BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Perkembangan teknologi alat transportasi semakin berkembang yang diiringi

dengan produk- produk sepeda motor maupun mobil yang diproduksi perusahaan-

perusahan 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

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:

a Proses pemilihan material katup masuk (intake valve)

b Proses manufaktur katup masuk (intake valve)

2

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.

3

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.

4

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.

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

5

Camshaft

Camshaft

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.

6

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.

7

Timing Gear

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.

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

8

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.

9

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

10

10000 rpm , katup dipaksa membuka dan menutup hingga lebih dari 80

kali/detik. Suhu katup bisa melebihi 700 derajat Celcius.

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.

11

b. Pola

Pola adalah bentuk tiruan dari produk untuk membuat rongga pada cetakan.

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

12

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

13

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

14

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.

15

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

16

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.

17

Gambar 2.21. Proses investment casting

Cacat-cacat pada hasil coran:

Gambar 2.22 Cacat-cacat pengecoran.

18

(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.

19

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.

20

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.

21

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

22

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

23

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.

24

BAB III

METODOLOGI

START

TINJAUAN PUSTAKA

PEMILIHAN MATERIAL

& PROSES

KESIMPULAN & SARAN

FINISH

25

BAB IV

PEMBAHASAN

4.1. Pemilihan Material Katup

Untuk pemilihan material katup ada beberapa sifat yang harus dimiliki oleh

material.

Function : Valve

Constrains :

a) Temperatur operasi : < 700 0C

b) Berat katup : < 1 kg

c) Strength, σf : > 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

26

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

2. Ni alloys

3. Low alloys Steel

4. Cast irons

5. Carbin steels

6. CFRP

7. Mg alloys

8. Al alloys

9. Cu alloys

10. Zinc alloys

27

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

2. Ti alloys

3. Cu alloys

4. Ni alloys

5. Steels

6. W alloys

7. Cast iron

28

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

2. AIN

3. Al2O2

4. SiC

5. B4C

6. WC

7. W alloys

8. Ni alloys

9. Steels

10. Cu alloys

11. Ti alloys

12. CFRP

13. Cast Iron

29

Dari ketiga charts tersebut, material yang didapat adalah :

σf VS Tmax K1C VS E E VS σf

1. Ti alloys

2. Ni alloys

3. Low alloys Steel

4. Cast irons

5. Carbon steels

6. CFRP

7. Mg alloys

8. Al alloys

9. Cu alloys

10. Zinc alloys

\

1. Zinc alloys

2. Ti alloys

3. Cu alloys

4. Ni alloys

5. Steels

6. W alloys

7. Cast iron

1. Silicon

2. AIN

3. Al2O2

4. SiC

5. B4C

6. WC

7. W alloys

8. Ni alloys

9. Steels

10. Cu alloys

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 alloysTitanium 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

30

putih-metalik-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.

2) Ni Alloys

31

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

3) Cast Iron

32

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

33

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

34

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-Nickel-

Silicon.

2) Tembaga Paduan dengan kadar tinggi, yaitu Brass (kuningan) dan Bronze

(perunggu).

Tabel 4.3. Properties of materials

35

Evaluasi Untuk Material Yang Akan Dipilih

Sebagai Material Katup

Properties

s

k

o

r

Ti alloys Ni alloysCast

iron

Cu

alloys

n s.n n s.n n s.n n s.n

Strength - Max

Service Temp5 4 20 5 25 3 15 2 10

Fracture Toughness -

Modulus3 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

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.

36

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

37

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

38

Gambar 4.3. Diagram Matrik Proses – Bentuk Produk

Gambar 4.4. Diagram Matrik Hubungan Proses – Massa

39

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

40

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

41

adalah bagian permukaan katup. Hal ini bertujuan agar proses pembukaan dan

penutupan katup tidak terhambat akibat permukaan yang tidak licin.

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

42