BAB I PENDAHULUAN
1.1
Latar Belakang Kemajuan manufaktur kian hari semakin meningkat khususnya pada
pengembangan permesinan non-konvensional. Perkembangan material baru seiring dengan meningkatnya kebutuhan manusia, sering kali tidak dapat diproses menggunakan permesinan konvensional. Selain itu perkembangan produk dengan skala mikro dan profil yang rumit juga membutuhkan permesinan yang mampu memproses dengan kualitas yang baik. Hal inilah yang mendorong permesinan non-konvensional menjadi alternatif solusi baru yang tidak dimiliki pada metode konvensional. Salah satu permesinan non-konvensional yang kini sedang berkembang adalah electrochemical machining (ECM). Prinsip permesinan ECM adalah dengan mengurangi material pada skala mikro hingga nano menggunakan anodic dissolution, sehingga mesin ECM mampu menghasilkan produk dengan tingkat akurasi dan kepresisian yang tinggi. Mesin ECM banyak digunakan untuk memproses material logam baik logam ferro maupun non-ferro (Schubert dkk., 2014). ECM memiliki kelebihan dalam menghasilkan benda kerja tanpa meninggalkan tegangan termal dan tegangan mekanik seperti pada proses permesinan lainnya. Di samping itu, permesinan ECM juga tidak menghasilkan tegangan residu seperti yang ditunjukkan pada Gambar 1.1. Hal tersebut membuat mesin ECM mampu memproses segala macam material logam, tidak tergantung dengan kekerasan dari jenis material tersebut (Rumyantsev, 1989).
Gambar 1.1 Tegangan residu pada permesinan konvensional turning (Rech dkk, 2008)
1
2
Tabel 1.1 menunjukkan perbandingan karakteristik permesinan ECM dengan permesinan lainnya. Dari beberapa aspek tersebut, mesin ECM unggul bila dibandingkan dengan permesinan drilling, reaming, dan electro-discharge machining (EDM). Menganut pada klasifikasi permesinan mikro, permukaan benda kerja hasil permesinan ECM memiliki tingkat surface roughness pada skala mikro.
Hasil
finishing
permukaan
permesinan
ECM
yaitu
1,2-3,2µm
(Pa&Hocheng, 2003), dengan begitu mesin ECM akan mampu menghasilkan produk dengan profil yang rumit dan produk dengan dimensi yang kecil. Hasil permesinan tersebut lebih baik dari mesin konvensional dan non-konvensional lainnya. Tabel 1.1 Perbandingan faktor permesinan drilling, reaming, EDM, dan ECM (Pa&Hocheng, 2003) Drilling Reaming EDM ECM Tergantung terhadap benda Ya Ya Tidak Tidak kerja 0,01-0,1 Akurasi dimensi 0,1-0,5 mm 0,02-0,1 mm 0,01 - 0,05 mm mm Surfaceroughness 8-25 µm 2-6,3µm 1,6-6,3µm 1,2-3,2µm Residual stres Ya Ya Ya Tidak Tegangan Tegangan mekanik Melebur Transformasi dari mekanik dan dan kembali saat Tidak permukaan tegangan tegangan pendinginan termal termal Removalrate 1000-7000 20-600 0,25-25 2-200 (mm3/min) Biaya Rendah Rendah Tinggi Tinggi Pengembangan mesin ECM telah berada pada proses hybrid untuk meningkatkan kapabilitas proses permesinannya (Jain, 2008). Proses hybrid pada ECM yaitu dengan menggabungkan prinsip dasar ECM dengan prinsip permesinan konvensional. Beberapa proses hybrid yang tengah berkembang adalah
electrochemical
electrochemical
spark
grinding
(ECG),electrochemical
machining,
electrochemical die sinking dan sebagainya.
electrochemical
honing
(ECH),
micromachining,
3
Mesin ECM telah banyak digunakan pada bidang manufaktur industri. Tidak hanya pada bidang kedirgantaraan, automobil, pertahanan, dan biomedis, aplikasi mesin ECM juga bisa digunakan untuk aplikasi engraving, meski aplikasinya masih jarang dilakukan. Engraving didefinisikan sebagai proses permesinan yang mengurangi permukaan benda kerja membentuk suatu profil atau pola tanpa membuat lubang pada permukaannya. Engraving biasa digunakan sebagai dekorasi, penipisan plat hingga pemberian identitas pada produk. Penggabungan proses pembuatan produk skala mikro dengan pembuatan engraving dapat dilakukan pada proses hybrid dan merupakan suatu alternatif yang menarik. Dengan menggunakan satu jenis mesin untuk kedua proses, dapat mengefisienkan biaya-biaya yang harusnya dikeluarkan seperti biaya material handling, biaya transportasi, dan biaya untuk proses permesinan lainnya. Selama proses permesinan ECM dapat menghemat pengeluaran biaya operasional lainnya dan mengahasilkan kualitas yang baik tentunya mesin ECM merupakan suatu alternatif permesinan yang penting di masa depan. Kualitas benda kerja hasil permesinan ECM dapat dilihat dari respon permesinan yaitu material removalrate, surfaceroughness, passivationstrength, overcut, dan sebagainya. Respon permesinan akan tergantung pada beberapa parameter permesinan yang terdapat pada ECM seperti feed rate, kerapatan arus, gap,temperatur, flow rate dari elektrolit, tingkat konsentrasi elektrolit, jenis elektrolit, jenis material, dan sebagainya. Maka penting dilakukan pengujian untuk mengetahui parameter dan kombinasi nilai parameter yang akan menentukan kualitas hasil akhir permesinan optimal. Berdasarkan
hal
tersebut,
dilakukan
penelitian
mengenai
optimasimultiobjectivepembuatan engraving pada benda kerja menggunakan mesin ECM. Pada penelitian ini, mesin ECM digunakan untuk membuat engraving pada material Stainlesssteel 204 dengan profil Logo Garuda Indonesia. Parameter yang akan diuji adalah temperatur, tegangan, ketebalan material, dan feedrate dengan respon permesinan material removalrate, surfaceroughness, dan overcut.
4
1.2
Rumusan Masalah Dari latar belakang yang telah dipaparkan tersebut, rumusan masalah dari
penelitian ini adalah untuk mengetahui kombinasi nilai parameter permesinan ECM yang menghasilkan kualitas terbaik dengan respon material removal rate(MRR), overcut, dan surface roughness, serta menemukan parameter yang paling berpengaruh pada ketiga respons tersebut. Parameter yang akan diteliti meliputi: tegangan,suhu, ketebalan material, dan feed rate.
1.3
Asumsi dan Batasan Masalah Asumsi dan batasan yang digunakan agar penelitian ini dapat terfokus
adalah sebagai berikut. 1.
Mesin ECM yang digunakan adalah mesin ECM yang berada di Laboratorium Proses dan Sistem Produksi Departemen Teknik Mesin dan Industri UGM.
2.
Pertimbangan penentuan nilai parameter tetap didapatkan dari penelitianpenelitianyang telah dilakukan sebelumnya.
3.
Metode permesinan yang digunakan adalah permesinan dinamis naik dengan tool elektroda menjauhi benda kerja.
4.
Tool elektroda yang digunakan terbuat dari material Stainless steel 204.
5.
Tegangan yang akan diuji pada penelitian ini adalah 7,5 V, 10 V, dan 12,5V.
6.
Suhu elektrolit yang akan diuji pada penelitian ini adalah 26ºC, 31ºC dan 36ºC.
7.
Material benda kerja yang digunakan adalah Stainless steel 204 dengan ketebalan plat 0,3mm, 0,4mm, dan 0,5mm.
8.
Feed rate yang akan diuji pada penelitian ini adalah 0,8 mm/menit, 0,9 mm/menit, dan 1 mm/menit.
9.
Profil permesinan yang digunakan pada benda kerja adalah logo maskapai Garuda Indonesia.
5
10. Permesinan yang dilakukan menggunakan metode die sinking dengan teknik permesinan tidak sampai membuat lubang pada material (engraving). 11. Sistem kontrol dari mesin ECM menggunakan software Mach3 dengan sistem input G-code. 12. Aliran pompa larutan elektrolit memiliki kecepatan 1,2 m/s. 13. Parameter suhu dari larutan elektrolit merupakan suhu selama dilakukan proses permesinan. 14. Suhu larutan elektrolit pada bak penampung elektrolit selalu tetap. 15. Kenaikan suhu elektrolit pada box permesinan tidak mempengaruhi suhu elektrolit keseluruhan.
1.4
Tujuan Penelitian Tujuan dari penelitian ini adalah:
1.
mendapatkan respon nilai MRR tertinggi, nilai surface roughnessterendah, serta nilai overcutterendah dari kombinasi level tegangan, suhu elektrolit, ketebalan material benda kerja, danfeed rate, serta urutan faktor yang paling berpengaruh terhadap respon,
2.
menyusun model matematis menggunakan regresi dari hasil eksperimen untuk memprediksi nilai respon terhadap nilai parameter, dan
3.
mengetahui nilai kombinasi parameter yang menghasilkan respon MRR, surface roughness, dan overcut secara optimal, serta urutan faktor yang paling berpengaruh saat respon dianalisis secara simultan.
1.5
ManfaatPenelitian Manfaat penelitian ini adalah untuk mengetahui pengaruh level parameter
dan kombinasinya serta mendapatkan hasil optimasi dari kombinasi level parameter tersebut. Dengan demikian diharapkan pada penggunaan mesin ECM selanjutnya
dapat
memerhatikan
kombinasi
parameter
mendapatkan hasil produk dengan kualitas yang terbaik.
tersebut
untuk
