1. BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang

Transkripsi

1 1. BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Micro-machining merupakan bagian dari perkembangan industri dunia yang berfokus pada penggunaan fenomena, produk, maupun komponen berukuran kecil dengan struktur kompleks yang merupakan integrasi dari berbagai disiplin ilmu (Grzesik 2008). Material-material yang umumnya digunakan dalam pembuatan komponen produk micromachining adalah ferrous dan non ferrous metal seperti stainless steel, aluminium, kuningan, cast iron, tembaga, nickel, titanium, dan lain-lain. Permesinan yang digunakan dalam membuat micromachining product umumnya menggunakan metode permesinan non-konvensional. Permesinan non-konvensional merupakan alternatif metode permesinan yang digunakan untuk membuat benda yang tidak mampu di produksi dengan metode permesinan konvensional, umumnya pada benda yang berukuran kecil serta memiliki profil atau pola yang kompleks dengan tuntutan akurasi yang tinggi dan kualitas permukaan yang baik (Grzesik, 2008). Dewasa ini, beberapa bidang yang terkait dengan penggunaan micro-machining di antaranya adalah industri elektronik, peralatan medis, dirgantara, otomotif, dan lain-lain. Selama satu dekade terakhir, peningkatan permintaan yang signifikan terjadi pada industri produk micro-electronic dan biomedis. Diperkirakan total pasar untuk industri tersebut akan meningkat dari 40 milyar USD pada 2000 menjadi 3 triliun USD pada tahun 2020 (Roco, 2011). Hal ini mengindikasikan industri micro-machining memiliki prospek pasar yang baik sehingga perlu dilakukan penelitian terkait proses permesinan produk micro-machining agar menghasilkan kualitas produk yang baik, memenuhi spesifikasi pasar (akurasi dan kehalusan permukaan), serta dapat menghasilkan waktu permesinan yang optimal. Electrochemical Machining (ECM) merupakan alternatif untuk melakukan permesinan pada benda kerja berukuran kecil dan memiliki struktur yang kompleks tanpa mengakibatkan dampak termal pada benda kerja (Bhattacharya, 2003).

2 2 Gambar 1.1 Tren Perkembangan Micro-machining Product (Roco, 2011) Beberapa proses permesinan non-konvensional seperti Electro Discharge Machining (EDM), Laser Beam Machining (LBM), Electron Beam Machining (EBM), dan lain-lain dapat mengakibatkan distorsi termal pada permukaan hasil permesinan. Selain itu, menurut Rumyanstev (1989), ECM memiliki keunggulan lain dibandingkan dengan metode permesinan non-konvensional lainnya di antaranya tidak memberikan dampak mechanical stress, menghasilkan kualitas permukaan yang tinggi, tidak tergantung pada tingkat kekerasan material, tidak mengakibatkan aus pada tool serta fleksibel terhadap bentuk dan profil yang kompleks. Proses permesinan ECM menggunakan prinsip elektrolisis yang didasarkan pada proses anodic dissolution dengan menggunakan prinsip Faraday, di mana pada dua logam elektrode yang direndam pada larutan elektrolit dan dihubungkan dengan sumber arus DC, maka partikel logam akan terlepas dari anode (+) dan melekat pada katode (-). Aliran elektrolit diterapkan pada proses permesinan untuk mencegah partikel logam melekat pada katode dan akan membuang partikelpartikel tersebut dari area permesinan. Electrochemical Machining juga memiliki beberapa kelemahan dalam proses maupun karakteristik permesinannya. Menurut Youssef (2008), kesulitan dalam proses ECM antara lain, terdapat banyak parameter yang harus diatur dalam proses permesinannya, waktu proses pemakanan material yang berbeda-beda tergantung pada jenis material yang digunakan, ketidakmampuan ECM dalam

3 3 membuat profil dan bentuk bentuk bersudut tajam secara sempurna dan cenderung menghasilkan overcut yang bervariasi, serta ada kecenderungan terjadinya kavitasi selama proses permesinan sehingga dapat mempengaruhi kualitas permukaan produk yang dihasilkan. Penelitian ini dilakukan berdasarkan acuan dari penelitian-penelitian yang telah dilakukan sebelumnya diantaranya yang dilakukan oleh Kao & Hocheng (2003), Senthilkumara (2011), Ramdhani (2012), Prihandana, dkk. (2013), Nugroho (2013), Baroroh (2014), dan Satriyana (2014) yang terkait dengan karakteristik proses permesinan ECM termasuk pengujian parameter-parameter permesinan. Penelitian-penelitian terdahulu fokus kepada pembuatan komponen multilayered microfilter yang memiliki profil kompleks dengan material Stainless Steel 204. Parameter permesinan yang diuji antara lain tegangan, feed rate, konsentrasi elektrolit, dan working gap, sedangkan respon pengujian diukur berdasarkan Material Removal Rate (MRR) dan nilai overcut. Pengujian parameter jenis material benda kerja yang digunakan dalam proses permesinan ECM belum banyak dilakukan. Ramdhani (2012) pernah melakukan pengujian terhadap benda kerja Kuningan, Aluminium 1100, dan Stainless Steel 204 menggunakan permesinan ECM dengan profil lubang dengan diameter 2 mm dan 6 mm. Selain itu, Satryana (2014), juga mendapatkan hasil karakteristik permesinan ECM mengenai larutan elektrolit yang optimal pada konsentrasi dengan level tertinggi yaitu 20%, sehingga masih terdapat peluang untuk dilakukan penelitian lebih lanjut mengenai konsentrasi larutan elektrolit dengan menjadikan nilai 20% sebagai medium level dalam rancangan penelitian ini. Berdasarkan hal tersebut, dalam penelitian ini akan diteliti dan dikembangkan lebih jauh mengenai pengaruh jenis material, konsentrasi elektrolit yang digunakan, serta interaksi antar parameter untuk membuat structural layer microfilter yang memiliki profil yang kompleks dengan menggunakan permesinan ECM. Selain itu, untuk pengaplikasiannya dalam dunia industri khususnya dalam hal waktu permesinan optimal dan kualitas hasil permesinan, pertimbangan terhadap kesulitan dalam permesinan ECM, serta sebagai pengembangan dari

4 4 penelitian sebelumnya, respon yang akan diuji dalam penelitian ini di antaranya MRR, Volumetric Removal Rate (VRR), overcut, dan surface roughness. 1.2 Rumusan Masalah Berdasarkan uraian yang telah dipaparkan pada latar belakang, maka rumusan masalah yang menjadi kajian dalam penelitian ini adalah menganalisis karakteristik permesinan ECM dengan parameter material benda kerja (Kuningan, Aluminium 1100 dan Stainless Steel 204), tingkat konsentrasi elektrolit, serta interaksi antar parameter tersebut dalam membuat structural layer microfilter terhadap respon MRR, VRR, overcut, dan surface roughness sebagai dasar penentuan waktu permesinan serta kualitas hasil permesinan ECM yang optimal. 1.3 Asumsi dan Batasan Masalah Batasan masalah ditentukan dalam penelitian ini guna memberikan fokus kerja terhadap penelitian yang akan dilakukan. Berikut merupakan batasan masalah dalam penelitian ini. 1. Penelitian ini menggunakan mesin ECM yang berada di Laboratorium Proses dan Sistem Produksi Jurusan Teknik Mesin dan Industri UGM. 2. Larutan elektrolit dibuat dari campuran air murni (aquades) dan NaCl. 3. Metode permesinan (pemakanan material) yang digunakan adalah permesinan statis, dengan pengaturan gap antara elektrode dan benda kerja menggunakan software MACH Profil permesinan yang digunakan pada benda kerja adalah profil Structural Layer Microfilter dengan metode isolasi menggunakan sticker berbahan vinyl. 5. Material benda kerja yang digunakan adalah Stainless Steel 204, Kuningan, dan Aluminium 1100 dengan luas permukaan 2,5 cm 5,5 cm dan ketebalan material 0,3 mm.

5 5 6. Penelitian ini menggunakan dua parameter dengan tiga tingkat level berbeda sebagai kombinasi yaitu jenis material (Stainless Steel 204, Kuningan, Dan Alumunium 1100) dan konsentrasi larutan elektrolit (15%, 20%, dan 25%). 7. Pembahasan mengenai sifat material tool elektrode dan benda kerja di luar lingkup penelitian ini. 8. Pembahasan mengenai rangkaian elektronika pada kontrol mekanik mesin CNC-ECM dan power supply di luar lingkup penelitian ini. 9. Pembahasan mengenai reaksi kimia yang terjadi selama proses permesinan di luar lingkup penelitian ini. 10. Penelitian yang dilakukan menggunakan waktu permesinan ECM yang berbeda-beda untuk setiap kombinasi untuk mendapatkan hasil permesinan yang optimal, sehingga memberikan pengaruh terhadap hasil analisis percobaan. 11. Aliran pompa larutan elektrolit diatur pada kecepatan 1,5 m/s. 1.4 Tujuan Penelitian Adapun tujuan dari penelitian ini adalah sebagai berikut. 1. Mengetahui Nilai MRR dan VRR tertinggi serta nilai overcut dan surface roughness terendah berdasarkan hasil eksperimen. 2. Mengtahui laju perubahan optimal untuk setiap nilai respon terhadap setiap persentase peningkatan konsentrasi elektrolit yang digunakan pada material Stainless Steel 204, Aluminium 1100 dan Kuningan. 3. Mengetahui model matematis dari hasil eksperimen yang dilakukan untuk memprediksi nilai respon pada setiap jenis material benda kerja. 4. Mendapatkan nilai optimal dengan memaksimalkan nilai MRR dan VRR serta meminimalkan nilai overcut dan surface roughness.

6 6 1.5 Manfaat Penelitian Adapun manfaat yang dapat diperoleh dari penelitian ini adalah sebagai berikut. 1. Mengaplikasikan ilmu untuk mengetahui karakteristik permesinan ECM menggunakan design of experiment dengan pendekatan Full Factorial Design yang didapat di perkuliahan ke dalam praktik eksperimen. 2. Mengaplikasikan ilmu mata kuliah Proses Produksi khususnya mengenai permesinan non-konvensional dalam kasus ini adalah Electrochemical Machining ke dalam praktik eksperimen. 3. Mendapatkan karakteristik dan persamaan matematis dari penelitian sehingga diharapkan dapat memberikan pengetahuan, pandangan, serta bahan pertimbangan dalam pengambilan keputusan pada proses permesinan ECM dalam pembuatan produk dengan profil kompleks yang memiliki nilai overcut dan surface roughness yang rendah, serta nilai Material Removal Rate dan Volumetric Removal Rate yang tinggi untuk dapat diterapkan pada industri produk micromachining.