PROSES PEMBUATAN PISTON Piston adalah komponen yang bekerja extra berat, karena tugasnya adalah
menahan ledakan dalam ruang bakar. Selain harus tahan tekanan, piston juga wajib tahan panas. Fungsi Piston :
a. Menghisap, mengkopresi gas baru dan membuang gas bekas hasil pembakaran. b. Merubah tekanan hasil pembakaran menjadi gaya dorong pada setang piston/seher. c. Mengatur pemasukan dan pembuangan gas pada motor 2 tak.
Piston mempunyai pembebanan tugas yang berat, antara lain :
a. Menerima tekanan dan temperatur gas pembuangan yang tinggi. b. Menerima gaya percepatan yang tinggi. c. Menerima gaya gesek dan gaya samping
Karena tugasnya yang berat, piston wajib memenuhi persyaratan sebagai berikut: a. Kuat terhadap tekanan tinggi b. Tahan terhadap temperatur tinggi. c. Tahan terhadap gesekan dan mempunyai sifat luncur yang baik. d. Mempunyai koefisien muai panas yang kecil e. Mempunyai bobot yang ringan
Bahan utama pembuatan Piston :
Bahan pembuatan piston adalah almunium karena sifatnya yang ringan. Tetapi almunium murni terlalu lembek dan mempunyai pemuaian yang tinggi untuk di jadikan piston. piston. Maka dari itu piston di campur campur dengan beberapa beberapa logam lain agar lebih lebih kuat.
Bahan yang biasanya menjadi bahan campuran almunium dalam pembuatan piston,
a. Silikon, makin tinggi kadar silikon maka makin kecil pemuaian akibat panas dan gesekan tetapi makin sulit dalam pembuatannya. b. Tembaga, lebih tahan terhadap karat dan kemampuan penyaluran panas lebih baik. c. Nikel, memiliki kekenyalan yang tinggi, tahan terhadap temperatur tinggi, tingkat pemuaian rendah dan tahan terhadap karat.
Cara pembuatan piston ada 2, yaitu: A. Pengecoran (casting)
Proses pengecoran logam pada dasarnya ialah penuangan logam cair kedalam cetakan yang telah terlebih dahulu dibuat pola, hingga logam cair tersebut
membeku
dan
kemudian
dipindahkan
dari
cetakan.
Jenis-jenis pengecoran logam yaitu: a. Sand Casting, Yaitu jenis pengecoran dengan menggunakan cetakan pasir. Jenis pengecoran ini paling banyak dipakai karena ongkos produksinya murah dan dapat membuat benda coran yang berkapasitas berton – ton. b. Centrifugal Casting Yaitu jenis pengecoran dimana cetakan diputar bersamaan dengan penuangan logam cair kedalam cetakan. Yang bertujuan agar logam cair tersebut terdorong oleh gaya sentrifugal akibat berputarnya cetakan. Contoh benda coran yang biasanya menggunakan jenis pengecoran ini ialah pelek dan benda coran lain yang berbentuk bulat atau silinder. c. Die Casting Yaitu jenis pengecoran yang cetakannya terbuat dari logam. Sehingga
cetakannya dapat dipakai berulang-ulang. Biasanya logam yang dicor ialah logam non ferrous. d. Investment Casting Yaitu jenis pengecoran yang polanya terbuat dari lilin (wax), dan cetakannya terbuat dari keramik. Contoh benda coran yang biasa menggunakan jenis pengecoran ini ialah benda coran yang memiliki kepresisian yang tinggi misalnya rotor turbin.
Ada beberapa macam pasir yang dipakai dalam pengecoran sand casting. Tetapi ada beberapa syarat yang harus dipenuhi agar hasil cetakan tersebut sempurna. Syarat bagi pasir cetak antara lain: 1. Mempunyai sifat mampu bentuk sehingga mudah dalam pembuatan cetakan dengan kekuatan cocok. Cetakan yang dihasilkan harus kuat dan dapat menahan temperatur logam cair yang tinggi sewaktu dituang kedalam cetakan. 2. Permeabilitas yang cocok. Agar udara yang terjebak didalam cetakan dapat keluar melalui sela-sela butir pasir untuk mencegah terjadinya cacat coran seperti gelembung gas, rongga penyusutan dan lain-lain. 3. Distribusi besar butir yang cocok. 4. Mampu dipakai lagi supaya ekonomis 5. Pasir harus murah. 6. Tahan panas terhadap temperatur logam pada saat dituang ke cetakan.
Pasir cetak yang lazim digunakan didalam industri pengecoran adalah sebagai berikut: a. Pasir Silika Pasir silika didapat dengan cara menghancurkan batu silika, kemudian disaring untuk mendapatkan ukuran butiran yang diinginkan. b. Pasir Zirkon Pasir Zirkon berasal dari pantai timur australia yang mempunyai daya yahan
api yang efektif untuk mencegah sinter.
c. Pasir Olivin Pasir Olivin didapat dengan cara menghancurkan batu yang membentuk 2MgO, SiO2 dan 2FeO.SiO2. Pasir olivin mempunyai daya hantar panas yang lebih besar dibanding pasir silika.
Dalam proses pengecoran logam ada beberapa bahan logam yang sering digunakan untuk membuat benda kerja melalui proses pengecoran (casting). Dan bahan pengecoran tersebut dikelompokkan menjadi lima kelompok yaitu : a. Besi Cor b. Baja Cor c. Coran paduan tembaga d. Coran paduan ringan e. Coran paduan lainnya
B. Penempaan (forging)
Forged Piston adalah piston yang dibuat dengan sistem forging (tempa) memiliki ketahanan yang tinggi dibanding piston konvensional, teknologi Forged Piston adalah teknologi motor balap yang diaplikasikan ke moped. teknologi ini hanya dimiliki oleh yamaha dan indonesia adalah negara pertama yang menggunakannya. Berbeda dengan cast piston, forged piston dibentuk dari segumpal alumunium yang dipanaskan dan ditempa atau dipress sehingga membentuk piston yang diinginkan. Demikian pula dengan forged piston kualitas yang dihasilkan memang berbeda jika dibandingkan cast piston. Penggunaan forged piston sangat sesuai dengan engine yang mempunyai compression ratio tinggi.
Keunggulan Forging Piston dengan dibandingkan piston biasa / casting piston adalah :
Tahan lama, kekuatan tahan aus dimana proses pembentukan yang dipilih adalah proses penempaan.
Suhu muai lebih tinggi.
Koefisien gesek lebih rendah.
Berat piston lebih ringan.
Menghasilkan „noise‟ lebih kecil.
Mencegah piston seizure (piston macet).
Tahan terhadap suhu tinggi.
Biaya produksi yang efisiensi lapisan timah berfungsi untuk mencegah piston baret sehingga terlihat “berkilau” walaupun bergesekan dengan dinding Cylinder.
Forging Piston mempunyai daya tahan yang lebih kuat dikarenakan proses pembuatannya yang melalui proses penempaan dengan teknologi tinggi.
Diciptakan untuk mengoptimalkan rasio berat piston dengan kekuatan piston sehingga dapat meningkatkan kinerja mesin.
Dapat memenuhi kebutuhan dalam kondisi ekstrim baik itu untuk balap atau modifikasi yang memerlukan piston yang kuat dan tahan lama
Langkah pengerjaan proses pembuatan piston : A. Proses Pengecoran Piston
1. Design (Gambar) Langkah pertama dalam proses pengecoran logam adalah mendesign atau menggambar, dimana proses menggambar tersebut menggunakan software Autocad
atau
Catia.
Untuk
menggambar
piston
kopling
kami
menggunakan software Autocad dengan gambar dan ukurannya.
2. Persiapan Bahan Bahan-bahan yang akan digunakan dalam proses pembuatan produk Piston melalui proses pengecoran logam diantaranya adalah sebagai berikut : a. Papan kayu yaitu papan yang digunakan sebagai dasar dari pola Piston yang akan dibuat dengan luas ukuran 400×600 mm. b. Kayu balok yaitu kayu yang digunakan untuk membuat pola Piston dengan tebal 20 mm. c. Dempul merupakan bahan yang digunakan untuk melapisi pola Piston dan menutup rongga-rongga yang ada pada pola. d. Isamu yaitu cat yang digunakan untuk melapisi pola Piston. e. Methanol adalah campuran yang digunakan dalam proses isamu atau pelapisan pola. f.
Lem yang digunakan sebagai perekat amtara pola Piston dengan papan kayu.
g. Alumunium ADC 12 merupakan logam utama yang akan digunakan sebagai bahan untuk membuat Piston.
3. Pembuatan Cetakan Pasir Co2 Jenis pengecoran logam yang digunakan untuk membuat handle kopling dilakukan dengan menggunakan metode pengecoran cetakan pasir Co2 (Sand Casting), Maka hal-hal yang perlu dipersiapkan antara lain ialah : Pasir Silika, Water glass, air, Cup & Drag, gas Co2 dan Bahan Coating (Spirtus dan grafit). Langkah pertama yaitu menentukan berapa banyak pasir silika yang kita butuhkan sesuai dengan cup & drag yang ada. Lalu kita campurkan waterglass ke dalam pasir kemudian diaduk hingga rata. Waterglass yang dipakai sekitar 3-6% berat pasir. Setelah pasir dan waterglass rata, kemudian dimasukan kedalam cup & drag yang telah dimasukan terlebih dahulu pola coran dan pada saat pasir dimasukan kedalam cup kita pasang cawan tuang yang langsung dilengkapi dengan saluran turun dan memasang saluran penambah pada samping kiri dan kanan dari pola coran. Setelah terisi penuh kita tembakan gas Co2 hingga pasir mengeras. Kemudian pola bisa kita lepas dari cetakan dan selanjutnya pola tersebut kita coating dengan bahan coating yaitu grafit yang dicampur dengan spirtus dicampur menjadi satu didalam wadah, selanjutnya disemprotkan pada pola yang terbentuk pada pasir cetak yang bertujuan agar logam cair tidak menempel pada cetakan sehingga mempermudah dalam pembongkaran dan pengambilan coran dari cetakan. Selain itu proses couting juga dilakukan terhadap ladel dan tempat yang disiapkan sebagai wadah jika ada logam cair yang tersisa.
4. Proses Peleburan Logam yang kita lebur adalah logam alumunium ADC 12 yang dimasukan kedalam tungku yang kemudian dipanaskan menggunakan burner dengan bahan bakarnya menggunakan solar. Alumunium saat ini ialah logam kedua terbanyak setelah besi karbon (cast iron) yang dipakai untuk komponen mesin, contoh dalam bidang otomotif. Selain itu juga dipakai pada alat-alat rumah tangga seperti panci dll. Kelebihan dari alumunium ialah logam ini ringan, kuat, konduktor panas dan listrik yang baik setelah emas dan tembaga. Titik cair dari alumunium murni + 6500C. Tetapi alumunium jika dipadukan oleh unsur paduan maka titik cairnya akan bertambah. Unsur-unsur paduan yang biasanya dipakai sebagai paduan aluminium adalah silikon, tembaga, magnesium, timah dan lain-lain. Alumunium cair sangat reaktif sekali terhadap gas hidrogen (H). gas hidrogen dapat membuat gelembung udara terikat didalam alumunium cair yang mengakibatkan porositas pada produk coran nantinya. Reaksi kimianya:
Steam Alumunium Hidrogen Alumunium oxide Untuk mencegah porositas pada logam alumunium maka dapat dilakukan beberapa cara, antara lain dengan melindungi alumunium cair menggunakan gas nitrogen (N2). Karena gas nitrogen mengikat hidrogen sebagai penyebab porositas pada alumunium.
Caranya yaitu dengan menyemburkan gas nitrogen diatas alumunium cair hingga alumunium cair tersebut masuk kedalam cetakan. atau dengan cara menggunakan flux . Yaitu flux ditaburkan pada permukaan alumunium cair secara merata yang bertujuan
agar
gas
hidrogen
tidak
dapat
masuk
kedalam
alumunium cair. Proses penaburan flux ini dilakukan ketika alumunium tersebut dalam keadaan telah mencair.
Ada 4 macam flux yang dipakai dalam membuat produk alumunium menjadi lebih baik dalam hal sifat-sifat fisik ataupun sifat mekaniknya, yaitu:
Covering fluxe Digunakan untuk mencegah gas hidrogen masuk kedalam alumunium cair
Cleaning fluxes Untuk
menghilangkan
kandungan
padat
nonmetalik
dari
alumunium cair
Degassing fluxes Dimasukan kedalam alumunium cair untuk menghilangkan gas yang terjebak dalam alumunium cair yang dapat menyebabkan porositas
Drossing-off fluxes Digunakan untuk memperbaiki logam alumunium dari drosses.
5. Proses Tapping Yaitu proses penuangan logam cair dari tungku ke dalam ladel yang dilakukan setelah logam alumunium mencair dan telah ditaburi flux pada permukaan alumunium agar gas hydrogen tidak dapat masuk ke dalam alumunium cair. Dalam proses penuangan logam cair dari tungku ke dalam ladel harus berhati-hati dengan menempatkan ladel pada corong tungku supaya logam cair yang dituang tidak terbuang keluar dari tungku. 6. Proses Pouring Proses pouring adalah proses penuangan logam cair dari ladel ke dalam cetakan. Dalam proses penuangan logam cair ke dalam cetakan ini tidak boleh terputus sampai cetakan pasir tersebut benar-benar penuh oleh logam cair dan jika ada sisa, logam cair tersebut dituang ke dalam wadah yang telah dipersiapkan dan sudah dicouting. Setelah selesai penuangan, logam cair tersebut kita tunggu sampai membeku dengan waktu ± 30 menit. Berikut adalah gambar proses pouring. 7. Pembongkaran Cetakan Setelah logam cair membeku dalam cetakan, baut penyambung antara cup dan drag kita buka, kemudian cup dan drag kita pisahkan, cup diangkat bersama coran dan menyingkirkan pasir dari cup, drag dan coran dengan cara memukul pasir tersebut menggunakan palu. Setelah terpisah, coran kita angkat kemudian cawan turun, saluran turun, saluran masuk, saluran pengalir dan penambah dipisahkan dari coran dan akhirnya siripsirip dipangkas serta permukaan coran dibersihkan. Dalam proses pembongkaran ini dilakukan secara mekanis atau dengan tangan. Pasir yang telah dpisahkan dikumpulkan dan cuci untuk memisahkan pasir dengan waterglass sehingga pasir dapat digunakan kembali untuk membuat cetakan.
8. Pemeriksaan (Quality Control) Proses pemeriksaan produk coran terdiri dari beberapa proses pemeriksaan yaitu : a. Pemeriksaan rupa
Pemeriksaan rupa/fisik
Pemeriksaan
dimensi
(menggunakan
jangka
sorong,
micrometer, jig pemeriksa dan alat ukur lainnya) b.
Pemeriksaan Cacat dalam
Pemeriksaan ketukan
Pemeriksaan penetrasi (dye-penetrant)
Pemeriksaan magnafluks (magnetic-particle)
Pemeriksaan supersonic (ultrasonic)
Pemeriksaan radiografi (radiografi)
c. Pemeriksaan material
Pemngujian
kekerasan
(menggunakan
metode
Rockwell,
Brinell, Vickers)
Pengujian tarik
Pengujian analisa kimia (spektrometri, EDS)
Pengujian struktur mikro dan struktur makro Setelah
benda
coran
dibersihkan
kemudian
dilakukan
pemeriksaan pada coran tersebut apakah pada benda coran terdapat cacat, jika terdapat cacat yang memungkinkan tidak bisa diperbaiki melalui proses finishing atau proses pemesinan maka benda kerja coran tersebut dilebur kembali. dan selanjutnya dilakukan proses pemesinan (machining process) untuk mendapatkan hasil produk yang lebih baik.
9. Produk Finishing Setelah proses pemeriksaan selesai dan dipilih benda coran dengan hasil yang baik, selanjutnya benda kerja tersebut dilakukan proses pemesinan menggunakan mesin milling dan mesin gerinda dengan hasil produknya.
B. Proses penempaan piston
1.
Siapkan bahan-bahan dan alat untuk pembuatan forged piston, sepeti aluminium batangan yang berbentuk tabung dan lain-lain seperti gambar di atas.
2. Potonglah aluminium batangan tersebut dengan mesin potong, sesuai standar yang telah ditentukan oleh pabrik (meliputi: ukuran,berat,dan bentuk) 3. Kemudian potongan aluminium tersebut dilebur dan dicetak dengan mesin pencetak, setelah pencetakan selesai celupkan torak setengah jadi kedalam air untuk mempercepat proses pendinginan dan memadatkan komponen penyusunnya. 4. Setelah proses pencetakan selesai kemudian torak tersebut dihaluskan permukaannya dengan mesin bubut. 5. Langkah selanjutnya yaitu memberi lubang-lubang kecil pada pinggirnya secara melingkar dengan mesin bor dengan mata bor yang telah ditentukan. 6. setelah diberi lubang pada pinggirnya kemudian buatlah 3 uliran secara bertingkat yang berfungsi untuk tempat ring piston dengan menggunakan mesin bubut (mesin pembuat ulir) 7. Kemudian lubangi tengah-tengah piston dengan mesin bor yang fungsinya untuk mnghubungkan poros engkol 8. Setelah itu langkah berikutnya adalah buatlah cekungan diantara lubang poros engkol tadi.
9. Kemudian langkah selanjutnya adalah proses milling caranya buat cekungan dipermukaan atas piston dengan menggunakan mesin bubut. 10. Kemudian setelah itu piston tersebut dihaluskan lagi dengan mesin bubut. 11. Lalu langkah selanjutnya adalah lubang pada belakang piston kemudian buat cekungan di ulir pada celah oli. 12. Setelah itu langkah berikutnya adalah membuat kode/nomor untuk piston
diatas
permukaan
piston
dengan
cara
diukir
dengan
menggunakan mesin untuk mengukir. 13. Setelah itu rapikan piston dari kotoran atau sesuatu yang menonjol. 14. Kemudian yang terakhir adalah langkah reaming ( menghaluskan) pada lubang untuk poros engkol.
Perbedaan piston casting dengan piston forging Piston biasa disebut juga cast piston yang diproduksi dari aluminium cair dimasukkan ke dalam cetakan (cast). Sedangkan piston forging dari aluminium padat yang dibentuk dengan cara dipukul seperti bikin pedang. A. CAST PISTON (PISTON BIASA) Cast piston atau piston biasa sudah lama digunakan. Bahan bakunya dari aluminium yang dicairkan kemudian dituang ke dalam cetakan. Bahan cetakan biasanya dari pasir khusus, kemudian aluminium cair dituangkan secara gravity atau mengandalkan gaya gravitasi bumi.Hasil cetakan bentuknya masih seperti kue apem yang kudu dilakukan proses pemesinan menggunakan mesin bubut atau CNC. Agar hasilnya jadi piston sesungguhnya. Itu yang membuat piston biasa (cast piston) kurang kuat. Karena sistem tuang hanya mengandalkan gravity. Hanya Mengandalkan aliran dari aluminium cair akibat tertarik gaya gravitasi bumi.
Makanya piston biasa dibikin tebal-tebal supaya tidak pecah. Efeknya bikin berat putaran mesin dan boros bahan bakar
B. FORGING PISTON Piston forging digunakan di motor-motor baru. Bahan bakunya dari pipa aluminium padat yang dipotong-potong. Kemudian potongan pipa padat dipanaskan tapi tidak sampai mencair. Lalu dibentuk dengan cara ditempa atau dipukul seperti halnya orang bikin pedang. Akibat dibikin dengan cara dipukul, membuat piston forging lebih kuat karena lebih padat. Bagian-bagian dari piston juga cukup dibuat tipis karena sudah kuat. Kelebihannya piston jadi enteng alias ringan. Juga permukaan yang bergesekan dengan boring jadi sedikit. Kelebihan itu yang membuat piston forging dipakai di motor-motor modern. Bikin putaran mesin enteng dan hemat bahan bakar. Pastinya lagi jadi lebih tahan gesekan. Seperti piston Yamaha Jupiter MX135, V-Ixion dan Xeon. Pihak Yamaha berani kasih garansi 5 tahun. Boring dan seher dijamin tidak bakal oblak. Teknologi ini sebelumnya dipakai di moge-moge Yamaha macam di R1 dan R6.Karena kelebihan itu, pihak Kawahara berani meluncurkan piston forging untuk racing. Karena menguntungkan, putaran mesin jadi enteng dan bertenaga.
