STUDI EKSPERIMENTAL PENGARUH VARIASI JENIS MATERIAL ELEKTRODA TERHADAP PEFORMANSI PEMESINAN DRILLING EDM MENGGUNAKAN EDM TIPE RELAKSASI (RC)

Transkripsi

1 STUDI EKSPERIMENTAL PENGARUH VARIASI JENIS MATERIAL ELEKTRODA TERHADAP PEFORMANSI PEMESINAN DRILLING EDM MENGGUNAKAN EDM TIPE RELAKSASI (RC) Adi Muttaqin 1) dan Suharjono 2) 1) Program Magister Jurusan Teknik Mesin, Laboratorium Mesin Perkakas Jurusan Teknik Mesin, FTI-Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya, 2)Laboratorium Mesin Perkakas,Jurusan Teknik Mesin, Institut Teknologi Sepuluh Nopember ABSTRAK Proses pemesinan non konvensional sekarang ini telah banyak digunakan dan diaplikasikan pada industri manufaktur. Keunggulan dari pemesinan non konvensional terhadap pemesinan konvensional dapat dilihat dari beberapa hal, yaitu pemesinan non konvensional mempunyai hasil kepresisian yang tinggi, akurat dalam ukuran, dapat mengerjakan bentuk yang kompleks dan pemesinan dapat dilakukan pada material yang sangat keras. Salah satu jenis pemesinan non konvensional tersebut adalah electrical discharge machining (EDM). Performa dari proses pemesinan EDM salah satunya tergantung pada material dan jenis material elektroda. Pada penelitian ini, akan dititikberatkan pada pengaruh penggunaan jenis material elektroda yang berbeda terhadap performansi pemesinan drilling EDM ditinjau dari material removal rate (MRR) dan electrode wear rate (EWR). Penelitian akan dilakukan dengan Mesin EDM Tipe Relaksasi (RC) pada material baja SKD 11 dengan Kekerasan HRC. Variabel tetap yang digunakan adalah Tegangan Input 280 V, Kuat Arus 10 A dan Cairan dielektrik yang dipakai minyak diesel. Variabel yang divariasikan adalah nilai kapasitansi kapasitor sebesar 235 µf dan 500 µf dan jenis material elektroda berupa Tembaga, Aluminium, Kuningan, dan Tungsten. Hasil penelitian dapat dilihat bahwa untuk MRR tertinggi terjadi pada penggunaan material tungsten, sedangkan MRR paling rendah adalah pada material aluminium. Untuk keausan elektroda (EWR), material tungsten mempunyai keausan yang paling rendah. Keausan paling tinggi terjadi pada aluminium. Kata kunci: Material Removal Rate (MRR), Electrode Wear Rate (EWR), Material, Elektroda PENDAHULUAN EDM adalah mesin non konvensional yang proses pengerjaannya mengerosi material benda kerja dengan menggunakan sejumlah loncatan bunga api listrik pada celah antara elektroda (pahat) dengan benda kerja (Pandey dan Shan, 1980). Loncatan bunga api tersebut dibangkitkan oleh adanya cairan dielektrik sebagai medium terjadinya loncatan bunga api. Akibat adanya loncatan bunga api diantara elektroda dan benda, maka sebagian kecil material benda kerja akan tererosi dan terpencar menjauhi material benda kerja dan larut di dalam cairan dielektrik. Pada proses EDM, pemakanan tidak hanya terjadi pada benda kerja tetapi juga terjadi pada elektroda (pahat). Hal ini menyebabkan terjadinya keausan elektroda. Dengan terjadinya keausan pada elektroda mengakibatkan ketelitian dimensi yang dihasilkan berkurang, dan A-31-1

2 keausan elektroda yang terjadi, konfigurasinya tidak dapat ditentukan. Hal tersebut tidak diinginkan terjadi pada proses EDM sehingga perlu diminimalisasi (Suharjono, 2010). Penelitian dengan variasi jenis material elektroda yang berbeda telah banyak dilakukan. Salah satunya adalah penelitian terhadap pengaruh penggunaan jenis elektroda seperti grafit, kuningan dan tembaga terhadap laju pembuangan material ( Material Removal Rate). Didapat hasil yang menunjukkan bahwa elektroda grafit mempunyai MRR lebih tinggi dibandingkan dengan 2 elektroda yang lainnya. Akan tetapi, dalam hal penyelesaian permukaan yang baik, elektroda kuningan dapat melakukan penyelesaian permukaan/ kekasaran permukaan lebih baik dibandingkan dengan elektroda lain (Prajapati, 2013). Penelitian lain adalah dengan menggunakan tembaga dan aluminium sebagai elektroda(khan dan Saifudin, 2005). Dari penelitian tersebut terlihat bahwa MRR tembaga lebih tinggi dibandingkan aluminium, selain itu EWR Tembaga lebih rendah dibanding dengan Aluminium. Penelitian selain menggunakan tembaga, kuningan, grafit, dan aluminium, juga telah diteliti penggunaan material tembaga-tugsten sebagai elektroda. Dalam penelitian tersebut digunakan 3 jenis material yaitu tembaga, grafit dan paduan tembaga-tungsten. MRR yang dihasilkan paling tinggi adalah penggunaan material tembaga, sedangkan keausan paling rendah menggunakan paduan tembaga-tungsten (Gopalakannan dan Senthilvelan, 2012). Tujuan yang hendak dicapai dalam penelitian ini adalah untuk meneliti pengaruh variasi jenis material elektroda terhadap performansi pemesinan drilling EDM ditinjau dari Laju Pembuangan Material (MRR) dan Laju Keausan Elektroda (EWR). METODE Pada penelitian ini, digunakan mesin EDM tipe relaksasi (R -C) sebagai spark generator. Pada rangkaian RC terdapat 2 sirkuit utama yaitu sirkuit pengisian dan sirkuit pelepasan. Pada sirkuit pengisian, arus dari sumber tegangan DC disimpan dan dikumpulkan pada kapasitor sedangkan pada sirkuit pelepasan, ketika arus di kapasitor sudah terkumpul penuh maka dilepas ke celah/gap antara pahat dan benda kerja dalam bentuk spark. Gambar 1. Rangkaian Sirkuit EDM Tipe Relaksasi (R-C) Dari rangkaian tersebut, rangkaian diimplementasikan dalam bentuk mesin yang telah dibuat berupa mesin EDM tipe relaksasi untuk skala laboratorium. Pada gambar 2 terlihat Power Suplay EDM. Pada mesin tersebut terdapat tombol untuk variasi tegangan, dan tombol variasi kapasitor dengan tambahan indikator tegangan dan arus listrik. Pada gambar 3 merupakan bak penampung dan komponen mekanis. Komponen mekanis terdiri atas ragum untuk mencekam benda kerja, pencekam elektroda, dan pengerak elektroda dengan arah x, y dan z. A-31-2

3 Gambar 2. Power Suplay EDM Gambar 3.Bak Penampung dan Komponen Mekanis Pada penelitian ini, peneliti akan dilakukan proses pemesinan EDM dengan kondisi parameter yang ada dalam Tabel 1. Dari kondisi pemesinan tersebut, parameter selain kapasitor dan jenis material elektroda digunakan secara konstan. elektroda yang divariasikan adalah silinder pejal dengan diameter 3.2 mm seperti pada Gambar 4. Tabel 1. Kondisi Pemesinan Tegangan Suplay 280 Volt Ampere 10 A Kapasitor 235µF dan 500 µf Resistor 3,1 Ω Elektroda Tembaga, Kuningan, Aluminium, Tungsten Polaritas Elektroda (+) benda kerja, (-) elektroda Cairan dielektrik Minyak Diesel Benda kerja Baja SKD 11 Benda kerja yang dipakai adalah baja SKD 11 dengan kekerasan HRC dengan dimensi panjang 50 mm, lebar 30 mm dan ketebalan 2 mm. Dalam penelitian ini elektroda akan difungsikan untuk menembus benda kerja (Proses drilling EDM). Gambar 4. Jenis Material Elektroda Pada penelitian ini, akan didapatkan Material Removal Rate (MRR) dan Electrode Wear Rate (EWR) tiap jenis material elektroda. MRR adalah laju pemakan material benda kerja,dan EWR adalah Laju Keausan yang terjadi pada elektroda. Untuk meghitung MRR, dapat ditentukan dengan persamaan, = ( ) ( ) ( ) (1) A-31-3

4 Untuk menghitung EWR, dapat ditentukan dengan persamaan sebagai berikut, (2) Alat ukur yang digunakan untuk mengukur massa benda kerja dan elektroda adalah menggunakan Mettler Toledo PB 403-S dengan range pembacaan alat tersebut 0.1 mg 220g. HASIL DAN PEMBAHASAN Voltase (volt) Pengambilan data dilakukan sebanyak 3 kali untuk 1 jenis material elektroda dan 1 jenis kapasitor. Dari 3 kali pengambilan data tersebut, terlihat bahwa data tidak terlalu jauh berbeda, maka diambil 1 data yang mewakili untuk diolah. Berikut tabel hasil olah data, Kapasitansi ( µf ) Elektroda Tabel 2 Hasil Olah Data EWR dan MRR Waktu Pemesinan (menit) Massa Terbuang Electroda (g) Massa Terbuang Benda kerja(g) EWR (mm³/menit) MRR (mm³/menit) Vol Wear Ratio (MRR/ EWR) Tembaga Kuningan Aluminium Tungsten Tembaga Kuningan Aluminium Tungsten Dari Tabel 2 terlihat bahwa waktu pemesinan paling lama terjadi pada material aluminium. Hal itu terjadi karena tingkat keausan material aluminium sangat tinggi. Aluminium mengalami keausan karena titik leleh aluminium yang rendah, hanya 660⁰C sedangkan Spark pada mesin EDM mencapai 8.000⁰C ⁰C. hal itulah yang membuat keausan aluminium sangat tinggi dan MRR rendah. A-31-4

5 waktu (menit) Waktu pemesinan pada beberapa jenis elektroda 0 kapasitor 235µF kapasitor 500µF Gambar 5. Waktu Pemesinan untuk variasi jenis elektroda Olah data dengan Kapasitor 235µF Olah data dengan Kapasitor 500µF EWR MRR EWR MRR Gambar 6. Diagram batang EWR dan MRR dengan Kapasitor 235 µf dan 500 µf Pada material kuningan, keausan elektroda hampir sama dengan pemakanan material pada benda kerja. Kuningan mempunyai titik leleh 900⁰C, hal itu yang membuat material elektroda juga mudah tererosi. A-31-5

6 12 Volumer Wear Ratio pada beberapa Jenis Elektroda Kapasitor 235µF Kapasitor 500µF Gambar 7. Volume Wear Ratio pada beberapa jenis elektroda Pada material tembaga, terlihat perbedaan antara EWR dan MRR. Keausan tembaga relatif rendah dan MRR relatif tinggi. Selain karena tembaga merupakan penghantar listrik yang sangat bagus, tembaga mempunyai titik leleh 1100⁰C. Gambar 8. Material Elektroda Setelah Pemesinan dan material benda kerja Pada material Tungsten, terjadi perbedaan yang sangat signifikan antara keausan elektroda dengan laju pemakanan material. Terlihat bahwa tungsten sangat rendah keausannya, waktu pemesinan yang relatif singkat, dan kepresisian kebulatan sangat tinggi. Tungsten merupakan logam yang mempunyai titik leleh yang sangat tinggi, hingga mencapai 3400⁰C. hal itu membuat tungsten mengalami keausan yang sangat kecil, dengan keausan yang kecil, lubang hasil pemesinan akan lebih presisi. Waktu pemesinan dari tungsten merupakan waktu pemesinan paling cepat diantara ketiga elektroda. Tentunya akan berpengaruh terhadap MRR. MRR yang dihasilkan Tungsten relatif tinggi. A-31-6

7 KESIMPULAN DAN SARAN Kesimpulan dari hasil penelitian ini adalah sebagai berikut: 1. Material Elektroda yang mempunyai keausan (EWR) paling rendah terjadi pada tungsten sedangkan keausan paling tinggi terjadi pada aluminium. 2. Material elektroda yang mempunyai laju pembuangan material (MRR) paling tinggi terjadi pada material tungsten sedangkan paling rendah terjadi pada aluminium. Disarankan untuk penelitian ini tidak hanya pada proses pemesinan drilling EDM, tetapi dapat juga dilakukan pada proses pemesinan EDM yang lainnya seperti grinding, cutting, dan lainlain. DAFTAR PUSTAKA Gopalakannan, S. and T. Senthilvelan (2012), effect of electrode materials on electric discharge machining of 316 L and 17-4 PH stainless steel, Journal of Minerals and materials characterization and engineering eds 11 hal Khan, A.A. and S.E. Saifuddin (2005), Wear Characteristics of Copper and Aluminium Electrodes During EDM of Stainless Steel and Carbide, pada International Conference on Mechanical Engineering, Dhaka, Bangladesh. Pandey, P.C. and H.S.Shan, 1980, Modern Machining Processes. New Delhi: McGraw-Hill. Prajapati, H.B. and H.R. Prajapati (2013), Parametric Analysis of Material Removal Rate and Surface Roughness of Electro Discharge machining on EN 9. Modern Engineering and Emerging Technology, (1). Suharjono (2010), Studi Eksperimen Pengaruh Variasi Tegangan Terhadap Spark Gap Pada Proses EDM Sinking, Pada Seminar Nasional Tahunan Teknik Mesin(SNTTM) ke-9, Palembang, Indonesia. A-31-7