनेतील कमीतकमी क्षेत्रफळाचा भाग.
काळ्या बिडाच्या बाबतीत रसाची नळी : रसवाहिनी : प्रवेशद्वारे यांच्या छेदाचे गुणोत्तर १ : ०.९० : ०.८० असे असते.
संकोचकचे क्षेत्रफळ आपल्याला माहीत झाले आहे. त्यामुळे गुणोत्तरावरून रसवाहिनी व रसाचा नळीचे क्षेत्रफळ (Cross sectional Area) यांचा हिशोब करता येतो. रसवाहिनीचा छेद चौकोनी असतो. त्यामुळे क्षेत्रफळ = रुंदी X उंची हे सूत्र वापरावे. उंची रुंदीच्या दीडपट ते दुप्पट असावी. रसाच्या नळीचा छेद वर्तुळाकृती असतो. त्यासाठी क्षेत्रफळ = ०.७८५ डी स्क्वेअर हे सूत्र वापरावे. त्यानुसार रसाच्या नळीचा व्यास (D) समजतो. अशा रीतीने आपणाला रचनेतील सर्व घटकांची मोजमापे समजतात.
संदर्भ : Richard W. Heine; Carl R. Loper, Philip, C. Rosenthal, Principles of Metal Casting, Tata McGraw-Hill Education, II edition, 2001.
समीक्षक : प्रवीण देशपांडे