Prosedur Kekerasan dan Finishing Permukaan Mesin
Dalam bekerja dengan mesin dan logam sering digunakan istilah permukaan yang keras dan halus.
Terdapat derajat kekerasan dan derajat kehalusan. Apa yang dimaksud oleh istilah-istilah tersebut?
Dibandingkan dengan kayu, besi adalah keras. Tetapi beberapa besi tertentu lebih keras daripada besi yang lain.
Mengenai kehalusan permukaan coba bandingkan beton yang telah dihaluskan dengan kap mesin mobil. Kemudian bandingkan kap mesin yang sama yang digosok dengan kertas gosok berbeda. Perhatikan berbagai komponen mesin dan bandingkan permukaannya.
Kehalusan Permukaan
Dalam industri rekondisi mesin sering digunakan istilah penyelesaian permukaan (surface finish). Permukaan komponen mesin yang aus harus diratakan sebagai salah satu bagian proses rekondisi.
Pekerja rekondisi bertanggung jawab untuk menghasilkan permukaan yang halus seperti pada komponen yang baru diproduksi pabrik.
Tekstur Permukaan
Tekstur adalah bentuk gelombang dan kekasaran suatu permukaan.
Penggelombangan berarti permukaan tidaklah lurus dan rata, sedang kekasaran merupakan tekstur atau rasa permukaan.
Komponen-komponen mesin memerlukan finishing yang berbeda-beda. Finishing permukaan untuk kepala silinder (cylinder head) berbeda dengan yang diperlukan untuk lubang silinder (cylinder bore) yang juga berbeda dengan yang diperlukan untuk bantalan poros engkol (crankshaft journal).
Finishing permukaan lubang silinder adalah hal yang kritis, jika tidak tepat maka penggunaan bahan bakar akan terlalu tinggi dan terjadi gas Blowby yang berarti kehilangan tenaga.
Kepala silinder harus memiliki permukaan yang memberikan “genggaman” pada perapat serta tidak boleh terdapat alur yang akan memungkinkan gas pembakaran bocor.
Bantalan poros engkol harus bulat dan sejajar. Penyelesaian permukaan harus cukup halus agar tidak merusak bahan bantalan poros tetapi tetap memberikan genggaman/cengkraman bagi lapisan minyak pelumas agar dapat menempel.
Metode pengukuran penyelesaian permukaan
1. Blok spesimen
Metode ini bervariasi dari yang sederhana tetapi efektif hingga yang canggih dan mahal.
Blok sampel atau spesimen:-
Terdapat susunan blok yang dibubut untuk menghasilkan berbagai finishing yang berbeda. Tiap sampel dipandang dan diraba dengan jari tangan dan dibandingkan. Dengan cara ini finishing permukaan yang paling sesuai dapat ditentukan.
2. Alat pengukur permukaan (surface tracing gauge)
Metode ini menggunakan sebuah probe/colok yang diletakkan pada permukaan komponen.
Biasanya ujung probe terbuat dari intan yang memiliki tekanan sangat rendah sehingga sangat akurat.
Secara elektronik pergerakan probe dicatat pada layar atau dicetak, sehingga tampak puncak dan lembah penyelesaian permukaan.
Gambar 1 : Rata-rata tinggi puncak menuju lembah
Satuan Penyelesaian permukaan
Satuan pengukurannya bisa berbeda bentuk.
a) Puncak menuju lembah
Dengan menggunakan rata-rata tinggi lembah sebagai basis nilai ini menunjukkan rata-rata tinggi puncak. Pembacaan dilakukan pada interval tertentu.
Gambar 2 : Contoh rata-ratagaris tengah atau rata-rata kekerasan
b) Rata-rata garis tengah
Rata-rata garis tengah (centre line average/CLA) atau rata-rata kekasaran (roughness average/Ra) merupakan metode yang paling banyak diterima dalam spesifikasi finishing permukaan dalam industri otomotif.
Nilai pengukuran ini merupakan nilai rata-rata jarak puncak dan lembah dari garis tengah komponen.
Tabel berikut menunjukkan beberapa nilai penyelesaian permukaan dari berbagai proses pembubutan :
Proses
Micro Meter
Finishing Permukaan yang diharapkan
(Ra)
6.3
3.2
1.6
0.8
0.8
Sampai 1.25
0.4
Sampai 6.3
0.4
Sampai 3.2
0.4
Sampai 3.2
0.2
Sampai 1.6
0.1
Sampai 0.8
0.05
Sampai 0.4
0.025
Sampai 1.6
Beberapa penyelesaian permukaan untuk berbagai komponen mesin :
1) Bantalan engkol – 0,3 mikrometer
2) Lubang silinder – 0,25 sampai 0,75 mikrometer
3) Muka perapat kepala silinder – 1,0 sampai 2,5 mikrometer
Kekerasan
Nilainya tergantung pada jenis beban, gaya dan kondisi kerja yang ada pada komponen mekanis. Pabrik akan menentukan nilai yang paling sesuai berdasarkan bahan yang paling sesuai untuk komponen tersebut serta perlakuan panas yang mungkin diperlukan.
Torak harus mempunyai berat yang kecil disebabkan oleh kecepatan kerjanya, tetapi harus cukup kuat untuk menahan gaya inersia. Lubang silinder mengalami gesekan sehingga harus mampu menahan abrasi. Lapisan pelumas akan menahan keausan pada piston.
Poros engkol dan poros nok harus mampu menahan beban puntir dan tekuk, jadi harus kuat dan tahan aus.
Katup
Katup harus tahan temperatur tinggi, tahan terhadap keausan pada batang serta sanggup menerima tegangan tekan dari tekanan pegas yang besar. Selain itu juga terhadap beban hentakan pada dudukan dan pemukul ujung katup oleh penumbuk.
Roda gigi katup
Lifter atau follower bersentuhan dengan puncak nok. Lifter menggerakkan batang penekan dan penumbuk pada katup. Semua bagian ini harus cukup kuat untuk bekerja dalam jangka panjang tanpa mengalami keausan atau penurunan kondisi.
Masing-masing komponen harus mempunyai tingkat kekerasan dan keliatan tertentu agar memenuhi persyaratan tersebut. Walaupun keras tetapi jika getas tidaklah bagus.
Pengukuran Kekerasan
Pabrik akan menentukan kekerasan komponen yang diperlukan. Terdapat tiga macam metoda dalam melaksanakan proses.
1. Tes Brinell
Tes ini menggunakan bola karbit tungsten berdiameter 10 milimeter dan diterapkan pada benda kerja dengan beban 450 sampai 3000 kilogram. Pembacaan kekerasan diperoleh dari daerah lekukan pada beban yang diterapkan. Tes dilakukan pada ujung paling lunak dari daerah kekerasan.
2. Tes Vicker
Metode ini tidak menggunakan bola melainkan intan berbentuk piramid, sedangkan bebannya hanya sampai 150 kilogram. Metode ini digunakan pada baja dengan perlakuan panas.
3. Tes Rockwell
Metode ini mengukur kedalaman tekukan bukannya daerah lekukan. Beban diberikan dalam dua tahap. Diberikan beban yang kecil terlebih dahulu dan dicatat kedalamannya kemudian diberikan beban penuh. Nilai kekerasan diperoleh dari perbedaan keduanya.
Shore Scleroscope
Metode ini mencatat pantulan yang dialami alat pada tabung gelas. Semakin keras bahan semakin besar pantulannya. Keuntungan utama metode ini adalah tidak terjadinya kerusakan pada permukaan komponen yang dites. Selain itu alat ini mudah dibawa dan ideal untuk mengukur kekerasan poros engkol dan kepala silinder.
Kekerasan berbagai bagian mesin.
1. Poros engkol
Tidak diperkeras 23 RC
Diperkeras 45-55 RC
Poros Nok-besi cor 48-55 RC
Poros Nok Baja 50-60 RC
Pengangkat Poros 52-58 RC
Seberapa Keras?
Poros engkol harus mampu melentur tapi cukup keras agar tahan keausan. Batang penyangga (conrod) juga harus mampu melentur tetapi tahan terhadap pengulangan beban konstan dan tidak mengalami kelelahan (fatigue) atau melemah. Torak terus menerus dipanasi dan didinginkan, ditarik dan ditekan sementara bergesekan dengan dinding silinder.
Gigi roda katup secara terus menerus mendapat hentakan dari puncak nok, follower, batang penarik dan pemukul.
Kebanyakan logam dapat diperkeras dengan memberikan perlakuan panas.
Pengerasan
Logam dipanaskan kemudian direndam. Perendaman bisa dilakukan dengan air atau minyak khusus, sehingga logam makin keras. Perendaman dengan bahan perlakuan panas seperti “Hardite” akan menghasilkan permukaan keras pada bagian bahan yang diberi perlakuan panas.
Nitriding
Nitriding adalah pengerasan permukaan komponen dengan pemberian panas yang dinaikkan pada ruang gas amonia.
Hal ini menghasilkan permukaan logam yang sangat keras tetapi memiliki inti yang liat untuk menahan beban getas (fatigue).
Kedalaman pengerasan sebesar sekitar 0,5 mm (0,20”). Kedalaman ini ideal bagi poros engkol.
Metode pengerasan yang lain adalah dengan pengerasan induksi. Bantalan dipanaskan dengan listrik kemudian direndam.
Maka poros nok mengeras dengan induksi.
Follower nok dibuat dengan besi yang didinginkan sehingga memiliki permukaan yang sangat keras.
Jika ada permukaan yang aus dan pecah, maka bagian tersebut dibuang atau dibubut seluruhnya serta diperkeras. Tetapi hal ini mungkin tidak dapat dilakukan karena biayanya yang mahal.