SETING PARAMETER ELECTRICAL DISCHARGE MACHINE UNTUK MENENTUKANKEKASARAN PERMUKAAN DAN LAJU PEMBUANGAN MATERIAL Oleh: Agung Supriyanto 1) ; Joko Yunianto Prihatin 2) 1),2) Dosen Teknik Mesin Akademi Teknologi Warga ABSTRACT The process of machining EDM (Electrical Discharge Machine) is a non-conventional machining process. In the EDM process, two factors that produced are the material removal rate or material removing rate (MRR) and surface roughness of the material. Research carried out by Taguchi experimental method. EDM machining steel ST60 imposed on the material. If the statistical data obtained from the effect parameter to the response rate of material removal are the interaction time on and time off 35.843%, 35.623% electrode materials, time off 7.902%, 6.135% current, voltage and current interaction 2.943%, 1.827% and the time the voltage on 1.245 %. The parameters that influence the flow of surface roughness is 43.515%, and the interaction of time o time off 15.098%, 14.433% electrode materials, time off 7.495%. Based on the calculation method proposed MSNR obtained optimal parameter settings for a response rate of material removal by an average of 1.750 g / min and average surface roughness of 2.780 μm with current strong parameter settings of 3 amperes, the voltage as high as 250 volts, the time on at 200 s, time off by 40 s, and the type of electrode material is copper (A1B3D3E1G1) with a combination of factors interaction C = A1B3 and F = D3E1.Seting proved successful proposals to improve the response of the surface roughness average of 5.251 μm to an average of 2.780 μm. Key words: MRR, roughness, EDM, current, voltage, time on, time off. I. PENDAHULUAN Proses permesinan EDM (Electrical Discharge Machine ) adalah proses permesian non konvensional, teknologi ini sudah dimulai sejak tahun 1970. EDM menggunakan elektrode yang bertindak sebagai mata potong.untuk mengerjakan produk yang mempunyai kekerasan material yang tinggi tidak bisa dikerjakan dengan pahat /mata potong konvensional yang prinsip kerjanya menyerut material.untuk mengatasi hal ini maka digunakan energi panas dimana material dilelehkan secara terkontrol. Proses pengerjaan produk dengan menggunakan EDM relatif lambat dibandingkan dengan mesin konvensional atau mesin jenis CNC yang lain. Hal ini terjadi karena proses pembuangan material berlangsung dengan cara melelehkan material. Manufaktur modern menuntut proses manufaktur yang cepat yang diikuti dengan tingkat kualitas yang tinggi. Dengan kondisi ini maka pengerjaan dengan mesin EDM berlawanan dengan prinsip efisiensi manufaktur.lamanya waktu pengerjaan sangat berpengaruh terhadap biaya produksi dimana waktu yang lama identik dengan biaya yang tinggi. Meskipun mempunyai kelemahan seperti tersebut diatas, pengerjaan dengan mesin EDM mempunyai keunggulan yang tidak dimiliki oleh mesin lain, yaitu kemampuan mengerjakan material yang sangat keras serta mampu membuat bentuk tanpa radius. Faktor laju pembuangan material atau material removing rate (MRR) dan kekasaran permukaan material mempunyai kondisi seting yang bertolak belakang. Bila mesin diseting dengan MRR tinggi maka akan menghasilkan permukaan yang kasar. Hal ini mengindikasikan kualitas produk yang rendah. Bila mesin diseting untuk menghasilkan permukaan yang halus maka akan menghasilkan MRR yang kecil. Hal ini mengindikasikan tingkat efektifitas permesinan yang rendah dimana waktu proses permesinan semakin lama yang akan berpengaruh pada biaya produksi. Jurnal Teknika ATW - 1
Dari kondisi diatas maka agar menghasilkan produk dengan tingkat produktivitas yang tinggi dan kualitas hasil produk baik menuntutpengaturan parameter selama proses permesinan EDM baruslah baik. Oleh karena itu sangat penting bagi operator untuk mengetahui seting mesin yang tepat dalam proses pengerjaan dengan mesin EDM. Penelitian ini bertujuan untuk menemukan seting parameter permesinan agar menghasilkan produk yang bagus dengan laju pembuangan material yang optimal II. BAHAN DAN METODE A. BAHAN DAN PERALATAN PENELITIAN Bahan-bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah: 1. Material uji : baja ST 60 2. Elektrode : Baja ST 60, tembaga, kuningan Peralatan yang digunakan dalam penelitian ini adalah: 1. Mesin EDM merk C-Tek type ZNC 430 50A 2. Timbangan digital merk Vibra Model AJ 620E. 3. Roughness tester merk Surfcorder SE 1700 B. KAJIAN PUSTAKA Soehardjono (2010) melakukan penelitian variasi dari tegangan dengan menggunakan elektrode tembaga yang menyimpulkan bahwa perbedaan jarak spark gap akan mempengaruhi hasil dari proses pengerjaan yang dilakukan. Hasil dari studi eksperimen memperlihatkan bahwa kenaikan tegangan dari 70 volt hingga 560 volt memberikan kenaikan spark gap dari rata-rata 0,09 mm menjadi 0,18 mm untuk kapasitans 33 µf dan kenaikan spark gap dari 0,22 mm hingga 0,34 mm untuk kapasitans 300 µf. Jarak spark gap yang tepat akan menghasilkan proses pemesinan yang optimal. Besar kecilnya dan lama durasi percikan bunga api listrik yang digunakan untuk mengerosi (mengikis) material sangat menentukan laju pembuangan material dan kualitas kekasaran permukaan yang dihasilkan. Parameter yang mengatur besar kecilnya bunga api listrik adalah tegangan dari sumber daya listrik yang diberikan. Musabikhah (2008) melakukan penelitian dengan faktor arus, tegangan dan on time pulse dengan metode Taguchi dengan 2 level. Dengan elektrode dari bahan tembaga dan material benda kerja SKD 11, hasil penelitian ini menunjukkan bahwa untuk respon keausan pahat optimal didapatkan arus 4A, tegangan 85 volt, dan on time pulse 200 μs. Sedangkan untuk respon kekasaran permukaan didapat arus 4 A, tegangan 75 volt dan on time pulse 200 s. Zairul Ezree (2008) melakukan eksperimen dengan faktor arus puncak, tegangan, on time, dan off time masing-masing 2 level. Hasil penelitian menunjukkan bahwa arus puncak dan on time berpengaruh secara signifikan terhadap kekasaran permukaan.semakin rendah nilai parameter ini semakin berkurang kekasaran permukaan. Pada penelitian ini material yang digunakan adalah baja AISI D2. C. METODE PENELITIAN 1. Rancangan Penelitian Penelitian dilakukan dengan metode eksperimen Taguchi yang terdiri dari 5 faktor dan 3level ditambah 2 faktor interaksi. Berdasarkan tabel array orthogonal standar Taguchi maka dipilih L27 sebagai dasar untuk melakukan eksperimen. Jurnal Teknika ATW - 2
Identifikasi masalah A Identifikasi variabel Menentukan rancangan percobaan Eksperimen dan pengumpulan data Pengolahan data Normal? Homogen? A Ya Tidak 1. Perhitungan ANOVA 2. Perhitungan SNR 3. Perhitungan efek tiap faktor 4. Menentukan kombinasi faktor-level optimal tiap respon Kondisi optimal tiap respon sama? MRSN Tidak Kondisi optimal masuk Array Orthogonal? Ya Tidak Prediksi dan Konfirmasi Uji beda Kesimpulan Gambar 1. Diagram alir penelitian 2. Variabel Penelitian Dalam penelitian ini terdapat dua variabel, yaitu variabel terikat dan variabel bebas.variabel bebas adalah variabel yang menyebabkan atau memengaruhi, yaitu faktor-faktor yang diukur, dimanipulasi atau dipilih oleh peneliti untuk menentukan hubungan antara fenomena yang diobservasi atau diamati. Variabel terikat adalah faktor-faktor yang diobservasi dan diukur untuk menentukan adanya pengaruh variabel bebas, yaitu faktor yang muncul, atau tidak muncul. Tabel 1.Variabel Bebas-Level Kendali Faktor Bebas Level 1 Level 2 Level 3 A. Kuat arus 3 5 7 B. Tegangan 150 200 250 C. (AxB) D. Time on 100 150 200 E. Time off 40 55 70 F. (DxE) G. Material elektrode Tembaga Kuningan Baja ST 60 Jurnal Teknika ATW - 3
Tabel 2.Variabel Terikat Variabel Terikat 1. Kekasaran Permukaan 2. Laju Pembuangan Material 3. Hipotesa : H 1 : Tidak ada pengaruh perbedaan level kuat arus, tegangan, interaksi arus dan tegangan, time on, time off, interaksi time on dan time off, dan jenis bahan elektrode pada kekasaran permukaan dan laju pembuangan material yang dihasilkan. H a : Ada pengaruh perbedaan level kuat arus, tegangan, interaksi arus dan tegangan, time on, time off, interaksi time on dan time off, dan jenis bahan elektrode pada kekasaran permukaan dan laju pembuangan material yang dihasilkan. 4. Pengujian Kualitas Bahan Karakteristik kualitas yang diukur respon laju pembuangan material dengan fungsi tujuan objektif Larger the Better (LTB). Karakteristik kualitas kekasaran permukaan yang akan diukur adalah besarnya nilai kekasaran permukaan semakin kecil semakin baik dengan fungsi tujuan objektif Small the Better (STB). 5. Lokasi Penelitian Penelitian dilakukan dilakukan di laboratorium mesin perkakas Akademi Teknologi Warga Surakarta. Pengujian kekasaran permukaan dilakukan di laboratorium bahan teknik jurusan Teknik Mesin III. HASIL PEMBAHASAN 1. Laju Pembuangan Material Olah data statistik untuk mengetahuai normalitas dan homogenitas data menunjukkan bahwa data terdistribusi normal dan homogen.dari analisa ANOVA menunjukkan bahwa ketujuh faktor berpengaruh secara signifikan terhadap laju pembuangan material dimana F hitung lebih besar dari F tabel. Persentase pengaruh tiap faktor adalah arus 6,135%, tegangan 1,827%, interaksi arus dan tegangan 3,894%, time on 1,245%, time off 7,902%, interaksi time on dan time off 35,843% dan bahan elektrode 35,623%. Dari perhitungan SNR efek tiap faktor didapat kombinasi faktor level sebagai berikut: Tabel 3. Efek Tiap Faktor Laju Pembuangan Material Level Faktor A B D E G 1-0,535 2,166 1,523 0,836 6,810 2 1,672 1,771 2,051 0,941 3,130 3 3,628 1,239 1,592 3,391-4,774 Selisih 4,164 9,296 0,528 2,556 11,584 Rank 2 4 5 3 1 2. Kekasaran Permukaan Olah data statistik untuk mengetahuai normalitas dan homogenitas data menunjukkan bahwa data terdistribusi normal dan homogen. Dari analisa ANOVA menunjukkan bahwa empat faktor berpengaruh secara signifikan terhadap kekasaran permukaan dimana F hitung lebih besar dari F tabel. Persentase pengaruh tiap faktor adalah arus 43,515%, time off 7,495%, interaksi time on dan time off 15,098% dan bahan elektrode 14,433%. Dari perhitungan SNR efek tiap factor didapat kombinasi faktor level optimum sebagai berikut: Jurnal Teknika ATW - 4
Tabel 4. Efek Tiap Faktor Kekasaran Permukaan Level Faktor kendali A B D E G Level 1-11,378-14,450-14,211-13,320-14,160 Level 2-14,531-13,672-14,269-13,439-12,607 Level 3-15,743-13,530-13,901-14,894-14,886 Selisih 4,365 0,920 0,369 1,573 2,279 Rank 1 4 5 3 2 3. Multi Respon Signal to Noise Dari analisa SNR tiap faktor ternyata terdapat perbedaan kombinasi faktor-level optimum kedua respon, maka dilakukan analisa menggunakan metode MRSN. Sebelumnya dilakukan prediksi untuk mengetahui model matematis dari data hasil eksperimen.berdasarkan pertimbangan bahwa kekasaran permukaan relative lebih penting daripada laju pembuangan material maka dipilih istilah lingustik tinggi dan sedang.tingkat kepentingan relatif ditunjukkan oleh tabel linguistic term.istilah tersebut dikonversikan kedalam bilangan fuzzy. Berdasarkan tabel crips scores of fuzy number diperoleh respon laju pembuangan material 0,583 dan respon kekasaran permukaan 0,750. Bobot laju pembuangan material = w1 = 0,583/(0,750 + 0,583) = 0,437. Bobot kekasaran permukaan = w2 = 0,750/(0,750 + 0,583) = 0,563. Respon laju pembuangan material dan kekasaran permukaan menggunakan karakteristik mutu STB dan LTB, sehingga setting parameter multirespon optimal ditentukan berdasarkan nilai MRSN terbesar yaitu 12,843 dengan kombinasi level faktora1 B3 D3 E1 G1 dengan faktor interaksi C=A1B3 dan F=D3E1. 4. Uji Beda Uji beda dilakukan untuk mengetahui apakah kombinasi faktor-level mempunyai perbedaan dari kondisi awal sehingga mampu meningkatkan kualitas permesinan. Pada respon laju pembuangan material didapat -t tabel (-4,3027) t hitung (3,896) t tabel (4,3027) artinya tidak ada perbedaan rata rata laju pembuangan material pada kondisi awal dan pada kondisi usulan hasil eksperimen. Untuk respon kekasaran permukaan didapat t hitung (4,584) t tabel (4,3027) artinya ada perbedaan kekasaran permukaan pada kondisi awal dan pada kondisi usulan hasil eksperimen. Dari hasil t hitung dapat dilihat bahwa kondisi usulan terbukti meningkatkan kualitas yaitu menurunkan angka kekasaran permukaan sehingga hasil produk pada kondisi usulan lebih halus dibanding kondisi awal. IV. SIMPULAN 1. Kekuatan faktor yang berpengaruh dalam permesinan EDM dengan respon laju pembuangan material adalah interaksi time on dan time off sebesar 35,843 %, jenis bahan elektrode sebesar 35,623 %, time off sebesar 7,902 %, kuat arus sebesar 6,135 %, interaksi arus dan tegangan sebesar 2,943 %, tegangan sebesar 1,827 % dan time on sebesar 1,245 %. Faktor yang berpengaruh dalam permesinan EDM dengan respon kekasaran permukaan adalah kuat arus sebesar 43,515 %, interaksi time on dan time off sebesar 15,098 %, jenis bahan elektrode sebesar 14,433 %, dan time off sebesar 7,495 %. 2. Berdasarkan perhitungan dengan metode MSNR didapat seting parameter yang optimal untuk respon laju pembuangan material dan kekasaran permukaan yaitu kuat arus sebesar 3 Ampere, tegangan sebesar 250 volt, time on sebesar 200 s, time off sebesar 40 s, dan jenis bahan Jurnal Teknika ATW - 5
elektrode adalah tembaga (A1B3D3E1G1) dengan kombinasi interaksi faktor C=A1B3 dan F=D3E1 didapat laju pembuangan material rata-rata sebesar 1,720 gr/menit dan kekasaran permukaan rata-rata sebesar 2,780 µm. V. DAFTAR PUSTAKA [1] Anonim, ASM Metal Handbook, Vol. 8, ASM International [2] Ezree. Z.,2008, Study of Machining Parameters of Surface Rough in Electro Discharge Machining of Tool Steel, Pahang, Malaysia. [3] Khan, A.A., 2008. Electrode wear and material removal rate during EDM ofaluminum and mild steel using copper and brass electrodes, Int J Adv Manuf Technol, 39, 482 487 [4] Mahsun.T., 2006, Pengaruh Variasi Arus terhadap Over Cut Baja SC42 dengan Elektroda Tembaga pada Proses EDM. [5] Musabbikhah, 2008, Variasi Kuat Arus, Tegangan, dan On Time Pulse untuk mengoptimalkan Kekasaran Permukaan,Yogyakarta. [6] Patna Partana (2008),Studi Pengaruh Material Elektroda Pada Proses Electrical Discharge Machining, Surakarta. [7] Rao.M, 2010, Parametric Study of Electrical Discharge Mchining of AISI 304 Stainless Steel, International Journal of Engineering Science and Technology,Vol. 2 (8). [8] Ross, P.J.1996, Taguchi Techniques For Quality Engineering. McGraw-Hill, Inc., New York. [9] Schultz, H. & Moriwaki, T. 1992, High-speed machining, Annals of the CIRP, 41, 2, [10] Suhardjono,dkk, 2010, Studi Eksperimen Pengaruh Variasi Tegangan Terhadap Spark Gap Pada Proses EDM Shinking, Seminar Nasional Tahunan Teknik Mesin SNTTM) ke-9, Palembang, 13-15 Oktober. [11] Widarto 2008, Teknik Permesinan, Departemen Pendidikan Nasionl, Jakarta Jurnal Teknika ATW - 6