Tugas Besar Kelompok Intake Valve.docx

TUGAS PEMILIHAN BAHAN DAN PROSES “Intake Valve”

Kelompok 4

1. 2. 3. 4.

Dzaky Roja Pratama Farlian Rizky Sinaga Kristophorus Satya Erlangga Laksmana Widi Prasetya

(I0416026) (I0416031) (I0416045) (I0416046)

Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Program Studi Teknik Mesin 2019 1

BAB I PENDAHULUAN

1.1

Latar Belakang Perkembangan teknologi alat transportasi semakin berkembang yang diiringi

dengan produk- produk sepeda motor maupun mobil yang diproduksi perusahaanperusahan di bidang otomotif. Dari Perkembangan bentuk cover body sampai komponen-komponen pada mesin yang semakin disempurnakan. Salah satu komponen mesin yang paling penting adalah valve (katup) yang berfungsi sebagai pintu pemasukan bahan bakar dan pembuangan gas sisa pembakaran, yang mana waktu pembukaan dan penutupan katup-katup tersebut diatur sesuai dengan prinsip kerja mesin. Jadi untuk menghasilkan katup yang sesuai dengan standard proses pemilihan bahan dan proses pembuatannya haruslah tepat agar menghasilkan produksi katup yang berkualitas dan sesuai dengan permintaan pasar.

1.2

Tujuan Adapun tujuan dari tugas pemilihan bahan dan proses ini adalah :

1. Untuk memilih material/bahan yang cocok untuk pembuatan katup masuk (intake valve) 2. Untuk memilih proses pembuatan yang cocok untuk katup masuk (intake valve)

1.3

Manfaat Adapun manfaat dari tugas pemilihan bahan dan proses ini adalah :

1. Memperoleh material/bahan untuk pembuatan katup masuk (intake valve) 2. Dapat menentukan proses pembuatan yang cocok untuk katup masuk (intake valve)

1.4

Batasan Masalah Dalam

mengerjakan

makalah

ini

diperlukan

pembatasan

masah

agar

pembahasannya lebih dalam dan juga tidak meluas ke objek-objek yang lain. Batasan Masalah pada makalah ini adalah sebagai berikut:

2

a

Proses pemilihan material katup masuk (intake valve)

b Proses manufaktur katup masuk (intake valve)

3

BAB II TEORI DASAR

2.1. Pengertian Katup Katup (valve) adalah salah satu komponen mesin yang berfungsi sebagai alat pembuka dan penutup saluran masuk dan saluran keluar. Definisi lain dari katup yaitu katup berfungsi sebagai pintu gerbang pemasukan bahan bakar dan pembuangan gas sisa pembakaran, yang mana waktu pembukaan dan penutupan katup-katup tersebut diatur sesuai dengan prinsip kerja mesin. Kontruksi katup terdiri dari kepala katup (valve head), batang katup (valve stem) berbentuk seperti jamur. Bagian katup yang berhimpit disebut permukaan katup (valve face) yang dibuat miring sesuai dengan kemiringan permukaan dudukan katup. Kepala katup atau daun katup, pada katup hisap berdiameter lebih besar dibandingkan dengan katup buang, karena perbedaan tekanan antara gas yang masuk kedalam silinder dan gas yang keluar dari dalam silinder. Katup hisap mengandalikan perbedaan tekanan udara luar dengan penurunan tekanan dalam silinder yang disebabkan oleh hisapan torak, sedangkan pada katup buang gas bekas pembakaran akan keluar dari silinder dengan tekanan sisa pembakaran sehingga cukup kuat untuk mendorong gas bekas pembakaran keluar dari silinder. Disamping itu juga dimaksudkan agar pemasukan bahan bakar udara lebih sempurna.

Katup (valve) terbagi menjadi dua, yaitu : a) Katup Masuk (intake valve) Katup masuk biasa diletakkan disaluran pemasukan campuran bahan bakar dan udara dari kabulator atau biasa disebut intake manifold. katup masuk berfungsi sebagai pembuka dan penutup antara saluran masuk (intake manifold) ke ruang bakar pada mesin. untuk membuka dan menutup, katup masuk digerakkan oleh camsaft.

4

b) Katup Keluar (Exhaust valve) Katup buang biasa diletakkan di saluran pebuangan gas sisa pembakaran atau biasa disebut exhaust manifold. katup buang berfungsi sebagai pembuka dan penutup antara saluran bahan bakar ke saluran buang kemudian menuju ke knalpot.

Gambar 2.1 katup masuk (intake valve) dan katup buang (exhaust valve)

2.2. Mekanisme Katup Berdasarkan mekanisme katup jenis katup terdiri dari jenis OHV (over head valve) dan OHC (over head camshaft).

a) OHV (Over Head Valve) OHV (over head valve) Motor yang menggunakan mekanisme katup jenis ini mempunyai ciri fisik yaitu poros cam berada pada blok silinder dan katup berada pada kepala silinder. Motor dengan mekanisme katup OHV mempunyai perbandingan kompresi yang tinggi dibandingkan dengan katup sisi. Penempatan katup di kepala silinder menyebabkan perbandingan kompresi tinggi sehingga meningkatkan torsi dan daya.

5

Gambar 2.2. Katup jenis OHV

b) OHC (Over Head Camshaft) Pada jenis OHC poros cam dipasangkan di atas kepala silinder, yang mana rocker arm dan katup-katup digerakkan langsung oleh poros kam. Susunan ini di sebut over head camshaft system. OHC mempunyai keuntungan dibanding OHV yaitu proses pembukaan dan penutupan katup lebih cepat, sehingga cocok digunakan oleh motor kecepatan tinggi.

Katup jenis OHC terbagi dua yaitu : 

SOHC (Single Over Head Camshaft) Jenis ini memiliki satu poros cam yang menggerakkan katup.



DOHC (Double Over Head Camshaft) Jenis ini memiliki dua poros cam yang menggerakkan katup.

Camshaft Camshaft

Gambar 2.3. Katup jenis OHC (Single dan Double Camshaft)

6

Komponen – komponen utama mekanisme katup adalah : a) Katup (valve) Kelengkapan katup terdiri dari :  Katup (valve) berfungsi untuk membuka dan menutup saluran hidap dan saluran buang. Diameter atau penampang katup masuk lebih besar atau lebih banyak jumlahnya dari katup buang.  Dudukan katup (valve seat) berfungsi sebagai tempat dudukan kepala katup.  Pegas katup (valve spring) berfungsi untuk mengembalikan dan merapatkan katup pada valve seat setelah katup terbuka.  Selongsong katup (valver guide) berfungsi sebagai tempat turun naiknya batang katup. Valve guide ini terbuat dari bahan besi cor yang pemasangannya disatukan dengan kepala silinder dan yang terpisah sehingga bisa dibuka bila telah aus.

Gambar 2.4. Bagian – bagian Katup

b) Poros Cam Poros cam adalah sebuah poros yang mempunyai sejumlah nok atau cam. cam tersebut disusun sedemikian rupa pada porosnya yang berfungsi untuk mengatur pembukaan dan penutupan katup sesuai dengan firing order yang telah ditentukan. Selain untuk mengatur pembukaan dan penutupan katup, poros cam juga berfungsi untuk menggerakan distributor dan pompa bahan bakar mekanik.

7

Gambar 2.5. Camshaft

c) Pengangkat Katup (Valve Lifter) Pengangkat katup (Valve Lifter) adalah komponen yang berbentuk silinder yang meneruskan tekanan angkat dari poros cam.Valve lifter ini digunakan pada mekanisme katup OHV. Pengangkat katup bergerak naik turun pada penghantarnya di blok silinder.

Gambar 2.6. Valve Lifter

d) Batang Penekan (Push Rod) Batang penekan (Push rod) meneruskan tekanan dari valve lifter ke rocker arm. Batang penekan ini digunakan hanya pada mekanisme katup OHV.

e) Rocker Arm Rocker arm berfungsi sebagai meneruskan gerakan dari pushrod atau camshaft ke katup.

8

Gambar 2.7. Rocker arm

2.3.

Metode Penggerak Poros Cam

a) Timing Gear Poros cam digunakan untuk menggerakan valve lifter, push rod dan rocker arm. Gerakan rocker arm ini diteruskan untuk membuka dan menutup katup. Putaran poros cam ini adalah setengah putaran dari poros engkol. Putaran poros engkol diteruskan melalui roda gigi dengan perbandingan jumlah roda gigi 1 : 2. Mekanisme penggerak poros cam dengan roda gigi digunakan pada motor dengan susunan katup samping dan OHV dengan penempatan poros cam pada blok silinder.

Timing Gear

Gambar 2.8. Timing Gear

b) Timing Chain Jenis penggerak poros cam ini memindahkan putaran dari poros engkol ke poros cam melalui mekanisme rantai. Pada poros engkol dipasangkan crankshaft sproket dan pada poros engkol dipasangkan camshaft sproket dengan jumlah giginya dua kali lebih banyak

9

dari crankshaft sproket. Mekanisme penggerak ini digunakan untuk motor dengan susunan katup sisi, OHV dan OHC. Tetapi untuk susunan OHC jarak dari poros engkol cukup jauh. Karena jarak yang jauh tersebut maka rantai memerlukan chain guide dan tensioner. Chain guide dan tensioner berfungsi untuk menegangkan rantai agar rantai tetap berkaitan dengan sproket dan tidak menimbulkan bunyi.

Gambar 2.9. Timing Chain c) Timing Belt Mekanisme penggerak menggunakan timing belt (sabuk bergigi) digunakan untuk motor dengan susunan katup OHC. Pada saat sekarang, jenis ini paling banyak digunakan pada motor-motor kendaraan, karena mempunyai beberapa keuntungan yaitu harga sabuk yang relatif murah, ringan, getaran yang dihasilkan kecil tidak berisik dan tidak perlu pelumasan. Tetapi ada kerugian yaitu kekuatan bahan sabuk terbatas, maka timing belt memerlukan penggantian secara berkala untuk menghindari putus timing belt saat motor hidup.

10

Gambar 2.10. Timing Belt

2.4. Kondisi Kerja Katup Pada motor empat langkah (4stroke), pada saat langkah hisap katup masuk akan terbuka sehingga campuran bahan bakar masuk keruang bakar dan katup buang dalam keadaan tertutup, pada langkah kompresi katup masuk dan katup buang dalam keadaan tertutup, karena kedua katup dalam keadaan tertutup dan piston bergerak ke TMA sehingga terjadinya kompresi pada ruang bakar. Pada akhir langkah kompresi terjadi proses pembakaran yang disebut dengan langkah kerja, yang terakhir pada langkah buang, katup masuk dalam keadaan tertutup dan katup buang dalam keadaan terbuka untuk mengeluarkan sisa pembakaran di ruang bakar. Dari langkah buang lalu kembali lagi ke proses langkah hisap dan begitu seterusnya. Pada mesin OHV (Over Head Valve), katup-katup ini digerakkan oleh penekan katup digerakkan oleh bos. Sedangkan pada mesin yang menerapkan sistem katup diatas (SOHC/DOHC), penekan katup dan batang penekan katup. Setelah diangkat sehingga terlepas dari tempat dudukannya, katup-katup ini dikembalikan pada posisi semula oleh sebuah pegas. Pada saat membuka, katup-katup itu akan terangkat dari dudukannya antara 5/16 - 3/8 inchi. Selain itu kerja katup bisa dikatakan berat. Seperti, jika mesin berputar 7500 rpm, katup membuka dan menutup lebih dari 60 kali/detik. Jika mesin berputar hingga 10000 rpm , katup dipaksa membuka dan menutup hingga lebih dari 80 kali/detik. Suhu katup bisa melebihi 700 derajat Celcius.

11

Gambar 2.11 Kondisi kerja Katup

2.5. Proses Produksi Berdasarkan jenisnya proses produksi dapat dibagi atas : 1) Pengecoran (casting) Casting adalah proses pembentukan logam (termasuk pengaturan komposisi) dengan menggunakan cetakan (mold) dalam bentuk lubang yang kemudian diisi oleh logam cair.

Gambar 2.12 Proses pengecoran. Tata urut proses pengecoran adalah : a. Gambar produk Dalam menggambar ini kita harus memperhatikan penyusutan logam. Jadi ukuran harus diperhatikan. b. Pola Pola adalah bentuk tiruan dari produk untuk membuat rongga pada cetakan.

12

Pola terbagi dua, yaitu :  Pola tetap contohnya adalah logam, kayu dan plastik.  Pola sekali pakai contohnya adalah pola dari lilin. c. Cetakan Cetakan yang dibuat harus sempurna, karena dalam pengecoran bentuk dari produk tidak mungkin lebih baik daripada cetakan. Berdasarkan bahan dasarnya cetakan dapat dibagi atas :  Sand casting (dengan bahan dasar pasir)  Investment casting (dengan bahan dasar keramik)  Permanent mould (dengan bahan dasar logam) d. Benda cor dan sistem saluran. e. Machining test. f. Delivery.

Jenis-jenis Proses Pengecoran : Berdasarkan prosesnya proses pengecoran dibedakan menjadi dua macam, yaitu traditional casting (tradisional) dan non-traditional (non-tradisional).

A. Teknik pengecoran secara tradisional 1) Sand-mold casting Proses pengecoran dengan cetakan pasir. Proses ini merupakan proses yang paling sering digunakan dalam proses pengecoran. Keuntungan sand mold casting: a. Harga murah dan mudah didapat b. Dalam operasinya tidak diperlukan tenaga ahli Kerugian sand mold casting: a. Proses pengerjaan lambat dan perlu proses lanjutan b. Ketelitian produk tidak baik c. Satu cetakan untuk satu produk

13

Gambar 2.13. Skema proses pengecoran cetakan pasir

2) Dry-Sand Casting Proses ini sama dengan proses sand mold casting, tetapi cetakan dibuat dari pasir yang kasar dengan menggunakan material untuk pengikat. Tempat cetakan terbuat dari bahan logam. Cetakan pasir kering tidak menyusut sewaktu terkena panas dan bebas dari gelembung udara.

3) Shell-Mold Casting Shell-mold casting adalah suatu proses di mana logam dicairkan lalu dituangkan ke dalam suatu heat-cured, dimana kulit atau shell dibuat dari pasir, tanah, kerikil dan tambahannya dan dipakai sampai pembekuan logam terjadi.

Gambar 2.14. Skema shell-mold casting

14

4) Cement-Mold Casting Proses pengecoran ini menggunakan semen sebagai bahan cetakan.

Gambar 2.15. Skema cement-mold casting

5) Vacuum-Mold Casting Vacuum casting adalah pengecoran logam dengan ukuran yang kecil dan detail yang bagus. Vacuum casting juga merupakan pengecoran untuk material plastik. Material yang telah dicairkan akan dimasukan ke dalam pola dengan tekanan atmosfir, vacuum membuang udara yang terjebak untuk melancarkan aliran material cair. Vacum casting dikembangkan untuk pengecoran logam, yang mana vacuum digunakan dengan berbagai macam kombinasi gas dengan tekanan untuk menaikan kualitas pengecoran dan menurunkan porositas logam.

Gambar 2.16. Skema vacuum-mold casting

15

B. Teknik non-traditional 1) High-Pressure Die Casting High-pressure die casting

adalah proses pengecoran dengan memanfaatkan

tekanan tinggi dalam penuangan logam cair kecetakan.

Gambar 2.17. Skema high-pressure die casting

2) Permanent-Mold Casting Jenis pengecoran ini , cetakannnya dapat dipakai berulang kali (terbuat dari logam dan grafit). Pengecoran ini dikhususkan untuk pengecoran logam non ferrous dan paduan. Kualitas pengecoran ini tergantung dari kualitas mold, umumnya dikerjakan dengan machining untuk mendapatkan kualitas yang bagus maka dikerjakan dengan proses machining yang memiliki keakuratan yang tinggi. Keuntungan permanent mold casting :  Produksi tinggi  Cetakan dapat dipakai berulang kali  Dalam operasinya tidak diperlukan tenaga ahli  Ketelitian produk lebih baik daripada sand casting  Tidak memerlukan proses lanjutan Kerugian permanent mold casting :  Harga cetakan mahal.  Perlu perhitungan yang tepat dalam mengerjakan cetakan.  Cetakan untuk satu macam produk.

16

 Ukuran produk kecil dan sederhana.  Tidak dapat mengecor baja.

Gambar 2.18. Proses permanent mold casting

3) Centrifugal Casting Prinsipnya adalah menuangkan logam cair ke dalam cetakan yang berputar dan akibat gaya centrifugal logam cair akan termampatkan sehingga diperoleh benda kerja tanpa cacat. Pengecoran ini digunakan secara intensif untuk pengecoran plastik , keramik, beton dan semua logam. Keuntungan centriugal casting :  Riser tidak diperlukan.  Produk yang berlekuk-lekuk dapat diproses dengan kualitas. permukaan baik.  Toleransi dimensi kecil.  Ketebalan benda kerja seragam. Kerugian centriugal casting :  Harga peralatan mahal.  Laju produksi rendah.  Satu produk satu cetakan.  Gaya sentrifugal besar.

Gambar 2.19. Proses centriugal casting

17

4) Plaster-Mold Casting Plaster-mold casting adalah suatu proses pengecoran logam nonferrous dimana logam cair dituangkan ke dalam suatu non-reusable, lalu memplester cetakan sampai pembekuan terjadi.

Gambar 2.20. Proses plaster-mold casting

5) Investment Casting Proses pengecoran dengan pola tertanam dalam rangka cetak , kemudian pola dihilangkan dengan cara pemanasan sehingga diperoleh rongga cetak. Pola biasanya terbuat dari lilin (wax), plastik atau mateial yang mudah meleleh . Prosedur investment casting: a) Membuat Master Pattern dan Master Die. b) Membuat Wax Pattern. c) Melapisi Wax Pattern. d) Mengeluarkan Wax Pattern dari Mold. e) Preheat Mold. f) Menuangkan logam cair. g) Mengeluarkan Produk.

18

Gambar 2.21. Proses investment casting

Cacat-cacat pada hasil coran:

Gambar 2.22 Cacat-cacat pengecoran.

19

(a). Retak panas (hot tear) Terjadi akibat efek pendinginan yang tidak seragam. Bagian yang bersudut yang membeku belakangan, kekurangan logam cair, sehingga menimbulkan rongga penyusutan. (b). Sumbat dingin (cold sheet) Permukaan terpisah, terjadi karena pertemuan aliran logam yang berbeda suhunya. (c). Cetakan rontok (sand wash) Bagian-bagian tertentu dari cetakan, rontok akibatnya aliran logam cair (erosi). (d). Cetakan tertiup (sand blow) Sumuran atau lubang terbentuk pada produk akibat permeabilitas cetakan jelek atau bila cetakan terlalu basah. (e). Bengkak (scab) Terjadi akibat pasir menempel di produk coran. Ini terjadi kalau pasir terlalu halus. (f). Rongga penyusutan (shrinkage porosity) Terbentuk akibat penyusutan saat logam membeku. Cacat ini terjadi akibat kesalahan disain. (g). Bintik laras (hand spot) Daerah tertentu yang keras sehingga sulit di machining. Ini dapat terjadi pada berbagai tempat di coran. (h). Penyimpangan komposisi kimia Kontaminasi dan efek pembekuan menyebabkan komposisi kimia bahan coran menyimpang dari perencanaan.

2) Pembentukan ( forming ) Pemberian deformasi plastis pada material dengan kombinasi dari aplikasi gaya pembebanan, dengan atau tanpa petakan, dibawah pengaruh temperatur ataupun tidak, proses ini dilakukan dengan tidak mengurangi volume benda kerja. Macam-macam proses forming : a. Forging Proses pembentukan material akibat beban impact atau tekanan tinggi dengan menggunakan cetakan atau tidak.

20

Gambar 2.23. Proses forging.

Secara umum penempaan terbagi atas :  Proses mereduksi penampang dan menambah panjang.  Proses mereduksi panjang dan memperbesar penampang (upset).  Proses aliran kompleks (dies), material mengalir dalam banyak arah. b. Rolling Proses deformasi plastis logam dengan melewati pasangan rol yang berputar, sehingga terjadi reduksi penampang.

Gambar 2.24 Proses pengerolan.

21

c. Ekstrusi Proses deformasi plastis dengan penekanan/pendesakan material melewati dies sehingga penampang produk sesuai bentuk dies.

Gambar 2.25 Proses ekstrusi.

d. Drawing Proses deformasi plastis dengan penarikan material melewati dies sehingga penampang produk sesuai bentuk dies. Proses drawing terbagi dua yaitu :  Wire drawing (penarikan kawat)

Gambar 2.26 Proses wire drawing.  Deep drawing Deep drawing adalah penarikan dalam suatu plat.

Gambar 2.27 Skema deep drawing.

22

e. Spinning Proses pembentukan logam dengan penekanan pada logam tersebut yang diputar mandrel di sumbu simetri.

Gambar 2.28 Proses spinning. f. Bending Bending atau pembengkokan digunakan untuk membuat piringan roda, curls, seams dan corrugations, serta untuk benda-benda yang kaku dengan cara meningkatkan momen inersia.

Gambar 2.29 Proses bending

23

3) Proses Pemesinan (machining) Proses pemesinan adalah suatu proses produksi yang dilakukan dengan memanfaatkan gerak relatif antara pahat pengan benda kerja, dan terdapat material sisa (geram) dengan menggunakan mesin-mesin perkakas seperti mesin bubut, mesin freis, mesin gurdi dan lain-lain.

Gambar 2.30 Gambar mesin freis.

Gambar 2.31 Mesin Bubut

24

4) Proses Penyambungan (joining) Proses penyambungan adalah proses penggabungan dua komponen atau lebih untuk menggabungkannya menjadi sebuah kesatuan. Sambungan ini bisa berupa sambungan permanen, contohnya sambungan dengan menggunakakn pengelasan, sambungan semi permanen seperti sambungan paku keling dan juga sambungan tidak tetap seperti sambungan menggunakan baut dan pin.

25

BAB III METODOLOGI

START

TINJAUAN PUSTAKA

PEMILIHAN MATERIAL & PROSES

KESIMPULAN & SARAN

FINISH

26

BAB IV PEMBAHASAN

4.1. Pemilihan Material Katup Untuk pemilihan material katup ada beberapa sifat yang harus dimiliki oleh material.

Function Constrains a)

: Valve :

Temperatur

operasi

b) Berat katup c)

Strength, σf

: < 700 0C : < 1 kg : > 200 Mpa

d) Fracture Toughness, K1C

: > 50 Mpa.m1/2

e)

Modulus, E

: > 100 Gpa

f)

Kuat dan kaku

g) Harga murah

Goals

: minimalisasi biaya

Variable bebas

: Pemilihan Bahan dan Proses

27

Untuk menentukan material yang diinginkan tersebut dibutuhkan beberapa bubble charts yaitu :

1) Strenght VS Max. Service Temperature Untuk menentukan material yang mampu bekerja hingga temperatur 700 0C

σf

= 200 Mpa

T max

= 700 0C

Material yang didapat adalah : 1. Ti alloys

6. CFRP

2. Ni alloys

7. Mg alloys

3. Low alloys Steel

8. Al alloys

4. Cast irons

9. Cu alloys

5. Carbin steels

10. Zinc alloys

28

2) Fracture Toughness VS Young’s Modulus Untuk menentukan material dengan tingkat kekakuan yang tinggi. K1C

= 50 Mpa.m1/2

E

= 100 Gpa

Material yang didapat adalah : 1. Zinc alloys

6. W alloys

2. Ti alloys

7. Cast iron

3. Cu alloys 4. Ni alloys 5. Steels

29

3) Young’s Modulus VS Strength Untuk menentukan material yang kuat, kaku dan bersifat buckling before yield E

= 100 Gpa

σf

= 200 Mpa

Material yang didapat adalah : 1. Silicon

8. Ni alloys

2. AIN

9. Steels

3. Al2O2

10. Cu alloys

4. SiC

11. Ti alloys

5. B4C

12. CFRP

6. WC

13. Cast Iron

7. W alloys

30

Dari ketiga charts tersebut, material yang didapat adalah :

σf

K1C VS E

VS Tmax 1. Ti alloys

1. Zinc alloys

E VS 1. Silicon

2. Ni alloys

2. Ti alloys

2. AIN

3. Low alloys Steel

3. Cu alloys

3. Al2O2

4. Cast irons

4. Ni alloys

4. SiC

5. Carbon steels

5. Steels

5. B4C

6. CFRP

6. W alloys

6. WC

7. Mg alloys

7. Cast iron

7. W alloys

8. Al alloys

8. Ni alloys

9. Cu alloys

9. Steels

10. Zinc alloys

10. Cu alloys

\

σf

11. Ti alloys 12. CFRP 13. Cast Iron

Dari hasil penyeleksian didapat beberapa material yang dapat dipertimbangkan untuk material katup, yaitu : 1. Ti alloys 2. Ni alloys 3. Cast iron 4. Cu alloys

Setelah didapat material yang masuk dalam pertimbangan untuk dijadikan material katup, maka diperlukan pengetahuan tentang sifat – sifat dari material tersebut yang berguna untuk pemilihan proses manufaktur yang sesuai dengan material yang dipilih.

1) Ti alloys Titanium adalah sebuah unsur kimia dalam tabel periodik yang memiliki simbol Ti dan nomor atom 22. Dia merupakan logam transisi yang ringan, kuat, berkilau, tahan korosi (termasuk tahan terhadap air laut dan klorin dengan warna putih-metalik-

31

keperakan. Titanium digunakan dalam alloy kuat dan ringan (terutama dengan besi dan aluminum) dan merupakan senyawa terbanyaknya, titanium dioksida, digunakan dalam pigmen putih. Titanium dihargai lebih mahal daripada emas karena sifat-sifat logamnya. Unsur ini terdapat di banyak mineral dengan sumber utama adalah rutile dan ilmenit, yang tersebar luas di seluruh Bumi. Ada dua bentuk alotropi dan lima isotop alami dari unsur ini; Ti-46 sampai Ti-50 dengan Ti-48 yang paling banyak terdapat di alam (73,8%). Sifat Titanium mirip dengan zirkonium secara kimia maupun fisika. Keunggulan Titanium 

Salah satu karakteristik Titanium yang paling terkenal adalah dia sama kuat dengan baja tapi hanya 60% dari berat baja.



Kekuatan lelah (fatigue strength) yang lebih tinggi daripada paduan aluminium.



Tahan suhu tinggi. Ketika temperatur pemakaian melebihi 150 C maka dibutuhkan titanium karena aluminium akan kehilangan kekuatannya seacara nyata.



Tahan korosi. Ketahanan korosi titanium lebih tinggi daripada aluminium dan baja.



Dengan rasio berat-kekuatan yang lebih rendah daripada aluminium, maka komponen-komponen yang terbuat dari titanium membutuhkan ruang yang lebih sedikit dibanding aluminium.

Aplikasi Titanium 

Militer. Oleh karena kekuatannya, unsur ini digunakan untuk membuat peralatan perang (tank) dan untuk membuat pesawat ruang angkasa.



Industri. Beberapa mesin pemindah panas (heat exchanger)dan bejana bertekanan tinggi serta pipa-pipa tahan korosi memakai bahan titanium.



Kedokteran. Bahan implan gigi, penyambung tulang, pengganti tulang tengkorak, struktur penahan katup jantung.



Mesin. Material pengganti untuk batang piston.

32

2) Ni Alloys Nikel dan nikel paduan digunakan untuk berbagai aplikasi yang luas, sebagian besar yang melibatkan ketahanan korosi dan ketahanan pada suhu tinggi. Beberapa di antaranya adalah: 

Pesawat turbin gas



Turbin uap



Aplikasi medis



Sistem tenaga nuklir



Kimia dan petrokimia industri

Nikel bersifat megnetik karena juga digunakan untuk aplikasi elektromagnet seperti selenoid. Paduan nikel memiliki kekuatan tinggi dan daya tahan korosi pada suhu tinggi. Unsur paduan untuk nikel meliputi chromium, cobalt, dan molybdenum.

Sifat mampu prosesnya yaitu : 

Machining



Forming



Casting



Welding Tabel 4.1. Properties of nickel alloys

33

3) Cast Iron Cast iron mengandung 2,14% – 4,3% karbon dengan sejumlah kecil mangan, belerang, fosforus, dan silikon Besi cor terdiri dari besi kelabu, besi nodular, besi putih, besi malleable. a) Besi cor kelabu Terdiri dari 2.5-4.0 %C & 1.0-3.0%Si. Graphite berbentuk serpihan-serpihan, dikelilingi oleh matriks ferrite or pearlite Besi cor kelabu standar sangat keras diakibatkan karbon yang mengembang dalam stuktur yang bertindak sebagai perambat tegangan Bisa diberikan perlakuan panas untuk memperbaiki struktur yang membuat material menjadi mampu bentuk dan mampu tempa b) Besi Cor putih Seluruh karbon merupakan simentit sehingga sangat keras dan getas. Mikrostruktur terdiri dari karbida putih sehingga tidak bisa di las c) Besi cor mampu tempa (maleable) Dibuat dari besi cor putih dengan melakukan heat treatment kembali untuk menguraikan gumpalan grafit (Fe3C) menjdi ferrite, pearlit & martensit serta mempunyai sifat mirip baja. d) Besi cor nodular Merupakan perpaduan besi cor kelabu yang berbentuk grafit bola-bola kecil dimana ujung-ujung flake berbentuk takikan Mempunyai keuletan tinggi (disebut juga ductile cast iron). Sifat mekanik dapat ditingkatkan dengan perlakuan panas.

Tabel 4.2. Komposisi cast iron

34

Sifat-sifat mekanis besi cor menunjukkan bahwa besi cor cocok untuk bagian-bagian mesin. Sifat mekanis itu ialah kekuatan tarik, perpanjangan, kekerasan kekuatan tekan, kekuatan bentur, kekuatan lentur, kekuatan lelah, tahan aus, mampu mesin, sifat meredam getaran dan sebagainya. Kandungan karbon yang rendah dapat meninggikan kekuatan tarik. Silisium memberikan kecenderungan yang sama tetapi lebih lemah dari karbon. Berikit ini hubungan derajat kejenuhan karbon dan kekuatan tarik. Kekerasan besi cor kelabu adalah 130-270 kekerasan Brinel, dan sangat erat hubungannya dengan struktur. Grafit kasar dalam matrik dapat menyebabkan kekerasan rendah dan grafit halus menyebabkan kekerasan lebih tinggi. Disamping itu kekerasan berbanding lurus dengan kekuatan tarik. Kekuatan tekan besi cor kelabu adalah 3 sampai 5 kali lebih besar kekuatan tariknya, dan kebanyakan lebih

besar

dari

kekuatan

tekan

baja.

Kekuatan

tarik

yang

lebih

tinngi

mengurangi perbandingan antara kekuatan tekan dan kekuatan tarik. Besi cor kelabu adalah bahan yang menpunyai sifat mampu mesin dan sangat baik karena grafitnya bekerja sebagai pelumas. Kekerasan dan kekuatan

tarik yang lebih rendah

menyebabkan mampu mesin yang lebih baik. Besi cor lebih buruk dalam ketahanan korosinya terhadap asam dibanding dengan baja. Hal ini dipengaruhi oleh sel kimia antara besi dan grafit. Namun ketahanan korosi besi cor terhadap air murni dan air laut lebih kuat dibanding baja. Untuk memperbaiki ketahanan korosi sangat efektif apabila ditambahkan khrom, nikel atau tembaga. titik cair 1150 – 1250 0C.

4) Cu alloys Tembaga Paduan (Copper base Alloy) paling banyak digunakan sebagai bahan teknik karena memiliki berbagai keuntungan, antara lain : 1) Memiliki sifat mekanik yang baik, sifat electrical dan thermal conductivity yang tinggi serta tahan terhadap korosi dan ketahanan aus. 2) Mudah dibentuk melalui pemesinan. 3) Mudah dibentuk melalui pengerjaan panas (Hot working) dan pengerjaan dingin (Cold Working) 4) Mudah disambung melalui penyolderan, brazing dan welding. 5) Mudah dipoles atau diplating jika dikehendaki

35

6) Pressing dan forging Temperatur lebih rendah dibanding dengan pemakaian bahan logam Ferro.

Tembaga Paduan (Copper Alloy) dapat dikelompokan menjadi : 1) Tembaga paduan rendah yang termasuk dalam kelompok ini ialah Silver-Copper, Cadmium-Copper, Tellurium-Copper, Berylium- Copper dan Paduan Copper-NickelSilicon. 2) Tembaga Paduan dengan kadar tinggi, yaitu Brass (kuningan) dan Bronze (perunggu).

Tabel 4.3. Properties of materials

36

Evaluasi Untuk Material Yang Akan Dipilih Sebagai Material Katup s

Properties

k o

Ti alloys

Ni alloys

Cast

Cu

iron

alloys

n

s.n

n

s.n

n

s.n

n

s.n

5

4

20

5

25

3

15

2

10

3

2

6

5

15

3

9

3

9

Modulus - Strength

4

5

20

3

12

4

16

2

8

massa

3

5

15

2

6

3

9

2

6

Harga

4

2

8

3

12

5

20

4

16

r Strength - Max Service Temp Fracture Toughness Modulus

Jumlah

69

70

69

49

Dari evaluasi diatas maka diperoleh material yang cocok sesuai dengan kebutuhan katup adalah “Ni alloys”

4.2. Pemilihan Proses Manufaktur Setelah melakukan proses pemilihan material, langkah selanjutnya adalah proses pemilihan manufaktur. Proses ini perlu dilakukan untuk memilih proses manufaktur yang sesuai untuk camshaft berdasrkan material yang telah dipilih dan berdasarkan pertimbangan-pertimbangan kebutuhan katup yang dinginkan.

37

Gambar 4.1 Diagram Jenis-Jenis Proses Manufaktur

Adapun proses manufaktur dari suatu produk secara umum dibagi tiga kategori yaitu : a. Shaping (pembentukan) b. Joining (penyatuan /assembly) c. Finishing (penyelesaian akhir)

Pada kasus ini, katup yang didesain adalah katup dimana badan katup dan kepala katup menyatu sehingga proses metal shaping terdiri dari 

Shaping



Finishing

1) Shaping Untuk menentukan metode yang digunakan bergantung dari beberapa faktor antara lain : 

Jenis material yang akan dibentuk



Bentuk produk

38



Toleransi



Massa



Kakasaran



Kekakuan



Dan lain-lain Dibawah ini adalah beberapa diagram sebagai pertimbangan dalam menentukan

pemilihan proses manufaktur.

Gambar 4.2. Diagram Matrik Proses – Material 39

Gambar 4.3. Diagram Matrik Proses – Bentuk Produk

Gambar 4.4. Diagram Matrik Hubungan Proses – Massa

40

Berdasarkan pertimbangan keuntungan dan keterbatasan dari beberapa proses casting dan juga berdasarkan spesifikasi katup yang dinginkan, maka proses yang dipilih untuk metal shaping pada Katup adalah : Die Casting

Die casting Die Casting adalah salah satu jenis pengecoran dengan cara memaksa logam cair ke dalam cetakan baja ( Die ) dengan menggunakan tekanan tinggi.

Gambar 4.5. Die Casting

Keuntungan : 

Hasil permukannya halus



Akurasi dimensi yang bagus



Proses pembuatan cepat

Keterbatasan : 

Biaya cetakan mahal



Terbatas pada logam non ferrous



Pengerjaan terbatas pada part yang kecil

41

Spesifikasi katup yang dinginkan yang berhubungan dengan proses manufaktur adalah :  Berat kurang dari 1 kg  Kekasaran kecil  Toleransi kecil

2) Finishing Proses Finishing adalah proses penyelesaian akhir dari suatu proses pembuatan suatu produk. Proses ini bertujuan untuk memperhalus dan mempercantik produk sehingga produk tersebut siap untuk dipasarkan dan dipakai.

Proses finishing pembuatan katup yang dipilih adalah : a) Turning Turning (Bubut) merupakan suatu proses pemakanan benda kerja yang sayatannya dilakukan dengan cara memutar benda kerja kemudian dikenakan pada pahat yang digerakkan secara translasi sejajar dengan sumbu putar dari benda kerja.

Gambar 4.6. sayatan pada mesin bubut

b) Polishing Polishing merupakan proses penghalusan permukaan dari suatu produk dengan menggunakan polish machine. Pada produk katup, bagian yang dipolish adalah bagian permukaan katup. Hal ini bertujuan agar proses pembukaan dan penutupan katup tidak terhambat akibat permukaan yang tidak licin.

42

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

4.1 Kesimpulan Kesimpulan yang dapat penulis sampai dalam proses pemilihan material mendesign sebuah katup (valve) adalah sebagai berikut : a) Material yang cocok untuk katup adalah Ni alloys b) Proses manufaktur pada katup pada dasarnya terdiri dari dua proses utama yaitu metal shaping process (die casting) dan finishing (bubut dan polishing).

4.2 Saran Banyak sekali faktor – faktor yang dapat mempengaruhi proses pembuatan suatu produk terutama mendesign katup, oleh sebab itu perlu adanya perencanaan yang tetap agar produk yang dihasilkan sesuai dengan kebutuhan pasar, berkualitas tinggi dan harganya dapat bersaing, aspek-aspek yang harus dipenuhi adalah :  Design  Material selection  Process selection  Manufacture  Evaluation / inspection

43