Haris Azhari, Dedi Priadi. Departemen Teknik Metalurgi dan Material

Pengaruh Perubahan Arus Pada Kondisi Recast Layer Aluminium Paduan Hasil Proses Electric Discharge Machine Menggunakan Elektoda Cu dan Fluida Dielektrik Kerosin Haris Azhari, Dedi Priadi Departemen Teknik Metalurgi dan Material [email protected], [email protected]

Abstrak Electric discharge machine merupakan proses pemotongan non konvensional yang banyak digunakan saat ini, Hal ini dikarenakan electric discharge machine mampu memotong material yang memiliki kekerasan tinggi dengan cepat dan mampu membentuk dimensi yang rumit. Permasalahan muncul pada saat hasil proses pemotongan memperlihatkan adanya recast layer. Recast layer adalah lapisan tipis hasil dari proses pemanasan yang tinggi lalu didinginkan dengan cepat. Kemunculan recast layer berdampak pada munculnya micro crack disekitar lapisan tersebut. Oleh karena itu pada penelitian ini dilakukan pengkajian tentang pengaruh arus yang digunakan pada electrictric discharge machine menggunakan material aluminium alloy. Aluminium alloy banyak digunakan di dunia industri otomotif sehingga cacat yang mungkin terbentuk sangat berpengaruh terhadap reject produk yang dihasilkan. Selain recast layer penelitian ini juga mengkaji adanya migrasi material. penggunaan suhu yang tinggi memungkinkan terjadinya difusi antara benda kerja dan elektroda. Pada hasil recast layer akan dilakukan uji EDAX untuk mengetahui unsur – unsur yang terkandung di dalamnya. Pengujian EDAX juga dilakukan di daerah base metal. Perbandingan hasil dari daerah recast layer dan base metal hasil electric discharge machine tersebut akan membuktikan apakah terjadi migrasi material. Kata Kunci: Elecrtic discharge machine; recast layer; micro crack, arus; aluminium alloy; EDAX; base metal Effect of change current on condition of recast layer the aluminium alloy result electric discharge machine process use electrode Cu and fluid dielectric kerosene Abstract Today, the process of cutting the material that is widely used. This is because the electric discharge machine was able to cut material that has a high hardness rapidly and capable of forming a complex dimension. The problems emerged when the result of the cutting process showing the recast layer. Recast layer is a thin layer that result from high heating process and

Pengaruh perubahan..., Haris Azhari, FT UI, 2014

1

cooling down rapidly. The emergence of recast layer affects the advent of micro crack around the layer. Therefore in this research, the study of the influence of currents used in electric discharge machine that using aluminium alloy. The aluminium alloy is widely used in the automotive industry that defect possible is formed very influential to reject the product.in addition recast layer, this study also examine the migration of material. the application of high temperature allowing the diffusion between the electrode and the workpiece. The result of testing will be performed recast layer EDAX to find out elements contained within it. The testing of EDAX was also carried out in the area of the base metal. The comparision the result from the recast layer and base metal would be proving whether the migration of material. Keywords : electric discharge machine; recast layer, micro crack; current; aluminium alloy; EDAX; base metal

1. Pendahuluan Industri otomotif merupakan salah satu jenis industri yang membutuhkan bahan dasar logam dalam jumlah yang cukup banyak untuk menghasilkan komponen otomotif. Oleh karena efisiensi bahan bakar dan kecepatan merupakan faktor penting dalam pengaplikasiannya, tentu komponen otomotif tersebut membutuhkan bahan – bahan dalam hal ini logam yang cukup ringan, namun tetap memberikan performa yang terbaik. Sehubungan dengan hal itu, aluminium merupakan salah satu pilihan utama. Apalagi setelah krisis energi yang melanda dunia pada tahun 1970-an, membuat penggunaan aluminium cor pada banyak kendaraan menjadi semakin besar, karena aluminium diketahui memiliki rasio kekuatan terhadap berat yang sangat tinggi.[1] Electric Discharge Machine atau biasa disebut dengan EDM merupakan proses pemesinan non konvensional yang menggunakan energi listrik dan panas, dimana energi tersebut digunakan untuk menghasilkan percikan listrik sehingga terjadi pengikisan material yang dilakukan oleh elektroda pada mesin EDM tersebut. EDM sering digunakan pada material yang sangat sulit untuk dilakukan permesinan terutama pada material yang keras dan memiliki ketahanan temperature yang tinggi. Alat ini mampu melakukan pemotongan dengan sangat cepat dan juga mampu membentuk dimensi geometri yang rumit. Sehingga penggunaan mesin EDM di dunia industri sangat luas karena memberikan manfaat yang banya. Dengan keunggulan – keunggulan tersebut bukan berarti pemakaian mesin EDM tidak menimbulkan masalah. Pemotongan material dengan menggunakan mesin EDM menimbulkan recast layer pada struktur material tersebut

[8]

.

Recast layer timbul akibat dari perlakuan permukaan yang diberikan pada material. Hal ini


2

akibat dari pendinginan cepat material yang mencair akibat pemanasan yang diberikan. Recast layer yang timbul pada material akan menimbulkan micro crack pada struktur material. Hal ini sangat tidak diinginkan karena akan menyebabkan kegagalan atau failure pada pemakaian material tersebut. Alat media pendingin untuk mengurangi dampak dari recast layer seperti kerosin, air distilasi, minyak jarak, dan lain lain terus dikembangkan akhir – akhir ini. Kapasitas aliran dielektrik untuk pembilasan (flushing) berpengaruh terhadap nilai MRR, TWR dan Ra. Tidak hanya itu penggunaan fluida dielektrik yang berbeda juga berpengaruh terhadap penghanyutan geram dari gap antara elektroda dan benda kerja [6]. Terbentuknya recast layer tidak hanya di tentukan oleh penggunaan fluida dielektrik pada mesin EDM saja. Penggunaan arus yang diberikan pada saat pemotongan juga mempengaruhi terbentuknya recast layer pada struktur material. Penelitian ini dilakukan untuk mengamati pengaruh arus yang diberikan terhadap terbentuknya recast layer pada struktur material

2. Tinjauan Teoritis 2.1 Electric Discharge Machine (EDM) Electric Discharge Machine merupakan proses manufaktur non – konvensional. Dalam prosesnya, material dipotong dengan menggunakan percikan listrik yang mengikis permukaan material yang berasal dari elektroda pada mesin EDM. Pada benda kerja dan elektroda yang digunakan, keduanya dicelupkan ke dalam sebuah larutan yang disebut fluida dielektrik yang ditunjukan pada Gambar 2.1. pada proses pemotongan tidak adanya kontak atau gaya antara elektroda dan benda kerja sangat menguntungkan pada proses pemotongan sehingga tidak akan terjadi tegangan mekanis, chatter dan masalah pada pemesinan lainnya yang sering muncul. [1] [2]


3

Gambar 2.1. Benda kerja dan elektroda dalam fluida dielektrik [1][2] Sifat mekanik dari benda kerja dan elektroda tidak menjadi suatu perhatian dari proses pemotongan material karena energi listrik diubah menjadi energi panas sehingga menyebabkan terjadinya lelehan material. lelehan material terjadi karena adanya loncatan bunga api (spark) yang terjadi antara celah elektroda dan benda kerja. Loncatan itu sendiri tidak terjadi secara kontinu tetapi secara periodik terhadap waktu yang terdapat pada parameter proses mesin EDM itu sendiri. Dengan menggunakan proses EDM memungkinkan untuk melakukan pemesinan pada logam yang memiliki kekerasan yang tinggi dan juga dapat membentuk dimensi yang kompleks yang tidak mungkin di proses dengan metode mesin konvensional lainnya. Proses EDM biasa digunakan untuk membentuk mould dan dies dari suatu material. Pembandingan metode konvensional yang digunakan terhadap laju pemotongan material pada proses EDM sangat tinggi tergantung besaran arus yang digunakan pada parameter proses yang digunakan [1] [2]

EDM adalah proses pemotongan material yang dilakukan dengan proses terkontrol dari material konduktif listrik yang direndam dalam cairan fluida dielektrik dengan serangkaian distribusi yang dilakukan secara acak. Suatu batasan yang penting bahwa EDM hanya bekerja untuk

benda-benda

memotong

yang dapat dialiri listrik atau benda-benda konduktif. EDM dapat

sudut kecil atau sudut dengan bentuk tak beraturan, garis tak beraturan atau

lubang/rongga pada logam berat dan logam mulia seperti titanium, hastelloy, kovar, inconel, dan


4

carbide. Adapun salah satu jenis pengerjaan material dengan menggunakan mesin EDM dapat dilihat pada gambar berikut. Proses Electric Discharge Machine (EDM) memiliki kemampuan dasar, diantaranya : 1. mampu mengerjakan metal atau paduan yang sangat keras yang tidak mudah untuk dikerjakan dengan proses pemesinan konvensional, sehingga proses EDM banyak digunakan dalam pembuatan peralatan-peralatan pembentuk (cetakan) dan perkakas pemotong yang dibuat dari baja yang dikeraskan, Karbida, Tungsten, dll. 2. Mampu mengerjakan kontur permukaan benda kerja yang kompleks, dengan dimensi sama secara berulang-ulang selama proses pembentukan tidak membutuhkan gerakan elektroda diluar jangkauan gerakan utama proses EDM 2.2 Mekanisme Proses EDM Pada EDM, pemotongan material didasarkan pada electro discharge erosion (EDE) yang terjadi antara elektroda dan benda kerja yang dipisahkan oleh cairan dielektrik. Pemotongan logam terjadi akibat dari timbulnya temperatur yang sangat tinggi yang dihasilkan oleh tingginya intensitas pelepasan energi sehingga terjadi penguapan dan pencairan benda kerja. Arus searah yang dialirkan pada rangkaian dalam pulse yang dapat diperkirakan dalam bentuk gelombang persegi. Idealnya, masing – masing pulse menciptakan suatu percikan. Setiap percikan yang terjadi menghasilkan resistensi kecil yang terjadi didekat percikan. Erosi terjadi diatas permukaan elektroda dan antar muka benda kerja. Variable yang digunakan pada proses EDM adalah on-time, off-time, dan peak current seperti yang ditunjukan pada Gambar 2.1.

Gambar 2.1. jenis pulse arus yang di control oleh generator [3]


5

Gambar 2.2. variasi dalam tegangan dengan variable waktu [3] Rangkaian pulse tegangan besarnya sekitar 20 sampai 120 V dan frekuensi yang terapkan adalah 50 kHz yang dipisahkan oleh celah kecil sekitar 0.01 sampai 0.5 mm. bila menggunakan RC generator pada tegangan pulse seperti yang ditunjukan oleh gambar 2.2. Pemilihan tegangan suplai memperhatikan beberapa faktor misalnya ukuran peralatan, keselamatan operasi dan lain – lain. Tegangan arus DC yang digunakan pada mesin EDM berkisar antara 30 – 200 V. nilai pasokan listrik dalam ampere berkisar dari 10 sampai 1000 A. EDM menghasilkan debit bunga api dari elektroda ke benda kerja dalam fluida dielektrik. Pada tahap awal proses, karena arus listrik yang rendah dari elektron melewati cairan listrik dielektrik dari elektroda negarif menuju ke kutub postitif. Pada celah yang ada antara elektroda dan benda kerja tercipta suatu gelembung kecil. Peningkatan jumlah gelembung dan pertumbuhan ukuran pertumbuhannya terjadi pada tahap kemudian. Kemudian hal ini menghasilkan gelembung tunggal yang membuat jembatan antara elektroda seperti yang ditunjukan pada Gambar 2.5. karena tumbukan electron dipercepat dengan gas atau uap molekul dalam jembatan gas, ionisasi dari molekul yang dimulai kemudian akan berakhir pada ionisasi penuh dan pembentukan plasma. Plasma ini adalah sumber panas ditengah yang meliputi jembatan gas bagian ujung yang menyentuh elektroda. Dengan perkembangan panas dalamsaluran plasma uap gelembung akan tumbuh. Perluasan terus menerus dari gelembung gas selama debit listrik dalam tekanan gelembung.[3] 2.3 Recast Layer Terbentuknya recast layer, yaitu permukaan yang dimodifikasi, dikarenakan pendinginan cepat material yang mencair ataupun fasa gas oleh fluida dielektrik. Berbagai media pendingin digunakan seperti kerosin, air distilasi dan sebagainya. Dengan maksud yang sama untuk modifikasi permukaan, banyak penelitian mencampur fluida dielektrik dengan serbuk metalurgi.


6

Kapasitas aliran dielektrik untuk pembilasan (flushing) berpengaruh terhadap MRR, TWR dan Ra . Pembilasan juga berpengaruh terhadap rapat retak (crack density) maupun recast layer. pada penampang terpotong hasil EDM dibagian atasnya terdapat lapisan putih (white layer), yang merupakan hasil pembekuan logam cair permukaan terpotong dengan kecepatanpembekuan tinggi. Ketebalan lapisan ini tergantung pada energi pulse (pulse energy) dan lamanya energi (pulse duration) mengenai/membombardir permukaan benda kerja. Lapisan di bawahnya akan mengalami perubahan phase dan komposisi kimianya. Kemudian lapisan berikutnya merupakan daerah deformasi plastis, dengan adanya regangan mikro dan makro yang dicirikan dengan munculnya kembaran (twinning), slip dan perubahan fasa.

Gambar 2.8. Pola lapisan permukaan hasi EDM [16] Proses EDM tidak saja mengubah permukaan tetapi juga mengubah subsurface (Kruth et al. 1995).Ada tiga (3) lapisan di atas bagian material yang tidak terpengaruh proses pemotongan, dengan pola seperti pada Gambar

1. Lapisan permukaan EDM yang paling luar/ teratas

(spattered EDM surface layer) terbentuk ketika logam cair lepas dari permukaan terpotong dan sejumlah kecil material elektroda membentuk butiran/bola, yang menyebar ke permukaan benda kerja. Material yang menyebar ini mudah untuk dihilangkan. Lapisan berikutnya adalah recast (white) layer. Proses EDM mengubah struktur metalurgi dan sifat dari recast layer. Lapisan ini terbentuk dengan adanya logam cair yang tetap menempati dan membeku di dalam kawah. Logam cair tersebut dengan cepat didinginkan (quenched) oleh fluida dielektrik. Retak rambut (microcrack) sangat mungkin terbentuk,

dan merupakan lapisan rapuh. Jika lapisan ini

terlampau tebal atau tidak dapat dikurangi/ dibuang dengan cara pemolesan, dapat menimbulkan kegagalan prematur dari peralatan (part) saat digunakan. Lapisan terakhir adalah daerah


7

terpengaruh panas (heat affected zone; HAZ) atau disebut lapisan anil (annealedlayer), yang hanya menerima panas tetapi tidak sampai mencair. Kedalaman recast layer dan HAZ ditentukan oleh daya/energi pemotongan dan konduktifitas panas material. Daerah logam yang mengalami perubahan akan menentukan kualitas permukaannya (surface integrity). Mesin EDM CNC yang dilengkapi dengan sirkuit otomasi proses pengakhiran, dapat mengurangi secara nyata ketebalan recast layer namun tidak dapat menghilangkan HAZ. Dari berbagai sumber acuan diketahui bahwa perlakuan permukaan di sini hanya terjadi pada lapisan terpotong yang membeku kembali (recast layer). Jadi berbeda dengan perlakuan dalam proses heat treatment yang berlangsung tanpa adanya perubahan dimensi. Selain itu, tidak dilaksanakan semata untuk perlakuan permukaan namun dilakukan bersamaan dengan proses pemesinan untuk mencapai geometri produk tertentu. Sehingga tahapan proses pembuatan suatu produk dapat dipersingkat yang berarti dari aspek manufaktur komponen mesin memiliki potensi ekonomi. 2.4 Aluminium Alloy Paduan aluminium tuang semakin meluas dan berkembang dalam berbagai bidang aplikasi, khususnya dalam industri manufaktur. Hal tersebut karena aluminium memiliki berat jenis yang rendah (2,57 – 2,95 gr/cm3) dan sifat mekanis yang baik. Aluminium juga dapat dengan mudah dikombinasikan dengan unsur lain untuk meningkatkan sifat mekanis, mampu cor (castability), mampu mesin (machinability), ketahanan korosi, konduktivitas panas dan listrik, mampu las (weldability) dan ketahanan terhadap retak (hot tear). Kualitas dari produk cor tersebut masih dapat ditingkatkan dengan metode modifikasi, penghalusan butir, serta perlakuan panas (heat treatment)[7] Secara umum pengecoran aluminium bisa dilakukan dengan berbagai macam proses. Persyaratan kualitas, keterbatasan teknis serta faktor ekonomi yang dapat menentukan jenis proses yang akan dipilih. Ada tiga jenis proses pengecoran yang utama yaitu sand casting, permanent mold casting (gravity dan low pressure), serta high pressure die casting. Sand casting dipilih untuk produk cor dengan ukuran besar (diatas 1 ton) dan diproduksi dalam jumlah satu hingga beberapa ratus komponen. Permanent mold casting cocok untuk produk cor dengan ukuran menengah (sekitar 100 Kg) dan diproduksi dalam jumlah seribu hingga seratus ribu


8

komponen. Sementara high pressure die casting cocok untuk produk cor dengan ukuran kecil (sekitar 50 Kg) dan diproduksi dalam jumlah sepuluh ribu hingga seratus ribu komponen[8] Sebagai material tuang, paduan aluminium memiliki karakteristik yang menunjang, yaitu [7] : 1) Sifat fluiditas yang baik sehingga dapat mengisi bagian yang tipis 2) Temperature lebur yang rendah yaitu sekitar 6500 – 7600 C sehingga energi peleburannya tidak tinggi 3) Titik uapnya cukup tinggi yaitu sekitar 20000C sehingga tidak berbahaya dalam proses produksi yang temperaturnya berkisar dibawah 10000C 4) Siklus penuangan yang cepat, dikarenakan perpindahan panas dari aluminium cair ke cetakan relative cepat, sehingga produktivitas dapat ditingkatkan 5) Kelarutan hydrogen dalam aluminium dapat dikontrol dengan proses yang baik 6) Mudah dipadu dengan elemen lain 7) Memiliki permukaan as-cast yang baik, berkilat tanpa noda 8) Memiliki stabilitas kimia yang baik 9) Banyak jenis paduan aluminium yang bebas dari kecenderungan terjadinya keretakan akibat hot shortness 10) Ramah lingkungan, hamper tidak ada yang terbuang 11) Pasir cetak yang digunakan mudah direklamasi 12) Peralatan peleburan tidak terlalu mahal 13) Tahan korosi Disamping itu, aluminium tuang juga memiliki kelemahan-kelemahan antara lain [7] : 1) Berat jenis yang rendah menyebabkan aluminium mudah tercampur dengan kotoran (oksida) Al2O3 yang memiliki berat jenis yang hamper sama 2) Mudah berikatan dengan gas terutama hydrogen pada kondisi cair sehingga harus dilakukan degassing atau Ar treatment 3) Penyusutan saat membeku cukup tinggi yaitu sekitar 6%


9

3. Metode Penelitian

Mulai

Proses machining Aluminium Alloy menggunakan proses EDM Proses machining Aluminium Alloy Parameter pproses Menggunakan roses EDM Tegangan : 380 V Arus : 3 A, 4,5 A, 6 A, 9 A, 12 A, 15 A Fluida dielektrik : Kerosin Pulse on Time : 2 µs, 4µs, 6µs, 8µs,10 µs Pulse off time : 2 µs Elektroda : Tembaga Pembilasan : Injeksi Hasil EDM dipotong untuk pengamatan karakterisasi material Proses machining Aluminium Alloy Pengambilan pdroses ata EDM Menggunakan

Uji SEM dan EDAX

Pembahasan

Uji kekasaran permukaan

Uji komposisi kimia

Pengamatan struktur mikro

Kesimpulan

Proses machining Aluminium Alloy Menggunakan proses EDM

Selesai

Gambar 3.1 Diagram alir eksperimen


10

3.1 Alat dan Bahan Penelitian ini menggunakan peralatan sebagai berikut: 1) Mesin EDM SKMT 60 yang digunakan untuk melakukan machining pada aluminium alloy yang dilakukan di PT 3D Engineering Rekayasa daerah cikarang. Proses pemotongan material menggunakan elektroda Cu dan fluida dielektrik kerosin. 2) Scanning Electron Microscope (SEM) Pengamatan dengan SEM untuk memperoleh micrograph dari recast layer. Uji SEM dilakukan di laboratorium SEM Departemen Teknik Metalurgi dan Material Universitas Indonesia.Pengujian SEM menggunakan SEM LEO 420i milik Departemen Metalurgi dan Material. Mikroskop pemindai elektron (SEM) digunakan untuk studi detil arsitektur permukaan sel (atau struktur jasad renik lainnya), dan obyek diamati secara tiga dimensi. Pada SEM, gambar dibuat berdasarkan deteksi elektron baru (elektron sekunder) atau elektron pantul yang muncul dari permukaan sampel ketika permukaan sampel tersebut dipindai dengan sinar elektron. Elektron sekunder atau elektron pantul yang terdeteksi selanjutnya diperkuat sinyalnya, kemudian besar amplitudonya ditampilkan dalam gradasi gelap-terang pada layar monitor CRT (cathode ray tube). Di layar CRT inilah gambar struktur obyek yang sudah diperbesar bisa dilihat. Diharapkan dalam pengujian SEM ini dapat melihat ketebalan lapisan, adanya retak, untuk melihat lebih dalam struktur mikro, serta kandungan dalami material pada bagian recash layer. 3) Uji kekasaran permukaan Pada material Alumunium alloy dilakukan uji kekasaran permukaan yang dilakukan di Universitas Trisakti 4) Alat uji Vickers Microhardnes 5) Hair Dryer 6) Kertas amplas grid 240-1500 7) Mesin amplas poles 1. Alumunium Alloy 2. Elektroda Cu Bahan yang digunakan:


11

1. Alumina Alumina digunakan untuk memoles sampel pasca pengamplasan sehingga didapat permukaan sampel yang lebih halus dan mengkilap seperti cermin. 2. Hardener Hardener digunakan sebagai bahan perekat resin dalam proses mounting. 3. Resin Resin digunakan sebagai bahan dasar pemountingan sampel. Cairan resin dipilih karena daya rekatnya cukup baik dan memberikan kualitas mounting yang baik. 4. Zat etsa Nital Zat etsa Nital digunakan untuk mempermudah proses pengamatan mikrostruktur di bawah mikroskop, menggunakan Nital 3%.

4. Hasil Penelitian Hasil uji komposisi kimia aluminium alloy menggunakan mesin uji spektrometri:

Kode Sampel Al Alloy

Si

Fe

Cu

Mn

Mg

Zn

(%)

(%)

(%)

(%)

(%)

(%)

0.106

0.295

0.005

0.101

10.1

< 0.005

Cr

Ni

Ti

Pb

Sn

Al

(%)

(%)

(%)

(%)

(%)

(%)

0.211

0.012

0.012

0.003

< 0.01

89.0

Dari hasil uji komposisi kimia dapat kita lihat bahwa unsur Mg merupakan paduan dominan dari unsur – unsur lainnya. Dari data tersebut dapat disimpulkan bahwa material aluminium alloy ini memiliki kekuatan dan kekerasan yang cukup tinggi karena terbentuknya sebuah fasa Mg2Si yang berfungsi sebagai penguat. Tetapi kandungan yang terlalu berlebihan di dalam aluminium tidak baik karena bukan terjadi proses penguatan tetapi justru akan terjadi pelunakan pada matriks aluminium yang akan menurunkan ketangguhan dari material.


12

4.1 Kekasaran permukaan material Kekasaran permukaan merupakan ukuran tekstur dari suatu permukaan. Pengukuran dilakukan dengan deviasi vertical dari permukaan nyata dari bentuk idealnya. Kekasaran permukaan berpengaruh terhadap nilai keausan dan kegagalan dari suatu material. semakin tinggi nilai kekasaran permukaan maka kemungkinan terjadinya aus dan gagal pada pemakaian semakin besar. Tabel dibawah ini merupakan nilai dari kekasaran permukaan material aluminium alloy dengan menggunakan elektroda tembaga ( Cu ). Arus yang digunakan pada proses electric discharge machine ini adalah 3 A, 4.5 A, 6 A, 9 A, 12 A, dan 15 A, pulse on time 2 – 10 µs dan real time machining 3 sekon

12

Nilai kekasaran permukaan (µm)

10

10 µs -‐ 9 A

8

10 µs -‐ 15 A 10 µs -‐ 4.5 A

6

10 µs -‐ 12 A 10 µs -‐ 6 A

4

10 µs -‐ 3 A

2

0

Arus yang digunakan ( A )

Grafik 4.1 Nilai kekasaran permukaan terhadap arus Pada grafik diatas dapat kita lihat dengan menggunakan sampling nilai arus 3 A, 4.5 A, 6 A, 9 A, 12 A, 15 A dengan waktu pulse 0n time 10 µs nilai dari kekasaran permukaan material masing – masing. Arus 3 A memiliki nilai kekasaran permukaan paling rendah dengan nilai 5.27


13

µm, sedangkan pada arus 15 A memiliki nilai kekasaran permukaan paling tinggi yaitu 10.51 µm. hal ini berlaku linier seiring dengan peningkatan arus. Sehingga dapat disimpulkan bahwa semakin tinggi arus yang digunakan pada proses EDM maka nilai kekasaran permukaan hasil proses EDM tersebut semakin tinggi. Hal ini akan berpengaruh terhadap cepat aus dari suatu material dan juga kegagalan pakai material tersebut. 12

Nilai kekasaran permukaan (µm)

10

8

15 A -‐ 8 µs 15 A -‐ 6 µs 15 A -‐ 2 µs

6

15 A -‐ 10 µs 15 A -‐ 4 µs

4

2

0

Pulse on time yang digunakan (µs)

Grafik 4.2 Nilai kekasaran permukaan terhadap pulse on time Selain melihat pengaruh arus kita juga coba melihat pengaruh pulse on time terhadap nilai kekasaran permukaan material dengan menggunakan arus 5 A. nilai kekasaran permukaan terbesar terjadi pada pulse on time 4 µs sedangkan nilai kekasaran permukaan terkecil terjadi pada pulse on time 2 µs. pada situasi tersebut dapat dilihat tidak terjadi peningkatan nilai secara linier tetapi terjadi secara acak. Hal ini mungkin terjadi dikarenakan karena lamanya waktu pulse on time pada saat pemotongan terlalu singkat atau perbedaan dari satu ke yang lainnya begitu pendek. Sehingga tidak terjadi perbedaan pada nilai kekasaran permukaan. Dari literature yang penulis dapatkan seharusnya semakin lama waktu pulse on time maka nilai dari kekasaran permukaan akan semakin tinggi.


14

4.2 Laju Pemotongan Material Untuk menentukan laju pemotongan material maka kita harus mengetahui nilai MRR dari proses EDM. Nilai MRR di dapat dari berat sebelom di machining di kurang berat sesudah di machining. Hasil dari itu di bagi waktu pemotongan yang di kali berat jenis material. Pada pengujian laju pemotongan yang memiliki nilai paling besar dengan pulse on time 6 µs adalah arus 12 A dengan besaran 44.48407 mm3/menit, dan arus 12 A memiliki laju tertinggi di semua pulse on time. Sedangkan yang memiliki laju pemotongan paling kecil dengan pulse on time 6 µs adalah arus 4.5 A dengan besaran 3.51943 mm3/menit, dan arus 4.5 A memiliki laju terendah di semua pulse on time. Terjadi anomali pada nilai arus 4.5 A dan 12 A dimana menjadi paling terendah dan tertinggi yang seharusnya justru terjadi di arus 3 A dan 15 A. sesuai literature semakin tinggi arus yang diberikan maka akan semakin mempercepat laju pemotongan dari suatu material. hal ini mungkin terjadi akibat dari kondisi mesin pada saat pemakaian. Pada arus awal kondisi mesin belum cukup panas sehingga tidak maksimal dalam proses pengerjaan. Sedangkan pada arus terakhir kondisi mesin tidak cukup baik dalam melakukan kinerja karena terus dinyalakan selama lebih dari 8 jam, sehingga pada arus terakhir terjadi penyimpangan. Pada pengukuran laju pemotongan material terhadap pulse on time dengan menggunakan arus 9 A tidak terjadi keanehan atau hasil pengujian sesuai dengan literature. Laju pemotongan material yang memiliki kelajuan tertinggi terjadi pada pulse on time 2 µs dan terendah pada pulse on time 10 µs. hal ini sesuai dengan literature dimana semakin tinggi nilai dari pulse on time maka laju pemotongan material akan semakin lambat. 4.3 Analisa Ketebalan Recast Layer Recast layer merupakan produk akhir dari proses EDM. Pada proses EDM pasti akan terjadi recast layer pada material yang dilakukan pemesinan karena pelepasan energi dalam bentuk panas yang tinggi yang diselingi oleh penurunan suhu yang cepat pada saat pembilasan dengan fluida dielektrik. Hal ini kemungkinan akan membentuk suatu fasa martensit dan sementit yang akan mengakibatkan daerah disekitar recast layer cenderung brittle. Pada penelitian kali ini penulis akan mengkaji pengaruh arus terhadap ketebalan dari recast layer


15

dengan menggunakan metalografi untuk mengetahui struktur dari recast layer dan juga ketebalannya.

(a) 3 A

(b) 4.5 A

(d) 9 A

(c) 6 A

(e) 12 A

(f) 15 A

Gambar di atas merupakan gambar hasil uji metalografi sehingga di dapat gambar struktur mikro tersebut. Gambar paling kiri dan atas menggunakan arus pemotongan paling kecil sedangkan gambar paling kanan dan bawah menggunakan arus pemotongan paling besar. Dari hasil pengujian, di dapat bahwa semakin tinggi arus yang digunakan maka akan menghasilkan ketebalan recast layer yang semakin besar. Arus 3 ampere menghasilkan ketebatal recast layer 7.1 µm, Arus 4.5 ampere menghasilkan ketebalan recast layer 15.7 µm. Arus 6 ampere menghasilkan ketebalan recast layer 31.4 µm. Arus 9 ampere menghasilkan ketebalan recast layer 42.8 µm. Arus 12 ampere menghasilkan ketebalan recast layer 47.7 µm. Dan arus 15 ampere menghasilkan ketebalan recat layer 55.7 µm. 4.4 Migrasi Material Permukaan morfologi permukaan EDM biasanya kasar sebagai hasil non-seragam distribusi bola dan nonspherical aglomerat. scanning Electron Mikroskop / Energi dispersif Xray (SEM / EDX) Komposisi analisis benda kerja menunjukkan kehadiran partikel logam selain logam dasar. Logam partikel bergerak dari elektroda ke benda kerja selama EDM yang panas


16

oleh aliran kontiniu dielektrik cairan. Karena partikel tidak bisa sepenuhnya flush dari celah elektroda, bagian dari bahan-bahan diendapkan pada permukaan benda kerja. Ini berarti bahwa selama EDM, sejumlah besar bahan ditransfer dari elektroda ke permukaan benda kerja. Pada daerah recast layer justru terjadi penurunan nilai komposisi Cu. Nilai komposisi Cu didaerah ini adalah 0.38 wt. % Cu. Perubahan komposisi yang terjadi pada daerah recast layer dan base metal menunjukan telah terjadinya migrasi material antara elektroda dan benda kerja. 4.5 Micro crack Untuk membuktikan adanya micro crack yang terjadi pada proses EDM kita akan melakukan pengujian SEM

Gambar 4.12 SEM aluminium alloy perbesaran 1000 x




17

Dengan melakukan pengamatan secara fraktografi terlihat adanya micro crack. walaupun tidak dilakukan penghitungan berapa banyak crack yang terjadi pada masing – masing arus tetapi menurut literature yang ada bahwa semakin tinggi arus maka crack yang terjadi semakin besar dan banyak. Hal ini terjadi karena pengaruh tegangan termal yang terjadi selama proses permesinan mesin EDM. Parameter yang mempengaruhi micro crack adalah tegangan, arus listrik, dan fluida

5. Kesimpulan 1. Recast layer pada arus 3 A memiliki ketebalan 7.1 µm sedangkan pada arus 15 A memiliki ketebalan 55.7 µm. sehingga semakin besar arus yang diberikan maka semakin tebal recast layer yang terbentuk. 2. Untuk melihat micro crack dapat menggunakan SEM. Pada pengamatan fraktografi yang dilakukan dengan SEM terlihat pada arus yang lebih besar terdapat lebih banyak crack yang terbentuk. Tetapi tidak dilakukan penghitungan dan perbandingan jumlah crack yang terbentuk di arus 3 A dan arus 15 A 3. Perubahan komposisi element Cu dari recast layer dan base metal pada arus redah dan tinggi membuktikan adanya migrasi material yang terjadi. Pada arus 3 A di daerah base metal element Cu memiliki komposisi 0.50 wt % sedangkan di daerah recast layer element Cu memiliki komposisi 0.38 wt %. Pada arus 15 A di daerah base metal element Cu memiliki komposisi 0.54 wt % sedangkan di daerah recast layer element Cu memiliki komposisi 0.28 wt %. 4. Nilai kekasaran permukaan aluminium alloy pada pulse on time 10 µs dan arus 3 A memiliki nilai 5.27 µm sedangkan pada pulse on time 10 µs dan arus 15 A memiliki nilai 10.51 µm. sehingga semakin besar arus maka nilai kekasaran permukaan material semakin tinggi 5. Laju pemotongan material lebih dalam terjadi pada arus yang lebih tinggi. Tetapi terjadi anomali dimana arus 4.5 A yaitu 3.51943 mm3/menit memiliki laju pemotongan yang paling kecil dan 12 A yaitu 44.48407 mm3/menit memiliki laju pemotongan yang paling besar.


18

6. Saran 1. Pemilihan arus dalam melakukan penelitian sebaiknya menggunakan nilai yang besar (50

– 200 ampere). Hal ini akan menghemat waktu dalam melakukan proses pemotongan. 2. Pada pengamatan analisa micro crack sebaiknya digunakan analisasa kuantitatif yang

menghitung besarnya panjang crack atau menghitung banyaknya retak yang terjadi. sehingga hasilnya akan lebih baik lagi 7. Kepustakaan 1. Hoang, V., S., et al, A study of method to control EDM process, Mechanical Engineering faculty, Department of Industrial Automation, Hanoi University of Technology, pp. 1-5, 2003. 2. Hoang, V., S., A method to reduce the relative wear in EDM die sinking processes by reversed pulse, Hanoi University of Technology, ,pp. 1-3, Email: [email protected], 2004. 3.

Lotfi, K., G., Electrical Discharge Machining (EDM), the American University in Cairo, Department of Mechanical Engineering, Vol. 202, 2003.

4.

Gisbert, L., Advantages of the New EDM and HSM Technology, Agie Chamilles Group, pp. 1-34, 2005.

5. Pandey, P., C., and Shan, H., S., Modern machining processes, University of Roorkee, New Delhe, Chapter 4, pp.84-113, 1980. 6. Hassan, El-Hoffy, Advanced Machining Processes, Chapter 5, pp.115 - 140, by McGraw-Hill Company, 2005. 7. Bambang, suharno. Diktat Kuliah Pengecoran Logam. 2009. Depok, Departemen

Metalurgi dan Material. 2009.

8. Margaret, H., C., Environmental Constituents of Electrical Discharge Machining, thesis Submitted to the Department of Mechanical Engineering, Massachusetes Instute of Technology, 2004. 9. Section manual book low pressure die casting. PT Astra Honda Motor 10. http : //www.key-to-metals.com. effect of alloying element . 11. ASM Handbook. Volume 15: Casting ASM International: Metal Park, Ohio, 1988.


19

12. P. M. Lonardo, and A. A. Bruzzone, “Effect of flushing and electrode material on die sinking EDM”, Annals of the CIRP, vol. 48, 1999. 13. I. Puertas, C.J. Luis, A study on the machining parameters optimization of electrical discharge machining, in: J.M. Torralba (Ed.), Proceedings of the International Conference on Advanced Materials and Processing Technologies (AMPT), Leganés, Spain, 2001, pp. 1173–1180.


20

Haris Azhari, Dedi Priadi. Departemen Teknik Metalurgi dan Material

Recommend Documents