ELECTRICAL DISCHARGE MACHINES (EDM)

Keakuratan sekitar 0,00002 inchi (0,0005 mm) untuk mesin Wire EDM.Keakuratan 0,0001 inchi (0,0025 mm) untuk mesin Ram EDM.Kehalusan permukaan sekitar VDI 0 (4 microinchi) untuk Wire EDM.Kehalusan permukaan VDI 5 (2 microinchi) untuk Ram EDM.Keutuhan permukaan (surface integrity) adalah 1/20 juta untuk setiap inchi ketebalan recast layer untuk Wire dan Ram EDM.Panjang retakan mikro adalah 1/20 juta untuk Wire dan Ram EDM. Hasil ini sama atau lebih baik dari pada permukaan hasil proses gerinda.

Kerugian EDMBeberapa kerugian dari EDM, antara lain :Laju yang lambat removal material.Mesin EDM dan perlengkapannya masih relatif mahalTambahan waktu dan biaya yang digunakan untuk membuat elektroda untuk ram / setempel EDM.Proses erosi benda sangat kecil, sehingga waktu operasinya relatif lamaMereproduksi sudut tajam pada benda kerja sulit karena memakai elektroda.Harus dioperasikan oleh operator yang tidak alergi terhadap cairan dielektrikKonsumsi daya spesifik sangat tinggi.Penggunaan mesin EDM dibatasi oleh ukuran tangki kerja penampung cairan dielektrik.Keterbatasan EDMMesin EDM standar popular yang digunakan sekarang memiliki keterbatasan :Untuk Wire EDM, ukuran maksimum benda kerja sekitar 59 inchi (1.500 mm) pada sumbu Y, 24 inchi (600 mm) pada sumbu Z dan tidak terbatas pada sumbu X.Untuk Ram EDM, ukuran benda kerja maksimum sekitar 59 inchi (1.500 mm) pada sumbu Y, 17 inchi (520 mm) pada sumbu Z, dan 98 inchi (2500 mm) pada sumbu X.Pembuatan bentuk sudut/tirus pada Wire EDM adalah hal yang perlu dipertimbangkan. Sudut tirus maksimum adalah 450, walaupun beberapa bengkel telah berhasil mencapai 500. Perbandingan sudut dan tinggi maksimum adalah 300 pada ketinggian 16 inchi (400 mm).Hambatan listrik maksimum untuk benda kerja dan pencekam sekitar 0,5-5,0 ohm/cm untuk Mesin Wire dan Ram EDM.DEFINISI EDMElektrical discharge machinine (EDM) adalah sebuah mesin dengan metode untuk menghilangkan bahan oleh serangkaian cepat berulang lucutan listrik di antara elektroda (alat potong) dan bagian pekerjaan, di hadapan medan.Electrical Discharge Machine (EDM) adalah suatu mesin perkakas Non Konvensional yang proses pemotongan material (material removal) benda kerjanya berupa erosi yang terjadi karena adanya sejumlah loncatan bunga api listrik secara periodik pada celah antara katoda (pahat) dengan anoda (benda kerja) di dalam cairan dielektric. Algoritma Genetik / Algoritma Evolusioner Saat ini terdapat berbagai macam teknik dan metode optimisasi yang dapat dipilih, diantaranya adalah Algoritma Genetik. Algoritma Genetik merupakan bagian dari sekelompok teknik optimisasi yang dikenal dengan nama Algoritma Evolusioner (Evolutioner Algorithms). Pada kelompok ini terdapat tiga tipe utama yaitu Algoritma Genetik, pemrograman evolusioner, dan strategi evolusi. Diantara ketiga tipe tersebut, Algoritma Genetik paling luas digunakan terutama untuk optimisasi masalah yang kompleks. Metode ini menggunakan suatu model matematika untuk menghitung harga optimum dari parameter-parameter proses.

SEJARAH EDMPada tahun 1770 ilmuan Inggris bernama Joseph Priestly menemukan efek erosi dari percikan arus listrik. Kemudian penemuan itu dikembangkan oleh ilmuan Rusia bernama B. Larzarenko tahun 1943 yaitu dengan memanfaatkan percikan arus listrik untuk membuat proses yang terkontrol untuk permesinan secara elektrik pada bahan konduktif yang kemudian dikenal dengan proses EDM.PERKEMBANGAN EDMEDM lebih maju dikembangkan dari pada masa itu, ada dua macam mesin EDM yaitu :Stempel EDM (biasanya disebut Sinker EDM atau Ram EDM)Wire EDMPerbedaan umum dari keduanya adalah jenis elektroda yang digunakan.EDM berkembang bersama dengan Mesin Bubut, Mesin Frais, dan Mesin Gerinda sebagai teknologi yang terdepan.EDM terkenal dalam hal kemampuannya untuk membuat bentuk kompleks pada logam-logam yang sangat keras.

Penggunaan yang umum untuk Mesin EDM adalah :Pemesinan DiesPerkakas PotongCetakan (molds) yang terbuat dari baja yang telah dikeraskanTungsten CarbideHigh Speed SteelDan material yang lain yang tidak mungkin dikerjakan dengan cara tradisional (penyayatan).

Proses ini juga telah menyelesaikan banyak masalah pada pembuatan bahan exotic, seperti Hastelloy, Nitralloy, Waspaloy, dan Nimonic, yang digunakan secara luas pada industri-industri pesawat ruang angkasa. Faktor lain yang menyebabkan berkembangnya penggunaan EDM adalah kemampuannya mengerjakan bentuk tipis, khususnya dalam pengerjaan ketinggian dan ketirusan. EDM yang menggunakan kawat Wire EDM mampu membelah dengan ketinggian 16 inchi ( 400 mm), dengan kelurusan 0,0005 inchi ( 0,0125 mm) tiap sisi.

BAGIAN-BAGIAN EDMKomponen utama EDMProses EDM dilakukan dengan sebuah sistem yang mempunyai dua komponen pokok yaitu mesin dan power supply.Gambar basic sistem EDMGambar bagian-bagian Electrical Discharge Machine

Komponen dan fungsinya:Meja mesin EDM fungsinya digunakan sebagai tempat dudukan mesin EDM Cairan dielektrik merupakan fluida pendingin dan pembersih kotoran benda kerja Elektroda merupakan pahat yang digunakan untuk menghantarkan tegangan listrik dan mengerosi benda kerja menjadi bentuk yang diinginkan Kepala Mesin funsinya sebagai tempat pahat dan komponen utama dari mesin EDM merupakan kapasitor berfungsi untuk menyimpan energi listrik yang akan dilepaskan pada proses pengerjaan benda kerjaVoltmeter digunakan untuk mengukur beda potensial pada rangkaian mesin Amperemeter digunakan untuk mengukur besar arus yang mengalir pada mesin

JENIS-JENIS EDMAda dua jenis Electrical Discharge Machines yaitu :Stempel EDM / Sinker EDM / Ram EDM Wire EDM

PRINSIP KERJAMaterial removal yang berupa erosi terjadi akibat adanya loncatan bunga api listrik diantara elektroda dan benda kerja dalam cairan dielektric. Loncatan bunga api listrik terjadi apabila beda tegangan antara pahat dan benda kerja melampaui break down voltage celah dielektric. Break down voltage bergantung pada :Jarak terdekat antara elektroda (pahat) dengan benda kerjaKarakteristik tahanan dari cairan dielectricTingkat kotoran pada celah diantara elektroda dengan benda kerja.Jenis elektroda yang digunakan

PERHITUNGAN PADA EDMUntuk mengetahui kecepatan pemakanan material atau Material Removal Rate (MRR), maka perhitungan dilakukan dengan rumus berikut:

Dimana:MRR = Material Removal RateVolume = panjang x lebar x tinggi (mm3)Waktu = Waktu proses EDM (min)

Untuk mengetahui keausan pahat, dengan mengukur massa elektroda yang hilang selama proses, yang merupakan selisih massa sebelum dan setelah digunakan. Perhitungan dilakukan dengan rumus berikut:

Dimana:M1 = Massa elektroda sebelum prosesM2 = Massa elektroda setelah prosesM aus = Massa elektroda yang hilang selama prosesT = Waktu selama proses EDM (min)

Perhitungan overcut dan efek ketirusan yaitu:Overcut (Oc) = Keterangan: d0 = diameter luar dari pahat (elektroda)

==

= arctan Dimana: d1 = diameter minimum dari tapering yang terjadid2 = diameter maksimum dari tapering yang terjadih = ketebalan lubang pada tapering yang terjadi pada benda kerja

PROSES KERJAElektroda yang berisi tegangan listrik didekatkan ke benda kerja (elektrode positif mendekati benda kerja/turun). Di antara dua elektrode terdapat minyak isolasi (tidak menghantarkan arus listrik), yang pada EDM di namakan cairan dielectric.Meskipun cairan dielektrik adalah sebuah isolator yang bagus, beda potensial listrik yang cukup besar menyebabkan cairan membentuk partikel yang bermuatan, yang menyebabkan tegangan listrik melewatinya dari elektrode ke benda kerja.

Dengan adanya graphite dan partikel logam yang tercampur ke cairan dapat membantu transfer tegangan listrik dengan cara partikel-partikel (konduktor) membantu dalam ionisasi minyak dielektrik dan membawa tegangan listrik secara langsung, serta partikel-partikel dapat mempercepat pembentukan tegangan listrik dari cairan. Daerah yang memiliki tegangan listrik paling kuat adalah pada titik di mana jarak antara elektrode dan benda kerja paling dekat.

Gambar Proses Ram EDMGambar Proses Wire EDM

Ketika jumlah partikel bermuatan meningkat, sifat isolator dari cairan dielektrik menurun sepanjang tengah jalur sempit pada bagian terkuat di daerah tersebut. Tegangan meningkat hingga titik tertinggi tetapi arus masih nol.Partial discharge adalah peristiwa pelepasan / loncatan bunga api listrik yang terjadi pada suatu bagian isolasi (pada rongga dalam atau pada permukaan) sebagai akibat adanya beda potensial yang tinggi dalam isolasi tersebut. Partial discharge dapat terjadi pada bahan isolasi padat, bahan isolasi cair maupun bahan isolasi gas. Mekanisme kegagalan pada bahan isolasi padat meliputi kegagalan asasi (intrinsik), elektro mekanik, streamer, thermal dan kegagalan erosi. Kegagalan pada bahan isolasi cair disebabkan oleh adanya kavitasi, adanya butiran pada zat cair dan tercampurnya bahan isolasi cair. Pada bahan isolasi gas mekanisme townsend dan mekanisme streamer merupakan penyebab kegagalan.Proses pengerjaan dengan EDM dapat dikelompokkan secara garis besar ke dalam bentuk-bentuk proses sebagai berikut :Sinking proses :DrillingDie sinking

Cutting proses :Slicing dengan pahat yang berupa keping yang diputarSlicing dengan pahat yang berupa pita metalCutting dengan pahat yang berupa kawat (Wirecut)Grinding proses :External grindingInternal grindingGerinda permukaan atau gerinda bentuk

Proses EDM harus dilakukan dalam suatu media fluida dielektrik, yang merupakan penghantar untuk setiap pelepasan muatan listrik (discharge) karena fluida akan menjadi terionisasi di dalam celah. Pelepasan muatan listrik dihasilkan oleh catu daya listrik arus searah yang dihubungkan dengan bendakerja dan elektrode.Gambar di samping menunjukkan celah antara elektrode perkakas dan benda kerja. Pelepasan muatan listrik terjadi pada dua permukaan yang terdekat. Ionisasi fluida dielektrik pada lokasi tersebut merupakan penghantar untuk pelepasan muatan. Pada daerah tempat terjadinya pelepasan muatan listrik tersebut akan timbul panas dengan temperatur sangat tinggi sehingga bagian kecil permukaan bendakerja secara tiba-tiba menjadi lebur dan terlepas.

Gambar Pemesinan Pelepas Muatan ListrikAliran fluida kemudian membersihkan partikel kecil (serpihan) tersebut. Melepasnya bagian kecil dari permukaan bendakerja menyebabkan jarak dari elektrode perkakas menjadi lebih jauh, sehingga bagian lain yang lebih dekat akan mengalami proses yang sama dengan sebelumnya. Demikian seterusnya sampai semua daerah mengalami pengurangan yang sama. Walupun pelepasan muatan listrik secara individual melepaskan bagian demi bagian dari bendakerja, tetapi hal ini terjadi ratusan bahkan ribuan kali per detik sehingga pengikisan secara bertahap akan terjadi pada semua bagian permukaan dalam daerah celah tersebut.Bila salah satu parameter ini meningkat, maka laju pelepasan material juga akan meningkat. Kekasaran permukaan juga dipengaruhi oleh arus dan frekuensi, seperti ditunjukkan dalam gambar di bawah ini Permukaan akhir yang paling baik dihasilkan dalam EDM dengan pengoperasian pada frekuensi yang tinggi dan arus pelepasan muatan listrik yang rendah.

Karena perkakas memberikan penetrasi pada benda kerja, maka ini berarti telah terjadi proses pemesinan lubang pada bendakerja diluar ukuran perkakas (perkakas tidak menyentuh bendakerja). Jarak antara perkakas dengan bendakerja pada saat pemesinan lubang terjadi disebut overcut. Overcut sebagai fungsi arus dan frekuensi ditunjukkan dalam gambar di samping ini.

Perlu dicatat bahwa temperatur bunga api yang tinggi tidak hanya menyebabkan meleburnya bendakerja tetapi juga melebur perkakas, sehingga akan terjadi rongga kecil pada permukaan yang berhadapan dengan rongga yang dihasilkan pada bendakerja. Keausan perkakas biasanya diukur sebagai rasio antara material yang dilepaskan pada bendakerja dengan material yang dilepaskan pada perkakas. Rasio ini berkisar antara 1,0 sampai 100 atau sedikit di atasnya, tergantung pada kombinasi material bendakerja dengan material elektrode perkakas. Elektrode perkakas biasanya dibuat dari:

grafit,tembaga tungsten,tembaga,perak tungsten, kuningan,material yang lain.

Pemotongan kabel pelepasan muatan listrik (EDWC), sering disebut EDM kabel, adalah bentuk khusus pemesinan pelepasan muatan listrik yang menggunakan kabel berdiameter kecil sebagai elektrode untuk memotong benda kerja. Proses pemotongan dalam EDM kabel dilakukan dengan energi termal dari pelepasan muatan listrik antara kabel elektrode dan bendakerja. Kendali numerik digunakan untuk mengendalikan gerakan benda kerja selama pemotongan. Pada saat pemotongan, kabel secara kontinu digerakkan dari satu penggulung ke penggulung yang lain agar elektrode ke bendakerja selalu dalam keadaan baru dengan diameter konstan, sehingga celah pemotongan yang dihasilkan tetap sama selama proses berlangsung. Seperti pada EDM, EDM kabel harus dilakukan dalam media dielektrik. Hal ini dilakukan dengan nosel yang diarahkan pada antarmuka (interface) perkakas dan bendakerja, atau dengan memendam bendakerja dalam bak dielektrik.Diameter kabel berkisar dari 0,003 hingga 0,012 in. (0,076 hingga 0,30 mm), tergantung pada lebar potongan yang diinginkan. Material yang digunakan untuk kabel adalah kuningan, tembaga, tungsten, dan molibdenum. Fluida dielektrik yang digunakan adalah air atau oli yang telah dideionisasi. Seperti pada EDM, pada EDM kabel juga terjadi overcut yang membuat celah potong (kerf) lebih lebar daripada diameter kabel, seperti ditunjukkan dalam gambar di bawah ini. Overcut ini berkisar dari 0,0008 hingga 0,002 in. (0,020 hingga 0,051 mm).

PENGGUNAAN EDMKarakteristik yang mengharuskan penggunaan EDM, jika benda kerja berbentuk sebagai berikut :Dinding yang sangat tipis.Lubang dengan diameter sangat kecilRasio ketinggian dan diameter sangat besar.Benda kerja sangat kecilSulit dicekam.EDM dapat digunakan pada material benda kerja sebagai berikut:KerasLiatMeninggalkan sisa penyayatanHarus mendapat perlakuan panasEDM dapat digunakan untuk beberapa proses yaitu :Pengaturan / setup berulang, macam-macam pengerjaan, macam-macam proses pencekaman benda.Broaching.Stamping yang prosesnya cepat.EDM juga dapat digunakan dengan beberapa alasan berikut :Jam kerja 24 jam dengan hanya satu shift operator.Memerlukan proses yang tidak mementingkan perhatian khusus dari pekerja secara intensif.EDM tidak dipengaruhi oleh kekerasan bahan benda kerja, sehingga sangat bermanfaat bila digunakan untuk mengerjakan benda kerja dengan kekerasan di atas 38 HRc. Bahan tersebut meliputi baja yang telah dikeraskan, Stellite dan Tungsten Carbide. Karena proses EDM menguapkan material sebagai ganti penyayatan, kekerasan dari benda kerja bukan merupakan faktor penting. Oleh sebab itu mesin Wire EDM dan Ram EDM digunakan untuk membuat bentuk komplek dies dan perkakas potong dari material yang amat keras.Bagian lain yang hanya bisa dikerjakan dengan EDM adalah kemampuannya membuat sudut dalam (internal corners) yang runcing. Pemesinan konvensional tidak mungkin mengerjakan kantong dengan pojok runcing, yang bisa dicapai adalah radius minimal sekitar 1/32 inchi yang paralel dengan sumbu pahat.APLIKASI EDMPrototipe produksi Proses EDM ini paling banyak digunakan oleh alat pembuatan cetakan dan industri, tetapi menjadi metode umum untuk pembuatan dan produksi prototipe bagian atau spare part terutama di kedirgantaraan, mobil dan industri elektronik di mana jumlah produksi relatif rendah. Dalam EDM setempel, sebuah grafit, tungsten atau murni tembaga, tembaga elektroda mesin yang diinginkan (negatif) bentuk dan dimasukkan ke dalam benda kerja di ujung ram vertikal. GAMBAR PROTOTIPE PRODUKSI

Membuat Koin MatiMembuat koin mati. Untuk penciptaan koin misalnya untuk memproduksi perhiasan dan lencana oleh uang logam (stamping) proses, master positif dapat dibuat dari perak murni, karena (dengan mesin yang sesuai pengaturan) master tidak secara signifikan terkikis dan hanya digunakan sekali. Mati negatif yang dihasilkan kemudian dikeraskan dan digunakan dalam sebuah drop palu untuk memproduksi dicap flat dari guntingan kertas kosong dari perunggu, perak, atau emas bukti paduan rendah. Untuk lencana flat ini dapat dibentuk lebih lanjut ke permukaan melengkung mati lain. Jenis ini biasanya dilakukan EDM terendam dalam minyak berbasis dielektrik. Objek yang sudah selesai dapat lebih disempurnakan oleh keras (gelas) atau lunak (cat) enameling dan electroplated dengan emas murni atau nikel. Bahan lembut seperti tangan perak dapat diukir sebagai perbaikan lencana benda mati di bawah, di sebelah kiri jet minyak (minyak telah dikeringkan). Awal stamping datar akan dapped untuk memberikan permukaan melengkung.GAMBAR MEMBUAT KOIN MATI

Lubang Pengeboran KecilLubang pengeboran kecil EDM untuk pengeboran lubang kecil yang digunakan untuk membuat lubang pada benda kerja di benang yang akan digunakan untuk kawat di EDM Wire-potong mesin. Pengeboran lubang kecil kepala sudah terpasang pada mesin potong kawat dan memungkinkan piring mengeras besar sudah selesai mengikis bagian dari mereka yang diperlukan dan tanpa pra-pengeboran. Ada juga yang berdiri sendiri pengeboran lubang kecil dengan mesin EDM x y sumbu juga dikenal sebagai seorang super lubang bor atau mesin dapat Popper yang buta atau melalui lubang. EDM Drills membuat lubang dengan panjang tabung kuningan atau tembaga elektrode yang berputar pada chuck dengan aliran konstan suling atau air deionized yang mengalir melalui elektroda sebagai agen pembilasan dan dielektrik. Tabung elektroda beroperasi seperti kawat-kawat di potong mesin EDM, memiliki celah elektroda dan mengenakan tarif. GAMBAR PENGEBORAN KECIL

GAMBAR BENDA KERJA HASIL DARI KINERJA EDM

KEUNTUNGAN DAN KERUGIAN EDMKeuntungan EDMKerugian EDMKeterbatasan EDMKESIMPULANSecara garis besar melihat dari beberapa faktor yang telah dijelaskan di atas maka dapat di ambil kesimpulan sebagai berikut :EDM adalah sebuah mesin dengan metode untuk menghilangkan bahan oleh serangkaian cepat lengkung berulang lucutan listrik di antara elektroda (alat potong) dan bagian pekerjaan, di hadapan medan listrik.Pengeluaran muatan listrik machining (EDM singkatan Electrical Discharge Machining.), bahasa sehari-hari kadang-kadang juga disebut sebagai spark machining, erosi percikan, terbakar, mati tenggelam atau kawat erosi, adalah suatu proses manufaktur mana yang ingin membentuk suatu objek, yang disebut benda kerja, dapat diperoleh dengan menggunakan lucutan listrik (percikan).Asal mula EDM (Electrical Discharge Machining) adalah pada tahun 1770, ketika ilmuwan Inggris Joseph Priestly menemukan efek erosi dari percikan arus listrik. Pada tahun 1943, ilmuwan Rusia B. Lazarenko dan N. Lazarenko memiliki ide untuk memanfaatkan efek merusak dari percikan arus listrik untuk membuat proses yang terkontrol untuk pemesinan secara elektrik pada bahan konduktif.Pada saat ini ada dua macam mesin EDM yaitu: Stempel EDM (Biasanya disebut Sinker EDM atau Ram EDM) dan Wire EDM.Cara kerja EDM adalah sebagai berikut : Pada Proses awal EDM, elektrode yang berisi tegangan listrik didekatkan ke benda kerja (elektrode positif mendekati benda kerja/turun). Di antara dua elektrode ada minyak isolasi (tidak menghantarkan arus listrik), yang pada EDM dinamai cairan dielectric. Walaupun cairan dielektrik adalah sebuah isolator yang bagus, beda potensial listrik yang cukup besar menyebabkan cairan membentuk partikel yang bermuatan, yang menyebabkan tegangan listrik melewatinya dari elektrode ke benda kerja. Dengan adanya graphite dan partikel logam yang tercampur ke cairan dapat membantu transfer tegangan listrik dalam dua cara: partikel-partikel (konduktor) membantu dalam ionisasi minyak dielektrik dan membawa tegangan listrik secara langsung, serta partikel-partikel dapat mempercepat pembentukan tegangan listrik dari cairan. Daerah yang memiliki tegangan listrik paling kuat adalah pada titik di mana jarak antara elektrode dan benda kerja paling dekat.