Tugas Akhir TM

Transkripsi

1 Tugas Akhir TM OPTIMASI LAJU PENGERJAAN BAHAN (LPB) DAN KEKASARAN PERMUKAAN PADA PROSES WIRE-ELECTRIC DISCHARGE MACHINING MATERIAL SKD-11 DENGAN METODE TAGUCHI DAN LOGIKA FUZZY Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknologi Industri Institute Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya 2012

2 Latar Belakang

3 Karakteristik Kinerja Satu karakteristik kinerja Metode Taguchi dapat digunakan untuk melakukan desain parameter secara offline penentuan parameter proses yang menghasilkan output/respon yang optimal dan robust terhadap gangguan-gangguan atau noise. Lebih dari satu karakteristik kinerja Metode Taguchi tidak dapat digunakan kecuali digabungkan dengan metode lain, seperti Logika Fuzzy, Grey Relational Analysis, Response Surface Methodology (RSM) dan sebagainya.

4 Tosun dkk. (2004) Material AISI 4140 Orthogonal array L 18 Faktor: Open circuit voltage, pulse duration, wire speed dan flushing pressure Metode penentuan pengaruh faktor: analisis regresi Prosentase kontribusi dari yang terbesar berturut-turut diberikan oleh: Kerf Open circuit voltage, pulse duration, flushing pressure, wire speed MRR Open circuit voltage, pulse duration, wire speed, flushing pressure Puri dan Despandhe (2004) Material High-Carbon-High-Chromium (HCHC) Orthogonal array L 9 Metode optimasi multi respon menggunakan logika fuzzy Faktor: gap voltage, wire feed, gap current, dan duty factor Respon: kekasaran permukaan dan laju pengerjaan bahan Kesimpulan: Prosentase kontribusi dari yang terbesar berturut-turut diberikan oleh gap voltage, gap current, duty factor dan wire feed terhadap respon yang diamati secara serentak

5 Datta dan Mahapatra (2010) Material AISI D2 Orthogonal array L 27 Metode optimasi: Taguchi-Grey Relational Analysis Faktor: discharge current, pulse duration, pulse frequency, wire speed, wire tension dan dielectric flow rate Respon: material removal rate (MRR), kekasaran permukaan dan lebar pemotongan Kesimpulan: discharge current, pulse duration, pulse frequency dan wire speed mempunyai efek positif terhadap semua respon (berbanding lurus) dielectric flow rate berefek negatif (berbanding terbalik) hanya terhadap respon kekasaran permukaan

6

7 RUMUSAN MASALAH: Apakah faktor-faktor seperti: flushing pressure, on time, open voltage, servo voltage dan off time memiliki kontribusi dalam mengurangi variasi dari respon kekasaran permukaan dan laju pengerjaan bahan (material removal rate) secara serentak? Bagaimana seting yang tepat dari faktor-faktor tersebut pada proses pemesinan Wire-EDM sehingga dapat meminimalkan nilai kekasaran permukaan dan memaksimalkan material removal rate? Flushing pressure

8 BATASAN MASALAH: Tidak membahas perubahan struktur mikro lapisan recast yang timbul pada permukaan benda kerja. Tidak membahas tentang komponen biaya pada proses pemesinan. Tidak membahas sistem elektronika, sistem kontrol, dan pemograman CNC yang digunakan pada proses pemesinan. Material yang digunakan merupakan material SKD-11. Cairan dielektrik yang digunakan adalah air aquadestilata. Jenis kawat elektroda yang digunakan adalah kuningan.

9 ASUMSI: Faktor-faktor yang tidak diteliti dianggap selalu konstan dan tidak berpengaruh secara signifikan terhadap hasil penelitian. Material yang digunakan memiliki kehomogenan sifat mekanik dan komposisi kimia. Mesin dan operator bekerja dalam kondisi baik selama proses pemesinan. Alat ukur yang digunakan dalam keadaan layak dan terkalibrasi.

10 TUJUAN TUGAS AKHIR: Mengetahui besar kontribusi dari faktor-faktor seperti: flushing pressure, on time, open voltage, servo voltage dan off time dalam mengurangi variasi dari respon kekasaran permukaan dan laju pengerjaan bahan (material removal rate) secara serentak. Menentukan kombinasi optimum dari faktorfaktor tersebut pada Wire-EDM sehingga dapat meminimalkan nilai kekasaran permukaan dan memaksimalkan material removal rate.

11 MANFAAT: Menyempurnakan penelitian-penelitian terdahulu yang mengangkat masalah tentang optimasi laju pengerjaan bahan dan kekasaran permukaan pada pembuatan benda kerja. Menambah database tentang seting faktor pada proses pemesinan Wire-EDM untuk mengoptimasi laju pengerjaan bahan dan kekasaran permukaan pada pembuatan benda kerja. Sebagai bahan referensi bagi penelitian sejenisnya dalam rangka pengembangan pengetahuan tentang optimasi material removal rate dan kekasaran permukaan. Dapat digunakan sebagai masukan dalam seting mesin Wire- EDM agar mampu menghasilkan output produk dengan permukaan hasil pemotongan yang halus dan ketelitian yang tinggi.

12

13 M E T O D O L O G I Mulai Identifikasi masalah Penetapan rumusan masalah dan tujuan tugas akhir Variabel-variabel penelitian Variabel proses: On time (µs) Off time (µs) Servo Voltage (Volt) Open voltage (Volt) Flushing pressure (kg/cm 2 ) Variabel respon: Kekasaran permukaan (µm) Laju pengerjaan bahan, (mm 3 /min) Identifikasi nilai variabel proses Pemilihan matriks ortogonal Studi pustaka A

14 A Persiapan eksperimen Pelaksanaan eksperimen Pengambilan data hasil eksperimen Perhitungan rasio S/N untuk masing-masing respon Optimasi respon dengan logika Fuzzy Kombinasi nilai parameter proses yang menghasilkan respon optimal Pelaksanaan eksperimen konfirmasi Pembahasan Penarikan kesimpulan dan pemberian saran Selesai

15 Data eksperimen Seting faktor, laju pengerjaan bahan kekasaran permukaan kombinasi ke- (mm3/min) (µm)

16 Proses analisis data Perhitungan rasio S/N untuk masingmasing respon Unit logika fuzzy Fuzzification Fungsi keanggotaan Aturan fuzzy Mesin inferensi fuzzy Defuzzification Optimasi secara serentak Eksperimen konfirmasi

17 KESIMPULAN

18 Laju pengerjaan bahan Kekasaran permukaaan optimum Kombinasi Awal Kombinasi Optimum Nilai Level Nilai Level Flushing pressure (kg/cm 2 ) On time (µs) 0, Open voltage (volt) Off time (µs) Servo reference voltage (volt)

19 Kombinasi Awal Rasio S/N FRG Rasio S/N LPB Kekasaran permukaan Prediksi Kombinasi Optimum Peningkatan dari kombinasi awal ke kombinasi optimum % % % % Kontribusi dari variabel proses yang signifikan dalam meminimumkan kekasaran permukaan dan memaksimalkan laju pengerjaan bahan (material removal rate) adalah sebagai berikut: Flushing pressure sebesar 6.06%. On time sebesar 33.93%. Open voltage sebesar 37.91%. Off time sebesar 5.76%.

20

21 a. Kontribusi error masih sebesar 13%, maka pada penelitian selanjutnya harus memperhitungkan faktor-faktor noise untuk mengurangi besarnya error. b. Metode optimasi multirespon dalam penelitian ini menggunakan logika fuzzy. Pada penelitian selanjutnya, dapat dilakukan sebuah studi untuk melakukan optimasi multirespon dengan menggunakan metode-metode optimasi yang lain sebagai perbandingan.

22

23 Signal to Noise Ratio Smaller is better œ ß ø Œ º Ø = = n i i n y log S/N Larger is better œ ß ø Œ º Ø = n i i n y 1 2 ) (1/ S/N = -10log Nominal is best œ ß ø Œ º Ø - = n i i n y y 1 2 ) ( S/N = -10log

24 Contoh perhitungan S/N Ratio Smaller is better S/N = -10 log Ø Œ º n i= 1 2 i n y ø œ ß Sebagai contoh, rasio S/N untuk respon kekasaran permukaan dengan karakteristik respon semakin kecil semakin baik (smaller is better) untuk kombinasi seting faktor pertama adalah sebagai berikut:

25 Pengolahan data unit logika Fuzzy Unit logika fuzzy terdiri dari: 1. Fuzzification, berfungsi untuk merubah rasio S/N masing-masing respon menjadi himpunan fuzzy. 2. Fungsi keanggotaan, berfungsi mengelompokkan nilai rasio S/N sesuai dengan besar kecilnya nilai. 3. Aturan fuzzy, adalah aturan yang dibuat untuk penggabungan himpunan fuzzy menjadi Fuzzy Reasoning Grade. 4. Mesin inferensi fuzzy, berfungsi melakukan penalaran fuzzy sesuai dengan aturan fuzzy. 5. Defuzzification, defuzzification mengkonversi nilai fuzzy menjadi Fuzzy Reasoning Grade.

26 Fungsi keanggotaan multirespon Fuzzy Reasoning Grade Fungsi keanggotaan untuk laju pengerjaan bahan Fungsi keanggotaan untuk kekasaran permukaan

27 LPB Kekasaran permukaan (R a ) S M L S VS S M M S M L L M L VL Rasio S/N No. Kekasaran FRG LPB permukaan

28 Rata-rata FRG pada masing-masing level parameter proses Level 1 Level 2 Level 3 Flushing pressure On time Open voltage Off time Servo reference voltage Rata-rata Analisis variansi dan kontribusi faktor pada FRG DF SS MS F ρ - value Kontribusi Flushing Pressure (A) % On time (B) % Open voltage (C) % Off time (D) % Servo reference voltage (E) % Error % Total

29 Kondisi hipotesis nol multirespon Sumber variasi F-hitung F-tabel Kondisi H 0 A ditolak B ditolak C ditolak D ditolak E gagal ditolak

30 Bahan dan Peralatan

31 Wire-EDM Sodick AQ325L MITUTOYO SURFTEST-401 NIKON MEASURESCOPE

32 1 2 Cutting width

33 Seting faktor pada mesin Metode flushing yang digunakan adalah open contact machining dengan jarak antara upper nozzle dan lower nozzle sebesar 10 mm Faktor/parameter proses level 1 level 2 level 3 NS NK NS NK NS NK A Flushing pressure kg/cm 2 wea k 1 - stro ng 5 B On time sm 0,4 4 0,6 6 0,8 8 C Open voltage volt D Off time sm E Servo voltage volt Catatan : NS = nilai sebenarnya NK = nilai kode

34 Matriks ortogonal No Faktor Jumlah Level (k) υ fl (k-1) 1 Flushing pressure (A) On time (B) Open voltage (C) Off time (D) Servo voltage (E) 3 2 Total derajat kebebasan 9

35 Experiment Column Number A B C D E Matriks ortogonal standar untuk L 18 (2 1 x3 7 )

36 Tampilan data hasil eksperimen Laju pengerjaan Kekasaran Seting faktor, bahan permukaan kombinasi kemm 3 /min µm Y 111 Y 121 Y 112 Y 122 Y 211 Y 221 Y 212 Y 222 Y 311 Y 321 Y 312 Y Y 1811 Y 1821 Y 1812 Y 1822 Keterangan: Y ijk adalah data untuk kombinasi seting faktor ke-i, respon ke-j, dan replikasi ke-k. dengan: i = 1,..., 27; j = 1,..., 4; k = 1,..., 3

37 Prosedur Eksperimen 1.Menyiapkan spesimen yang meliputi: penyesuaian ukuran, perataan dan penghalusan permukaan, serta pembersihan spesimen dari kotoran-kotoran yang dapat mengganggu proses pemotongan. 2.Memasang spesimen pada jig yang tersedia pada mesin dan menjepit bagian spesimen yang tidak mengalami proses pemotongan, kemudian menentukan sumbu referensi pemesinan pada spesimen. 3.Memeriksa kawat elektroda 0,25 mm pada jalur roll-roll yang tersedia pada mesin. 4.Menghidupkan mesin wire-edm dan menyeting faktor-faktor yang telah ditetapkan sesuai dengan rancangan eksperimen. 5.Melaksanakan proses pemotongan berdasarkan seting faktor yang telah ditentukan. 6.Mengeluarkan dan mengeringkan benda kerja setelah proses pemotongan selesai. 7.Mencatat waktu pengerjaan yang tercantum pada layar display CNC LN1W. 8.Mengukur kekasaran permukaan dengan menggunakan surface roughness tester.

38 Pengambilan Data Laju Pengerjaan Bahan Waktu yang diperlukan untuk melakukan sekali proses pemotongan dapat diketahui dari counter time pada display CNC LN1W wire-edm CHMER CW32F. Besarnya waktu yang diperoleh digunakan untuk menghitung kecepatan pemotongan (V c ) MRR

39 Pengambilan Data Kekasaran Permukaan Pengambilan data kekasaran permukaan dilakukan sebanyak 2 kali dengan 3 macam arah yang berbeda seperti gambar dibawah. Panjang lintasan pengukuran 4 mm.

40 Metode Taguchi

41 Metode Taguchi

42 T I N J A U A N P U S T A K A EDM Sinking by EDM Cutting by EDM Grinding by EDM Drilling by EDM Die Sinking by EDM External Grinding by EDM Internal Grinding by EDM Form Grinding by EDM Slicing by EDM Wire Cutting by EDM

43

44 proses pengerjaan material pada Wire-EDM

45

46 variabel proses Wire-EDM Open voltage (OV) Open voltage adalah faktor yang mengatur perbedaan tegangan antara benda kerja dan kawat elektroda selama proses pemesinan. Low power (LP) Low power adalah faktor yang mengatur jenis sumber energi pemotongan (AC atau DC) dan besarnya energi tersebut. On time (ON) dan off time (OFF) Loncatan bunga api listrik harus terjadi selama on time dan harus berhenti selama off time secara bergantian pada saat proses pemesinan Wire-EDM berlangsung. Pada saat on time, timbul tegangan listrik pada celah antara benda kerja dan kawat elektroda kemudian menghilang saat off time. Untuk mendapatkan waktu peloncatan bunga api yang lebih lama, dengan tujuan mempercepat material removal rate, dapat diperoleh dengan menetapkan waktu on time yang lebih besar. Tetapi dapat mengakibatkan hubungan arus pendek dan beresiko putusnya elektroda kawat. Voltage ON OFF

47 Arc on time (AN) Arc on time adalah faktor yang mengatur besarnya arus tambahan. Arc off time (AFF) Arc off time adalah faktor yang mengatur frekuensi arus tambahan tersebut. Servo voltage (SV) Servo voltage adalah tengangan yang diberikan untuk menghindari hubungan singkat yang mungkin terjadi dengan mengatur jarak antara kawat elektroda dan benda kerja. Servo motor selalu berusaha menyesuaikan jarak antara katoda (benda kerja) dan anoda (elektroda kawat) sesuai besarnya tegangan referensi (servo reference voltage) yang telah ditentukan. Feedrate override (FR) Feedrate override adalah faktor yang digunakan untuk menyesuaikan kecepatan pemakanan yang digunakan. Wire feed (WF) Wire feed adalah faktor yang digunakan untuk mengatur kecepatan pemakanan kawat elektroda. Wire tension (WT) Wire tension adalah faktor yang digunakan untuk mengatur ketegangan kawat elektroda. Water flow (WL) Water flow adalah faktor yang digunakan untuk mengatur tekanan flushing dari upper dan lower nozzle. Feedrate mode (FM) dan feedrate (F) Feedrate mode adalah faktor yang digunakan untuk memilih kecepatan pemakanan servo atau kecepatan pemakanan konstan sedangkan feedrate adalah faktor yang digunakan untuk menentukan kecepatan pemakanan yang konstan.

48 Dimana: Vc h b = kecepatan potong (mm/min) = tinggi benda kerja (mm) = lebar pemotongan (mm) Feed Work Piece Wg Target Dimension Actual Cutting Y Feed Offset Ideal Cutting Width Actual Cutting Width Inside radius Wire Diameter X Dimana: W g d = spark gap (mm) = diameter kawat (mm)

49 Metode flushing Terdapat empat metode flushing yang dikenal, yaitu: 1.Close contact machining 2. One side (upper) open clearance machining 3. One side (bottom) open clearance machining 4. Open contact machining

50

51

52 Pemotongan material dilakukan sepanjang 10 mm dengan jarak antar pemotongan sebesar 5 mm. Setelah semua proses pemotongan selesai dilakukan dan lebar pemotongan untuk masingmasing eksperimen telah diukur, material dipotong dengan arah tegak lurus pemotongan awal pada jarak 5 mm dari ujung pemotongan awal

53 Faktor konstan Nilai No Faktor konstan Kode Sebenarnya 1 Low power 10 2 Arc off time 13 3 Arc on time 4 4 Feedrate override 9 5 Wire tension 8 6 Feedrate mode 0 7 Feedrate 1

54

55

56

57 Voltage ON OFF Voltage ON OFF

58 Voltage ON OFF Voltage ON OFF

59

60 Kekasaran Rata-Rata Aritmatis (R a ) Merupakan harga rata-rata aritmatis dari nilai absolut jarak antara profil terukur dengan profil tengah. Secara matematis dapat dirumuskan sebagai berikut: R a = 1 l l 0 h i dx ( mm)

61 Rasio S/N Rasio S/N digunakan untuk memilih faktorfaktor yang memiliki kontribusi pada pengurangan variasi suatu respon. Penggunaan rasio S/N untuk mengetahui level faktor mana yang berpengaruh pada hasil eksperimen.

62 Replikasi Menambah ketelitian data eksperimen. Mengurangi tingkat kesalahan pada eksperimen. Memperoleh harga taksiran kesalahan eksperimen sehingga memungkinkan diadakannya uji signifikan hasil eksperimen.

63 Randomisasi Meratakan pengaruh dari faktor-faktor yang tidak dapat dikendalikan pada semua unit eksperimen. Memberikan kesempatan yang sama pada semua unit eksperimen untuk menerima suatu perlakuan sehingga diharapkan ada kehomogenan pengaruh dari setiap perlakuan yang sama. Mendapatkan hasil pengamatan yang bebas satu sama lain.