Pengaruh Parameter EDM Terhadap Ketirusan Pada Pembuatan

Lubang Tembus

Triyono

JunisanTeknik Mesin, Fakultas Teknologi Industri, Universitas TrisaktiKampus A, GedungHeri Hartanto- Lt.5,Jl. Kyai TapaNo I, Grogol, Jakarta Barat 11440

Tip (021) 5663232 ext.403 ; E-mail: triyono@trisakti.ac.id

ABSTRACT: Tapering Effect of parameter EDM in hole making process. EDM is one of nontraditional machining. There are some advantages of this process for instance suitable for machininghigh strength temperature resistance material, accurate and beableto make complex geometricfeature.How ever, there aresomeweaknesses: lowrateofmaterial removal, tapering, highcostandenvironmentproblem. This paper willexamine the influence ofcutting parameter toward tapering using EDM inholemaking process. The parameters are electric current (from 15 A, 20 A, 30 A, 45 A and60 Ampere) andthe dutyfactor (from 30%, 40%, 50%, 60%, 70% and90%). Experiment has been done with SKD 11 aswork piece material, Cufor electrode and kerosenefor dielectricfluid. Taper can bemeasured by usingTriobor which has I micrometer resolution. Conclusion of the experimental showed that variation ofelectric current gives different taper values.

Keywords:EDM, Taper, electric current.

PENDAHULUAN

Proses Electrical Discharge Machining (EDM),salah satu proses non konvensional, memiliki peranbesardalam pembuatan mould dan dies karena berbagaikelebihan, diantaranya yaitu dapat memotong seluruhmaterial yang bersifat konduktor listrik termasukmaterial HSTR (HighStrength Temperature Resistance),produk hasil pemotongannya memiliki ketelitian yangtinggi serta mampu membuat produk dengan geometriyang komplek [1]. Namun demikian, juga memilikikekurangan seperti laju pembentukan geram rendahsehingga biayanya mahal, timbulnya over cut danmasalah lingkungan. Over cut yang muncul dalampemesinan lubang akan nampak sebagai ketirusanlubang. Makalah ini mengkaji pengaruh parameterproses pemotongan terhadap ketirusan (taper) padamesin EDM Maho E 300[2].

Jika ketirusan dapat diketahui maka dalamperencanaan pembuatan benda kerja kesalahan itu dapatdiantisipasi. Tujuan penelitian ini adalah untukmengetahui seberapa besar pengaruh parameter-parameter proses pemotongan mesin EDM terhadapketirusan lubang tembus. Dalam hal ini dipilih besarnyaarus listrik dan Duty Factor sebagai parameter proses.Duty Factor adalah ratio antara pulse duration denganpulse periode [2].

Proses pemotongannya, lebih pas pengikisan,dilakukan oleh sejumlah loncatan bunga api listrik yangterjadi pada celah antara elektroda dan benda kerja.Skema proses EDM dapat dilihat pada Gambarl.Loncatan bunga api listrik tersebut terjadi secaraperiodik terhadap waktu. Terdapat fluida dielektrik yangmerendam benda kerja dan elektroda. Setiap loncatanbunga api listrik yang terjadi menyebabkan suatu

pemusatan aliran elektron yang bergerak dengankecepatan yang tinggi dan menumbuk permukaan bendakerja, ditunjukkan pada Gambar 2. Bagian daripermukaan benda kerja ini akan mengalami kenaikantemperatur sekitar 8.000-12.000 °C yang akanmenyebabkan pelelehan lokal pada bagian tersebutsampai ke phase penguapan [1,3].

Loncatan bunga api listrik terjadi secara periodikyang berarti ada waktu untuk pendinginan. Hal inimenyebabkan penurunan temperatur secara mendadak,mengakibatkan gelembung uap tersebut mengkerut danmenyebabkan bagian material yang leleh akan terpencarkeluar dari permukaan meninggalkan bekas-bekasberupa kawah-kawah halus pada permukaan material,lihat Gambar 3 [4].

Pengaruh parameter EDM terhadap ketirusan pada.... (Triyono)

ai->power,supply ;>

I3?

6 Dielektrum

t(-)

bendakerja

IL

^///^M/y/hmMFixture

€)

Gambar 1. Skema Proses EDM [1]

184

Gambar 2. Loncatan Bunga Api Listrik

Gambar 3. Kavvali hasil crosi 14]

Bagian-bagian yang terpencar ini secepatnyamembeku kembali membcntuk partikel-pertikel halusyang terbawa pergi oleh aliran cairan dielektrik yangdisirkulasi. Kawah hasil pemotongan akan menentukankekasaran permukaan benda kerja. Salah satu pengujiantingkat kekasaran permukaan hasil pemotongannyadiperlihatkan pada Gambar 4.

Frekuensi (Hz) Konstan

—•—(=220000 Hz

(=300000 Hi

Gambar 4. Grafik hubungan antara arus dengan kekasaran permukaanpadaberbagai frekuensi pelepasan bungaapi listrik [5]

185

Selanjutnya berdasarkan hasil pengukuran yangditunjukan pada Gambar 5 dapat diketahui bahwa akanterjadi penurunan kekasaran permukaan jika dilakukanpemotongan pada arus listrik konstan dan frekuensiberubah. Akan tetapi perubahan tersebut relative kecilpada harga arus listrik 1, 2,3 dan 6 Amper. Sedangkanuntuk arus 9,14,20 dan 30 perubahan tersebut dapatdinyatakan dalam persamaan garis linier.

^ 30EI

y = -3E-05x +29.161 *..

52 20

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]

y = -3E-05X + 23.782

y = -2E-05x+ 19.08

y = -1E-05x + 11.223

—o--l=9Amp. --o-- 1=14Amp --*-- l=20 Amp. --K-- l=30 Amp.

Gambar 5. Pengaruh besarnya frekuensi terhadap kekasaranpermukaan,pada berbagai harga arus listrik. Aruslistrik antar l s.d 6 Amp., persamaanya tidakditunjukan mengingathampir tidak terjadi perubahankekasaran permukaan untuk kcnaikan frekuensi yangdiuji |5|

Jika data hasil pengujian dibandingkan denganGambar 6, pada pengujian arus berubah terbuktimemiliki kecenderungan yang sama yaitu besarnyakekasaran permukaan akan membesar setarafpembesaran arus. Demikian pula halnya dengankcnaikan frekuensi menyebabkan penurunan kekasaranpermukaan.

Rouszh

Low Frequency

-

High Frequency

Smooth

Discharge Current

Gambar6. Grafik kekasaran permukaan dalam EDM yang diakibatkanoleh arus dan frekuensi [6]

Selain benda kerja yang tererosi, ternyata elektrodajuga mengalami keausan. Gambar 7 menunjukanhubungan antara besar arus listrik dan laju keausan darisetiap jenis material elektroda. Terlihat bahwa grafitmengalami keausan lebih kecil dari pada dua materialyang lain. Hal ini diduga karena grafit adalah material

MESIN, Volume 9 Nomor 3, Oktober 2007, 184 - 189

non logam yang sifat konduktor iistriknya relatif lebihburuk dari pada dua material elektroda logam yang lain,sehingga pelepasan elektron lebih membutuhkan energi.Demikian pula halnya dengan keausan relatif yangditunjukan pada Gambar 8 menunjukan hasil yang samabahwa grafit memiliki keausan relatif lebih baikdibanding dengan ke dua bahan yang lain.

c 0.6

ErT" 0.5e

^0.4

(U

>

I 0-2fe0.1

0.3

10 11 14 15 17 20 23 30 35 40 45 60

Arus (A)

•Copper •Copper Chrome •Graphite

Gambar 7. Grafik Perbandingan Besarnya Wear Rate antara ketigajeniselektroda [7]

10 11 14 15 17 20 23 30 35 40 45 60

Arus ; (A)

:i•Copper •Copper Chrome •Graphite

Gambar 8. Grafik Perbandingan Besarnya Relative Wear [7]

METODOLOGI

Bahan benda uji adalah SK.D 11 dikombinasikandengan tembaga sebagai elektroda serta fluida dielektrikdigunakan kerosen. Proses yang digunakan dalampembuatan lubang tembus adalah shinking proses,dimana diameter lubang 12 mm dengan kedalaman 15mm. Adapun mesinnya adalah EDM maho E 300 yangdimiliki . laboratorium Proses Manufaktur di Jurusan

Teknik Mesin Universitas Trisakti. Pengukuran diameterterbesar dan terkecil dari benda uji untuk mengetahuibesarnya ketirusan digunakan Triobor , yaitu mikrometertiga kaki [8,9]

Dl

Z

jtePo"tongan A-A

Gambar 9: Gambar Benda Kerja [9]

Gambar 9. menunjukan rancangan benda uji, yangterdiri atas 30 buah lubang dalam satu plat deganketebalan 15 mm. Kedua permukaan plat merupakanhasil proses pemesinan dengan mesin freis. Dengandemikian diharapkan dapat menghindari kesalahanpanjang lubang yang akan dibuat. Panjang lubang yangberbeda akan menyebabkan kekonisan yang berbeda,sungguhpun dengan parameter proses yang persis sama.Besarnya ketirusan dapat diketahui dengan melakukanpengukuran Dl dan D2, lihat Gambar 10.

Pada saat pengujian, parameter proses pemotonganyang digunakan adalah arus listrik dan Duty Factor,masing-masing dalam rentang antara 15, 20, 30, 45 dan60 Amper, dan pada 30, 40, 50, 60, 70 dan 90% sesuaiharga yang ada di mesin [9].

Adapun tahap-tahap proses pemesinan untuk mesinEDM adalah sebagai berikut:1. Pemasangan elektroda kedalam chuck, kemudian

dilakukan penyetelan kesejajaran elektroda terhadapsumbu spindle, sumbu Z.

2. Pengesetan mesin dan pemosisian elektroda terhadapbenda kerja.

3. Pembuatan program NC untuk pemotongan padakoordinat yang dikehendai, serta menginputkan datateknologi pemotongannya. Mesin EDM Maho E 300dilengkapi pengontrol berdasarkan data numerik/CNC.

Pengaruh parameter EDM terhadap ketirusan pada .... (Triyono) 86

ketirusan

Tools<^>

Benda Kerja

Gambar 10: Ketirusan

HASIL DAN PEMBAHASAN

Data yang diperoleh dari pengukuran besarnyaketirusan akan dianalisis, untuk mengetahui ada tidaknyapengaruh dari variabel bebas yaitu besarnya arus(Amper) dan besarnya Duty Factor (%).

Untuk mengetahui hubungan antara variable bebasdengan variable respon, akan dianalisis dengan regresi.Dari hasil regresi akan didapat persamaan regresi dangrafik yang akan menerangkan hubungan masing -masing variabel bebas terhadap variabel respon, yaitu:

• Hubungan antara besarnya arus terhadapketirusan.

• Hubungan antara besarnya dutyfaktor terhadapketirusan.

Dengan demikian dapat ditarik kesimpulan variabelmana yang paling berpengaruh terhadap ketirusan.

Tabel 1. BesarnyaKetirusan terhadap besarnya Arus, pada beberapaDuty Faktor Konstan 30%, 40%, 50%, 60%, 70% dan 90% [9]

Arus Besarnya Ketirusan(Amper)

30%

Duty Factor40% 50% 60% 70% 90%

10 20 30 40 50 60 70

Arus [Amper]

-Duty Factor 30% —— Log. (Duty Factor 30%)

Gambar 11.Grafik hubungan antaraarus listrik terhadapketirusan,pada duty faktor 30% konstan.

y=0.1237Ln(x)-0.2269

0.000

0 20 40 60

Arus [Amper]

•DutyFactor40% Log.(DutyFactor40%) !

Gambar12.Grafik hubunganantara aruslistrik terhadap ketirusan,pada duty faktor 40% konstan.

0.300

0.200

0.100

0.000

y =0.1949Ln(x)--0.5127

0 20 40 60 80

-♦—DutyFactor50% Log.(DutyFactor50%) :

Gambar13.Grafik hubunganantara aruslistrik terhadap ketirusan,

15 0.238 0.012 0.012 0.015 0.011 0.014paua <juiy laiuui ju/o nunsiaii.

20 0.240 0.238 0.014 0.016 0.088 0.240 ......

30 0.239

0.237

0.239

0.238

0.239

0.242

0.240

0.243

0.241

0.241

0.240

0.241

0.239

0.241

0.246

0.240

0.241

0.246

! „ 0.300 iE

! •§ 0.200

y = 0.1919LnM- 0.502545

60 fy^ # \i | 0.100

1x- n nnn

• ~2T| 0 20 40 60 80

Arus [Amper]

! e±F?jtyFactor60% Log. (Duty Factor 60%) i

187

Gambar 14.Grafik hubunganantara aruslistrik terhadap ketirusan,padaduty faktor 60% konstan.

MESIN, Volume 9 Nomor 3, Oktober2007,184-189

„ 0.400EE, 0.300

| 0.200I 0.100

0.000

y:=0.1/41 Ln(x)- 0.4272

— - -

20 40 60

Arus [Amper]

80

•DutyFactor70%' •Log. (Duty Factor70%)

Gambar IS. Grafik hubungan antara aruslistrik terhadap ketirusan,pada duty faktor 70% konstan.

0.300

0.000 4

y = 0.125Ln(x)-0.2288

20 40 60

Arus [Amper]

-♦— Duty Facto r 90% • •Log. (Duty Factor 90%)

80

Gambar 16:Grafik hubungan antaraarus listrik terhadapketirusan,pada duty faktor 90% konstan.

Dari hasil pengukuran terbukti bahwa terdapatketirusan lubang yang dipotong. Terlihat adanyaperbedaan diameter lubang, dimana diameter bagian ataslebih besar dari pada bagian bawah. Penyebabmembesarnya diameter bagian atas karena selama prosespemotongan bagian selubung dari elektroda masihmelepas bunga api listrik ke arah sisi, yang akanmengerosi dinding lubang yang telah terpotong.Sesungguhnya yang diharapkan adalah pemotonganhanya terjadi pada bagian frontal dari elektroda.

Dari ke enam grafik tersebut di atas terlihat bahwaketirusan akan membesar dengan bertambahnya aruslistrik/daya pemotongan. Terkecuali pada arus sampaidengan 15 Amper (daya terendah) ketirusan memilikipola tersendiri yang cenderung konstan. Oleh karena itudalam proses pengakhiran (finishing) daya yangdigunakan harus kecil demi mencapai ketelitian yangtinggi, dalam hal ini kekonisan kecil. Dari berbagai datapengujian dalam reference 5,7 dan 9 dapat disimpulkanbahwa 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 arus45 dan 60 Amper perubahan duty factor tidakberpengaruh terhadap ketirusan.

Tabel 2. BesarnyaKetirusanTerhadap Duty Factor Pada beberapaArus konstan [9]

Besarnya KetirusanDuty

Factor [%] Arus listrik

15 A 20 A 30 A 45 A 60 A

30 0,238 0,240 0,239 0,237 0,23940 0,012 0,238 0,238 0,239 0,24250 0,012 0,014 0,013 0,243 0,24150 0,015 0,016 0,241 0,240 0,24170 0,011 0,088 0,015 0,241 0,24090 0,014 0,240 0,240 0,246 0,246

0.300 j

0.250 j ._..._ _.....

c 0.200 ! -A- V /f«» \ \ / /2 0.150 j- - - - —V \- /-/-£ 0.100 \ \ / /

0.050

0.000

0 20 40 60 80 100

DutyFactor [%]

;-♦—15 A-*-20 A-*-30 A-1-45 A-*-60 A i- -

Gambar 17: Grafik Besarnya Ketirusan Pada Arus Konstan danDutyFaktor Variabel.

SIMPULAN

Dari pengujian yang dilakukan pada prosespembuatan lubang dengan menggunakan mesin EDM,penulis mengambil kesimpulan bahwa di setiap kondisipemotongan dengan shinking proses (penggurdian)cenderung terjadi ketirusan. Besarnya ketirusantergantung dari harga arus listrik yang digunakan.Semakin besar arus yang digunakan ketirusan akansemakin nyata. Oleh karena itu, untuk proses finishing,pemotongan dengan mesin EDM maho E 300, sebaiknyadigunakan arus maksimal 15 Amper demi memperolehkeakuratan dimensi.

UCAPAN TERIMA KASIH

Diucapkan terimakasih kepada Saudara Hendro,Tata dan Pujo mahasiswa Jurusan Teknik Mesin yangtelah memberikan banyak sumbangan dalam tulisan ini,khususnya dalam memberikan ijin data hasilpengujiannya diungkapkan dalam makalah ini. Selain itudiucapkan pula terima kasih kepada staf laboratoriumProses Manufaktur Jurusan Teknik Mesin danlaboratorium Kimia Fakultas Kebumian dan EnergiUniversitas Trisakti yang telah membantu terlaksananyapengujianyang dilakukan oleh para mahasiswa tersebut.

Pengaruh parameter EDM terhadap ketirusan pada .... (Triyono) 188

DAFTAR PUSTAKA

1. Rao, PN. Manufacturing Technology Metal Cuttingand Machine Tolls. 2000, Tata McGraw-Hill, NewDelhi.

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 (WorkshoopTecnology). Volume IIYoedi Poedjo Pranoto, Pengaruh Paramater ProsesEDM Maho Hs 300 E Terhadap KekasaranPermukaan Pada Pemotongan Material Skd U,Tugas Akhir, Jurusan Teknik Mesin, FakultasTeknologi Industri Universitas Trisakti, Jakarta,2004.

189

Mikell P Groover. Fundamentals of ModernManufacturing, 1996, Prentice Hall, New Jersey.Hendro Priyono. Pengaruh Jenis Elektroda danBesar Arus Terhadap Relative Wear (v) dan WearRate (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 danKontrol Kualitas, Lab. Metrologi Industri, JurusanTeknik Mesin, FTI-ITB, Bandung, 1985.Anata Jaya Putra."Pengaruh Paramater ProsesPemotongan Terhadap Ketirusan pada Mesin EDMMaho 300 E„ Tugas Akhir, Jurusan Teknik Mesin,Fakultas Teknologi Industri Universitas Trisakti,Jakarta, 2003.

MESIN, Volume 9 Nomor 3, Oktober 2007,184 - 189