EDM (Electrical Discharge Machining)

EDM (Electrical Discharge Machining)

A. Gambaran Singkat EDM

Asal mula EDM (Electrical Discharge Machining) adalah pada tahun 1770, ketika ilmuan 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 bahan konduktif.

 

Dengan adanya ide tersebut proses EDM telah lahir. Lazarenko bersaudara menyempurnakan proses dengan cara menempatkan cairan tidak konduktif di mana percikan listrik terjadi di antara dua konduktor, cairan tersebut dinamakan dielektrik (dielectric). Rangkaian listrik yang membuat peristiwa tersebut terjadi digunakan sebagai nama proses ini. Pada saat ini telah banyak unit EDM digunakan yang lebih maju dari pada milik Lazarenko. Pada saat ini ada dua macam mesin EDM yaitu : EDM konvensional (Biasanya disebut Sinker EDM atau Ram EDM) dan Wire EDM.

B. Cara Kerja EDM

Mengetahui tentang apa yang terjadi di antara elektrode dan benda kerja dapat sangat membantu operator EDM dalam banyak hal. Pengetahuan dasar teori EDM dapat membantu dalam memecahkan

masalah yang timbul (troubleshooting), misalnya dalam hal pemilihan kombinasi benda kerja/elektrode, dan pemahaman mengapa pengerjaan yang bagus untuk satu benda kerja tidak selalu berhasil untuk yang berikutnya. Deskripsi berikut ini menjelaskan tentang kombinasi apa yang telah diketahui dan apa yang telah ada dalam terori tentang proses EDM. Pada saat ini beberapa teori tentang bagaimana EDM bekerja telah mengalami kemajuan selama beberapa tahun, sebagian besar mendukung model thermoelectric. Sembilan ilustrasi berikut menunjukkan tahap demi tahap apa yang telah diyakini terjadi selama satu siklus EDM. Gambar di sebelahnya menunjukkan harga relatif dari tegangan dan arus pada titik yang diambil.

 

Gambar 14.2. 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 dielektric. 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, dan partikel-partikel dapat mempercepat pembentukan tegangan listrik dari cairan. Daerah yang memiliki tegangan listrik paling

kuat adalah pada titik dimana jarak antara elektrode dan benda kerja paling dekat, seperti pada titik tertinggi yang terlihat di gambar. Grafik menunjukkan bahwa tegangan (beda potensial) meningkat, tetapi arusnya nol.

 

Gambar 14.3. 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.

Gambar 14.4. Arus mulai muncul ketika cairan berkurang sifat isolatornya menjadi yang paling kecil. Beda tegangan mulai menurun.

 

Gambar 14.5. Panas muncul secara cepat ketika arus listrik meningkat, dan tegangan terus menurun drastis. Panas menguapkan seba-gian cairan, benda kerja, dan elektrode, dan jalur discharge mulai terbentuk antara elektrode dan benda kerja.

 

Gambar 14.6. Gelembung uap melebar ke samping, tetapi gerakan melebarnya dibatasi oleh kotoran-kotoran ion di sepanjang jalur discharge. Ion-ion tersebut dilawan oleh daerah magnet listrik yang telah timbul. Arus terus meningkat, dan tegangan menurun.

 

Gambar 14.7. Sebelum berakhir, arus dan tegangan menjadi stabil, panas dan tekanan di dalam gelembung uap telah mencapai ukuran maksimal, dan sebagian logam telah dihilangkan. Lapisan dari logam di bawah kolom discharge pada kondisi mencair, tetapi masih berada di tempatnya karena tekanan dari gelembung uap. Jalur discharge sekarang berisi plasma dengan suhu sangat tinggi, sehingga terbentuk uap logam, minyak dielektrik, dan karbon pada saat arus lewat dengan intensif melaluinya.

Gambar 14.8. Pada akhirnya, arus dan tegangan turun menjadi nol. Temperatur turun dengan cepat, tabrakan gelembung dan menyebabkan logam yang telah dicairkan lepas dari benda kerja.

Gambar 14.9. Cairan dielektrik baru masuk di antara elektrode dan benda kerja, menyingkirkan kotoran-kotoran dan mendinginkan dengan cepat permukaan benda kerja. Logam cair yang tidak terlepas membeku dan membentuk lapisan baru hasil pembekuan (recast layer).

Gambar 14.10. Logam yang terlepas membeku dalam bentuk bola-bola kecil menyebar di cairan dielektrik bersama-sama dengan karbon dari elektrode. Uap yang masih ada naik menuju ke permukaan. Tanpa waktu putus yang cukup, kotoran-kotoran yang terbentuk akan terkumpul membentuk percikan api yang tidak stabil. Situasi tersebut dapat membentuk DC arc, yang mana dapat merusak elektrode dan benda kerja.
(Sumber : Courtesy EDM Tech. Manual, Poco Graphite Inc.)

Urutan waktu ON/OFF adalah satu siklus EDM yang dapat diulang sampai ribuan kali per detik. Penjelasan di atas hanyalah satu siklus yang muncul pada satu waktu tertentu. Apabila siklus tersebut dipahami, maka akan dapat dikendalikan jangka waktu dan intensitas dari pulsa ON/OFF yang membuat EDM bekerja dengan baik.

C. Perkembangan Penggunaan EDM
EDM telah berkembang bersama dengan Mesin Bubut, Mesin Frais, dan Mesin Gerinda sebagai teknologi yang terdepan. EDM terkenal dalam hal kemampuannya untuk membuat bentuk komplek pada logamlogam yang sangat keras. Penggunaan yang umum untuk Mesin EDM adalah dalam pemesinan dies, perkakas potong, dan cetakan (molds) yang terbuat dari baja yang telah dikeraskan,  tungsten carbide, high speed steel, dan material yang lain yang tidak mungkin dikerjakan dengan cara tradisional (penyayatan). Proses ini juga telah memecahkan banyak masalah pada pembuatan bahan “exotic”, seperti Hastelloy, Nitralloy, Waspaloy and Nimonic, yang digunakan secara luas pada industri-industri pesawat ruang angkasa. Dengan telah ditemukannya teknologi yang maju tentang keausan elektrode, ketelitian dan kecepatan, EDM telah mengganti proses pemotongan logam yang lama pada beberapa aplikasi. Faktor lain yang menyebabkan berkembangnya penggunaan EDM adalah kemampuannya mengerjakan bentuk tipis, khususnya dalam pengerjaan ketinggian dan ketirusan. EDM yang menggunakan kawat (Wire EDM) dapat membelah dengan ketinggian 16 inchi (sekitar 400 mm), dengan kelurusan ±0,0005 inchi (± 0,0125 mm) tiap sisi. Pada waktu yang lalu, EDM digunakan terutama untuk membuat bagian-bagian mesin yang sulit dikerjakan dengan proses konvensional. Pertumbuhan penggunaan EDM pada sepuluh tahun terakhir menempatkan proses pembuatan komponen dirancang menggunakan EDM terlebih dahulu, sehingga EDM bukanlah pilihan terakhir, tetapi pilihan yang pertama. Proses EDM telah berubah. Perusahaan perusahaan yang menggunaan EDM juga sudah berubah. Perubahan yang sangat berarti adalah :

• Lebih cepat.
• Lebih otomatis. Mesin lebih mudah diprogram dan dirawat.
• Lebih akurat ukurannya.
• Dapat menggunakan kawat dengan diameter yang lebih kecil pada mesin Wire EDM.
•  Menurunkan biaya operasional. Harga mesin menjadi lebih murah.
• Dapat menghasilkan permukaan yang lebih halus.
• Dapat menyayat karbida tanpa ada cacat ketika menggunakan Wire EDM dan Ram EDM.
•  Gerakan kawat EDM dan putaran benda kerja bisa dilakukan secara simultan.
• Ram EDM tidak memerlukan pembersih benda kerja lain.
• EDM lebih efektif pada kondisi pembersihan benda kerja dengan tingkat kesulitan tinggi.
• EDM lebih mudah digunakan. Waktu untuk pelatihan dan pemrograman lebih singkat.

D. Penggunaan EDM
Penjelasan berikut merupakan ringkasan dari karakteristik yang mengharuskan penggunaan EDM. Disarankan menggunakan EDM jika bentuk benda kerja sebagai berikut :

• Dinding yang sangat tipis
• Lubang dengan diameter sangat kecil
• Rasio ketinggian dan diameter sangat besar
• Benda kerja sangat kecil
• Sulit dicekam

Disarankan menggunakan EDM jika material benda kerja :

• Keras
• Liat
• Meninggalkan sisa penyayatan
• Harus mendapat perlakuan panas

Disarankan menggunakan EDM untuk mengganti proses meliputi :

• Pengaturan/setup berulang, bermacam-macam pengerjaan, bermacam-macam proses pencekaman benda.
• Broaching .
• Stamping yang prosesnya cepat, (lihat Gambar 14.12.).

Disarankan menggunakan EDM ketika 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 and Tungsten Carbide. Karena proses EDM menguapkan material sebagai ganti penyayatan, kekerasan dari benda kerja bukan merupakan faktor penting. Maka dari 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 kemampuanya 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. Jenis pengerjaan dan ukuran minimal yang dapat dicapai oleh EDM dapat dilihat pada Tabel 14.1. 

Tabel 14.1. Ukuran minimal beberapa jenis pengerjaan dengan EDM

Maka dari itu EDM digunakan untuk mengerjakan klep (valves) pengukur bahan bakar, komponen printer, cetakan dan perbaikan cetakan.

SUMBER :  

Teknik pemesinan untuk SMK : WIidarto, B Sentot Wijanarko, Sutopo, Paryanto. Jakarta : Direktorat Jenderal Manajemen Pendidikan Dasar dan Menengah, Direktorat Pembinaan Sekolah Menengah Kejuruan, Departemen Pendidikan Nasional. 2008.