Optimasi Laju Pengerjaan Material dan Kekasaran Permukaan pada Proses Electrical Discharge Machining Die-sinking (Optimization Metal Removal Rate and Surface Roughness of Electrical Discharge Machining Die Sinking Processing) Mahros Darsini, F.X. Kristiantaii, Hamzah Fansuriiii Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Jember
ABSTRACT Electrical Discharge Machining working processes (EDM) is used to make dies in the manufacture of a product. Material removal rate and surface roughness result from the process is influenced by parameters used. The relationship between the rate of construction materials and surface roughness on the Electrical Discharge Machining (EDM) are very interrelated. It can be seen that the quality of surface roughness can be achieved by running the material processing rate (MRR) at the possible but this would increase production costs. Therefore it is required proper parameter settings. In this study, the process of Die Sinking Electrical Discharge Machining with parameter variations of electric current 0F 3 amperes, discharge time of 5s, on-time of 30µs, discharge gap of 1 mm and done on carbon steel plate was AISI H13 by using graphite electrodes. With used dual response surface method and optimization response get result maximum metal removal rate of 14,10087 mm3/min with minimum surface roughness of 3,59 µm.
Key word: EDM die-sinking, MRR, surface roughness, response surface method
PENDAHULUAN Proses pengerjaan Electrical Discharge Machining (EDM) adalah salah satu dari proses pengerjaan material non–konvensional dengan cara loncatan bunga api yang terjadi antara pahat (electrode) dengan benda kerja melalui suatu media cair (fluida dielektrik). Salah satu aplikasi proses EDM adalah untuk pembuatan die. Ada tiga tahapan dalam proses pembuatan dies dengan proses EDM yaitu roughing, semi finishing hingga finishing. Untuk mendapatkan tingkat kekasaran permukaan yang kecil biasanya akan membutuhkan waktu dan biaya tambahan. Permasalahan tersebut sebenarnya dapat dihindari apabila pengaturan variabel permesinan dilakukan secara tepat.
Berbagai penelitian telah dilakukan mengenai variabel yang berpengaruh pada proses EDM dan perbaikan karakteristik prosesnya. Metal removal rate (RMR) dan kekasaran permukaan dipengaruhi oleh arus listrik dan ontime pulse (Antlantika, 1993). Analisis RMR benda kerja dan electrode pada proses EDM dipengaruhi oleh arus listrik, ontime pulse, offtime pulse, polaritas dan interaksi antara ontime pulse dan arus listrik (Setiawan, 1996). Laju keausan electrode, kekasaran permukaan dan overcut sangat dipengaruhi arus listrik dan tegangan (Bejo, 2001). Dari penelitian di atas pembahasan hanya terbatas pada bagaimana hubungan variabelvariabel proses terhadap karakteristik proses EDM dan belum dibahas bagaimana setting variabel proses EDM dapat menghasilkan karakteristik yang optimal. Penelitian ini bertujuan menvariasi parameter yang yang dapat menghasilkan laju pengerjaan material (MRR) dan kehalusan permukaan yang optimum. TINJAUAN PUSTAKA Prinsip Kerja Electrical Discharge Machining Pada dasarnya proses pengerjaan material dengan menggunakan EDM adalah suatu proses yang kompleks yaitu sejumlah loncatan bunga api listrik yang terjadi pada celah antara electrode dan benda kerja terendam di dalam cairan dielektrik. Cairan dielektrik tersebut berfungsi sebagai media isolator pada proses EDM. Beda tegangan listrik antara pahat dengan benda kerja harus melampaui break down voltage pada celah dielektrik agar menghasilkan loncatan bunga api listrik. Break down voltage mengakibatkan terjadinya proses perautan material pada proses EDM (Darsin, 2010). Besar break down voltage ini sangat tergantung pada jarak pada dua posisi terdekat antara electrode dan benda kerja, sifat isolator dari fluida dielektrik yang digunakan, tingkat polusi yang terjadi pada celah dielektrikum tersebut. Menurut Mikel (1996), sebagaimana dijelaskan Gambar 1, proses terjadinya loncatan bunga listrik adalah sebagai berikut: a. Dengan adanya medan listrik antara pahat dengan benda kerja maka elektron– elektron bebas yang terdapat pada permukaan pahat akan tertarik menuju benda kerja (anoda). Dalam pengerjaan menuju anoda maka elektron yang berenergi kinetik akan bertubrukan dengan molekul–molekul cairan dielektrik tersebut;
b. Di dalam proses tubrukan antara elektron bebas dengan molekul dielektrik tersebut, maka akan terbentuk elektron baru yang juga ikut bergerak sesuai dengan muatannya dan akhirnya akan terbentuklah saluran ion; c. Dengan terbentuknya saluran ion tersebut maka tahanan listrik pada gap menjadi sangat rendah sehingga menyebabkan terjadinya pelepasan energi listrik dalam waktu yang singkat dalam hal ini berupa loncatan bunga api listrik.
Gambar 1. Proses terjadinya loncatan bunga api listrik
Selengkapnya perangkat sebuah mesin EDM die-sinking terdiri atas tool, workpiece, dielectric fluid, pulse generator, servo motor dan tank sebagaimana disajikan pada gambar 2.
Gambar 2. Skema mesin electrical discharge machining
Menurut Bagiasna (1987) proses terjadinya pengerjaan material pada proses EDM adalah sebagai berikut: a. Setiap loncatan bunga api listrik yang mempunyai energi yang tinggi akan menumbuk benda kerja. Hal ini akan menyebabkan suatu pemusatan aliran elektron yang bergerak dengan kecepatan tinggi dan menyebabkan terjadi perubahan energi listrik menjadi energi panas, sehingga permukaan benda kerja maupun pahat akan mengalami kenaikan suhu yang tinggi ± 8000 0C – 12000 0C sehingga menyebabkan pelelehan lokal pada bagian benda kerja tersebut. Kondisi seperti ini juga terjadi pada pahat. Pada saat yang bersamaan terjadi juga penguapan (vaporisation) baik pada benda kerja, pahat maupun cairan dielektrik. Kenaikan temperatur menyebabkan membesarnya volume maupun tekan gelembung uap tersebut; b. Setelah terjadi loncatan bunga api listrik maka listrik akan berhenti. Hal ini akan menyebabkan penurunan temperatur secara mendadak yang membuat gelembung uap tersebut mengkerut dan material yang leleh akan terpencar keluar dari permukaan benda kerja meninggalkan bekas berupa kawah- kawah. Laju Pengerjaan Material
Proses laju pengerjaan material (Metal Removal Rate) pada benda kerja adalah terjadinya pembentukan kawah-kawah halus pada permukaan benda kerja. Laju pengerjaan material bergantung pada volume material yang terbuang oleh energi setiap loncatan bunga api listrik dan frekuensinya. Melting poin benda kerja juga mempengaruhi laju pengerjaan material tersebut (John A. Schey, 2000). Laju pengerjaan material atau Metal Removal Rate (MRR) pada proses EDM lebih lambat dibandingkan dengan proses pemesinan konvensional, diantaranya dipengaruhi frekuensi discharge, banyaknya arus tiap discharge, material electrode, material benda kerja dan kondisi flushing cairan dielektrik (Steve F dan Albert F, 1997). Intensitas arus dan discharge time memberi pengaruh yang besar terhadap laju pengerjaan material (Antlantika, 1993). Menurut Laksmi Indriani (1997) laju pengerjaan material didefinisikan sebagai besarnya volume material yang dihasilkan per satuan waktu, biasanya mm3/min:
VolumeMaterialYangTerbuang (mm3 ) …………. (1) Waktu Pr oses (min)
MRR Kekasaran Permukaan
Kekasaran permukaan merupakan faktor yang sangat penting untuk menjamin kualitas, misalnya suaian atau ketahanan. Kekasaran permukaan didefinisikan sebagai ketidakteraturan konfigurasi permukaan pada suatu benda atau bidang. Dalam hal ini, yang dihasilkan dari proses EDM adalah konfigurasi permukaan yang bentuknya berupa kawah-kawah kecil pada suatu permukaan. Menurut Rochim (1985) kekasaran permukaan masih dapat dibedakan lagi menjadi dua yaitu: a. Kekasaran permukaan ideal, merupakan kekasaran permukaan yang diperoleh dengan kondisi ideal dimana hanya dipengaruhi oleh variabel pemesinan saja. Menurut Pandey (1983) pada penelitian proses EDM, kekasaran permukaan ideal dipengaruhi oleh: 1. Tegangan
N. v c 2/3
Hu
Dimana Hu
1/ 3
0
f
……………………… (2)
= kekasaran permukaan rata-rata (µm)
K
= kostanta
V0
= tegangan power supply (volt)
C
= capasitanse (µF)
F
= charging frekuency (Kcpm)
t’
= t x10 = waktu ontime pulse (µs)
1
6
'
2. Ontime pulse Ontime pulse adalah selang terjadinya pelepasan energi listrik atau loncatan bunga api listrik. Hu = K.Vc2/3.C1/3.t’
. …………………… (3)
3. Arus listrik Arus listrik yang mengalir juga mengakibatkan kekasaran permukaan produk pada proses EDM karena proses pengerjaan EDM tergantung pada besarnya arus listrik yang mengalir : Hu = kt.E1/3 Dimana Hu E
…… …..................................(4)
= kekasaran permukaan. = energi listrik (watt) = V.I.t
V
= tegangan listrik (volt).
I
= arus listrik (ampere).
b. Kekasaran permukaan natural merupakan kekasaran permukaan yang dipengaruhi oleh ketidakteraturan selama proses permesinan, kesalahan operator dan getaran mesin. Kekasaran permukaan dipengaruhi oleh arus listrik, tegangan, interaksi antara arus listrik dengan ontime pulse dan kondisi optimal kekasaran permukaan pada material SKD 11dapat dicapai pada arus 3 ampere, ontime pulse 100 µs dan tegangan 70 volt yang menghasilkan kekasaran permukaan sebesar 1,24 µm (Bejo, 2001). Berdasarkan profil yang tersebut di atas, dapat didefinisikan parameter-parameter kekasaran permukaan sebagai berikut (Taufik Rohim, 1985): a. Kekasaran puncak rata–rata (Rz) adalah harga rata–rata dari kekasaran puncak yang dihitung 5 kali berturut–turut mengikuti kedalaman puncak dengan membagi jarak panjang sampel yang sama. Kekasaran puncak rata–rata (Rz) dapat dirumuskan sebagai berikut: Rz
¦ y2 N
Pm …………………. (5)
b. Rata-rata aritmatis (Ra) adalah harga rata-rata aritmatis dari nilai absolut jarak antara kekasaran profil terukur dengan profil tengah. Secara matematis dapat dirumuskan sebagai berikut:
Ra
1 ¦y n
Pm …………………. (6)
Dimana : lm = sampling length c. Kedalaman total (Rmax/Rt) adalah kedudukan antara profil referensi dan profil dasar. R max
Z i max ……………………… (7)
Z i max = perbedaan tinggi antara puncak tertinggi dengan dasar lembah pada profil pada tiap single sampling length. Gambaran bagaimana menilai kekasaran disajikan pada gambar 3
Gambar 3. Parameter kekasaran permukaan
METODOLOGI PENELITIAN Waktu dan Tempat Penelitian Penelitian dilakukan pada bulan April 2010 – Juni 2010. Proses tersebut meliputi persiapan alat, pengambilan data dan analisis data. Penelitian dilaksanakan di Politeknik Negeri Malang Jln. Veteran III/29 Malang Jawa Timur. Bahan dan Alat Bahan untuk benda kerja adalah baja karbon tipe AISI H-13 dengan ukuran p x l x t = 40x40x15 mm (Gambar 4). Bahan ini memiliki komposisi kimia 0.38% C, 0.40% Mn, 1.00% Si, 5.20% Cr,
1.00% Si; kekerasan 180 HB; dan berat jenis 7,8 g/cm3. Sedangkan elektroda yang digunakan dari bahan grafit spesifikasi: berat jenis 1,6 – 1,85 g/cm3, kekerasan 7-11 kg/mm2 (VHN10) dan tahanan jenis 8-15 Ωmm2/m. Cairan dielektrik yang digunakan adalah transformator oil.
Gambar 4. Benda kerja (kiri) dan elektrode grafit (kanan)
Alat yang digunakan dalam penelitian ini adalah mesin EDM tipe Jiann Sheng NCF 304 N (Gambar 3.3). Spesifikasinya adalah 1. Dimensi
: 2860 x 1800 x 2510 mm
2. Arah pergerakan
: X – 600 m m Y – 350 m m Z – 600 m m
3. Tegangan maksimum
: 300 V
4. Arus maksimum
: 60 A
5. Ontime maksimum
: 2000 µs
6. Offtime maksimum
: 900 µs
Gambar 3.3 Mesin EDM type Jiann Sheng NCF 304 N
Alat ukur yang digunakan adalah surface roughness tester tipe MST 301 untuk mengukur kekasaran dengan tingkat ketelitiannya 0.01 µm. Sedangkan alat penimbang yang digunakan adalah Neraca digital tipe Metler AE 200 dengan tingkat ketelitian 0,1 mg. Alat ukur waktu yang digunakan adalah stop watch yang digunakan sudah tersedia pada mesin EDM dengan ingkat ketelitian 0,01 detik. Untuk menunjang keakuratan pengukuran dilakukan di atas meja rata Mitutoyo, grade 1. Parameter yang digunakan dalam penelitian EDM Die Sinking 1.
Arus listrik
= 6 – 12
ampere
2.
Discharge time
= 2 – 4
s
3.
Ontime pulse
= 60 – 120
µs
4.
Discharge gap
= 2 – 4
mm
Untuk menyatakan hubungan antara keempat parameter ini dengan laju pengerjaan material dan kekasaran permukaan, metode response surface dengan desain eksperimen central composite diterapkan pada keempat parameter tersebut.
Persamaan transformasi yang
diterapkan: 1.
X1
=
Arus 9 3
2.
X2
=
Disch arg eTime 3 1
3.
X3
=
OnTime 90 30
4.
X4
=
Disch arg eGap 3 1
HASIL DAN PEMBAHASAN Metode dual response surface yang digunakan meliputi rancangan percobaan central composite dan optimasi respon. Sebelum proses pengambilan data laju pengerjaan material dan kekasaran permukaan langkah pertama yang diambil adalah membuat rancangan percobaan central composite. Data hasil percobaan dengan rancangan percobaan central composite disajikan dalam Tabel 1 di bawah ini:
Tabel 1 Data hasil percobaan dengan rancangan percobaan central composite Std Or d
Run Or d
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31
Taraf Parameter
Parameter
MRR 2
X1
X2
X3
X4
Arus
D Time
On Time
D Gap
(mm /min)
-1 1 -1 1 -1 1 -1 1 -1 1 -1 1 -1 1 -1 1 -2 2 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
-1 -1 1 1 -1 -1 1 1 -1 -1 1 1 -1 -1 1 1 0 0 -2 2 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
-1 -1 -1 -1 1 1 1 1 -1 -1 -1 -1 1 1 1 1 0 0 0 0 -2 2 0 0 0 0 0 0 0 0 0
-1 -1 -1 -1 -1 -1 -1 -1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 -2 2 0 0 0 0 0 0 0
6 12 6 12 6 12 6 12 6 12 6 12 6 12 6 12 3 15 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9
2 2 4 4 2 2 4 4 2 2 4 4 2 2 4 4 3 3 1 5 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3
60 60 60 60 120 120 120 120 60 60 60 60 120 120 120 120 90 90 90 90 30 150 90 90 90 90 90 90 90 90 90
2 2 2 2 2 2 2 2 4 4 4 4 4 4 4 4 3 3 3 3 3 3 1 5 3 3 3 3 3 3 3
9 ,8 5 1 13,693 13,305 16,112 8 ,5 1 8 12,875 12,687 15,469 7 ,9 1 2 12,065 11,697 14,929 7 ,5 6 8 11,118 9 ,5 3 2 14,183 8 ,2 7 1 15,734 9 ,0 8 5 14,498 13,545 11,242 13,651 10,448 12,834 12,492 12,387 12,497 12,019 12,458 12,765
Kekasaran Permukaa n (µm)
4,67 6,36 5,18 6,44 5,53 6,79 5,76 6,84 4,29 5,95 6,13 6,91 5,38 6,59 6,65 7,20 3,91 6,87 5,72 6,08 5,47 6,74 6,53 5,88 6,34 6,13 5,96 6,21 5,92 6,06 6,29
Analisis Laju Pengerjaan Material Model yang menyatakan hubungan antara parameter dengan respon dibangun dari nilai koefisien penduga yang dihasilkan. Setelah data diolah dengan minitab sehingga didapatkan harga koefisien penduga model regresi laju pengerjaan material sebagaimana dapat dilihat pada Tabel 2 berikut.
Tabel 2 Koefisien penduga model regresi untuk laju pengerjaan material
Term Coef SE Coef T P Constant 12,4931 0,13759 90,799 0,000 Arus 1,8458 0,07431 24,840 0,000 D Time 1,4642 0,07431 19,704 0,000 Ontime -0,5092 0,07431 -6,852 0,000 D Gap -0,8297 0,07431 -11,165 0,000 Arus*Arus -0,1376 0,06808 -2,021 0,060 D Time*D Time -0,1903 0,06808 -2,796 0,013 Ontime*Ontime -0,0398 0,06808 -0,585 0,566 D Gap*D Gap -0,1258 0,06808 -1,849 0,083 Arus*D Time -0,1519 0,09101 -1,669 0,115 Arus*Ontime 0,0816 0,09101 0,897 0,383 Arus*D Gap 0,1124 0,09101 1,235 0,235 D Time*Ontime -0,0456 0,09101 -0,501 0,623 D Time*D Gap -0,0599 0,09101 -0,658 0,520 Ontime*D Gap -0,0494 0,09101 -0,543 0,595 S = 0,3640 R-Sq = 98,7% R-Sq(adj) = 97,5% Model regresi yang dihasilkan untuk respon laju pengerjaan material adalah:
Y MRR = 12,4931+ 1,8458 X1 + 1,4642 X2 - 0,5092 X3 - 0,8297 X4 - 0,1376 X12 - 0,1903 X22 0,0398 X32 - 0,1258 X42 - 0,1519 X1*X2 + 0,0816 X1*X3 + 0,1124 X1*X4 - 0,0456 X2*X3 - 0,0599 X2*X4 - 0,0494X3*X4 Untuk mengetahui ketepatan model statistik di atas, dilakukan pengujian kesesuaian model meliputi uji simpangan model, Uji persamaan regresi, Uji R2, Pengujian Asumsi Residual. Dari Tabel 2 terlihat parameter yang secara statistik berpengaruh signifikan terhadap respon laju pengerjaan material adalah arus listrik (X1), discharge time (X2), ontime (X3), discharge gap (X4), interaksi ulang antara discharge time dengan discharge time (X22). Signifikansi pengaruh ditunjukkan dengan oleh harga p-value variabel bebas yang mendekati nol atau p-value < α. Koefisien arus listrik (X1) pada Tabel 2 berharga positif menyatakan semakin besar arus listrik maka angka laju pengerjaan material semakin besar pula karena arus listrik menyatakan besarnya loncatan listrik yang mengalir. Oleh sebab itu semakin besar nilai arus listrik maka spark yang terjadi semakin besar pula. Hal ini mengakibatkan erosi atau pengikisan yang terjadi pada permukaan benda kerja semakin tinggi. Koefisien discharge time (X2) pada Tabel 2 berharga positif menunjukkan semakin besar discharge time maka angka laju pengerjaan material semakin besar pula karena discharge time adalah waktu yang digunakan untuk
melepaskan arus listrik pada saat spark. Hal ini sejalan dengan yang telah diperoleh Antlantika, (1993) bahwa intensitas arus dan discharge time memberi pengaruh yang besar terhadap laju pengerjaan material. Koefisien ontime (X3) pada Tabel 2 berharga negatif menunjukkan semakin besar nilai ontime maka akan semakin menurunkan nilai laju pengerjaan material. Hal ini dapat dijelaskan bahwa semakin besar nilai ontime maka luasan yang terkikis semakin melebar ke sisi lateral sehingga menanbah lebar gap dan waktu yang dibutuhkan dalam proses EDM semakin meningkat. Koefisien discharge gap (X4) pada Tabel 2 berharga negatif menunjukkan bahwa semakin besar nilai discharge gap maka jarak yang ditempuh pada waktu spark semakin jauh sehingga arus listrik yang mengalir tidak sepenuhnya mengenai permukaan benda kerja sehingga akan menurunkan harga laju pengerjaan material. Menurut buku EDM operator manual Politeknik Universitas Brawijaya Malang (2002) menyebutkan bahwa semakin besar ontime dan discharge gap akan menurunkan nilai laju pengerjaan material. Hal serupa juga dijelaskan pada penelitian-penelitian sebelumnya yaitu RMR benda kerja dan electrode pada proses EDM dipengaruhi oleh arus listrik, ontime pulse, offtime pulse, polaritas dan interaksi antara ontime pulse dan arus listrik (Setiawan, 1996). Koefisien interaksi ulang arus listrik dengan arus listrik (X12) pada Tabel 2 berharga negatif menunjukkan bahwa pengaruh interaksi ulang arus listrik dengan arus listrik adalah berbanding terbalik karena semakin besar interaksi ulang arus listrik dengan arus listrik mengakibatkan laju pengerjaan material benda kerja menurun. Walaupun secara interaksi ulang parameter arus listrik mengurangi laju pengerjaan material benda kerja, tetapi koefisien arus listrik secara individu lebih besar dibandingkan koefisien arus listrik pada interaksi ulang menunjukkan bahwa parameter arus listrik lebih besar pengaruhnya terhadap respon laju pengerjaan material benda kerja secara individu daripada interaksi ulangnya. Hal ini diperkuat pada penelitian sebelumnya yang menyebutkan bahwa arus listrik lebih besar pengaruhnya terhadap respon laju pengerjaan material benda kerja secara individu daripada interaksi ulangnya (Murtadho, 2003). Koefisien interaksi ulang discharge time dengan discharge time (X22) pada Tabel 2 berharga negatif yang menunjukkan parameter discharge time lebih besar pengaruhnya daripada interaksi ulangnya. Semakin besar nilai interaksi ulang discharge time dengan discharge time akan menurunkan laju pengerjaan material benda kerja. Hal ini juga berlaku pada interaksi ulang
ontime dengan ontime (X32) dan interaksi ulang discharge gap dengan discharge gap (X42) sehingga semakin besar nilai interaksi keduanya akan menurunkan laju pengerjaan material benda kerja. Analisis Data Kekasaran Permukaan Model yang menyatakan hubungan antara parameter dengan respon dibangun dari nilai koefisien penduga yang dihasilkan. Setelah data diolah dengan minitab sehingga didapatkan harga koefisien penduga model regresi kekasaran permukaan selengkapnya diberikan pada Lampiran A-4. Harga koefisien penduga model regresi kekasaran permukaan dapat dilihat pada Tabel 3 berikut. Tabel 3 Koefisien penduga model regresi untuk kekasaran permukaan
Term Coef SE Coef T P Constant 6,13000 0,10250 59,806 0,000 Arus 0,64208 0,05536 11,599 0,000 D Time 0,26125 0,05536 4,719 0,000 Ontime 0,30625 0,05536 5,532 0,000 D Gap -0,00958 0,05536 0,173 0,865 Arus*Arus -0,16135 0,05071 -3,182 0,006 D Time*D Time -0,03385 0,05071 -0,668 0,514 Ontime*Ontime 0,01740 0,05071 0,343 0,736 D Gap*D Gap 0,04240 0,05071 0,836 0,415 Arus*D Time -0,13438 0,06780 -1,982 0,065 Arus*Ontime -0,08063 0,06780 -1,189 0,252 Arus*D Gap -0,06812 0,06780 -1,005 0,330 D Time*Ontime -0,07688 0,06780 -1,134 0,274 D Time*D Gap 0,23813 0,06780 3,512 0,003 Ontime*D Gap 0,01688 0,06780 0,249 0,807 S = 0,2712 R-Sq = 93,2% R-Sq(adj) = 87,3% Model regresi yang dihasilkan untuk respon kekasaran permukaan adalah:
Y Ra = 6,13 + 0,64208 X1 + 0,26125 X2 + 0,30625 X3 - 0,00958 X4
- 0,16135 X12 - 0,03385
X22 + 0,01740 X32 + 0,04240 X42 - 0,13438 X1*X2 - 0,08063 X1*X3 - 0,06812 X1*X4 0,07688 X2*X3 + 0,23813 X2*X4 + 0,01688 X3*X4 Pengujian untuk mengetahui ketepatan model statistik di atas, dilakukan pengujian kesesuaian model meliputi uji simpangan model, Uji persamaan regresi, Uji R2, Pengujian Asumsi Residual.
Dari Tabel 3 terlihat parameter yang secara statistik berpengaruh signifikan terhadap respon kekasaran permukaan adalah arus listrik (X1), discharge time (X2), ontime (X3), interaksi ulang antara arus listrik dengan arus listrik (X12)dan interaksi antara discharge time dengan discharge gap (X42). Koefisien arus listrik (X1) pada Tabel 3 berharga positif menyatakan semakin besar arus listrik maka angka kekasaran permukaan semakin besar pula karena arus listrik menyatakan besarnya loncatan listrik yang mengalir. Oleh sebab itu semakin besar nilai arus listrik maka spark yang terjadi semakin besar pula. Hal ini mengakibatkan kawah yang terjadi pada permukaan benda kerja semakin curam. Koefisien ontime (X3)berharga pada Tabel 3 positif menunjukkan semakin besar nilai ontime angka kekasaran permukaan semakin besar pula. Hal ini dapat dijelaskan bahwa semakin besar nilai ontime maka luasan yang terkikis semakin melebar ke sisi lateral sehingga menanbah lebar gap dan waktu yang dibutuhkan dalam proses EDM semakin meningkat. Menurut Pandey (1983) pada penelitian proses EDM, kekasaran permukaan ideal dipengaruhi oleh tegangan, arus listrik dan ontime. Koefisien discharge time (X2) berharga positif menunjukkan semakin besar discharge time maka angka kekasaran permukaan semakin besar pula karena discharge time adalah waktu yang digunakan untuk melepaskan arus listrik pada saat spark. Semakin banyak arus yang mengalir akibat besarnya disacharge time permukaan benda kerja akan semakin kasar. Menurut buku EDM operator manual Politeknik Universitas Brawijaya Malang (2002) menyebutkan dengan semakin besar discharge mengakibatkan kawah permukaan yang dibentuk dari proses EDM akan semakin curam. Koefisien discharge gap (X4) berharga negatif menunjukkan bahwa semakin besar nilai discharge gap maka jarak yang ditempuh pada waktu spark semakin jauh sehingga arus listrik yang mengalir tidak sepenuhnya mengenai permukaan benda kerja sehingga harga kekasaran permukaan akan semakin turun. Menurut buku EDM operator manual Politeknik Universitas Brawijaya Malang (2002) menyebutkan bahwa semakin besar discharge gap akan menurunkan nilai kekasaran permukaan. Koefisien interaksi ulang arus listrik dengan arus listrik (X12) pada Tabel 3 berharga negatif menunjukkan bahwa pengaruh interaksi ulang arus listrik dengan arus listrik adalah berbanding terbalik karena semakin besar interaksi ulang arus listrik dengan arus listrik mengakibatkan kekasaran permukaan menurun. Walaupun secara interaksi ulang parameter arus
listrik mengurangi kekasaran permukaan, tetapi koefisien arus listrik secara individu lebih besar dibandingkan koefisien arus listrik pada interaksi ulang menunjukkan bahwa parameter arus listrik lebih besar pengaruhnya terhadap respon kekasaran permukaan secara individu daripada interaksi ulangnya. Hal ini diperkuat pada penelitian sebelumnya yang menyebutkan bahwa arus listrik lebih besar pengaruhnya terhadap respon kekasaran permukaan kerja secara individu daripada interaksi ulangnya (Murtadho, 2003). Koefisien interaksi ulang discharge time dengan discharge time (X22) pada Tabel 3 berharga negatif yang menunjukkan parameter discharge time lebih besar pengaruhnya daripada interaksi ulangnya. Semakin besar nilai interaksi ulang discharge time dengan discharge time akan menurunkan kekasaran permukaan. Koefisien interaksi ulang ontime dengan ontime (X32) dan interaksi ulang discharge gap dengan discharge gap (X42) berharga positif sehingga semakin besar nilai interaksi keduanya akan menaikkan kekasaran permukaan. Kurniawan Abadi (2004) melalui hasil penelitiannya menjelaskan bahwa interaksi ontime dengan ontime akan menaikkan harga kekasaran permukaan. KESIMPULAN DAN SARAN Kesimpulan a. Parameter yang berpengaruh terhadap laju pengerjaan material hasil proses EDM Die Sinking: 1. Secara individu parameter proses yang berpengaruh signifikan terhadap laju pengerjaan material adalah arus listrik, discharge time, ontime, dan discharge gap; 2. Interaksi ulang yang berpengaruh signifikan hanya interaksi ulang discharge time dengan discharge time. Sedangkan interaksi lainnya tidak berpengaruh secara signifikan; 3. Interaksi antar parameter tidak berpengaruh signifikan secara statistik terhadap laju pengerjaan material. b. Sedangkan yang mempenagruhi kekasaran permukaan hasil proses proses EDM Die Sinking: 1. Parameter individu berpengaruh signifikan terhadap kekasaran permukaan adalah arus listrik, discharge time dan ontime. Sedangkan discharge gap tidak berpengaruh signifikan secara statistik;
2. Interaksi ulang parameter yang berpengaruh signifikan terhadap kekasaran permukaan dalam penelitian ini hanya interaksi ulang arus listrik dengan arus listrik. Sedangkan interaksi lainnya tidak berpengaruh secara signifikan; 3. Interaksi antar parameter yang pengaruhnya signifikan secara statistik terhadap kekasaran permukaan hanya interaksi discharge time dengan discharge gap. Sedangkan interaksi lainnya tidak berpengaruh secara signifikan c. Nilai parameter yang menghasilkan nilai maksimum untuk laju pengerjaan material dan kekasaran permukaan secara bersamaan adalah arus listrik sebesar 3 ampere, discharge time 5 s, ontime 30 µs, discharge gap 1 mm. Setting ini hanya berlaku pada interval parameter proses yang dilakukan dalam penelitian ini. d. Dalam penelitian ini didapatkan harga laju pengerjaan material yang optimal sebesar 14,10087 mm3/menit sedangkan harga kekasaran permukaan yang optimal sebesar 3,59 µm secara bersamaan.
Saran Pada percobaan ini hanya diambil respon laju pengerjaan material dan kekasaran permukaan, padahal pada proses EDM masih ada respon yang dapat dioptimalisasikan lagi. Oleh karena itu disarankan untuk pengembangan lebih lanjut perlu penelitian yang melibatkan variabel bebas yang lain seperti: ascending speed, offtime, polaritas, tekanan flushing, dan high voltage current. Selain itu, dapat digunakan respon yang lebih banyak lagi seperti over cut, keausan elektrode agar diperoleh setting variabel bebas yang menghasilkan respon yang benar-benar optimal secara bersamaan. DAFTAR PUSTAKA Abadi, Kurniawan.. 2004. Optimasi Kekasaran Permukaan Benda Kerja dan Laju Keausan Elektrode pada Proses EDM Sinking untuk Daerah Tertentu. Tugas Akhir yang tidak dipublikasikan. Jurusan Teknik Mesin ITS. Surabaya. Atlantika, J. 1993. Analisa RMR dan Kekasaran Permukaan dengan Metode Respon Surface. Tugas Akhir yang tidak dipublikasikan. Jurusan Teknik Mesin ITS. Surabaya. Bagiasna, Komang. 1987. Proses-Proses Permesinan Non Konvensional. Diktat Teknologi Mekanik II. ITB. Grover, Mikel P. 1996. Fundamental Of Modern Manufacturing Materials Processes and System. Prentice Hall Inc. New Jersey.
Indriani, Laksmi. 1997. Analisa Pengaruh Parameter Pemesinan Terhadap Laju Pengerjaan Material Pada Proses WireCut EDM. Tugas Akhir yang tidak dipublikasikan, Jurusan Teknik Mesin ITS. Surabaya. Jiann Sheng NC-F Electrical Discharge Machining Operation Manual (2002). HandBook Politeknik Universitas Brawijaya Malang Krar, Steve F. and Albert F. Check. 1997. Tchnology Of Machine Tools, Fifth edition. Mc GrawHill. Mitutoyo 301 Surftest User’s Manual. HandBook UPT Pelatihan Kerja. Surabaya. Murtadho, Muhammad. 2003. Optimasi Kekasaran Permukaan dan Laju Pengerjaan Material pada Proses Wire Cut EDM dengan Metode Dual Response Surface. Tugas Akhir yang tidak dipublikasikan. Jurusan Teknik Mesin ITS. Surabaya. Pandey, P.C. and Shan, H.S. 1983. Modern Machining Processes. Second Edition, Tata Mc Graw-Hill. New Delhi. Quesenberry, Charles P. 1997. SPC METHODS for Quality Improvement. John Willey & Sons, Inc. Rochim, Taufik. 1985. Spesifikasi, Metrologi dan Kontrol Kualitas Geometri. ITB. Bandung. Sapto, Bejo T. 2001. Optimasi Laju Keausan Elektroda, Kekasaran Permukaan dan Overcut pada Proses EDM dengan Metode Taguchi Multi Respon. Tugas Akhir yang tidak dipublikasikan. Jurusan Teknik Mesin ITS. Surabaya. Schey, John A. 2000, Introduction To Manufacturing Processes. third edition. Mc Grawhill.
Setiawan, C. 1996. Analisa RMR Benda Kerja dan Elektroda pada Proses EDM dengan Metode Fraksional Faktorial. Tugas Akhir yang tidak dipublikasikan. Jurusan Teknik Mesin ITS. Surabaya. Walter
P 500. Machining Technical Data Book. Handbook EDM UPT Pelatihan Kerja. Surabaya.
i
Dosen Jurusan Teknik Mesin Universitas Jember
ii
Dosen Jurusan Teknik Mesin Universitas Jember
iii
Alumni Jurusan Teknik Mesin Universitas Jember
