ock Proses Manufaktur dalam Pembuatan En gine Bl ock
Oleh: Kadek Dwika Yundarani 1122003012
Pendahuluan
Cylinder blocks atau yang juga dikenal dengan engine blocks adalah struktur utama dari mesin yang menjadi tempat untuk silinder mesin, bagian untuk pendingin, pembuangan, menyalurkan gas dalam mesin, dan sebagai host bagi crankcase dan cam shafts. Engine block adalah ‘rumah’ utama bagi ratusan komponen dari mesin modern. Bagian mesin ini juga adalah yang terbesar yaitu sekitar 20% sampai 25% dari total berat mesin. Kombusi internal pertama yang berhasil dilakukan dan bisa digunakan pada automobile dibuat automobile dibuat oleh Siegfrid Marcus sekitar tahun 1864. Saat itu menggunakan silinder tunggal, mesin two strokes berbahan strokes berbahan bakar bensin. bensin. Dewasa ini, mesin telah sampai pada era perkembangan yang maksimum dan masih akan terus berkembang. Perkembangan ini telah mengakibatkan peningkatan power, daya tahan, dan efisiensi mesin. Material yang kini digunakan untuk untu k membuat engine block memberikan kekuatan yang lebih tinggi dan massa lebih ringan yang sangat penting untuk power dari mesin itu sendiri. Selama bertahun-tahun engine block dibuat dengan cast iron alloy, alloy, hal ini didasarkan pada kekuatan, factor ekonomis
(murah),
dan
juga
ketahanan
pakainya.
Tetapi,
seiring
dengan
perkembangan mesin yang semakin kompleks dan rumit, engineers engineers menemukan material baru yang bisa mengurangi berat mesin dan sekaligus meningkatkan kekuatan dan ketahanan pakainya. Campuran logam yang banyak digunakan adalah campuran logam aluminum (aluminum (aluminum alloy). alloy).
1
Gambar 1 Finished Engine Block
Karena fungsinya sebagai rumah dari berbagai komponen mesin lain, engine block harus memenuhi beberapa persyaratan agar mesin secara keseluruhan dapat bekerja dengan baik. Persyaratan terebut meliputi ketahanan pemakaian (tahan aus), peprawatan, dan tahan terhadap tekanan yang dialami ketika terjadinya pembakaran. Engine block juga harus memiliki ketahanan terhadap temperature tinggi dan getaran saat mesin bekerja. Hal inilah yang mempengaruhi jenis material yang dipilih untuk membuat engine block.
Material yang Digunakan dalam Pembuatan En gine Bl ock
Untuk memenuhi persyaratan fungsional suatu engine block, material yang digunakan harus memiliki berbagai sifat yaitu, material harus memiliki kekuatan tinggi, modulus elastisitas tinggi, ketahanan pemakaian (tahan aus), ketahanan terhadap getaran, dan ketahanan terhadap korosi. Kekuatan yang tinggi sangat diprioritaskan pada jenis mesin diesel karena tingginya rasio kompresi mesin diesel jika dibandingkan mesin berbahan bakar bensin. Mesin diesel pada umumnya memiliki rasio kompresi 17:1 atau lebih tinggi, sedangkan mesin bensin hanya sekitar 10:1. Material yang digunakan juga harus memiliki kerapatan rendah untuk mengurangi berat tapi kekuatannya lebih tinggi. Material tersebut juga harus memiliki tingkat pemuaian yang rendah saat dioperasikan pada temperatur tinggi dan juga memiliki konduktivitas termal yang baik pada saat bersamaan. Dilihat dari faktor proses produksinya, material yang digunakan juga harus memiliki machinability dan 2
castability yang baik untuk mengurangi waktu dan biaya. Material yang digunakan juga harus mampu menahan getaran yang tinggi yang diakibatkan dari gerakan komponen internal seperti crank shaft dan piston, maka dari itu material harus dapat menyerap energi getaran tanpa mengalami fracture. Berdasarkan sifat-sifat tersebut, material yang banyak digunakan adalah cast iron dan aluminum alloy. Cast iron dipilih karena memiliki mechanical properties yang baik, murah, dan ketersediaannya cukup banyak. Aluminum alloys memiliki sebagian besar sifat-sifat cast iron dengan berat yang lebih rendah. Selain itu, aluminum alloy juga memberikan surface finish yang baik dan juga machinability yang lebih tinggi daripada cast iron. Seiring dengan perkembangan teknologi, material baru pun ditemukan yaitu graphite cast iron yang lebih ringan dan kuat dibandingkan dengan grey cast iron.
Grey Cast Iron Alloys Grey cast iron adalah material pertama dan paling banyak digunakan dalam pembuatan engine blocks. Meskipun aluminum alloy juga memiliki banyak persamaan dan lebih ringan daripada gray cast iron, material ini tetap digunakan dalam pembuatan engine blocks pada mesin diesel karena ketahanan stress internalnya lebih tinggi. Grey cast iron mengandung 2.5% – 4 % karbon, 1-3% silicon, 0,2 – 1% mangan, 0,02 – 0,25% sulfur, dan 0,02-1% fosfor. Material ini memiliki penyerapan getar yang sangat baik, bagitu pula dengan ketahanan pakai dan ketahanan termalnya, serta mudah dalam pemrosesan dan harganya yang cukup murah karena ketersediaan yang meimpah.
Alu mi num All oy s Aluminum alloy sangat popular digunakan karena massanya yang ringan, hal ini membuat massa mesin juga berkurang secara signifikan. Tetapi, kelemahan utamanya adalah harganya yang lebih mahal dibandingkan grey cast iron. Aluminum alloys memiliki machinability yang lebih baik daripada gray cast iron. Terdapat dua
3
jenis aluminum alloys yang biasa digunakan dalam produksi engine blocks, yaitu 319 dan A356. Aluminum alloy 319 mengandung 85,8 – 91,5 % aluminum, 5,5 – 6,5 % silicon, 3 – 4 % copper, 0,35% nikel, 0.25% titanium, 0,5% mangan, 1% iron, 0,2% magnesium, dan 1% zinc. Campuran logam ini baik untuk proses casting , tahan korosi, dan memiliki konduktivitas termal yang baik. Di bawah proses heat treatment T5, diperoleh kekuatan dan kekakuan yang tinggi untuk engine block. Alumunium alloy A356 mengandung 91.1 - 93.3 % aluminum, 6.5 - 7.5 % silicon, 0.25 - 0.45 % magnesium, 0.2% copper, 0.2% of titanium, 0.2% iron, and 0.1% zinc. Meskipun memiliki sifat mekanis yang sama dengan 319, jika A356 berada dalam heat treatment T6 akan diperoleh kekuatan yang lebih tinggi daripada 319. Tetapi modulus elastisitasnya (72.4 GPa) lebih rendah dibandingkan dengan 319 (74 GPa).
Compacted Graphite Cast Iron Compacted graphite cast iron memiliki tensile strength dan modulus elastisitas yang lebih tinggi daripada gray cast iron. Hal ini karena compact graphite yang ditemukan dalam mikrostruktur dari CGI. Material ini memiliki tingkat penyerapan getaran yang sebaik gray cast iron namun machinability-nya rendah.
Proses Pembuatan En gine Bl ock
Proses pembuatan engine block sama seperti proses pembuatan barang-barang lain yang dibuat melalui sand casting. Pertama dibuat mold dari campuran pasir, silica clay, dan air. Mold tersebut adalah beberapa core yang disatukan melalui pemanasan dan kompresi. Untuk bentuk bagian dalam mold cavity yang rumit, digunakan pattern yang terbuat biasanya dari kayu. Setelah mold siap digunakan, barulah logam bahan baku dielehkan pada pada tungku khusus. Untuk melelehkan alumunium alloy dibutuhkan suhu hingga 948 derajat Celsius. Suhu yang digunakan berbeda beda untuk material berbeda.
4
Gambar 2 Cores
Gambar 3 Wooden Pattern
Lelehan material tersebut kemudian dialirkan ke dalam mold untuk dibiarkan mengaami proses solidifikasi. Riser mengambil peranan yang sangat penting dalam proses ini sehingga peletakan dan ukurannya harus sangan diperhatikan. Riser yang baik harus memadat paling akhir setelah seluruh bagian molten material memadat.
Gambar 4 Core yang Telah Disatukan dan Siap Digunakan
Setelah memadat sempurna, mold dimasukkan ke dalam mesin pemanas yang melelehkan rekatan silica clay sehingga pasir yang menjadi bahan dasar mold terlepas. Pemanasan ini juga meningkatkan kekuatan engine block. Namun, hasil yang diperoleh masih harus diproses kembali untuk menghilangkan sisa riser dan juga menghaluskan permukaan. Proses finishing ini akan menghasilkan engine block yang siap digunakan untuk proses perakitan mesin selanjutnya.
5
Gambar 5 Engine Block Hasil Sand Casting
Gambar 6 Engine Block Setelah Proses Finishing
Faktor-Faktor yang Harus Diperhatikan selama Proses Produksi
Ada berbagai faktor yang sangat mempengaruhi kualitas akhir dari engine block. Faktor-faktor tersebut yaitu 1. Pasir yang digunakan harus memiliki kekuatan tinggi untuk mempertahankan bentuk yang kaku. 2. Semakin tinggi tingkat permeabilitas pasir akan menurunkan porositas mold , permeabilitas yang lebih lendah akan menghasilkan permukaan akhir yang bagus. 3. Stabilitas suhu yang harus dipertahankan untuk menghindari kerusakan selama proses solidifikasi seperti cracking. 4. Pasir harus memiliki kemampuan kompresi yang baik sehingga tidak terjadi cracking pada proses solidifikasi. 5. Riser harus ditempatkan pada lokasi yang tepat agar tidak mengalami solidifikasi sebelm bagian lain memadat. 6. Presisi ukuran dalam engine block harus sesuai standar agak mesin dapat bekerja dengan baik saat digunakan. 7. Cooling rate harus sesuai standar agar output yang dihasilkan memiliki sifatsifat yang diinginkan Cacat selama Proses Produksi
6
Setiap cacat pada engine block akan menurunkan kekuatannya. Seiring dengan kerjanya pada temperature tinggi, cacat kecil dapat menjadi sumber kegagalan mesin.
Jika pasir yang digunakan saat casti memiliki permeabilitas yang tinggi, kekuatan dan surface finish dari hasil cetakan dapat menurun.
Jika pasir yang digunakan memiliki stabilitas yang rendah, cetakan dapat mengalami retak.
Jika pasir yang digunakan memiliki kompresi yang rendah, casting tidak akan mampu menyusut dan berakhir dengan cracking.
Jika riser memadat sebelum bagian casting lainnya, kekuatan engine block akan menjadi lebih rendah
Jika molten alloy tidak memenuhi standar, mesin akan mengalami kegagalan saat kondisi mesin sedang bekerja cepat
Jika ukuran cylinder bores, crank, dan came bearings tidak sesuai standar, gesekan mesin saat dijlankan dapat meningkat atau bahkan menurun (kinerja mesin tidak sesuai yang diharapkan)
REFERENSI
http://newengineeringpractice.blogspot.com/ http://wikipedia.com/ http://youtube.com/
7
