ELEKTRODE EDM

ELEKTRODE EDM

A. Pemilihan Elektrode
Fungsi elektrode adalah menghantarkan tegangan listrik dan mengerosi benda kerja menjadi bentuk yang diinginkan. Bahan elektrode yang berbeda memberikan pengaruh yang sangat besar terhadap proses pemesinan. Beberapa akan menghilangkan benda kerja secara efisien tetapi keausannya tinggi, elektrode yang lain memiliki keausan rendah tetapi kemampuan menghilangkan material benda kerja sangat lambat.Ketika memilih bahan elektrode dan merencanakan cara pembuatan-nya, faktor-faktor berikut harus diperhitungkan :

• Harga bahan elektrode
• Kemudahan pembuatan/membentuk elektrode
• Jenis dari hasil yang diinginkan (misalnya kehalusan)
• Besaran keausan elektrode.
• Jumlah elektrode yang diperlukan untuk menyelesaikan sebuah benda kerja.
• Kecocokan jenis elektrode dengan jenis pengerjaan.
• Jumlah lubang penyemprot (flushing holes), jika diperlukan.

B. Jenis Bahan Elektrode
Bahan elektrode dibagi menjadi dua macam, yaitu : logam dan graphite. Pada saat ini ada lima  macam elektrode, yaitu : Kuningan (brass), Tembaga (copper), Tungsten, Seng (zinc), dan Graphite. Selain dari itu, beberapa elektrode dikombinasikan dengan logam yang lain agar dapat digunakan secara efisien, yaitu :

• Kuningan dan Seng
• Tembaga dan Tellurium
• Tembaga dan Tungsten dan perak
• Graphite and Tembaga

Pada awalnya, kuningan digunakan sebagai elektrode walaupun keaus-annya tinggi. Akhirnya,  pengguna EDM mengguna-kan tembaga dan paduannya untuk meningkatkan rasio keausan. Masalah yang muncul dengan tembaga adalah karena titik cairnya sekitar 10850 C, padahal temperatur percikan api pada celah elektrode dan benda kerja mencapai 38000C. Titik lebur tembaga yang rendah menyebabkan keausan yang terlalu tinggi dibandingkan dengan bagian benda kerja yang bisa dihilangkan.

Penelitian menunjukan bahwa elektrode graphite memiliki laju yang lebih besar dalam menghilangkan bagian benda kerja dibandingkan dengan keausannya sendiri. Graphite tidak mencair di celah elektrode, pada sekitar temperatur 33500 C berubah dari bentuk padat menjadi gas. Karena graphite lebih tahan panas di celah elektrode dibandingkan dengan tembaga, untuk sebagian besar pengerjaan EDM lebih efisien menggunakannya. Tungsten memiliki titik lebur setara dengan graphite, akan tetapi tungsten sangat sulit dibentuk/ dikerjakan dengan mesin. Tungsten digunakan sebagai pengerjaan awal (Gambar 14.13), biasanya berbentuk tabung atau ruji untuk lubang-lubang dan lubang kecil proses gurdi. 

Elektrode logam biasanya yang terbaik untuk pengerjaan EDM bagi material yang memiliki titik lebur rendah seperti : aluminum, copper dan brass. Untuk pengerjaan baja dan paduannya, elektrode graphite lebih disarankan. Prinsip umum dalam pemilihan elektrode adalah : elektrode logam untuk benda kerja atau paduan yang memiliki titik lebur rendah, dan elektrode graphite untuk yang memiliki titik lebur tinggi. Hal tersebut dengan pengecualian untuk pengerjaan tungsten, cobalt and molybdenum. Elektrode logam seperti tembaga sangat direkomendasi karena frekuensi yang lebih tinggi diperlukan untuk mengerjakan benda kerja tersebut. 

Tembaga sebagai elektrode memiliki keuntungan lebih dibandingkan dari pada graphite, karena bentuk keausan ketika digunakan (discharge-dressing) lebih baik. Elektrode ini setelah digunakan mengerjakan satu benda kerja, sesudahnya dapat digunakan lagi untuk proses pengerjaan finishing atau digunakan untuk mengerjakan benda kerja yang lain.
 

C. Pembuatan Elektrode
1. Proses Galvano
Kadang-kadang elektrode berbentuk pejal yang besar terlalu berat bagi motor servo, dan proses pembuatannya terlalu mahal. Pada kasus ini proses Galvano dapat digunakan untuk membuat cetakan. Cetakan tersebut dilapisi dengan tembaga dengan ketebalan sampai 5 mm. Tabung tembaga yang telah terbentuk di dalamnya diisi dengan epoxy, dan kawat tembaga dihubungkan dengan elektrode. Elektrode yang telah dibuat kemudian dipasang di mesin EDM.

2. Pembuatan Elektrode pada Umumnya
Ketika elektrode campuran selalu digunakan, campuran 70/30 tungsten dan tembaga dalam bentuk serbuk dibuat dengan cetakan bertekanan, kemudian disinter di dapur pemanas. Proses ini dapat menghasilkan elektrode dengan ukuran yang teliti.

3. Pembuatan Elektrode Graphite
Di Amerika, sekitar 85 persen elektrode yang digunakan adalah graphite. Graphite dikerjaan dengan mesin dan digerinda lebih mudah dari pada elektrode logam. Masalah yang timbul pada waktu mengerjakan graphite adalah kotoran yang dihasilkan. Bahan ini tidak menghasilkan geram, tetapi menghasilkan debu hitam, apabila debu ini tidak dibersihkan akan mengotori seluruh ruangan bengkel. Elektrode graphite adalah bahan sintetis dan bersifat abrasif. Sehingga apabila mengerjakannya di mesin disarankan menggunakan pahat karbida. Ketika menggerinda elektrode ini, harus menggunakan penyedot debu (vacuum system). Hal yang sama diterapkan juga ketika dikerjakan di Mesin Frais. Mesin Frais yang digunakan harus tertutup rapat.

Graphite adalah bahan yang berpori, sehingga cairan bisa masuk ke dalamnya yang menyebabkan menjadi tidak murni. Untuk memurnikannya dilakukan dengan cara memanaskan elektrode tersebut ke dalam dapur pemanas selama satu jam pada temperatur 250 F (1210C). Bisa juga elektrode tersebut dikeringkan pada udara panas. Elektrode tidak boleh dikeringkan menggunakan pemanas microwave. Apabila elektrode yang berpori digunakan, seharusnya dalam keadaan yang tidak lembab (basah). Kelembaban yang terjebak di dalam elektrode akan menimbulkan uap ketika proses pengerjaan EDM, dan merusak elektrode.
 

D. Elektrode untuk Wire EDM
Beberapa pihak yakin bahwa elektrode logam efisien digunakan untuk Wire EDM. Akan tetapi pada akhir-akhir ini kecepatan potong WireEDM telah bertambah tinggi, sehingga lebih ekonomis bila menggunakan elektrode graphite. Graphite angstrofine yang berstruktur padat dapat melakukan pemotongan dua kali lebih cepat dari pada jenis graphite yang lain. Kawat yang dilapisi seng juga dapat meningkatkan kecepatan proses EDM dari elektrode ini. Beberapa riset menunjukkan bahwa menggunakan kawat yang dilapisi seng dapat meningkatkan kecepatan potong sampai 50 persen.

E. Kualitas Hasil Pengerjaan EDM

1. Kelebihan Pemotongan (Overcut)
Lubang hasil proses EDM dimensinya selalu lebih besar dari pada elektrodenya. Celah perbedaan antara elektrode dan benda kerja dinamakan "overcut" atau "overburn." Besarnya overcut tergantung dari banyak faktor yaitu : besar arus, waktu ion, jenis elektrode, dan bahan benda kerja. 

Faktor utama yang mempengaruhi overcut adalah besarnya arus listrik pada celah. Overcut selalu diukur pada tiap sisi. Besarnya bervariasi antara 0,020 mm sampai 0,63 mm. Overcut yang tinggi dihasilkan oleh penggunaan amper/arus yang tinggi. Hampir semua pembuat EDM menyertakan sebuah grafik yang menunjukkan besarnya overcut yang bisa diprediksi oleh operator sehubungan dengan pengaturan arus listrik. Selama pengerjaan pengasaran (roughing) arus yang besar digunakan, menyebabkan overcut yang lebih besar (Gambar14.13.). Pengerjaan penghalusan (finishing), menggunakan arus yang lebih kecil, sehingga menghasilkan overcut yang lebih kecil, (Gambar 14.14.). 

Dengan pengaturan arus dan material yang sama, overcut yang terjadi tetap. Dengan demikian, toleransi 0,0025 mm dapat dicapai dengan Ram EDM. Akan tetapi, bila toleransi tersebut harus tercapai, biaya yang diperlukan meningkat, karena waktu yang diperlukan menjadi lebih lama.

2. Pengerjaan Penghalusan (Finishing)
Pemahaman tentang prinsip overcut adalah sangat penting dalam memahami kehalusan permukaan hasil proses EDM. Ketika arus (current) tinggi digunakan menghasilkan percikan (sparks) yang besar, sehingga kawah (crater) pada benda kerja besar. Proses ini digunakan untuk proses awal (roughing).

 

Ketika arus yang digunakan relatif kecil, percikan api (sparks) yang dihasilkan kecil, sehingga kawah pada benda kerja kecil, sehingga permukaan yang dihasilkan halus. Menggunakan arus yang kecil pada proses finishing akan memperlama proses pemesinan, tetapi menghasilkan permukaan yang halus, (Gambar 14.14.). 

Pada waktu menggunakan arus yang sangat kecil (dengan waktu yang pendek dan arus rendah) ke pemukaan benda kerja, mesin EDM dapat menghasilkan permukaan benda kerja seperti cermin. Mesin yang memiliki kemampuan mengorbitkan elektrode dapat membantu membuat produk yang sangat halus permukaannya dengan memutar elektrode. Beberapa mesin yang bisa memutar elektrode (dengan jalur orbit) dapat diprogram, sehingga arus akan menurun secara bertahap sampai memproduksi permukaan seperti cermin tercapai. 

Benda kerja yang dihasilkan pada proses EDM adalah gambaran/ cerminan dari elektrode yang digunakan. Apabila elektrodenya tidak bagus misalnya ada cacat di permukaannya, maka benda kerja yang dihasilkan juga akan ada cacatnya. Elektrode yang kasar permukaannya akan menghasilkan permukaan benda kerja yang kasar pula. Semakin halus struktur butiran bahan elektrode, akan menghasilkan permukaan benda kerja yang lebih halus.

3. Penyelesaian setara cermin (Mirror finishing)
Pengontrolan cairan dielektrik dapat memperbaiki kehalusan permukaan hasil proses EDM secara nyata. Beberapa mesin EDM menggunakan cairan dielektrik khusus untuk proses finishing sehingga menghasilkan permukaan seperti cermin dengan kehalusan permukaan kurang dari Rmax l7μm. Beberapa mesin memiliki dua tangki cairan dielektrik, satu untuk proses pengasaran (roughing) dan semi finishing, dan yang satu untuk proses finishing sampai permukaan benda kerja seperti cermin hasilnya. 

Beberapa perusahaan pembuat EDM telah menemukan bahwa menambah bubuk silicon, graphite, atau aluminum pada cairan dielektrik, dapat menghasilkan kehalusan permukaan yang sempurna.

F. Keterbatasan Proses EDM
Penggunaan mesin EDM dibatasi oleh ukuran tangki kerja penampung cairan dielektrik. Mesin EDM standar populer yang digunakan sekarang memiliki keterbatasan :

• Untuk Wire EDM, ukuran maksimum benda kerja sekitar 59 inchi (1500 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 (1500 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 .
• 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.

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.