Nontraditional Machining [PDF]

Citation preview

Nontraditional Machining Machining adalah istilah untuk proses menghilangkan sebagian bahan (removal of material) dari benda kerja. Kategori Machining: 1. Traditional machining a) Cutting processes, menggunakan single-point atau multiple point cutting tools. Masing masing dengan geometri tertentu. b) Abrasive processes, misalnya grinding. 2. Nontraditional machining, menggunakan energi secara mechanical, thermal, chemical, dan electrochemical. Mengapa Nontraditional Machining? Karena traditional machining tidak dapat memproses benda kerja dengan kondisi seperti berikut ini: 1. Bahan benda kerja terlalu keras, kuat, atau sulit. 2. Benda kerja terlalu fleksibel sehingga tak dapat menahan gaya pada waktu dikerjakan atau sulit diklem. 3. Bentuknya terlalu kompleks dengan profil luar maupun dalam, atau lubang kecil. 4. Tuntutan surface finish dan toleransi yang tinggi. 5. Terjadi kenaikan temperatur yang tak diharapkan/tak dapat diterima. Berdasarkan sumber energi yang digunakan, nontraditional machining dapat diklasifikasikan menjadi: 1. mechanical, 2. thermal, 3. chemical, dan 4. electrochemical. Mechanical: Erosi bahan benda kerja akibat adanya pancaran partikel-partikel abrasif baik yang dicampur cairan maupun tidak



Thermal: Pemanasan dilakukan hanya pada permukaan benda kerja sehingga pada bagian yang kena panas akan hilang (removed) karena fusi atau karena penguapan (vaporization). Energi panasnya diperoleh dari energi listrik Electrochemical: Prosesnya kebalikan dari electroplating. Chemical: Kebanyakan bahan khususnya metal rentan terhadap reaksi bahan kimia. Pada chemical machining, bahan kimia secara selektif menghilangkan sebagaian permukaan benda kerja yang tidak ditutupi, sementara bagian permukaan yang ditutupi tidak terpengaruh. Macam-macam alat Nontraditional Machining 1. Ultrasonic Machining (USM) 2. Water-Jet Machining (WJM) 3. Abrasive Water-Jet Machining (AWJM) 4. Abrasive-Jet Machining (AJM) 5. Chemical Machining (CM) 6. Electrochemical Machining (ECM) 7. Electrical-Discharge Machining (EDM) 8. High-Energy-Beam Machining a) Laser-beam machining (LBM) b) Electron-beam machining (EBM)



1. Ultrasonic Machining (USM) Kemampuan:  Dapat memproses bahan yang rapuh (brittle materials) dengan presisi tinggi.  Membuat lubang yang diameternya kecil (0.3mm).



 Dengan abrasiv yang halus tolerance dapat mencapai 0.0125 mm bahkan bisa lebih dari itu. Kelebihan:  Cocok untuk bahan yang keras, rapuh seperti keramik, carbides, glass, batu berharga, dan baja yang diperkeras.  Tidak menimbulkan kerusakan baik secara elektris, termal, maupun kimia. Kekurangan:  Laju material removal rendah (hanya sekitar 0.8 cm3/min); alat cepat aus.  Machining area dan kedalaman potong terbatas.



2. Water-Jet Machining (WJM) Disebut juga “hydrodynamic machining” Cara kerja:  Memanfaatkan erosi karena panacaran air dengan cara memaksa air melewati lubang kecil pada nozzle diarahkan ke benda kerja.  Air yang bertekanan sangat tinggi mengenai permukaan penda kerja bagaikan gergaji memotong alur sempit pada bahan benda kerja.



Kemampuan:  Memotong bahan lunak sepert kayu, plastik, karet, kertas, kulit, composite, dll.  Untuk food preparation. Kelebihan:  Tidak perlu membuat lubang pendahuluan.  Tidak terjadi panas.  Tidak terjadi defleksi pada benda kerja ( cocok untuk bahan yang flexible), ramah lingkungan. Kekurangan: Terbatas untuk bahan tertentu atau bahan yang lebih lunak.



3. Abrasive-Jet Machining (AJM) Spesifikasi: Cutting speed bervariasi antara 25 -125 mm/min Toleransi dimensi antara 2 - 5 μm Kemampuan:  Dapat memotong bahan yang keras yang tak dapat dipotong secara tradisional, misalnya composite, ceramics, glass.  Cocok untuk bahan yang tidak tahan temperatur tinggi. Keterbatasan:  Prosesnya mahal  Tidak cocok untuk produksi massal karena perawatannya tinggi.



kebutuhan



Cara kerja: 1. Udara kering, atau nitrogen, atau carbon dioxida dicampur abrasive particle dipancarkan dengan kecepatan tinggi diarahkan ke permukaan benda kerja. 2. Tekanan gas sekitar 850 kPa (125 psi) dan kecepatan pancarannya dapat mencapai 300 m/s diatur menggunakan valve.



4. Abrasive Water -Jet Machining (AWJM) Mirip AJM tetapi partikel abrasivenya (silicon carbide) dipancarkan bersama air sehingga dapat meningkatkan MRR. Kemampuan: Dapat memotong bahan-bahan metal khususnya bahan–bahan yang sensitif terhadap panas.



Contoh produk hasil AWJM



5. Chemical Machining (CM) Chemical machining berbasis pada proses etsa (etching process). Merupakan proses nontraditional machining yang tertua. Cara kerja 1. Sebagian bahan dihilangkan dari permukaan benda kerja menggunakan cairan kimia (chemical reagents), atau etchants seperti acids dan alkaline. 2. Benda kerja dicelupkan di wadah yang berisi etchant. Area yang tidak perlu dihilangkan ditutup dengan cat, atau bahan polymeric. Kegunaan:  Untuk membuat printed-circuit boards (PCB), decorative panels, atau produk kecil yang bentuknya kompleks.  Untuk membuat rongga yang kedalamannya bisa sampai 12 mm pada plate dan sheets untuk mengurangi berat bahan di aerospace industry.



Kelebihan:  Biaya setup dan maintenance rendah.  Dapat memproses benda kerja yang kecil dan lembut.  Cocok untuk produksi dalaam jumlah yang sedikit. Kekurangan:  Prosesnya lambat (0.025-0.1 mm/min).  Terjadi surface defects.  Bahan kimia dapat emembahayakan kesehatan.



6. Electrochemical Machining (ECM)



7. Electrical Discharge Machining (EDM) EDM ini paling akurat hasilnya dan biaya prosesnya terjangkau. Cara kerjanya: Bekerja berdasar thermal erosion. Benda kerja dicelupkan ke dalam cairan dielectric . Karena dialiri listrik, maka terjadi percikan antara electrode dan benda kerja. Dengan demikian material akan meleleh kemudian menguap



Spesifikasi: 1. MRR antara 2 sampai 400 mm3/min. Semakin cepat akan memberikan hasil yang kasar. 2. Toleransi dimensi sesuai kebutuhan, biasanya antara 0.005 sampai 0.125 mm 3. Surface Finish tergantung pada bahan dan kepadatannya. 4. Teknik baru menggunakan oscillating electrode dapat menghasilkan surface finish yang sangat halus.



8. Laser-Beam Machining (LBM) Kemampuannya: 1. Membuat lubang pada bahan yang sangat tipis maupun tebal. 2. Membuat lubang atau slot yang tidak standar. 3. Membuat prototype produk. 4. Memotong dan mengukir pada bahan yang sangat keras. 5. Membuat lubang untuk pelumasan. 6. Memperkeras permukaan. 7. Mengelas. 8. Drilling. Spesifikasi: 1. Cutting speed dapat mencapai 4 m/min. 2. Material removal rate (MRR) 5 mm3/min. 3. Toleransi antara 0.015 - 0.125 mm.



Kelebihan: 1. Lebih presisi. 2. Dapat memproses berbagai macam bahan: metals, composites, plastics, dan ceramics. 3. Hasil pemotongannya halus dan bersih. 4. Procesnya lebih cepat. 5. Zona terkena dampak panas berkurang



9. Electron-Beam Machining (EBM) Cara kerjanya: 1. Pancaran elektron ditimbulkan oleh perbedaan potensial pada katode. Katode berbentuk cekung menyebabkan pancaran elektron terkonsentrasi menuju anode. 2. Anode mempercepat electron melalui potential field. 3. Kemudian pancaran elektron dipaksa melewati valve di dalam mesin EBM. 4. Pancaran diarahkan fokus ke permukaan benda kerja, memanaskannya, menecairkannya, kemudian menguapkannya. Keseluruhan proses terjadi dalam ruang vacuum karena tabrakan antara elektron dengan molekul udara menyebabkan elektron membelok.



Comparative Performance