ELECTRIC DISCHARGE MACHINE (EDM)

ELECTRIC DISCHARGE MACHINE ( EDM )

Electric Discharge Machine (EDM) adalah suatu mesin perkakas NonKonvensional 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 dielektrik.

Proses Electric Discharge Machine (EDM) memiliki kemampuan dasar, diantaranya :

1.    mampu mengerjakan metal atau paduan yang sangat keras yang tidak mudah untuk dikerjakan dengan proses pemesinan konvensional, sehingga proses EDM banyak digunakan dalam pembuatan peralatan-peralatan pembentuk (cetakan) dan perkakas pemotong yang dibuat dari baja yang dikeraskan, Karbida, Tungsten, dll.

2.    Mampu mengerjakan kontur permukaan benda kerja yang kompleks, dengan dimensi sama secara berulang-ulang selama proses pembentukan tidak membutuhkan gerakan elektroda diluar jangkauan gerakan utama proses Electric Discharge Machine (EDM).

Selain kemampuan dasar di atas proses EDM juga memiliki beberapa keuntungan, diantaranya :

(a) Handling benda kerja di atas mesin tidak rumit

(b) Permukaan benda kerja hasil proses EDM relatif halus

(c) Tingkat kebisingan rendah

(d) Kemudahan dalam pembuatan elektroda

Namun demikian, proses EDM juga mempunyai beberapa kerugian, diantaranya :

(a) Mesin EDM dan perlengkapannya masih relatif mahal

(b) Proses erosi benda kerja sangat kecil, sehingga waktu operasinya relatif lama

(c) Harus dioperasikan oleh operator yang tidak elergi terhadap cairan dielektrik.

Proses pengerjaan dengan EDM dapat dikelompokkan secara garis besar ke dalam bentuk-bentuk proses sebagai berikut :

(1) Sinking procces :

(a) Driling

(b) Die sinking

(2) Cutting process :

(a) Slicing dengan pahat yang berupa keping yang diputar

(b) Slicing dengan pahat yang berupa pita metal

(c) Cutting dengan pahat yang berupa kawat (wirecut)

(3) Grinding procces :

(a) Extrenal grinding

(b) Internal grinding

(c) Gerinda permukaan atau gerinda bentuk.

Prinsip Kerja

Material removal yang berupa erosi terjadi akibat adanya loncatan bunga api listrik diantara elektroda dan benda kerja dalam cairan dielektrik. Loncatan bunga api listrik terjadi apabila beda tegangan antara pahat dan benda kerja melampaui “break down voltage” celah dielektrik. Break down voltage bergantung pada :

(a) Jarak terdekat antara elektroda (pahat) dengan benda kerja

(b) Karakteristik tahanan dari cairan dielektrik

(c) Tingkat kotoran pada celah diantara elektroda dengan benda kerja.

(d) Jenis elektroda yang digunakan

 

Proses terjadinya loncatan bungan api listrik diantara elektroda dan benda kerja adalah sebagai berikut:

Pengaruh medan listrik yang ada diantara elektroda dan benda kerja menyebabkan terjadinya pergerakan ion positif dan elektron masing-masing menuju kutub yang berlawanan sehingga terbentuklah saluran ion yang  bersifat konduktif. Pada kondisi tersebut arus listrik dapat mengalir melalui saluran ion dan terjadilah loncatan bunga api listrik.

Proses terbentuknya saluran ion tersebut dapat diuraikan sebagai berikut :

(1)  Dengan adanya medan listrik antara elektroda dengan benda kerja, electron-elektron bebas yang terdapat dalam permukaan elektroda akan tertarikmenuju anoda. Dalam pergerakannya menuju benda kerja elektron-elektron yang bernergi kinetis ini akan bertubrukan dengan molekul-molekul dielektrik tersebut.

(2)  Dalam proses tumbukan antara elektron bebas dengan molekul dielectric terjadi dua macam keadaan :

a.       Tumbukan biasa, dimana elektron tersebut berkurang energi kinetisnya

b.       Bila energi kinetis elektron bebas tersebut demikian tingginya sehingga terjadi tumbukan yang menghasilkan elektron baru yang berasal dari molekul dielektrik. Molekul dielektrik yang telah kehilangan elektronnya itu akan menjadi ion yang bermuatan positif dan akan tertarik ke arah katoda.

(3)  Dengan adanya tumbukan elektron dengan molekul yang menghasilkan elektron-elektron baru dan juga membentuk ion-ion positif yang baru maka terbentuklah saluran ion.

(4)  Dengan terbentuknya saluran ion tersebut maka tahanan listrik pada saluran tersebut menjadi rendah sekali, sehingga terjadilah pelepasan energi listrik dalam waktu yang sangat singkat (pulsa energi listrik) berupa loncatan bungan api listrik.

Mekanisme pengerjaan material benda kerja (material removal) di dalam proses EDM dapat diuraikan sebagai berikut :

Setiap loncatan bunga api listrik yang terjadi, menyebabkan suatu pemusatan aliran elektron yang bergerak dengan kecepatan tinggi dan menumbuk permukaan benda kerja. Bagian permukaan benda kerja ini akan mengalami kenaikan temperatur sekitar 8000⁰C - 12.000⁰C dan akan menyebabkan pelelehan lokal pada bagian tersebut. Kondisi seperti ini terjadi pula pada permukaan pahat. Pada saat yang bersamaan terjadi penguapan (vaporisation) baik pada permukaan benda kerja, pahat, maupun dielektrik. Kenaikan temperature menyebabkan membesarnya volume maupun tekanan gelembung uap tersebut.

Setelah terjadinya loncatan bunga api listrik maka aliran listrik terhenti, menyebabkan penurunan temperatur secara mendadak, mengakibatkan gelembung uap tersebut mengkerut dan menyebabkan bagian material yang leleh tersebut akan terpancar keluar dari permukaan meninggalkan bekas berupa kawah-kawah halus pada permukaan material. Bagian-bagain yang terpencar ini secepatnya membeku kembali berbentuk partikel-partikel halus yang terbawa pergi oleh aliran cairan dielektrik.

Proses erosi yang terjadi pada permukaan elektroda (pahat atau benda kerja) adalah asimetris. Proses erosi yang terjadi pada pahat menyebabkan keausan pahat, sedangkan proses pengerjaan material (materiall removal) adalah proses erosi pada permukaan benda kerja. Proses erosi yang asimetris pada permukaan elektroda tersebut bergantung kepada : polaritas, konduktivitas panas dari material elektroda, titik leleh, interval waktu dan intensitas loncatan bungaapi listrik yang terjadi. Dengan mengatur parameter di atas memungkinkan untuk memperoleh proses erosi sebanyak 99,5 % terjadi pada permukaan benda kerja sedang 0,5% terjadi pada pahat. Proses erosi asimetris tersebut disebabkan karena kecepatan tumbukan oleh ion-ion positif terhadap katoda lebih rendah dari pada kecepatan tumbukan oleh elektron-elektron terhadap anoda. Total energi tumbukan oleh seluruh elektron adalah lebih besar dibandingkan dengan energi tumbukan oleh ion-ion positif.