BAB III
TINJAUAN PUSTAKA
3.1 PENDAHULUAN
Segala peralatan industry yang kita gunakan sehari-hari merupakan hasil dari proses manufaktur atau dapat disebut machining process. Terdapat banyak jenis mesin-mesin manufaktur, namun secara umum dapat dibagi menjadi dua jenis, yaitu:
mesin konvensional dan non-konvensional .
Perbedaan mencolok antara mesin-mesin konvensional dan non-konvensional adalah terkait kontak yang terjadi antara benda kerja (workpiece) dengan peralatan machiningnya. Pada mesin konvesional, proses pemakanan (feeding process) atau proses pemahatan masih berkontak langsung dengan benda kerja, seperti: mesin bubut, milling, drilling dan sebagainya.
Sedangkan pada mesin non-konvensional, pada saat proses pemakanan (feeding process) tidak melakukan kontak secara langsung dengan benda kerja, teknologi tersebut yaitu : EDM (Electrical Discharge Machining), WJM (Water Jet Machining), LBM (Laser Beam Machining) dan sebagainya.
Salah satu mesin manufaktur non-konvesional yang sekarang populer digunakan adalah Wire Cut Machining. Dimana Wire Cut Machining merupakan salah satu jenis mesin yang termasuk kategori EDM. Pada kesempatan kali ini, saya akan membahas lebih detail terkait Wire Cut machining.
Gambar 3.1 Mesin Makino U-Series
3.1.1 Komponen Penyusun Wire Cut Machining
Berikut ini komponen-komponen umum penyusun Wire Cut Machining:
a. Computerized Numerical Control (CNC)
Awal lahirnya mesin CNC (Computer Numerically Controlled) bermula dari 1952 yang dikembangkan oleh John Pearseon dari Institut Teknologi Massachusetts, atas nama Angkatan Udara Amerika Serikat. Semula proyek tersebut diperuntukkan untuk membuat benda kerja khusus yang rumit.
Semula perangkat mesin CNC memerlukan biaya yang tinggi dan volume unit pengendali yang besar. Pada tahun 1973, mesin CNC masih sangat mahal sehingga masih sedikit perusahaan yang mempunyai keberanian dalam mempelopori investasi dalam teknologi ini. Dari tahun 1975, produksi mesin CNC mulai berkembang pesat. Perkembangan ini dipacu oleh perkembangan mikroprosesor, sehingga volume unit pengendali dapat lebih ringkas.
Dewasa ini penggunaan mesin CNC hampir terdapat di segala bidang. Dari bidang pendidikan dan riset yang mempergunakan alat-alat demikian dihasilkan berbagai hasil penelitian yang bermanfaat yang tidak terasa sudah banyak digunakan dalam kehidupan sehari-hari masyarakat banyak. CNC merupakan otak dari pergerakan wire (kawat) dalam proses pemakanan.
b. Power Supply
Merupakan komponen yang berfungsi sebagai sumber penyedia daya atau sumber tenaga penggerak sistem.
c. Komponen Mekanikal
Merupakan komponen mekanik, seperti: Meja kerja (worktable), mekanisme penggerak kawat dan Klam.
d. Dielektrik
Komponen yang berupa fluida yang berfungsi sebagai penyaring, pembersih hasil pemakanan dan menjaga konduktifitas air, resistifitas-nya dan temperatur.
3.2 PRINSIP KERJA WIRE CUT MACHINING
Wire cut menggunakan sebuah kawat elektroda (electrode wire) panas yang bergerak menembus benda kerja. Benda kerja yang dapat diproses menggunakan wire cut berupa material konduktif karena basis kerjanya menggunakan listrik. Panas yang terjadi pada kawat disebabkan oleh pulsa elektrik DC yang dibangkitkan antara kawat dengan benda kerja, hal ini serupa dengan proses EDM lainnya dimana kawat menjadi kutub negative dan benda kerja menjadi kutub positif sehingga akan dapat menimbulkan loncatan bunga api (sparking).
Di antara kawat dan benda kerja terdapat air yang ter-deionisasi yang disebut dielectric. Proses deionisasi akan menyebabkan air menjadi air murni yang berfungsi sebagai insulator dan air tap yang mengandung mineral, sehingga hal tersebut membuat kawat menjadi sangat konduktif.
Sedangkan untuk mengatur konduktifitas air, maka dibuatlah proses sirkulasi air pada sistem wire cut.
Proses permesinan wire cut merupakan proses permesinan dengan menggunakan proses erosi yang dihasilkan dari perbedaan potensial lewat sebuah kawat.
Elektrodanya adalah sebuah kawat gulungan yang terus berputar dan berganti selama proses permesinan berlangsung. Selama proses erosi, kawat selalu berganti dan
berputar agar pada setiap erosi kawat yang digunakan selalu baru dan tidak putus.
Kawat yang digunakan bisa terbuat dari tembaga , brass, zink,dll
3.2.1 Fungsi Gerakan Pada Mesin Wire Cut 1. Fungsi central control
Fungsi ini mengatur komunikasi antara operator dengan mesin serta berbagai macam elemen pada mesin. Fungsi ini terdiri dari : Central unit Central memori Disk drive Keyboard dan screen Power supplay mesin dan Remote penggerak axis
2. Fungsi dielektrikum
Yaitu sebagai media terjadinya proses lompatan listrik akibat perbedaan potensial.
3. Fungsi posisi
Fungsi ini mengatur pergerakan mesin baik secara manual maupun otomatis.
Terdapat 5 axis, yaitu : X, Y, Z, U, dan V.
4. Fungsi pergerakan kawat
Fungsi ini berhubungan dengan gerakan kawat pada saat proses machining
5. Fungsi erosi
Fungsi erosi adalah fungsi primer dari mesin wire cut. Fungsi ini memberikan lompatan bunga api yang diperlukan proses machining.
Faktor-faktor yang berpengaruh pada proses erosi, dan biasanya kita kenal dengan nama parameter, diantaranya sebagai berikut :
a. Jenis material
Material yang bisa dipotong adalah material yang dapat menghantarkan listrik. Misal : Copper, Steel, Alumunium, Carbide.
b. Jenis Elektrode
Elektrode atau tools yang digunakan untuk proses pemotongan juga harus dapat menghantarkan arus listrik. Elektrode yang biasa digunakan untuk proses erosi adalah : Copper, Brass, Graphit, Zink coated, dll.
c. Kuat Arus
Kuat arus yang digunakan adalah searah. Arus yang digunakan tergantung pada luasan permukaan area erosi. Panjang x lebar mm2, semakin besar area erosi semakin besar arus yang digunakan.
d. Tegangan Listrik
Tegangan yang digunakan adalah DC dengan kisaran 30-70 Volt DC.
e. Polaritas
Material dan tool yang digunakan untuk proses erosi sama-sama digunakan eletrod. Elektrode ada 2 kutub yaitu positif (+), dan negative (-), Pada umumnya electrode negative kita kenal dengan nama benda kerja. Tetapi pada kasus tertentu polaritas bias dibalik.
f. Pulsa
Pulsa adalah lamanya waktu terjadinya lompatan-lompatan bunga api yang terjadi saat proses erosi berlangsung. Pulsa ada 2 yaitu pulsa ON dan pulsa OFF. Pulsa ON yaitu waktu berlangsungnya lompatan bunga api lsitrik, pulsa OFF yaitu waktu pada saat tidak ada lompatan bunga api. Waktunya sangat singkat yaitu mikro detik.
g. Sensifitas
Kepekaan pada kotoran yang menghambat pasa saat proses erosi berlangsung. Semakin sensitive artinya, jika banyak kotoran yang tidak terbuang atau menempel di area erosi tidak berlangsung,atau elektrolid akan mundur, sedangkan apabila tidak sensitive artinya jika ada kotoran yang menggumpal pada area erosi, proses erosi dipaksa untuk berlangsung.
Sensitifitas diatur secara otomatis oleh mesin.
h. Dielektrikum
Media cair yang digunakan untuk keteraturan lompatan bunga api.
Dielektrikum digunakan juga untuk pendingin, membuang chip yang terjadi.
Gambar 3.2 Proses Pemotongan Wire Cut Machining (Sumber : Donald B. Moultion, 2001)
Ketika sistem teraliri listrik, maka air akan ter-deionisasi. Kemudian terjadi loncatan bunga api listrik diantara kawat dan benda kerja dan mengikis bagian kecil pada benda kerja. Pulsa elektrik terjadi berulang ribuan kali per detik. Sementara cairan dielectric bertekanan dialirkan untuk membantu proses pendinginan benda kerja dan membersihkan hasil kikisan dari kawat maupun benda kerja .
Gambar 3.3 Skema Sistem Wire Cut Machining (Sumber : Donald B. Moultion, 2001)
Baik untuk sistem listrik DC atau AC, celah yang terjadi antara kawat dan benda kerja sebesar 0,051 hingga 0,076 mm. Karena kawat tidak menyentuh benda kerja, maka Wire Cut machining merupakan proses pemotongan yang bebas akan tegangan (stress). Kawat elektroda yang biasa digunakan untuk proses ini berupa tembaga, kuningan dan zink dengan diameter 0,025 hingga 0,357 mm. Terkadang juga digunakan tungsten dan molybdenum sebagai kawat eletroda.
3.3 LANGKAH KERJA WIRE CUT MACHINING
3.3.1 Menghidupkan Sumber Tegangan Sistem
Sehingga akan membangkitkan arus listrik sistem dengan kawat (wire) sebagai anoda (kutub negatif) dan benda kerja sebagai katoda (kutub positif ). Selain itu cairan dielektrik akan terjadi proses deionisasi.
Gambar 3.4 Proses Pembangkitan Energi Sistem (Sumber : Donald B. Moultion, 2001)
3.3.2 Timbul Loncatan Bunga Api Listrik Di Antara Kawat Dan Benda Kerja Pada kondisi ini cairan dielektrik fluida sudah terionisasi. Kemudian loncatan bunga api listrik mulai melelehkan dan menguapkan material
Gambar 3.5 Proses Terjadinya Loncatan Bunga Api Listrik (Sumber : Donald B. Moultion, 2001)
3.3.3 Material Yang Telah Meleleh Menjadi Kepingan
Material benda kerja yang meleleh akan dibuang dan fluida dielektrik yang telah menjadi sisa proses kemudian dipindahkan dan digunakan kembali setelah disaring menggunakan filter.
Gambar 3.6 Proses Pengikisan dan Pembersihan (Sumber : Donald B. Moultion, 2001)
3.4 KELEBIHAN DAN KEKURANGAN WIRE CUT MACHINING
3.4.1 Kelebihan WEDM
Beberapa kelebihan mesin WEDM dari:
a. Dapat membuat bentuk-bentuk yang kompleks yang sulit dibuat dengan alat pemotong konvensional
b. Dapat mengerjakan material dengan tingkat kekerasan tertentu dengan toleransi toleransi dimensi yang sangat baik
c. Tidak ada kontak langsung dengan benda kerja, sehingga celah hasil pemakanan sangat kecil dibandingkan alat pemotong konvensional yang pada umumnya dapat merusak sebagian material yang di machining
Dengan kemampuan Wire Cut machining yang memiliki keakuratan hingga 0,0025 mm, surface finish hingga 0,037 Ra μm dan mampu memotong material ketebaalan tertentu tergantung jenis dan merk mesin yang digunakan. Maka wire cut menjadi popular digunakan dalam proses manufaktur pada industri-indutri. Selain itu, Wire Cut Machining benar-benar seakan menggantikan mesin-mesin konvensional karena dapat diaplikasikan pada proses milling, broaching, grinding dan short run stamping. Lebih dari itu, Wire Cut machining dapat diatur secara otomatis menggunakan CNC (computer - numerically controlled).
3.4.2 Kekurangan WEDM
Beberapa kekurangan dari EDM meliputi : a. Laju yang lambat saat proses machining.
b. Tambahan waktu dan biaya yang digunakan untuk membuat lubang awal (start point) untuk jalannya wire sebagai awalan start pemotongan.
c. Sulit dalam membuat sudut tajam bagian dalam profile pada benda kerja.
d. Konsumsi daya spesifik sangat tinggi.
e. Penggunaan mesin WEDM dibatasi oleh ukuran tangki kerja penampung cairan dielektrik.
3.5 BAGIAN -BAGIAN DIES
Dalam rangkaian Dies, terdiri dari beberapa bagian, yaitu :
Gambar 3.7 Bagian-bagian Dies (Sumber : Muhharjono, 2013)
3.5.1 Upper Plate
Bagian atas dari dies dimana semua komponen dari upper die dipegang dan disangga seperti punch, punch holder, stripper, backing plate, guide bush berfungsi sebagai tempat setting dengan ram sebuah mesin press. Bahan dari upper plate adalah baja lunak karena pertimbangan fungsi yang bukan sebagai pemotong atau pembentuk dan juga harga yang relatif murah. Bahan yang umum dipakai adalah SS 41 [JIS] dengan kandungan karbon 0.2%.
3.5.2 Lower Plate
Bagian paling bawah dari sebuah dies dimana semua komponen dari lower die diikat dan dipegang seperti die, guide pin, pad dll. Berfungsi sebagai tempat setting dengan bolster atau meja mesin press. Dari segi fungsi tidak memerlukan kekuatan yang berarti maka dipilihlah material baja lunak yang mana tidak terlalu mahal yaitu SS 41 [JIS] dengan kandungan karbon 0.2%.
3.5.3 Punch
Punch adalah pisau pemotong bagian atas pada jenis proses cutting atau pemotongan atau cetakan atas pada jenis proses forming atau pembentukan. Punch diikat pada punch holder dengan sistem baut untuk ukuran punch besar atau bila ukuran punch kecil maka cukup ditanam pada punch holder dengan suaian sesak dengan tujuan agar punch tidak goyang bila dies sedang bekerja.
Material yang umum dipakai adalah baja karbon tinggi seperti XW-42 [Assab]
atau SKD 11 [JIS] dengan kandungan [1.55%C, 12%Cr, 0.8% Mo, 0.8%V, 0.3%Mn dan 0.3%Si] untuk penggunaan pada cutting die. Forming die, biasa memakai material yang kekerasannya dibawah XW-42 atau SKD 11, misalnya DF 3 [Assab] dengan kandungan [0.9%C, 0.5%Cr, 0.1%V, 0.5%W, 1.2%Mn dan 0.3%Si]. Punch tersebut juga mengalami proses heat treatment untuk mendapat kekerasan antara 58 ~62 HRC.
3.5.4 Punch Holder
Berfungsi sebagai pemegang punch ( punch forming atau punch cutting). Pada punch cutting terutama untuk punch yang berukuran kecil maka punch ditanam pada punch holder. Karena fungsinya sebagai pengikat atau penahan. Material baja karbon sedang seperti 760 [Assab] atau S45C [JIS] dengan kandungan[0.45%C, 0.7%Mn dan 0.3%Si].
3.5.5 Stripper
Berfungsi untuk menjepit atau menahan material plat ketika dies sedang bekerja. Tujuannya adalah agar material tidak bergerak ketika punch menyentuh material plat. Umumnya stripper digunakan pada proses cutting atau pemotongan, namun juga digunakan untuk beberapa proses forming atau pembentukan. Konstruksi dari stripper adalah menggunakan plat dengan ketebalan tertentu yang dipasang spring pada bagian atasnya. Agar pergerakan spring tidak melenceng ketika dies sedang bekerja, maka stripper diikat pada upper die menggunakan stripper bolt. Material stripper bisa berupa baja karbon rendah seperti ST 41 atau dapat berupa baja karbon
sedang semisal 760 [Assab] atau S45C [JIS]. Jenis lain dari stripper yang biasa digunakan pada konstruksi dies adalah urethan. Urethan adalah sejenis meterial yang kuat dan juga mempunyai elastisitas tertentu sehingga banyak digunakan pada konstruksi dies.
3.5.6 Backing Plate
Backing Plate adalah bagian yang berfungsi menahan tekanan punch akibat punch yang bekerja memotong material plat. Karena aksi penetrasi punch yang memotong plat, maka akan terjadi reaksi pada ujung yang lain dari punch. Agar tidak melubangi upper plate, è ditempatkanlah backing plate antara punch holder dan upper plate. Backing plate tidak selalu ada pada konstruksi dies namun tergantung pada prosesnya. Backing plate digunakan pada proses pierching atau blanking. Material yang umum digunakan. Untuk backing plate adalah baja karbon sedang seperti S45C atau ASAB 760.
3.5.7 Die
Die adalah bagian yang pisau pemotong bagian bawah pada jenis proses cutting atau pemotongan atau cetakan bawah pada jenis proses forming atau pembentukan . Karena fungsinya sebagai alat pemotong atau pembentuk maka die harus kuat dan keras.
Material yang umum dipakai adalah baja karbon tinggi seperti cutting die menggunakan XW-42 atau SKD 11forming die, biasa memakai material yang kekerasannya dibawah XW-42 atau SKD 11, misalnya DF 3 . Die tersebut juga mengalami proses heat treatment yaitu dengan kekerasan antara 58 ~ 62 HRC.
3.5.8 Pad
Pad atau dalam istilah pemesinan dies juga disebut lifter atau ejector adalah sama bentuknya dengan stripper, namun fungsinya lebih kepada pendorong atau pengangkat material. Guna pad ini adalah memudahkan operator mengambil material hasil proses
yang mungkin bila tanpa pad, material menempel pada die. Material yang digunakan sebagai pad adalah tergantung dari fungsinya. Bilamana pad hanya digunakan sebagai pendorong maka material baja lunak bisa digunakan, namun bila pad ini juga sebagai pembentuk part maka materialnya baja karbon sama dengan material die.
3.5.9 Guide Post
Guide post pada sebuah kontruksi dies sangatlah penting, sebab guide post ini sebagai komponen penepat antara lower dies ( bagian bawah dies ) dan upper dies ( bagian atas dies ). Dengan adanya guide post maka posisi antara punch dan die bisa lebih terjamin ketika sebuah dies sedang bekerja baik itu memotong ataupun membentuk dan menghindari dari tumbukan karena pergeseran posisi baik punch atau die. Dalam satu konstruksi dies, guide post yang dipakai minimal dua set, namun jumlahnya bisa lebih tergantung besarnya dies, jenis proses yang dilakukan. Guide post ini terbagi dua bagian yang saling berpasangan yaitu Guide pin dan Guide bush.
Guide post umumnya adalah part standart yang dibuat oleh Press Dies Standart Component Maker
3.5.10 Shank
Shank adalah bagian dari dies yang terpasang pada upper plate dan berfungsi menempatkan dies pada posisi center dari ram sebuah mesin press. Dengan adanya shank maka diharapkan operator tidak sembarangan dalam setting dies pada mesin press. Dalam beberapa jenis mesin press terutama yang kapasitasnya kecil, shank juga berfungsi tempat mengikat dan mengencangkan upper dies pada mesin press. Sedangkan pada dies ukuran besar, shank ini jarang digunakan karena untuk mengikat upper dies dengan ram sebuah mesin press dengan menggunakan sistem clamping. Shank ini terbuat dari baja karbon namun tidak perlu dikeraskan.
3.5.11 Part-part Standart lainnya
Part-part standart yang umumnya dipakai pada konstruksi dies banyak macamnya antara lain: dowel pin, pilot pin, stripper bolt, spring, hexagonal bolt. Part-part tersebut digunakan pada dies tergantung kebutuhan dan konstruksi dies yang dirancang.
3.6 CONTOH KOMPONEN HASIL DARI PROSES WIRE CUT
Berikut adalah salah satu komponen dies yang telah selesai diproses wire cut, yaitu Stripper, Retainer (Punch Holder) dan Die.
3.6.1 Stripper
Gambar 3.8 Hasil Wire Cut Stripper
Dari gambar di atas kita bisa lihat salah satu komponen dies bernama Stripper yang berfungsi untuk menjepit atau menahan material plat ketika dies sedang bekerja. Tujuannya adalah agar material tidak bergerak ketika punch menyentuh material plat. Umumnya stripper digunakan pada proses cutting atau pemotongan,
namun juga digunakan untuk beberapa proses forming atau pembentukan. Konstruksi dari stripper adalah menggunakan plat dengan ketebalan tertentu yang dipasang spring pada bagian atasnya. Agar pergerakan spring tidak melenceng ketika dies sedang bekerja, maka stripper diikat pada upper die menggunakan stripper bolt. Material stripper bisa berupa baja karbon rendah seperti ST 41 atau dapat berupa baja karbon sedang semisal 760 [Assab] atau S45C [JIS]. Jenis lain dari stripper yang biasa digunakan pada konstruksi dies adalah urethan. Urethan adalah sejenis meterial yang kuat dan juga mempunyai elastisitas tertentu sehingga banyak digunakan pada konstruksi dies.
3.6.2 Punch Holder (Retainer)
Gambar 3.9 Hasil Wire Cut Punch Holder (Retainer)
Dari gambar di atas kita bisa lihat salah satu komponen dies bernama Punch Holder, berfungsi sebagai pemegang punch ( punch forming atau punch cutting). Pada punch cutting terutama untuk punch yang berukuran kecil maka punch ditanam pada punch holder. Karena fungsinya sebagai pengikat atau penahan. Material baja karbon sedang seperti 760 [Assab] atau S45C [JIS] dengan kandungan[0.45%C, 0.7%Mn dan 0.3%Si].
3.6.3 Die
Gambar 3.10 Hasil Wire Die Blank
Dari gambar di atas kita bisa lihat salah satu komponen dies bernama Die, Die adalah bagian yang pisau pemotong bagian bawah pada jenis proses cutting atau pemotongan atau cetakan bawah pada jenis proses forming atau pembentukan . Karena fungsinya sebagai alat pemotong atau pembentuk maka die harus kuat dan keras.
Material yang umum dipakai adalah baja karbon tinggi seperti cutting die menggunakan XW-42 atau SKD 11forming die, biasa memakai material yang kekerasannya dibawah XW-42 atau SKD 11, misalnya DF 3 . Die tersebut juga mengalami proses heat treatment yaitu dengan kekerasan antara 58 ~ 62 HRC.
