bab 9

Bab 9. PROSES PEMESINAN NON TRADISIONAL

BAB IX PROSES PEMESINAN NONTRADISIONAL

Pada bab ini akan dibahas mengenai proses-proses pemesinan

nontradisional yang digunakan dalam industri manufaktur, seperti: pemesinan

secara kimia, elektrokimia, pelepasan listrik, sinar berenergi tinggi, dan

pemesinan bahan-bahan nonlogam.

Adapun tujuan yang ingin dicapai dalam bab ini adalah setelah mempelajari

materi perkuliahan ini, mahasiswa akan memiliki kompetensi dalam menjelaskan

secara umum tentang proses-proses pemesinan nontradisional yang digunakan

dalam industri manufaktur, seperti: pemesinan secara kimia, elektrokimia,

plepasan listrik, sinar berenergi tinggi, dan pemesinan bahan-bahan nonlogam.

9.1 Klasifikasi

Proses-proses ini dapat diklasifikasikan secara lebih tepat menurut cara

kerjanya (Gambar 9.1). Beberapa proses semata-mata digunakan untuk

menghilangkan bahan, tetapi proses-proses dengan sinar berenergi tinggi juga

dapat digunakan untuk penggabungan.

Gambar 9.1 Klasifikasi proses penghilangan logam nontradisional.(Sumber : Schey, 2000)

9.2 Pemesinan Secara Kimia (Chemical Machining / CM atau CHM)

Telah diketahui bertahun-tahun bahwa sebagian besar logam (dan juga

beberapa jenis keramik) dapat rusak oleh bahan-bahan kimia tertentu, khususnya

asam atau alkali. Logam diuraikan atom per atom dan diubah menjadi sebuah

MRN / MIH 382


senyawa yang dapat larut pada seluruh permukaan yang terkena. Dalam aplikasi-

aplikasi penghilangan logam, hanya bagian permukaan tertentu yang teretsa

(terkikis) dan bagian yang tersisa harus dilindungi dengan memakai bahan-bahan

seperti selaput lilin, cat, atau polimer (sebagai bahan pelindung atau sebagai

bahan yang tahan terhadap bahan kimia yang digunakan). Selaput-selaput tebal

ini ditempatkan dengan cara dioleskan atau disemprotkan ke seluruh permukaan;

pola-pola yang akan dietsa dibuat secara manual dengan memakai pisau di

sepanjang mal pola atau dengan sinar laser, dan selanjutnya bahan pelindungnya

dikelupas. [Proses ini dapat dilakukan berulang-ulang jika etsa bertingkat perlu

diterapkan untuk menghasilkan komponen-komponen dengan ketebalan

bervariasi.] Akurasi yang lebih tinggi dapat diperoleh dengan mengaplikasikan

bahan pelindung melewati saringan dari sutra atau baja tahan karat, dengan

menggunakan sebuah alat stensil. Akurasi terbaik (lebih baik daripada 1 µm)

dapat diperoleh dengan menggunakan bahan pelindung yang dikenal dengan

sebutan photoresist, yang digunakan dalam teknologi semikonduktor. Ada

beberapa aplikasi:

1. Pengukiran (engraving) lelah dipraktekkan selama ratusan tahun oleh para

seniman dan ahli cetak, dan sekarang digunakan untuk membuat papan-

papan nama dan panel-panel instrument.

2. Pengefrisan secara kimia (chemical milling) digunakan untuk menghilangkan

kantong-kantong bahan, seperti dalam proses penipisan kulit sayap yang

telah diperkaku menyatu atau komponen-komponen pesawat terbang yang

lain, yang sering kali memiliki dimensi yang sangat besar. Zat pengetsa akan

mengurai bahan dalam semua arah; oleh karena itu. zat tersebut akan

menghilangkan atau memotong bahan dengan lebar yang kira-kira sama

dengan kedalaman potongnya (Gambar 9.2a). Hasil potongan bawah

permukaan seperti itu dapat dimanfaatkan untuk meningkatkan kekakuan

panel-panel yang dilengkapi dengan rusuk-rusuk bersungkup (Gambar 9.2b).

Kekasaran permukaan yang dihasilkan bergantung pada struktur metalurgi

bahannya; partikel-partikel fasa kedua mungkin akan teretsa dengan

kecepatan yang berbeda.

MRN / MIH 383


3. Pelubangan secara kimia (chemical blanking) digunakan untuk memotong

tembus suatu pelat yang tipis. Jika suatu pelindung atau penutup dibuat

dengan teknik-teknik fotokimia, prosesnya disebut pemesina secara

fotokimia (photochemical machining). Papan-papan sirkuit kawat cetakan

dan komponen-komponen yang dibuat dari pelat tipis dibuat di pabrik dengan

cara ini.

Laju penghilangan atau pembuangan logam ditunjukkan dalam tabel 9.1.

Gambar 9.2 Pemotongan bawah permukaan yang dikembangkan dalam proses etsa atau pengikisan secara kimia (a) dapat dimanfaatkan untuk membuat rusuk-rusuk bersungkup (b). Penghilangan bahan dapat dipercepat pada bahan-bahan yang memiliki sifat konduktor listrik melalui proses pemesinan secara elektrokimia (c).

(Sumber : Schey, 2000)

Tabel 9.1 Proses-proses pemesinan secara kimiawi dan pemesinan dengan listrik.

4. Pemangkasan secara termokimia (thermochemical deburring) dapat dianggap

sebagai versi dari pemesinan cara kimia yang menggunakan suhu yang

tinggi. Komponen-komponen dimasukkan dalam ruang tertutup yang di

dalamnya dimasukkan juga campuran yang eksplosif dari gas alami, hidrogen

MRN / MIH 384


dan oksigen. Setelah pencetusan api, suhu nyala yang sangat tinggi akan

rnenghilangkan tonjolan-tonjolan melalui proses peleburan, penguapan, dan

oksidasi. Komponen-komponen akan mendapatkan sedikit pemanasan,

sehingga penampang paling tipis yang disediakan paling tidak 10-15 kali

lebih tebal daripada tinggi tonjolan. Proses ini cocok untuk logam dan plastik

termoset.

9.3 Pemesinan Secara Elektrokimia (Electrochemical Machining / ECM)

Laju penguraian bahan akan meningkat tajam jika arus yang digunakan

adalah arus listrik searah. Proses ini kebalikan dari proses electroforming). Benda

kerja, yang harus bersifat konduktif, direndam bersama-sama dengan katoda

dalam bahan elektrolit (larutan Na-klorida, Na-nitrat; asam sulfur, atau larutan

sejenisnya) sehingga dibuat menjadi anoda.

Pada beberapa jenis logam, selaput isolator oksida bisa terbentuk dan ini

dapat dihancurkan dengan percikan bunga api terputus-putus yang dihasilkan oleh

sirkuit arus bolak-balik ataupun searah. Beberapa versi proses yang digunakan

adalah:

1. Pengefrisan secara elektrokimia (electrochemical milling) digunakan untuk

menghilangkan bahan dari permukaan-permukaan yang luas; katodanya

berbentuk pelat datar yang dipasang agak jauh.

2. Pemesinan secara elektrokimia (electrochemical machining / ECM)

menggunakan katoda logam atau grafit, yang merupakan bagian negatif dari

bentuk yang akan dihasilkan. Katoda diumpankan ke dalam benda kerja

dengan kecepatan terkontrol (Gambar 9.2c). Bahan elektrolit disirkulasikan,

sering kali melewati katoda untuk membersihkan endapan hidroksida logam

dan untuk mengeluarkan hidrogen yang terbentuk dalam proses elektrolisis.

Mesin perkakas yang digunakan haruslah memiliki konstruksi yang kaku

untuk mcncegah getaran yang dapat menimbulkan ketidakakuratan. Secara

garis besar, petunjuk mengenai variabel proses diberikan dalam Tabel 9.1

3. Pemesinan dengan elektrolit berbentuk pipa (shaped tube electrolite

machining / STEM) menggunakan pipa titanium yang diisolasi, sebagai

katoda, yang akan dilalui oleh elektrolit asam yang dipompakan untuk

MRN / MIH 385


membuat lubang-lubang berdianteter 0,25-6 mm dengan rasio aspek (rasio

antara kedalaman dengan diameter) hingga 300:1. Toleransi yang dapat

dicapai sebesar 0,08, dengan tingkat kehalusan 0,4-3,2 m Ra. Proses ini

memang berlangsung lambat (0.75-3 mm/menit), namun banyak lubang

dengan diameter yang berbeda-beda dapat dibuat secara serempak.

Pengedrilan dengan arus listrik (electrostream drilling) dan pengedrilan

kapiler (capillary drilling) menggunakan pipa dari kaca untuk mengarahkan

elektrolit dan membuat lubang-lubang kecil pada sudu-sudu turbin yang

didinginkan di bagian dalam serta komponen-komponen yang serupa dengan

itu.

4. Penggerindaan secara elektrokimia (electrochemical grinding) menggunakan

roda gerinda yang bersifat konduktif (Al2O3, berbahan pengikat tembaga atau

intan berbahan pengikat logam) sebagai katoda. Sebagian besar bahan

dihilangkan dengan cara elektrolisis, sementara itu partikel abrasif

menghilangkan oksida-oksida dan menghalangi terbentuknya selaput-selaput.

Berkebalikan dengan pcnggerindaan konvensional, benda kerjanya dalam

kondisi tetap dingin dan bertekanan rendah. Proses ini cocok untuk

menajamkan alat-alat potong yang terbuat dari karbida dan penggerindaan

sudu-sudu dan baling-baling turbin serta komponen-komponen rumit yang

sangat kecil seperti jarum-jarum suntik dan struktur-struktur sarang lebah.

Karena penghilangan logam terjadi dalam skala ion, maka kekerasan

bahan tidak akan terpengaruh dalam proses-proses CHM ataupun ECM;

kesempurnaan permukaan sangat baik; tidak ada kerusakan akibat panas;

tegangan-tegangan sisa yang ditimbulkan minimum atau tidak ada sama sekali;

kehalusan permukaan yang dihasilkan tidak mengarah. Paduan-paduan super,

baja-baja yang telah menerima perlakuan panas menyeluruh, dan paduan-paduan

aluminium sering kali dikerjakan dengan metode ini. Paduan-paduan yang rentan

terhadap kegetasan hidrogen harus dipanaskan pada suhu 200 °C sclama beberapa

jam setelah CM.

MRN / MIH 386


9.4 Pemesinan dengan Pelepasan Listrik (Electrical Discharge Machining /

EDM)

Dalam proses ini, tidak ada pemrosesan kimia dan logam dihilangkan

dengan pemberian panas yang dihasilkan dari bunga api listrik secara terus-

menerus. Terdapat sejumlah proses yang semuanya menggunakan mekanisme

yang sama.

Benda kerja dan katoda (alat pembentuk) yang terbuat dari logam atau

grafit dicelupkan ke dalam fluida dielektrik. Potensial arus searah hingga 300 V

diaplikasikan pada sistem; jika menggunakan pemasok daya non-solid state, maka

kapasitor harus dimasukkan sejajar dengan celah bunga api listrik (Gambar 9.3).

Pada saat tegangan listrik rendah. fluida berperan sebagai isolator, pada saat

tegangan listrik naik, fluida menderita kehilangan sifat dielektriknya (sejumlah

besar elektron muncul dalam bentuk pita konduksi) dan bunga api melewati celah.

Suhu meningkat hanya sampai pada batas yang akan mengakibatkan terjadinya

penguapan lokal dari sebagian bahan benda kerja. Setelah pelepasan bunga api

selama waktu yang dikontrol, tegangan listrik diturunkan hingga nilai yang rendah

untuk waktu yang singkat (waktu tunggu), untuk mendapatkan kembali selaput

isolator melalui deionisasi dielektrik. Pembangkit pulsa akan mengulang-ulang

siklus yang terkontrol pada frekuensi 200-500.000 Hz. Bahan dielektrik harus

pula memenuhi fungsi tambahan yakni dapat menjadi antarmuka alat pembentuk

dan benda kerja untuk memberikan pendinginan dan menyingkirkan sisa-sisa

yang tertinggal. Penyaringan harus dilakukan terus-menerus untuk menghilangkan

sisa-sisa yang dapat menyebabkan hubungan pendek. Pelepasan bunga api listrik

selalu terjadi pada celah yang paling rapat; oleh karena itu, elektroda harus terus-

menerus diumpankan untuk mengerjakan bentuk yang diinginkan. Kondisi dan

celah bunga api yang optimum dipertahankan dengan memakai alat kontrol servo.

Kontrol proses secara menyeluruh saat ini sering kali dilakukan dengan

menggunakan CNC.

MRN / MIH 387


Gambar 9.3 Pemesinan dengan pelepasan listrik diterapkan bersama dengan (a) alat-alat pembentuk pada ram-EDM dan (b) kawat berjalan pada wire-EDM


Kehalusan permukaan yang dihasilkan dipengaruhi oleh sejumlah faktor,

dan akan semakin kasar bila: kerapatan arus yang digunakan semakin tinggi

(karena akan memberikan energi pelepasan bunga api listrik semakin tinggi),

bahan dielektrik semakin viskos, dan frekuensi semakin rendah. Faktor-faktor ini

pulalah yang menyebabkan semakin besarnya pemotongan lebih (biasanya 0,005-

0,5 mm untuk setiap sisinya) dan dengan kawasan terpengaruh panas (rusak) yang

semakin dalam (biasanya 2-400 µm). Beberapa jenis logam jika dilebur akan

mengendap kembali (lapisan tersambung kembali) dan pelunakan mungkin juga

terjadi. Oleh karena itu, sudah menjadi kebiasaan untuk mengakhiri proses

pemotongan dengan memakai kerapatan arus listrik yang rendah atau

menghaluskan permukaan dengan memakai teknik-teknik lain. Hal ini terutama

penting untuk benda kerja yang menerima beban lelah.

Bahan yang terkikis tidak hanya terjadi pada benda kerja: alat pembentuk

juga ikut terkikis. Dalam kondisi optimum, rasio keausan (perbandingan antara

volume benda kerja yang terkikis dengan volume alat pembentuk yang terkikis)

adalah 3:1 jika menggunakan elektroda logam dan berkisar antara 3:1 sampai

100:1 jika menggunakan elektroda grafit. Proses-proses ini tidak rentan terhadap

kekerasan bahan, karena itu dapat diterapkan secara luas dalam pembuatan

landasan-landasan bentuk untuk penempaan, ekstrusi, pengerjaan logam pelat,

pengecoran cetak tekan, dan cetak injeksi ke dalam blok-blok baja yang

dikeraskan, melalui berbagai teknik:

MRN / MIH 388


1. Ram-EDM. Rongga-rongga yang kompleks akan terbentuk melalui penetrasi

terkontrol dari elektroda yang telah dibentuk ke dalam benda kerja (Gambar

9.3a). Bahan elektrolit yang digunakan berupa minyak yang memiliki

viskositas rendah. Penggunaan elektroda akan menjadi lebih baik dengan

mcmbatasi elektroda baru hanya untuk pengerjaan akhir, dan kemudian

menggunakannya untuk pengerjaan kasar pada benda kerja berikutnya.

Pengerjaan kasar kadang-kadang dilakukan dengan proses EDM tanpa-

keausan, di mana polaritasnya dibalik sehingga anoda grafit tidak mengalami

kehilangan berat. Dengan bantuan CNC, benda kerja dapat diberi gerakan

lateral yang terkontrol (gerakan planet dengan amplitudo 10-100 µm) untuk

memperbaiki akurasi dan kehalusan permukaan dan meningkatkan laju

pembuangan logam. Dimungkinkan juga untuk membuat bentuk-bentuk yang

kompleks dengan elektroda-elektroda sederhana yang digerakkan dalam

lintasan yang kompleks, hampir seperti proses pengefrisan dengan kontur

rnultisumbu, dengan demikian laju pembuangan yang diberikan tetap cukup

cepat. Meskipun proses ini tergolong agak lambat, tetapi kontrol CNC dengan

umpan balik biasanya digunakan dan penukar-penukar elektroda dan meja

kerja otomatis dapat ditambahkan: jadi, proses dapat berlangsung tanpa

diawasi. Elektroda-elektrodanya dapat dibuat dengan memakai mesin fris

penyalin atau CNC. Proses-proses abrasif yang khusus juga telah

dikembangkan untuk pembuatan elektroda-elektroda grafit

2. Pemotongan dengan kawat dan pelepasan listrik (electrical discharge wire

cutting / EDWC). EDWC atau lebih sering disebut wire-EDM, telah menjadi

sebuah proses produksi yang penting. Elektrodanya sekarang berupa kawat

kuningan, tembaga, tungsten, atau molibden berdiameter 0,08-0,3 mm

(Gambar 9.3b). Kawat bertindak seperti gergaji pita, tetapi dengan bunga api

listrik sebagai pengganti gigi-gigi gergaji untuk memotong. Alur yang

terbentuk agak lebih besar daripada kawat (dengan selisih kira-kira 25 m).

Kawat diumpankan secara terus-menerus dari kumparan awal bukaannya

dengan tarikan yang terkontrol (kira-kira 60% dari kekuatan tariknya) dengan

kecepatan 2,5-150 mm/detik. Untuk membantu pengusiran bahan dari dalam

MRN / MIH 389


alur, maka perlu digunakan kawat yang bertingkat-tingkat; kawat kuningan

dilapisi dengan Zn atau kuningan dengan kadar Zn tinggi, yang akan meleleh

sebelum kawat inti kehilangan kekuatannya. Dengan demikian, kerapatan arus

listrik yang lebih tinggi dapat digunakan. Tekanan gas dapat menyebabkan

kawat melengkung, sehingga kecepatan perjalanan kawat harus dikurangi,

terutama pada sudut-sudut, dan ketebalannya menjadi penting jika dilakukan

pemotongan tembus. Pemotongan berlangsung lebih cepat pada logam yang

memiliki titik lebur lebih rendah (Tabel 9.1). Bahan elektrolitnya berupa

minyak atau air dengan bahan tambahan; pertumbuhan bakteri harus dicegah

dengan perlakuan ozon karena bakterisida akan merusak sifat-sifat dielektrik.

Satu atau lebih pemotongan luncur yang dangkal (biasanya 0,04 mm)

mungkin perlu dilakukan dengan memakai arus listrik bolak-balik

berfrekuensi tinggi untuk menghilangkan kerusakan pada permukaan.

Pengontrolan multisumbu mcmungkinkan untuk mengerjakan bentuk 3-D,

sebagai contoh, landasan-bentuk ekstrusi dengan lubang masuk mengerucut.

Kontrol CNC dengan umpan balik digunakan untuk mengawasi kondisi celah,

mengatur kecepatan pemotongan, dan memasang kembali kawat jika kawat

terputus. Banyak komponen berlubang-lubang sehingga harus dibuat sebuah

lubang penuntun melalui beberapa proses: kawat kemudian dipasang dan

remah-remah logam dihilangkan secara manual atau secara otomatis. Sudut

yang sangat sempit dapat dikerjakan dan kualitas hasilnya cukup memadai

untuk dipakai dalam pembuatan landasan-landasan bentuk dalam pengerjaan

logam pelat dan aplikasi-aplikasi lain termasuk landasan-landasan bentuk dari

bahan WC. Kctebalan pemotongan yang telah dapat dicapai adalah 400 mm.

3. Pengedrilan dengan pelepasan listrik (electrical discharge drilling). Kawat

tungsten digunakan sebagai elektroda dalam rangkaian dengan bahan

dielektrik encer untuk membuat lubang-lubang yang dalam dengan diameter

kecil (antara 0,05-1 mm), seperti pada lubang-lubang pendinginan pada sudu-

sudu turbin yang terbuat dari paduan super. Pemompaan elektrolit melalui

elektroda yang berputar akan meningkatkan laju pembuangan bahan, tetapi

dengan mengorbankan toleransi.

MRN / MIH 390


4. Penggerindaan dengan pelepasan listrik (electrical discharge grinding).

Penghilangan bahan terjadi melalui pelepasan listrik di antara roda grafit yang

berputar dan benda kerja.

9.5 Pemesinan dengan Sinar Berenergi Tinggi (High-Energy Beam

Machining)

9.5.1 Pemesinan dengan Sinar Elektron (Electron Beam Machining / EBM)

Sumber energi untuk EBM adalah pistol elektron (Gambar 9.4) yang mirip

dengan pipa vakum. Katoda W atau Ta, yang dipanaskan hingga 2500°C,

memancarkan massa elektron yang dipercepat dan difokuskan pada sinar

berdiameter 0,25-1 mm dengan kerapatan energi tinggi (lebih dari 200 kW/mm2).

Akibat terjadinya tumbukan, energi kinetik elektron diubah menjadi energi panas,

yang cukup digunakan untuk meleburkan dan menguapkan sebagian dari bahan

benda kerja; uap yang muncul tersebut akan mengeluarkan leburan. Durasi

denyutan yang digunakan adalah 0,05-100 milidetik. Lubang yang dihasilkan

berdiameter kecil dan dalam (karenanya disebut dengan istilah keyhole), kawasan

yang dipangaruhi oleh panas sangat sempit, dan efisiensi konversi energinya

tinggi, sekitar 65%. Karena sinar elektron dapat dibelokkan dengan kumparan

elektromagnetik, maka hasil pemotongan berkualitas tinggi dapat dibuat dalam

pola yang kompleks, hampir-hampir pada sembarang bahan.

Pistol elektron harus selalu berada dalam kondisi vakum tinggi. Penetrasi

yang paling dalam diperoleh bilamana benda kerja juga terbungkus dalam kondisi

vakum tinggi (10-4 hingga 10-1 Pa), tetapi pengisapan ruangannya membutuhkan

waktu beberapa menit. Kondisi vakum sedang (0,1-3 kPa) masih memungkinkan

operasi terhadap banyak jenis logam dengan waktu isap kurang dari 1 menit.

Dengan perangkap-perangkap vakum berkonstruksi khusus, sinar elektron yang

keluar dari pistol dapat berubah menjadi gas pelindung (shielding gas), tetapi

intensitas daya yang dihasilkan di luar ruangan atau pada operasi nonvakum jauh

lebih rendah.

Dengan denyutan individual, lubang-lubang kecil (berdiameter 0,1-0,3 mm

pada pelat setebal 0,1 mm, dan berdiameter 0,6-0,85 mm pada bahan setebal 8

MRN / MIH 391


mm) dapat dibuat secara luar biasa cepat; ribuan lubang dapat dibuat hanya dalam

hitungan menit. Rasio kedalaman terhadap diameter mencapai 15. Untuk lubang-

lubang tembus, suatu sandaran sementara diperlukan untuk mempertahankan

tekanan uap; sandaran ini sering kali terbuat dari serbuk kuningan dalam karet

silikon atau epoksi. Komponen-komponen mesin jet seperti halnya spinneret dari

serat-serat kaca dan polimer sering kali dibuat dengan teknik ini.

Gambar 9.4 Pemotongan dengan sinar elektron menghasilkan kerapatan energi yang sangat tinggi


9.5.2 Pemesinan dengan Sinar Laser (Laser Beam Machining / LBM)

Kata laser berarti pelipatgandaan cahaya dengan merangsang pancaran

radiasi. Sejumlah bahan (media pencetus laser) akan memancarkan sinar

monokromatik, koheren, dan sangat segaris ketika dicetuskan (dipompa) oleh

beberapa sumber energi yang sesuai. Aplikasi-aplikasinya telah menjamur karena

kerapatan energi yang sangat tinggi dapat dicapai, tanpa memerlukan kondisi

vakum, dan jenis sinar ini dapat dengan mudah dan cepat diarahkan dengan alat

optik yang sesuai.

Laser mula-mula menggunakan rubi (kristal Al2O3 dengan ion-ion Cr)

sebagai media pencetus sinar laser dan las seperti ini masih bermanfaat untuk

banyak hal, seperti penjajaran dan pengukuran. Untuk tujuan manufaktur, tiga

macam laser telah menemukan aplikasinya, masing-masing memberikan sinar

MRN / MIH 392


dengan panjang gelombang berbeda. Ukuran spot (noktah sinar) merupakan

fungsi dari panjang gelombang dan sifat optik, tetapi biasanya menurun seiring

dengan panjang gelombang. Jadi, lebar potongan (alur) juga menurun dengan

menurunnya panjang gelombang.

1. Laser-laser gas. Yang paling banyak digunakan adalah laser-laser CO2,: laser-

laser ini berisi campuran gas dimana CO2 merupakan media pencetus laser,

dibangkitkan melalui pelepasan listrik di antara elektroda-elektroda yang

ditempatkan di dalam pipa pelepasan. Sinar yang dipancarkan memiliki

panjang gelombang 10,6 µm, jauh dari kisaran inframerah dan dapat

diarahkan dengan cermin. Unit-unit besar dapat menghasilkan lebih dari 40

kW, dengan menggunakan jenis kontinu, dengan tingkat efisiensi 15%; jika

menggunakan jenis berdenyut, energi yang dihasilkan 1 J/denyut.

2. Laser status padatan. Laser Nd:YAG, yang paling penting dalam industri,

mengandung ion-ion neodymium dalam konsentrasi kecil di dalam batu

delima yttrium aluminium (YAG). Sinar putih dipompakan dengan intensitas

tinggi dari lampu xenon atau kripton (Gambar 9.5a), sinar itu memancarkan

radiasi dengan panjang gelombang 1,06 m (mendekati inframerah), yang

dengan alat-alat optik dari serat dapat diarahkan sampai pada jarak yang

sangat jauh tanpa menimbulkan rugi-rugi yang berlebihan. Pancaran sinar

dapat dibagi-bagi di antara beberapa pemancar, tetapi memerlukan investasi

lebih tinggi. Dapat dioperasikan dengan denyutan atau secara kontinu; laser

bergerak hingga 500 J/denyut dengan durasi 0,1-20 milidetik, atau beberapa

kW jika secara kontinu. Dalam semuanya itu, efisiensi konversi energinya

tergolong rendah, sekitar 2%.

3. Laser excimer. Peralatan ini memiliki hasil yang jauh lebih rendah dan

digunakan paling banyak untuk pemesinan berskala mikro dan pemrosesan

semikonduktor (dan juga dalam pembedahan mata). Dalam pelepasan arus

listrik, atom gas mulia (Ar, Kr, Xe) dan gas halogen (Cl2 atau F2) membentuk

dimer (karena itu disebut excited dimmer atau dimer yang dibangkitkan).

Ketika pelepasan arus listrik berlalu, dimer-dimer akan terbelah dan

memancarkan sinar UV. Energi yang diserap oleh bahan target cukup besar

MRN / MIH 393


untuk menghancurkan ikatan kimia dan mengeluarkan atau menyingkirkan

molekul-molekul kecil tanpa melalui peleburan. Sebuah pelindung harus

digunakan unluk menentukan suatu pola (pengetsa tanpa panas).

Gambar 9.5 Kerapatan energi yang tinggi yang dihasilkan oleh (a) sinar laser dapat digunakan untuk pemotongan, dan pemotongan dapat sangat dipercepat bila (b) oksigen diikutkan ke kawasan pemotongan.


Sinar laser dapat difokuskan dengan lensa yang terbuat dari bahan-bahan

transparan pada panjang gelombang khusus (seng selenida atau germanium untuk

CO2, dan alat-alat optik kaca konvensional untuk laser YAG). Karena pancaran

sinarnya sangat segaris, maka untuk ukuran spot 0,2-0,3 mm, kerapatan energi

puncak sebesar 5-200 kW/mm2 dapat tercapai. Bergantung pada kerapatan energi

yang digunakan, beberapa bahan akan melebur (terkikis); beberapa menguap,

membentuk lubang-lubang berdiameter kecil dan dalam, seperti pada pemotongan

dengan EB. Proses pemesinan hingga kedalaman yang terkontrol dimungkinkan

untuk beberapa tingkatan. Sering kali, oksigen dialirkan ke permukaan untuk

meningkatkan serapan energi (Gambar 9.5b). Reaksi oksidasi eksotermik juga

menghasilkan panas dan mempercepat peleburan; selanjutnya oksida melebur

pada suhu yang lebih rendah dan dihembuskan keluar. Baja-baja yang telah

menerima perlakuan panas dapat juga dipotong; kualitas tepi dapat sangat baik

bahkan untuk pendesak dan landasan bentuk yang digunakan dalam pengerjaan

logam pelat.

MRN / MIH 394


Laser memberikan satu solusi untuk masalah-masalah yang sulit dalam

pengedrilan lubang-lubang pada bahan-bahan keras. Pada pengedrilan ketuk

(percussion drilling) dengan ketukan yang terus-menerus, lubang yang dihasilkan

tergantung pada ukuran sinar, yang bervariasi menurut fokus; toleransi yang

diberikan sekitar 0.03 mm. Pada proses pembuatan lubang yang dangkal

(trepanning), lingkaran dibentuk dengan toleransi 0,013 mm. Ukuran minimum

lubang biasanya 0,5 mm untuk laser CO2, 0,08 mm untuk laser Nd:YAG, dan 1 µm

untuk laser excimer. Lubang-lubang buntu tidak dapat dibuat dengan kedalaman

yang pasti.

9.6 Pemesinan Bahan-bahan Non-Logam

9.6.1 Pemesinan Keramik

Sebagian besar keramik bersifat keras dan berlaku sebagai bahan abrasif

bagi mereka sendiri. Ole karena itu, pemesinannya sering kali terbatas pada

proses pengikisan oleh keramik lain yang lebih keras. Dalam hal ini, intan dapat

digunakan untuk membentuk roda gerinda, atau untuk menghaluskan ujung-u .jung

alat potong atau komponen-komponen keramik (misal Al2O3). Semua proses

pemesinan ini adalah abrasif termasuk penggerindaan, pemolesan (polishing),

lapping, pemesinan ultrasonik, hydrohoning, penghancuran butiran (grit blasting),

dan pemotongan dengan pancaran air abrasif (abrasive water jet cutting)

digunakan baik untuk proses pcnyelesaian menyeluruh maupun untuk

pembentukan terbatas pada komponen-komponen keramik (termasuk kaca).

Keramik-keramik yang rentan terhadap serangan bahan-bahan kimia (seperti kaca

terhadap asam HF) dapat dimesin secara kimia (dietsa). Proses abrasif mekanis

sebagaimana pula dengan proses abrasif secara kimia-mekanis telah

dikembangkan untuk penyelesaian bahan-bahan getas sehingga memiliki tingkat

kualitas permukaan yang sangat tinggi.

Melalui penggerindaan umpan mulur (creep-feed), pengembangan bentuk

dari prabentuknya yang sederhana dapat menjadi ekonomis. Dibanding logam,

kecepatan pemesinannya tergolong rendah (45 m/detik); kedalaman

pemotongannya sekitar 2,5-6 mm, dan laju pengumpanannya 250-600 mm/menit.

Panas yang timbul dilepaskan dalam partikel-partikel sehingga tegangan-

MRN / MIH 395


tegangan, daya, dan suhu lebih rendah daripada dalam proses penggerindaan

permukaan

Banyak proses nontradisional menemukan aplikasinya. EDM dapat

dikerjakan dengan mudah jika hambatan listrik yang digunakan di bawah 300

cm. Penguapan dengan sinar laser cocok digunakan dalam pengedrilan

keramik serta kristal silikon dan secara luas digunakan untuk menandai substrat-

substrat elektronik: pelubangan sebagian tersebut akan menciptakan garis

lompatan sepanjang komponen dapat dipisahkan sccara aman.

9.6.2 Pemesinan Plastik

Meskipun plastik memiliki struktur yang lebih molekuler daripada ionik,

proses pembentukan yang menghasilkan tatal dapat diterapkan asalkan

kelonggaran harus diberikan untuk membedakan sifat-sifatnya.

1. Dibanding logam, plastik memiliki modulus elastisitas rendah dan mudah

disimpangkan oleh gaya-gaya pemotongan, karena itu plastik harus ditopang

secara hati-hati.

2. Karena perilaku viskoelastis dari termoplastik, sejumlah deformasi elastis

lokal yang disebabkan oleh pemotongan tepi akan memulih ketika beban

dihilangkan. Oleh karena itu, alat-alat potongnya harus dibuat dengan sudut-

sudut relief yang besar dan alat-alat potong tersebut harus diatur lebih rapat

dari ukuran akhir komponen.

3. Pada umumnya plastik memiliki konduktivitas termal rendah; karena itu,

panas yang timbul pada kawasan pemotongan tidak tersebar ke seluruh bagian

benda plastik tersebut dan permukaan potongan mungkin menerima panas

berlebihan. Pada resin termoplastik, suhu kaca transisi Tg mungkin tercapai

dan permukaan hasil potongan menjadi hangus atau rusak, sedangkan pada

resin termoplastik dapat terjadi kegagalan dan keretakan akibat panas. Karena

itulah gesekan harus diturunkan dengan cara menghaluskan muka-muka alat

potong yang aktif dengan polishing dan honning dan dengan memberikan

hembusan udara atau zat pendingin cair (lebih disukai yang berbasis air,

kecuali jika merusak plastik). Kehalusan permukaan terbaik dihasilkan pada

MRN / MIH 396


kecepatan tinggi dan umpan rendah. Gigi-gigi gergaji harus berjarak lebar

untuk menghindari pemanasan yang berlebihan.

4. Karena kawasan geser memendek dan energi pemotongan berkurang dengan

sudut tatal yang besar, maka alat-alat potong harus dibuat dengan sudut tatal

positif dan besar. Ini dimungkinkan karena kekuatan plastik yang rendah jika

dibandingkan dengan logam. Akan tetapi, pada sudut tatal yang berlebihan,

mekanis pemotongan berubah menjadi pembelahan yang memberikan aksi

pengangkatan pecahan-pecahan kasar dan terpotong-potong sehingga

permukaan yang dihasilkan sangat buruk.

5. Alat potong pengedrilan jenis twist drill harus menggunakan alur yang luas

dan telah dihaluskan dengan polishing sudut kemiringan alunrnya harus

rendah (< 30) atau bahkan nol, dan sudut keruncingan ujungnya sekitar 60°-

90°, terutama untuk plastik-plastik yang lebih lunak, meskipun beberapa jenis

plastik seperti PP dapat didril dengan metode pengedrilan standar.

6. Plastik terkadang dapat sulit dimesin bila diperkuat dengan bahan-bahan

pengisi. Serat-serat kaca khususnya tergolong keras bagi alat potong, dan

biasanya hanya alat-alat potong dari karbida atau intan yang dapat digunakan

untuk itu.

7. Proses pemangkasan komponen-komponen plastik sering dikerjakan melalui

proses-proses nonkonvensional. Metode pancaran air sudah mcncukupi untuk

pemangkasan plastik tanpa bahan pengisi, tetapi untuk plastik yang

mengandung bahan pengisi pemangkasannya harus dilakukan dengan

memakai metode pancaran air abrasif; proses-proses ini tidak dapat digunakan

untuk plastik-plastik yang bersifat mcnyerap air (seperti aramid). Pada

pemotongan dengan memakai sinar berenergi tinggi, rantai polimer akan

terputus, polimer-polimer termoplastik akan melebur, dan termoset akan

terurai (hangus). Pinggiran-pinggiran yang bersih dihasilkan.

9.6.3 Pemesinan Komposit

Masalah umum dalam pemotongan komposit adalah lepasnya lapisan, tepi

yang kasar, dan tertarik keluarnya serat atau resin. Karena itulah proses-proses

nontradisional secara luas digunakan untuk pembuatan lubang-lubang,

MRN / MIH 397


pemangkasan. Komponen-komponen yang baru selesai dikerjakan dan pembuatan

blank-blank (bakalan) untuk pembentukan berikutnya. Keuntungan besarnya

adalah tidak terjadi aksi penggosokan sehingga tepi-tepinya tertutup rapat. Robot-

robot dengan kontrol multiaksis diperlukan untuk menangani komponen yang

memiliki konfigurasi 3D.

Metode pancaran air abrasif dapat digunakan untuk semua komposit

matriks plastik; tetapi harus sangat dihindari untuk komposit-komposit serat

aramid. Plastik dapat dipotong menggunakan laser, meskipun beberapa di

antaranya akan mengalami penguraian atau menjadi hangus. Laser digunakan

untuk komposit kaca/epoksi atau Kevlar/epoksi, tetapi tidak boleh digunakan

untuk plastik yang diperkuat dengan karbon-serat karena karbon tidak menguap

pada suhu yang cukup rendah. Komposit-komposit kaca/epoksi dapat pula hangus

dan bagian-bagian tepinya menjadi konduktif; karena itu. jika sifat isolalornya

dianggap penting, maka tepi yang rusak harus dihilangkan

Kayu merupakan polimer alami dengan struktur yang sangat teratur.

Kekuatannya yang relalif rendah memungkinkan pengerjaannya dilakukan dengan

sudut tatal positif. Tetapi, aksi pembelahan akan terjadi di depan alat potong bila

arah butir mendukung terjadinya pembelahan pada sudut tertentu yang akan

memperbesar ketebalan tatal yang belum terdeformasi. Potongan berkualitas

tinggi dihasilkan dengan laser jika kerapatan energinya cukup tinggi untuk

memungkinkan terjadinya penguapan.

Komposit bermatriks logam; seperti ujung-ujung alat potong dari karbida,

dapat digerinda atau diasah secara konvensional menggunakan roda gerinda yang

menganduung intan, atau konduktivitas listrik matriks dapat pula dimanfaatkan

dengan menerapkan proses pemesinan dan penggerindaan dengan pelepasan

listrik atau secara elektrokimia.

MRN / MIH 398


9.7 Penutup

9.7.1 Kesimpulan

Dari uraian kuliah di atas, hal-hal penting yang perlu diketahui yaitu bahwa:

1. Karakteristik umum dari proses pemesinan nontradisional adalah

penghilangan bahan terjadi bukan dengan pembentukan tatal, melainkan

melalui penguraian secara kimia, peleburan, penguapan, atau pemutusan

ikatan. Oleh karena itu, proses-proses ini tidak rentan terhadap kekerasan

bahan benda kerja dan menempati posisi khusus dalam proses pemesinan

baja-baja perkakas (alat pembentuk atau alat potong) yang telah menerima

perlakuan panas menyeluruh, paduan-paduan super, keramik, dan komposit.

2. Pemesinan secara kimia tergolong berjalan lambat, namun dapat diterapkan

untuk permukaan yang luas, karena produktivitasnya dapat diterima, terutama

jika pekerjaan pemberian lapisan pelindung dipercepat.

3. ECM menawarkan lebih banyak peningkatan laju pembuangan bahan pada

bahan-bahan yang memiliki konduktivitas listrik. Penggerindaan secara EC

bermanfaat dalam pembentukan alat-alat pembentuk atau alat-alat potong dari

karbida semen.

4. EDM menduduki tempat yang berarti dalam pembuatan alat potong dan

landasan-bentuk. Ram-EDM untuk menghasilkan lubang-lubang atau rongga-

rongga dengan bentuk yang kompleks dan wire-EDM telah menjadi proses

pilihan untuk membuat berbagai bentuk landasan-bentuk dua dimensi.

5. Pemotongan dengan sinar elektron dan, lebih sering pemotongan dengan sinar

laser sesuai diterapkan untuk pembuatan komponen-komponen dengan skala

produksi kecil dan menengah. Karena sinar-sinar laser membutuhkan

pengondisian vakum maka sinar-sinar laser tersebut dapat disatukan ke dalam

pusat-pusat pemotongan yang dilengkapi dengan pendesak-pendesak mekanis

dan meja x-y. Laser juga dapat digunakan untuk membuat tulisan atau gambar

dan menandai semua bahan.

6. Proses-proses nontradisional sering kali menawarkan satu-satunya cara untuk

membuat lubang-lubang yang kecil dan dalam pada bahan-bahan yang sangat

keras.

MRN / MIH 399


7. Banyak proses dapat menimbulkan bahaya bagi kesehatan. Bahan-bahan

kimia yang digunakan dalam CM dan ECM; bersifat korosif dan

penanganannya membutuhkan tempat pembuangan gas dan pakaian

pelindung. Banyak fluida yang digunakan dalam EDM bersifat mudah

terbakar dan alat pemadam kebakaran otomatis harus dipasang. Instalasi

pembangkit sinar berenergi tinggi harus tertutup dan pelindung mata harus

digunakan.

9.7.2 Soal Latihan

1. Sebutkan klasifikasi proses pemesinan nontradisional menurut cara kerjanya!

2. Sebutkan dan jelaskan aplikasi-aplikasi yang dapat dilakukan dengan proses

pemesinan secara kimia (chemical machining) !

3. Sebutkan dan jelaskan jenis/versi proses yang digunakan dalam pemesinan

secara elektrokimia (electrochemical machining)!

4. Jelaskan prinsip kerja dari:

a. Ram-EDM

b. Wire-EDM

5. Sebutkan dan Jelaskan prinsip kerja dari tiga jenis laser yang banyak

digunakan dalam proses pemesinan dengan sinar laser !

6. Jelaskan hal-hal yang harus diperhatikan dalam pemesinan plastik !

MRN / MIH 400

bab 9

Documents