BAB I

PENDAHULUAN

1.1  Latar Belakang

    Perkembangan dari permesinan material benda kerja yang semakin keras serta desain produk yang semakin kompleks juga tuntutan produktivitas yang semakin tinggi mengakibatkan timbulnya anggapan bahwa proses permesinan konvensional dengan menggunakan perkakas potong dan perautan secara mekanis menjadi tidak ekonomis lagi dan ketinggalan dalam ketelitian serta kualitas permukaan hasil pengerjaannya untuk jenis material dan tuntutan tersebut diatas.

            Penggunaan material yang semakin keras untuk suatu produk akan berkakibat terhadap kenaikan biaya permesinan yang semakin tinggi. Apabila tidak dilakukan penerapan hasil penelitian pengembangan teknologi permesinan khususnya pada perautan logam, maka kenaikan biaya permesinan tidak dapat dihindari. Oleh sebab itu, penggunaan mesin-mesin non konvensional dibutuhkan dalam proses produksi yang menggunakan material yang lebih kompleks lagi.

Penggunaan proses permesinan non konvensional yang efisien diperlukan dipahami mengenai seluk-beluk dari permasalahan permesinan. Metode proses permesinan non konvensional yang akan dipakai tidak dapat digantikan oleh proses permesinan konvensional. Metode yang dipilih cocok atau tepat untuk kondisi yang diberikan serta tidak akan efesien untuk kondisi yang lain.

Pada bagian ini akan dibahas mesin non konvensional yaitu Electrochemical Machining (ECM), untuk lebih jelas lagi akan dibahas dibawah ini.

1.2       Rumusan Masalah

• Apa yang dimaksud Electrochemical machining ?

• bagaimana pengaplikasian Electrochemical michining?

• Bagaimana cara kerja Electrochemical michining?

1.2  Tujuan

• Mengetahui fungsi dari Electrochemical michining

• Mengetahui fungsi dari bagian - bagian Electrochemical michining

• Mengetahui cara kerja Electrochemical michining

BAB II

PEMBAHASAN

(Electro Chemical Machining)

2.1  Definisi electro chemical machining

Electrochemical machine (ECM) adalah suatu mesin perkakas yang digunakan untuk pemakanan atau pemotongan benda kerja dengan menggunakan proses kimia elektrik. Electro Chimical Machining (ECM) merupakan sebuah metode untuk mengolah bentuk logam melalui  proses elektrokimia.

Biasanya digunakan untuk produksi massal dan untuk benda kerja yang memilki tingkat kekerasan tinggi atau benda kerja yang sulit dikerjakan oleh mesin – mesin konvensional. ECM sering diartikan sebagai mesin yang mengikis dengan listrik dan serupa dengan pengerjaan menggunakan mesin dalam suhu tinggi yang diposisikan seperti elektroda dan benda

ECM adalah sebuah proses elektrolic dan didasarkan pada fenomena elektrolisis sebagai mana hukum faraday (1883)  sering diartikan sebagai mesin yang menyepuh dengan listrik dan serupa dengan pengerjaan menggunakan mesin dalam suhu tinggi yang diposisikan seperti elektroda dan benda. Melalui sebuah bahan elektrolit dalam proses pemakanan yang menggunakan katode, elektrolite dan anode sehingga dalam ECM tidak menggunakan pahat. Peralatan potong ECM dikontrol sepanjang alur yang diinginkan dan sangat dekat dengan pengerjaan tetapi tidak sampai menyentuh. Pemakanan bahan yang memiliki tingkat kekerasan tinggi sangat mungkin dilakukan oleh ECM. Sepanjang tidak ada perubahan panas atau tegangan mekanik yang dipindahkan ke benda dan  dimungkinkan pula untuk penyelesaian permukaan.

Gambar 1 mesin ECM

2.2  Bagian electro chemical machining

Gambar 2 bagian ECM

a.       Elektrolit

Elektrolit adalah suatu zat yang larut atau terurai ke dalam bentuk ion-ion dan selanjutnya larutan menjadi konduktor elektrik, ion-ion merupakan atom-atom bermuatan elektrik. Elektrolit bisa berupa air, asam, basa atau berupa senyawa kimia lainnya. Elektrolit umumnya berbentuk asam, basa atau garam. Beberapa gas tertentu dapat berfungsi sebagai elektrolit pada kondisi tertentu misalnya pada suhu tinggi atau tekanan rendah. Elektrolit kuat identik dengan asam, basa, dan garam kuat. Elektrolit merupakan senyawa yang berikatan ion dan kovalen polar. Sebagian besar senyawa yang berikatan ion merupakan elektrolit sebagai contoh ikatan ion NaCl yang merupakan salah satu jenis garam yakni garam dapur. NaCl dapat menjadi elektrolit dalm bentuk larutan dan lelehan. atau bentuk liquid dan aqueous. sedangkan dalam bentuk solid atau padatan senyawa ion tidak dapat berfungsi sebagai elektrolit

b.      Pahat

Material yang digunkan dalam pembuatan pahat di electro chemical michining ini adalah emas, perak, dan platina. Pahat yang digunaakan tergantung produk yang akan di buat

Gambar 3 mata pahat ECM

2.3  Prinsip kerja electro chemical machining

Gambar 4 proses ECM

Adanya proses peralutan anodis daripada material benda kerja maka terbentuklah  senyawa metal hidroksida yang bercampur dengan cairan elektrolit semacam lumpur. Cairan yang berlumpur ini kemudian diendapkan dalam bak pengendap. Keluar dari bak pengendap ini, cairan elektrolit tersebut kemudian dijernihkan  dengan mempergunakan centrifuge dan akhirnya baru dialirkan kedalam reservoir elektrolit. Dengan mempergunakan pompa, cairan elektrolit ini dialirkan kedalam celah antara benda kerja dengan pahat.

Pemesinan elektrokimia menciptakan komponen yang tidak dikenakan baik materi termal atau mekanis stres dan rapuh dapat mesin mudah karena tidak ada kontak antara alat dan benda kerja. pemesinan elektrokimia dapat membuat bentuk 3D normal dan halus. Beberapa contoh komponen yang dibuat menggunakan mesin elektrokimia meliputi mati, cetakan, pisau turbin dan kompresor, gigi berlubang, lubang, slot, dll pemesinan elektrokimia dapat memproses sebagian besar jenis bahan dan paduan melakukan. Custom perkakas yang diperlukan dalam bentuk negatif bagian yang diinginkan.

Berbagai teknik industri telah dikembangkan berdasarkan proses termasuk:

·         Elektrokimia pemotongan

·         Elektrokimia ECM

·         Elektrokimia menggerek

·         Elektrokimia pengeboran

·         Elektrokimia menghaluskan

Skematik prosesnya seperti sebuah katode yang direaksikan dengan anoda (elektrolite positif). Tekanan elektrolitenya diinjeksikan pada temperature tertentu ke area pemakanan. Tingkat pemekanannya sama pada tingkat pencairan bahan. Ataupun disesuaikan dengan titik lebur dari benda yang akan dibuat.untuk toleransi yang digunakan didalam dan diluarnya adalah 0,03 inci. berikut Skema dari proses ECM

Proses dalam ECM lebih luas digunakan untuk memproduksi bentuk benda yang sudah sangat rumit dan presisi dengan penyelesaian akhir permukaan yang bagus bagi material mesin seperti kipas turbin. Secara lebih luas dan efektive pula digunakan untuk proses deburring.

Dalam proses deburing ,ECM menggunakan teknik seperti yang telah diuraikan diatas yaitu untuk pemakanan logam yang lebih dari proses mesin lain,serta menghaluskan sudut tepi yang tajam.proses ini terjadi sangat cepat dan lebih luarbiasa disbanding cara deburring konvensional biasa yang menggunakan tangan atau proses mesin yang bukan tradisional lain sehinga menghasilkan finishing permukaan yang baik dan tidak merusak bahan karena benar-benar sesuai rencana pengerjaan.

Proses produksi dilakukan dengan penggabunggan antara listrik dan kimia yang  disebut elecktrochemical machine.proses. Produksi yang ada bersifat pengurangan atau penambahan dimensi dengan beragam cara. sebagai contoh proses finishing banyak dilakukan dengan pelapisan dengan chrome atau nikel yang lebih umum disebut electroplanting.menurut prisip kerjanya tipe in dibagi menjadi dua yaitu elecktrochemical machining dan elecktrochemical deburring and grinding

Salah satu tipe proses produksi yang mana pengerjaan/pengolahan benda kerja dilakukan dengan elektrolisis dengan energi listrik dan medium elektroliy seperti asam sulphat,coppher sulphat dan lainya. Benda kerja difunsikan sebagi anoda dan bahan yang diuraikan seperti tembaga,chrome sebagai anoda

besar kecilnya penambahan atau pengurangan sesuain hukaum Faraday yaitu “masa yang berpindah merupakan  fungsi dari arus arus (amphere),waktu,jarak ,luas permukaan dan sifat katoda yang terkait dengan “e” atau beda potensial katode-anode maupun resistensi elektrolinya.ECM umumnya digunakan untuk memotong benda logam yang sangat keras dan sulit dimensi atau geometri benda kerja yang rumit.

Dalam ECM, elektrolit berfungsi sebagai konduktor listrik dan hukum Ohm juga berlaku untuk jenis konduktor. Yang resistensi elektrolit dapat berjumlah ratusan ohm.

Akumulasi dalam celah mesin kecil dari logam dan produk gas dari elektrolisis yang tidak diinginkan. Jika dibiarkan akan terjadi pertumbuhan yang tidak terkendali, yang akhirnya akan menyebabkan hubungan pendek antara dua elektroda. Untuk menghindari krisis ini, elektrolit dipompa melalui celah luar elektroda sehingga produk-produk dari elektrolisis terbawa pergi. Gerakan paksa elektrolit juga penting dalam mengurangi efek pemanasan listrik dari kedua elektrolit, yang dihasilkan dari aliran arus dan gas hidrogen, yang masing-masing meningkat dan efektif untuk mengurangi konduktivitas.

Proses ECM ini atau lebih dikenal sebagai electroplating paling banyak digunakan untuk menghasilkan bentuk yang rumit dengan penyelesaian permukaan yang baik, seperti mata pisau turbin. Hal ini juga digunakan secara luas dan efektif dalam proses deburring. Selain itu bisa digunakan juga dalam pengeboran lubang.

Prinsip kerja ECM yaitu benda kerja dihubugkan dengan sumber arus searah yang bermuatan positif sedangkan pahat dibuhungkan dengan sumber arus yang bermuatan positif dan cairan elektrolit dialirkan diantara pahat dan benda kerja. Sehingga terjadilah proses pengerjaan material benda kerja karena adanya reaksi elektrokimia dan juga reaski kimia. Electro Chimical Machining (ECM) terdiri dari pahat katoda dan anoda.

Syarat-syarat proses ECM yaitu pahat bermuatan negative dan benda kerha bermuatan positif celah antara pahat dan benda kerja yang berfungsi sebagai aliran cairan elektrolit (sel elektrolit). Sel elektrolit yang terbentuk diantara pahat dengan benda kerja inilah yang membentuk terjadinya reaksi elektrokimia dan reaski kimia.  Fungsi dari cairan elektrolit dalam proses ECM, yaitu:

1.      Sebagai media untuk memungkinkan terjadinya proses pengerjaan material.

2.      Sebagai fluida pendingin selama proses ECM berlangsung

3.      Untuk menghanyutkan bagian-bagian daripada material benda kerja yang telah dikerjakan.

Pemilihan cairan elektrolit berdasarkan beberapa faktor sebagai berikut:

1.        Bersifat sebagai konduktor listrik

2.        Tidak korosif terhadap peralatan

3.        Tidak beracun dan tidak membahayakan operator

4.        Mempunyai sifat kimia yang stabil, sehingga memungkinkan terjadinya reaksi elektro kimia yang stabil selama proses ECM beerlangsung.

            Prinsip dasar dari pada ECM. adapun persyaratan untuk memungkinkan berlangsungnya proses ECM, ialah:

1.        Pahat bermuatan negative dan benda kerja bermuatan positif.

2.        Celah antara pahat dengan benda memungkan aliran cairan elektrolit yang selanjutnya akan berfungsi sebagai suatu sel-elektrolit.

2.4  Tingkat Kualitas Mesin

            Pada saat ini tingkat kualitas pengerjaan dapat dipengaruhi banyak faktor. Ini melibatkan jenis elektrolit, laju aliran elektrolit, dan beberapa kondisi proses lainnya. Sebagai contoh efisiensi arus menurun ketika kerapatan arus meningkat untuk logam tertentu, misalnya, untuk nikel.

            Jika ECM dari titanium dicoba dalam elektrolit natrium klorida, efisiensinya relatif sangat rendah (10-20%) yang diperoleh. Ketika proses ini digantikan oleh beberapa campuran elektrolit berbasis fluorida, untuk mencapai efisiensi yang lebih besar (> 60%), dari tegangan tinggi yang digunakan.

            Jika tingkat aliran yang terjadi terlalu rendah, efisiensinya berkurang  bahkan untuk logam yang paling mudah dikerjakan melalui ECM. Kurangnya aliran tidak memungkinkan produk-produk permesinan untuk menjadi begitu mudah mengalir dari celah mesin.

2.5  Ketepatan dan Kontrol Dimensi ECM

           

Pemilihan elektrolit memainkan peran penting dalam ECM. Natrium klorida, misalnya, menghasilkan jauh lebih sedikit komponen yang akurat dibandingkan natrium nitrat. Menggunakan elektrolit natrium nitrat, yang mempunyai  efisiensi tertinggi saat ini. Dalam pengeboran lubang kepadatan arus tinggi ini terjadi antara ujung alat dan benda kerja. Dalam hal ini tidak ada gerakan langsung antara alat dan permukaan benda kerja, Jadi kelebihan pemotongan dalam pengerjaan berkurang dengan pemilihan jenis elektrolit. Jika elektrolit lain seperti larutan natrium klorida digunakan sebagai gantinya, maka kelebihan potong bisa jauh lebih besar. Menggunakan larutan natrium klorida, efisiensinya saat ini tetap stabil di hampir 100% untuk berbagai macam kepadatan arus. Jadi, bahkan di sisi celah, pemindahan logam berlangsung pada tingkat yang terutama ditentukan oleh kerapatan arus, sesuai dengan hukum Faraday.

2.6  Aplikasi ECM

1.      Smoothing of rough surfaces (Penghalusan permukaan)

           Pengikisan atau penghalusan permukaan, adalah pengerjaan yang paling sederhana dan penggunaan yang umum dari ECM. Sebuah alat berupa katoda ditempatkan di atas permukaan benda yang memiliki permukaan yang tidak teratur. Kepadatannya dari permukaan berbeda dikarenakan oleh perbedaan tinggi permukaan. Yang pertama, oleh karena itu, dihapusnya perbedaan permukaan dan benda kerja menjadi halus. Penghalusan permukaan adalah salah satu dari jenis ECM di mana bentuk anoda akhir mungkin sama katoda.

Elektrokimia deburring adalah proses yang sangat cepat, u waktu ntuk meratakan permukaan komponen yang diproduksi adalah 5 sampai 30 detik. Karena kecepatan dan kesederhanaan operasi, elektrokimia deburring dapat dilakukan dengan alat, katoda tetap stasioner. Proses ini digunakan di banyak industri.

Gambar 5  Smoothing of rough surfaces

2.      Hole drilling (Pengeboran Lubang)

           Pengeboran lubang adalah salah satu pengerjaan utama dalam ECM . Katoda alat ini biasanya dibuat dalam bentuk tabung elektroda. Elektrolit dipompa ke bawah melalui lubang di pusat alat, yang dipancarkan ke permukan benda kerja, dan aka mengalir keluar melalui celah diantara benda kerja dan alat. Pembalikan aliran elektrolit ke arah sebaliknya, dapat menghasilkan perbaikan pemukaan yang  mesin.

Gambar 6. Hole Drilling

3.      Full-form shaping

            Full-Form Shaping memanfaatkan pembentukan celah yang konstan di permukaan benda dan alat ini bergerak secara mekanis pada tingkat yang tetap ke arah benda kerja untuk menghasilkan profil bentuk yang digunakan untuk produksi profil-profil tertentu.  Aliran elektrolit memainkan peran yang penting dan berpengaruh dalam pembentukan profil bentuk dan merapikan permukaannya. Seluruh penampang benda kerja harus disediakan elektrolit seperti yang mengalir di antara elektroda.

4.      Electrochemical grinding

Gambar 7 electrochemical grinding

Gambar 8 . Electrochemical Grinding

            Bagian utama dari penggerindaan elektrokimia adalah penggunaan roda pengikis di mana isolasi abrasif, seperti partikel intan, diatur dalam pengerjaan. Roda ini menjadi alat katoda. Partikel-partikel non konduktor bertindak sebagai pembatas antara roda dan benda kerja, memberikan celah interelectrode konstan, untuk jalur elektrolit keluar. 

            Keakuratan yang dicapai oleh proses ini biasanya sekitar 0,125 milimeter. kelemahannya adalah hilangnya akurasi ketika sudut mengecil. Karena efek medan listrik, jari-jari lebih baik dari 0,25-0,375 milimeter jarang bisa dicapai. Sebuah aplikasi dari penggerindaan elektrokimia adalah produksi alat pemotong karbida tungsten. EKG juga berguna dalam pengerjaan benda yang rapuh seperti jarum suntik.

2.7  Electrochemical arc machining

           Sebuah proses yang bergantung pada muatan listrik dalam elektrolit, sehingga memungkinkan pengikisan logam daam pengerjaan ECM, telah dikembangkan. Karena proses ini bergantung pada timbulnya percikan busur, itu telah bernama elektrokimia busur mesin (ECAM). Sebuah percikan telah didefinisikan sebagai debit transien antara dua elektroda, busur adalah fenomena termionik stabil. Jangka waktu pembuangan sekitar 1 kali per milidetik digambarkan sebagai percikan api, sedangkan untuk jangka waktu sekitar 0,1 detik kata discharge dapat dianggap busur. Karena dalam durasi proses ECAM, energi, dan waktu penyalaan bunga api berada di bawah kontrol, itu sah untuk menganggap mereka sebagai busur. 

2.8  Produk yang di hasilkan ECM

1.      ROTOR

Gamabar 9 rotor

2.      BREKAT

Gambar 10 brekat

3.      SENSOR

Gambar 11 sensor

2.9  Kelebihan dan Kekurangan ECM

a.         Keuntungan proses CHM

1)      Set-up dan perkakas yang dipergunakan relatif murah

2)      Tidak terjadi bekas-bekas geram pada bagian tepi dari benda yang dikerjakan.

3)      Pelat tipis dapat dikerjakan tanpa terjadi deformasi.

4)      Ketelitian pengerjaan bertambah dengan semakin tipisnya benda kerja.

5)      Proses CHM tidak tergantung kepada kekerasan benda kerja. Selama proses berlangsung tidak terjadi perubahan sifat fisik material benda kerja

6)      Proses CHM sangat fleksibel untuk segala bentuk dan ukuran

b.      Kerugian proses CHM adalah:

1)    Membutuhkan keahlian operator yang relatif tinggi

2)    Uap yang berasal dari etchant (zat pelarut kimia) adalah sangat korosif sehingga peralatan yang dipergunakan dalam proses ini harus benar-benar terlandung.

3)    Dalamnya proses pengerjaan sangat terbatas

4)    Produktivitas relatif rendah

BAB III

PENUTUP

3.1              Kesimpulan

Beberapa kesimpulan dapat ditarik dari analisis proses EDM, diantaranya :

1.      Proses pemesinan dengan ECM memerlukan waktu yang ralatif sedikit untuk membuat produk sekala besar

2.      Harga atau ongkos operasi relatif mahal.

3.      Kekerasan permukaan sangat dipengaruhi oleh penyetelan intensitas arus listrik, dimana semakin besar angka intensitasnya maka permukaan benda kerja semakin kasar.

4.      Dengan hanya dilakukan sekali proses  (tanpa finising) permukaan benda kerja yang dihasilkan relatif bagus.

5.      pahat yang digunakan harus menyesuaikan produk yang akan di buat