Contoh Penerapan Pemilihan Material dan Pertimbangan Desain

Pertama-tama, desain suatu material yang baru dapat mempunyai kombinasi sifat yang unik. Sebagai alternatif, desain dapat mempengaruhi pemilihan material baru yang mempunyai kombinasi sifat yang lebih baik untuk aplikasi tertentu; pemilihan material tidak dapat dibuat tanpa pertimbangan proses manufaktur yang diperlukan (contoh, forming, pengelasan, dll), dimana juga dipertimbangkanan sifat dari material tersebut. Kesimpulannya, desain berarti pengembangan proses dari produksi suatu material yang mempunyai sifat yang lebih baik. Dalam artikel ini akan diberikan contoh pemilihan material dan pertimbangan desain pada automobile valve spring.

Automobile Valve Spring

Fungsi dasar dari pegas adalah untuk menyimpan energi mekanik dimana dapat berdeformasi elastis (perubahan bentuk secara elastis) dan kemudian mengganti energi mekanik tersebut dengan menjadi pegas yang memendek. Pada gambar di bawah ini, pegas heliks digunakan di mattresses dan di pens yang dapat ditarik masuk dan suspensi pegas pada mobil ini juga dibahas lebih lanjut. Analisa tegangan akan dihitung pada tipe pegas ini, dan hasilnya akan diaplikasikan ke katup pegas (valve spring) yang digunakan pada mesin mobil.

Pada Figure 22.6, terdapat diagram skematik dari mesin automobile dimana pegas tersebut dipresentasikan. Pegas ini bekerja pada katup masuk dan keluar secara berurutan untuk membuka dan menutup selama mesin beroperasi. Selanjutnya, selama mesin beroperasi dalam keadaan normal, pegas ini bekerja pada temperatur kurang lebih 80⁰C (175⁰F).

Yang dibutuhkan untuk pembuatan pegas adalah material ASTM 232 baja krom–vanadium, yang mempunyai komposisi 0.48–0.53 wt% C, 0.80–1.10 wt% Cr, minimal 0.15 wt% V, dan sisanya unsur Fe. Kabel pegas ini biasanya melalui proses cold drawn untuk menentukan diameter yang diinginkan; sebagai akibatnya, kekuatan tariknya akan bertambang seiring dengan jumlah drawing (contoh, dengan pertambahan diameter). Untuk baja paduan ini sudah diuji dan diverifikasi.

Desain pada pegas, termasuk shot peening, dapat optimal; bagaimanapun, kelayakannya harus diverifikasi dengan uji eksperimental. Prosedur pengujian ini relatif kompleks.

Opsi mendesain ulang dapat melibatkan hitungan persamaan untuk mengurangi tegangan geser pada pegas, dengan mengubah parameter pada Equations 22.13 and 22.17. Hal ini termasuk dengan (1) menambah diameter koil (D), dimana juga diharuskan untuk menambah diameter kabel (d), atau (2) menambah jumlah koil-koil (Nc).

Source : Introduction of Materials Science and Engineering by William D. Callister, Jr.