Teknika Edisi 9_SETTING PARAMETER

SETING PARAMETER ELECTRICAL DISCHARGE MACHINE UNTUK
MENENTUKANKEKASARAN PERMUKAAN DAN
LAJU PEMBUANGAN MATERIAL
Oleh:
Agung Supriyanto1); Joko Yunianto Prihatin2)
1),2)
Dosen Teknik Mesin Akademi Teknologi Warga
ABSTRACT
The process of machining EDM (Electrical Discharge Machine) is a non-conventional machining process.
In the EDM process, two factors that produced are the material removal rate or material removing rate (MRR) and
surface roughness of the material . Research carried out by Taguchi experimental method. EDM machining steel
ST60 imposed on the material. If the statistical data obtained from the effect parameter to the response rate of
material removal are the interaction time on and time off 35.843%, 35.623% electrode materials, time off 7.902%,
6.135% current, voltage and current interaction 2.943%, 1.827% and the time the voltage on 1.245 %. The
parameters that influence the flow of surface roughness is 43.515%, and the interaction of time o time off 15.098%,
14.433% electrode materials, time off 7.495% . Based on the calculation method proposed MSNR obtained optimal
parameter settings for a response rate of material removal by an average of 1.750 g / min and average surface
roughness of 2.780 μm with current strong parameter settings of 3 amperes, the voltage as high as 250 volts, the
time on at 200  s, time off by 40  s, and the type of electrode material is copper (A1B3D3E1G1) with a
combination of factors interaction C = A1B3 and F = D3E1.Seting proved successful proposals to improve the
response of the surface roughness average of 5.251 μm to an average of 2.780 μm.
Key words: MRR, roughness, EDM, current, voltage, time on, time off.
I.
PENDAHULUAN
Proses permesinan EDM (Electrical Discharge Machine ) adalah proses permesian non
konvensional, teknologi ini sudah dimulai sejak tahun 1970. EDM menggunakan elektrode yang
bertindak sebagai mata potong.Untuk mengerjakan produk yang mempunyai kekerasan material
yang tinggi tidak bisa dikerjakan dengan pahat /mata potong konvensional yang prinsip kerjanya
menyerut material.Untuk mengatasi hal ini maka digunakan energi panas dimana material dilelehkan
secara terkontrol.
Proses pengerjaan produk dengan menggunakan EDM relatif lambat dibandingkan dengan
mesin konvensional atau mesin jenis CNC yang lain. Hal ini terjadi karena proses pembuangan
material berlangsung dengan cara melelehkan material. Manufaktur modern menuntut proses
manufaktur yang cepat yang diikuti dengan tingkat kualitas yang tinggi. Dengan kondisi ini maka
pengerjaan dengan mesin EDM berlawanan dengan prinsip efisiensi manufaktur.Lamanya waktu
pengerjaan sangat berpengaruh terhadap biaya produksi dimana waktu yang lama identik dengan
biaya yang tinggi. Meskipun mempunyai kelemahan seperti tersebut diatas, pengerjaan dengan mesin
EDM mempunyai keunggulan yang tidak dimiliki oleh mesin lain, yaitu kemampuan mengerjakan
material yang sangat keras serta mampu membuat bentuk tanpa radius.
Faktor laju pembuangan material atau material removing rate (MRR) dan kekasaran
permukaan material mempunyai kondisi seting yang bertolak belakang. Bila mesin diseting dengan
MRR tinggi maka akan menghasilkan permukaan yang kasar. Hal ini mengindikasikan kualitas
produk yang rendah. Bila mesin diseting untuk menghasilkan permukaan yang halus maka akan
menghasilkan MRR yang kecil. Hal ini mengindikasikan tingkat efektifitas permesinan yang rendah
dimana waktu proses permesinan semakin lama yang akan berpengaruh pada biaya produksi.
Jurnal Teknika ATW - 1
Dari kondisi diatas maka agar menghasilkan produk dengan tingkat produktivitas yang tinggi
dan kualitas hasil produk baik menuntutpengaturan parameter selama proses permesinan EDM
baruslah baik. Oleh karena itu sangat penting bagi operator untuk mengetahui seting mesin yang
tepat dalam proses pengerjaan dengan mesin EDM. Penelitian ini bertujuan untuk menemukan
seting parameter permesinan agar menghasilkan produk yang bagus dengan laju pembuangan
material yang optimal
II. BAHAN DAN METODE
A. BAHAN DAN PERALATAN PENELITIAN
Bahan-bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah:
1. Material uji : baja ST 60
2. Elektrode : Baja ST 60, tembaga, kuningan
Peralatan yang digunakan dalam penelitian ini adalah:
1. Mesin EDM merk C-Tek type ZNC 430 50A
2. Timbangan digital merk Vibra Model AJ 620E.
3. Roughness tester merk Surfcorder SE 1700
B. KAJIAN PUSTAKA
Soehardjono (2010) melakukan penelitian variasi dari tegangan dengan menggunakan
elektrode tembaga yang menyimpulkan bahwa perbedaan jarak spark gap akan mempengaruhi
hasil dari proses pengerjaan yang dilakukan. Hasil dari studi eksperimen memperlihatkan bahwa
kenaikan tegangan dari 70 volt hingga 560 volt memberikan kenaikan spark gap dari rata-rata
0,09 mm menjadi 0,18 mm untuk kapasitans 33 µF dan kenaikan spark gap dari 0,22 mm hingga
0,34 mm untuk kapasitans 300 µF. Jarak spark gap yang tepat akan menghasilkan proses
pemesinan yang optimal. Besar kecilnya dan lama durasi percikan bunga api listrik yang
digunakan untuk mengerosi (mengikis) material sangat menentukan laju pembuangan material
dan kualitas kekasaran permukaan yang dihasilkan. Parameter yang mengatur besar kecilnya
bunga api listrik adalah tegangan dari sumber daya listrik yang diberikan.
Musabikhah (2008) melakukan penelitian dengan faktor arus, tegangan dan on time pulse
dengan metode Taguchi dengan 2 level. Dengan elektrode dari bahan tembaga dan material benda
kerja SKD 11, hasil penelitian ini menunjukkan bahwa untuk respon keausan pahat optimal
didapatkan arus 4A, tegangan 85 volt, dan on time pulse 200 μs. Sedangkan untuk respon
kekasaran permukaan didapat arus 4 A, tegangan 75 volt dan on time pulse 200 s.
Zairul Ezree (2008) melakukan eksperimen dengan faktor arus puncak, tegangan, on
time, dan off time masing-masing 2 level. Hasil penelitian menunjukkan bahwa arus puncak dan
on time berpengaruh secara signifikan terhadap kekasaran permukaan.Semakin rendah nilai
parameter ini semakin berkurang kekasaran permukaan. Pada penelitian ini material yang
digunakan adalah baja AISI D2.
C. METODE PENELITIAN
1.
Rancangan Penelitian
Penelitian dilakukan dengan metode eksperimen Taguchi yang terdiri dari 5 faktor dan
3level ditambah 2 faktor interaksi. Berdasarkan tabel array orthogonal standar Taguchi maka
dipilih L27 sebagai dasar untuk melakukan eksperimen.
Jurnal Teknika ATW - 2
A
Identifikasi masalah
Identifikasi variabel
1. Perhitungan ANOVA
2. Perhitungan SNR
3. Perhitungan efek tiap faktor
4. Menentukan kombinasi faktor-level
optimal tiap respon
Menentukan rancangan
percobaan
Eksperimen dan
pengumpulan data
Ya
Kondisi optimal tiap
respon sama?
Pengolahan data
Tidak
Tidak
Normal?
Homogen?
MRSN
Ya
Kondisi optimal masuk
Array Orthogonal?
A
Tidak
Prediksi dan Konfirmasi
Uji beda
Kesimpulan
Gambar 1. Diagram alir penelitian
2. Variabel Penelitian
Dalam penelitian ini terdapat dua variabel, yaitu variabel terikat dan variabel bebas.Variabel
bebas adalah variabel yang menyebabkan atau memengaruhi, yaitu faktor-faktor yang
diukur, dimanipulasi atau dipilih oleh peneliti untuk menentukan hubungan antara fenomena
yang diobservasi atau diamati. Variabel terikat adalah faktor-faktor yang diobservasi dan
diukur untuk menentukan adanya pengaruh variabel bebas, yaitu faktor yang muncul, atau
tidak muncul.
Tabel 1.Variabel Bebas-Level Kendali
A.
B.
C.
D.
E.
F.
G.
Faktor Bebas
Kuat arus
Tegangan
(AxB)
Time on
Time off
(DxE)
Material elektrode
Level 1
3
150
Level 2
5
200
Level 3
7
250
100
40
150
55
200
70
Tembaga
Kuningan
Baja ST 60
Jurnal Teknika ATW - 3
Tabel 2.Variabel Terikat
Variabel Terikat
1. Kekasaran Permukaan
2. Laju Pembuangan Material
3. Hipotesa :
H1: Tidak ada pengaruh perbedaan level kuat arus, tegangan, interaksi arus dan tegangan,
time on, time off, interaksi time on dan time off, dan jenis bahan elektrode pada kekasaran
permukaan dan laju pembuangan material yang dihasilkan.
Ha: Ada pengaruh perbedaan level kuat arus, tegangan, interaksi arus dan tegangan, time on,
time off, interaksi time on dan time off, dan jenis bahan elektrode pada kekasaran permukaan
dan laju pembuangan material yang dihasilkan.
4. Pengujian Kualitas Bahan
Karakteristik kualitas yang diukur respon laju pembuangan material dengan fungsi tujuan
objektif Larger the Better (LTB). Karakteristik kualitas kekasaran permukaan yang akan
diukur adalah besarnya nilai kekasaran permukaan semakin kecil semakin baik dengan
fungsi tujuan objektif Small the Better (STB).
5. Lokasi Penelitian
Penelitian dilakukan dilakukan di laboratorium mesin perkakas Akademi Teknologi Warga
Surakarta. Pengujian kekasaran permukaan dilakukan di laboratorium bahan teknik jurusan
Teknik Mesin
III. HASIL PEMBAHASAN
1. Laju Pembuangan Material
Olah data statistik untuk mengetahuai normalitas dan homogenitas data menunjukkan
bahwa data terdistribusi normal dan homogen.Dari analisa ANOVA menunjukkan bahwa ketujuh
faktor berpengaruh secara signifikan terhadap laju pembuangan material dimana Fhitung lebih besar
dari Ftabel. Persentase pengaruh tiap faktor adalah arus 6,135%, tegangan 1,827%, interaksi arus
dan tegangan 3,894%, time on 1,245%, time off 7,902%, interaksi time on dan time off 35,843%
dan bahan elektrode 35,623%. Dari perhitungan SNR efek tiap faktor didapat kombinasi faktor
level sebagai berikut:
Tabel 3. Efek Tiap Faktor Laju Pembuangan Material
Level
Faktor
A
B
D
E
G
1
-0,535
1,523
0,836
2,166
6,810
2
1,672
1,771
0,941
3,130
2,051
3
1,239
1,592
-4,774
3,628
3,391
Selisih
4,164
9,296
0,528
2,556
11,584
Rank
2
4
5
3
1
2. Kekasaran Permukaan
Olah data statistik untuk mengetahuai normalitas dan homogenitas data menunjukkan
bahwa data terdistribusi normal dan homogen. Dari analisa ANOVA menunjukkan bahwa empat
faktor berpengaruh secara signifikan terhadap kekasaran permukaan dimana F hitung lebih besar
dari F tabel. Persentase pengaruh tiap faktor adalah arus 43,515%, time off 7,495%, interaksi time
on dan time off 15,098% dan bahan elektrode 14,433%. Dari perhitungan SNR efek tiap factor
didapat kombinasi faktor level optimum sebagai berikut:
Jurnal Teknika ATW - 4
Tabel 4. Efek Tiap Faktor Kekasaran Permukaan
Faktor kendali
Level
A
B
D
E
Level 1
-11,378 -14,450 -14,211 -13,320
Level 2
-14,531 -13,672 -14,269 -13,439
Level 3
-15,743 -13,530 -13,901 -14,894
Selisih
4,365
0,920
0,369
1,573
Rank
1
4
5
3
G
-14,160
-12,607
-14,886
2,279
2
3. Multi Respon Signal to Noise
Dari analisa SNR tiap faktor ternyata terdapat perbedaan kombinasi faktor-level optimum
kedua respon, maka dilakukan analisa menggunakan metode MRSN. Sebelumnya dilakukan
prediksi untuk mengetahui model matematis dari data hasil eksperimen.Berdasarkan
pertimbangan bahwa kekasaran permukaan relative lebih penting daripada laju pembuangan
material maka dipilih istilah lingustik tinggi dan sedang.Tingkat kepentingan relatif ditunjukkan
oleh tabel linguistic term.Istilah tersebut dikonversikan kedalam bilangan fuzzy. Berdasarkan tabel
crips scores of fuzy number diperoleh respon laju pembuangan material 0,583 dan respon
kekasaran permukaan 0,750.
Bobot laju pembuangan material = w1 = 0,583/(0,750 + 0,583) = 0,437.
Bobot kekasaran permukaan
= w2 = 0,750/(0,750 + 0,583) = 0,563.
Respon laju pembuangan material dan kekasaran permukaan menggunakan karakteristik
mutu STB dan LTB, sehingga setting parameter multirespon optimal ditentukan berdasarkan nilai
MRSN terbesar yaitu 12,843 dengan kombinasi level faktorA1 B3 D3 E1 G1 dengan faktor
interaksi C=A1B3 dan F=D3E1.
4. Uji Beda
Uji beda dilakukan untuk mengetahui apakah kombinasi faktor-level mempunyai
perbedaan dari kondisi awal sehingga mampu meningkatkan kualitas permesinan. Pada respon
laju pembuangan material didapat -ttabel (-4,3027)≤ thitung (3,896)≤ ttabel (4,3027) artinya tidak ada
perbedaan rata–rata laju pembuangan material pada kondisi awal dan pada kondisi usulan hasil
eksperimen. Untuk respon kekasaran permukaan didapat thitung (4,584)≥ ttabel (4,3027) artinya
ada perbedaan kekasaran permukaan pada kondisi awal dan pada kondisi usulan hasil
eksperimen. Dari hasil t hitung dapat dilihat bahwa kondisi usulan terbukti meningkatkan kualitas
yaitu menurunkan angka kekasaran permukaan sehingga hasil produk pada kondisi usulan lebih
halus dibanding kondisi awal.
IV. SIMPULAN
1. Kekuatan faktor yang berpengaruh dalam permesinan EDM dengan respon laju pembuangan
material adalah interaksi time on dan time off sebesar 35,843 %, jenis bahan elektrode sebesar
35,623 %, time off sebesar 7,902 %, kuat arus sebesar 6,135 %, interaksi arus dan tegangan
sebesar 2,943 %, tegangan sebesar 1,827 % dan time on sebesar 1,245 %.
Faktor yang berpengaruh dalam permesinan EDM dengan respon kekasaran permukaan adalah
kuat arus sebesar 43,515 %, interaksi time on dan time off sebesar 15,098 %, jenis bahan
elektrode sebesar 14,433 %, dan time off sebesar 7,495 %.
2. Berdasarkan perhitungan dengan metode MSNR didapat seting parameter yang optimal untuk
respon laju pembuangan material dan kekasaran permukaan yaitu kuat arus sebesar 3 Ampere,
tegangan sebesar 250 volt, time on sebesar 200 s, time off sebesar 40 s, dan jenis bahan
Jurnal Teknika ATW - 5
elektrode adalah tembaga (A1B3D3E1G1) dengan kombinasi interaksi faktor C=A1B3 dan
F=D3E1 didapat laju pembuangan material rata-rata sebesar 1,720 gr/menit dan kekasaran
permukaan rata-rata sebesar 2,780 µm.
V. DAFTAR PUSTAKA
[1] Anonim, ASM Metal Handbook, Vol. 8, ASM International
[2] Ezree. Z.,2008, Study of Machining Parameters of Surface Rough in Electro
Discharge
Machining of Tool Steel, Pahang, Malaysia.
[3] Khan, A.A., 2008. Electrode wear and material removal rate during EDM ofaluminum and mild
steel using copper and brass electrodes, Int J Adv Manuf Technol, 39, 482–487
[4] Mahsun.T., 2006, Pengaruh Variasi Arus terhadap Over Cut Baja SC42 dengan Elektroda
Tembaga pada Proses EDM.
[5] Musabbikhah, 2008, Variasi Kuat Arus, Tegangan, dan On Time Pulse untuk
mengoptimalkan Kekasaran Permukaan,Yogyakarta.
[6] Patna Partana (2008),Studi Pengaruh Material Elektroda Pada Proses Electrical Discharge
Machining, Surakarta.
[7] Rao.M, 2010, Parametric Study of Electrical Discharge Mchining of AISI 304 Stainless Steel,
International Journal of Engineering Science and Technology,Vol. 2 (8).
[8] Ross, P.J.1996, Taguchi Techniques For Quality Engineering. McGraw-Hill, Inc., New York.
[9] Schultz, H. & Moriwaki, T. 1992, High-speed machining, Annals of the CIRP, 41, 2,
[10] Suhardjono,dkk, 2010, Studi Eksperimen Pengaruh Variasi Tegangan Terhadap Spark Gap
Pada Proses EDM Shinking, Seminar Nasional Tahunan Teknik Mesin SNTTM) ke-9,
Palembang, 13-15 Oktober.
[11] Widarto 2008, Teknik Permesinan, Departemen Pendidikan Nasionl, Jakarta
Jurnal Teknika ATW - 6