TUGAS MAKALAH PROSES PRODUKSI II
ELECTRICAL DISCHARGE MACHINING Disusun oleh : FAHRY ADHANI FANDY ARIDHA P FAUZY RAHMAN A
(I0411018) (I0411019) (I0411020) FRANDIKA PRIMAYOGA (I0411021)
JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SEBELAS MARET SURAKARTA 2012 1
KATA PENGANTAR
Puji
syukur
penulis
panjatkan
kepada
ALLAH.SWT
yang
telah
melimpahkan rahmat dan ridho-NYA sehingga penulis dapat menyusun makalah yang berjudul : “ELECTRICAL “ELECTRICAL DISCHARGE MACHINING ”. Makalah ini disusun untuk memenuhi salah satu tugas matakuliah PROSES PRODUKSI II pada Jurusan S-1 Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Sebelas Maret Surakarta. Pada kesempatan ini, penulis menyampaikan ucapan terimakasih kepada : 1. Bapak Zainal Arifin, ST. MT. selaku dosen pengampu matakuliah Proses Produksi yang telah banyak memberikan ilmu dan bimbingan. 2. Teman-teman Jurusan S-1 Teknik Mesin, UNS 2011 yang telah membantu dalam penyusunan makalah ini Penulis menyadari bahwa makalah ini masih jauh dari sempurna. Untuk itu, kritik dan saran yang bersifat konstruktif sangat diharapkan demi kesempurnaan makalah ini. Akhirnya, semoga makalah ini dapat bermanfaat bagi penulis pribadi dan pembaca pada umumnya.
Surakarta, 28 Mei 2012
Tim Penulis
2
DAFTAR ISI halaman
HALAMAN AWAL................................................................................................1 KATA PENGANTAR.............................................................................................2 DAFTAR ISI............................................................................................................3 ABSTRAK...............................................................................................................4
BAB 1 PENDAHLULUAN.........................................................................5 1.1.LATAR BELAKANG...........................................................................5 1.2.RUMUSAN MASALAH......................................................................6 1.3.MAKSUD DAN TUJUAN...................................................................6
BAB 2 PEMBAHASAN..............................................................................7 2.1. PENGENGENALAN EDM.............................................................7 2.1.1. Deskripsi Mesin......................................................................7 2.1.2. Komponen Utama Mesin........................................................8 2.1.3. Karakteristik Mesin...............................................................10 2.1.4. Prinsip Kerja Mesin..............................................................10 2.1.5. Jenis Mesin............................................................................11 2.3. SEJARAH PERKEMBANGAN EDM..........................................13 2.3.1. Asal Mula EDM....................................................................13 2.3.2. Perkembangan EDM…………………………….…...…….13 2.4. PROSES PEMBUATAN CETAKAN EDM..................................14 2.5. KEUNTUNGAN DAN KERUGIAN EDM...................................15 2.5.1. Keuntungan Penggunaan.......................................................15 2.5.2. Kerugian Penggunaan...........................................................15
BAB 3 PENUTUP......................................................................................18 3.1
KESIMPULAN…………………………………................……..18
3.2
SARAN………………………………………......................…….18
3
ABSTRAK
Electrical Discharge Machining (EDM) dewasa ini makin banyak digunakan di industri manufaktur khususnya untuk menangani permesinan material yang sangat keras dan tidak dapat dilakukan dengan metode permesinan tradisional. Dalam proses EDM, pahat elektroda akan mengikis material benda kerja sesuai dengan bentuk pahatnya. Teknologi EDM dewasa ini makin banyak digunakan di industri manufaktur untuk proses permesinan material yang sangat kuat dan keras seperti tool steel dan advance material ( super alloys, keramik, dan komposit matrik) dengan menghasilkan produk yang mempunyai kepresisian yang tinggi, bentuk yang rumit, dan kualitas permukaan yang baik. EDM merupakan proses permesinan, dimana pahatnya yang berupa elektroda akan mengikis material benda kerja sesuai dengan bentuk pahatnya (D.F. Dauw, et al., 1990). Proses EDM dilakukan dengan sebuah sistem yang mempunyai dua komponen pokok yaitu mesin dan power supply. Mesin mengendalikan pahat elektroda yang bergerak maju mengikis material benda kerja dan menghasilkan serangkaian loncatan bunga api listrik yang berfrekuensi tinggi ( spark ). Loncatan bunga dihasilkan dari pembangkit pulse antara elektroda dan material benda kerja, yang keduanya dicelupkan dalam cairan dielektrik, akan menimbulkan pengikisan material dari material benda kerja dengan erosi panas atau penguapan (D.Brink, www.edmtt. com). Keywords : Electrical Discharge Machine, spark, dies, konduktor, dielektrik
4
BAB I PENDAHULUAN
1.1. LATAR BELAKANG
Electrical Discharge Machine (EDM) merupakan salah satu dari bermacam proses permesinan non konvensional yang berbasis komputer sebagai pengendali utamanya. EDM banyak digunakan dalam industri pembuatan dies dan mold untuk menghasilkan spesifikasi dimensi, geometri, serta kualitas permukaan yang lebih
baik,
akurat
dan
teliti
dibandingkan
dengan
proses
permesinan
konvensional. Electrical Discharge Machine (EDM) dewasa ini makin banyak digunakan di industri manufaktur khususnya untuk menangani permesinan material yang sangat keras dan tidak dapat dilakukan dengan metode permesinan tradisional. Dalam proses EDM, pahat elektroda akan mengikis material benda kerja sesuai dengan bentuk pahatnya. Teknologi EDM dewasa ini makin banyak digunakan di industri manufaktur untuk proses permesinan material yang sangat kuat dan keras seperti tool steel dan advance material ( super alloys, keramik, dan komposit matrik) dengan menghasilkan produk yang mempunyai kepresisian yang tinggi, bentuk yang rumit, dan kualitas permukaan yang baik. EDM merupakan proses permesinan, dimana pahatnya yang berupa elektroda akan mengikis material benda kerja sesuai dengan bentuk pahatnya (D.F. Dauw, et al., 1990).
5
1.2. RUMUSAN MASALAH
Dalam kajian pengenalan mesin EDM ini, aspek-aspek yang dicakup diantaranya : 1. Apa yang dimaksud Electrical Discharge Machine ? 2. Bagaimana sejarah berkembangnya Electrical Discharge Machine ? 3. Bagaimanakah prinsip kerja dari Electrical Discharge Machine ? 4. Bagaimana cara membuat cetakan (dies) dari Electrical Discharge Machine? 5. Apa saja keuntungan dan kerugian dalam penggunaan Electrical Discharge Machine ?
1.3.MAKSUD DAN TUJUAN
1.3.1. Maksud
Tulisan ini dibuat dengan maksud agar dapat mengenal dan mengetahui mesin EDM lebih mendalam karena mesin ini sangat bermanfaat bagi proses manufaktur yang sangat banyak digunakan dalam pabrik atau industri.
1.3.2. Tujuan
Adapun tujuan dalam pembuatan makalah ini adalah sebagai berikut: 1. Dapat mendeskripsikan Electrical Discharge Machine, struktur fisik serta komponen-komponen yang dimilikinya. 2. Mengetahui asal mula dan sejarah berkembangnya Electrical Discharge Machine. 3. Dapat menjelaskan prinsip kerja dari Electrical Discharge Machine. 4. Dapat menjelaskan cara membuat cetakan (dies) dari Electrical Discharge Machine. 5.
Serta mengkaji keuntungan dan kerugian dalam penggunaan Electrical Discharge Machine dalam dunia industri.
6
BAB II PEMBAHASAN
2.1. PENGENALAN EDM
2.1.1. Deskripsi Mesin
Electrical
Discharge
Machine merupakan
mesin
produksi
non
konvensional yang memanfaatkan proses konversi listrik dan panas, dimana energi listrik digunakan untuk memunculkan loncatan bunga api ( spark ) dan proses pemakanan material terjadi akibat energi panas yang ditimbulkan dari bunga api tersebut. Proses EDM merupakan proses pengerjaan material yang dikerjakan dengan memanfaatkan loncatan bunga api listrik ( spark ) yang terjadi pada celah diantara elektroda dan benda kerja. Loncatan bunga api tersebut terjadi tidak kontinu, akan tetapi timbul secara periodik terhadap waktu. Dalam EDM tidak ada proses kontak dan gaya pemotongan antara pahat dan material benda kerja. Hal ini mengakibatkan tidak adanya tegangan mekanis, chatter , dan problem getaran seperti yang pasti terjadi pada proses permesinan tradisional. Karena EDM tidak menimbulkan tegangan mekanik selama proses maka akan menguntungkan pada manufaktur benda kerja dengan bentuk yang rumit. EDM juga disebut
metode pemesinan yang pada dasarnya digunakan
untuk logam keras atau logam-logam yang tidak mungkin dapat diolah dengan menggunakan mesin tradisional. Suatu batasan yang penting bahwa EDM hanya bekerja untuk benda-benda yang dapat dialiri listrik atau benda-benda konduktif. EDM dapat memotong sudut kecil atau sudut dengan bentuk tak beraturan, garis tak beraturan atau lubang/rongga pada logam berat dan logam mulia seperti titanium, hastelloy, kovar, inconel, dan carbide. Adapun salah satu jenis pengerjaan material dengan menggunakan mesin EDM dapat dilihat pada gambar berikut.
7
Gambar 2.1. Contoh pengerjaan dengan EDM
2.1.2. Komponen Utama Mesin
Proses EDM dilakukan dengan sebuah sistem yang mempunyai dua komponen pokok yaitu mesin dan power supply.
Gambar 2.2. Power Supply dan Mesin EDM
8
Bagian mesin EDM:
Gambar 2.3. Komponen Mesin
a) Meja mesin EDM digunakan sebagai tempat dudukan mesin EDM b) Cairan dielektrik merupakan fluida pendingin dan pembersih kotoran benda kerja c) Elektroda merupakan pahat yang digunakan untuk menghantarkan tegangan listrik dan mengerosi benda kerja menjadi bentuk yang diinginkan d) Kepala Mesin sebagai tempat pahat dan komponen utama dari mesin EDM e) Kapasitor berfungsi untuk menyimpan energi listrik yang akan dilepaskan pada proses pengerjaan benda kerja
9
f) Voltmeter digunakan untuk mengukur beda potensial pada rangkaian mesin g) Amperemeter digunakan untuk mengukur besar arus yang mengalir pada mesin
2.1.3. Karakteristik Mesin
Berikut adalah beberapa ciri atau karakteristik dari Electrical Discharge Machining : a) Proses pemakanan dapat dilakukan oleh mesin dengan material apapun yang digolongkan ke dalam material penghantar listrik (konduktor) b) Sisa material terbuang yang dihasilkan bergantung pada sifat termal dari benda kerja, misalnya dari kekuatan bahan tersebut, kekerasan bahan, dan sebagainya. c) Dalam EDM terdapat pahat fisik dan bentuk geometri dari pahat tersebut merupakan bentuk cetakan dari benda kerja yang hendak dibuat. d) Pahat dari EDM harus memenuhi sifat material sebagai konduktor yang
baik, bahkan harus lebih kuat dan awet daripada benda kerja yang nantinya akan dibuat. Untuk itu, perlu dipahami sifat termal baik dari benda kerja maupun pahat yang digunakan.
2.1.4. Prinsip Kerja Mesin
Mesin mengendalikan pahat elektroda yang bergerak maju mengikis material benda kerja dan menghasilkan serangkaian loncatan bunga api listrik yang berfrekuensi tinggi ( spark ). Loncatan bunga dihasilkan dari pembangkit pulse antara elektroda dan material benda kerja, yang keduanya dicelupkan dalam cairan dielektrik, akan menimbulkan pengikisan material dari material benda kerja dengan erosi panas atau penguapan.
10
Gambar 2.4. Sistem Kerja Dasar
EDM juga kadang-kadang diasumsikan sebagai sebuah metode nontradisional atas perpindahan materi melalui suatu rangkaian pelepasan busur elektrik yang berulang antara elektroda (tool pemotong) dan proses kerja pada lingkungan berenergi listrik. Alat pemotong EDM diarahkan sepanjang jalur yang diinginkan dan sangat dekat dengan tempat pemotongan, namun tidak sampai menyentuh lembaran yang akan dipotong. Percikan listrik yang berurutan memproduksi serangkaian ledakan yang sangat kecil (microcraters) pada lembaran logam yang diproses dan memindahkan materi sepanjang jalur pemotongan dengan cara pelelehan dan penguapan. Partikel-partikel akan tersapu dan terbuang oleh cairan yang mengandung aliran listrik.
2.1.5. Jenis Mesin
Pada saat ini ada dua macam mesin EDM yaitu: EDM konvensional (Biasanya disebut Sinker EDM atau Ram EDM) dan Wire EDM. Perbedaan utama antara kedua adalah jenis elektroda yang digunakan. a) EDM konvensional (disebut juga Sinker EDM dan Ram EDM) Jenis EDM konvensional ini memanfaatkan elektrode yang telah dibuat sedemikian rupa. Pada Ram EDM, sebuah elektroda benda kerja grafit atau
11
berillium diolah sesuai dengan keinginan (negatif) dan dimasukkan ke dalam proses kerja mesin di akhir proses kerja ram vertikal.
Gambar 2.5. Proses EDM Konvensional, RAM EDM
b) Wire EDM Wire Cutting EDM , adalah jenis permesinan EDM dengan menggunakan sebuah kawat kecil sebagai pahat, kemudian memakan benda kerja yang diberi cairan dielektrik. Wire-Cut EDM secara khusus digunakan untuk memotong benda kerja yang tebal dari bahan yang keras. Hal ini sangat sulit dikerjakan dengan menggunakan metode permesinan yang lain.
Gambar 2.6. Proses Wire Cut EDM
12
Bahan kawat yang digunakan pada wire cut ini biasanya tembaga atau kuningan, Akan tetapi pada akhir-akhir ini kecepatan potong Wire EDM telah bertambah tinggi, sehingga lebih ekonomis bila menggunakan elektrode graphite. Graphite angstrofine yang berstruktur padat dapat melakukan pemotongan dua kali lebih cepat daripada jenis graphite yang lain. Kawat yang dilapisi seng juga dapat meningkatkan kecepatan proses EDM dari elektrode ini.
2.2. SEJARAH PERKEMBANGAN EDM
2.2.1. Asal Mula EDM
Asal mula EDM ( Electrical Discharge Machining ) adalah pada tahun 1770, ketika ilmuwan Inggris Joseph Priestly menemukan efek erosi dari percikan arus listrik. Pada tahun 1943, ilmuwan Rusia B. Lazarenko dan
N. Lazarenko
memiliki ide untuk memanfaatkan efek merusak dari percikan arus listrik untuk membuat proses yang terkontrol untuk pemesinan secara elektrik pada bahan konduktif. Dengan adanya ide tersebut, proses EDM telah lahir. Lazarenko bersaudara menyempurnakan proses dengan cara menempatkan cairan tidak konduktif di mana percikan listrik terjadi di antara dua konduktor, cairan tersebut dinamakan dielektrik (dielectric). Rangkaian listrik yang membuat peristiwa tersebut terjadi digunakan sebagai nama proses ini. Pada saat ini telah banyak unit EDM yang digunakan lebih maju daripada milik Lazarenko.
2.2.2. Perkembangan EDM
EDM berkembang bersama dengan Mesin Bubut, Mesin Frais, dan Mesin Gerinda
sebagai
teknologi
yang
terdepan.
EDM
terkenal
dalam
hal
kemampuannya untuk membuat bentuk kompleks pada logam-logam yang sangat keras. Penggunaan yang umum untuk Mesin EDM adalah dalam pemesinan dies, perkakas potong, dan cetakan (molds) yang terbuat dari baja yang telah
13
dikeraskan, tungsten carbide, high speed steel , dan material yang lain yang tidak mungkin dikerjakan dengan cara tradisional (penyayatan). Proses ini juga telah memecahkan banyak masalah pada pembuatan bahan ”exotic”, seperti Hastelloy, Nitralloy, Waspaloy and Nimonic, yang digunakan secara luas pada industriindustri pesawat ruang angkasa. Dengan telah ditemukannya teknologi yang maju tentang keausan elektrode, ketelitian dan kecepatan, EDM telah mengganti proses pemotongan logam yang lama pada beberapa aplikasi. Faktor lain yang menyebabkan berkembangnya penggunaan EDM adalah kemampuannya mengerjakan bentuk tipis, khususnya dalam pengerjaan ketinggian dan ketirusan. EDM yang menggunakan kawat (Wire EDM) dapat membelah dengan ketinggian 16 inchi (sekitar 400 mm), dengan kelurusan ± 0,0005 inchi (± 0,0125 mm) tiap sisi. Pada waktu yang lalu, EDM digunakan terutama untuk membuat bagian bagian mesin yang sulit dikerjakan dengan proses konvensional. Pertumbuhan penggunaan EDM pada sepuluh tahun terakhir menempatkan proses pembuatan komponen dirancang menggunakan EDM terlebih dahulu, sehingga EDM bukanlah pilihan terakhir, tetapi pilihan yang pertama.
2.3. PROSES PEMBUATAN CETAKAN EDM
Dalam pembuatan alat cetak logam melalui proses stamping/pressing untuk memproduksi perhiasan dan lencana, master positif/contoh awalnya dapat dibuat dari perak sterling, sebab master yang ada tidak luntur secara signifikan dan master ini hanya digunakan satu kali. Sisanya sebagai master negative dapat diperkeras dan digunakan dalam drop hammer (pencetak) untuk memproduksi logam biasa dari bahan potongan perunggu, perak, atau emas. Untuk lencana, lempengan logam ini kemudian dibentuk lagi dengan menggunakan alat cetak lain yang dapat memberi bentuk ukiran. Sistem kerja mesin EDM jenis ini menggunakan oil-based dielectric. Logam yang telah terselesaikan dapat diperindah dengan menggunakan proses enameling kristal untuk yang keras atau
14
enameling dengan cat untuk yang lembut yang dilapisi dengan emas murni atau nikel. Untuk barang-barang yang lebih lembut lagi (seperti perak) dapat didesain dengan tangan untuk memperhalus/memperbaiki tampilan.
2.4. KEUNTUNGAN DAN KERUGIAN EDM
2.4.1. Keuntungan Penggunaan:
Berikut ini adalah beberapa kelebihan yang diperoleh dari penggunaan mesin EDM dalam manufaktur : Dapat membuat bentuk kompleks yang kemungkinan sukar dilakukan
dengan mesin konvensional Dapat mengerjakan material benda kerja yang keras dengan tingkat
kepresisian tinggi Dapat mengerjakan bagian bentuk yang sangat kecil sekalipun, tanpa
cemas bagian tersebut ikut terpotong Tidak ada kontak langsung antara alat dan benda kerja sehingga tidak
timbul distorsi pada pemakanan Dapat membuat kehalusan permukaan benda kerja dengan baik Lubang dapat dibuat secara mudah, tepat dan baik
2.4.2. Kerugian Penggunaan
Beberapa kerugian dari EDM meliputi:
laju pengikisan material benda kerja atau material removal rate (MRR) pada operasi EDM lebih lambat dibandingkan metode permesinan tradisional yang menghasilkan chips secara mekanis.
Tambahan waktu dan biaya yang digunakan untuk membuat elektroda untuk RAM / setempel EDM.
15
Mereproduksi sudut tajam pada benda kerja sulit karena memakai elektroda.
Konsumsi daya spesifik sangat tinggi.
Timbul overcut. Over cut adalah suatu deviasi yang menunjukkan bahwa besarnya diameter lubang yang dikerjakan dengan proses EDM lebih besar dari ukuran elektrodanya.
Terjadi keausan pahat bila pemakaian berulang
Bahan yang bukuan konduktor listrik dapat dikerjakan dengan mesin yang diset secara khusus
Mesin EDM dan perlengkapannya masih relatif mahal
Penggunaan mesin EDM dibatasi oleh ukuran tangki kerja penampung cairan dielektrik. Mesin EDM standar populer yang digunakan sekarang memiliki keterbatasan: o
Untuk Wire EDM, ukuran maksimum benda kerja sekitar 59 inchi (1.500 mm) pada sumbu Y, 24 inchi (600 mm) pada sumbu Z dan tidak terbatas pada sumbu X.
o
Untuk Ram EDM, ukuran benda kerja maksimum sekitar 59 inchi (1.500 mm) pada sumbu Y, 17 inchi (520 mm) pada sumbu Z, dan 98 inchi (2500 mm) pada sumbu X.
o
Pembuatan bentuk sudut/tirus pada Wire EDM adalah hal yang perlu dipertimbangkan. Sudut tirus maksimum adalah ± 450, walaupun beberapa bengkel telah berhasil mencapai ± 500. Perbandingan sudut dan tinggi maksimum adalah 300 pada ketinggian 16 inchi (400 mm).
o
Hambatan listrik maksimum untuk benda kerja dan pencekam sekitar 0,5-5,0 ohm/cm untuk Mesin Wire dan Ram EDM.
16
o
Keakuratan sekitar 0,00002 inchi (0,0005 mm) untuk mesin Wire EDM.
o
Keakuratan ± 0,0001 inchi (0,0025 mm) untuk mesin Ram EDM.
o
Kehalusan permukaan sekitar VDI 0 (4 microinchi) untuk Wire EDM.
o
Kehalusan permukaan VDI 5 (2 microinchi) untuk Ram EDM.
o
Keutuhan permukaan ( surface integrity) adalah 1/20 juta untuk setiap inchi ketebalan recast layer untuk Wire dan Ram EDM.
o
Panjang retakan mikro adalah 1/20 juta untuk Wire dan Ram EDM. Hasil ini sama atau lebih baik dari pada permukaan hasil proses gerinda.
17
BAB III PENUTUP
3.1. KESIMPULAN EDM (Electrical Discharge Machining) atau Pemesinan Energi Listrik adalah suatu metode pemesinan yang pada dasarnya digunakan untuk logam keras atau logam-logam yang tidak mungkin dapat diolah dengan menggunakan mesin tradisional. EDM hanya dapat digunakan untuk benda-benda yang dapat dialiri arus listrik. Cara kerja mesin ini merujuk spark (percikan) machining atau spark eroding (mengikis permukaan logam sedikit demi sedikit/erosi). EDM juga kadang kadang diasumsikan sebagai sebuah metode non-tradisional atas perpindahan materi melalui suatu rangkaian pelepasan busur elektrik yang berulang antara elektroda (tool pemotong).
3.2. SARAN Setelah mengenali mesin EDM, maka penjelasan berikut merupakan ringkasan dari karakteristik yang diutamakan dalam penggunaan EDM Disarankan menggunakan EDM jika bentuk benda kerja sebagai berikut. • Dinding yang sangat tipis. • Lubang dengan diameter sangat kecil. • Rasio ketinggian dan diameter sangat besar. • Benda kerja sangat kecil. • Sulit dicekam.
18
Disarankan menggunakan EDM jika material benda kerja: • Keras. • Liat. • Meninggalkan sisa penyayatan. • Harus mendapat perlakuan panas. Disarankan menggunakan EDM untuk mengganti proses meliputi: • Pengaturan/ setup berulang, bermacam-macam pengerjaan, bermacam-macam proses pencekaman benda. • Broaching . • Stamping yang prosesnya cepat, Disarankan menggunakan EDM ketika beberapa alasan berikut. • Jam kerja 24 jam dengan hanya satu shift operator. • Memerlukan proses yang tidak mementingkan perhatian khusus dari pekerja secara intensif. EDM tidak dipengaruhi oleh kekerasan bahan benda kerja, sehingga sangat bermanfaat bila digunakan untuk mengerjakan benda kerja dengan kekerasan di atas 38 HRc. Bahan tersebut meliputi baja yang telah dikeraskan, Stellite and Tungsten Carbide.
19
DAFTAR PUSTAKA
Anonim. Non conventional Machining : Electro Discharge Machining . Modul IIT Kharagpur, Version 2 ME. ______. Mengenal EDM(Electrical Discharge Machining) Partono, Patna dan Riyadi, Tri Widodo Besar. 2008. Studi Proses Electrical Discharge Machining dengan Elektroda Tembaga. Jurnal Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Surakarta. Purnawan. 2009. Pembuatan Lubang Sarung Injektor dengan Proses Electric Discharge Machine ( EDM ). Sumbodo, Wirawan. 2008. Teknik Produksi MesinIndustri Jilid 2. JAKARTA : Direktorat Pembinaan Sekolah Menengah Kejuruan (BSE)
Sumber Internet www.wikipedia.org http://firstiawan.student.fkip.uns.ac.id/2010/03/05/edm-electrical-dischargemachine
20
