download

Matakuliah : D0234/Teknologi Proses
Tahun
: 2007/2008
MESIN PERKAKAS NON KONVENSIONAL
Pertemuan 21
Matakuliah
Tahun
Pertemuan
: Teknologi Proses Manufaktur D0234
: 2007
: 21
MESIN PERKAKAS
NON KONVENSIONAL
Bina Nusantara
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
MESIN PERKAKAS NON KONVENSIONAL
PEMESINAN NON-KONVENSIONAL
Ultrasonic
Machining (USM)
Proses Energi
Mekanik
Water Jet Cutting
(WJC)
Abrasive Water Jet
Cutting (AWJC)
Abrasive Jet
Machining (AJM)
Pemesinan
Non-Konvensional
Electric Discharge
Processes (EDM)
Proses Energi
Termal
Electric Discharge
Wire Cutting (EDWC)
Laser Beam
Machining
Gambar 21.1 Klasifikasi Pemesinan Non-konvensional
Bina Nusantara
MESIN PERKAKAS NON KONVENSIONAL
PEMESINAN ULTRASONIK (USM)
• Campuran air dengan partikel abrasif (slurry), digerakkan 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
MESIN PERKAKAS NON KONVENSIONAL
Kecepatan pembentukan gram :
•
•
Makin tinggi frekuensi makin
tinggi kecepatan pembentukan
gram;
Makin tinggi amplitudo makin
tinggi kecepatan pembentukan
gram.
Catatan :
Gambar 21.3 Hubungan antara osilasi
frekuensi dan amplitudo dengan kecepatan
pembentukan gram
Bina Nusantara
Dalam hal ini dipilih amplitudo rendah dan frekuensi
tinggi agar permukaan potong yang dihasilkan lebih
halus.
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
MESIN PERKAKAS NON KONVENSIONAL
Parameter dalam proses WJC adalah :
•
•
•
jarak
antara nosel dan permukaan
distance),
diameter pembukaan nosel,
tekanan air dan kecepatan potong.
bendakerja
(standoff
Penggunaan :
WJC sangat efektif digunakan untuk memotong alur yang
sempit dalam bendakerja datar, seperti :
• plastik,
• tekstil,
• komposit,
Bina Nusantara
• ubin,
• karpet, dan
• kulit.
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 bendakerja.
Bina Nusantara
MESIN PERKAKAS NON KONVENSIONAL
PEMESINAN PANCARAN ABRASIF (AJM)
•
•
Gambar 21.5 Pemesinan pancaran
abrasif
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-
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
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
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
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
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
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
Gambar 21.7 Celah antara elektrode
penghantar untuk pelepasan
perkakas dengan bendakerja
muatan;
• 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
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
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
Gambar 21.9 Over cut
bendakerja pada saat pemesinan
sebagai fungsi pelepasan
arus dan frekuensi
lubang terjadi disebut overcut;
• 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
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,
Bina Nusantara
• tembaga tungsten,
• perak tungsten,
• material yang lain.
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
Gambar 21.10 Pemotongan kabel
bendakerja;
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 elektrode ke bendakerja selalu dalam keadaan baru dengan
diameter konstan, sehingga celah pemotongan yang
Bina Nusantara
dihasilkan tetap sama selama proses berlangsung;
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
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 melebihi gergaji sabuk;
Gambar 21.11 Definisi kerf dan over cut
• Celah potong jauh lebih
dalam EDM kabel
sempit, sudut dapat
dibuat jauh lebih tajam, dan gaya potong terhadap bendakerja 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
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 mengkonversikan 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
Bina Nusantara yang tinggi;
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);
Bina Nusantara
Gambar 21.12 Pemesinan berkas laser
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
MESIN PERKAKAS NON KONVENSIONAL
Material bendakerja yang dapat dikerjakan
dengan LBM adalah :
•
•
•
•
•
•
•
•
Bina Nusantara
logam dengan kekerasan dan kekuatan yang tinggi,
logam lunak,
keramik,
gelas dan epoksi gelas,
plastik,
karet,
kain, dan
kayu.
MESIN PERKAKAS NON KONVENSIONAL
SELESAI
TERIMA KASIH
Bina Nusantara

Download Report