Pengaruh Wire Tension Electrode Pada Mesin Wire EDM Terhadap Kepresisian Pemotongan

Transkripsi

1 Pengaruh Wire Tension Electrode Pada Mesin Wire EDM Terhadap Kepresisian Pemotongan Eko Edy Susanto 1, Stevani Ardi Putro 2 Program Studi Teknik Mesin, ekoedys@yahoo.co.id ABSTRAK Wire Electric Discharge Machining (EDM) merupakan salah satu proses non konvensional yang memotong logam dengan kontur dimensi presisi dari logam lunak maupun keras dengan menggunakan kawat sebagai elektroda. Mesin ini digunakan untuk membentuk komponenkomponen mesin yang memiliki bentuk kompleks dan membutuhkan kepresisian tinggi. Salah satu parameter pemesinan yang mempengaruhi kepresisian pemotongan pada wire EDM adalah wire tension electrode (tegangan kawat). Tujuan penelitian ini adalah untuk mengetahui pengaruh wire tension electrode pada mesin wire EDM terhadap kepresisian pemotongan dari bahan produk. Variabel bebas dari penelitian ini adalah wire tension electrode dengan variasi tegangan 7N, 8N, 9N, 10N dan 11N. Sedangkan variabel terikatnya adalah kepresisian dari sampel pemotongan produk. Pemotongan yang dilakukan sesuai dengan profil produk spur gear DS1-50 dan bahan yang digunakan adalah baja ASSAB 760. Hasil dari penelitian ini menunjukkan bahwa tegangan berpegaruh pada kepresisian hasil pemotongan. Tegangan kawat 8N menghasilkan kepresisian yang rendah dengan nilai penyimpangan terbesar yaitu mm, sedangkan tegangan kawat 10N menghasilkan kepresisian yang tinggi dengan nilai penyimpangan terkecil yaitu mm. Kata Kunci: wire edm, tegangan kawat, kepresisian pemotongan, produk Pendahuluan Electric discharge machining (EDM) merupakan salah satu teknologi pemotongan logam non konvensional yang menggunakan energy panas pada proses pemotongannya (thermal cutting processes). Proses pemotongannya berupa erosi yang terjadi karena adanya sejumlah loncatan bunga api listrik pada celah antara pahat (katoda) dengan benda kerja (anoda). Prosesnya dimonitor secara cermat oleh sistem computer numerically controlled (CNC). Karena pengikisan terjadi secara elektrik, maka material yang akan diproses harus bersifat konduktif. Pengikisan tersebut terjadi di dalam fluida dielektrik yang berupa kerosene maupun air destilasi. Wire EDM (WEDM) merupakan kelompok jenis dari Cutting EDM yang secara khusus menggunakan kawat bertegangan yang dialiri arus listrik sebagai elektroda pemotong (Panday, 1983). Wire EDM dikategorikan sebagai mesin dengan proses menyelam (submerged) ataupun nonsubmerged dengan flushing pada sumbu yang sama (coaxial flushing). Dikatakan sebagai proses menyelam (submerged), karena pada waktu proses pemotongan, benda kerja dan kawat elektroda berada di dalam cairan dielektrik. Sedangkan dikatakan sebagai proses nonsubmerged, karena hanya kawat elektroda saja yang dialiri cairan dielektrik pada saat proses pemotongan terjadi (Geng, 2004). SENATEK 2015 Malang, 17 Januari

2 Gambar 1. Nonsubmerged wire EDM (Sumber: Manufacturing Engineering Handbook, chapter 37.4) Prinsip utama dari wire EDM adalah memanfaatkan percikan bunga api listrik diantara benda kerja dan pahat. Mesin ini biasanya digunakan untuk membentuk komponen mesin yang memiliki bentuk komplek dan membutuhkan kepresisian tinggi. Terdapat dua jenis parameter pada pemesinan EDM, yakni parameter elektris dan parameter non elektris. Tegangan kawat merupakan salah satu parameter non elektris dari wire EDM yang memiliki peranan dalam menentukan kualitas hasil produk. Pengaturan nilai tegangan kawat mempengaruhi upper diamond guide dan lower diamond guide dalam mencekam kawat elektroda pada konstriksi pemegang kawat WEDM, sehingga dapat menimbulkan getaran pada kawat elektroda saat proses pengikisan benda kerja. Getaran kawat yang tidak stabil ditambah dengan gaya tekan kawat pada saat proses pengikisan benda kerja juga dapat mempengaruhi tingkat kepresisian dari hasil pemotongan. Dengan kata lain, penentuan tegangan kawat elektroda mempengaruhi tingkat getaran kawat elektroda yang berdampak pada hasil penyimpangan lebar pemotongan dari suatu produk. Berdasarkan penelitian yang dilakukan oleh Mu-Tian Yan dan Pin-Hsum Huang (2004), kontur pemotongan yang lebih presisi dapat dicapai dengan cara mengembangkan sistem control tegangan kawat open loop yang secara konvensional merupakan sistem control tegangan kawat pada mesin wire EDM. Perbaikan sistem control open loop pada mesin EDM menghasilkan kontur geometri pemotongan pada bagian ujung dan kelurusan vertical yang lebih baik. Telah banyak dilakukan penelitian tentang pengaruh parameter pemotongan pada wire EDM terhadap kepresisian pemotongan. Gapsari dkk (2011), juga telah melakukan penelitian tentang pengaruh parameter lain, yakni arus listrik terhadap profile error involute roda gigi dengan menggunakan wire EDM. Penelitian tersebut menyimpulkan bahwa besar arus listrik yang ditentukan berpengaruh terhadap penyimpangan geometri profil produk, yaitu profile error involute. Berdasarkan hasil penelitian didapatkan bahwa nilai profile error involute meningkat seiring dengan bertambahnya besar arus listrik. Penelitian yang dilakukan oleh Gapsari dkk merupakan penelitian terhadap spur gear dengan parameter elektris (arus listrik) pada proses wire EDM. Di samping itu, penelitian yang dilakukan oleh Mu-Tian Yan dan Pin-Hsum Huang memanfaatkan parameter non elektris (wire tension) untuk mengetahui pengaruhnya dalam proses pemotongan benda kerja. Hal ini memicu penulis untuk melakukan penelitian dengan menggunakan parameter non elektris guna mengetahui pengaruh dari wire tension electrode terhadap kepresisian dari produk roda gigi spur gear. Rumusan Masalah Rumusan masalah pada penelitian yang dilakukan adalah sebagai berikut: 1. Pengaruh wire tension terhadap penyimpangan lebar pemotongan produk pada mesin wire EDM. SENATEK 2015 Malang, 17 Januari

3 2. Sejauh mana wire tension berpengaruh pada hasil pemotongan produk dengan menggunakan mesin wire EDM. Batasan Masalah Batasan masalah pada penelitian ini adalah sebagai berikut: 1. Produk yang dibuat adalah punch dies bentuk spur gear DS1-50 dengan bahan ASSAB Produk yang dibuat merupakan hasil dari penelitian yang sudah dilakukan dengan mengambil hasil penyimpangan terkecil dari penelitian sample pemotongan. 3. Parameter wire tension yang digunakan yaitu 7N, 8N, 9N, 10N dan 11N. Mesin wire EDM yang dipakai adalah Mitsubishi wire EDM BA Cairan dielektrik yang digunakan adalah air suling. 5. Kawat elektroda yang dipakai berpenampang silinder yang terbuat dari bahan kuningan dengan ukuran diameter 0.2 mm. 6. Kepresisian bentuk pemotongan terbatas pada bentuk pemotongan produk yang dibuat, yaitu pemotongan lurus dan bentuk pemotongan interpolarsi melingkar. Tujuan Penelitian Tujuan dari penelitian ini adalah sebagai berikut: 1. Mengetahui seberapa besar pengaruh wire tension terhadap penyimpangan lebar pemotongan pada mesin wire EDM. 2. Mengetahui pengaruh wire tension terhadap hasil pemotongan pada mesin wire EDM. Manfaat Penelitian Luaran yang diharapkan dari penelitian ini adalah sebagai berikut: 1. Meminimalisir penyimpangan lebar pemotongan pada mesin wire EDM. 2. Memberikan informasi dalam menentukan setting parameter wire tension guna mencapai kepresisian pemotongan yang maksimal pada mesin wire EDM. Metode Penelitian Penelitian dilakukan dengan menggunakan metode eksperimental. Variabel bebas yang digunakan adalah tegangan kawat 7N, 8N, 9N, 10N dan 11N. Sedangkan variabel terikatnya adalah kepresisian dari sampel pemotongan bentuk spur gear DS1-50. Proses Pengambilan Spesimen 1. Menyiapkan gambar pemotongan spesimen spur gear DS1-50 sesuai dengan nomor katalog. Gambar 2. Spur Gear DS1-50 Keterangan standard DS1-50 Jumlah Gigi z : 50 Modul m : 1 mm Sudut Tekan α : 20 SENATEK 2015 Malang, 17 Januari

4 Diameter pitch D : 50 Addendum Hv : 1 mm Dedendum Hk : 1.16 mm Diameter puncak Dv : 52 mm Garis tengah kaki gigi Dk : mm Garis tengah lingkaran dasar Dd : mm Tinggi Gigi H : mm Jarak antara t : 3.14 mm Lebar gigi b : 1.57 mm Gambar 3. Sample Pemotongan DS Menyiapkan specimen bahan yang akan digunakan yaitu baja ASSAB 760 dengan tebal 10mm. 3. Menyiapkan mesin wire EDM Mitsubishi BA Melakukan proses pemotongan sampel sesuai dengan parameter-parameter yang ditentukan. Proses Pengambilan Data 1. Membersihkan hasil pemotongan. 2. Melakukan pengambilan gambar penampang sampel pemotongan dengan menggunakan foto makro untuk setiap sampel. 3. Melakukan pengukuran lebar pemotongan benda kerja dengan menggunakan profil proyektor. 4. Melakukan pengukuran lebar pemotongan dari hasil foto makro dengan menggunakan software optilab. 5. Pengambilan dan pengolahan data. 6. Malakukan pembahasan data 7. Penarikan kesimpulan. Hasil Titik pengukuran yang dilakukan adalah seperti gambar berikut: Gambar 4. Titik Pengukuran SENATEK 2015 Malang, 17 Januari

5 Data hasil pengukuran lebar pemotongan dengan menggunakan profil proyektor ditunjukkan pada table berikut: Tabel 1. Hasil Pengukuran Profil Proyektor Data Lebar Pemotongan (Kerf) Tegangan Titik 1 Titik 2 Titik 3 Titik 4 Titik 5 Titik 6 (N) Melingkar 7 0,264 0,261 0,263 0,264 0,249 0, ,257 0,248 0,264 0,269 0,269 0, ,261 0,278 0,259 0,258 0,249 0, ,259 0,278 0,255 0,255 0,249 0, ,256 0,249 0,263 0,256 0,260 0,257 Sedangkan Data hasil pengukuran lebar pemotongan dengan menggunakan optilab yaitu: Tegangan (N) Tabel 2. Hasil Pengukuran Optilab Data Lebar Pemotongan (Kerf) Titik 1 Titik 2 Titik 3 Titik 4 Titik 5 Titik 6 7 0,278 0,285 0,285 0,287 0,285 0, ,287 0,279 0,287 0,284 0,277 0, ,271 0,279 0,275 0,276 0,274 0, ,245 0,268 0,254 0,261 0,26 0, ,245 0,260 0,271 0,266 0,249 0,256 Pembahasan Dari table lebar pemotongan yang didapat, dilakukan pengolahan data untuk mencari nilai penyimpangan yang terjadi pada tiap sisi pemotongan. Nilai penyimpangan tiap sisi didapat dari perhitungan sebagai berikut: Hasil dari perhitungan tersebut untuk masing-masing pengukuran adalah sebagai berikut: Tegangan (N) Tabel 3. Hasil Pengukuran Profil Proyektor Hasil Penyimpangan Dengan Profil Proyektor Titik 1 Titik 2 Titik 3 Titik 4 Titik 5 Titik 6 7 0,0320 0,0303 0,0315 0,0320 0,0245 0, ,0287 0,0240 0,0318 0,0345 0,0343 0, ,0307 0,0392 0,0297 0,0290 0,0230 0, ,0295 0,0388 0,0275 0,0273 0,0245 0, ,0280 0,0245 0,0315 0,0282 0,0298 0,0283 SENATEK 2015 Malang, 17 Januari

6 Tegangan (N) Tabel 4. Hasil Pengukuran Optilab Hasil Penyimpangan Dengan Optilab Titik 1 Titik 2 Titik 3 Titik 4 Titik 5 Titik 6 Melingkar 7 0,0390 0,0425 0,0423 0,0433 0,0425 0, ,0437 0,0397 0,0435 0,0418 0,0383 0, ,0353 0,0397 0,0375 0,0378 0,0368 0, ,0223 0,0340 0,0272 0,0305 0,0302 0, ,0227 0,0298 0,0353 0,0332 0,0243 0,0282 Dari data hasil pengukuran lebar pemotongan dan hasil penyimpangan ukuran didapatkan bahwa besar tegangan kawat akan mempengaruhi kepresisian pemotongan dari sampel potong. Hubungan antara wire tension dan penyimpangan ukuran dari masing-masing titik ukur sampel potong adalah sebagai berikut: I. Pemotongan melingkar dari kiri ke kanan arah ke atas Gambar 5. Titik Pengukuran Pertama Pemotongan Melingkar Dari grafik yang didapat, menunjukkan bahwa ada pengaruh tegangan kawat pada hasil penyimpangan pada proses pemotongan dengan menggunakan wire EDM. Grafik pengukuran cenderung turun, hal ini menunjuukkan bahwa semakin rendah tegangan yang di pakai maka semakin besar penyimpangan yang terjadi. Dan semakin tinggi tegangan yang dipakai maka semakin kecil penyimpangan yang dihasilkan pada proses pemotongan. Pada titik pengukuran pertama, yaitu pada titik pengukuran pemotongan melingkar dari kiri ke kanan arah ke atas, hasil penyimpangan yang didapat dengan pengukuran profil proyektor yaitu penyimpangan terbesar terjadi pada tegangan kawat 7N sebesar mm, sedangkan penyimpangan terkecil terjadi pada tegangan kawat 11N sebesar mm. Hasil pengukuran yang diperoleh dengan menggunakan optilab menunjukkan hasil yang berbeda. Penyimpangan terbesar terjadi pada tegangan kawat 8N sebesar mm. sedangkan penyimpangan terkecil terjadi pada tegangan kawat 10N dengan nilai penyimpangan sebesar mm. SENATEK 2015 Malang, 17 Januari

7 Penyimpangan yang terjadi pada variasi tegangan kawat yang dilakukan pada pemotongan arah melingkar menentukan besarnya penyimpangan yang dihasilkan pada proses pemotongan dengan menggunakan wire EDM. Berdasarkan hasil yang didapat, tegangan kawat memiliki peran dalam mencapai hasil pemotongan yang presisi. Sebab semakin besar nilai tegangan, maka getaran kawat semakin kecil sehingga berpengaruh pada kepresisian produk. II. Pemotongan lurus dari bawah ke atas Gambar 6. Titik Pengukuran Kedua Pemotongan Lurus Pada titik pengukuran kedua, yaitu pada titik pengukuran pemotongan lurus dari bawah ke atas, dengan pengukuran profil proyektor, penyimpangan terbesar terjadi pada tegangan kawat 9N sebesar mm, sedangkan penyimpangan terkecil terjadi pada tegangan kawat 8N sebesar mm. Hasil pengukuran yang diperoleh dengan menggunakan optilab menunjukkan hasil yang berbeda. Penyimpangan terbesar terjadi pada tegangan kawat 7N sebesar mm. Sedangkan penyimpangan terkecil terjadi pada tegangan kawat 11N dengan nilai penyimpangan sebesar mm. Hal ini menunjukkan bahwa penyimpangan yang terjadi saat pemotongan lurus berbeda dengan penyimpangan pada pemotongan melingkar. Hasil penyimpangan pada saat pemotongan lurus lebih besar dari hasil penyimpangan sebelumnya. III. Pemotongan melingkar dari bawah ke atas arah ke kanan Gambar 7. Titik Pengukuran Ketiga Pemotongan Melingkar SENATEK 2015 Malang, 17 Januari

8 Pada titik pengukuran ketiga, yaitu pada titik pengukuran pemotongan melingkar dari bawah ke atas arah ke kanan, dengan pengukuran profil proyektor, penyimpangan terbesar terjadi pada tegangan 8N sebesar mm, sedangkan penyimpangan terkecil terjadi pada tegangan kawat 10N sebesar mm. Hasil pengukuran yang diperoleh dengan menggunakan optilab menunjukkan hasil penyimpangan yang berbeda. Penyimpangan terbesar terjadi pada tegangan kawat 8N sebesar mm. Sedangkan penyimpangan terkecil terjadi pada tegangan kawat 10 N dengan nilai penyimpangan sebesar mm. Hal ini menunjukkan bahwa dengan tegangan 8N menghasilkan penyimpangan terbesar. Sedangkan dengan tegangan 10N menghasilkan penyimpangan terkecil. IV. Pemotongan melingkar dari kiri ke kanan arah ke bawah Gambar 8. Titik Pengukuran Keempat Pemotongan Melingkar Grafik yang didapat pada pemotongan ini hampir sama dengan grafik sebelumnya. Pada titik pengukuran keempat, yaitu pada titik pengukuran pemotongan melingkar dari kiri ke kanan arah ke bawah, dengan pengukuran profil proyektor, penyimpangan terbesar terjadi pada tegangan kawat 8N sebesar mm, sedangkan penyimpangan terkecil terjadi pada tegangan kawat 10N sebesar mm. Hasil pengukuran yang diperoleh dengan menggunakan optilab menunjukkan hasil yang berbeda. Penyimpangan terbesar terjadi pada tegangan kawat 7N sebesar mm. Sedangkan penyimpangan terkecil terjadi pada tegangan kawat 10 N dengan nilai penyimpangan sebesar mm. Pada hasil pengukuran ini, penyimpangan terkecil pada saat proses pemotongan aeah melingkar dari kiri ke kanan arah ke bawah, sama dengan hasil pemotongan dari bawah ke atas arah ke kanan. SENATEK 2015 Malang, 17 Januari

9 V. Pemotongan lurus dari atas ke bawah Gambar 9. Titik Pengukuran Kelima Pemotongan Lurus Pada titik pengukuran Kelima, yaitu pada titik pengukuran pemotongan lurus dari atas ke bawah, dengan pengukuran profil proyektor, penyimpangan terbesar terjadi pada tegangan kawat 8N sebesar mm, sedangkan penyimpangan terkecil terjadi pada tegangan kawat 9N sebesar mm. Hasil pengukuran yang diperoleh dengan menggunakan optilab menunjukkan hasil yang berbeda. Penyimpangan terbesar terjadi pada tegangan kawat 7N sebesar mm. Sedangkan penyimpangan terkecil terjadi pada tegangan kawat 11N dengan nilai penyimpangan sebesar mm. Hal ini menunjukkan bahwa penyimpangan yang terjadi saat pemotongan lurus berbeda dengan penyimpangan pada pemotongan melingkar. Pada saat pemotongan lurus, penyimpangan yang terjadi lebih kecil daripada saat pemotongan melingkar. Hal ini bias dikatakan bahwa pada saat pemotongan lurus, kawat lebih stabil dibandingkan dengan saat pemotongan melingkar, sehingga penyimpangan yang terjadi lebih kecil. VI. Pemotongan melingkar dari atas ke bawah arah ke kanan Gambar 10. Titik Pengukuran Keenam Pemotongan Melingkar SENATEK 2015 Malang, 17 Januari

10 Pada titik pengukuran keenam, yaitu pada titik pengukuran pemotongan melingkar dari atas ke bawah arah ke kanan, dengan pengukuran profil proyektor, penyimpangan terbesar terjadi pada tegangan 11N sebesar mm, sedangkan penyimpangan terkecil terjadi pada tegangan kawat 7N sebesar mm. Hasil pengukuran yang diperoleh dengan menggunakan optilab menunjukkan hasil yang berbeda. Penyimpangan terbesar terjadi pada tegangan kawat 7N sebesar mm. Sedangkan penyimpangan terkecil terjadi pada tegangan kawat 11 N dengan nilai penyimpangan sebesar mm. Dari masing-masing pembahasan di atas menunjukkan bahwa Tegangan kawat elektroda (wire tension electrode) pada proses wire EDM berpengaruh terhadap kepresisian hasil pemotongan. Pengaturan nilai tegangan kawat mempengaruhi upper diamond guide dan lower diamond guide dalam mencekam kawat elektroda pada konstruksi pemegang kawat WEDM, sehingga dapat menimbulkan getaran pada kawat elektroda saat proses pengikisan benda kerja. Getaran kawat yang tidak stabil ditambah dengan gaya tekan kawat pada saat proses pengikisan benda kerja juga dapat mempengaruhi tingkat kepresisian dari hasil pemotongan. Dengan kata lain, penentuan tegangan kawat elektroda mempengaruhi tingkat getaran kawat elektroda yang berdampak pada hasil penyimpangan lebar pemotongan dari suatu produk. Kesimpulan Dari penelitian yang dilakukan dapat disimpulkan bahwa Tegangan kawat elektroda (wire tension electrode) pada proses pemotongan dengan mesin wire EDM berpengaruh terhadap kepresisian hasil pemotongan. Pada pemotongan arah melingkar, nilai tegangan kawat yang menghasilkan penyimpangan terkecil adalah tegangan kawat 10N, dengan penyimpangan yang dihasilkan sebesar mm. Sedangkan tegangan kawat yang menghasilkan penyimpangan terbesar adalah tegangan kawat 8N, dengan penyimpangan yang dihasilkan sebesar mm. Untuk pemotongan lurus, nilai tegangan kawat yang menghasilkan penyimpangan terkecil adalah tegangan kawat 9N, dengan penyimpangan mm. Sedangkan tegangan kawat yang menghasilkan penyimpangan terbesar adalah tegangan kawat 7N sebesar mm. Daftar Pustaka Gapsari, F., Sugiarto. Bagus, N. (2011). Pengaruh Besar Arus Listrik Pada Proses Wire Edm Terhadap Profile Error Involute Roda Gigi Lurus, Jurnal Rekayasa Mesin, 3(2), Geng, Hwaiyu. (2004). Manufacturing Engineering Handbook. California: McGraw Hill Companies. Panday, A., & Singh, S. (2010). Current Research Trends in Variant of Electrical Discharge Machining: A Review, International Journal of Science and Technology, 2(6), Panday, P. C., & Shan, H. S. (1983). Modern Machining Processes. New Delhi: Tata McGraw Hill Publishing Company Limited. SENATEK 2015 Malang, 17 Januari

11 Schey, J. A. (2009). Proses Manufaktur-Introduction to Manufacturing Processes. Yogyakarta: Andi. Sommer, C., & Sommer, S. (2005). Complete EDM Handbook. Houston: Advance Publishing Inc. Sumbodo, Wirawan., dkk. (2008). Teknik Produksi Mesin Industri Jilid 2. Jakarta: Direktorat Pembinaan Sekolah menengah Kejuruan. Tebni, W., Boujelbene, M., Bayraktar, E., Bensalem, S. (2009). Parametric Approach Model for Determining Electrical Discharge Machining (EDM) Conditions: Effect of Cutting Parameters on the Surface Integrity, The Arabian Journal for Science and Engineering, 34(1C), Yan, M. T., & Huang, P. H. (2004). Accurcy Improvement of Wire-EDM by Real-Time Wire Tension Control, International Journal of Machine Tools & Manufacture, 44, SENATEK 2015 Malang, 17 Januari