NASKAH PUBLIKASI TUGAS AKHIR
PENGARUH SUHU SINTERING PADA PEMBUATAN KAMPAS REM DENGAN RESIN SERBUK SEBAGAI PENGIKAT
Diajukan Untuk Memenuhi Tugas dan Syarat- Syarat Guna Memperoleh Gelar Sarjana S1 Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta
Disusun : BAYU SETIAWAN D 200 08 0134
JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA 2014
PENGARUH SUHU SINTERING PADA PEMBUATAN KAMPAS REM DENGAN RESIN SERBUK SEBAGAI PENGIKAT Bayu Setiawan, Bambang Waluyo F, Masyrukan Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Surakarta Jl. A. Yani Tromol Pos I Pabelan, Kartasura email :
[email protected] ABSTRAKSI Kampas rem merupakan salah satu komponen dari kendaraan bermotor yang berfungsi menghentikan laju kendaraan sepeda motor. Saat laju kendaraan berkecepatan tinggi kampas rem memiliki peranan penting, bahkan keselamatan pengendara tergantung dari kualitas kampas rem tersebut. Tujuan penelitian ini adalah membandingkan kampas rem variasi suhu sintering dengan kampas pasaran merk Yamahapart. Peneliti akan mengadakan penelitian diawali dengan pembuatan kampas bervariasi suhu sintering dengan bahan yaitu fiberglass, alumunium, kuningan, graphite, kalsium karbonat, barium sulfat, silika, phenol kristal dan resin paraformaldehyde. Setelah itu mencampur bahan kampas rem sesuai dengan komposisi yang telah ditentukan. Kemudian diberi tekanan sekaligus dipanaskan (sintering) dengan beban 2 ton selama 60 menit dengan variasi suhu 140ºC, 145ºC dan 150ºC. Kemudian diuji gesek dengan beban 18 kg selama 3 jam dengan uji kering, penyemprotan air, air garam, oli, dan minyak rem dengan standart pengujian SNI 09-2663-1992 lalu dihitung keausan dan koefisien geseknya, dan diuji kekerasan brinell dengan gaya 613 Newton dengan standart ASTM E 10-01. Dari hasil penelitian keausan rata-rata bahwa kampas rem yamaha lebih rendah dan lebih baik dari kampas rem variasi suhu sintering pada uji gesek selama 3 jam, tetapi pada uji gesek pengaruh oli kampas rem variasi suhu sintering 150⁰C lebih baik dari kampas rem yamaha dengan nilai sebesar 28,175 mm3/jam sedangkan yamaha sebesar 31,25 mm3/jam. Koefisien gesek kampas rem yamaha lebih tinggi dibandingkan dengan kampas rem variasi suhu sintering pada uji gesek selama 3 jam, nilai koefisien gesek yamaha tertinggi sebesar 0,6159 sedangkan yang mendekati sebesar 0,602 pada kampas rem suhu sintering 150⁰C pada pengaruh air garam. Nilai kekerasan brinnel kampas rem yamaha lebih baik dibandingkan dengan kampas rem variasi suhu sintering sebesar 23,962 BHN sedangkan nilai kekerasan yang mendekati pada kampas rem variasi suhu sintering 145⁰C sebesar 20,739 BHN.
Kata kunci : kampas rem, suhu sintering, uji gesek, kekerasaan
A. PENDAHULUAN Perkembangan teknologi di berbagai bidang sangat pesat terutama dalam bidang otomotif, para produsen pembuatan sepeda motor mengembangkan kemampuan performa mesin dan teknologi yang mendukungnya kian pesat. Saat ini perkembangan itu sangat signifikan dalam hal performa mesin dengan meningkatkan tenaga yang dihasilkan. Dengan berkembangnya performa kendaraan saat ini dibutuhkan sistem pengereman yang efektif dan juga sebagai keamanan dalam berkendaraan. Sistem pengereman yang baik harus dapat menunjang daya dan kecepatan pada kendaraaan tersebut dimana hal yang terpenting dari sistem pengereman adalah kampas rem, yaitu media yang bekerja untuk memperlambat atau mengurangi laju kendaraan. Untuk mendapatkan pengereman yang maksimal maka dibutuhkan kampas rem dengan kemampuan pengereman yang baik dan efisien. (Prasetyo, 2010). Kampas rem menjalankan fungsinya sebagai media pengereman. Dapat bekerja secara maksimal apabila mempunyai daya pengereman yang baik dan efisien, dimana efisien dari rem sangat dipengaruhi oleh besarnya koefisien gesek kampas rem. Kualitas kampas rem dipengaruhi oleh kekerasan dan bahan dari kampas rem. Kampas rem yang terlalu keras menyebabkan umur tromol atau cakram pada sepeda motor akan menjadi pendek, apabila terlalu lunak maka umur kampas rem akan lebih pendek. (Prasetyo, 2010). Berdasarkan proses pembuatannya, kampas rem (brake shoes) sepeda motor, termasuk pada particulate composite. Komposit jenis ini, bahan penguatnya (reinforced) terdiri atas partikel yang tersebar merata dalam matriks yang berfungsi sebagai pengikat, sehingga
menghasilkan bentuk solid yang baik. Melalui proses penekanan sekaligus pemanasan pada saat pencetakan (sintering) akan dihasilkan kekuatan, kekerasan serta gaya gesek yang semakin meningkat. Pemanasan dilakukan pada temperatur berkisar antara 130 ⁰C – 150 ⁰C, yang menyebabkan bahan tersebut akan mengalami perubahan struktur dimana antara partikel satu dengan yang lain saling melekat serta akan diperoleh bentuk solid yang baik dan matriks pengikat yang kuat. Proses pabrikasi seperti ini kemudian mengakibatkan harga jual kampas rem cukup mahal. (Pajar, 2012). B. TUJUAN PENELITIAN 1. Mengetahui keausan kampas rem yang menggunakan variasi suhu sintering di bandingkan dengan kampas rem Yamaha. 2. Mengetahui koefisien gesek kampas rem yang menggunakan variasi suhu sintering di bandingkan dengan kampas rem Yamaha. 3. Mengetahui kekerasan brinell kampas rem yang menggunakan variasi suhu sintering di bandingkan dengan kampas rem Yamaha. C. MANFAAT PENELITIAN Manfaat dari penelitian ini adalah sebagai berikut : 1. Mengoptimalkan bahan-bahan limbah yang jarang dimanfaatkan dan digunakan dalam kehidupan sehari-hari 2. Memberikan sumbangan informasi tentang manfaat yang bisa digunakan dari hasil pengujian. 3. Penelitian ini dapat digunakan sebagai referensi tambahan untuk penelitian berikutnya. D. BATASAN MASALAH Untuk memudahkan pelaksanaan penelitian sehingga tujuan penelitian
dapat dicapai, perlu adanya pembatasan masalah, yaitu: 1. Bahan Material yang digunakan untuk pembuatan kampas rem dengan variasi suhu sintering 140⁰C, 145⁰C, dan 150⁰C antara lain seperti fiberglass, resin serbuk paraformaldehyde, serbuk kuningan, serbuk aluminium, calsium carbonate, graphite, barium sulfat, phenol crystal dan silica. 2. Pengujian a. Uji keausan b. Koefisien gesek c. Kekerasan brinell E. METODE PENELITIAN Langkah awal penelitian mencari referensi yang terkait dengan pembuatan kampas rem baik studi pustaka dan studi lapangan. Kemudian mempersiapkan alat dan bahan antara lain : fiberglass, serbuk alumunium, serbuk kuningan, silica, barium sulfat, graphite, calsium carbonate, resin powder paraformaldehyde, phenol crystal dan kampas rem yamaha sebagai pembanding. Kemudian mencampur semua bahan dengan komposisi yang telah ditentukan secara merata lalu dilakukan pengepresan spesimen dengan tekanan 2 ton selama 60 menit bersamaan di sintering dengan variasi suhu 140⁰C, 145⁰C, 150⁰C. Setelah semua spesimen jadi proses selanjutnya foto mikro spesimen, kemudian pengujian keausan meliputi pengaruh kering, air, air garam, oli dan minyak rem, dan pengujian kekerasan brinell. Tahap terakhir hasil pengujian di analisis, dibahas dan dibuat kesimpulan.
F. BAHAN Bahan yang digunakan penelitian ini adalah : 1. Fiberglass
dalam
2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11.
Resin serbuk paraformaldehyde Phenol kristal Serbuk kuningan Serbuk alumunium Silika Barium sulfat Graphite Calcium carbonat (CaCo3) Dextone plastic stell epoxy Plat kampas rem
G. ALAT Alat yang digunakan dalam pembuatan kampas rem adalah : 1. Unit Press Molding (Alat untuk mengepres bahan kampas) 2. Cetakan (mold) 3. Unit pemanas (heater) 4. Unit pengontrol suhu (thermocontrol) 5. Thermometer 6. Digital Tachometer 7. Clamp Meter 8. Vernier Caliper 9. Timbangan digital
H. HASIL DAN PEMBAHASAN 1. Komposisi Kampas Rem Tabel 1. Komposisi kampas rem No Nama Bahan Berat (gram) Fiberglass 1. 2. Serbuk Kuningan 3. Serbuk Alumunium Silika 4. Barium Sulfat 5. Graphite 6. CaCo3 7. Resin 8. Paraformaldehyde Phenol Crystal 9.
0,6 4 2 1,5 1 1,5 1 10 10
2. Hasil Pengujian a. Hasil Pengujian Keausan Tabel 2. Hasil Uji Keausan Kondisi Kering Keausan RataJenis Kampas Rem rata (mm3/Jam) Suhu Sintering 140⁰C 81,25 Suhu Sintering 145⁰C 93,75 Suhu Sintering 150⁰C 68,75 Yamahapart 65,625
b. Hasil Pengujian Koefisien Gesek Tabel 7. Hasil Uji Koefisien Gesek Kondisi Kering Jenis Kampas Rem Koefisien Gesek(μ)
Tabel 3. Hasil Uji Keausan Penyemprotan Air Keausan RataJenis Kampas Rem rata (mm3/Jam) Suhu Sintering 140⁰C 78,125 Suhu Sintering 145⁰C 87,5 Suhu Sintering 150⁰C 75 Yamahapart 56,25
Tabel 8. Hasil Uji Koefisien Gesek Penyemprotan Air Jenis Kampas Rem Koefisien Gesek(μ)
Tabel 4. Hasil Uji Keausan Penyemprotan Air Garam Keausan RataJenis Kampas Rem rata (mm3/Jam) Suhu Sintering 140⁰C 84,375 Suhu Sintering 145⁰C 90,625 Suhu Sintering 150⁰C 78,125 Yamahapart 62,5
Tabel 5. Hasil Uji Keausan Penyemprotan Oli Keausan RataJenis Kampas Rem rata (mm3/Jam) Suhu Sintering 140⁰C 43,75 Suhu Sintering 145⁰C 46,875 Suhu Sintering 150⁰C 28,175 Yamahapart 31,25
Tabel 6. Hasil Uji Keausan Penyemprotan Minyak Rem Keausan RataJenis Kampas Rem rata (mm3/Jam) Suhu Sintering 140⁰C 37,5 Suhu Sintering 145⁰C 46,875 Suhu Sintering 150⁰C 34,375 Yamahapart 28,125
Suhu Sintering 140⁰C Suhu Sintering 145⁰C Suhu Sintering 150⁰C Yamahapart
Suhu Sintering 140⁰C Suhu Sintering 145⁰C Suhu Sintering 150⁰C Yamahapart
0,5323 0,5326 0,5357 0,5413
0,5162 0,5165 0,5207 0,5278
Tabel 9. Hasil Uji Koefisien Gesek Penyemprotan Air Garam Jenis Kampas Rem Koefisien Gesek(μ) Suhu Sintering 140⁰C Suhu Sintering 145⁰C Suhu Sintering 150⁰C Yamahapart
0,5844 0,5983 0,602 0,6159
Tabel 10. Hasil Uji Koefisien Gesek Penyemprotan Oli Jenis Kampas Rem Koefisien Gesek(μ) Suhu Sintering1 40⁰C Suhu Sintering 145⁰C Suhu Sintering 150⁰C Yamahapart
0,448 0,4528 0,4655 0,4669
Tabel 11. Hasil Uji Koefisien Gesek Penyemprotan Minyak Rem Jenis Kampas Rem Koefisien Gesek(μ) Suhu Sintering 140⁰C Suhu Sintering 145⁰C Suhu Sintering 150⁰C Yamahapart
0,4553 0,4689 0,4952 0,5054
Kampas Rem Suhu sintering 150 ⁰C
c.
Hasil Pengujian Kekerasan Brinell Tabel 12. Hasil Uji kekerasan brinell Nilai Kekerasan Brinell rata-rata Jenis Kampas Rem (BHN) Suhu Sintering 140⁰C 16,783 Suhu Sintering 145⁰C 20,739 Suhu Sintering 150⁰C 18,323 Yamahapart 23,962
1 4 2 3
d. Hasil Foto Mikro Kampas Rem Suhu sintering 140 ⁰C
20 µm
Gambar 3. Hasil Foto Mikro Kampas Rem Suhu Sintering 150 ⁰C 2 3
Kampas Rem Yamaha 1 4
20 µm
Gambar 1. Hasil Foto Mikro Kampas Rem Suhu Sintering 140 ⁰C 20 µm
Kampas Rem Suhu sintering 145 ⁰C
Gambar 4. Hasil Foto Mikro Kampas Rem Yamahapart 2 3 1
Keterangan : 1. Serbuk almunium 2. Serbuk kuningan 3. Fiberglass 4. Graphite
4 20 µm
Gambar 2. Hasil Foto Mikro Kampas Rem Suhu Sintering 145 ⁰C
3. Pembahasan a. Pengujian keausan Dari hasil pengujian keausan dengan Standar metoda uji SNI 092663-1992. Didapatkan hasil sebagai berikut: nilai keausan dalam kondisi kering kampas rem yamaha memiliki nilai keausan terendah sebesar 65,625
mm3/jam, untuk kampas rem suhu sintering 140⁰C sebesar 81,25 mm3/jam, kampas suhu sintering 145⁰C sebesar 93,75 mm3/jam dan kampas suhu sintering 150⁰C sebesar 68,75 mm3/jam. Untuk penyemprotan air keausan kampas yamaha memiliki nilai terendah yaitu 56,25 mm3/jam, untuk kampas suhu sintering 140⁰C sebesar 78,125 mm3/jam, kampas suhu sintering 145⁰C sebesar 87,5 mm3/jam, dan kampas suhu sintering 150⁰C sebesar 75 mm3/jam. Dalam penyemprotan air garam keausan kampas yamaha memiliki nilai terendah yaitu 62,5 mm3/jam, untuk nilai tertinggi pada kampas suhu sintering 145⁰C sebesar 90,625 mm3/jam, kampas suhu sintering 140⁰C sedikit dibawahnya sebesar 84,375 mm3/jam, dan kampas suhu sintering 3 150⁰C sebesar 78,125 mm /jam. Untuk penyemprotan oli keausan kampas suhu sintering 150⁰C memiliki nilai terendah sebesar 28,175 mm3/jam, sedangkan kampas yamaha terendah kedua dengan nilai 31,25 mm3/jam, suhu sintering 140⁰C sebesar 43,75 mm3/jam, dan kampas suhu sintering 145⁰C sebesar 46,875 mm3/jam. Dalam penyemprotan minyak rem keausan kampas yamaha memiliki nilai terendah yaitu 28,125 mm3/jam, untuk kampas suhu sintering 150⁰C sedikit diatasnya sebesar 34,375 mm3/jam, kampas suhu sintering 140⁰C sebesar 3 37,5 mm /jam, dan kampas suhu sintering 145⁰C memiliki nilai tertinggi sebesar 34,375 mm3/jam. Hasil pengujian keausan pada kondisi kering lebih besar daripada keausan yang terjadi pada kondisi basah (air, air garam, oli, minyak rem), hal ini selain dipengaruhi oleh variasi suhu sintering juga dipengaruhi oleh suhu lintasan yang lebih rendah ketika lintasan terkena semprotan cairan. Dalam pengujian dua buah elemen yang digesekan kemudian diberi fluida diantara keduanya maka fluida tersebut
akan mengakibatkan berkurangnya gaya gesek dan menghambat kenaikkan suhu. Suhu yang tinggi akan mengakibatkan kampas menjadikanya cepat aus. b. Pengujian koefisien gesek Dari tabel koefisien gesek dengan pengujian kondisi kering, kampas yamaha memiliki nilai koefisien gesek tertinggi yaitu 0,5413. Pada pengujian yang sama , suhu sintering 140⁰C memiliki nilai koefisien gesek yaitu 0,5323. Sedangkan suhu sintering 145⁰C dan 150⁰C memiliki nilai koefisien gesek masing-masing 0,5326 dan 0,5357. Dalam kondisi penyemprotan air, kampas yamaha memiliki nilai koefisien gesek tertinggi yaitu 0,5278. Pada pengujian yang sama, kampas suhu sintering 140⁰C dan 145⁰C memiliki nilai koefisien gesek yang berdekatan yaitu 0,5162 dan 0,5165. Sedangkan kampas suhu sintering 150⁰C memiliki nilai koefisien gesek 0,5207. Untuk penyemprotan air garam, koefisien gesek kampas yamaha memiliki nilai tertinggi yaitu 0,6159, untuk kampas suhu sintering 140⁰C sebesar 0,5844, kampas suhu sintering 145⁰C sebesar 0,5983 dan kampas suhu sintering 150⁰C sebesar 0,602. Dalam kondisi penyemprotan oli, kampas yamaha dan kampas suhu sintering 150⁰C memiliki nilai koefisien gesek yang berdekatan yaitu 0,4669 dan 0,4655. Kampas suhu sintering 140⁰C dan 145⁰C memiliki nilai koefisien gesek masing-masing 0,448 dan 0,4528. Untuk penyemprotan minyak rem, koefisien gesek kampas yamaha memiliki nilai tertinggi sebesar 0,5054 sedangkan untuk kampas suhu sintering 140⁰C, 145⁰C dan 150⁰C masing-masing sebesar 0,4553, 0,4689 dan 0,4952.
Koefisien gesek yang terjadi pada penyemprotan oli lebih kecil daripada
koefisien yang dihasilkan oleh penyemprotan lainya, hal ini dikarenakan adanya efek licin yang dihasilkan oleh oli tersebut sehingga mempengaruhi suhu serta mengurangi daya rekat kampas terhadap cakram. c.
Pengujian kekerasan brinell Dari hasil pengujian kekerasan brinell dengan Standar metoda uji ASTM E 10-01. Didapatkan hasil sebagai berikut: nilai kekerasan untuk kampas yamaha sebesar 23,962 Kg/mm2, nilai kekerasan untuk kampas suhu sintering 140⁰C sebesar 16,783 Kg/mm2, nilai kekerasan untuk kampas suhu sintering 145⁰C sebesar 20,738 Kg/mm2, dan nilai kekerasan untuk kampas suhu sintering 150⁰C sebesar 18,323 Kg/mm2. Maka dari hasil tersebut dapat disimpulkan bahwa kampas suhu sintering masih memiliki nilai kekerasan di bawah kampas yamaha sedangkan dari kampas suhu sintering itu sendiri nilai yang mendekati kampas yamaha adalah kampas suhu sintering 145⁰C dengan nilai kekerasan sebesar 20,738 2 Kg/mm .
I. KESIMPULAN Dari studi yang dilakukan penulis apat menarik kesimpulan, yaitu : 1. Dalam pengambilan data studi penelitian ini, didapatkan nilai keausan keseluruhan kampas rem yamaha pada kondisi kering, penyemprotan air, penyemprotan air garam dan penyemprotan minyak rem jauh lebih tahan aus dibandingkan dengan kampas rem suhu sintering. Tetapi untuk kondisi penyemprotan oli kampas rem suhu sintering 150⁰C lebih tahan aus dibanding kampas rem yamaha ini dipengaruhi oleh suhu cakram yang lebih rendah ketika cakram terkena semprotan oli yang efeknya membuat cakram menjadi licin.
2. Nilai koefisien gesek yamahapart lebih tinggi di bandingkan dengan kampas rem variasi suhu sintering. Dapat diambil kesimpulkan bahwa jika semakin tinggi suhu sintering nilai koefisien geseknya juga semakin meningkat. 3. Nilai kekerasan brinell kampas rem variasi suhu sintering lebih rendah dibandingkan dengan kampas rem Yamaha, yaitu sebesar 23,962 Kg/mm2 sedangkan kampas rem dengan suhu sintering 140⁰C sebesar 16,783 Kg/mm2, suhu sintering 145⁰C sebesar 20,739 Kg/mm2 dan suhu sintering 150⁰C sebesar 18,323 Kg/mm2. J. SARAN Dalam penelitian, penulis mempunyai beberapa saran yang dapat digunakan untuk proses pengembangan dan pembuatan kampas rem, yaitu : 1. Cara menimbang dan mencampur yang baik dan benar dapat mengurangi jumlah bahan yang tercecer 2. Perlu ditambah tekanan kompaksi pada saat proses pengepresan supaya kampas rem lebih keras. 3. Perlu ditambah parameterparameter lain agar performa dari kampas rem akan kelihatan dan akan lebih baik. 4. Perlu pengujian yang lebih spesifik, seperti pengujian langsung pada kendaraan atau sepeda motor agar data yang didapat lebih akurat dan sesuai pada kondisi pengaplikasian. 5. keselamatan dan keamanan perlu diperhatikan dengan menggunakan alat perlindungan keselamatan diri agar dapat mencegah dan mengurangi kecelakaan pada waktu penelitian.
DAFTAR PUSTAKA
Annual Book of ASTM Standart, ASTM E10-01, Standart Test Method for Brinell Hardness of Metallic Materials. ASTM international, Unites States El-Tayeb, N.S.M., Liew, K.W., 2008, Effect of Water Spray on Friction and Wear Behaviour of Noncommercial and Comercial Brake pad Materials, Elsevier, p. 135-144. Gibson, R.F., 1994, Principle of Composite Material Mechanics, McGraw-Hill International Book Company, New York. Herman, U.T, 2010, Pengaruh Lingkungan Terhadap Keausan, Daya, Koefisien Gesek, Suhu Kampas Rem, dan Waktu Pengereman Kampas Rem Berbahan Fiberglass, Universitas Muhammadiyah Surakarta, Surakarta. James., 2003, Stability Analysis of Disk Brake Model. Diakses 20 Desember 2013 jam 18.30 WIB dari (www.fkm.utm.my/arahim/chapter6.pdf) Kenneth G and Michael K, 1999, Engineering Materials. Upper River, New Jersey. Pajar D.S, 2012, Perbandingan Kampas Rem Nonasbes Berserat Fiberglass Dengan Variasi Tembaga 2 Gram, 4 Gram, 6 Gram Dengan Kampas Rem Yamaha Terhadap Keausan, Kekerasan dan Waktu Pengereman, Universitas Muhammadiyah Surakarta, Surakarta. Prasetyo, Tri, 2010, Pengaruh Variasi Suhu Terhadap Kekerasan dan Keausan Kampas Rem Dengan Resin Polyester Sebagai Pengikat, Universitas Muhammadiyah Surakarta, Surakarta. SNI 09-2663-1992, Cara Uji Ketahanan Terhadap Air, Larutan Garam, Minyak Pelumas Dan Cairan Rem Untuk Kampas Rem Kendaraan Bermotor. Diakses 17 November 2013 jam 18:05 dari (www.SNI_kampas_rem.com/en/file/en.pdf/SNI_09-2663-1992) Stolk, Kros.1994. Elemen Konstruksi Bangunan Mesin. Elemen mesin. Erlangga, Jakarta. Sunardi, dkk.,2003, Pengaruh Suhu Sintering Pada Proses Metalurgi Serbuk Zn – Al Terhadap Sifat Mekanik, Universitas Atma jaya, Jakarta. Van Vliet, G., L., J., dan Both, W., 1984, Teknologi Untuk Bangunan Mesin, Bahan-Bahan 1, Pradnya Paramita, Jakarta.
