MESIN PERKAKAS NON KONVENSIONAL Pertemuan 21 Matakuliah : D0234/Teknologi Proses Tahun : 2007/2008 MESIN PERKAKAS NON KONVENSIONAL Pertemuan 21

MESIN PERKAKAS NON KONVENSIONAL Matakuliah : Teknologi Proses Manufaktur D0234 Tahun : 2007 Pertemuan : 21 MESIN PERKAKAS NON KONVENSIONAL Bina Nusantara

. Learning Outcomes Outline Materi : MESIN PERKAKAS NON KONVENSIONAL Learning Outcomes . Mahasiswa dapat menerangkan prinsip kerja mesin perkakas non konvensional Outline Materi : Pemesinan Ultrasonik Pemotongan dengan Pancaran Air Pemotongan dengan Pancaran Air Abrasif Pemesinan dengan Pelepasan Muatan Listrik Pemesinan Berkas Laser Bina Nusantara

PEMESINAN NON-KONVENSIONAL MESIN PERKAKAS NON KONVENSIONAL PEMESINAN NON-KONVENSIONAL Gambar 21.1 Klasifikasi Pemesinan Non-konvensional Bina Nusantara

PEMESINAN ULTRASONIK (USM) MESIN PERKAKAS NON KONVENSIONAL PEMESINAN ULTRASONIK (USM) Campuran air dengan partikel abrasif (slurry), dige-rakkan dengan kecepatan tinggi ke suatu benda kerja; Perkakas digetarkan pa-da amplitudo yang ren-dah yaitu sekitar 0,003 in. (0,076 mm) dan fre-kuensi tinggi mendekati 20.000 Hz; Perkakas berisolasi de-ngan arah tegaklurus thd. permukaan benda- Gambar 21.2 Pemesinan Ultrasonik kerja, dan partikel abrasif akan mengikis benda kerja sedemikianrupa sehingga dihasilkan bentuk yang sesuai dengan bentuk perkakas; Amplitudo vibrasi hampir sama dengan ukuran butir partikel, sedang celah antara perkakas dengan benda kerja sekitar dua kali ukuran butir partikel. Bina Nusantara

Kecepatan pembentukan gram : MESIN PERKAKAS NON KONVENSIONAL Kecepatan pembentukan gram : Makin tinggi frekuensi makin tinggi kecepatan pembentukan gram; Makin tinggi amplitudo makin tinggi kecepatan pembentukan gram. Catatan : Dalam hal ini dipilih ampli-tudo rendah dan frekuensi tinggi agar permukaan po-tong yang dihasilkan lebih halus. Gambar 21.3 Hubungan antara osilasi frekuensi dan amplitudo dengan kecepatan pembentukan gram Bina Nusantara

PEMOTONGAN PANCARAN AIR (WJC) MESIN PERKAKAS NON KONVENSIONAL PEMOTONGAN PANCARAN AIR (WJC) Digunakan aliran air halus de-ngan tekanan dan kecepatan tinggi (biasanya digunakan laru-tan polimer karena cendrung menghasilkan aliran yang lebih menyatu); Untuk mendapatkan aliran air yang halus digunakan pembu-kaan nosel dengan diameter sekitar 0,004 sampai 0,016 in (0,1 sampai 0,4 mm); Gambar 21.4 Pemotongan dengan pancaran air Agar diperoleh aliran dengan energi yang cukup untuk pemotongan, digunakan tekanan di atas 60.000 lb/in2 (400 Mpa), dan pancaran mencapai kecepatan di atas 3000 ft/sec. (900m/s). Bina Nusantara

Parameter dalam proses WJC adalah : MESIN PERKAKAS NON KONVENSIONAL Parameter dalam proses WJC adalah : jarak antara nosel dan permukaan bendakerja (standoff distance), diameter pembukaan nosel, tekanan air dan kecepatan potong. Penggunaan : WJC sangat efektif digunakan untuk memotong alur yang sempit dalam bendakerja datar, seperti : plastik, tekstil, komposit, ubin, karpet, dan kulit. Bina Nusantara

PEMOTONGAN PANCARAN AIR ABRASIF (AWJC) MESIN PERKAKAS NON KONVENSIONAL PEMOTONGAN PANCARAN AIR ABRASIF (AWJC) Bila WJC digunakan untuk pemotongan bendakerja logam, maka biasanya harus ditambahkan partikel abrasif ke dalam aliran pancaran. Partikel abrasif yang sering digunakan adalah : oksida aluminium, dioksida silikon, dan garnet (mineral silikat). Parameter dalam proses AWJC sama dengan pada proses WJC, yaitu : diameter pembukaan nosel, tekanan air, dan jarak antara pembukaan nosel dan permukaan benda-kerja. Bina Nusantara

PEMESINAN PANCARAN ABRASIF (AJM) MESIN PERKAKAS NON KONVENSIONAL PEMESINAN PANCARAN ABRASIF (AJM) Proses pelepasan material menggunakan aliran gas kecepatan tinggi yang mengandung partikel-pertikel abrasif yang sangat halus (f 15 - 40 mm), dan ukuran harus seragam; Digunakan gas kering dengan tekanan 25 - 200 lb/in2 (0,2 - 1,4 MPa dialir- Gambar 21.5 Pemesinan pancaran abrasif kan melalui lubang nosel dengan diameter 0,003 - 0,040 in. (0,075 - 1,0 mm) pada kecepatan 500 - 1000 ft/min (2,5 - 5,0 m/s); Gas yang digunakan adalah udara kering, nitrogin, dioksida karbon, dan helium; Jarak antara ujung nosel dengan permukaan bendakerja sekitar 1/8 in. sampai beberapa in.; Tempat kerja harus disiapkan dengan ventilasi yang cukup memadai untuk operator. Bina Nusantara

AJM pada umumnya digunakan untuk proses penyelesaian seperti : MESIN PERKAKAS NON KONVENSIONAL AJM pada umumnya digunakan untuk proses penyelesaian seperti : pemangkasan, pembersihan, pemolesan, dan sebagainya. Pemotongan dapat dilakukan untuk material yang keras dan getas, sebagai contoh : gelas, silikon, mika, dan keramik Abrasif yang sering digunakan adalah : oksida aluminium (untuk aluminium dan kuningan), karbida silikon (untuk baja tahan karat dan keramik), dan butir gelas (untuk pemolesan). Bina Nusantara

PROSES PELEPASAN MUATAN LISTRIK (ELECTRIC DISCHARGE PROCESSES / EDP) MESIN PERKAKAS NON KONVENSIONAL PROSES ENERGI TERMAL Karakteristik proses pelepasan material dengan menggunakan energi termal ditandai dengan pemakaian temperatur lokal yang sangat tinggi, cukup panas untuk melepaskan material dengan peleburan atau penguapan. PROSES PELEPASAN MUATAN LISTRIK (ELECTRIC DISCHARGE PROCESSES / EDP) EDP adalah proses pelepasan logam dengan menggunakan pelepasan muatan listrik yang mengakibatkan terjadinya temperatur lokal cukup tinggi untuk melebur atau menguapkan logam. Bina Nusantara

Dua proses utama yang termasuk dalam katagori ini adalah : MESIN PERKAKAS NON KONVENSIONAL Dua proses utama yang termasuk dalam katagori ini adalah : pemesinan pelepasan muatan listrik (electric discharge machining, EDM), dan pemotongan kabel pelepasan muatan listrik (electric discharge wire cutting, EDWC). Bina Nusantara

PEMESINAN PELEPASAN MUATAN LISTRIK (EDM) MESIN PERKAKAS NON KONVENSIONAL PEMESINAN PELEPASAN MUATAN LISTRIK (EDM) Bentuk permukaan akhir bendakerja dihasilkan oleh elektrode pembentuk; Pelepasan muatan listrik terjadi pada celah antara elektrode dan permukaan bendakerja; Proses EDM harus dilakukan dalam suatu media fluida dielektrik, yang merupakan penghantar untuk setiap pelepasan muatan listrik (discharge) karena fluida akan menjadi terionisasi di dalam celah; Gambar 21.6 Pemesinan pelepasan muatan listrik Bina Nusantara

Celah antara elektrode perkakas dan benda kerja : MESIN PERKAKAS NON KONVENSIONAL Pelepasan muatan listrik dihasilkan oleh catu daya listrik arus searah yang dihubungkan dengan bendakerja dan elektrode. Celah antara elektrode perkakas dan benda kerja : Pelepasan muatan listrik terjadi pada dua permukaan yang terdekat; Ionisasi fluida dielektrik pada lokasi tersebut merupakan penghantar untuk pelepasan muatan; Gambar 21.7 Celah antara elektrode perkakas dengan bendakerja Pada daerah tempat terjadinya pelepasan muatan listrik tersebut akan timbul panas dengan temperatur sangat tinggi sehingga bagian kecil permukaan bendakerja secara tiba-tiba menjadi lebur dan terlepas; Bina Nusantara

MESIN PERKAKAS NON KONVENSIONAL Aliran fluida kemudian membersihkan partikel kecil (serpihan) tersebut; Melepasnya bagian kecil dari permukaan bendakerja menyebabkan jarak dari elektrode perkakas menjadi lebih jauh, sehingga bagian lain yang lebih dekat akan mengalami proses yang sama dengan sebelumnya; Demikian seterusnya sampai semua daerah mengalami pengurangan yang sama; Walupun pelepasan muatan listrik secara individual melepaskan bagian demi bagian dari bendakerja, tetapi hal ini terjadi ratusan bahkan ribuan kali per detik sehingga pengikisan secara bertahap akan terjadi pada semua bagian permukaan dalam daerah celah tersebut. Bina Nusantara

Arus dan frekuensi pelepasan muatan listrik : MESIN PERKAKAS NON KONVENSIONAL Arus dan frekuensi pelepasan muatan listrik : Gambar 21.8 Permukaan akhir dalam EDM sebagai fungsi pelepasan arus dan frekuensi Bila salah satu parameter ini meningkat, maka laju pelepasan material juga akan meningkat; Kekasaran permukaan juga dipengaruhi oleh arus dan frekuensi; Permukaan akhir yang paling baik dihasilkan dalam EDM dengan pengoperasian pada frekuensi yang tinggi dan arus pelepasan muatan listrik yang rendah. Bina Nusantara

Kelebihan potong (over cut) : MESIN PERKAKAS NON KONVENSIONAL Kelebihan potong (over cut) : Karena perkakas memberikan penetrasi pada bendakerja, maka ini berarti telah terjadi proses pemesinan lubang pada bendakerja diluar ukuran perkakas (perkakas tidak menyentuh bendakerja); Jarak antara perkakas dengan bendakerja pada saat pemesinan lubang terjadi disebut overcut; Gambar 21.9 Over cut sebagai fungsi pelepasan arus dan frekuensi Semakin tinggi frekuensi pelepasan arus, semakin kecil over cut yang dihasilkan; Semakin tinggi amplitudo pelepasan arus, semakin besar over cut yang dihasilkan; Agar dapat dihasilkan produk yang lebih presisi, maka biasanya frekuensi diusahakan sebesar mungkin dengan amplitudo arus yang sekecil mungkin. Bina Nusantara

Elektrode perkakas biasanya dibuat dari : MESIN PERKAKAS NON KONVENSIONAL Keausan perkakas : Temperatur bunga api yang tinggi tidak hanya menyebabkan meleburnya bendakerja tetapi juga melebur perkakas, sehingga akan terjadi rongga kecil pada permukaan yang berhadapan dengan rongga yang dihasilkan pada bendakerja; Keausan perkakas biasanya diukur sebagai rasio antara material yang dilepaskan pada bendakerja dengan material yang dilepaskan pada perkakas; Rasio ini berkisar antara 1,0 sampai 100 atau sedikit di atasnya, tergantung pada kombinasi material bendakerja dengan material elektrode perkakas. Elektrode perkakas biasanya dibuat dari : grafit, tembaga, kuningan, tembaga tungsten, perak tungsten, material yang lain. Bina Nusantara

Laju pelepasan material (Material Remove Rate) : MESIN PERKAKAS NON KONVENSIONAL Laju pelepasan material (Material Remove Rate) : Kekerasan dan kekuatan material bendakerja bukan merupakan faktor dalam EDM, karena prosesnya tidak melalui persentuhan antara perkakas dengan bendakerja; Tetapi titik lebur material bendakerja adalah merupakan sifat yang sangat penting, dan laju pelepasan material dapat dihubungkan secara pendekatan dengan titik lebur, dengan menggunakan rumus empiris sebagai berikut : MRR = K I / Tm1,23 Dimana : MRR = laju pelepasan material, in. 3/min (cm3/min); K = konstante personalitas = 5,08 dalam satuan US, atau = 39,86 dalam satuan SI; I = arus pelepasan muatan (discharge current), Amper; T = temperatur lebur bendakerja, oF, (oC). Bina Nusantara

MESIN PERKAKAS NON KONVENSIONAL Contoh soal : Suatu alloy memiliki titik lebur = 200oF akan dimesin dalam operasi EDM. Bila digunakan arus pelepasan muatan (discharge current) = 25 A, berapa laju pelepasan material (MRR) ? Jawab : MRR = K I / Tm1,23 = 5,08(25)/2001,23 = 0,11 in.3/min. Bina Nusantara

MESIN PERKAKAS NON KONVENSIONAL PEMOTONGAN KABEL PELEPASAN MUATAN LISTRIK (EDWC), sering disebut EDM kabel : menggunakan kabel berdiameter kecil sebagai elektrode untuk memotong bendakerja; Proses pemotongan dalam EDM kabel dilakukan dengan energi termal dari pelepasan muatan listrik antara kabel elektrode dan bendakerja; Gambar 21.10 Pemotongan kabel pelepasan muatan listrik Kendali numerik digunakan untuk mengendalikan gerakan bendakerja selama pemotongan; Pada saat pemotongan, kabel secara kontinu digerakkan dari satu penggulung ke penggulung yang lain agar elek-trode ke bendakerja selalu dalam keadaan baru dengan diameter konstan, sehingga celah pemotongan yang dihasilkan tetap sama selama proses berlangsung; Bina Nusantara

MESIN PERKAKAS NON KONVENSIONAL Seperti pada EDM, EDM kabel harus dilakukan dalam media dielektrik. Hal ini dilakukan dengan nosel yang diarahkan pada antarmuka (interface) perkakas dan bendakerja, atau dengan memendam bendakerja dalam bak dielektrik; Hal ini dilakukan dengan nosel yang diarahkan pada antarmuka (interface) perkakas dan bendakerja, atau dengan memendam bendakerja dalam bak dielektrik; Diameter kabel berkisar dari 0,003 hingga 0,012 in. (0,076 hingga 0,30 mm), tergantung pada lebar potongan yang diinginkan; Material yang digunakan untuk kabel adalah kuningan, tembaga, tungsten, dan molibdenum; Fluida dielektrik yang digunakan adalah air atau oli yang telah dideionisasi; Bina Nusantara

Celah potong jauh lebih sempit, sudut dapat MESIN PERKAKAS NON KONVENSIONAL Seperti pada EDM, pada EDM kabel juga terjadi overcut yang membuat celah potong (kerf) lebih lebar daripada diameter kabel; Overcut ini berkisar dari 0,0008 hingga 0,002 in. (0,020 hingga 0,051 mm); Walupun EDWC mirip dengan operasi gergaji sabuk (bandsaw), tetapi ketelitiannya jauh mele-bihi gergaji sabuk; Celah potong jauh lebih sempit, sudut dapat Gambar 21.11 Definisi kerf dan over cut dalam EDM kabel dibuat jauh lebih tajam, dan gaya potong terhadap benda-kerja adalah nol; Sebagai tambahan, kekerasan dan ketangguhan material bendakerja tidak berpengaruh terhadap performansi; Yang menjadi persyaratan hanyalah bahwa bendakerja harus memiliki sifat hantaran listrik. Bina Nusantara

PEMESINAN BERKAS LASER MESIN PERKAKAS NON KONVENSIONAL PEMESINAN BERKAS LASER Laser digunakan untuk berbagai jenis operasi dalam industri, termasuk perlakuan panas (heat treatment), pengelasan, dan pengukuran, serta penggoresan (scribing), pemotongan, dan penggurdian. Istilah laser merupakan singkatan dari light amplification of stimulated emission of radiation. Laser adalah suatu transduser optik yang mengkonver-sikan energi listrik menjadi berkas sinar yang menyatu; Berkas sinar laser memiliki beberapa sifat berbeda dari sinar yang lain, yaitu : hanya memiliki satu panjang gelombang (monokromatik), dan; memiliki berkas sinar sejajar (hampir sempurna). Sifat-sifat ini memungkinkan sinar laser dapat difokuskan menggunakan lensa optik konvensional, menjadi titik terpusat sehingga memiliki densitas daya yang tinggi; Bina Nusantara

MESIN PERKAKAS NON KONVENSIONAL Tergantung pada jumlah energi yang terkandung dalam berkas sinar dan tingkat konsentrasi sinar kesuatu titik, berbagai proses industri dapat dilakukan. Pemesinan berkas laser (laser beam machining, LBM), adalah proses pemesinan menggunakan energi sinar laser untuk melepaskan material bendakerja dengan menguapkan dan membakar. Pemesinan berkas laser digunakan dalam berbagai jenis penggurdian, pembelahan, pembuatan alur, penggoresan, dan operasi penandaan; Penggurdian diameter lubang kecil dapat dilakukan di bawah 0,001 in. (0,025 mm); Gambar 21.12 Pemesinan berkas laser Bina Nusantara

daya absorbsi energi sinar tinggi, MESIN PERKAKAS NON KONVENSIONAL Untuk lubang yang lebih besar, diameter di atas 0,020 in. (0,50 mm), dilakukan dengan mengendalikan berkas laser memotong garis luar dari lubang; LBM tidak digunakan untuk proses produksi massal, dan pada umumnya digunakan untuk bendakerja yang tipis; Material kerja yang dapat dikerjakan dengan LBM sebenarnya tidak terbatas; Sifat material yang ideal untuk dikerjakan dengan LBM adalah material yang memiliki : daya absorbsi energi sinar tinggi, reflektivitas (daya pantul sinar) rendah, konduktivitas termal baik, panas lebur rendah, panas penguapan rendah. Bina Nusantara

Material bendakerja yang dapat dikerjakan dengan LBM adalah : MESIN PERKAKAS NON KONVENSIONAL Material bendakerja yang dapat dikerjakan dengan LBM adalah : logam dengan kekerasan dan kekuatan yang tinggi, logam lunak, keramik, gelas dan epoksi gelas, plastik, karet, kain, dan kayu. Bina Nusantara

MESIN PERKAKAS NON KONVENSIONAL SELESAI TERIMA KASIH Bina Nusantara