PEMILIHAN BAHAN DAN PROSES PEMBUATAN CONNECTING ROD
A. Pendahuluan Connecting Rod merupakan suatu komponen penting dalam sebuah mesin yang berfungsi sebagai penerus daya dari piston ke poros engkol dan bekerja pada suhu tinggi dalam ruang bakar. Ditinjau dari kondisi system kerja yang demikian maka pemilihan material dan proses pembentukan dalam proses produksi connecting rod sangatlah penting, dimana material harus dapat memenuhi syarat-syarat diantaranya : tahan terhadap suhu tinggi, kekuatan tahan aus dimana proses pembentukan yang dipilih adalah proses penempaan.
Connecting rod merupakan komponen mesin yang berperan untuk mengubah gerakan resiprok (maju mundur/turun naik) piston menjadi gerakan berputar ( rotary) rotary) pada poros engkol. Rod (batang) (batang) bergantung pada penekanan yang tinggi dan harus mampu menahan beban tegangan tersebut tanpa terjadinya defleksi (penyimpangan) lain. Rod yang direncanakan haruslah dibuat seringan mungkin untuk menjaga gaya inersia seminimum mungkin. Dalam operasinya rod menyangga bantalan untuk pin piston dan pin engkol. Panjang minimum batang di tentukan oleh jari-jari piston dan dimensi pada berat yang berlawanan. Selain itu juga connecting rod juga dapat menyediakan/melengkapi pin piston dengan pelumasan oli dan dalam dalam beberapa hal dengan pendinginan oli. Fungsi dasar connecting rod adalah adalah : 1.
Mentransfer daya piston dan gerakan piston pada poros engkol Connecting rod ditekan oleh gaya gas dan gaya inersia, oleh karena itu untuk
pembuatan konstruksi connecting rod hal-hal hal-hal berikut haruslah dipertimbangkan, yaitu : 1. Kekuatan mekanik harus cukup 2. Kapasitas bantalan (bearing (bearing ) 3. Massa yang rendah (menyebabkan gaya inersia yang kurang) 4. Panjang optimum
1
Pada proses produksi ini ada beberapa hal yang direncanakan antara lain menentukan volume dan berat benda kerja, perhitungan gaya yang terjadi dan daya yang bekerja pada setiap tahapan proses penempaan dan menentukan dimensi dan toleransi pada proses pemesinan. Bahan yang akan digunakan pada proses produksi connecting rod adalah baja dengan standart SAE 4140 yang mempunyai kekuatan tarik δ = 100 Kg/mm?, serta mengandung unsure paduan antara lain : Carbon = ( 0,38 ? 0,43%), Mangan (0,75 ? 1,0%), Phosfor (<0,040%), Sulphur (<0,040%), Silikon (0,20 ? 0,35%), Chromium (0,80 ? 1,10%). Proses produksi connecting rod dengan metalurgi serbuk ini menggunakan penempaan yang dilakukan secara umum adalah melalui tahap edging, blocking, finishing, pada tahap ini terjadi pembentuksn sirip sepanjang sisi connecting rod. Setelah proses penempaan selesai maka akan dilakukan proses pemotongan sirip dengan proses trimming dan dilanjutkan dengan proses pemesinan yaitu milling dan drilling.
1. Struktur Konstruksi 2 dimensi dari connecting rod ditunjukkan pada gambar 1, sedangkan konstruksi 3 dimensinya dapat dilihat pada gambar 2. Con-rod eye
Con-rod shank
Big end
Bearing cap
Gambar 1. Konstruksi 2 Dimensi Connecting Rod Tangkai connecting rod mem
Besar pada kedua ujungnya sehingga berbentuk kepala (bosses) pada ujung yang besar (big end ) dan ujung yang kecil (small end). Ujung yang kecil dari connecting rod 2
disebut eye. Eye ini dapat dibor atau terdiri dari bush dan biasanya tertutup. Hal ini dikarenakan bentuk poros engkolnya. Untuk bagian yang besar ( big end ) terdiri dari dua bagian yang sama dan dapat dihubungkan/dikunci dengan menggunakan baut dan mur atau dengan sekrup.
Gambar 2. Konstruksi 3 Dimensi Connecting Rod
Gambar 3. Connecting rod motor Yamaha
Gambar 4. Connecting rod yang terpasang pada piston
2. Tekanan Pembebanan secara teori dari connecting rod dihitung dari diagram indikator dan gaya inersia. Dalam beberapa hal piston dan connecting rod dibuat lebih berat dari yang diperlukan. Hal ini dilakukan agar mengurangi beban maksimum bearing pada pin engkol. Pada mesin 4 langkah beban pada connecting rod merupakan beban yang diganti dengan regangan dan gaya penekanan (beban inersia yang keluar selama langkah pembuangan tidak diimbangi oleh penekanan gas dan mungkin pada kecepatan piston 3
yang sangat tinggi). Pada mesin dua langkah perhitungan keluaran beban inersia tidak pernah melebihi beban gas. Pada kondisi apappun jika tekanan kompresi hilang beban inersia penuh akan jatuh pada connecting rod . Getaran yang disebabkan oleh ayunan(osilasi) dapat dikurangi dengan pengendalian massa piston dan pembuatan column rod dengan kekauan torsinya. Getaran torsi poros engkol dengan jelas mempengaruhi pembebanan batang tetapi biasanya lebih kritis ke poros engkol. Resultan penekanan di column pada batang dapat diperhitungkan pada dasar dari teori column. Penekanan yang actual dari connecting rod mungkin jauh lebih tinggi daripada hitungan pembebanan yang tidak simetris, penekanan dengan getaran dan konsentrasi tekanan. Penekanan disesuaikan ke sisi inersia atau whip pada connecting rod . Bentuk penampang silang yang paling baik adalah “potongan I’. Pembebanan ber at yang tidak simetris mengakibatkan as piston keluar dari garis kerjanya. Hal ini diakibatkan pembebanan besar mengakibatkan momen bending yang lebih tinggi dalam connecting rod daripada whip dan ini merupakan alasan untuk pengorentasian potongan I pada connecting rod 90 o dari arah biasa. Desain ini juga memudahkan dalam proses penempaan dan permesinan.
3. Konstruksi Panjang dari connecting rod ditentukan oleh jarak antara berat yang berlawanan dan piston pada BDC. Connecting rod yang lebih baik memiliki massa yang lebih kecil. Jari-jari di bagian dalam antara poros dan big end biasanya split (membelah) pada sudut kanan ke arah panjang connecting rod melalui pusat pin piston. Dua bagian yang sama bersamaan diikat dengan menggunakan baut baja tensil tinggi (kepala baut khususnya dibentuk untuk mencegah rotasi selagi mur dikencangkan). Pada engine kecepatan tinggi modern, ukuran pin engkol diperlukan untuk memberikan kekerasan (rigiditas) yang diperlukan poros engkol.
4
B.
Material Material connecting rod yang digunakan adalah baja AISI 4330 dengan komposisi
sebagai berikut : Tabel 1. Komposisi kimia baja AISI 4330 (%) C
Ni
Cr
Mo
V
0,3
1,8
0,82
0,41
0,07
C : Meningkatkan ketahanan abrasi, mampu keras, dan meningkatkan kekuatan dan kekerasan Ni : Meningkatkan ketahanan korosi, ductiliy, batas elastis, tahan lelah, mampu keras, dan ketangguhan pada perlakuan panas. Cr : Meningkatkan tahan korosi dan abrasi, batas elastis, mampu keras, tahan impact, tahan terhadap shock, kekuatan tarik dan ketangguhan. Mo : Meningkatkan batas elastis, kekerasan dan ketangguhan pada perlakuan panas. V : Tahan lelah, mampu keras, tahan terhadap impact, tahan terhadap shock, ketangguhan dan memperlambat pertumbuhan butir bahkan setelah pengerasan pada temperatur tinggi. Tabel 2. Sifat Mekanik Baja AISI 4330 σy (kpsi)
σu (kpsi)
Elaongation (%)
E (kpsi)
69
101
26
2,987.10
5
C. Proses Pembuatan Connecting rod dibuat melalui proses penempaan yang termasuk jenis closed die forging alat yang digunakan yaitu Drop Hammer.
Gambar 5, Drop Hammer
Adapun tahap – tahap membuat connecting rod adalah sebagai berikut :
Bahan awal tempa dibuat dari densifikasi bahan dasar yang dipanaskan secara terusmenerus dengan proses sekali pukul. Sehingga strukturnya sangat padat dan sesuai untuk pemakaian yang tinggi dimana daya tahan yang tinggi dan kekuatan diperlukan.
6
Gambar6, bahan yang dipanaskan di dalam dapur yang terkontrol
Langkah awal dari proses ini yaitu untuk menyeragamkan bentuk dari bahan tempa menyerupai bentuk akhir. Kemudian dipanaskan di dalam dapur yang terkontrol. Kebanyakan dalam produksi otomatis, bahan dipanaskan kemudian dilanjutkan dengan proses penempaan pada cetakan agar menghasilkan bentuk struktur yang padat. Bahan dikontrol secara intensif agar mengisi cetakan secara penuh dan meminimalisai material yang terbuang (flash) yang biasanya terjadi pada penempaan umum. Hemat energi adalah keuntungan dari proses tempa yang langsung diikuti dengan proses pemanasan, mengurangi pemanasan kembali.
7
1. Bahan Connecting rod berawal dari batangan alloy steel sepanjang 2m. Alasan digunakannya bahan alloy steel adalah lebih kuat, tahan karat dan mudah dalam proses pemotongan. Kemudian batangan dipotong menjadi batangan- batangan kecil.
Gambar 7, billet
8
2. Proses fullering Pada proses ini bahan baku diletakkan pada cetakan, pada tahap ini material terdistribusi secara merata. Sebuah penekan dan cetakan dipanaskan, sementara bahan (billet) dipanaskan didalam oven, Temperatur pemanasan sama dengan temperatur penekan dan cetakan yaitu sekitar 1100 0C – 1250 0C. Kemudian bahan alloy steel (billet) dikeluarkan dari oven dan diletakkan di atas penekan. Proses penekanan dilakukan dengan besar tekanan 2000 ton sehingga membentuk bentuk dasar dari connecting rod.
Gambar 8, Fullering
9
3. Proses edging Pada proses ini material yang terdistribusi tadis sebagian terlokalisir pada suatu area sehingga membentuk pola kasar dari connecting rod .
Gambar 9, Edging
10
4. Proses blocking Proses ini bertujuan untuk membentuk pola kasar yang diperoleh dari proses edging menjadi connecting rod .
Gambar10, Blocking
11
5. Proses trimming Pada proses ini dilakukan pembuangan flash. Mesin milling digunakan untuk mengurangi sampai beberapa mm pada setiap sisi dari connecting rod. Ini bertujuan untuk mengurangi berat keseluruhan dari connecting rod itu sendiri. Proses milling lainnya mengurangi beberapa logam pada awal proses, menjadikan bentuknya satu tahap lebih dekat ke bentuk akhir.
Gambar 11, Trimming
12
6. Proses finishing Proses ini merupakan proses akhir dalam penempaan dalam suatu cetakan. Proses finishing digunakan untuk memperhalus dan merapikan bentuk connecting rod, bertujuan agar bentuk presisi saat digunakan. Kemudian mesin menuliskan model dan informasi produk. Kemudian seorang pekerja memperhalus sudut-sudut tajam dari connecting rod yang terbentuk selama proses pembuatan. Lubang yang ada kemudian dihaluskan dengan sebuah mesin agar connecting rod lebih presisi. Akhirnya, connecting rod di semprot panas, deionisasi air, menghilangkan pelumas yang tersisa atau oli yang tertinggal pada saat proses pembuatan. Setelah kering, connecting rod siap digunakan.
Gambar 12, Finishing
13
Gambar13, connecting rod yang sudah jadi
Untuk lebih jelasnya lihat gambar . berikut : BAR STOCK
FULLERING
EDGING
BLOCKING
TRIMMING
FINISHING
PERMESINAN
14
Kesimpulan
Sebagai komponen yang sangat penting dalam sebuah mesin sudah seharusnya connecting rod mempunyai sifat ketahanan yang baik, apalagi connecting rod ini bekerja pada suhu yang tinggi.Sehinggga diperlukan ketelitian dalam pemilihan bahan untuk memastikan connecting rod tersebut dapat memberikan kinerja yang optimal,selain ketahanan seperti diatas connecting rod juga harus kuat terhadap korosi, jadi amatlah penting pemilihan bahan yang tepat dat menghasilkan produk yang bagus. Di atas telah disebutkan material apa saja yang dapat menunjang untuk menghasilkan connecting rod yang baik Tetapi selain pemilihan bahan yang tepat dan teliti proses pembuatannya pun harus dilakukan dengan benar.Proses – proses tersebut harus diikuti dengan benar demi mendapat kan hasil yang baik.. Proses pembuatan dengan metode pembuatan dengan tipe close die forging merupakan cara pembuatan yang cukup sederhana namun demikian dapat menghasilkan produk yang baik karena ditunjang oleh pemilihan bahan yang tepat sehingga didapatkan hasil yang diinginkan.
15
DAFTAR PUSTAKA https://www.google.co.id/
16
