Pembuatan Connecting Rod

1.1.  Definisi

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. Penulisan tugas akhir ini bertujuan untuk merancang proses produksi connecting rod dengan proses forging. 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.

1.2.  Kondisi Kerja

Piston berfungsi untuk memindahkan gaya yang mendorong piston ke bawah ke crankshaft, selama proses langkah usaha. Karenanya agar tidak pecah, con rod haruslah kuat. Rod (batang) mempunyai dua tempat untuk bearing-bearing. Bearing yang besar ditempatkan pada crankshaft dan bearing yang kecil ditempatkan pada piston. Sebuah pin digunakan untuk menghubungkan piston ke con rod, pin ini disebut piston pin atau gudgeon pin. Bagian ujung connecting rod yang berhubungan dengan piston pin disebut small end, dan yang berhubungan dengan po-ros engkol adalah big end. Pada connecting rod terdapat oil hole yang berfungsi untuk memercikkan oli untuk melumasi piston.

Batang piston, adalah komponen/part yang menghubungkan piston dengan poros engkol/crankshaft dibuat dengan bentuk "I" , terbuat dari baja spesial. Batang piston dari sebuah mesin otomotif (skala dalam cm) dalam sebuah mesin piston, batang piston (bahasa Inggris : connecting rod atau conrod) menghubungkan piston ke crank atau poros engkol. Bersama dengan crank, sistem ini membentuk mekanisme sederhana yang mengubah gerak lurus/linear menjadi gerak melingkar. Batang piston juga dapat mengubah gerak melingkar menjadi gerak linear. Dalam sejarahnya, sebelum ada pengembangan mesin, batang piston digunakan untuk hal ini terlebih dahulu. Karena batang piston itu kaku, maka ia dapat meneruskan tarikan dan dorongan, sehingga batang pistonnya dapat merotasi crank melalui kedua bagian dari revolusi, yaitu tarikan piston dan dorongan piston. Mekanisme generasi awal, misalnya pada rantau, hanya dapat menarik. Dalam beberapa mesin 2 tak, batang pistonnya hanya digunakan untuk mendorong. Sekarang ini, batang piston paling umum ditemukan pada mesin-mesin pembakaran dalam, seperti pada mesin mobil. Desain batang piston sekarang ini berbeda dengan batang piston jaman dahulu yang digunakan pada mesin uap dan mesin lokomotif.

1.3.  Proses produksi dari raw material sampai finishing

Proses pembentukan connecting rod dengan cara pemukulan / penekanan termasuk jenis closed die forging. Peralatan yang digunakan yaitu ; Drop Hammer, Hidraulic, dansekrup penekan.

Prosesnya Closed-die forging dengan flash.

Tahapan dalam proses pembuatan Forged Connecting Rod definisinya :

Bahan awal tempa dibuat dari densifikasi bahan dasar yang dipanaskan secara terus-menerus dengan proses sekali pukul. Sehingga strukturnya sangat padat dan sesuai untuk pemakaian yang tinggi dimana daya tahan yang tinggi dan kekuatan diperlukan.

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 meminimalisasi 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.

Proses produksi connecting rod yang digunakan disini adalah produksi dengan cara forging :

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.

2. Proses forging

Penekan dan cetakan dipanaskan, sementara bahan (billet) dipanaskan didalam oven, Temperatur pemanasan sama dengan temperatur penekan dan cetakan yaitu sekitar 1100°C – 1250°C. Benda kerja dapat ditempa pada 2200°F turun sampai 1700°F. 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.
3. Oven

Setelah proses pendinginan, connecting rod dimasukkan kedalam oven lagi sebanyak dua kali dengan suhu antara 400°F sampai 1200°F. Proses yang pertama bertujuan untuk memperkuat logam dengan temperatur yang tinggi. Proses yang kedua dilakukan untuk menstabilkan logam dengan temperatur rendah.

5. Proses Milling

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.

6. Finishing

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.

1.4.  Material

Material conneting rod adalah dari baja standard SAE 4140. Adapun unsur-unsur paduannya sebagai berikut :

-          Kekuatan tarik  :  100 kg/mm2

-          Carbon              :  0.38 – 0.43 (%)

-          Mangan             :  0.75 – 1.0 (%)

-          Phosfor             :  0.040 (%)

-          Sulphur             :  0.040 (%)

-          Silicon               :  0.20 – 0.35 (%)

-          Chromium         :  0.80 – 1.10 (%)

-          Molybdenum    :  0.15 – 0.25 (%)

Pengaruh Campuran Unsur Kimia Pada Baja :

1. C = CARBON :

Mempunyai sifat keras tetapi getas.

Fungsi carbon pada baja adalah  mampu menjalani reaksi-reaksi kimia seperti reaksi substitusi (pergantian), reaksi adisi  (penambahan), reaksi eliminasi (pengurangan). Carbon pada baja adalah sebagai lem  atau zat perekat dan mempunyai sifat cukup tahan gesek terhadap benda atrasip ( tanah  yang berpasir dan tidak mengandung silicon ). Carbon membuat / membentuk struktur ferrite, dimana struktur tersebut mempunyai kekerasan diatas 48HRC, tetapi tidak  mempunyai sifat ketajaman.

2. Si = SILICON :

Mempunyai sifat elastisitas / keuletannya tinggi. Silicon juga  menambah kekerasan dan ketajaman pada baja. Tapi penambahan silicon yang  berlebihan akan menyebabkan baja tersebut mudah retak. Silicon berupa massa hitam mirip logam yang meleleh pada 1410°C . Unsur ini mempunyai kecenderungan yang  kuat untuk berikatan dengan oksigen dan sifat seratnya tahan api.

3. Mn = MANGAN :

Mempunyai sifat yang tahan terhadap gesekan dan tahan tekanan (impact load). Unsur ini mudah berubah kekerasannya pada kondisi temperatur yang tidak tetap dan juga digunakan untuk membuat alloy mangan tembaga yang bersifat ferromagnetic.

4. Cr = CROMIUM :

Unsur ini digunakan sebagai pelindung permukaan baja dan tahan gesekan. Baja yang mengkilap, keras dan rapuh serta tahan terhadap korosi (karat) tetapi mempunyai keuletan yang rendah.

5. Mo = MOLYBDENUM :

Mempunyai sifat tahan pekerjaan panas sehingga cocok  untuk hotwork tool steel, batas pencampuran unsur ini max.7% juga berfungsi sebagai penetralisir kekerasan wolfram. Molybdenum merupakan unsur tambahan pembuat keuletan baja yang maximum.

6. Ni = NIKEL :

Mempunyai sifat yang ulet dan tahan terhadap bahan kimia dan untuk mengatasi korosi ( karat ) yang serius tetapi tidak mempunyai kekerasan yang tinggi. Merupakan unsur yang dicampurkan kedalam baja untuk mengatasi kerusakan pada temperatur tinggi (dapat mencapai 1200° C ).

7. V = VANADIUM :

Baja berwarna putih perak dan sangat keras. Vanadium adalah bahan tambahan untuk pekerjaan panas karena sifat Vanadium tahan terhadap gesekan pada temperatur yang tinggi.

8. W = WOLFRAM :

Diperlukan untuk ketajaman ,tahan terhadap temperatur tinggi dan  Juga sangat tahan gesekan. Wolfram mempunyai temperatur sepuh  yang sangat tinggi dan memerlukan tempering berulang-ulang kali sehingga sangat sulit dalam pengolahannya.

9. Co = COBALT :

Sifatnya tahan gesek dan tahan panas pada temperatur tinggi, kekerasan tinggi tapi getas. Berfungsi untuk membentuk carbide, meningkatkan  kekerasan dan hot strength, yang sangat baik untuk ketajaman pada mata pisau.

1.4.1.      Sifat fisik

Sifat dari baja paduan adalah

a.    Memiliki tensile strength yang tinggi,

b.    Anti bocor,

c.    Tahan terhadap abrasi,

d.   Mudah dibentuk,

e.    Tahan terhadap korosi,

f.     Ulet,

g.    Sifat mampu mesin yang baik, dan

h.    Sifat mampu las yang tinggi (weldability).

1.4.2.      Sifat mekanik

a.    Kekuatan

Penambahan logam (Ni, Cr, Molibdenum) dengan komposisi sesuai akan menambah kekuatan baja

b.    Batas mulur (Plastisitas)

Plastisitas adalah kemampuan suatu bahan untukberubah bentuk secara permanen setelah diberi beban. Logam yang ditambahkan berupa nikel, vanadium, titanium, tungsten, chrome dsb akan meningkatkan nilai batas mulur.

c.    Elastisitas

Adanya penambahan logam pada baja akan meningkatkan kemampuan elastisitasnya dengan nilai modulus elastisitas yang lebih besar dari sebelumnya.

d.   Kekuatan Tarik

Logam Ni dan Cr merupakan bahan yang biasa ditambahankan untuk meningkatkan kemampuan menahan tarikan, selain itu sebagai penambah kekuatan tekan.

e.    Keuletan

Baja dengan kandungan karbon rendah memiliki keuletan yang tinggi, sehingga dengan paduan logam lain kadar karbonnya akan turun. Selain itu, kandungan fosfor pada baja paduan yang rendah akan meningkatkan keuletannya.

Tabel Persentase Paduan Utama pada Baja

Elemen	Persentase	Fungsi utama
Tembaga	0.1–0.4	Tahan Korosi
Molybdenum	0.2–5	Stabil karbida; menghambat pertumbuhan butir
Nikel	2–5	Toughener
	12–20	Tahan terhadap Korosi
Silicon	0.2–0.7	Meningkatkan kekuatan
	2	Spring Baja
	Persentase tinggi	Memperbaiki sifat-sifat magnetik
Titanium	-	Perbaikan karbon dalam partikel inert; mengurangi kekerasan di krom martensit baja
Tungsten	-	Kekerasan pada temperatur tinggi
Vanadium	0.15	Menstabil karbida; meningkatkan kekuatan sementara tetap mempertahankan keuletan;