1
Permesinan Non Konvensional
Wanda Saputra Syahrul Rahmad Fajri Ramadhan
2
KATAPENGANTAR
Puji syukurkami panjatkan kehadirat Allah SWT, berkat rahmat dan karuniaNya,tugas dari dosen untuk pembelajaran mahasiswa selesai dikerjakan dalam hal ini mahasiswa mengerjakan hal hal yang mengasah pengetahuan dalam mata kuliah proses produksi. Kami berharap, Bapak dapat menerima upaya kami dalam pengerjaan tugas tersebut,kamiucapkan terimakasih dan semoga dapat bermanfaatkan buku ini sebaikbaiknya. Kami menyadari bahwabuku ini masih perlu ditingkatkan mutunya. Oleh karenaitu,sarandankritiksangatkamiharapkan.
Pekanbaru
Permesinan Non Konvensional
3
DAFTAR ISI Kata pengantar……………………………………………………………………………….3
BAB 1. Abrasive Jet Machine……………………………………………………………….5 BAB 2. Abrasive Water Jet Machine………………………………………………………11 BAB 3. Laser Beam Machining (LBM)…………………………………………….…..22 BAB 4. Plasma Arc…………………………………………………………………………..29 BAB 5. Electronic Discharge Machine………………………………………………….…43 BAB 6. Electonic Chemical Machine………………………………………………………54 BAB 7. Computer Numerical Control. ………………………………………………….….60 Daftar Pustaka…………………………………………………………………………..…...73
4
BAB 1
Abrasive Jet Machine
5
Abrasive Jet Machine Abrasive jet machine adalah sebuah proses pemesinan yang menggunakan bahan abrasive yang di dorong oleh gas kecepatan tinggi atau air yang bertekanan tinggi untuk mengikis bahan dari benda kerja. Prinsip kerja abrasive jet machine: prinsip dasar dari abrassive jet machine ialah adanya pemusatan aliran fluida dan partikel abrasif dengan kecepatan dan tekanan tinggi / ultra high preasure (UHP) pada benda kerja. Metal removal pada benda kerja terjadi karena adanya efek abrasi dan erosi oleh aliran fluida dan partikel.
partikel abrasif adalah ukuran lebih halus (dari urutan mikron) dalam AJM dibandingkan pada pasir, proses peledakan. proses Parameter AJM dapat lebih baik dikontrol dan diatur dalam perbandingan dengan pasir operation peledakan
6
Dalam praktek yang sebenarnya, diameter dalam nozzle biasanya berkisar dari 0.075 sampai 0,4 mm sedangkan kecepatan keluar dari abrasive dari mulut adalah dipelihara antara 200 dan 400 m / detik. jarak dari ujung nosel dari permukaan bekerja pada saat mesin dikenal sebagai 'berdiri dari jarak jauh' (atau nozzle jarak ujung) yang biasanya bervariasi 0,7-1,0 mm. ukuran partikel abrasif biasanya diambil sebagai 1-50 mikron. Keuntungan dari abrasive jet machine •
Kemampuan meraut bahan getas, tipis dan daerah sulit
•
Investasi dan konsumsi daya rendah
•
Material removal rate bagus
Kekurangan dari abrasive jet machine •
Terbatas untuk bahan getas.
•
Perlu proses lanjut kalau terjadi sticking (penempelan)
•
Akurasi rendah
Adapun jenis bahan abrasive, ukuran serta pemakaiannya (operasi).
7
Faktor yang mempengaruhi kecepatan potong Abrasive Jet Machine •
Kekerasan material
•
Tebal material
•
Geometri bagian
•
Power di nosel(tekanan dan laju aliran fluida)
•
Kuantitas dan kualitas abrasive yang di gunakan.
•
Jenis abrasive
•
Kualitas abrasive
Ada beberapa aplikasi dari ajm •
Pembersih area sulit pada rongga cetakan
•
Pemotongan tipis benda dari kaca, keramik, mika, dll.
•
Pembuangan lem, cat, dll.
•
Memproduksi benda dengan kualitas permukaan tinggi.
Adapun komponen – komponen pada pemesinan abrasive jet machine yaitu : Sistem Abrasive Pengiriman Sistem Kontrol Pompa Nozzle Mixing Tabung Motion sistem
8
1. Sistem Abrasive Pengiriman Abrasive merupakan sebuah laju aliran sederhana dari pasir granite yang halus secara konstan.Semua itu diperlukan untuk kelancaran proses pemotongan yang akurat. Sistem konstruksi pengiriman abrasive yang modern dirancang untuk menghilangkan getaran dan penggumpalan pasir granite. Hal ini merupakan persoalan yang rawan pada padatan sistem metering katup pengiriman abrasive konstruksi sebelumnya. 2.
Sistem kontrol Secara historis, mesin pemotongan jet abrasif telah menggunakan sistem kontrol tradisional CNC yang mana sering dikenal dengan nama "G-code". Namun, ada gerakan cepat dari teknologi ini untuk sistem jet abrasif, terutama untuk aplikasi mesin jangka pendek dan terbatas untuk produksi toko. G-code merupakan pengendali yang dikembangkan untuk memindahkan alat pemotong kaku, seperti pabrik akhir atau pemotong mekanis.Tingkat umpan untuk alat ini umumnya diselenggarakan konstan atau bervariasi hanya dalam kenaikan tersendiri untuk sudut dan kurva. Setiap kali perubahan dalam tingkat pemasukan perintah(Command) pemrograman.
3. Pompa Proses pemotongan jet air dimulai dengan pompa intensifier, yang menciptakan tekanan ultra tinggi (lebih dari 50.000 psi) tekanan air yang dibutuhkan untuk memotong bahan keras. Pompa intensifier menggunakan tekanan hidrolik atas sistem air. Sebuah motor besar tenaga kuda drive dengan pompa hidrolikdapat menciptakan kekuatan tekanan hidrolik pada piston dalam silinder. Tekanan hidrolik diperkuat oleh rasio silinder hidrolik yang lebih besar yang dimana akan mendorong piston kecil ke silinder yang telah diisi dengan air, sehingga menciptakan tekanan air ultra-tinggi. 4.nozzel Nozzel ini digunakan sebagai media penembak dari aliran air+pasir abrasive bertekanan tinggi.yang mana nozzle itu dapat didefinisikan sebagai pemercepat aliran fluida.
9
Gambar 1.1. Nozzel 5. Mixing tabung Tabung pencampuran adalah tempat abrasif campuran dengan air tekanan tinggi.Tabung pencampuran harus diganti jika toleransi turun di bawah tingkat yang dapat diterima.Untuk akurasi maksimum, ganti tabung pencampuran lebih sering. 6. Motion sistem Rangka untuk membuat bagian-bagian presisi, sebuah abrasive sistem jet harus memiliki meja dan presisi xy gerak sistem kontrol.
10
BAB 2 Abrasive Water Jet Machine
11
ABRASIVE WATER JET MACHINING
1.Definisi Abrasive JetMachining Abrasive Jet Machining adalah suatu alat untuk mengembangkan dan penanganan aliran gas abrasif-sarat untuk mesin jet abrasif, menggunakan peralatan untuk penyimpanan, makan, dan pengendalian bubuk abrasive dalam jet pembawa disampaikan melalui tabung tegak pada tekanan yang relatif tinggi dan kecepatan. jet tekanan yang relatif tinggi dan kecepatan tinggi digunakan dan dapat digunakan di mana tekanan gas yang relatif tinggi diperlukan dan dapat digunakan dengan aliran gas bertekanan pada setiap tekanan yang diinginkan. Keterangan : 1 – air bertekanan tinggi inlet 2 – permata (ruby atau berlian) 3 – abrasive (garnet) 4 – pencampuran tabung 5 – penjaga 6 – memotong air jet 7 – memotong bahan
Gambar Abrasive Water JetMachining
12
Tekanan gas biasanya sudah lebih rendah dari sekitar 200 PSI.jika luas daerah aliran penampang nosel pengiriman yang lumayan berkurang, rasio dari partikel volume gas tidak akan lagi membentuk kombinasi bisa diterapkan dalam kaitannya dengan kecepatan gas dan massa partikel abrasif. Penemuan ini bertujuan mengurangi daerah aliran penampang nosel dan sebaiknya beberapa pengurangan di daerah aliran penampang tabung pakan sehingga kondisi untuk abrasi disediakan.bentuk novel tabung pakan dan nosel pengiriman digunakan membuat kerja praktis dari tekanan jauh lebih tinggi daripada bekerja. aliran abrasif pada tekanan lebih dari 200 PSI, misalnya, dari urutan 300 atau 400 PSI dicapai. Banyak variasi yang lebih luas dan ukuran partikel partikel daripada yang dipraktekkan dalam peralatan diketahui sebelum dapat disediakan.aluminium oksida atau silikon karbida partikel dapat digunakan.
2.Prinsip KerjaAbrasive JetMachining Aliran bertekanan gas abrasif-sarat dibawa dalam garis lurus tubing disukai diperpanjang ke arah vertikal, desirably vertikal downwardly, dari sudut pengembangan aliran gas bertekanan ke lubang pengiriman nozel abrasif digunakan. Hal ini membuat peningkatan luas mungkin dalam tekanan dan kecepatan, tanpa Sejalan meningkatkan keausan pipa.ini saluran pengiriman vertikal abrasif atau tubing terbentuk dari bahan kaku seperti karbida atau logam, tanpa kerja dari setiap zona karet fleksibel. Dengan kerja dengan garis lurus, sebaiknya downwardly diperpanjang tubing, pakaian kasar untuk yang terkena pipa berkurang, bahkan pada tekanan tinggi.pemasangan peralatan pembangkit jet abrasif dengan menyediakan mekanisme untuk penyesuaian vertikal nozel dalam kaitannya dengan mendukung pekerjaan juga ditujukan.
13
Gambar Diagram Skematik dari Proses Abrasive Jet Machining
Abrasive Jet Machining (AJM) menggunakan aliran butiran abrasive halus dicampur dengan udara atau gas pembawa lainnya pada tekanan tinggi.Aliran ini diarahkan oleh nosel yang didesain cocok untuk keperluan tersebut kepada permukaan benda kerja yang dikerjakan.Pengelupasan material terjadi gaca erosive yang disebabkan oleh tumbuhan partikel abrasive pada permukaan benda kerja dengan kecepatan tinggi (http://translate.google.co.id). Pemusatan aliran dengan kecepatan tinggi daripada fluida (udara atau gas) yang bercampur dengan partikel-partikel abrasive pada benda kerja.Metal removal pada benda kerja terjadi karena efek shearing oleh partikel abrasive dan disertai oleh efek abrasi dan erosi oleh aliran fluida dan partikel.
3.Komponen PemesinanAbrasive JetMachining Berdasarkan pada komponen pemesinanabrasive jet machining mempunyai komponenkomponen.Adapun komponen-komponennya terdiri dari sistem abrasive pengiriman, sistem kontrol, pompa, nozzle, mixing tabung dan sistem motion.
14
3.1.Sistem Abrasive Pengiriman Sebuah laju aliran sederhana tetap abrasive semua yang diperlukan untuk kelancaran, memotong akurat.sistem modern pakan abrasif adalah menghilangkan getaran pengumpan masalah rawan dan padatan metering katup sistem sebelumnya dan menggunakan diameter orifice tetap sederhana untuk meter aliran abrasive dari bagian bawah hopper pakan kecil yang terletak berdekatan dengan nozel pada Y- sumbu kereta. Sebuah lubang sistem metering ini sangat handal dan sangat diulang. Setelah aliran abrasive melalui lubang diukur selama mesin set-up, nilai dapat dimasukkan ke dalam program komputer kontrol dan tidak ada penyesuaian atau fine-tuning aliran abrasive akan pernah diperlukan. Gerbong abrasif kecil yang terletak pada sumbu Y kereta biasanya.menampung sekitar pasokan 45-menit abrasive dan dapat diisi ulang dengan sendok tangan sementara pemotongan sedang berlangsung.
3.2.Sistem Kontrol Fundamental keterbatasan sistem kontrol CNC tradisional. Secara historis, air jet dan tabel jet abrasif pemotongan telah menggunakan sistem kontrol tradisional CNC menggunakan alat mesin akrab "G-code." Namun, ada gerakan cepat dari teknologi ini untuk sistem jet abrasif, terutama untuk aplikasi mesin jangka pendek dan terbatas-produksi toko.G-kode pengendali dikembangkan untuk memindahkan alat pemotong kaku, seperti pabrik akhir atau pemotong mekanis.Tingkat umpan untuk alat ini umumnya diadakan konstan atau bervariasi hanya dalam kenaikan tersendiri untuk sudut dan kurva. Setiap kali perubahan dalam tingkat pakan entri pemrograman diinginkan harus dilakukan. Air jet atau jet abrasif pasti bukan merupakan alat pemotong kaku; menggunakan tingkat feed konstan akan menghasilkan berat undercutting atau lancip di sudut-sudut dan di sekitar kurva. Selain itu, perubahan langkah membuat diskrit tingkat pakan juga akan mengakibatkan dipotong tidak rata di mana transisi terjadi. Perubahan dalam tingkat pakan sudut dan kurva harus dibuat lancar dan secara bertahap, dengan laju perubahan ditentukan oleh jenis bahan yang potong, ketebalan, geometri bagian dan sejumlah parameter nozzle.
Algoritma kontrol yang menghitung persis bagaimana tingkat pakan harus bervariasi untuk suatu 15
geometri yang diberikan dalam bahan tertentu untuk membuat bagian yang tepat. Algoritma ini sebenarnya yang diinginkan menentukan variasi pada tingkat setiap umpan 0,0005 "(0,012 mm) sepanjang jalan alat untuk memberikan umpan profil tingkat yang sangat halus dan bagian yang sangat akurat. Menggunakan G-Code untuk mengubah profil ini feed rate yang diinginkan ke dalam instruksi kontrol sebenarnya untuk motor servo akan membutuhkan sejumlah besar pemrograman dan memori controller. Sebaliknya, kekuatan dan memori dari PC modern dapat digunakan untuk menghitung dan menyimpan seluruh perkakas dan profil feed rate dan kemudian langsung drive servomotors yang mengontrol XY gerakan. Hal ini menyebabkan bagian yang lebih tepat yang jauh lebih mudah untuk menciptakan daripada jika G-kode pemrograman yang digunakan.
3.3.Pompa Tekanan awal ultra-tinggi sistem pemotongan menggunakan pompa hidrolik intensifier eksklusif.Pada saat itu, pompa intensifier adalah satu-satunya pompa andal yang mampu menciptakan tekanan cukup tinggi untuk mesin air jet. Motor mesin atau listrik drive pompa hidrolik yang memompa cairan hidrolik pada tekanan dari 1.000 menjadi 4.000 psi (6.900 untuk 27.600 kPa) ke dalam silinder intensifier. Cairan hidrolik kemudian mendorong pada piston besar untuk menghasilkan kekuatan tinggi pada penyelam berdiameter kecil.plunger ini pressurizes air ke tingkat yang sebanding dengan luas penampang piston relatif besar dan plunger kecil. Poros engkol pompat eknologi abad-tua di belakang pompa poros engkol didasarkan pada penggunaan crankshaft mekanik untuk memindahkan sejumlah individu atau torak piston bolak-balik dalam silinder. Periksa katup dalam silinder masing-masing memungkinkan air untuk memasuki silinder sebagai plunger cara 2 (pompa poros engkol) ditarik dan kemudian keluar silinder ke outlet manifold sebagai uang muka plunger ke pompa cylinder.Crankshaft secara inheren lebih efisien daripada pompa intensifier karena mereka tidak memerlukan sistem hidrolik power-merampok. Selain itu, poros engkol pompa dengan tiga atau lebih silinder dapat dirancang untuk memberikan output tekanan yang sangat seragam tanpa perlu menggunakan sistem attenuator. poros engkol pompa tidak umum digunakan dalam aplikasi tekanan ultra-tinggi sampai cukup baru-baru ini. Ini karena poros engkol khas pompa dioperasikan pada stroke lebih per menit dari
16
suatu pompa intensifier dan menyebabkan hidup tidak dapat diterima singkat segel dan katup cek. Perbaikan dalam desain segel dan bahan, dikombinasikan dengan ketersediaan luas dan mengurangi biaya komponen katup keramik, memungkinkan untuk mengoperasikan pompa engkol di 40.000 sampai 50.000 psi (280.000 untuk 345.000 kPa) rentang dengan kehandalan yang sangat baik. Hal ini merupakan suatu terobosan besar dalam penggunaan pompa tersebut untuk memotong jet abrasif. 20 / 30 tenaga kuda khas crankshafts pompa tripleks digerakkan. Pengalaman telah menunjukkan bahwa jet abrasif tidak benar-benar membutuhkan 60.000 psi penuh (414.000 kPa) kemampuan pompa intensifier. Dalam sebuah jet abrasif, bahan abrasif melakukan pemotongan yang sebenarnya saat air hanya bertindak sebagai sarana untuk membawa melewati bahan yang dipotong. Hal ini sangat mengurangi keuntungan menggunakan tekanan ultra-tinggi. Memang banyak operator jet abrasif dengan 60.000 psi (414.000 kPa) pompa intensifier telah belajar bahwa mereka mendapatkan potongan halus dan keandalan yang lebih banyak jika mereka mengoperasikan jet kasar mereka di 40.000 sampai 50.000 psi (276.000 untuk 345.000 kPa) jangkauan. Sekarang pompa poros engkol menghasilkan tekanan pada daerah tersebut, peningkatan jumlah sistem jet abrasif yang dijual dengan pompa poros engkol-jenis yang lebih efisien dan mudah dipelihara. 3.4.Nozzle Semua sistem jet abrasive menggunakan nozel dasar yang sama dua tahap. Pertama, air melewati sebuah lubang berdiameter kecil permata untuk membentuk sebuah jet yang sempit.Air jet kemudian melewati sebuah ruang kecil di mana efek venturi menciptakan vakum sedikit yang menarik bahan abrasif dan udara ke daerah ini melalui tabung.Partikel abrasif yang dipercepat oleh aliran air dan bergerak bersama-sama mereka masuk ke dalam tabung, panjang silinder berongga pencampuran keramik. Campuran yang dihasilkan keluar abrasive dan air tabung pencampuran sebagai arus koheren dan memotong materi. Sangatlah penting bahwa mulut permata dan tabung pencampuran harus tepat sesuai untuk memastikan bahwa air jet melewati langsung di tengahtengah tabung pencampuran. Jika kualitas abrasivejet akan tersebar, kualitas pemotongan yang dihasilkan akan menjadi miskin, dan kehidupan tabung pencampuran akan pendek. Diameter lubang khas untuk sebuah nozzle jet abrasive 0,010 "untuk 0,014" (0,25 mm sampai 0,35 mm). Permata lubang mungkin ruby, sapphire atau berlian, dengan batu safir yang paling umum.Ruang 17
venturi antara mulut permata dan bagian atas tabung pencampuran merupakan daerah yang tergantung pada pemakaian.memakai Hal ini disebabkan oleh aksi erosi dari aliran abrasif karena memasuki sisi ruangan dan entrained oleh waterjet tersebut. Beberapa nozel menyediakan liner karbida untuk meminimalkan pakai ini.penyelarasan yang tepat dari mulut permata dan tabung pencampuran sangat penting untuk kehidupan tabung pencampuran. Hal ini terutama berlaku untuk diameter relatif kecil 0,030 "(0,75 mm).
3.5.Mixing Tabung Tabung pencampuran adalah tempat abrasif campuran dengan air tekanan tinggi.Tabung pencampuran harus diganti jika toleransi turun di bawah tingkat yang dapat diterima.Untuk akurasi maksimum, ganti tabung pencampuran lebih sering.
3.6.Motion sistem Rangka untuk membuat bagian-bagian presisi, sebuah abrasive sistem jet harus memiliki meja dan presisi xy gerak sistem kontrol.Tabel jatuh ke dalam tiga kategori umum.Lantai-mount sistem gantry Terpadu tabel / gantry sistem Lantai-mount sistem penopang.
Gambar water jet mesin
4. JENIS-JENIS WATER JET 4.1. Pemotongan pancaran air (WJC) Pemotongan Waterjet (WJC), juga dikenal sebagai mesin air jet atau mesin hidrodinamik, menggunakan jet tinggi kecepatan fluida menimpa benda kerja untuk melakukan operasi pemotongan. 18
Water Jet Cutter menggunakan aliran air halus dengan tekanan dan kecepatan tinggi, yang diarahkan pada permukaan bendakerja sehingga menyebabkan benda kerja terpotong Untuk mendapatkan aliran air yang halus digunakan pembukaan nosel dengan diameter sekitar 0,004 sampai 0,016 in (0,1 sampai 0,4 mm). Agar diperoleh aliran dengan energi yang cukup untuk pemotongan, digunakan tekanan di atas 60.000 lb/in 2 (400 Mpa), dan pancaran mencapai kecepatan di atas 3000 ft/sec. (900m/s).Cairan ditekan sesuai tingkat yang diinginkan dengan menggunakan pompa hidraulik.Sebagai cairan pemotong biasanya digunakan larutan polimer karena cendrung menghasilkan aliran yang lebih menyatu (coherent stream).Aliran cairan dari nosel dapat diatur besarnya, untuk material yang tipis pembukaan diatur lebih kecil agar dihasilkan pemotongan yang lebih halus. Parameter dalam proses WJC adalah : F Jarak antara nosel dan permukaan benda kerja (stand off distance). F Diameter pembukaan nosel, F Tekanan air dan kecepatan potong. Jarak antara pembukaan nosel dengan permukaan benda kerja harus diatur sekecil mungkin untuk menghindari adanya percikan aliran cairan. Jarak yang umum digunakan adalah 1/8 in (3,2 mm). Ukuran pembukaan nosel berpengaruh terhadap ketelitian pemotongan, pembukaan kecil digunakan untuk pemotongan halus pada material yang tipis, sedang untuk memotong material yang lebih tebal dibutuhkan pancaran aliran dan tekanan yang lebih besar pula. Kecepatan pemotongan yang sering digunakan dari 12 in./min (5 mm/s) sampai di atas 1200 in./min (500 mm/s).
4.2. Pemotongan pancaran air abrasif (AWJC) Air jet mesin (WJM) terutama digunakan untuk memotong dan celah berpori bukan logam seperti kayu, kertas, kulit, dan busa.Namun, tidak efisien untuk pengerjaan material keras. Ketika abrasive dicampur dalam air jet, Abrasive Water Jet Machining, proses baru dan lebih kuat direalisasikan.Baik WJM dan AWJM menggunakan prinsip dari pressurizing air untuk tekanan sangat tinggi, dan memungkinkan air untuk melarikan diri melalui lubang yang sangat kecil (orifice). Air jet mesin menggunakan sinar keluar air orifice (atau permata) untuk memotong hal-hal lembut seperti popok dan permen, tetapi tidak efektif untuk memotong bahan lebih keras.Air 19
inlet biasanya bertekanan antara 20.000 dan 55.000 pound per inci persegi (PSI). Ini dipercepat melalui lubang kecil di "Jewel", yang biasanya 0,010 "untuk 0,015" diameter. Hal ini menciptakan sebuah balok kecepatan air yang sangat tinggi. Abrasive mesin air jet bahwa balok menggunakan air yang sama untuk mempercepat partikel kasar untuk kecepatan cukup cepat untuk memotong bahan jauh lebih sulit. Dengan bantuan abrasive, bahan kekerasan apapun dapat dipotong tanpa delaminasi, tanpa kerusakan termal, dalam waktu yang sama, dengan tingkat pemotongan yang sangat tinggi dan kemampuan untuk memotong ketebalan yang sangat besar. WJC digunakan untuk pemotongan benda kerja logam, maka biasanya harus ditambahkan partikel abrasif kedalam aliran pancaran. Partikel abrasif yang sering digunakan adalah oksida aluminium, dioksida silikon, dan garnet (mineral silikat). Partikel abrasif yang ditambahkan kedalam aliran air sekitar 0,5 lb/min (0,23 kg/min) setelah keluar dari nosel. Parameter dalam proses AWJC sama dengan pada proses WJC, yaitu : F diameter pembukaan nosel, F tekanan air, dan F jarak antara pembukaan nosel dan permukaan bendakerja. Diameter pembukaan nosel berkisar antara 0,010 in. (0,25 mm) sampai 0,025 in. (0,63 mm), sedikit lebih besar daripada WJC. Tekanan air yang digunakan hampir sama seperti WJC, sedang jarak antara pembukaan nosel dengan permukaan bendakerja sedikit lebih kecil, untuk meminimalkan dampak dari percikan cairan pemotong, yang sekarang mengandung partikel abrasif. Jarak tersebut sekitar seperempat dan setengah dari jarak yang biasa dipakai pada WJC.
4.3. Pemesinan Pancaran Abrasif (AJM) Abrasive Jet Machine adalah proses pelepasan material yang menggunakan aliran gas kecepatan tinggi yang mengandung partikel-pertikel abrasif kecil. Disini digunakan gas kering dengan tekanan 25 sampai 200 lb/in2 (0,2 sampai 1,4 MPa) dialirkan melalui lubang nosel dengan diameter 0,003 sampai 0,040 in. (0,075 sampai 1,0 mm) pada kecepatan 500 sampai 1000 ft/min (2,5 sampai 5,0 m/s). Gas yang digunakan adalah udara kering, nitrogin, dioksida karbon, dan helium.Untuk mengarahkan nosel pada bendakerja biasanya dilakukan secara manual oleh seorang operator.Jarak antara ujung nosel dengan permukaan bendakerja sekitar 1/8
20
in. sampai beberapa in.Tempat kerja harus disiapkan dengan ventilasi yang cukup memadai untuk operator. AJM pada umumnya digunakan untuk proses penyelesaian seperti pemangkasan, pembersihan, pemolesan, dan sebagainya. Pemotongan dapat dilakukan untuk material yang keras dan getas ( sebagai contoh gelas, silikon, mika, dan keramik ) yang berbentuk rata dan tipis. Abrasif yang sering digunakan adalah oksida aluminium (untuk aluminium dan kuningan), karbida silikon (untuk baja tahan karat dan keramik), dan butir gelas (untuk pemolesan). Ukuran diameter butir sangat halus, berkisar antara 15 sampai 40 mm, dan untuk dapat digunakan ukuran tersebut harus seragam.
21
BAB 3 LASER BEAM MACHINING (LBM)
22
Dewasa ini teknologi pemesinan sudah semakin maju.Hal initerlihat dari mulai banyaknya jenis-jenis mesin berteknologi tinggi yang bermunculan dan berkembang di dunia ini.Salah satu contohnya adalah Laser Beam Machining (LBM).LBM menggunakan sinar monokromatik berkekuatan tinggisehingga alat ini hampir bisa digunakan pada segala jenis material. Dalam kehidupan sehari-hari, LBM biasa digunakan sebagai alat untuk memotong atau melubangi material dengan akurasi yang tinggi.Dalam proses produksi, meskipun memiliki kekuatan yang tinggi dan tingkat akurasi yang baik, teknologi LBM masih jarang digunakan. Hal ini dikarenakan dalam pengerjaan alat ini dibutuhkan tenaga ahli yang profesional dan biaya operasional yang cukup mahal. Meskipun begitu,tidaklah salah bagi kita untuk mempelajari teknologi ini, mengingat bahwateknologi ini akan semakin berkembang dan membawa kontribusi yang berarti dalam pemesinan ke depannya.
1.Pengertian Laser Beam Machining (LBM) Laser Beam Machining (LBM) adalah suatu metode pemotongan, di mana benda kerja dileburkan dan diuapkan oleh sebuahsinar laser monokromatik yang kuat. Ketika sinar mengenai benda kerja,panas menghasilkan lelehan dan menguapkan benda kerja hingga yangpaling keras sekalipun.LBM dapat digunakan untuk welding dan cutting metals/nonmetals.Selain itu, LBM juga dapat digunakan untuk brazing (memelas), soldering,drilling, dan membuat tanda (marking).
Gambar 1. Huruf “E” yang Dibuat dengan LBM
23
2. Prinsip Dasar Terbentuknya Laser Kata “ laser ” merupakan akronimdari “light amplification bystimulated emission of radiation”. Laser dapat terbentuk akibat penyerapan energi kuantum oleh material/medium laser dari sumber sinar yang menyebabkan elektron sebuah atomnya melompat ke tingkat energy yang lebih tinggi (orbit yang lebih jauh dari nukleus). Elektron ini kemudian akan jatuh ke orbit asalnya secara spontan sambil memancarkan energiyang telah diserap sebelumnya. Energi yang berupa radiasi ini memiliki panjang gelombang yang sama dengan energi penstimulasinya dan sefase dengannya.
Gambar 2.Elektron dengan Orbitnya
24
3.Operasi kerja LBM
Gambar 3.Skema kerja Laser padat
Sistem LBM dioperasikan pada suhu ruang.Dengan menggunakankapasitor yang diisi 4.000 V, getaran 3.000 J dilepaskan dalam 1 msmelalui gas Xenon praionisasi dalam sinar lampu. Sinar lampu inimemancarkan energi yang akan diserap oleh batang laser.Batang laser ditempatkan pada ruang optik yang memiliki reflektor berbentuk elips. Dengan menempatkan batang pada fokus reflektor,hampir semua radiasi dari sinar lampu difokuskan padanya sehinggaenergi yang diserap menjadi optimal. Dengan menyerap energi ini,elektron di dalam batang akan berpindah ke orbit yang lebih luar dari inti.Lalu karena ia ingin kembali ke kondisi normal atau awalnya, maka iamemancarkan energi yang telah diserapnya dalam bentuk sinar. Ujung25
ujung batang dilapisi oleh reflektor yang memantulkan sinar tersebutsehingga di dalam batang sendiri pun terjadi pemantulan internal.Pada salah satu ujung, reflektor yang digunakan hanyamemantulkan sebagian sinar yang datang kepanya sehingga ketika sinar yang terbentuk telah mencapai intensitas tertentu, sinar laser akan lolos. Hal ini terjadi pada 6-120 getaran/menit.
Gambar 4.Proses Pada Batang Laser
Sinar yang lolos, dipancarkan hampir sepenuhnya sejajar atauhanya berbeda sudut (θ) 10 -10 radian.Karena perbedaan yang rendahini dan sifat monokromatiknya, sinar dapat
difokuskan dengan lensasederhana untuk memperoleh kerapatan daya yang tinggi di area kecilberukuran 1-6 in dari lensa.Karena diperuntukan untukmemfokuskan/memusatkan sinar yang datang ke padanya, lensa yangdigunakan adalah lensa cembung yang bersifat konvergen.Dengan mengatur fokus lensa, kita dapat membentuk potonganyang kita inginkan, seperti bentuk potongan yang melebar di atas atau melebar di bawah. Cara lain adalah dengan mengatur posisi benda kerjaterhadap jatuhnya sinar. Hal ini membutuhkan pengaturan meja kerja.
26
Gambar 5.Bentuk Potongan LBM
Khusus untuk tipe laser gas, seperti laser CO2, sumber energiberasal dari pelepasan elektron oleh elektroda, bukan dari sinar lampu.
Gambar 6.Skema Kerja Laser Gas
4. Keuntungan dari LBM: a. Mampu diterapkan pada semua logam yang ada. 27
b. Ketidakadaan kontak langsung dan gaya yang besar antara alat danbenda kerja. c. Kemampuan untuk bekerja dalam udara, gas inert, ruang hampa , dancairan atau padatan yang transparan secara optik. d. Keakuratan dan kemampuan untuk membuat lubang dan potonganyang sangat kecil. e. Kecocokan untuk memotong keramik dan material-material lain yangsiap dikenai panas kejut.
Gambar 13.Hasil Pemesinan LBM 5.Kerugian dari LBM: a. Modal dan biaya operasi yang tinggi. b. Kemampuan pakai yang terbatas (benda kerja yang tipis dan pemotongan material untuk jumlah yang kecil). c. Kecepatan produksi yang lama karena dibutuhkan penjajaran yangakurat. d. Ketidakseragaman lubang dan potongan. e. Efek kerusakan akibat panas pada benda kerja. f. Membutuhkan operator yang sangat handal. g. Efisiensi operasi yang rendah
28
BAB 4 Plasma Arc
29
1.Plasma Arc Welding
Plasma Arc Welding merupakan bagian dari pengelasan busur listrik dan prosesnya serupa dengan Gas Tungsten Arc Welding (GTAW/TIG welding) yaitu menggunakan elektroda tak terkonsumsi dari tungsten untuk menghasilkan busur listrik pada benda kerja. Perbedaannya adalah pada PAW terjadi aksi konvergensi gas inert di lubang nozzle pada obor las (welding torch) sehingga menghasilkan penguatan busur listrik seperti pada gambar 1 di bawah
Gambar
4.1.
Skema
peralatan Plasma Arc Welding
Gambar 4.2.peralatan Plasma Arc Welding 30
2.Pengertian Plasma Jet Plasma terdiri dari kumpulan elektron yang bergerak bebas dari atom-atom yang kehilangan elektron. Energi yang dibutuhkan untuk strip elektron dari atom untuk membuat plasma dapat berbagai asal misal termal, listrik atau cahaya (sinar ultra violet, cahaya tampak intens dari laser). Plasma dapat dipercepat dan dikendalikan oleh medan listrik dan magnetik.
3.Prinsip Kerja Plasma Jet 3.1.Plasma welding Pada proses ini menggunakan frekuensi dan tegangan tinggi, menghasilkan percikan untuk mengionisasi udara melalui kepala obor dan memulai sebuah busur. Obor yang dipegang menggunakan tangan biasanya dapat memotong menjadi 2 pada (48 mm) pelat baja tebal, dan obor yang dikendalikan oleh komputer lebih kuat, yaitu dapat memotong baja sampai 6 inci (150 mm) tebal. Sejak pemotong menghasilkan plasma yang sangat panas dan sangat "lancip" untuk memotong, dimana sangat berguna untuk memotong logam lembaran atau bentuk siku melengkung. Sebagai pelindung kacamata las dan perisai wajah diperlukan untuk mencegah kerusakan mata.
Gambar 4.3.gambar skema obor plasma 31
Pada pengelasan ini, gas dipanaskan oleh busur wolfram hingga suhu sangat tinggi sehingga gas menjadi terion dan menjadi penghantar listrik. Gas dalam kondisi ini disebut plasma. Peralatan didesain sedimikian sehingga gas mengalir ke busur melalui lubang halus sehingga suhu plasma naik dan konsentrasi energi panas pada logam pada area yang kecil akan menyebabkan logam cepat menjadi cair. Ketika gas meninggalkan nosel, gas berkembang dengan cepat dan membawa logam cair, sehingga proses pemotongan bisa berjalan. Las plasma busur nyala listrik (Plasma Arc Welding). Proses plasma sebenarnya merupakan penyempurnaan las tungsren, hanya saja busur nyala listrik tidak muncul diantara elektroda dengan benda kerja tetapi muncul antara ujung elektroda dengan gas inti yang mengalir di sekitarnya. Las plasma ternyata lebih baik dari las tungsten karena busur nyala listrik yang muncul lebih stabil dengan diameter lebih kecil sehingga panasnya lebih terpusat. Proses pengelasan bias lebih cepat, disamping itu tungsten tidak pernah menyentuh benda kerja. 2.Plasma cutting Plasma cutting adalah proses yang digunakan untuk memotong baja dan lainnya logam dari ketebalan yang berbeda (atau kadang-kadang bahan lain) dengan menggunakanobor plasma. Dalam proses ini, suatu gas inert (di beberapa unit, udara tekan) ditiup dengan kecepatan tinggi dari nozel, pada saat yang sama busur listrik terbentuk melalui gas yang dari nozel ke permukaan dipotong, mengubah sebagian dari gas itu untuk plasma. Plasma cukup panas untuk mencairkan logam yang dipotong dan bergerak cukup cepat untuk meniup logam cair jauh dari memotong.Busur plasma sangat panas dan berada di kisaran 25.000 ° C (45,000 ° F). Plasma (arc) cutting dikembangkan pada tahun 1950 untuk memotong logam yang tidak bisa nyala api dipotong, seperti baja stainless aluminium, dan tembaga. Proses pemotongan plasma busur konduktif menggunakan gas elektrik untuk mentransfer energi dari sumber daya listrik melalui pemotongan plasma obor ke dipotong material. Gas plasma termasuk argon, hidrogen, nitrogen dan campuran, ditambah udara dan oksigen. Biasanya, sebuah sistem pemotongan busur plasma memiliki catu daya, rangkaian mulai busur, dan obor. Sumber daya dan sirkuit starter busur tersambung ke obor memotong 32
memimpin dan kabel yang menyediakan aliran gas yang tepat, arus listrik, dan frekuensi tinggi untuk obor untuk memulai dan mempertahankan proses dan. The busur aliran plasma difokuskan oleh sangat sempit lubang nozzle.Suhu busur plasma meleleh logam dan menembus benda kerja sementara aliran gas kecepatan tinggi menghilangkan bahan cair dari bagian bawah dipotong, atau goresan.Selain itu untuk radiasi energi tinggi (Ultraviolet dan terlihat) yang dihasilkan oleh plasma busur pemotongan.
A. MACAM-MACAM PLASMA CUTTING 1.Plasma Cutting konvensional Arc (1957) Jet plasma yang dihasilkan oleh konvensional "kering" teknik penyempitan busur diperkenalkan pada tahun 1957 oleh Union Carbide's Linde Divisi. Pada tahun yang sama, Dr Robert Gage memperoleh paten, yang selama 17 tahun memberikan Union Carbide monopoli virtual. Teknik ini dapat digunakan untuk memotong logam apapun pada kecepatan potong yang relatif tinggi. Ketebalan plat bisa berkisar dari lembaran logam tipis untuk pelat setebal sepuluh inci (250 mm). Ketebalan potong pada akhirnya tergantung pada kapasitas saat pembawa obor dan sifat fisik logam.Sebuah obor tugas berat mekanik dengan kapasitas arus 1000 amp bisa memotong sampai dengan 10-inch stainless steel tebal dan aluminium.Namun, dalam sebagian besar aplikasi industri, tebal plat jarang melebihi dua inci.Dalam rentang tebal, potongan plasma konvensional biasanya miring dan memiliki ujung atas bulat.pemotongan miring adalah hasil dari ketidakseimbangan dalam masukan panas ke wajah dipotong. Sebuah sudut potong yang positif dihasilkan karena energi panas di bagian atas potongan didisipasikan sebagai busur berlangsung melalui memotong. Ketidak seimbangan panas berkurang dengan menempatkan obor sedekat mungkin dengan benda kerja dan menerapkan prinsip penyempitan busur, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4.1.penyempitan busur Peningkatan menyebabkan profil temperatur busur listrik menjadi diperpanjang dan lebih seragam.Sejalan, potong menjadi lebih persegi.Sayangnya, penyempitan nosel konvensional dibatasi oleh kecenderungan penyempitan meningkat untuk mengembangkan
33
dua busur seri, satu busur antara elektroda dan nozzle dan busur kedua antara nozzle dan benda kerja. Fenomena ini dikenal sebagai "busur ganda" dan rusak baik elektroda dan nozzle.Double busur sangat terbatas sejauh mana kualitas plasma dipotong dapat ditingkatkan. Sejak diperkenalkannya proses busur plasma pada pertengahan tahun 50-an, penelitian yang difokuskan pada peningkatan penyempitan busur tanpa menciptakan arcing ganda. Plasma pemotongan busur seperti yang dilakukan maka sekarang disebut sebagai "pemotongan plasma konvensional."Hal ini dapat rumit untuk berlaku jika pengguna memotong berbagai logam dan ketebalan pelat yang berbeda. Sebagai contoh, jika proses plasma konvensional digunakan untuk memotong stainless steel, baja ringan, dan aluminium, perlu untuk menggunakan gas yang berbeda dan arus gas untuk kualitas optimal potong pada ketiga logam. Plasma konvensional memotong didominasi 1957-1970, dan sering dibutuhkan campuran gas yang sangat mahal argon dan hidrogen.
2.Dual F Arc Plasma rendah (1962) Teknik aliran dual dikembangkan dan dipatenkan oleh Dinamika Corporation Thermal dan James Browning, Presiden TDC, pada tahun 1963. Ini melibatkan sedikit modifikasi plasma proses pemotongan konvensional. Pada dasarnya, itu dimasukkan fitur yang sama seperti pemotongan plasma konvensional, kecuali bahwa perisai gas sekunder telah ditambahkan di sekitar nosel plasma. Biasanya, dalam operasi dual memotong aliran, atau plasma, gas nitrogen dan gas shielding sekunder dipilih sesuai dengan logam yang akan dipotong. gas perisai sekunder biasanya yang digunakan adalah udara atau oksigen untuk baja ringan, karbon dioksida untuk stainless steel, dan argon sebuah / campuran hidrogen untuk aluminium. Pemotongan kecepatan masih lebih baik dibandingkan dengan pemotongan konvensional pada baja ringan, namun kualitas potong tidak cukup untuk banyak aplikasi. Pemotongan kecepatan dan kualitas pada stainless steel dan aluminium pada dasarnya sama dengan proses konvensional. 34
Keuntungan utama dari pendekatan ini adalah bahwa nozzle bisa tersembunyi dalam cangkir atau gelas keramik gas perisai seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4, mencegah nosel dari korslet dengan benda kerja, dan mengurangi kecenderungan untuk arcing ganda.Gas perisai juga meliputi zona pemotongan, meningkatkan kualitas potong dan kecepatan serta pendinginan nozel dan topi perisai.
GAMBAR 4.4 Dual F Arc Plasma rendah
3. Air Plasma Cutting (Sejak 1963) Udara
pemotongan
diperkenalkan
pada
awal
1960-an
untuk
memotong
baja
ringan.Oksigen di udara memberikan energi tambahan dari reaksi eksotermik dengan baja cair.Ini energi tambahan meningkat memotong kecepatan sekitar 25% dari plasma pemotongan dengan nitrogen. Meskipun proses dapat digunakan untuk memotong baja stainless dan aluminium, permukaan luka di bahan-bahan ini sangat teroksidasi dan tidak dapat diterima untuk banyak aplikasi. Masalah terbesar dengan pemotongan udara selalu menjadi erosi yang cepat dari elektroda obor plasma.elektroda khusus, terbuat dari zirkonium, hafnium, atau paduan hafnium, diperlukan karena tungsten tergerus di detik jika gas pemotongan terkandung oksigen. Bahkan dengan bahan-bahan khusus, elektroda kehidupan menggunakan plasma udara jauh lebih sedikit dari umur elektroda yang terkait dengan plasma konvensional. Meskipun pemotongan udara tidak dikejar di akhir 1960-an di Amerika Serikat dan dunia barat, kemajuan mantap dibuat di Eropa timur dengan pengenalan dari "Feinstrahl Brenner" 35
(obor menghasilkan busur terbatas), yang dikembangkan oleh Manfred van Ardenne. Teknologi ini diadopsi di Rusia dan akhirnya di Jepang.Pemasok utama menjadi Mansfeld Jerman Timur.Beberapa galangan kapal di Jepang adalah pengguna awal pemotongan plasma udara peralatan. Namun, kehidupan elektroda relatif pendek dan penelitian diungkapkan bahwa wajah potongan benda kerja memiliki persentase tinggi nitrogen dalam larutan yang dapat menyebabkan porositas saat kemudian dilas.
4.Air Shield Plasma Cutting (1965) Air perisai pemotongan plasma mirip dengan aliran ganda kecuali air yang diganti untuk gas perisai.Potong penampilan dan kehidupan nosel ditingkatkan karena efek pendinginan yang disediakan oleh air. Potong lurus, kecepatan potong dan akumulasi sampah tidak terukur membaik aliran plasma dual memotong karena air tidak memberikan penyempitan busur tambahan.
5. Injeksi air Cutting (1968) Sebelumnya, dinyatakan bahwa kunci untuk meningkatkan kualitas memotong meningkat penyempitan busur sementara mencegah arcing ganda. Dalam plasma injeksi air proses pemotongan, air radial disuntikkan ke busur secara seragam seperti yang ditunjukkan pada Gambar 5. Para pelampiasan radial air pada busur yang diberikan tingkat yang lebih tinggi penyempitan busur daripada yang dapat dicapai hanya dengan nozel tembaga saja.Arc suhu di wilayah ini diperkirakan mendekati 50.000 ° K atau kira-kira sembilan kali suhu permukaan matahari dan lebih dari dua kali suhu busur plasma konvensional.Hasil bersih diperbaiki kuadrat dipotong, peningkatan kecepatan pemotongan dan penghapusan sampah ketika memotong baja ringan.penyempitan air injeksi Radial busur dikembangkan dan dipatenkan pada tahun 1968 oleh Richard W. Couch Jr, Presiden Hypertherm, Inc
36
gambar 4.5. Air injeksi pemotongan plasma Pendekatan lain yang diambil untuk membatasi busur dengan air adalah untuk mengembangkan pusaran pusaran air di sekitar busur. Dengan teknik ini, penyempitan busur tergantung pada kecepatan pusaran yang diperlukan untuk menghasilkan pusaran air yang stabil.Gaya sentrifugal yang diciptakan oleh pusaran kecepatan tinggi cenderung untuk meratakan film annulus air terhadap busur dan, oleh karena itu, mencapai kurang dari efek konstriksi dibandingkan dengan injeksi air radial. Berbeda dengan proses konvensional dijelaskan sebelumnya, dipotong kualitas optimal dengan plasma injeksi air diperoleh pada semua logam dengan hanya satu gas: nitrogen. Ini kebutuhan gas tunggal membuat proses lebih ekonomis dan mudah digunakan. Secara fisik, nitrogen ideal karena kemampuan unggul untuk mentransfer panas dari busur untuk benda kerja.Energi panas yang diserap oleh nitrogen ketika dipisahkan telah dilepaskan ketika direkombinasi di benda yang dikerjakan.Meskipun suhu sangat tinggi pada titik di mana air dilanggar busur, kurang dari 10% dari air itu menguap.Sisa air keluar dari nozzle dalam bentuk semprotan berbentuk kerucut, yang didinginkan atas permukaan benda kerja.Pendinginan tambahan ini mencegah pembentukan oksida pada permukaan memotong dan efisien didinginkan nozzle pada titik beban panas maksimum. Alasan untuk penyempitan busur di zona injeksi air adalah pembentukan lapisan batas isolasi uap antara jet plasma dan air disuntikkan. (Ini batas lapisan uap, yang "Linden Frost Layer," adalah prinsip yang sama yang memungkinkan setetes air untuk menari di sekitar di piring logam panas daripada segera menguap.)
37
Nozzle hidup itu sangat meningkat dengan teknik injeksi air karena lapisan batas uap terisolasi nozzle dari panas kuat dari busur, dan air didinginkan dan dilindungi nozel pada titik penyempitan busur maksimum dan panas busur maksimum. Perlindungan yang diberikan oleh lapisan uap air batas juga memungkinkan sebuah inovasi desain yang unik: bagian bawah seluruh nosel bisa keramik. Akibatnya, busur ganda, penyebab utama dari kerusakan nozzle, nyaris dieliminasi. Karakteristik penting dari potongan pinggirnya adalah bahwa sisi kanan garitan itu persegi dan sisi kiri garitan itu sedikit miring. Hal ini bukan disebabkan oleh air injeksi melainkan hasil dari pusaran searah jarum jam dari gas plasma. pusaran ini menyebabkan lebih banyak energi busur yang akan dikeluarkan di sisi kanan goresan itu. Asimetri ini memotong sama ada dengan menggunakan konvensional "kering" memotong ketika gas pemotongan diaduk. Ini berarti bahwa arah perjalanan harus benar dipilih untuk menghasilkan dipotong persegi di sisi yang benar dari benda kerja. Dalam kasus pemotongan sebuah cincin dengan sisi sejajar, jari-jari luar akan dipotong dalam arah jarum jam, yang memberikan dipotong persegi di sisi kanan. Demikian pula, dipotong dalam dibuat dalam arah jarum jam untuk mempertahankan tepi persegi di bagian dalam cincin.Sebuah cincin pusaran berlawanan dapat disediakan yang membalikkan pusaran aliran gas dan, akibatnya, juga sisi baik memotong ke sisi kiri. Ini akan digunakan jika sistem dua potong obor harus memotong bagian cermin gambar secara bersamaan.
6.Air Knalpot dan Tabel Air (1972) Karena proses busur plasma adalah sumber panas yang sangat terkonsentrasi hingga 50.000 K, ada beberapa efek samping yang bersifat negatif. Pada pemotongan busur tertinggi saat ini, plasma dihasilkan tingkat kebisingan intens lebih dari yang biasanya diizinkan di wilayah kerja, membutuhkan perlindungan telinga.Asap dan gas beracun berpotensi dikembangkan di area kerja, membutuhkan ventilasi yang baik. Radiasi ultraviolet, yang berpotensi dapat menyebabkan luka bakar pada kulit dan mata, diperlukan pakaian pelindung dan kacamata gelap.
38
Efek samping ini membuka proses busur plasma untuk kritik di depan lingkungan. Sesuatu harus ditemukan untuk menangani masalah daerah tersebut.Pada tahun 1972, Hypertherm diperkenalkan dan dipatenkan di Knalpot Air dan Pengendalian Pencemaran Air Tabel sistem, yang dikendalikan efek berpotensi berbahaya untuk memotong busur plasma.
7. Air Knalpot Tingkat kebisingan yang tinggi busur plasma tajam dikurangi melalui efek meredam dari tirai air.Asap dan gas beracun yang terbatas pada daerah tirai air, yang bertindak sebagai scrubber air, menghilangkan partikel-partikel asap dalam air. Arc silau berkurang ke tingkat yang kurang berbahaya untuk mata.Dengan pewarna yang tepat dalam air, radiasi ultraviolet itu berkurang.
8.Underwater Cutting (1977) Upaya lebih lanjut di Eropa untuk menurunkan tingkat kebisingan dari busur plasma dan untuk menghilangkan asap pengembangan sebanyak mungkin menyebabkan pemotongan bawah air. Metode untuk plasma daya tinggi pemotongan dengan memotong arus di atas 100 amps telah menjadi sangat populer sehingga saat ini, plasma banyak kekuatan tinggi memotong sistem potong bawah air. Untuk memotong plasma dalam air, benda kerja terbenam sekitar 2 sampai 3 inci di bawah air dan obor plasma dipotong sementara direndam dalam air. Tingkat asap dan kebisingan serta busur silau dikurangi secara dramatis. Salah satu efek negatif dari metode ini adalah bahwa benda kerja pemotongan tidak dapat diamati saat memotong dan kecepatan potong berkurang 1020%. Selanjutnya, operator tidak bisa lagi menentukan dari suara busur apakah proses pemotongan ini berjalan dengan benar dan apakah bahan yang akan menghasilkan kualitas yang baik dipotong. Akhirnya, ketika memotong dalam air, air yang mengelilingi zona potong memisahkan diri menjadi oksigen dan hidrogen, dan oksigen yang dibebaskan memiliki kecenderungan untuk 39
menggabungkan dengan logam cair dari luka (terutama aluminium dan logam ringan lainnya) untuk membentuk oksida logam, yang daun gas hidrogen bebas dalam air.Ketika hidrogen ini terkumpul dalam saku di bawah benda kerja, itu menciptakan ledakan kecil ketika menyulut kembali dengan jet plasma.Oleh karena itu, kebutuhan air terus-menerus gelisah saat memotong logam tersebut.
9.Underwater Knalpot Berdasarkan popularitas pemotongan bawah air, pada tahun 1986 Hypertherm dirancang dan dipatenkan sebuah Air Knalpot bawah air yang disuntikkan udara di sekitar senter, mendirikan gelembung udara yang memotong bisa dilanjutkan. Ini menjadi udara diinjeksikan proses pemotongan bawah laut yang paling sering digunakan dengan oksigen memotong sampai 260 amp. Penggunaan proses ini meningkat memotong kualitas dan diproduksi normal kecepatan potong tinggi dicapai dengan air-line dan teknik memotong "di-udara" plasma.
10.Rendah-Amp Air Plasma Cutting (1980) Pada tahun 1980, produsen peralatan plasma busur pemotongan di belahan bumi Barat memperkenalkan peralatan menggunakan udara sebagai gas plasma, terutama untuk sistem plasma rendah amp.Pada awal 1983, Dinamika Thermal meluncurkan PAK3 dan SAF memperkenalkan ZIP-POTONG.Kedua unit sangat sukses, satu di Amerika Serikat dan yang lainnya di Eropa.Hal ini membuka era baru untuk memotong busur plasma yang meningkatkan ukuran pasar dunia sekitar 50 kali pada tahun 1980 dan menciptakan produsen baru.Plasma pemotongan busur akhirnya diterima sebagai metode baru untuk memotong logam dan dianggap sebagai alat yang berharga di semua segmen industri pengerjaan logam modern. Dengan dorong baru diberikan kepada industri busur plasma memotong melalui kompetisi peningkatan, perbaikan baru yang diperkenalkan yang membuat proses mudah digunakan. Proses jauh lebih handal dan keterampilan yang dibutuhkan kurang untuk beroperasi. Power supply desain menggunakan teknologi konverter state padat primer dan sekunder memperbaiki karakteristik busur dan mengurangi ukuran dan berat dari sistem. Hypertherm membuat 40
kontribusi lain dengan paten seperti blowback (atau hubungi start) obor yang menghilangkan frekuensi tinggi busur mulai, dan nozel perisai udara disuntikkan, yang dilindungi akhir bagian depan selama penindikan logam.
11.Oksigen Plasma Cutting (1983) Karena metode tradisional pemotongan baja adalah proses oxyfuel, itu logis bahwa insinyur yang memotong busur plasma dikembangkan mencoba dari awal untuk menggunakan oksigen sebagai gas plasma. Namun, suhu yang sangat tinggi di ujung elektroda dan keberadaan oksigen murni disebabkan semua bahan elektroda yang dikenal dengan cepat memburuk, sehingga baik tidak ada pemotongan dapat dibuat atau hanya pemotongan durasi yang sangat singkat ini diberikan oksigen dan udara tidak dapat diterima sebagai plasma gas.Oksigen pemotongan itu telah ditinggalkan di tahun-tahun awal pengembangan teknologi plasma pemotongan.Pada awal 1970, ditemukan bahwa hafnium dan zirkonium dalam bentuk industri yang tersedia tidak menahan kemerosotan cepat yang terjadi dengan memotong oksigen busur plasma.Udara dan oksigen sebagai gas plasma lagi menjadi kepentingan ekstrim. Hypertherm mengambil tantangan ini dan mulai usaha R & D dengan sungguhsungguh.Pada tahun 1983, perusahaan berhasil dengan desain obor lebih baik yang memungkinkan untuk menggunakan oksigen sebagai gas plasma.Sebuah paten untuk memotong plasma oksigen air disuntikkan arc diberikan dan oksigen pemotongan plasma menjadi perkembangan terbaru dalam teknologi plasma busur. Oksigen plasma pemotongan menawarkan berbagai dross-bebas kondisi kecepatan potong, kecepatan potong meningkat hingga 30%, sementara beroperasi pada tingkat saat ini yang lebih rendah, dan menghasilkan tepi halus, persegi, dan lebih lembut. Bagian tepi potongan yang dihasilkan lebih mudah untuk mengarang dengan membungkuk atau pengelasan. Semua baja, termasuk kekuatan tinggi, baja paduan rendah, sekarang dipotong sampah bebas dengan proses baru. Bagian penting terus hidup elektroda, yang, bahkan saat menggunakan hafnium, tetap terbatas.Namun, kualitas dipotong potong baja dengan oksigen yang luar biasa, dan pengguna akhir paling banyak ditemukan tradeoff kecepatan jauh lebih tinggi dan kualitas memotong dalam menghadapi kehidupan elektroda yang lebih pendek untuk dapat diterima.operasi dross 41
Mahal pasca-cut removal sering dikaitkan dengan pemotongan nitrogen hampir dihilangkan dengan plasma oksigen.
12. Oksigen Injeksi Plasma Cutting (1985) Oksigen injeksi pemotongan plasma dielakkan masalah kehidupan elektroda dengan menggunakan nitrogen sebagai gas plasma dan penyuntikan oksigen hilir di pintu keluar dari nozzle seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4.
gambar 4.6. Oksigen injeksi pemotongan plasma
Proses ini digunakan secara eksklusif pada baja ringan dan sedikit meningkatkan kecepatan pemotongan. Namun, kelemahan utama adalah kurangnya kuadrat dipotong, penghapusan goresan berlebihan, hidup nozzle pendek, dan fleksibilitas yang terbatas (baja ringan). Sementara proses ini masih digunakan di beberapa lokasi, kenaikan terbatas dalam kinerja yang terkait dengan itu tidak membenarkan biaya ekstra desain obor ini agak rumit dan halus.
42
BAB 5
EDM (Electronic
discharger
machine)
43
1.DefinisiEDM (Electrical Discharge Machining) EDM (Electrical Discharge Machining) adalah teknik pengerjaan machining nonkonvensional. Berbeda dengan teknik machining konvensional yang memakai pisau pemotong, mesin CNC EDM membentuk benda kerja dengan cara melepaskan busur listrik (electrical discharge / spark) melalui elektroda. Busur listrik ini menimbulkan panas yang sangat tinggi sehingga mengerosi benda kerja.Sistem kontrol listrik menghasilkan pelepasan busur listrik yang terkontrol sehingga secara terus-menerus mengerosi dan membentuk benda kerja.Cairan dielectric digunakan sebagai medium yang berfungsi untuk flushing sisa-sisa partikel material hasil erosi, pendinginan elektroda dan benda kerja, serta sebagai konduktor listrik. 2.Penggunaan EDM Karakteristik yang mengharuskan penggunaan EDM, jika bentuk benda kerja sebagai berikut. • Dinding yang sangat tipis. • Lubang dengan diameter sangat kecil. • Rasio ketinggian dan diameter sangat besar. • Benda kerja sangat kecil. • Sulit dicekam. EDM dapat di gunakan pada material benda kerja sebagai berikut: • Keras. • Liat. • Meninggalkan sisa penyayatan. • Harus mendapat perlakuan panas. EDM dapat digunakan untuk beberapa proses yaitu: •Pengaturan/setup berulang, bermacam-macam pengerjaan, bermacam-macam proses pencekaman benda. • Broaching. • Stamping yang prosesnya cepat.
44
3.
Basic system EDM (cara dasar EDM)
45
EDM Ini menggunakan elektroda kawat tipis dari logam (umumnya kuningan). Elektroda kawat ini terhubung dengan sistem kontrol listrik yang menghasilkan busur listrik yang terkontrol untuk pemotongan / pembentukan benda kerja. Sistem kontol mekanis digunakan untuk memposisikan elektroda kawat dan benda kerja sehingga dapat membentuk potongan yang diinginkan. Wire EDM umumnya digunakan untuk membuat tools dan die.
4. ALASAN PENGGUNAAN EDM
EDM juga dapat digunakan dengan beberapa alasan berikut: • Jam kerja 24 jam dengan hanya satu shift operator. • Memerlukan proses yang tidak mementingkan perhatian khusus dari pekerja secara intensif. EDM tidak dipengaruhi oleh kekerasan bahan benda kerja, sehingga sangat bermanfaat bila digunakan untuk mengerjakan benda kerja dengan kekerasan cukup tinggi.Bahan tersebut 46
meliputi baja yang telah dikeraskan, Stellite and Tungsten Carbide. Karena proses EDM menguapkan material sebagai ganti penyayatan, kekerasan dari benda kerja bukan merupakan faktor penting. Maka dari itu mesin EDM digunakan untuk membuat bentuk komplek dies dan perkakas potong dari material yang amat keras. Bagian lain yang hanya bisa dikerjakan dengan EDM adalah kemampuannya membuat sudut dalam (internal corners) yang runcing.Pemesinan konvensional tidak mungkin mengerjakan kantong dengan pojok runcing, yang bisa dicapai adalah radius minimal sekitar 1/32 inchi yang paralel dengan sumbu pahat.
5. BEBERAPA MACAM EDM 5.1
Stempel EDM / Sinker EDM / Ram EDM Setempel EDM kadang-kadang juga disebut sebagai tipe rongga EDM atau
volume.Setempel EDM terdiri dari elektroda dan benda kerja yang terendam dalam cairan isolasi seperti, minyak atau, lebih jarang, cairan dielektrik lainnya.Elektroda dan benda kerja yang terhubung ke catu daya yang sesuai.Listrik menghasilkan potensial listrik antara dua bagian.Sebagai elektroda mendekati benda kerja, dielektrik kerusakan terjadi di dalam cairan plasma membentuk saluran dan percikan kecil melompat.
Bunga api ini biasanya menyerang satu per satu kali karena sangat kecil kemungkinannya bahwa lokasi yang berbeda dalam ruang antar-elektroda memiliki sangat identik charachetistics listrik lokal yang memungkinkan percikan terjadi secara bersamaan di semua lokasi tersebut. Bunga api ini terjadi dalam jumlah besar di lokasi acak antara elektroda dan benda
kerja.
47
Sebagai dasar logam terkikis, dan celah elektroda kemudian meningkat, elektroda diturunkan secara otomatis oleh mesin sehingga proses dapat terus berlanjut tanpa gangguan. Beberapa ratus ribu bunga api terjadi per detik dalam proses ini, dengan siklus yang sebenarnya yang hati-hati dikendalikan oleh parameter setup. Mengendalikan siklus ini kadang-kadang dikenal sebagai “tepat waktu” dan “off time”, yang didefinisikan secara lebih formal di literature.Pengaturan yang tepat waktu menentukan panjang atau durasi percikan. Oleh karena itu, pada waktu yang lebih lama menghasilkan rongga yang lebih mendalam untuk itu dan semua percikan bunga api berikutnya untuk menciptakan siklus kasar pada benda kerja selesai. Hal yang sebaliknya berlaku untuk waktu yang lebih singkat.Off waktu adalah periode waktu yang satu percikan digantikan oleh yang lain. Off waktu yang lebih panjang misalnya, memungkinkan dielektrik disiram cairan melalui nosel untuk membersihkan puing-puing terkikis, sehingga menghindari hubungan pendek.
48
Pengaturan ini dapat dipertahankan dalam mikro detik.Bagian geometri yang khas adalah bentuk 3D yang kompleks sering kali dengan kecil atau berbentuk sudut aneh, Vertikal, orbital, vectorial, terarah, heliks, kerucut, rotasi, berputar dan pengindeksan siklus pemesinan juga digunakan.
5.2 Wire EDM Kawat listrik di discharge machining (WEDM), atau kawat-cut EDM, tipis untai tunggal kawat logam, biasanya kuningan, diberi makan melalui benda kerja, biasanya terjadi tenggelam dalam sebuah tangki dengan cairan dielektrik, yang biasanya air deionised. Proses ini biasanya tidak digunakan untuk menghasilkan 3D yang kompleks geometri. Hal ini bukannya biasanya digunakan untuk memotong pelat setebal 300mm dan untuk membuat tinju, peralatan, dan mati dari logam keras yang terlalu sulit untuk mesin dengan metode lainnya.
Wire Cutting EDM
49
Kawat elektroda
Jenis permesinan EDM dengan menggunakan sebuah kawat kecil sebagai pahat, kemudian memakan benda kerja yang diberi cairan dielektrik. Wire-Cut EDM secara khusus digunakan untuk memotong benda kerja yang tebal dari bahan yang keras. Hal ini sangat sulit dikerjakan dengan menggunakan metode permesinan yang lain.
50
Bahan kawat yang digunakan pada wire cut ini biasanya tembaga atau kuningan, Akan tetapi pada akhir-akhir ini kecepatan potong Wire EDM telah bertambah tinggi, sehingga lebih ekonomis bila menggunakan elektrode graphite. Graphite angstrofine yang berstruktur padat dapat melakukan pemotongan dua kali lebih cepat daripada jenis graphite yang lain. Kawat yang dilapisi seng juga dapat meningkatkan kecepatan proses EDM dari elektrode ini. Hal ini memungkinkan arus EDM diprogram untuk memotong arus yang tak beraturan dan juga yang beraturan. Wire-cut menggunkan air sebagai pengantar arusnya dengan penghambat air dan partikelpartikel elektrik lain
6.
Komponen dan fungsinya : a.
Meja mesin EDM
digunakan sebagai tempat dudukan mesin EDM b.
Cairan dielektrik
merupakan fluida pendingin dan pembersih kotoran benda kerja c.
Elektroda
merupakan pahat yang digunakan untuk menghantarkan tegangan listrik dan mengerosi benda kerja menjadi bentuk yang diinginkan.
51
d.
Kepala Mesin
sebagai tempat pahat dan komponen utama dari mesin EDM e.
Kapasitor
berfungsi untuk menyimpan energi listrik yang akan dilepaskan pada proses pengerjaan benda kerja f.
Voltmeter
digunakan untuk mengukur beda potensial pada rangkaian mesin g.
Amperemeter
digunakan untuk mengukur besar arus yang mengalir pada mesin
7.Karakteristik Electrical Discharge Machine
Berikut adalah beberapa ciri atau karakteristik dari Electrical Discharge Machining: a. Proses pemakanan dapat dilakukan oleh mesin dengan material apapun yang digolongkan ke dalam material penghantar listrik (konduktor) b. Sisa material terbuang yang dihasilkan bergantung pada sifat termal dari benda kerja, misalnya dari kekuatan bahan tersebut, kekerasan bahan, dan sebagainya. c .Dalam EDM terdapat pahat fisik dan bentuk geometri dari pahat tersebut merupakan bentuk cetakan dari benda kerja yang hendak dibuat. d.Pahat dari EDM harus memenuhi sifat material sebagai konduktor yang baik, bahkan harus lebih kuat dan awet daripada benda kerja yang nantinya akan dibuat. Untuk itu, perlu dipahami sifat termal baik dari benda kerja maupun pahat yang digunakan.
52
8.PRINSIP KERJA EDM Mesin mengendalikan pahat elektroda yang bergerak maju mengikis material benda kerja dan menghasilkan serangkaian loncatan bunga api listrik yang berfrekuensi tinggi (spark). Loncatan bunga dihasilkan dari pembangkit pulse antara elektroda dan material benda kerja, yang keduanya dicelupkan dalam cairan dielektrik, akan menimbulkan pengikisan material dari material benda kerja dengan erosi panas atau penguapan. EDM juga kadangkadang diasumsikan sebagai sebuah metode non-tradisional atas perpindahan materi melalui suatu rangkaian pelepasan busur elektrik yang berulang antara elektroda (tool pemotong) dan proses kerja pada lingkungan berenergi listrik. Alat pemotong EDM diarahkan sepanjang jalur yang diinginkan dan sangat dekat dengan tempat pemotongan, namun tidak sampai menyentuh lembaran yang akan dipotong. Percikan listrik yang berurutan memproduksi serangkaian ledakan yang sangat kecil (microcraters) pada lembaran logam yang diproses dan memindahkan materi sepanjang jalur pemotongan dengan cara pelelehan dan penguapan. Partikel-partikel akan tersapu dan terbuang oleh cairan yang mengandung aliran listrik.
9.KEUNTUNGAN ELECTRICAL DISCHARGE MACHINE
a.
Dapat membuat bentuk kompleks yang kemungkinan sukar dilakukan dengan mesin
konvensional. b.
Dapat mengerjakan material benda kerja yang keras dengan tingkat kepresisian
tinggi. c.
Dapat mengerjakan bagian bentuk yang sangat kecil sekalipun, tanpa cemas bagian
tersebut ikut terpotong. d.
Tidak ada kontak langsung antara alat dan benda kerja sehingga tidak timbul distorsi
pada pemakanan.
53
e.
Dapat membuat kehalusan permukaan benda kerja dengan baik .
f.
Lubang dapat dibuat secara mudah, tepat dan baik.
BAB 6 Electonic Chemical Machine
54
1. DEFINISI Electro Chimical Machining (ECM) adalah sebuah metode untuk mengolah bentuk logam melalui proses elektrokimia ( proses elektrolisis dan prosesvolta). Pada ECM proses elektrokimia yang digunakan adalah proses elektrolisis yaitu proses yang dapat mengubah energi lisrik menjadi energi kimia. Proses Elektrolisis Menggunakan Hukum Faraday I Dan II. Hukum Faraday 1 menyatakan bahwa massa zat yang dibebaskan pada suatu elektrolisis berbanding lurus dengan jumlah listrik yang mengalir. Hukum Faraday 2 menyatakan bahwa zat yang dibebaskan dalam elektrolisis berbanding lurus dengan massa ekuivalen zat itu.
2. PRINSIP KERJA ECM yaitu benda kerja dihubungkan dengan sumber arus searah yang bermuatan positif sedangkan pahat dihubungkan dengan sumber arus yang bermuatan positif dan cairan elektrolit dialirkan diantara pahat dan benda kerja
55
3. SKEMA CARA KERJA
4. KOMPONEN-KOMPONEN DC POWER SUPPLY adalah alat elektronik yang menjadi pemasok energi listrik bertegangan DC. alat ini akan mengkonversi arus normal ke arus DC untuk anda gunakan.
Pompa adalah alat untuk menggerakan cairan. Pompa menggerakan cairan dari tempat bertekanan rendah ke tempat dengan tekanan yang lebih tinggi, untuk mengatasi perbedaan tekanan ini maka diperlukan tenaga (energi) Fixture adalah alat khusus yang berfungsimengarahkan, memegang, menahan benda kerjayang berfungsi untuk menjaga posisi benda kerjaselama proses pemesinan Elektrolit adalah suatu zat yang larut atau terurai ke dalam bentuk ion-ion dan selanjutnya larutan menjadi konduktorelektrik, ion-ion merupakan atom-atom bermuatan elektrik. Elektrolit bisa berupa air, asam, basa atau berupa senyawa kimia lainnya
56
Flow meter merupakan instrumen guna mengukur aliran dari suatu fluida baik liquid ( liquid flowmeter), sludge ( sludge flow meter) maupun gas ( flow meter gas), baik bertemperatur rendah hingga temperatur tinggi Pressure gauge adalah alat yang digunakan untuk mengukur tekanan fluida (gas atau liquid) dalam tabung tertutup. filter adalah alat untuk menyaring elektrolit tsb. work piece adalah tempat untuk benda kerja yang akan di kerjakan. tool adalah alat kerja.
5. Syarat-syarat proses ECM yaitu pahat bermuatan negative dan benda kerja bermuatan positif celah antara pahat dan benda kerja yang berfungsi sebagai aliran cairan elektrolit (sel elektrolit). Sel elektrolit yang terbentuk diantara pahat dengan benda kerja inilah yang membentuk terjadinya reaksi elektrokimia dan reaski kimia 6. Fungsi dari cairan elektrolit dalam proses ECM
Sebagai media untuk memungkinkan terjadinya proses pengerjaan material. Sebagai fluida pendingin selama proses ECM berlangsung Untuk menghanyutkan bagian-bagian daripada material benda kerja yang telah dikerjakan. Pemilihan cairan elektrolit berdasarkan beberapa faktor sebagai berikut: Bersifat sebagai konduktor listrik Tidak korosif terhadap peralatan Tidak beracun dan tidak membahayakan operator Mempunyai sifat kimia yang stabil, sehingga memungkinkan terjadinya reaksi elektro kimia yang stabil selama proses ECM berlangsung.
57
Proses ECM bisa dipergunakan untuk segala macam metal, paduan logam dan material bersifat konduktor listrik. Jenis cairan elektrlit yang dipergunakan adalah Na Cl; Na N03; N2Cl0. Besarnya gap antara pahat dngan benda kerja 50 : 300 jam. Ion metal yang bermuatan positif ini akan bereaksi dengan non negative dari sel elektrolit dan membentuk senyawa metal hidroksida. Sehingga dengan demikian terjadilah proses pengerjaan material benda kerja secara pelarutan anodis.
7. KEUNGGULAN DAN KELEMAHAN: KEUNGGULAN: 1. mampu membuat 2.
permukaan
permukaan
akhir
halus
3
dimensi
karena
yang
ketiadaan
rumit bekas
secara
akurat
pahat/pemotong
3. keausan pahat nol sehingga 1 pahat membuat komponen dalam jumlah besar (produk masal)
4. tidak mempengaruhi benda kerja secara termal
KELEMAHAN: 1. Media yang korosif sulit dikendalikan
2. sudut dalam yang tajam (R<0,2 mm) sulit dibuat
3. ongkos perkakas dan perangkat yang mahal
4. konsumsi energinya yang besar
5. laju produksinya dari sedang ke tinggi
6. mesin yang digunakan merupakan mesin – mesin yang berukuran besar
58
8. Sirkulasi Cairan Elektrolit
Adanya proses peralutan anodis daripada material benda kerja maka terbentuklah senyawa metal hidroksida yang bercampur dengan cairan elektrolit semacam lumpur. Cairan yang berlumpur ini kemudian diendapkan dalam bak pengendap. Keluar dari bak pengendap ini, cairan elektrolit tersebut kemudian dijernihkan dengan mempergunakan centrifuge dan akhirnya baru dialirkan kedalam reservoir elektrolit. Dengan mempergunakan pompa, cairan elektrolit ini dialirkan kedalam celah antara benda kerja dengan pahat.
59
BAB 7 Permesinan CNC
Proses permesinan merupakan proses manufaktur dimana objek dibentuk dengan cara membuang atau meghilangkan sebagian material dari benda kerjanya. Tujuan digunakan proses permesinan ialah untuk mendapatkan akurasi dibandingkan proses-proses yang lain seperti proses pengecoran, pembentukan dan juga untuk memberikan bentuk bagian dalam dari suatu 60
objek tertentu.Perkembangan teknologi saat ini telah mengalami kemajuan yang amat pesat. Dalam hal ini komputer telah diaplikasikan ke dalam alat-alat mesin perkakas di antaranya: Mesin Bubut, Mesin Frais, Mesin Skrap, Mesin Bor, dll. Hasil perpaduan teknologi komputer dan teknologi mekanik inilah yang selanjutnya dinamakan CNC (Computer Numerically Controlled).Sistem pengoperasian CNC menggunakan program yang dikontrol langsung oleh komputer.
1.Pengertian Mesin CNC Secara umum konstruksi mesin perkakas CNC dan sistem kerjanya adalah sinkronisasi antara komputer dan mekaniknya. Jika dibandingkan dengan mesin perkakas konvensional yang setaraf dan sejenis, mesin perkakas CNC lebih unggul baik dari segi ketelitian (accurate), ketepatan (precision), fleksibilitas, dan kapasitas produksi. Sehingga di era modern seperti saat ini banyak industri-industri mulai meninggalkan mesin-mesin perkakas konvensional dan beralih menggunakan mesin-mesin perkakas CNC. Secara garis besar pengertian mesin CNC adalah suatu mesin yang dikontrol
oleh
komputer dengan menggunakan bahasa numerik (Data perintah dengan kode angka, huruf dan simbol) sesuai standart ISO. Numerical Control (NC) adalah suatu format berupa program otomasi dimana tindakan mekanik dari suatu alat-alat permesinan atau peralatan lain dikendalikan oleh suatu program yang berisi data kode angka. Data alphanumerical menghadirkan suatu instruksi pekerjaan untuk mengoperasikan mesin tersebut.
2.Secara umum bagian-bagian Mesin CNC (Computer Numerically Controlled) Unit Kontrol berupa panel pengontrolan yang berisi tombol-tombol perintah untuk menjelaskan kontrol gerakan mesin dan berbagai fungsi lainnya yang menggunakan instruksi oleh sistem kontrol elektronika. Kepala Tetap berupa roda-roda gigi transmisi penukar putaran yang akan memutar poros spindel. Poros utama (spindel) berupa tempat kedudukan pencekam untuk berdirinya benda kerja. Eretan utama (appron) akan bergerak sepanjang meja sambil membawa eretan lintang . (cross slide) dan eretan atas (upper cross slide) dan dudukan pahat.. Eretan Melintang yang menggerakan pahat arah melintang. 61
Eretan Memanjang yang menggerakan pahat arah vertikal. Kepala Lepas, sejajar kepala tetap untuk membantu pergerakan spindel dalam memegang benda kerja.
3.Kelebihan dari mesin CNC 1) Tingkat keakuratan lebih besar. 2) Untuk proses pemeriksaan dapat dikurangi. 3) Bahan yang mudah di kerjakan jika menggunakan cnc menjadi rumit. 4) Tidak terlalu membutuhkan keterampilan yang khusus dalam menjalankan mesin cnc. 4.kekurangan dari mesin cnc 1) Pengerjaan komponen dengan mesin yang mudah menjadi sulit karena menggunakan format yang rumit. 2) Membutuhkan modal yang besar. 3) Dibutuhkan tenaga ahli yang berfungsi untuk membuat pemograman CNC tersebut. 5.Mesin CNC tingkat dasar dibagi menjadi dua kelompok, yaitu: Mesin CNC Two Axis atau yang lebih dikenal dengan Mesin Bubut (Lathe Machine).
62
Mesin CNC Three Axis atau yang lebih dikenal dengan Mesin Frais (Milling Machine).
5.1.Mesin Bubut CNC Mesin CNC jenis Training Unit hanya mampu dipergunakan untuk pekerjaanpekerjaan ringan dengan bahan yang relatif lunak. Gerakan Mesin Bubut CNC dikontrol oleh komputer, sehingga semua
gerakan
yang
berjalan
sesuai
dengan
program
yang
diberikan, keuntungan dari sistem ini adalah memungkinkan mesin untuk diperintah mengulang gerakan yang sama secara terus menerus dengan tingkat ketelitian yang sama pula. 5.1.1. Prinsip Kerja Mesin Bubut CNC TU-2 Axis Mesin Bubut CNC TU-2A mempunyai prinsip gerakan dasar seperti halnya Mesin Bubut konvensional yaitu gerakan ke arah melintang dan horizontal dengan sistem koordinat sumbu X dan Z. Prinsip kerja Mesin Bubut CNC TU-2A juga sama dengan Mesin Bubut konvensional yaitu benda kerja yang dipasang pada cekam bergerak sedangkan alat potong diam. Untuk arah gerakan pada Mesin Bubut diberi lambang sebagai berikut : 63
a. Sumbu X untuk arah gerakan melintang tegak lurus terhadap sumbu putar. b. Sumbu Z untuk arah gerakan memanjang yang sejajar sumbu putar. Untuk memperjelas fungsi sumbu-sumbu Mesin Bubut CNC TU-2A dapat dilihat pada gambar ilustrasi di bawah ini :
Gambar 1. Mekanisme arah gerakan Mesin Bubut
Bagian Utama Mesin Bubut CNC TU 2-A
Gambar 2. Mesin Bubut CNC TU-2A A. Bagian mekanik 64
1). Motor Utama Motor utama adalah motor penggerak cekam untuk memutar benda kerja. Motor ini adalah jenis motor arus searah/DC (Direct Current) dengan kecepatan putaran yang variabel. Adapun data teknis motor utama adalah: a) Jenjang putaran 600 – 4000 rpm. b) Power Input 500 Watt. c) Power Output 300 Watt.
2) Eretan/support Eretan adalah gerak persum-buan jalannya mesin.Untuk Mesin Bubut CNC TU-2A
dibedakan menjadi dua bagian, yaitu :
a) Eretan memanjang (sumbu Z) dengan jarak lintasan 0–300 mm. b) Eretan melintang (Sumbu X) dengan jarak lintasan 0–50 mm.
65
Gambar 3.Ilustrasi gerak eretan.
3) Step motor Step motor berfungsi untuk menggerakkan eretan, yaitu gerakan sumbu X dan gerakan sumbu Z. Tiap-tiap eretan memiliki step motor sendiri- sendiri, adapun data teknis step motor sebagai berikut: a). Jumlah putaran 72 langkah b). Momen putar 0.5 Nm. c). Kecepatan gerakan : - Gerakan cepat maksimum 700 mm/menit. - Gerakan operasi manual 5 – 500 mm/menit. - Gerakan operasi mesin CNC terprogram 2 – 499 mm/menit.
Gambar 4. Step motor.
66
Gambar 5.Poros berulir dengan bantalan. 4).Rumah alat potong (revolver/toolturret) Rumah alat potong berfungsi sebagai penjepit alat potong pada saat proses pengerjaan benda kerja. Pada revolver bisa dipasang enam alat potong sekaligus yang terbagi mejadi dua bagian, yaitu : a) Tiga tempat untuk jenis alat potong luar dengan ukuran 12x12 mm. Misal: pahat kanan luar, pahat potong, pahat ulir, dll. b) Tiga tempat untuk jenis alat potong dalam dengan maksimum diameter 8 mm. Misal: pahat kanan dalam, bor, center drill, pahat ulir dalam, dll.
Gambar 12.6.Revolver 5) Cekam Cekam pada Mesin Bubut berfungsi untuk menjepit benda kerja pada saat proses penyayatan berlangsung. Kece- patan spindel Mesin Bubut ini diatur menggunakan transmisi sabuk.Pada sistem transmisi sabuk dibagi menjadi enam transmisi penggerak. 67
Gambar 7. Cekam Adapun tingkatan sistem transmisi penggerak spindle utama mesin CNC TU-2A, bisa dilihat dari gambar ilustrasi disamping : Enam tingkatan pulley penggerak tersebut memungkinkan untuk pengaturan berbagai putaran sumbu utama. Sabuk perantara pulley A dan pulley B bersifat tetap dan tidak dapat diubah, sedangkan sabuk perantara pulley B dengan pulley C dapat dirubah sesuai kecepatan putaran yang diinginkan, yaitu pada posisi BC1, BC2, dan BC3.
Gambar 8. Transmisi penggerak 68
6) Meja mesin Meja mesin atau sliding bed sangat mempengaruhi baik buruknya hasil pekerjaan menggunakan Mesin Bubut ini, hal ini dikarenakan gerakan memanjang eretan (gerakan sumbu Z) tertumpu pada kondisi sliding bed ini. Jika kondisi sliding bed sudah aus atau cacat bisa dipastikan hasil pembubutan menggunakan mesin ini tidak akan maksimal, bahkan benda kerja juga rusak. Hal ini juga berlaku pada Mesin Bubut konvensional.
Gambar 9.Sliding bed. 7) Kepala lepas Kepala lepas berfungsi sebagai tempat pemasangan senter putar pada saat proses pembubutan benda kerja yang relatif panjang. Pada kepala lepas ini bisa dipasang pencekam bor, dengan diameter mata bor maksimum 8 mm. Untuk mata bor dengan diameter lebih dari 8 mm, ekor mata bor harusmemenuhi syarat ketirusan MT1.
69
Gambar 10.Kepala lepas.
B. Bagian pengendali/control
Gambar 11. Bagian-bagian pengendali/control Keterangan : 1. Saklar utama 70
2. Lampu kontrol saklar utama 3. Tombol emergensi 4. Display untuk penunjukan ukuran 5. Saklar pengatur kecepatan sumbu utama 6. Amperemeter 7. Saklar untuk memilih satuan metric atau inch 8. Slot disk drive 9. Saklar untuk pemindah operasi manual atau CNC (H= hand/manual, C= CNC) 10. Lampu control pelayanan CNC 11. Tombol START untuk eksekusi program CNC 12. Tombol masukan untuk pelayanan CNC 13. Display untuk penunjukan harga masing-masing fungsi (X, Z, F, H), dll. 14. Fungsi kode huruf untuk masukan program CNC 15. Saklar layanan sumbu utama 16. Saklar pengatur asutan 17. Tombol koordinat sumbu X, Z.
5.2. Mesin Frais (Milling Machine) CNC. CNC Frais Training Unit dipergunakan untuk pelatihan dasar pemrograman dan pengoperasian CNC yang dilengkapi dengan EPS (External Programing Sistem). Gerakan Mesin Frais CNC dikontrol oleh komputer, sehingga semua gerakan
yang
berjalan
sesuai
dengan
program
yang diberikan,
keuntungan dari sistem ini adalah mesin memungkinkan untuk diperintah mengulang gerakan yang sama secara terus menerus dengan tingkat ketelitian yang sama pula. 71
1. Prinsip Kerja Mesin Frais CNC TU 3 Axis Mesin Frais CNC TU-3A menggunakan sistem persumbuan dengan dasar sistem koordinat Cartesius, (Gambar 12.84.). Prinsip kerja mesin CNC TU-3A adalah meja bergerak melintang dan horizontal sedangkan pisau / pahat berputar. a) Sumbu X untuk arah gerakan horizontal. b) Sumbu Y untuk arah gerakan melintang. c) Sumbu Z untuk arah gerakan vertikal
72
Daftar Pustaka Taufiq Rochim, (1990). Teori Kerja Bor. Bandung: Politeknik Manufaktur Bandung. Taufiq Rochim, (1993). Teori & Teknologi Proses Pemesinan. Bandung: Proyek HEDS. Fox Valley Technnical College, 2007, Machine Shop 3 : "Milling Machines" Tool Holding (http://its.fvtc.edu/ machshop3/basicmill/default.htm).
73
