Pengaruh Parameter EDM Terhadap Ketirusan Pada Pembuatan Lubang Tembus Triyono
JunisanTeknik Mesin, Fakultas Teknologi Industri, Universitas Trisakti Kampus A, GedungHeri Hartanto- Lt.5,Jl. Kyai TapaNo I, Grogol, Jakarta Barat 11440 Tip (021) 5663232 ext.403 ; E-mail:
[email protected]
ABSTRACT: Tapering Effect of parameter EDM in hole making process. EDM is one of non traditional machining. There are some advantages of this process for instance suitable for machining high strength temperature resistance material, accurate and be ableto make complex geometricfeature. How ever, there are some weaknesses: lowrateof material removal, tapering, high cost andenvironment problem. This paper willexamine the influence of cutting parameter toward tapering using EDM inhole making process. The parameters are electric current (from 15 A, 20 A, 30 A, 45 A and 60 Ampere) and the dutyfactor (from 30%, 40%, 50%, 60%, 70% and 90%). Experiment has been done with SKD 11 as
work piece material, Cufor electrode and kerosenefor dielectricfluid. Taper can bemeasured by using Triobor which has I micrometer resolution. Conclusion of the experimental showed that variation of electric current gives different taper values. Keywords: EDM, Taper, electric current.
PENDAHULUAN
Proses Electrical Discharge Machining (EDM), salah satu proses non konvensional, memiliki peran besar dalam pembuatan mould dan dies karena berbagai kelebihan, diantaranya yaitu dapat memotong seluruh material yang bersifat konduktor listrik termasuk material HSTR (HighStrength Temperature Resistance), produk hasil pemotongannya memiliki ketelitian yang tinggi serta mampu membuat produk dengan geometri yang komplek [1]. Namun demikian, juga memiliki kekurangan seperti laju pembentukan geram rendah sehingga biayanya mahal, timbulnya over cut dan masalah lingkungan. Over cut yang muncul dalam pemesinan lubang akan nampak sebagai ketirusan lubang. Makalah ini mengkaji pengaruh parameter
pemusatan aliran elektron yang bergerak dengan kecepatan yang tinggi dan menumbuk permukaan benda kerja, ditunjukkan pada Gambar 2. Bagian dari permukaan benda kerja ini akan mengalami kenaikan temperatur sekitar 8.000-12.000 °C yang akan menyebabkan pelelehan lokal pada bagian tersebut sampai ke phase penguapan [1,3]. Loncatan bunga api listrik terjadi secara periodik yang berarti ada waktu untuk pendinginan. Hal ini menyebabkan penurunan temperatur secara mendadak, mengakibatkan gelembung uap tersebut mengkerut dan menyebabkan bagian material yang leleh akan terpencar keluar dari permukaan meninggalkan bekas-bekas berupa kawah-kawah halus pada permukaan material, lihat Gambar 3 [4].
proses pemotongan terhadap ketirusan (taper) pada mesin EDM Maho E 300[2]. Jika ketirusan dapat diketahui maka dalam
perencanaan pembuatan benda kerja kesalahan itu dapat diantisipasi. Tujuan penelitian ini adalah untuk mengetahui seberapa besar pengaruh parameterparameter proses pemotongan mesin EDM terhadap ketirusan lubang tembus. Dalam hal ini dipilih besarnya arus listrik dan Duty Factor sebagai parameter proses. Duty Factor adalah ratio antara pulse duration dengan pulse periode [2]. Proses pemotongannya,
lebih pas pengikisan, dilakukan oleh sejumlah loncatan bunga api listrik yang terjadi pada celah antara elektroda dan benda kerja. Skema proses EDM dapat dilihat pada Gambarl. Loncatan bunga api listrik tersebut terjadi secara periodik terhadap waktu. Terdapat fluida dielektrik yang merendam benda kerja dan elektroda. Setiap loncatan bunga api listrik yang terjadi menyebabkan suatu Pengaruh parameter EDM terhadap ketirusan pada.... (Triyono)
t
ai-> power,
6;> Dielektrum (-)
3?
I
supply
IL
benda
kerja
^///^M/y/hmM Fixture
€)
Gambar 1. Skema Proses EDM [1]
184
Selanjutnya berdasarkan hasil pengukuran yang ditunjukan pada Gambar 5 dapat diketahui bahwa akan terjadi penurunan kekasaran permukaan jika dilakukan pemotongan pada arus listrik konstan dan frekuensi berubah. Akan tetapi perubahan tersebut relative kecil pada harga arus listrik 1, 2,3 dan 6 Amper. Sedangkan untuk arus 9,14,20 dan 30 perubahan tersebut dapat dinyatakan dalam persamaan garis linier. ^
30
E
I
y = -3E-05x +29.161 *..
Gambar 2. Loncatan Bunga Api Listrik
5 2 20
y = -3E-05X + 23.782 y = -2E-05x+ 19.08
y = -1E-05x + 11.223
0
1.0E+05 1.5E+05 2.0E+05 2.5E+05 3.0E+05 3.5E+05 4.0E+05 4.5E+05 Frekuensi [Hz]
—o--l=9Amp. --o-- 1=14Amp --*-- l=20 Amp. --K-- l=30 Amp.
Gambar 5. Pengaruh besarnya frekuensi terhadap kekasaran
permukaan, pada berbagai harga arus listrik. Arus listrik antar l s.d 6 Amp., persamaanya tidak
ditunjukan mengingat hampir tidak terjadi perubahan kekasaran permukaan untuk kcnaikan frekuensi yang diuji |5|
Gambar 3. Kavvali hasil crosi 14]
Bagian-bagian yang terpencar ini secepatnya membeku kembali membcntuk partikel-pertikel halus yang terbawa pergi oleh aliran cairan dielektrik yang disirkulasi. Kawah hasil pemotongan akan menentukan
kekasaran permukaan benda kerja. Salah satu pengujian tingkat kekasaran permukaan hasil pemotongannya
Jika data hasil pengujian dibandingkan dengan Gambar 6, pada pengujian arus berubah terbukti memiliki kecenderungan yang sama yaitu besarnya
kekasaran permukaan akan membesar setaraf pembesaran arus. Demikian pula halnya dengan kcnaikan frekuensi menyebabkan penurunan kekasaran permukaan.
diperlihatkan pada Gambar 4. Rouszh Frekuensi (Hz) Konstan
Low Frequency
-
High Frequency Smooth
Discharge Current
Gambar 6. Grafik kekasaran permukaan dalam EDM yang diakibatkan oleh arus dan frekuensi [6]
Selain benda kerja yang tererosi, ternyata elektroda —•—(=220000 Hz (=300000 Hi
Gambar 4. Grafik hubungan antara arus dengan kekasaran permukaan
pada berbagai frekuensi pelepasan bungaapi listrik [5]
185
juga mengalami keausan. Gambar 7 menunjukan hubungan antara besar arus listrik dan laju keausan dari setiap jenis material elektroda. Terlihat bahwa grafit mengalami keausan lebih kecil dari pada dua material yang lain. Hal ini diduga karena grafit adalah material
MESIN, Volume 9 Nomor 3, Oktober 2007, 184 - 189
non logam yang sifat konduktor iistriknya relatif lebih buruk dari pada dua material elektroda logam yang lain, sehingga pelepasan elektron lebih membutuhkan energi. Demikian pula halnya dengan keausan relatif yang ditunjukan pada Gambar 8 menunjukan hasil yang sama bahwa grafit memiliki keausan relatif lebih baik dibanding dengan ke dua bahan yang lain. c 0.6
E rT" 0.5
e
^0.4 (U
0.3
>
I 0-2 fe0.1 Dl 10
11
14
15
17
20
23
30
35
40
45
60
Z
Arus (A) •Copper Chrome
•Copper
•Graphite
jte Po"tongan A-A
Gambar 7. Grafik Perbandingan Besarnya Wear Rate antara ketigajenis elektroda [7]
Gambar 9: Gambar Benda Kerja [9]
Gambar 9. menunjukan rancangan benda uji, yang terdiri atas 30 buah lubang dalam satu plat degan ketebalan 15 mm. Kedua permukaan plat merupakan hasil proses pemesinan dengan mesin freis. Dengan demikian diharapkan dapat menghindari kesalahan panjang lubang yang akan dibuat. Panjang lubang yang berbeda akan menyebabkan kekonisan yang berbeda,
sungguhpun dengan parameter proses yang persis sama. Besarnya ketirusan dapat diketahui dengan melakukan 10
11
14
15
17
20
23
30
35
40
45
60
Arus ; (A) •Copper
•Copper Chrome
•Graphite :i
Gambar 8. Grafik Perbandingan Besarnya Relative Wear [7] METODOLOGI
Bahan benda uji adalah SK.D 11 dikombinasikan dengan tembaga sebagai elektroda serta fluida dielektrik digunakan kerosen. Proses yang digunakan dalam pembuatan lubang tembus adalah shinking proses, dimana diameter lubang 12 mm dengan kedalaman 15 mm. Adapun mesinnya adalah EDM maho E 300 yang dimiliki . laboratorium
Proses
Manufaktur di
Jurusan
pengukuran Dl dan D2, lihat Gambar 10. Pada saat pengujian, parameter proses pemotongan yang digunakan adalah arus listrik dan Duty Factor, masing-masing dalam rentang antara 15, 20, 30, 45 dan 60 Amper, dan pada 30, 40, 50, 60, 70 dan 90% sesuai harga yang ada di mesin [9]. Adapun tahap-tahap proses pemesinan untuk mesin EDM adalah sebagai berikut: 1. Pemasangan elektroda kedalam chuck, kemudian
dilakukan penyetelan kesejajaran elektroda terhadap sumbu spindle, sumbu Z.
2. Pengesetan mesin dan pemosisian elektroda terhadap benda kerja.
3. Pembuatan program NC untuk pemotongan pada koordinat yang dikehendai, serta menginputkan data
Teknik Mesin Universitas Trisakti. Pengukuran diameter terbesar dan terkecil dari benda uji untuk mengetahui besarnya ketirusan digunakan Triobor , yaitu mikrometer tiga kaki [8,9]
Pengaruh parameter EDM terhadap ketirusan pada .... (Triyono)
teknologi pemotongannya. Mesin EDM Maho E 300 dilengkapi pengontrol berdasarkan data numerik/ CNC.
86
ketirusan <^> Tools
Benda Kerja 10
20
30
40
50
60
70
Arus [Amper]
-Duty Factor 30% —— Log. (Duty Factor 30%)
Gambar 11. Grafik hubungan antaraarus listrik terhadap ketirusan, pada duty faktor 30% konstan. Gambar 10: Ketirusan
y=0.1237Ln(x)-0.2269
HASIL DAN PEMBAHASAN
Data yang diperoleh dari pengukuran besarnya ketirusan akan dianalisis, untuk mengetahui ada tidaknya pengaruh dari variabel bebas yaitu besarnya arus (Amper) dan besarnya Duty Factor (%). Untuk mengetahui hubungan antara variable bebas
0.000
0
dengan variable respon, akan dianalisis dengan regresi. Dari hasil regresi akan didapat persamaan regresi dan grafik yang akan menerangkan hubungan masing masing variabel bebas terhadap variabel respon, yaitu: •
Hubungan
antara
besarnya
arus
terhadap
20
40
60
Arus [Amper] •DutyFactor40%
Log.(DutyFactor40%) !
Gambar 12.Grafik hubunganantara aruslistrik terhadap ketirusan, pada duty faktor 40% konstan.
ketirusan.
•
Hubungan antara besarnya dutyfaktor terhadap ketirusan.
y
0.300
Dengan demikian dapat ditarik kesimpulan variabel mana yang paling berpengaruh terhadap ketirusan.
= 0.1949Ln(x)--0.5127
0.200 0.100
Tabel 1. BesarnyaKetirusan terhadap besarnya Arus, pada beberapa Duty Faktor Konstan 30%, 40%, 50%, 60%, 70% dan 90% [9]
0.000
0
Arus
Besarnya Ketirusan
(Amper)
Duty Factor 30%
40%
50%
60%
20
40
-♦—DutyFactor50%
70%
60
80
Log.(DutyFactor50%) :
90%
Gambar 13.Grafik hubunganantara aruslistrik terhadap ketirusan, 0.011
0.014
0.016
0.088
0.240
0.241
0.239
0.240
0.243
0.240
0.241
0.241
0.241
0.241
0.246
0.246
15
0.238
0.012
0.012
0.015
20
0.240
0.238
0.014
30
0.239
0.238
0.240
45
0.237
0.239
60
0.239
0.242
paua <juiy laiuui ju/o nunsiaii.
. . . . . .
!
„
0.300 i
y = 0.1919LnM- 0.5025
E
! •§ 0.200 fy^ i | 0.100 • ~2T 1x-
|
# \
n nnn
0
20
40
60
80
Arus [Amper]
! e±F?jtyFactor60%
Log. (Duty Factor 60%) i
Gambar 14.Grafik hubungan antara aruslistrik terhadap ketirusan, padaduty faktor 60% konstan.
187
MESIN, Volume 9 Nomor 3, Oktober2007,184-189
Tabel 2. BesarnyaKetirusanTerhadap Duty Factor Pada beberapa „
Arus konstan [9]
0.400
y:=0.1/41 Ln(x)- 0.4272
E
E, 0.300
Besarnya Ketirusan
| 0.200 I 0.100
—
-
Duty Factor [%]
-
Arus listrik
0.000 20
40
60
30
80
40
Arus [Amper] •DutyFactor70%'
50
70
90
Gambar IS. Grafik hubungan antara aruslistrik terhadap ketirusan,
20 A
30 A
45 A
60 A
0,240 0,238 0,014 0,016 0,088 0,240
0,239 0,238 0,013 0,241 0,015 0,240
0,237 0,239 0,243 0,240 0,241 0,246
0,239 0,242 0,241 0,241 0,240 0,246
0,015 0,011 0,014
50
•Log. (Duty Factor70%)
15 A
0,238 0,012 0,012
pada duty faktor 70% konstan.
0.300
y = 0.125Ln(x)-0.2288
0.300 j
0.250 j c 0.200 !
._..._ -A- V
«»
2 0.150 j- - - -
20
40
60
80
\
/-/-
\
/ /
0.000
0
Facto r 90% •
/ /
0.050
Arus [Amper] -♦— Duty
/f
\
—V \-
£ 0.100
0.000 4
\
_.....
20
40
•Log. (Duty Factor 90%)
60
80
100
Duty Factor [%] ;-♦—15 A-*-20 A-*-30 A-1-45 A-*-60 A i
Gambar 16:Grafik hubungan antaraarus listrik terhadapketirusan, pada duty faktor 90% konstan.
-
-
Gambar 17: Grafik Besarnya Ketirusan Pada Arus Konstan danDuty
Dari hasil pengukuran terbukti bahwa terdapat ketirusan lubang yang dipotong. Terlihat adanya perbedaan diameter lubang, dimana diameter bagian atas lebih besar dari pada bagian bawah. Penyebab membesarnya diameter bagian atas karena selama proses pemotongan bagian selubung dari elektroda masih melepas bunga api listrik ke arah sisi, yang akan mengerosi dinding lubang yang telah terpotong. Sesungguhnya yang diharapkan adalah pemotongan hanya terjadi pada bagian frontal dari elektroda. Dari ke enam grafik tersebut di atas terlihat bahwa ketirusan akan membesar dengan bertambahnya arus listrik/daya pemotongan. Terkecuali pada arus sampai dengan 15 Amper (daya terendah) ketirusan memiliki pola tersendiri yang cenderung konstan. Oleh karena itu dalam proses pengakhiran (finishing) daya yang digunakan harus kecil demi mencapai ketelitian yang tinggi, dalam hal ini kekonisan kecil. Dari berbagai data pengujian dalam reference 5,7 dan 9 dapat disimpulkan bahwa besarnya arus listrik memiliki peran yang besar, karena berpengaruh secara signifikan terhadap: 1. Kekasaran permukaan hasil pemotongan. 2. Tingkat keausan pahat (elektroda) 3. Besarnya over cut/ kekonisan dalam proses shinking. Pengaruh Duty Factor (dengan arus konstan) terhadap ketirusan memiliki pola acak. Pada besar arus 45 dan 60 Amper perubahan duty factor tidak berpengaruh terhadap ketirusan.
Faktor Variabel.
SIMPULAN
Dari pengujian yang dilakukan pada proses pembuatan lubang dengan menggunakan mesin EDM,
penulis mengambil kesimpulan bahwa di setiap kondisi pemotongan dengan shinking proses (penggurdian) cenderung terjadi ketirusan. Besarnya ketirusan tergantung dari harga arus listrik yang digunakan. Semakin besar arus yang digunakan ketirusan akan semakin nyata. Oleh karena itu, untuk proses finishing, pemotongan dengan mesin EDM maho E 300, sebaiknya digunakan arus maksimal 15 Amper demi memperoleh keakuratan dimensi.
UCAPAN TERIMA KASIH
Diucapkan terimakasih kepada Saudara Hendro, Tata dan Pujo mahasiswa Jurusan Teknik Mesin yang telah memberikan banyak sumbangan dalam tulisan ini, khususnya dalam memberikan ijin data hasil pengujiannya diungkapkan dalam makalah ini. Selain itu diucapkan pula terima kasih kepada staf laboratorium Proses
Manufaktur
Jurusan
Teknik
Mesin
dan
laboratorium Kimia Fakultas Kebumian dan Energi Universitas Trisakti yang telah membantu terlaksananya pengujian yang dilakukan oleh para mahasiswa tersebut.
Pengaruh parameter EDM terhadap ketirusan pada .... (Triyono)
188
DAFTAR PUSTAKA 1.
Rao, P N. Manufacturing Technology Metal Cutting and Machine Tolls. 2000, Tata McGraw-Hill, New Delhi.
Hansen
GMBH,
MAHO.
Technology-Manual.
Germany, 1989. Charmilles, EDM. A Practical Guide To Electro-
Discharge Machining. Ateliers Des Charmiles S.A, Geneva.
DUTTA, R D. Machine Tools (Workshoop Tecnology). Volume II Yoedi Poedjo Pranoto, Pengaruh Paramater Proses
EDM Maho Hs 300 E Terhadap Kekasaran Permukaan Pada Pemotongan Material Skd U, Tugas Akhir, Jurusan Teknik Mesin, Fakultas
Teknologi Industri Universitas Trisakti, Jakarta, 2004.
189
Mikell P Groover. Fundamentals of Modern Manufacturing, 1996, Prentice Hall, New Jersey. Hendro Priyono. Pengaruh Jenis Elektroda dan Besar Arus Terhadap Relative Wear (v) dan Wear Rate (Ve) Pada Proses EDM MAHO HS 300 £, Tugas Akhir Sarjana, Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknologi Industri, Universitas Trisakti, Jakarta, 2004.
Taufiq Rochim dan Sri Hardjoko Wirjomartono, Sfesifikasi Geometris, Metrologi Industri dan Kontrol Kualitas, Lab. Metrologi Industri, Jurusan Teknik Mesin, FTI-ITB, Bandung, 1985. Anata Jaya Putra."Pengaruh Paramater Proses Pemotongan Terhadap Ketirusan pada Mesin EDM Maho 300 E„ Tugas Akhir, Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknologi Industri Universitas Trisakti, Jakarta, 2003.
MESIN, Volume 9 Nomor 3, Oktober 2007,184 - 189
