ANALISIS PERHITUNGAN MRR, OVERCUT DAN KETIRUSAN PADA STAINLESS STEEL 304 DENGAN PENGARUH VARIASI GAP DAN TEGANGAN PADA PROSES ELECTRO CHEMICAL MACHINING (ECM) MENGGUNAKAN ELEKTRODA TIDAK TERISOLASI

TEGANGAN PADA PROSES ELECTRO CHEMICALMACHINING (ECM) MENGGUNAKAN ELEKTRODA TIDAK TERISOLASI

TUGAS AKHIR

Diajukan Guna Memenuhi Persyaratan untuk Memperoleh Gelar Sarjana Strata-1 pada Fakultas Teknik Jurusan Teknik Mesin

Universitas Muhammadiyah Yogyakarta

Disusun Oleh : Sumardi 2012 013 0131

PROGRAM STUDI S-1 TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH YOGYAKARTA

YOGYAKARTA 2016

ANALISIS PERHITUNGAN MRR, OVERCUT DAN KETIRUSAN PADA

STAINLESS STEEL 304 DENGAN PENGARUH VARIASI GAP DAN TEGANGAN PADA PROSES ELECTRO CHEMICALMACHINING (ECM)

MENGGUNAKAN ELEKTRODA TIDAK TERISOLASI TUGAS AKHIR

Diajukan Guna Memenuhi Persyaratan untuk Memperoleh Gelar Sarjana Strata-1 pada Fakultas Teknik Jurusan Teknik Mesin

Universitas Muhammadiyah Yogyakarta

Disusun Oleh : Sumardi 2012 013 0131

PROGRAM STUDI S-1 TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH YOGYAKARTA

YOGYAKARTA 2016

PERNYATAAN KEASLIAN DAN PERSETUJUAN PUBLIKASI

Saya yang bertanda tangan di bawah ini:

Nama : Sumardi

NIM : 2012 013 0131

Program Studi : Teknik Mesin Fakultas : Teknik Jenis Karya : Skripsi

Judul Karya : Analisis Perhitungan MRR, Overcut Dan Ketirusan Pada

Stainless Steel 304 Dengan Pengaruh Variasi Gap Dan Tegangan Pada Proses Electro Chemical Machining

(ECM) Menggunakan Elektroda Tidak Terisolasi

Menyatakan dengan benar dan tanpa paksaan bahwa:

1. Karya ini adalah asli hasil karya saya sendiri dengan arahan dan bimbingan dosen pembimbing dan merupakan sebagian hasil dari penelitian di Universitas Muhammadiyah Yogyakarta dengan:

Judul : Pembuatan CNC Electro Chemical Machining serta Pengujian Pemesinan pada Pembuatan Microchanel

Sumber dana : Direktorat Riset dan Pengabdian kepada Masyarakat Ditjen Penguatan Riset dan Pengembangan

Kementerian Riset, Teknologi, dan Pendidikan Tinggi Tahun : 2016

Ketua Peneliti : Ir. Aris Widyo Nugroho, M.T., Ph.D

2. Karya ini tidak memuat hasil karya orang lain kecuali acuan atau kutipan yang telah disebutkan sumbernya.

3. Karya ini belum pernah diajukan untuk memperoleh gelar akademik (sarjana, magister dan/ doktor) di Universitas Muhammadiyah Yogyakarta atau institusi lainnya.

4. Demi pengembangan ilmu pengetahuan, saya menyetujui memberikan hak kepada dosen pembimbing dan Universitas Muhammadiyah Yogyakarta untuk menyimpan, menggunakan dan mengelola karya ini dan perangkat lainnya (jika ada) serta mempublikasikannya dalam bentuk lain baik itu semua maupun sebagian dengan tetap mencantumkan nama saya.

Yogyakarta, 02 November 2016 Yang menyatakan,

(Sumardi)

MOTTO

“Belajarlah untuk kehidupan yang lebih baik lagi”

(Sumardi)

“Pendidikan merupakan perlengkapan paling baik untuk hari tua”

(Aristoteles)

“Banyak kegagalan dalam hidup ini dikarenakan orang-orang tidak

menyadari betapa dekatnya mereka dengan keberhasilan saat mereka

menyerah”

(Thomas Alva Edison)

“Sesungguhnya Allah tidak mengubah keadaan sesuatu kaum sehingga

mereka mengubah keadaan yang ada pada diri mereka sendiri”

(Terjemahan Surat Ar-Ra’d ayat 11)

Nak jangan lupa belajar, sholat, dan selalu bersyukur, supaya apa yang

kamu kerjakan dapat memberikan hasil yang baik

(ayah & ibu)

v

PERSEMBAHAN

Dengan penuh rasa syukur, tugas akhir ini saya persembahkan untuk :

1. Bapak dan Ibuku tercinta, H. Muhammad Saleh dan Hj. Mariani K., Terimakasih atas didikan, kasih sayang, kesabaran, kepercayaan dan dukunganmu selama ini, sehingga aku mampu menyelesaikan Tugas Akhir ini. Dimasa depan kelak aku akan membuatmu bangga dengan karya-karyaku. 2. Sutiani Saleh, S.E., Mansur Saleh, Firman Saleh dan Ibrahim Saleh kakak

dan adik-adikku yang telah memberikan motivasi untuk sukses semuda mungkin, saya harap kalian lebih sukses daripada saya saat ini, semoga kalian bisa meraih apa yang kalian cita-citakan.

3. Ir. Aris Widyo Nugroho, M.T., Ph.D. dan Sunardi, S.T., M.Eng. Selaku dosen pembimbing, terimakasih atas bimbingan bapak sehingga saya bisa menyelesaikan Tugas Akhir ini sampai selesai.

4. Muhammad Budi Nur Rahman, S.T., M.Eng. Selaku dosen penguji Tugas Akhir.

5. Teman-teman Teknik Mesin UMY angkatan 2012 dan semua angkatan yang selalu memberi dukungan satu sama lain “M Forever”.

vii

KATA PENGANTAR

Puji serta syukur penulis ucapkan kepada Allah SWT karena berkat rahmat dan karunia-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir dengan judul :Analisis Perhitungan MRR, Overcut Dan Ketirusan Pada Stainless Steel 304 Dengan Pengaruh Variasi Gap Dan Tegangan Pada Proses Electro Chemical Machining (ECM) Menggunakan Elektroda Tidak Terisolasi. Tugas akhir ini disusun guna memenihi persyaratan akademis menyelesaikan Program Strata-1 pada Jurusan Teknik, Fakultas Teknik, Jurusan Teknik Mesin, Universitas Muhammadiyah Yogyakarta. Dengan selesainya tugas akhir ini penulis ucapkan terimakasih kepada :

1. Bapak Ir. Aris Widyo Nugroho, S.T., M.T.. Ph.D. Selaku dosen pembimbing 1 yang telah bersedia meluangkan waktu untuk membimbing penulis sehingga dapat menyelesaikan tugas akhir.

2. Bapak Sunardi, S.T., M.Eng. Selaku dosen pembimbing 2 yang telah bersedia meluangkan waktu untuk membimbing penulis sehingga dapat menyelesaikan tugas akhir.

3. Bapak Muhammad Budi Nur Rahman, S.T., M.Eng. Selaku dosen penguji Tugas Akhir ini.

4. Bapak Novi Caroko, S.T., M.T. selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Yogyakarta.

5. Seluruh Staff Dosen Jurusan Teknik Mesin UMY.

6. Ayahanda H. Muhammad Saleh, ibunda Hj. Mariani K., serta seluruh keluarga atas dukungan morilnya selama ini.

7. Sahabat – sahabatku, Agung Fajar Pamungkas, Bayu Novrizal, Adib Annahl, Nursidik, Arwang Wawang K., Fatih, Wawan Hartanto, Ahmad Yulizal Untung dan Achmad Faz fero. Dan tak lupa rekan seperjuanagan team tugas akhir Eko Sulistyo, Toriqudin Firdaus, Purna Septiaji, Fahmi Rhokin dan Ilham dwi Cahyo .Kalian sahabat-sahabatku yang selalu ada

ketika aku lagi ngedrop, nge-hibur, ketawa bareng, curhat-curhatan, ejek-ejekan, bajak sosmed, hari-hariku gak bakal seru kalo gak ada kalian semua. Terimakasih atas dukungan kalian.

8. Rekan – rekan seperjuangan Teknik Mesin 2012, “M” Solidarity Forever. 9. Seluruh mahasiswa Teknik Mesin UMY, “M” Solidarity Forever.

10.Seluruh pihak yang telah membantu, yang tak dapat peulis sebutkan namanya satu per satu, terimakasih atas dukungan yang telah diberikan sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini.

Karena keterbatasan ilmu pengetahuan dan pengalaman. Penyusun menyadari bahwa masih banyak kekurangan dalam Tugas Akhir ini. Karena itu, penyusun mengaharapkan adanya saran dan kritik yang sifatnya membangun dari pembaca. Penyusun berharap Tugas Akhir ini dapat bermanfaat bagi pembaca dan khususnya penulis sendiri.

Yogyakarta, 02 November 2016 Penyusun,

( Sumardi) NIM. 2012 013 0131

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL ... i

LEMBAR PENGESAHANTUGAS AKHIR ... ii

MOTTO ... ... iv

PERSEMBAHAN ... v

ABSTRAK ... ... vi

KATA PENGANTAR ... vii

DAFTAR ISI ... ix

DAFTAR GAMBAR ... xii

DAFTAR TABEL ... xv

DAFTAR LAMPIRAN ... xvi

DAFTAR NOTASI ... xvii

BAB IPENDAHULUAN ... 1

1.1. Latar Belakang ... 1

1.2. Perumusan Masalah ... 2

1.3. Tujuan Penelitian ... 2

1.4. Batasan Masalah ... 2

1.5. Manfaat Penelitian ... 3

1.6. Sistematika Penulisan ... 3

BAB IIKAJIAN PUSTAKA DAN DASAR TEORI ... 4

2.1. Kajian Pustaka ... 4

2.2. Dasar Teori... 11

2.2.1. ElectroChemicalMachining (ECM) ... 11

2.2.2. Prinsip kerja pada ElectroChemicalMachining (ECM) ... 13

2.2.3. Reaksi kimia pada proses Electro Chemical Machining (ECM) ... 14

2.2.4. Proses Ideal Pada ECM ... 15

2.2.5. Jenis ElectroChemicalMachining (ECM) ... 16

2.2.6. Peralatan ElectroChemicalMachining... 20

2.2.7. Akurasi ECM... 25

2.2.8. MaterialRemovalRate (MRR) ... 26

2.2.9. Overcut dan Ketirusan ... 27

BAB IIIMETODOLOGI PENELITIAN ... 30

3.1. Pendekatan Penelitian ... 30

3.2. Tempat dan Waktu Penelitian ... 30

3.2.1. Tempat penelitian ... 30

3.2.2. Waktu Penelitian ... 30

3.3. Alat dan Bahan Penelitian ... 30

3.3.1. Alat-alat yang digunakan ... 30

3.3.2. Bahan Penelitian ... 32

3.4. Variabel Penelitian ... 34

3.4.1. Variabel Bebas ... 34

3.4.2. Variabel Terikat... 34

3.5. Langkah-Langkah Penelitian ... 34

3.6. Flowchart/ Diagram AlirPenelitian ... 35

3.7. Prosedur Pengujian dengan Mesin ECM ... 37

3.8. Prosedur Pembuatan Benda Kerja ... 39

3.9. Parameter Pengujian ECM ... 39

3.10. Pengujian Terhadap Material Benda Kerja ... 40

3.10.1. Pengujian MRR ... 40

3.10.2. Pengujian Overcut dan Ketirusan ... 40

3.11. Pengukuran Hasil Pengujian ... 41

3.11.1. Pengukuran MaterialRemovalRate (MRR) ... 41

3.11.2. Pengukuran Overcut dan ketirusan ... 42

3.12. Pengumpulan Data ... 46

3.13. Analisis Data ... 47

BAB IVHASIL DAN PEMBAHASAN ... 48

4.1. Mesin ECM Portable ... 48

4.2. Hasil Pemesinan ECM ... 49

4.3. Hasil Perhitungan Data dan Pembahasan ... 51

4.3.1. Hasil Perhitungan Material Removal Rate (MRR) ... 51

4.3.2. Hasil Perhitungan Overcut ... 54

4.3.3. Hasil Perhitungan Ketirusan... 58

4.3.4. Pembahasan ... 61

BAB VPENUTUP ... 63

5.1. Kesimpulan ... 63

5.2. Saran ... 64

DAFTAR PUSTAKA ... 65 LAMPIRAN 67

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Mesin ECM skala laboratorium (Feriyanta, 2015) ... 4

Gambar 2.2 Grafik nilai MRR tiap percobaan (Feriyanta, 2015) ... 5

Gambar 2.3 Grafik nilai rata-rata MRR (Feriyanta, 2015) ... 5

Gambar 2.4 Grafik hasil penelitian pengaruh voltage terhadap overcut (Wahyudi, 2010) ... 6

Gambar 2.5 Grafik hasil penelitian pengaruh voltage terhadap tapering (Wahyudi, 2010) ... 7

Gambar 2.6 Grafik hasil penelitian pengaruh voltage terhadap MRR (Wahyudi, 2010) ... 7

Gambar 2.7 Elektroda kuningan (Sudiarso dkk, 2013) ... 8

Gambar 2.8 Hasil lubang pemesinan menggunakan ECM dengan benda kerja (a) kuningan (b) stainless steel (c) aluminium (Sudiarso dkk, 2013) ... 8

Gambar 2.9 Sudut overcut material stainless steel (a) diameter 2 mm dan (b) diameter 6 mm menggunakan elektroda kuningan (Sudiarso dkk, 2013) ... 9

Gambar 2.10 Sudut overcut material aluminium (a) diameter 2 mm dan (b) diameter 6 mm menggunakan elektroda kuningan (Sudiarso dkk, 2013) ... 9

Gambar 2.11 Prinsip ECM (McGeough, 1988) ... 14

Gambar 2.12 Reaksi proses pemesinan ECM pada besi (McGeough, 1988) ... 14

Gambar 2.13 Skema representatif reaksi pada ECM (Tlusty, 2000) ... 15

Gambar 2.14 Electrolyte Jet (El-Hofy, 2005) ... 16

Gambar 2.15 Indentasi (cekungan) pada permesinan mikro(Masuzawa dan Tonshof, 1997) ... 17

Gambar 2.16 Konfigurasi ECDR (El-Hofy, 2005) ... 17

Gambar 2.17 Skema STEM (El-Hofy, 2005) ... 18

Gambar 2.18 Skema Electrostream (Capillary) Drilling (El-Hofy, 2005) ... 19

Gambar 2.19 ElectroChemicalJetDrilling (El-Hofy, 2005) ... 19

Gambar 2.20 Mekanisme ECDB (El-Hofy, 2005) ... 20

Gambar 2.21 Komponen sistem pada ECM ... 20

Gambar 2.22 Sistem mekanik (frame)(Toriquddin, 2016) ... 23 xii

Gambar 2.23 Sistem sirkulasi elektrolit(Toriquddin, 2016) ... 24

Gambar 2.24 Kontroler 3 axis ... 25

Gambar 2.25 Parameter yang mempengaruhi akurasi pada ECM(El-Hofy, 2005) ... 26

Gambar 2.26 Overcut dan efek tirus pada lubang hasil drilling ECM (Suhardjono, 2014) ... 28

Gambar 3.1 Mesin ECM portable ... 31

Gambar 3.2 Alat bantu pemesinan ECM ... 31

Gambar 3.3 Elektroda Kuningan tidak terisolasi... 32

Gambar 3.4 (a) NaCl,(b) Aquades ... 32

Gambar 3.5 Pencampuran NaCl dan Aquades menggunakan magnetic stirrer .. 33

Gambar 3.7 Diagram alir penelitian ... 36

Gambar 3.8 Layar Load G-code ... 37

Gambar 3.9 Contoh program G-code ... 38

Gambar 3.10 Tampilan G-code ... 38

Gambar 3.11 (a) Benda kerja, (b) Dimensi isolator,(c) Benda kerja setelah diisolasi ... 39

Gambar 3.12 Pengukuran massa menggunakan timbangan digital ... 41

Gambar 3.13 Pengujian Makro ... 42

Gambar 3.14 Tahap Open file ... 42

Gambar 3.15 ImageJ : pengaturan skala ukuran... 43

Gambar 3.16 ImageJ : Proses Oval atau membuat lingkaran ... 43

Gambar 3.17 ImageJ : Proses Paintbrush tool dan Wand (tracing) tool... 44

Gambar 3.18 ImageJ : Proses Analyze measure ... 44

Gambar 3.19 Save file menggunakan aplikasi paint ... 45

Gambar 3.20 ImageJ : hasil akhir pengukuran overcut ... 45

Gambar 4.1 Mesin ECM portable ... 48

Gambar 4.2 Sett up ECM portable yang digunakan dalam penelitian ... 48

Gambar 4.3 Benda kerja hasil pemesinan yang telah difoto makro, (a) bagian depan dan (b) bagian belakang ... 49

Gambar 4.4 Grafik besar arus setelah pemesinan pada gap (a) 0,5 mm, (b) 0,75 mm, (c) 1,0 mm dan (d) rata-rata arus tiap tegangan ... 51

Gambar 4.5 Grafik pengaruh tegangan dan gap terhadap nilai MRR ... 53 Gambar 4.6 Hasil overcut dengan variasi gap 0,5 mm dan waktu pemesinan

248 detik, (a) bagian depan, (b) bagian belakang ... 54 Gambar 4.7 Hasil overcut dengan variasi gap 0,75 mm dan waktu pemesinan

248 detik, (a) bagian depan, (b) bagian belakang ... 55 Gambar 4.8 Hasil overcut dengan variasi gap 1,0 mm dan waktu pemesinan

248 detik, (a) bagian depan, (b) bagian belakang ... 55 Gambar 4.9 Pengaruh variasi tegangan dan gap terhadap overcut... 57 Gambar 4.10 Hasil ketirusan pada tegangan 10 volt dan waktu pemesinan

248 detik dengan variasi(a) gap 0,5 mm, (b) gap 0,75 mm,

dan (c) gap 1,0 mm ... 58 Gambar 4.11 Hasil ketirusan pada tegangan 13 volt dan waktu pemesinan

248 detik dengan variasi(a) gap 0,5 mm, (b) gap 0,75 mm,

dan (c) gap 1,0 mm ... 58 Gambar 4.12 Arah ketirusan benda kerja ... 58 Gambar 4.13 Pengaruh variasi tegangan dan gap terhadap nilai ketirusan ... 60

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Perbandingan overcut rata-rata dan sudut overcut rata-rata ... 9

Tabel 2.2 Perbandingan overcut rata-rata dan presentase ... 9

Tabel 2.3 Elektrolit dan laju permesinan berbagai benda kerja ... 21

Tabel 3.1 Titik Cair Standar Kuningan ... 32

Tabel 3.2 Komposisi kandungan unsur logam stainless steel 304 ... 34

Tabel 3.3 Parameter pengujian ECM portable ... 40

Tabel 3.4 Lembar pengamatan uji MRR ... 47

Tabel 3.5 Lembar Pengamatan Uji Overcut ... 47

Tabel 4.1 Hasil proses pemesinan ECM material stainless steel 304 dengan flow rate 3 lpm ... 50

Tabel 4.2 Perhitungan MRR pada material stainless steel 304 ... 53

Tabel 4.3 Hasil perhitungan overcut pada material stainless steel 304 ... 57

Tabel 4.4 Hasil perhitungan ketirusan pada material stainless steel 304 ... 60

DAFTAR LAMPIRAN

Lampiran 1 Tabel keseluruhan hasil pemesinan ECM ... 68

Lampiran 2 Benda kerja hasil pemesinan yang berhasil tampak depan ... 71

Lampiran 3 Benda kerja hasil pemesinan yang berhasil tampak belakang ... 72

Lampiran 4 Benda kerja hasil pemesinan yang gagal tampak depan ... 73

Lampiran 5 Benda kerja hasil pemesinan yang gagal tampak belakang ... 74

Lampiran 6 Benda kerja yang diresin, (a) tegangan 10 volt dan (b) tegangan 13 volt ... 75

Lampiran 7 Contoh pengukuran penyimpangan diameter benda kerja ... 75

Lampiran 8 Ukuran diameter terbesar benda kerja bagian depan ... 76

Lampiran 9 Ukuran diameter terbesarbenda kerja bagian belakang ... 76

Lampiran 10 Foto makro ketirusan benda kerja dengan gap 0,5 mm, tegangan 10 volt dan waktu pemesinan 248 detik ... 77

Lampiran 11 Foto makro ketirusan benda kerja dengan gap 0,75 mm, tegangan 10 volt dan waktu pemesinan 248 detik ... 77

Lampiran 12 Foto makro ketirusan benda kerja dengan gap 1,0 mm, tegangan 10 volt dan waktu pemesinan 248 detik ... 78

Lampiran 13 Foto makro ketirusan benda kerja dengan gap 0,5 mm, tegangan 13 volt dan waktu pemesinan 248 detik ... 78

Lampiran 14 Foto makro ketirusan benda kerja dengan gap 0,75 mm, tegangan 13 volt dan waktu pemesinan 248 detik ... 79

Lampiran 15 Foto makro ketirusan benda kerja dengan gap 1,0 mm, tegangan 13 volt dan waktu pemesinan 248 detik ... 79

DAFTAR NOTASI d0 : Diameter tool, milimeter (mm)

d1 : Diameter hasil drilling ECM bagian belakang workpiece, milimeter (mm)

d2 : Diameter hasil drilling ECM bagian depan workpiece, milimeter (mm) E : Berat kimia ekuivalen

F : Konstanta Faraday (96500 As) h : Ketebalan workpice, milimeter (mm) I : Arus listrik, ampere (A)

M : Berat atom (g)

MRR : Material Removal Rate (g/dt) m : Massa benda (g)

mo : Massa benda kerja sebelum permesinan (g) mt : Massa benda kerja setelah permesinan (g) Oc : Overcut, milimeter (mm)

Ra : Surface roughness (µm) t : Waktu permesinan (detik) Z : Valensi benda kerja

∆m : Selisih massa benda kerja sebelum dan sesudah permesinan (g) α : Ketirusan, derajat (°)

ANALISIS PERHITUNGAN MRR, OVER CUTDAN KETffiUSAN PADA

STAINLESS STEEL 304 DENGAN PENGARUH V A RIA SI GAP DAN TEGANGAN PADA PROSES ELECTRO CHEMICAL MACHINING (ECM)

MENGGUNAKAN ELEKTRODA TIDAK TERISOLASI

Disusun Oleh:

Sumar di 2012 013 0131

Telah Dipertahankao Di Depan Tim Penguji Pada Tanggal : 02 Novem ber 2016

Susunan Tim Penguji:

Dosen Pembimbing

n

Jr. Aris Wid yo Nugroho M.T.,PhD. Sunardi, S.T.,M.E ng.

NIK. 19700301199509 123 022 NIK. 19770210201410 123068

--Muha mmad Budi Nllr Rahman, S.T., M .• Eng. NIP. 19790523 200501 1 001

Tugas Akhir Ini Telah Diuyatakan Sah Sebagai Salah Satu Persyaratau Untuk MemperoJeb Gelar Sarjana Teknik

ABSTRAK

Electro Chemical Machinining merupakan proses pemesinan yang memanfaatkan prinsip elektrolisis, dimana pada pemesinannya terdapat dua buah logam yaitu anoda (benda kerja) dan katoda (tool) yang direndam dalam suatu wadah yang berisikan cairan elektrolit. Akurasi dari pemesinan ECM dapat dilihat dari nilai MRR, overcut, dan ketirusan yang dipengaruhi oleh tegangan, gap,

kosentrasi elektrolit, jenis cairan elektrolit, jenis material benda kerja, dan flow rate elektrolit. Variasi tegangan dan gap sangatlah penting pada proses ECM.

Tanpa adanya tegangan dan gap proses pemesinan tidak akan terjadi. Maka dari itu perlu adanya pemilihan variasi nilai tegangan dan gap yang sesuai agar proses pemesinan pada ECM dapat berjalan dengan baik. Mengunakan elektroda tidak terisolasi agar proses pemesinan nya lebih cepat dibanding elektroda terisolasi.

Pengujian pemesinan dilakukan dengan membuat lubang diameter 3 mm dengan variasi tegangan dan gap, pengaruhnya terhadap MRR, overcut, dan ketirusan. Tegangan divariasikan sebesar 7,10,13 volt dan gap divariasikan 0,5, 0,75 ,1 mm. Benda kerja dari bahan stainless steel 304 dengan dimensi 50x40 mm tebal 0,4 mm, dan tool terbuat dari bahan kuningan pejal diameter 3 mm.

Semakin besar tegangan dan gap maka cenderung semakin besar nilai MRR benda kerja. Nilai MRR terbesar pada gap 0,5 mm dan tegangan 13 volt yaitu 3,30 x 10-4 g/dt, sedangkan nilai MRR terkecil pada gap 1 mm dan tegangan 7 volt yaitu 1,41 x 10-4 g/dt. Semakin besar tegangan dan gap semakin tinggi nilai

overcut yang didapatkan. Nilai overcut tertinggi yang diperoleh pada pengujian dengan variasi gap 1 mm dan tegangan 13 volt yaitu 1,46 mm, sedangkan nilai

overcut terendah pada gap 1,0 mm dan tegangan 7 volt yaitu 0,45 mm. Dari hasil pengujian variasi tegangan dan gap terhadap ketirusan mempunyai pola ketika

gap kecil nilai ketirusan akan turun, tetapi saat gap besar nilai ketirusan akan besar dan kemudian mengalami kenaikan ketika tegangan dibesarkan. Nilai ketirusan tertinggi pada gap 1 mm dan tegangan 13 volt yaitu 21,03o, sedangkan nilai ketirusan terendah pada gap 0.5 mm dan tegangan 7 volt yaitu 0,40o.

Kata Kunci: Electro Chemical Machining, MRR, overcut, ketirusan, stainless steel 304.

BAB I PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang

Electro Chemical Machining (ECM) merupakan salah satu mesin non-konvensional yang didasarkan pada proses anodic dissolution dalam elektrolisis (Tlusty, 2000). Sebagaimana dalam hukum Faraday bahwa jika ada dua logam elektroda direndam dalam larutan elektrolit dan dihubungkan dengan sumber arus DC, maka partikel logam akan terlepas dari anode dan kemudian akan melekat ke

cathode. ECM menggunakan hukum Faraday tersebut sebagai dasar pemesinan. Pada proses ECM ada beberapa faktor yang mempengaruhi hasil pemesinan seperti: beda tegangan (voltage) dimana perbedaan tegangan antara kedua jenis logam tersebut akan menentukan besar-kecilnya arus yang mengalir dalam pemesinan, ukuran diameter pahat, jenis material pahat, jenis cairan elektrolit yang digunakan, jenis material workpiece, dan jarak celah (gap) antara elektroda dan workpiece. Parameter kualitas pemesinan meliputi besarnya nilai toleransi suaian dari dimensi rencana yang akan dibuat (overcut), efek ketirusan,

material removal rate (MRR), serta kualitas tingkat kekasaran permukaan

workpiece setelah di machining (El-Hofy, 2005).

Penelitian lain, Wahyudi (2010) menyatakan dari hasil analisis data percobaan pada proses ECM dengan memvariasikan voltage: 6V, 12V, 24V, 36V, 48V pada kondisi pahat terisolasi dan tanpa isolasi dapat ditarik kesimpulan dengan meningkatnya tegangan, pada penggunaan pahat dengan kondisi tanpa isolasi overcut dan tapering pada lubang yang dihasilkan akan semakin besar tetapi kondisi tersebut berbanding terbalik dengan kondisi terisolasi. Pada penggunaan pahat terisolasi waktu pelubangan yang dihasilkan lebih lama dibandingkan oleh waktu pelubangan yang dihasilkan oleh pahat tanpa isolasi.

Keakuratan pemesinan ECM dapat dilihat dari nilai MRR, overcut, dan ketirusan. Nilai MRR bergantung pada waktu pemesinan ECM. Semakin cepat waktu pemesinan maka nilai MRR akan semakin kecil, sehingga diameter lubang hasil pemesinan sesuai dengan diameter tool yang diinginkan. Untuk overcut

keakuratannya diukur dari seberapa besar overcut yang dihasilkan selama proses

pemesinan. Semakin kecil overcut maka hasil pemesinan tersebut akan semakin akurat. Sedangkan pada ketirusan, semakin kecil nilai overcut maka ketirusannya semakin kecil.

Parameter-parameter yang terkait dengan ECM adalah elektrolit, tegangan, diameter benda uji, mesin uji, jarak celah antara elektroda dan benda kerja, feed rate, di mana parameter gap dan tegangan terlihat sangat penting dan masih banyak ruang untuk dapat diteliti pada penelitian ini. Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengetahui nilai MRR, overcut, dan ketirusan dengan pengaruh variasi gap dan tegangan pada material stainless steel 304 hasil drilling ECM menggunakan elektroda kuningan tidak terisolasi.

1.2. Perumusan Masalah

Dari latar belakang di atas dapat dirumuskan suatu permasalahan yang harus dipecahkan pada proses pemesinan ECM dengan workpiece plat baja

stainless steel 304 dan cairan elektrolit berupa NaCl yaitu :

1. Bagaimana pengaruh variasi tegangan dan gap terhadap nilai MRR pada pemesinan ECM menggunakan elektroda tidak terisolasi ?

2. Bagaimana pengaruh variasi tegangan dan gap terhadap overcut pada pemesinan ECM menggunakan elektroda tidak terisolasi ?

3. Bagaimana pengaruh variasi tegangan dan gap terhadap Ketirusan pada pemesinan ECM menggunakan elektroda tidak terisolasi ?

1.3. Tujuan Penelitian

Tujuan utama dari tugas akhir ini adalah sebagai berikut :

1. Mengetahui pengaruh variasi tegangan dan gap terhadap nilai MRR pada pemesinan ECM menggunakan elektroda tidak terisolasi.

2. Mengetahui pengaruh variasi tegangan dan gap terhadap nilai overcut pada pemesinan ECM menggunakan elektroda tidak terisolasi.

3. Mengetahui pengaruh variasi tegangan dan gap terhadap nilai ketirusan pada pemesinan ECM menggunakan elektroda tidak terisolasi.

1.4. Batasan Masalah

Dalam penyusunan tugas akhir dan penelitian ini diberikan pembatasan masalah agar dapat menghasilkan suatu yang lebih bersifat

khusus dan bermanfaat. Adapun batasan masalah yang diberikan adalah sebagai berikut :

1. Tidak membahas reaksi kimia yang terjadi pada proses pemesinan ECM. 1.5. Manfaat Penelitian

Manfaat yang dapat diambil dari penelitian ini:

1. Bagi dunia akademik dapat memberikan pengetahuan mengenai pemesinan non-konvensional ECM, dan dapat digunakan sebagai referensi dan pengembangan selanjutnya.

2. Bagi masyarakat dapat memberikan kontribusi positif sebagai pengetahuan bagaimana pentingnya pengembangan teknologi pemesinan non-konvensional dalam hal efektifitas dan efisiensi untuk meningkatkan jumlah produksi.

1.6. Sistematika Penulisan

Sistematika penulisan tugas akhir ini secara garis besar adalah:

BAB I : Pendahuluan, berisi tentang latar belakang masalah, rumusan masalah, batasan masalah, tujuan penelitian, manfaat penelitian, serta sistematika penulisan Tugas Akhir.

BAB II : Kajian pustaka dan dasar teori, bab ini menjelaskan mengenai kajian pustaka, dasar teori meliputi pengertian ECM, prinsip kerja ECM, elemen proses ECM, elektrolisis pada ECM, jenis-jenis ECM, peralatan ECM, akurasi ECM, pengertian MRR, overcut dan ketirusan. BAB III : Metodologi Penelitian, berisi pendekatan penelitian, tempat dan waktu penelitian, alat dan bahan penelitian, variable penelitian, langkah-langkah penelitian, diagram alir penelitian, prosedur pembuatan benda kerja, parameter pengujian ECM, pengujian material, pengukuran hasil pengujian, pengumpulan data dan analisis data.

BAB IV : Hasil dan pembahasan, pada bab ini berisi tentang analisis MRR,

Overcut dan ketirusan dengan variasi gap dan tegangan dari hasil pemesinan ECM.

BAB V : Kesimpulan dan Saran, berisi tentang kesimpulan, dan saran mengenai penelitian yang telah dilakukan.

BAB II

KAJIAN PUSTAKA DAN DASAR TEORI 2.1. Kajian Pustaka

Mesin ECM telah dikembangkan oleh Feriyanta, (2015) dengan spesifikasi mesin yaitu : tegangan listrik 7 volt, working gap 3 mm, kecepatan aliran elektrolit 3,32 m/s serta menggunakan cairan elektrolit Natrium Chlorida (NaCl) dengan konsentrasi elektrolit 15% NaCl dan 85% aquades. Mesin ECM pada gambar 2.1 tersebut terbuat dari bahan jenis baja, tool elektroda tembaga yang mempunyai nilai konduktivitas listriknya yaitu 6,0 x 107 (ohm-1.m1) dan titik leburnya 1085oC.

Gambar 2.1 Mesin ECM skala laboratorium (Feriyanta, 2015)

Mesin telah dibuat dapat berfungsi dengan baik sesuai rancangan, kemudian mesin dilakukan pengujian performasi mesin. Pengujian performasi mesin tersebut dengan melakukan pemesinan untuk membuat gear spline-dalam (blind hole) yang nantinya akan dihitung nilai pemakanan (depth) serta nilai

material removal rate (MRR). Pada gambar 2.2 dan 2.3 dapat dilihat pengaruh waktu pemesinan terhadap nilai MRR benda kerja plat SLD. Lama waktu pemesinan berbanding terbalik terhadap nilai MRR SLD, semakin lama waktu pemesinan maka semakin kecil nilai MRR yang dihasilkan pada proses pemesinan ECM. Nilai MRR tertinggi pada saat waktu 5 menit dengan nilai 3,91 mg/detik, sedangkan nilai MRR terendah pada waktu 10 menit dengan nilai 1,44 mg/detik.

Gambar 2.2 Grafik nilai MRR tiap percobaan (Feriyanta, 2015)

Gambar 2.3 Grafik nilai rata-rata MRR (Feriyanta, 2015)

Penelitian lain, Wahyudi (2010) menunjukkan hubungan variasi voltage

terhadap ukuran overcut, ketirusan dan MMR ,pada penelitian ini menggunakan cairan elektrolit Kalium Clorida (KCl) dengan tool elektroda tembaga silinder berlubang 12 mm dimana tool terisolasi dan tanpa isolasi,material benda kerja yang dipakai pada penelitian ini adalah plat baja SKD 11 dengan ukuran panjang 150 mm, lebar 36,80 mm dan tebal 4,5 mm. Variasi voltage yang diambil yaitu 6V, 12V, 24V, 36V, 48V . Wahyudi ( 2010) menyatakan dari hasil analisis data percobaan pada proses ECM dengan memvariasikan voltage: 6V, 12V, 24V, 36V, 48V pada kondisi pahat terisolasi dan tanpa isolasi dapat ditarik kesimpulan dengan meningkatnya tegangan, pada penggunaan pahat dengan kondisi tanpa isolasi overcut pada lubang yang dihasilkan juga akan semakin besar tetapi

kondisi tersebut berbanding terbalik dengan kondisi terisolasi, dengan meningkatnya tegangan, pada penggunaan pahat dengan kondisi tanpa isolasi

tapering pada lubang yang dihasilkan juga akan semakin besar tetapi kondisi tersebut berbanding terbalik dengan kondisi terisolasi. Melalui pengisolasian disepanjang permukaan sisi luar pada pahat menunjukkan adanya reduksi terhadap besarnya overcut dan ketirusan pada lubang. Semakin besar tegangan yang digunakan akan mempercepat waktu pelubangan. Pada penggunaan pahat terisolasi waktu pelubangan yang dihasilkan lebih lama dibandingkan oleh waktu pelubangan yang dihasilkan oleh pahat tanpa isolasi. Hasil penelitian ditunjukkan oleh grafik gambar 2.4, gambar 2.5, dan gambar 2.6.

Gambar 2.4 Grafik hasil penelitian pengaruh voltage terhadap overcut (Wahyudi, 2010)

Gambar 2.5 Grafik hasil penelitian pengaruh voltage terhadap tapering

(Wahyudi, 2010)

Gambar 2.6 Grafik hasil penelitian pengaruh voltage terhadap MRR (Wahyudi, 2010)

Studi eksperimental lain dilakukan oleh Sudiarso dkk, (2013) dengan benda kerja plat kuningan, stainless steel 204, dan aluminium 1100, dimana semua benda kerja mempunyai ketebalan 1 mm. Sedangkan elektroda berdiameter 2 mm dengan bahan kuningan, seperti ditunjukkan pada gambar 2.7.

Gambar 2.7 Elektroda kuningan (Sudiarso dkk, 2013)

Tegangan dijaga konstan pada 15 volt selama percobaan, flow rate pada elektrolit sebesar 6 m/s, gap 0.5 mm diantara elektroda dan benda kerja. Pemesinan membutuhkan waktu 5.5 menit untuk setiap bahan.

Hasil lubang yang telah dilakukan proses pemesinan ditunjukkan pada gambar 2.8. Diantara ketiga bahan ini, hanya material kuningan yang belum menghasilkan lubang, hal ini disebabkan kuningan membutuhkan lebih banyak waktu untuk membuat lubang karena overcut rata-rata jauh lebih besar dari

stainless steel dan aluminium. Perlu sekitar 11 menit untuk menghasilkan lubang dari ketebalan 1 mm pada kuningan. Elektroda dan benda kerja terbuat dari bahan yang sama, maka sering terjadi percikan api, bunga api mempengaruhi hasil mesin. Seperti yang ditunjukkan gambar 2.8.

(a) (b) (c)

Gambar 2.8 Hasil lubang pemesinan menggunakan ECM dengan benda kerja (a) kuningan (b) stainless steel (c) aluminium (Sudiarso dkk, 2013)

Material stainless steel persentase overcut dengan diameter elektroda memiliki perbedaan yang signifikan jika menggunakan elektroda diameter 2 mm dan 6 mm. Stainless steel cenderung mempertahankan overcut, seperti yang ditunjukkan pada tabel 2.1.

Tabel 2.1 Perbandingan overcut rata-rata dan sudut overcut rata-rata (Sudiarso dkk, 2013)

NO Diameter (mm)

Jenis Material Overcut rata-rata (mm)

Sudut Overcut

rata-rata (o)

1 2 Stainless steel 204 0.30 43

Aluminium 1100 0.33 42

2 6 Stainless steel 204 0.40 46

Aluminium 1100 0.86 43

Tabel 2.2 Perbandingan overcut rata-rata dan presentase (Sudiarso dkk, 2013)

NO Diameter (mm)

Jenis Material Overcut rata-rata (mm)

Persentase (%)

1 2 Stainless steel 204 0.30 15.12

Aluminium 1100 0.33 16.50

2 6 Stainless steel 204 0.40 6.67

Aluminium 1100 0.86 14.36

Pada gambar 2.9 material stainless steel menggunakan elektroda 2 mm sudut sebelah kiri sebesar 43o, sedangkan sudut di sebelah kanan menggunakan elektroda 6 mm sebesar 46o.

(a) (b)

Gambar 2.9 Sudut overcut material stainless steel (a) diameter 2 mm dan (b) diameter 6 mm menggunakan elektroda kuningan (Sudiarso dkk, 2013)

(a) (b)

Gambar 2.10 Sudut overcut material aluminium (a) diameter 2 mm dan (b) diameter 6 mm menggunakan elektroda kuningan (Sudiarso dkk, 2013)

Dari hasil kajian pustaka tersebut maka dapat disimpulkan sebagai berikut:

Hubungan antara variasi waktu dan nilai MRR berbanding terbalik. Pada pemesinan ECM nilai MRR tertinggi diperoleh pada waktu pemesinan 5 menit dengan nilai 3,91 mg/detik, sedangkan nilai MRR terendah diperoleh pada waktu 10 menit dengan nilai 1,44 mg/detik. Semakin lama pemesinan, maka akan semakin kecil nilai MRR pada benda kerja. Dari data yang disajikan bahwa setiap detiknya bisa memakan kedalaman 840 μm/detik semakin lama waktu yang digunakan dalam pemesinan berarti semakin dalam lubang benda kerja (Feriyanta, 2015).

Wahyudi (2010) menyatakan dari hasil analisis data percobaan pada proses ECM dengan memvariasikan voltage: 6V, 12V, 24V, 36V, 48V pada kondisi pahat terisolasi dan tanpa isolasi dapat ditarik kesimpulan dengan meningkatnya tegangan, pada penggunaan pahat dengan kondisi tanpa isolasi

overcut pada lubang yang dihasilkan juga akan semakin besar tetapi kondisi tersebut berbanding terbalik dengan kondisi terisolasi, dengan meningkatnya tegangan, pada penggunaan pahat dengan kondisi tanpa isolasi tapering pada lubang yang dihasilkan juga akan semakin besar tetapi kondisi tersebut berbanding terbalik dengan kondisi terisolasi. Melalui pengisolasian disepanjang permukaan sisi luar pada pahat menunjukkan adanya reduksi terhadap besarnya

overcut dan ketirusan pada lubang. Semakin besar tegangan yang digunakan akan mempercepat waktu pelubangan. Pada penggunaan pahat terisolasi waktu pelubangan yang dihasilkan lebih lama dibandingkan oleh waktu pelubangan yang dihasilkan oleh pahat tanpa isolasi.

Material aluminium dan stainless steel memiliki kesamaan nilai overcut

rata-rata, sementara pada material kuningan memiliki perbedaan overcut rata-rata yang signifikan hingga 5 kali lebih tinggi dibandingkan 2 material tersebut. Pada material kuningan perlu waktu yang lebih lama untuk menghasilkan lubang dibandingkan material aluminium dan stainless steel. Tool dan benda kerja berbahan sama sering menciptakan percikan api sehingga bunga api mempengaruhi hasil pemesinan. Namun sebaliknya dengan tool dan benda kerja yang berbahan berbeda, waktu pemesinan yang dibutuhkan lebih cepat. Semakin

besar diameter elektroda, semakin besar pula overcut yang dihasilkan. Hal ini disebabkan luas permukaan elektroda semakin besar seiring besarnya diameter tersebut. Semakin besar diameter elektroda, membutuhkan arus yang lebih tinggi selama proses pemesinan (Sudiarso dkk, 2013).

Perbedaan penelitian ini dengan penelitian sebelumnya adalah perbedaan Ukuran tool dan material benda kerja yang digunakan, untuk mengetahui hasil pemesinan ECM pada material tersebut. Material yang digunakan adalah kuningan pejal berdiameter 3 mm sebagai elektroda, sedangkan stainless steel 304 tebal 0,4 mm sebagai benda kerja. Penyusun meneliti hasil pemesinan ECM

portable menggunakan tool elektroda tidak terisolasi dengan variabel variasi gap dan tegangan yang bertujuan untuk mengetahui pengaruh variasi gap dan tegangan terhadap MRR, overcut, dan ketirusan pada material stainless steel 304.

2.2. Dasar Teori

2.2.1. ElectroChemicalMachining (ECM)

Electro chemical Machining (ECM) merupakan salah satu proses pemesinan non konvensional yang prinsip kerjanya berdasarkan hukum Faraday (1833). ECM adalah proses pemesinan yang bergantung pada penghapusan atom dari permukaan benda kerja (McGeough, 1988). ECM didasarkan pada proses

anodic dissolution dalam elektrolisis (Tlusty, 2000). ECM adalah proses elektrolisis dimana pembuangan logam terjadi karena pelarutan secara proses kimia dari benda kerja (Sudiarso, 2009). Elektrolisis adalah suatu proses kimia yang mana terjadi ketika ada arus listrik yang melewati dua elektroda yang terbenam di dalam larutan elektrolit. Contoh dari proses elektrolisis adalah

electro-plating dan electro-polishing. Bentuk penghapusan atom, dalam hal ini disebut Material Removal Rate (MRR), yang ada di permukaan benda kerja bergantung pada bentuk dan gerakan alat terhadap benda kerja. Selain itu, parameter yang mempengaruhi MRR adalah kerapatan arus dan jarak gap yang dibentuk antara benda kerja dengan tool. Oleh karena itu suplai arus yang tinggi dibutuhkan untuk memperoleh MRR yang tinggi.

sehingga terjadi pelarutan anodis dari material benda kerja (anode) oleh elektroda (katode) yang keduanya bersifat konduktif (menghantarkan listrik). Listrik dengan kuat arus tinggi dan bertegangan rendah digunakan untuk melarutkan partikel logam dan mengikisnya dari benda kerja. Sumber tegangan yang digunakan adalah arus DC melalui perantara reaksi cairan elektrolit yang mengalir pada celah (gap) antara benda kerja dan elektroda. ECM biasa digunakan untuk proses pemesinan material yang mempunyai tingkat kekerasan sangat tinggi serta sulit dikerjakan dengan metode konvensional.

Pemesinan menggunakan ECM mempunyai beberapa kelebihan, antara lain:

1. Mampu melakukan permesinan pada benda kerja dengan kekerasan material yang tinggi karena prosesnya tidak dipengaruhi oleh kekerasan bahan benda kerja,

2. Pemesinan pada benda kerja jenis fragile parts dan brittle materials sangat aman menggunakan ECM,

3. Benda kerja non-rigid dapat diproses dengan mudah,

4. Tidak ada cutting force karena elektroda dan benda kerja tidak bersentuhan, 5. Mampu membuat bentuk yang kompleks yang sulit dikerjakan dengan

metode konvensional,

6. Dapat digunakan untuk memotong benda yang sangat kecil atau dengan sudut yang kecil,

7. Tidak ada kerusakan akibat pengaruh panas dan tekanan (thermal and mechanical stress) pada benda kerja,

8. Elektroda atau pahat lebih awet karena tidak ada keausan pemakaian, 9. Surface finish yang baik,

10.Dibandingkan dengan mesin konvensional, ECM memiliki time saving yang lebih baik,

11.Proses pemesinan tidak bising (smooth).

Di samping kelebihan tersebut, ECM mempunyai banyak kekurangan, antara lain:

2. Memerlukan waktu dan biaya tambahan untuk membuat elektroda sebagai alat potong pada ECM,

3. Penggunaan elektrolit dapat mengakibatkan korosi pada benda kerja dan mesin itu sendiri,

4. Pengikisan material benda kerja tergantung dari energi yang dipakai selama pemesinan.

2.2.2. Prinsip kerja pada ElectroChemicalMachining (ECM)

Apabila arus listrik melewati dua elektroda melalui cairan elektrolit maka akan terjadi elektrolisis. Sistem elektrolit dan cairan elektrolit dinamakan sel elektrolisis. Reaksi kimia yang terjadi pada elektroda dinamakan reaksi anodis atau katodis. Disolusi anodis yang terjadi pada benda kerja merupakan dasar dari proses pemesinan ECM pada logam.

Dalam hukum Faraday tentang elektrolisis dinyatakan bahwa:

1. Jumlah massa yang dihilangkan oleh proses pemesinan, m, berbanding lurus dengan jumlah muatan listrik.

m ~ It ...(2.1)

2. Jumlah substansi yang dihilangkan, m, dengan kuantitas elektrisitas yang sama berbanding lurus dengan berat kimia ekuivalen substansi tersebut.

m~E ...(2.2)

�

=

�

�...(2.3) dengan,

I : arus listrik, Ampere (A)

m : massa benda (g)

t : waktu permesinan, detik (s)

E : berat kimia ekuivalen

M : berat atom (g)

Z : valensi benda kerja

Prinsip ECM yaitu proses pengerjaan material dengan cara pelarutan anodis (anodic dissolution) dari benda kerja oleh cairan elektrolit yang mengalir

melalui celah (gap) antara benda kerja (anode) dan elektroda (katode), seperti ditunjukkan pada Gambar 2.11. Benda kerja yang bertindak sebagai anode dihubungkan dengan sumber arus searah bermuatan positif (DC +), sedangkan elektroda (tool) katode dihubungkan dengan sumber arus searah bermuatan negatif (DC -) dan cairan elektrolit dialirkan di antara elektroda dan benda kerja.

Gambar 2.11 Prinsip ECM (McGeough, 1988)

McGeough (1988) menyatakan bahwa ketika beda potensial diterapkan pada elektroda maka akan terjadi beberapa kemungkinan reaksi yang terjadi pada anode dan katode seperti diilustrasikan pada gambar 2.12.

Gambar 2.12 Reaksi proses pemesinan ECM pada besi (McGeough, 1988) 2.2.3. Reaksi kimia pada proses Electro Chemical Machining (ECM) 1. Pada Katode (elektroda):

a. Proses pelapisan pada ion-ion logam

b. Proses pembentukan gas hydrogen

Larutan bersifat asam

Larutan bersifat basa :

:

2�+ + 2 − → � ... (2.5)

2� �+ 2 →2(��)−+� ... (2.6) 2. Pada Anode (benda kerja)

a. Proses pelarutan dari ion metal di dalam cairan elektrolit

� → �++� −... (2.7) b. Proses pembentukan gas oksigen

Larutan basa

Larutan asam :

:

2� � → � + 4�++ 4 −... (2.8)

4(��)− →2� �+�−+ 4 −... (2.9) c. Difusi, pergerakan ion akibat adanya medan listrik, seperti ditunjukkan oleh

gambar 2.13.

d. Proses konveksi karena aliran elektrolit.

Gambar 2.13 Skema representatif reaksi pada ECM (Tlusty, 2000) 2.2.4. Proses Ideal Pada ECM

Pada proses pemesinan ECM terdapat kondisi ideal yang ditentukan sebagai berikut:

1. Hukum faraday mencakup seluruh proses pada gap antar elektroda dan permukaan benda kerja,

2. Pergerakan ion dan transfer elektron yang mengakibatkan disolusi pada permukaan benda kerja,

terhadap waktu dan tempat,

4. Beda potensial, hambatan, efisiensi arus memiliki nilai yang tetap pada setiap titik permukaan benda kerja,

5. Adanya flushing yang berfungsi untuk pendingin, medium elektrolisis, dan penghapusan tatal.

2.2.5. Jenis ElectroChemicalMachining (ECM)

Electro Chemical Machining (ECM) terbagi menjadi beberapa jenis berdasarkan kebutuhan permesinan yang diperlukan, antara lain:

1. Micro-ECM

Electro Chemical Machining (ECM) biasanya dikategorikan sebagai proses permesinan dengan akurasi yang rendah. Hal ini dikarenakan jarak antar elektroda (gap) permesinannya yang lebih lebar dibandingkan mesin konvensional lainnya.

Gambar 2.14 Electrolyte Jet (El-Hofy, 2005)

Pada micro-ECM, tool mikro yang digunakan adalah electrolyte jet seperti pada gambar 2.14 di mana benda kerja yang bergerak terhadap tool-nya. Jenis arus yang digunakan pada micro-ECM adalah pulse current (arus kotak) yang dapat menghasilkan indentasi (cekungan) yang kecil saat permesinan. Indentasi pada pemesinan mikro dapat dilihat pada gambar 2.15.

Gambar 2.15 Indentasi (cekungan) pada permesinan mikro (Masuzawa dan Tonshof, 1997)

2. Electro Chemical Drilling (ECDR)

Diameter yang dihasilkan pada Electro Chemical Drilling (ECDR) berkisar antara 1 sampai 2 mm dengan laju pemakanan 1 sampai 5 mm/menit. Seperti yang diperlihatkan pada gambar 2.16, tool elektroda yang digunakan pada ECDR adalah elektroda jenis tubular (pipa). Cairan elektrolit kemudian dipompakan melalui tengah tool dan keluar melalui celah (gap) antara tool dan benda kerja.

Gambar 2.16 Konfigurasi ECDR (El-Hofy, 2005)

Proses pemakanan benda kerja juga terjadi pada arah lateral yaitu antara permukaan samping tool dan permukaan benda kerja di dekatnya sehingga diameter lubang yang dihasilkan lebih besar daripada diameter tool. Untuk hasil permesinan dengan oversize diameter yang rendah sertaakurasi tinggi disarankan menggunakan laju pemakanan (feed rate) yang tinggi. Dengan kondisi yang sama,

material removal rate (MRR) dan surface quality yang dihasilkan pun lebih tinggi.

3. Shaped Tube Electrolytic Machining (STEM)

Proses disolusi akibat adanya perbedaan tegangan listrik di antara tool dan benda kerja merupakan prinsip dasar Shaped Tube Electrolyte Machining

(STEM). Adanya medan listrik di antara elektroda dengan perantara elektrolit menyebabkan terjadinya penghapusan material pada permukaan benda kerja.

Gambar 2.17 Skema STEM (El-Hofy, 2005)

Sistem konfigurasi permesinan pada STEM adalah sama dengan ECM, seperti yang diperlihatkan pada gambar 2.17 di atas. Namun sistem harus tahan terhadap asam (acid resistant), kekakuan tidak tinggi, dan memiliki power supply

dengan polaritas yang dapat diubah secara periodik. Karena proses permesinan pada STEM menggunakan elektrolit yang bersifat asam, maka penggunaannya terbatas untuk material yang tahan terhadap korosi (corrosion resistant materials). Diameter oversize lubang yang dihasilkan STEM lebih kecil daripada ECDR. Aplikasi permesinan STEM misalnya pada komponen mesin jet dan turbin gas seperti: Lubang pendingin pada sudu turbin, Fuel Nozzle, Pengeboran alur pelumasan pada bearing dimana penggunaan EDM dapat menyebabkan crack. 4. Electrostream (Capillary) Drilling

Electrostream (Capillary) Drilling merupakan pengembangan dan teknik khusus dari ECM yang digunakan untuk menghasilkan lubang (holes) yang baik dimana terlalu dalam apabila menggunakan EDM dan terlalu kecil jika menggunakan STEM. Tool yang digunakan adalah glass nozzle (diameter 0,025-0,50 mm).

Untuk mengkonduksikan arus pemesinan menuju elektrolit, digunakan kawat platina yang terpasang di dalam glass nozzle. Skema Electrostream

(Capillary) Drilling dapat dilihat pada gambar 2.18.

Gambar 2.18 Skema Electrostream (Capillary) Drilling (El-Hofy, 2005) 5. Electro Chemical Jet Drilling (ECJD)

Electro Chemical Jet Drilling (ECJD) digunakan dalam pembuatanlubang yang lebih kecil yang dapat dicapai menggunakan electrostream (Capillary) Drilling. Proses pemesinannya dapat dilihat pada gambar 2.19 dimana nozzle

berperan sebagai katodenya.

Gambar 2.19 ElectroChemicalJetDrilling (El-Hofy, 2005)

Khusus Electro chemical Jet Drilling, besar tegangan listrik yang digunakan yaitu antara 400 sampai 800 Volt. Umumnya, lubang yang dihasilkan oleh ECJD lebih besar daripada Electrolyte Jet karena proses disolusi pada ECJD dibantu dengan tekanan air dari nozzle.

6. Electro Chemical Deburring (ECDB)

Electro Chemical Deburring (ECDB) digunakan untuk menghilangkan

burr hasil dari proses pengeboran. Burr merupakan sisa material yang tidak diinginkan pada bagian komponen mesin sebagai hasil dari proses manufaktur dan

perlu untuk dihilangkan. Mekanisme deburring pada ECDB ditunjukkan pada gambar 2.20.

Gambar 2.20 Mekanisme ECDB (El-Hofy, 2005) 2.2.6. Peralatan ElectroChemicalMachining

Komponen utama pada mesin ECM yaitu terdiri dari sistem kontroler, sistem elektrolit, power supply, tool, sistem mekanis (frame), dan pemegang benda kerja seperti yang ditunjukkan gambar 2.21 berikut.

Gambar 2.21 Komponen sistem pada ECM 1. Power Supply

Power supply regulated, tegangannya tidak akan berubah apabila dikenai beban, sedangkan power supply unregulated tegangan akan turun apabila dikenai beban. Power supply unregulated yang digunakan dalam penelitian ini memiliki spesifikasi berikut ini:

a. Tegangan 2-20 Volt (kontinu atau pulse), b. Kisaran arus antara 5-60 ampere,

d. Pengendali arus dalam keadaan darurat (emergency), e. Proteksi arus pendek (short circuit) dalam 0,001 s. 2. Elektrolit

Fungsi utama elektrolit pada proses pemesinan ECM adalah: a. Menciptakan kondisi anodic dissolution pada material benda kerja, b. Mengonduksikan arus permesinan,

c. Menghilangkan debris hasil reaksi dari proses ECM,

d. Memindahkan panas (dissipation) yang dihasilkan oleh proses pemesinan, e. Mempertahankan suhu agar tetap konstan.

Elektrolit yang biasa digunakan adalah Natrium Klorida (NaCl), Natrium Nitrat (NaNO3), dan Natrium Hidroksida (NaOH). Pengoperasian ECM menggunakan campuran elektrolit yang disesuaikan dengan kebutuhan.

Tabel 2.3 Elektrolit dan laju permesinan berbagai benda kerja

Sumber : (Metals Handbook, 1989)

Removal rate,

Concentration

mm/min·_A

g/L HЇO

NaCL 300 2,0

NaNOЈ 600 2,0

White cast

iron NaNOЈ 600 1,6

Steel; hardened

tool steel NaCIOЈ 780 2,0

NaNOЈ 600 2,1

NaCL or KCL 300 2,1

NaCL or KCL 300 4,4

NaNOЈ 600 3,3

Tungsten _{NaOH 180 1,0}

Titanium alloy NaCL or KCL 120 1,6

Molybdenum NaOH 180 1,0

Copper & copper alloy

Steel; iron-, and nickel-, and cobalt-

base alloy Grey iron Work matrial

Electrolyte

3. Tool elektroda

Tool elektroda pada permesinan ECM harus tahan terhadap karat untuk waktu yang lama dan mampu menghantarkan listrik. Material yang digunakan sebaiknya bersifat anti-karat, mempunyai konduktivitas termal dan konduktivitas listrik yang baik, serta mudah dilakukan pemesinan sesuai geometri yang dibutuhkan. Akurasi dimensional dan surface finish pada tool elektroda berpengaruh langsung terhadap akurasi dan surface finish pada benda kerja. Aluminium, kuningan, tembaga, karbon, perak, stainless steel, dan monel adalah material yang biasa digunakan sebagai elektroda pada pemesinan ECM. Adapun material tool elektroda yang digunakan dalam penelitian ini adalah kuningan. 4. Benda kerja (workpiece)

Benda kerja pada ECM haruslah mampu menghantarkan listrik. Beda potensial yang terkandung dalam unsur benda kerja sangat menentukan terciptanya efisiensi arus dalam permesinan. Kereaktifan unsur benda kerja juga menjadi salah satu faktor yang dapat mempengaruhi hasil permesinan pada benda kerja. Selain itu, benda kerja yang diproses dengan pemesinan ECM adalah benda kerja yang bersifat mampu mendapat perlakuan panas. Benda kerja yang digunakan pada penelitian ini adalah plat baja stainless steel 304 tebal 0,4 mm.

Stainless steel adalah jenis baja tahan karat yang dibuat untuk di aplikasikan sebagai mesin di industri makanan dan minuman, peralatan dapur, industri perminyakan. Stainless steel merupakan baja perkakas yang banyak dipergunakan dalam industri karena memiliki sifat tahan karat yang tinggi akibat kandungan krom yang tinggi 18-20%. Stainless steel 304 termasuk kelompok austenitic. Austenitic memilik kandungan krom pada kisaran 17%-25% dan nikel pada kisaran 8-20% dan beberapa unsur/elemen tambahan dalam upaya mencapai sifat yang diinginkan. Baja tahan karat kelompok ini adalah non magnetic. Komposisi kimia dari stainless steel 304 yaitu, karbon 0,07%, Silicon 1%, Mangan 2%, Fosfor 0,045%, Sulfur 0,030%, Nikel 8-10%, Nitrogen 0,11%, Krom 18-20% (European Stainless Steel Development Association).

5. Sistem mekanik (frame)

bagian yang menggerakan tool dan benda kerja yang akan di machining. Pada mesin ECM sistem mekanik haruslah kuat dan tahan terhadap karat supaya umur dari mesin bisa lebih lama. Bahan dari sistem mekanik terbuat dari alumunium dengan ketebalan 10-12 mm, alumunium memiliki sifat yang tahan terhadap karat dibanding dengan menggunakan besi pejal.

Gambar 2.22 Sistem mekanik (frame)

(Toriquddin, 2016) 6. Sistem sirkulasi elektrolit

Pada proses permesinan ECM terdapat tiga buah bak yang berfungsi sebagai bak worpiece, bak filter dan bak reservoir.

Gambar 2.23 Sistem sirkulasi elektrolit (Toriquddin, 2016)

Gambar 2.23 merupakan gambar desain sistem sirkulasi elektrolit mesin ECM portable. Reservoir dipasang pada posisi paling bawah didalamnya terpasang pompa yang akan mengalirkan elektrolit (bersih) menuju tool dan meja kerja, dari meja kerja elektrolit (kotor) akan di alirkan ke dalam bak pengendap untuk di endapkan supaya elektrolit yang di alirkan ke reservoir sudah kembali bersih.

7. Sistem kontroler

Sistem kontroler adalah komponen elektronik yang menggerakkan motor stepper yang terpasang di sistem mekanik ECM. Kontroler motor stepper akan dihubungkan ke motor stepper itu sendiri dan disambungkan ke komputer untuk input data. Data yang telah di input dari komputer kemudian dikirimkan ke kontroler, selanjutnya kontroler akan mengirimkan data ke motor stepper dan motor stepper untuk bergerak sesuai input data dari komputer. Sesuai dengan jumlah sumbu yang terdapat pada sistem mekanik mesin yaitu sumbu X, Y dan Z, maka kontroler harus bisa mengontrol 3 axis sumbu X, Y dan Z.

Gambar 2.24 Kontroler 3 axis 2.2.7. Akurasi ECM

Akurasi pada proses pemesinan ECM tergantung pada densitas arus yang dipengaruhi oleh:

1. material ekivalen dan voltage gap, 2. feed rate dan pasivasi,

3. properti elektrolit seperti laju, pH, temperatur, konsentrasi, pressure, tipe, dan kecepatan.

Parameter yang mempengaruhi akurasi pada pemesinan ECM ditunjukkan pada gambar 2.25 berikut:

Gambar 2.25 Parameter yang mempengaruhi akurasi pada ECM (El-Hofy, 2005)

Keakuratan proses pemesinan ECM diukur melalui overcut yang dihasilkan selama proses pemesinan berlangsung. Overcut yang dihasilkan diukur dengan cara membandingkan besarnya lubang yang ingin dibuat dengan besarnya lubang yang dihasilkan pada benda kerja. Semakin kecil overcut yang terbentuk maka semakin akurat proses pemesinan tersebut.

2.2.8. MaterialRemovalRate (MRR)

Material Removal Rate (MRR) adalah jumlah massa material benda kerja yang terkikis per satuan waktu. Secara teoritis MRR dapat dihitung berdasarkan prinsip Faraday tentang elektrolisis menggunakan persamaan di bawah ini :

=�∙�_� =�∙�∙�_∙� ...(2.10)

��� =�

� =

�∙�

dengan,

m : massa dalam gram (g)

I : arus listrik, Ampere (A)

t : waktu permesinan, detik (dt)

F : konstanta Faraday, (96500 As)

M : berat atom (g)

Persamaan tersebut merupakan penyederhanaan dari beberapa asumsi dimana perhitungan tidak terpengaruh dari beberapa variabel proses, misalnya perubahan valensi disolusi elektrokimia saat pemesinan, evolusi gas serta pembentukan gelembung, konduktivitas listrik, temperatur yang bervariasi pada aliran elektrolit, over potential, dan lain-lain (McGeough, 1974).

Namun secara aktual besarnya MRR dihitung dengan menggunakan persamaan berikut ini :

MRR=

mo-mt

t ... (2.12) dimana,

MRR : Material Removal Rate (g/dt)

m0 : Massa benda kerja sebelum pemesinan (gram) mt : Massa benda kerja setelah pemesinan (gram) t : Waktu pemesinan (detik)

2.2.9. Overcut dan Ketirusan

Sebelum melakukan perhitungan overcut dan ketirusan, hasil foto makro material dibantu oleh software imageJ untuk diolah terlebih dahulu, mencari luasan daerah serta sudut hasil lubang pemesinan. ImageJ adalah domain publik program pengolah gambar java. ImageJ dapat menampilkan, mengedit, menganalisa, memproses, menyimpan dan mencetak gambar 8-bit, 16-bit, 32-bit, RGB. ImageJ dapat membaca banyak format gambar temasuk TIFF, GIF, JPEG, BMP, DICOM, FITS. ImageJ juga dapat mengukur jarak dan sudut, serta dapat membuat histogram kepadatan dan plot profile line. Software ini didukung standar fungsi pengolah gambar seperti manipulasi kontras, sharpening,

smoothing, deteksi tepi dan median filtering.

Menurut Suhardjono (2014) overcut didefinisikan sebagai penyimpangan yang menunjukkan bahwa ukuran lubang hasil drilling lebih besar dari ukuran pahat yang digunakan. Pada dasarnya overcut pada ECM tidak dapat dihilangkan 100%, karena overcut tetap diperlukan untuk kelangsungan sirkulasi dari cairan elektrolit dan lagi elektrode sebagai pahat tidak boleh bersentuhan dengan benda kerja agar tidak terjadi hubung singkat (short circuit). Namun bila overcut yang dihasilkan terlalu besar maka hal tersebut akan berpengaruh terhadap menurunnya kualitas produk, terutama faktor yang berkaitan dengan ketelitian ukuran maupun geometri produk. Sedangkan ketirusan didefinisikan sebagai sudut yang terbentuk sebagai penyimpangan atau deviasi antara lubang terbesar dan yang terkecil. Untuk lebih jelasnya

overcut dan efek tirus diperlihatkan sesuai skema Gambar 2.26

Gambar 2.26 Overcut dan efek tirus pada lubang hasil drilling ECM (Suhardjono, 2014)

Jadi overcut Oc dirumuskan sebagai-berikut:

O = − ... (2.13) Sedangkan ketirusan α dihitung berdasarkan rumus:

�= �� − � 2− 0

.ℎ �...(2.14) dengan,

Oc : Overcut, milimeter (mm) α : Ketirusan, derajat (°)

d2 : Diameter hasil drilling ECM bagian depan workpiece, milimeter (mm)

d1 : Diameter hasil drilling ECM bagian belakang workpiece, milimeter (mm)

d0 : Diameter tool, milimeter (mm) h : Ketebalan workpice, milimeter (mm)

BAB III

METODOLOGI PENELITIAN

Metodologi penelitian merupakan suatu metode tentang segala kegiatan yang dilakukan dalam suatu penelitian. Dalam bab ini akan dibahas mengenai segala sesuatu yang berkaitan langsung dengan penelitian seperti: tempat serta waktu dilakukannya penelitian, alat dan bahan yang digunakan dalam penelitian, apa saja yang menjadi variabel dalam penelitian, diagram alir penelitian,serta prosedur-prosedur penelitian.

3.1. Pendekatan Penelitian

Pendekatan penelitian merupakan suatu sistem pengambilan data dalam suatu penelitian. Penelitian ini menggunakan metode eksperimen yaitu suatu metode yang mengusahakan timbulnya variabel-variabel dan selanjutnya dikontrol untuk dilihat pengaruhnya.

3.2. Tempat dan Waktu Penelitian

3.2.1. Tempat penelitian : Laboratorium Teknik Mesin

Universitas Muhammadiyah Yogyakarta Jl. Lingkar barat , Tamantirto, Kasihan,Bantul (55183)

3.2.2. Waktu penelitian : 13 April 2016 – Selesai 3.3. Alat dan Bahan Penelitian

3.3.1. Alat-alat yang digunakan 1. ECM portable,

2. Regulator voltage untuk mengatur tegangan, 3. Gunting besiuntuk memotong benda kerja, 4. Cutting sticker untuk memotong sticker isolasi,

5. Amplas dan kikir, untuk menghaluskan part yang selesai dibuat, 6. Jangka sorong untuk mengukur benda kerja,

7. Gelas ukur, digunakan untuk mencampur NaCl dengan aquades, 8. Kamera saku, digunakan untuk memotret hasil penelitian,

9. Tang Ampere/clamp meter, digunakan untuk mengukur arus dan tegangan, 10. Stopwatch, digunakan untuk timer saat proses pemesinan

11. Magnetic Stirrer, digunakan untuk mengaduk NaCl dengan aquades, 12. Timbangan digital, digunakan untuk menimbang massa benda kerja

sebelum dan sesudah pemesinan,

13. Palu, digunakan untuk meratakan benda kerja, 14. Penggaris, alat tulis, dan kertas.

Gambar 3.1 Mesin ECM portable

Gambar 3.2 Alat bantu pemesinan ECM

3.3.2. Bahan Penelitian

Adapun bahan yang digunakan dalam penelitian ini yaitu sebagai berikut. a. ElectrodaKuningan

Tool elektroda yang digunakan untuk pengujian adalah kuningan pejal dengan ukuran diameter 3 mm dan panjang 200 mm seperti yang terlihat pada gambar 3.3.

Gambar 3.3 Elektroda Kuningan tidak terisolasi

Titik cair dari sebuah benda padat adalah suhu dimana benda tersebut akan berubah menjadi cair, pada logam kuningan memiliki titik cair yang bervariasi tergantung pada jumlah paduan komposisi bahan Cu dan Zn. Berikut adalah titik cair standar kuningan yang dapat dilihat pada tabel 3.1 dibawah ini.

Tabel 3.1 Titik Cair Standar Kuningan

No Komposisi Bahan Titik Cair (°C)

1. 85%Cu-15%Zn 1150-1200

2. 70%Cu -30%Zn 1080-1130

3. 60%Cu-40%Zn 1030-1080

b. Cairan Elektrolit NaCl

NaCl yang digunakan pada penelitian ini berupa serbuk, maka untuk membuat larutan harus dicampur dengan aquades. Komposisi konsentrasi larutan NaCl dan aquades, elektrolit yang digunakan untuk pengujian adalah 15 % NaCl dan 85 % aquades.

Gambar 3.4 (a) NaCl,(b) Aquades

ANALISIS PERHITUNGAN MRR, OVERCUT DAN KETIRUSAN PADA STAINLESS STEEL 304

DENGAN PENGARUH VARIASI GAP DAN TEGANGAN PADA PROSES ELECTRO CHEMICAL

MACHINING (ECM) MENGGUNAKAN ELEKTRODA TIDAK TERISOLASI

Sumardi

Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Teknik

Universitas Muhammadiyah Yogyakarta, Yogyakarta, 55183, Indonesia

Sumardi_saleh94@yahoo.com

Abstrak

Electro Chemical Machinining merupakan proses pemesinan yang memanfaatkan prinsip elektrolisis, dimana pada pemesinannya terdapat dua buah logam yaitu anoda (benda kerja) dan katoda (tool) yang direndam dalam suatu wadah yang berisikan cairan elektrolit. Akurasi dari pemesinan ECM dapat dilihat dari nilai MRR, overcut, dan ketirusan yang dipengaruhi oleh tegangan, gap, kosentrasi elektrolit, jenis cairan elektrolit, jenis material benda kerja, dan flow rate elektrolit. Variasi tegangan dan gap sangatlah penting pada proses ECM. Tanpa adanya tegangan dan gap proses pemesinan tidak akan terjadi. Maka dari itu perlu adanya pemilihan variasi nilai tegangan dan gap yang sesuai agar proses pemesinan pada ECM dapat berjalan dengan baik. Mengunakan elektroda tidak terisolasi agar proses pemesinan nya lebih cepat dibanding elektroda terisolasi. Pengujian pemesinan dilakukan dengan membuat lubang diameter 3 mm dengan variasi tegangan dan gap, pengaruhnya terhadap MRR, overcut, dan ketirusan. Tegangan divariasikan sebesar 7,10,13 volt dan gap divariasikan 0,5, 0,75 ,1 mm. Benda kerja dari bahan stainless steel 304 dengan dimensi 50x40 mm tebal 0,4 mm, dan tool terbuat dari bahan kuningan pejal diameter 3 mm. Dari data yang disajikan didapat nilai MRR terbesar pada gap 0,5 mm dan tegangan 13 volt yaitu 3,30 x 10-4 g/dt, sedangkan nilai MRR terkecil pada gap 1 mm dan tegangan 7 volt yaitu 1,41 x 10-4 g/dt. Nilai overcut tertinggi yang diperoleh pada pengujian dengan variasi gap 1 mm dan tegangan 13 volt yaitu 1,46 mm, sedangkan nilai overcut terendah pada gap 1,0 mm dan tegangan 7 volt yaitu 0,45 mm dengan presentase overcut berkisar antara 14,87% sampai dengan 48,69%. Nilai ketirusan tertinggi pada gap 1 mm dan tegangan 13 volt yaitu 21,03o, sedangkan nilai ketirusan terendah pada gap 0.5 mm dan tegangan 7 volt yaitu 0,40o.

Kata Kunci: Electrochemical machining, MRR, overcut, ketirusan, stainlees steel 304

1.

Pendahuluan

Electro Chemical Machining (ECM) merupakan salah satu mesin non konvensional yang didasarkan pada proses anodic dissolution dan elektrolisis dengan jenis material benda kerja yang bersifat konduktor. ECM mempunyai kelebihan yaitu bisa melakukan pemesinan dengan jenis material yang keras, tool yang digunakan juga tidak akan aus seperti pada mesin konvensional. Proses tersebut menggunakan prinsip faraday, yaitu jika ada dua logam elektrode direndam dalam larutan elektrolit dan dihubungkan dengan sumber arus DC, maka partikel logam akan terlepas dari anode dan kemudian akan melekat ke cathode. Aliran elektrolit yang cukup kuat akan mencegah partikel logam melekat pada cathode dan akan membuang partikel-partikel tersebut dari area pemesinan [1].

Pada proses ECM ada beberapa faktor yang mempengaruhi hasil pemesinan seperti: beda tegangan (voltage) dimana perbedaan tegangan antara kedua jenis logam tersebut akan menentukan besar-kecilnya arus yang mengalir dalam pemesinan, ukuran diameter pahat, jenis material pahat, jenis cairan elektrolit yang digunakan, jenis material workpiece, dan jarak celah (gap) antara elektroda dan workpiece. Parameter kualitas pemesinan meliputi besarnya nilai toleransi suaian dari dimensi rencana yang akan dibuat (overcut), efek ketirusan, material removal

rate (MRR), serta kualitas tingkat kekasaran permukaan workpiece setelah di machining [2].

Penelitian lain, menyatakan dari hasil analisis data percobaan pada proses ECM dengan memvariasikan voltage: 6V, 12V, 24V, 36V, 48V pada kondisi pahat terisolasi dan tanpa isolasi dapat ditarik kesimpulan dengan meningkatnya tegangan, pada penggunaan pahat dengan kondisi tanpa isolasi overcut dan tapering pada lubang yang dihasilkan akan semakin besar tetapi kondisi tersebut berbanding terbalik dengan kondisi terisolasi. Pada penggunaan pahat terisolasi waktu pelubangan yang dihasilkan lebih lama dibandingkan oleh waktu pelubangan yang dihasilkan oleh pahat tanpa isolasi [3].

Overcut didefinisikan sebagai penyimpangan yang menunjukkan bahwa ukuran lubang hasil drilling lebih besar dari ukuran pahat yang digunakan. Pada dasarnya overcut pada ECM tidak dapat dihilangkan 100%, karena overcut tetap diperlukan untuk kelangsungan sirkulasi dari cairan elektrolit dan elektroda sebagai pahat tidak boleh bersentuhan dengan benda kerja agar tidak terjadi hubung singkat (short circuit). Namun bila overcut yang dihasilkan terlalu besar maka hal tersebut akan berpengaruh terhadap menurunnya kualitas produk, terutama faktor yang berkaitan dengan ketelitian ukuran maupun geometri produk. Sedangkan ketirusan didefinisikan sebagai sudut yang terbentuk sebagai penyimpangan atau deviasi antara lubang terbesar dan yang terkecil [4].

Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengetahui nilai MRR, overcut, dan ketirusan dengan pengaruh variasi gap dan tegangan pada material stainless steel 304 hasil drilling ECM menggunakan elektroda kuningan tidak terisolasi.

2.

Metode penelitian

Metodologi penelitian merupakan suatu metode tentang segala kegiatan yang dilakukan dalam suatu penelitian.

A. Benda kerja dan Elektroda

Material yang digunakan sebagai tool sebaiknya bersifat anti-karat, mempunyai konduktivitas termal dan konduktivitas listrik yang baik, serta mudah dilakukan pemesinan sesuai geometri yang dibutuhkan. Aluminium, kuningan, tembaga, karbon, perak, stainless steel, dan monel adalah material yang biasa digunakan sebagai elektroda pada pemesinan ECM. Adapun material tool elektroda yang digunakan dalam penelitian ini adalah kuningan pejal berdiameter 3 mm seperti terlihat pada gambar 1.

Benda kerja pada ECM haruslah mampu menghantarkan listrik. Beda potensial yang terkandung dalam unsur benda kerja sangat menentukan terciptanya efisiensi arus dalam pemesinan. Kereaktifan unsur benda kerja juga menjadi salah satu faktor yang dapat mempengaruhi hasil pemesinan pada benda kerja. Selain itu, benda kerja yang diproses dengan pemesinan ECM adalah benda kerja yang bersifat mampu mendapat perlakuan panas. Adapun material benda kerja yang digunakan dalam penelitian ini adalah stainless steel 304 seperti pada gambar 2.

Gambar 1. Elektroda kuningan tidak terisolasi

Gambar 2. Benda kerja plat stainless steel 304

B. Prosedur Penelitian

Benda kerja di jepit pada penjepit, kemudian tool ditempelkan tepat pada lubang stiker. Elektrolit diatur dengan kecepatan 3 lpm. Proses pemesinan dimulai dengan mengatur jarak celah (gap) 0.5 mm antara elektroda dan benda kerja. Pemesinan berlangsung selama 248 detik dan elektroda bergerak 0.1 mm ke arah benda

kerja tiap 60 detik, Ketika proses pemesinan selesai, tombol power dimatikan, kemudian elektroda dijauhkan dari area pemesinan.

Tabel 1. Parameter Pengujian ECM Tegangan listrik 7, 10 dan 13 Volt

Working gap 0,5 mm, 0,75 mm dan 1,0 mm Kecepatan elektrolit 3 LPM

Cairan elektrolit Natrium Chloride (NaCl) Konsentrasi elektrolit 15 % NaCl + 85 % aquades Tool speed 0,1 mm/60 detik

C. Mesin ECM

Mesin ECM yang digunakan selama penelitian terlihat pada gambar 3.

Gambar 3. Mesin ECM

D. Perhitungan MRR

Material Removal Rate (MRR) adalah jumlah massa material benda kerja yang terkikis per satuan waktu. Secara aktual besarnya MRR dapat dihitung dengan menggunakan persamaan 1 :

MRR =mo−mt

t ……….………. (1)

dimana,

MRR : Material Removal Rate (g/dt)

m0 : Massa benda kerja sebelum pemesinan (gram)

mt : Massa benda kerja setelah pemesinan (gram)

t : Waktu pemesinan (detik)

E. Perhitungan Overcut dan Ketirusan

Overcut didefinisikan sebagai penyimpangan yang menunjukkan bahwa ukuran lubang hasil drilling lebih besar dari ukuran tool yang digunakan. Sedangkan ketirusan didefinisikan sebagai sudut yang terbentuk sebagai penyimpangan atau deviasi antara lubang terbesar dan yang terkecil. Untuk lebih jelasnya overcut dan efek tirus diperlihatkan sesuai skema gambar 4 [4].

Sumbu Y

Bak Penyaring Elektroda Stepper Motor

Sumbu Z

Sumbu X

Voltage Regulator

PC

Area Pemesinan

Power

Supply Elektrolit Kontroler

Gambar 4. Overcut dan efek tirus pada lubang hasil drilling ECM

Jadi overcut Oc dapat dihitung menggunakan persamaan 2 [4] :

O = d −d _{………..…… (2)} Sedangkan ketirusan α dihitung berdasarkan rumus [4]:

�

= tan

−

�

2− 0

.h

�

...

……….. (3)

dengan,

Oc : overcut, milimeter (mm)

α : ketirusan, derajat (°)

d2 : diameter benda kerja sisi belakang, (mm)

d0 : diameter tool, (mm)

d1 : diameter benda kerja sisi depan, (mm)

h : ketebalan benda kerja, (mm)

3.

Hasil dan Pembahasan

A. Hasil Pemesinan ECM

Berikut merupakan benda kerja hasil pemesinan ECM yaitu pembuatan lubang dengan diameter 3 mm dengan variabel yang ditetapkan fraksi massa NaCl 15 % kemudian pemesinan dilakukan dengan memvariasikan jarak celah (gap) antara elektroda dengan benda kerja dan tegangan yang nantinya akan di analisis pengaruhnya terhadap nilai MRR, overcut dan ketirusan. Detail hasil pemesinan seperti terlihat pada gambar 5.

Gambar 5. Benda kerja hasil pemesinan yang telah difoto makro, (a) bagian depan dan (b) bagian belakang

Hasil proses pemesinan ECM dapat dilihat pada tabel 2 dibawah ini dengan ketebalan benda kerja stainless steel 304 yaitu 0,4 mm dan menggunakan tool tidak terisolasi. Proses pemesinan ECM secara detail terdapat di

lampiran 1.

Tabel 2. Hasil proses pemesinan ECM material stainless steel 304 dengan flow rate 3 lpm

Pada tabel 2 diatas menjelaskan bahwa proses pemesinan ECM menggunakan elektroda tidak terisolasi membutuhkan waktu 248 detik sampai material berlubang. Kemudian data pada tabel 2 diatas dibuat grafik rata-rata arus tiap tegangan seperti terlihat pada gambar 6.

Gambar 6. Rata-rata arus tiap tegangan

Gambar 6 di atas merupakan grafik rata-rata arus tiap tegangan. Pada grafik rata-rata arus tiap tegangan dapat dilihat dengan bertambahnya tegangan maka arus rata-rata nya akan semakin besar. Hal ini dikarenakan muatan listrik yang meningkat ketika tegangan ditingkatkan. Pada material stainless steel 304 ini arus yang tertingi yaitu pada gap 0,5 mm dengan tegangan 13 volt yaitu sebesar 1,45 ampere, sedangkan arus yang terendah yaitu pada gap 0,75 mm dengan tegangan 7 volt yaitu sebesar 0,75 ampere.

B. Hasil Pengukuran MRR

Setelah pemesinan selesai, maka didapatkan data perhitungan MRR seperti terlihat pada tabel 3 dan ditunjukan oleh gambar 7.

No Tegangan (v)

Arus min-max (ampere)

Gap

(mm)

Tool speed

(mm/dt) waktu

(s) keterangan 21 7 0,6-0,9 0,5 0,1/60 248 Berlubang, flushing

dari atas 23 7 0,6-0,8 0,75 0,1/60 248 Berlubang, flushing

dari atas

14 7 0,8 1 0,1/60 248 Berlubang, flushing

dari atas 15 10 0,8-1,2 0,5 0,1/60 248 Berlubang, flushing

dari atas 16 10 0,9-1,2 0,75 0,1/60 248 Berlubang, flushing

dari atas

17 10 0,8-1,2 1 0,1/60 248 Berlubang, flushing

dari atas 18 13 1,3-1,6 0,5 0,1/60 248 Berlubang, flushing

dari atas 19 13 1-1,6 0,75 0,1/60 248 Berlubang, flushing

dari atas

20 13 1,2-1,7 1 0,1/60 248 Berlubang, flushing

dari atas

0,78 0,98

1,45

0,75

1,05

1,28 0,80 1,03

1,43

0,00 0,20 0,40 0,60 0,80 1,00 1,20 1,40 1,60

7 10 13

A

ru

s (

A

m

p

ere)

Tegangan (Volt)

0,5 mm 0,75 mm 1,0 mm

(a)

(b)

Tabel 3. Perhitungan MRR

No Gap (mm)

Tegangan

(volt) MRR (g/dt) 1

0,5

7 1,61 x 10-4

2 10 2,26 x 10-4

3 13 3,30 x 10-4

4

0,75

7 1,68 x 10-4

5 10 2,10 x 10-4

6 13 2,67 x 10-4

7

1

7 1,41 x 10-4

8 10 2,17 x 10-4

9 13 2,96 x 10-4

Gambar 7. Grafik pengaruh tegangan dan gap terhadap nilai MRR

Dari data yang disajikan tabel 3 dan gambar 7 dapat dilihat pengaruh jarak celah (gap) dan tegangan terhadap nilai MRR. Terlihat pada gambar 7 Semakin besar jarak celah (gap) dan tegangan maka semakin besar MRR yang dihasilkan. Hal ini diduga disebabkan karena semakin besar jarak gap dan tegangannya maka kemampuan flushing dari elektrolit bertambah dan daya hantar tegangan yang diberikan terhadap benda kerja akan bertambah juga. Dari data yang disajikan didapat nilai MRR terbesar pada pengujian ini diperoleh pada jarak celah (gap) 0,5 mm dan tegangan 13 volt yaitu sebesar 3,30 x 10-4 g/dt, sedangkan nilai MRR yang terkecil diperoleh pada jarak celah (gap) 1 mm dan tegangan 7 volt yaitu sebesar 1,41 x 10-4 g/dt.

C. Hasil Pengukuran Overcut

Pengujian overcut dilakukan untuk mengetahui perbedaan diameter hasil pemesinan dengan diameter tool pada permukaan benda kerja bagian depan dan bagian belakang. Penggunaan variasi tegangan dan jarak celah (gap) antara elektroda (tool) dengan benda kerja akan memberikan pengaruh yang berbeda terhadap hasil overcut benda kerja.

Sebelum menghitung overcut, luas area diameter hasil pemesinan dan diameter tool harus dicari terlebih dahulu menggunakan software ImageJ seperti langkah-langkah yang sudah dijelaskan di bab sebelumnya. Di

bawah ini merupakan hasil foto makro yang telah diolah menggunakan ImageJ.

Gambar 8. Hasil overcut dengan variasi gap 0,5 mm dan waktu pemesinan 248 detik, (a) bagian depan, (b)

bagian belakang

Terlihat pada gambar 8 merupakan hasil pemesinan ECM yang berhasil (berlubang). Material tanpa ditutupi stiker bagian belakang pada permukaannya terdapat kerak dikarenakan adanya bekas percikan dari elektrolit selama pemesinan. Lubang yang membesar di bagian belakang disebabkan material tersebut tidak diisolasi dengan stiker.

Tabel 4. Perhitungan Overcut No Gap

(mm)

Tegangan (Volt)

Overcut, Oc (mm)

Presentase Overcut (%) 1

0,5

7 0,64 21,36

2 10 1,07 35,65

3 13 1,13 37,63

4

0,75

7 0,84 28,07

5 10 0,89 29,77

6 13 1,26 42,17

7 1

7 0,45 14,87

8 10 1,05 35,06

9 13 1,46 48,69

Gambar 9. Pengaruh variasi tegangan dan gap terhadap overcut

Dari gambar 9 menjelaskan bahwa ada kecendrungan semakin besar gap maka overcut yang 1,61

2,26

3,30

1,68

2,10

2,67

1,41

2,17

2,96

1,00 1,50 2,00 2,50 3,00 3,50

7 10 13

M

RR

(

x

10

-4 g

/dt

)

Tegangan (volt)

0,5 mm 0,75 mm 1,0 mm

0,64

1,07 1,13 0,84 0,89

1,26

0,45

1,05

1,46

0,40 0,60 0,80 1,00 1,20 1,40 1,60

7 10 13

O

ver

cu

t

(mm)

Tegangan (volt)

0,5 mm 0,75 mm 1,0 mm

dihasilkan akan semakin besar. Gap yang besar akan membuat proses pemesinan pada benda kerja semakin cepat, sehingga dengan waktu pengujian yang sama akan didapatkan hasil peningkatan overcut yang cenderung naik. Pada grafik diatas didapatkan overcut tertinggi pada gap 1 mm dan tegangan 13 volt yaitu 1,46 mm dan overcut terendah yaitu 0,45 mm. Dengan presentase overcut berkisar antara 14,87% sampai dengan 48,69%.

D. Hasil Pengukuran Ketirusan

Pengujian ketirusan dilakukan untuk mengetahui sudut yang terbentuk sebagai penyimpangan atau deviasi antara lubang terbesar dan yang terkecil. Penggunaan variasi gap dan tegangan akan mempengaruhi hasil ketirusan pada pemesinan ECM. Benda kerja yang dipakai adalah stainless steel 304 dengan ketebalan 0,4 mm. Dibawah ini merupakan hasil foto makro material yang telah diolah menggunakan image-j.

Gambar 10.Hasil ketirusan pada tegangan 10 volt dan waktu pemesinan 248 detik dengan variasi (a) gap 0,5 mm,

(b) gap 0,75 mm, dan (c) gap 1,0 mm

Gambar 10 diatas adalah hasil foto makro material yang telah diresin. Foto makro tersebut diolah menggunakan image-J untuk mencari berapa besar panjang ketirusan tersebut.

Gambar 11. Arah ketirusan benda kerja

Jika dilihat arah ketirusan seperti gambar 11, benda kerja sisi belakang lebih besar dibandingkan sisi depan. Hal ini terjadi karena benda kerja yang terisolasi hanya di sisi depan, sehingga arus yang keluar dari tool mengenai benda kerja sisi belakang lebih banyak, yang mengakibatkan diameter benda kerja sisi belakang lebih besar.

Tabel 5. Perhitungan Ketirusan No Gap

(mm)

Tegangan

(Volt) Ketirusan (°) 1

0,5

7 _0,40

2 10 15,08

3 13 18,48

4

0,75

7 7,36

5 10 16,69

6 13 19,61

7

1

7 2,04

8 10 9,80

9 13 21,03

Gambar 12. Pengaruh variasi tegangan dan gap terhadap nilai ketirusan

Dari gambar 12 menjelaskan bahwa perbedaan selisih diameter depan dengan diameter belakang pada masing-masing variasi gap dan tegangan mempengaruhi grafik ketirusan. Semakin besar gap maka arus yang keluar akan menyebar kesamping permukaan material dan menyebabkan hasil pemesinan menjadi tidak rata, sehingga dengan waktu pengujian yang sama akan didapatkan hasil ketirusan yang berbeda-beda. Ketirusan yang terbesar pada tegangan 13 volt dan gap 1,0 mm yaitu 21,03°, sedangkan ketirusan yang terkecil pada tegangan 7 volt dan gap 0,5 mm yaitu 0,40°.

E. Pembahasan

Dari hasil analisa pemesinan yang telah dilakukan dapat disimpulkan yaitu tegangan dan gap berbanding lurus dengan besarnya MRR (Material Removal Rate), semakin besar tegangan dan gap, semakin besar pula nilai MRR yang dihasilkan. Waktu pemesinan pun mempengaruhi nilai MRR, dan overcut, semakin lama waktu pemesinan, lubang yang dihasilkan semakin besar dari lubang yang diinginkan, serta semakin banyak pengurangan massa benda kerja. Semakin besar nilai MRR, semakin besar pula nilai overcut. Hal ini dipengaruhi oleh tegangan yang diatur, arus yang keluar selama proses pemesinan, serta gap yang divariasikan. Seperti pada penelitiannya Wahyudi, (2010) yang menjelaskan hubungan variasi tegangan terhadap overcut, ketirusan dan MRR. Pada penelitian ini menggunakan cairan elektrolit Kalium Clorida (KCL), tool elektroda tembaga silinder berlubang 12 mm dimana tool terisolasi dan tanpa terisolasi. Pada pahat dengan kondisi tidak terisolasi didapatkan semakin besar tegangan maka overcut, ketirusan dan waktu pelubangan akan semakin besar, sedangkan pada pahat dengan kondisi terisolasi kondisi tersebut berbanding terbalik.

Pada penelitian ini didapatkan semakin besar variasi tegangan dan gap maka semakin besar MRR dan overcut. Hal ini diduga disebabkan karena semakin besar jarak gap dan tegangannya maka kemampuan flushing dari elektrolit bertambah dan daya hantar tegangan yang diberikan terhadap benda kerja akan bertambah juga. Sehingga semakin besar variasi tegangan dan gap tersebut

0,40

15,08

18,48

7,36

16,69 19,61

2,04

9,80

21,03

0,00 5,00 10,00 15,00 20,00 25,00

7 10 13

K

e

ti

r

us

a

n (

°)

Tegangan (volt)

0,5 mm 0,75 mm 1,0 mm

menyebabkan MRR dan overcut yang besar.

Data ketirusan yang didapatkan menjelaskan variasi gap mempengaruhi nilai ketirusan. Semakin besar gap semakin besar pula ketirusan yang dihasilkan, hal ini dikarenakan dengan gap yang tinggi mengakibatkan arus sudah keluar sebelum tool menyentuh benda kerja sehingga benda kerja menghasilkan lubang yang lebih cepat. Waktu pemesinan yang sama tiap percobaan mengakibatkan lubang pada bagian yang tidak tertutupi stiker menjadi lebih melebar sehingga muncullah efek tirus dari permukaan tersebut. Besarnya nilai ketirusan dipengaruhi juga dari hasil selisih lubang pada permukaan bagian depan dengan belakang pada tiap variasi. Pada tiap variasi baik tegangan maupun gap menghasilkan lubang bagian depan belakang yang berbeda-beda selisihnya dikarenakan arus yang keluar dari katoda menyebar ke sisi permukaan yang tidak tertutupi stiker.

Selama proses pemesinan terdapat material yang gagal atau tidak berlubang, hal ini disebabkan oleh beberapa hal diantaranya penentuan waktu pemesinan yang tidak tepat dan pengaturan kecepatan tool turun tiap detiknya. Untuk mengatasi kegagalan tersebut, maka perlu dilakukan beberapa kali percobaan menggunakan waktu pemesinan yang bervariasi dan pengaturan kecepatan tool turun tiap detik yang bervariasi. Dengan begitu kegagalan selama proses pemesinan dapat diminimalisir.

Berdasarkan hasil pemesinan yang telah dilakukan dengan menggunakan parameter terpilih dapat disimpulkan parameter yang tepat untuk dilakukan pemesinan pada material stainless steel 304 dengan ketebalan 0,4 mm yaitu menggunakan variasi gap 1 mm dan tegangan 7 volt. Variasi tersebut memiliki nilai MRR sebesar 1,41 x 10-4 g/dt dan overcut sebesar 0,45 mm dengan presentase overcut sebesar 14,87%. Data tersebut merupakan hasil pemesinan yang memiliki keakuratan dan kepresisian lebih baik dibandingkan data parameter terpilih lainnya.

4.

Kesimpulan

Dari data dan hasil perhitungan yang didapat dari penelitian permesinan ECM untuk benda kerja Stainless Steel 304 menggunakan tool elektroda kuningan pejal diameter 3 mm didapat kesimpulan sebagai berikut. Pengujian hasil pembuatan lubang diameter 3 mm pada material stainless steel 304 tebal 0,4 mm pada variasi gap dan tegangan dengan waktu pemesinan 248 detik dengan menggunakan ECM adalah sebagai berikut.

1. Semakin besar tegangan dan gap maka cenderung semakin besar nilai MRR benda kerja. Nilai MRR terbesar pada gap 0,5 mm dan tegangan 13 volt yaitu 3,30 x 10-4 g/dt, sedangkan nilai MRR terkecil pada gap 1 mm dan tegangan 7 volt yaitu 1,41 x 10-4 g/dt. 2. Semakin besar tegangan dan gap semakin tinggi nilai

overcut yang didapatkan. Nilai overcut tertinggi yang diperoleh pada pengujian dengan variasi gap 1 mm dan tegangan 13 volt yaitu 1,46 mm, sedangkan nilai overcut terendah pada gap 1,0 mm dan tegangan 7 volt yaitu 0,45 mm.

3. Dari hasil pengujian variasi tegangan dan gap terhadap ketirusan mempunyai pola ketika gap kecil nilai ketirusan akan turun, tetapi saat gap besar nilai ketirusan akan besar dan kemudian mengalami kenaikan ketika tegangan dibesarkan. Nilai ketirusan tertinggi pada gap 1 mm dan tegangan 13 volt yaitu 21,03o, sedangkan nilai ketirusan terendah pada gap 0.5 mm dan tegangan 7 volt yaitu 0,40o.

5.

Daftar Pustaka

[1] Tlusty, G. 2000. Manufacturing Processes and Equipment. Prentice-Hall. Inc., New York.

[2] El-Hofy, H. 2005. Advanced Machining Processes. New York: McGraw-Hill.

[3] Wahyudi, 2010. Studi Eksperimental Pengaruh Variasi Voltage Terhadap Overcut Lubang, Efek Ketirusan Dan MRR Pada Proses Elektrochemical Machining (ECM) Dengan Menggunakan Pahat Terisolasi Dan Tanpa Isolasi. Surabaya: Jurusan Teknik Industri, Fakultas Teknologi Industri, Institut Teknologi Sepuluh Nopember.

[4] Suhardjono, 2014. Studi Eksperimental Variasi Konsentrasi Elektrolit KCl pada Overcut dan Ketirusan Hasil Drilling Proses ECM. Surabaya: Laboratorium Mesin Perkakas Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknologi dan Industri, Institut Teknologi Sepuluh November.