ELECTROCHEMICAL MACHINING (ECM)

A.PengertianElectrochemical Machining(ECM)Electrochemical machine (ECM) adalah suatujenis dari NTMyang digunakan untuk pemakanan atau pemotongan benda kerja dengan menggunakan proses kimia elektrik.Biasanya digunakan untuk produksi massal dan untuk benda kerja yang memilki tingkat kekerasan tinggi atau benda kerja yangtak dapatdikerjakan oleh mesin mesin konvensional.Ecm menggunakan bahankonduktif elektrik yang terbatas sehingga cocok semua bahan benda kerja. ECMdapat memotong sudut yang kecil ataupun rongga yang sangat sulit pada baja yang kerasdan jenis material keras yang lain.ECMsering diartikan sebagai mesin yang mengikisdengan listrik dan serupa dengan pengerjaan menggunakan mesin dalam suhu tinggi yang diposisikan seperti elektroda dan benda. Melalui sebuah bahan elektrolit dalam proses pemakanandan sebagaikatoda,penggunaanelektrolit dan anoda diECM, sehinggatidak menggunakan pahat. Peralatan potongECMdikontrol sepanjang alur yang diinginkan dan sangat dengan dekat denganbendatetapi tidak sampai menyentuh. Pemakanan bahan yang memiliki tingkat kekerasan tinggi sangat mungkin dilakukan oleh ECM. Sepanjang tidak ada perubahan panas atau tegangan mekanik yang dipindahkan ke benda dandimungkinkan pula untuk penyelesaian permukaan.

Gambar.Electrochemical Machining(ECM)ECM adalah sebuah proses elektrolic dan didasarkan pada fenomena elektrolisis sebagai mana hukum faraday (1883)sering diartikan sebagai mesin yang menyepuh dengan listrik dan serupa dengan pengerjaan menggunakan mesin dalam suhu tinggi yang diposisikan seperti elektroda dan benda.Melalui sebuah bahan elektrolit dalam proses pemakanan yang menggunakan katode, elektrolite dan anode sehingga dalam ECM tidak menggunakan pahat. Peralatan potong ECM dikontrol sepanjang alur yang diinginkan dan sangat dengan dekat dengan pengerjaan tetapi tidak sampai menyentuh. Pemakanan bahan yang memiliki tingkat kekerasan tinggi sangat mungkin dilakukan oleh ECM. Sepanjang tidak ada perubahan panas atau tegangan mekanik yang dipindahkan ke benda dandimungkinkan pula untuk penyelesaian permukaan.Prinsip kerja ECM yaitu benda kerja dihubugkan dengan sumber arus searah yang bermuatan positif sedangkan pahat dibuhungkan dengan sumber arus yang bermuatan positif dan cairan elektrolit dialirkan diantara pahat dan benda kerja. Sehingga terjadilah proses pengerjaan material benda kerja karena adanya reaksi elektrokimia dan juga reaski kimia.Electro Chimical Machining(ECM) terdiri dari pahat katoda dan anoda.

B.Bagian-bagian Electrochemical Machining

Gamabar 2. Bagian ECM

C.Dasar Teori ECMKarena elektrolisis adalah dasar dari ECM, harus dipahami sebelum pergi lebih jauh melalui karakteristik dan rincian lain dari proses elektrolisis.

Gambar 3. AmmeterElektrolisis adalah nama yang diberikan untuk proses kimia yang terjadi, misalnya, ketika sebuah arus listrik dilewatkan antara dua konduktor dicelupkan ke dalam larutan cair. Sebuah contoh khas adalah bahwa dari dua kawat tembaga dihubungkan dengan sumber arus searah dan direndam dalam larutan tembaga sulfat dalam air, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 1. Ammeter, ditempatkan di sirkuit, akan memberikan aliran arus, dari indikasi ini, sirkuit listrik dapat disimpulkan menjadi lengkap. Sebuah kesimpulan penting yang dapat dibuat dari eksperimen semacam ini adalah bahwa kesimpulannya tembaga sulfat jelas memiliki sifat yang dapat menghantarkan listrik. Cairan tersebut disebut elektrolit. Kabel ini disebut elektroda, yang satu dengan polaritas positif yang anoda, dan satu dengan polaritas negatif katoda. Sistem elektroda dan elektrolit disebut sebagai sel elektrolisis, sedangkan reaksi kimia yang terjadi pada elektroda disebut reaksi anodik atau katodik atau proses Elektrolisis.Elektrolisis adalah nama yang diberikan untuk proses kimia yang terjadi, misalnya, ketika sebuah arus listrik dilewatkan antara dua konduktor dicelupkan ke dalam larutan cair. Sebuah contoh khas adalah bahwa dari dua kawat tembaga dihubungkan dengan sumber arus searah dan direndam dalam larutan tembaga sulfat dalam air, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3. Ammeter, ditempatkan di sirkuit, akan memberikan aliran arus, dari indikasi ini, sirkuit listrik dapat disimpulkan menjadi lengkap. Sebuah kesimpulan penting yang dapat dibuat dari eksperimen semacam ini adalah bahwa kesimpulannya tembaga sulfat jelas memiliki sifat yang dapat menghantarkan listrik. Cairan tersebut disebut elektrolit. Kabel ini disebut elektroda, yang satu dengan polaritas positif yang anoda, dan satu dengan polaritas negatif katoda. Sistem elektroda dan elektrolit disebut sebagai sel elektrolisis, sedangkan reaksi kimia yang terjadi pada elektroda disebut reaksi anodik atau katodik atau proses Elektrolisis.

Gambar 4Elektrolit yang berbeda dari konduktor logam listrik di bahwa saat ini dilakukan bukan dengan elektron tetapi dengan atom, atau gugus atom, yang telah kehilangan atau memperoleh elektron, sehingga dapat berupa muatan positifatau negatif. Atom seperti ini disebut ion. Ion yang membawa muatan positif bergerak melalui elektrolit dalam arah arus positif, yaitu menuju katoda, dan disebut kation. Demikian pula, ion bermuatan negatif perjalanan menuju anoda dan disebut anion. Pergerakan ion disertai oleh aliran elektron, dalam arti yang berlawanan dengan arus positif dalam elektrolit, di luar sel, seperti yang ditunjukkan juga pada Gambar 2 dan keduanya reaksi adalah konsekuensi dari perbedaan potensial diterapkan, yaitu brupa tegangan dari sumber listrik.Sebuah kation katoda mencapai tahap netral, atau habis disebabkan oleh elektron negatif pada katoda. Karena kation biasanya atom bermuatan positif , logam hasil dari reaksi ini adalah deposisi atom logam.Untuk mempertahankan reaksi katodik, diperlukan elektron untuk proses di sekitar sirkuit eksternal. Ini diperoleh dari atom anoda logam, dan atom-atom elektrolit sehingga kation menjadi bermuatan positif yang terlepas ke dalam larutan. Dalam kasus ini, reaksi tersebut adalah kebalikan dari reaksi katodik.Elektrolit dalam jumlah besar yang harus dinetralkan, yaitu, harus ada jumlah yang sama muatan yang berlawanan di dalamnya, dan dengan demikian harus ada jumlah yang sama dari reaksi pada kedua elektroda. Oleh karena itu, dalam elektrolisis larutan tembaga sulfat dengan elektroda tembaga, reaksi sel secara keseluruhan hanyalah transfer logam tembaga dari anoda ke katoda. Ketika kabel yang bermuatan pada akhir percobaan, kawat anodik akan ditemukan telah kehilangan sebagian beratnya, sedangkan kawat katodik akan meningkat beratnya dengan jumlah yang sama dengan berat yang hilang oleh kawat lainnya.Hasil ini diwujudkan dalam Hukum kedua Faraday mengenai elektrolisis:Jumlah zat terlarut akan disimpan secara langsung sebanding dengan jumlah listrik yang mengalir.Jumlah zat yang berbeda disimpan atau dihilangkan oleh jumlah yang sama listrik sebanding dengan berat ekivalen kimia zat tersebut.

D.KARAKTERISTIK ECMDalam ECM, elektrolit berfungsi sebagai konduktor listrik dan hukum Ohm juga berlaku untuk berbagaijenis konduktor. Hambatan dari elektrolit dapat mencapai ratusan ohm.Akumulasi dalam celah mesin yangkecil dari produk logam dan gas dari elektrolisis tidak dikehendaki. Jika pertambahannya dibiarkan tidak terkendali, akhirnya sebuah hubungan pendek akan terjadi antara dua elektroda. Untuk menghindari masalah ini, elektrolit dipompa melalui celah dalam elektroda sehingga produk dari elektrolisis terbawa. Gerakan paksa elektrolit juga penting dalam mengurangi efek panas dari kedua bagian tersebut, gas yang dihasilkan dari proses ini adalah gas hidrogen, yang keduanya mengalami kenaikan dan penurunan konduktivitas.

E.Proses ECM

Adanya proses peralutan anodis daripada material benda kerja maka terbentuklahsenyawa metal hidroksida yang bercampur dengan cairan elektrolit semacam lumpur. Cairan yang berlumpur ini kemudian diendapkan dalam bak pengendap. Keluar dari bak pengendap ini, cairan elektrolit tersebut kemudian dijernihkandengan mempergunakan centrifuge dan akhirnya baru dialirkan kedalam reservoir elektrolit. Dengan mempergunakan pompa, cairan elektrolit ini dialirkan kedalam celah antara benda kerja dengan pahat.Pemesinan elektrokimia menciptakan komponen yang tidak dikenakan baik materi termal atau mekanis stres dan rapuh dapat mesin mudah karena tidak ada kontak antara alat dan benda kerja. pemesinan elektrokimia dapat membuat bentuk 3D normal dan halus. Beberapa contoh komponen yang dibuat menggunakan mesin elektrokimia meliputi mati, cetakan, pisau turbin dan kompresor, gigi berlubang, lubang, slot, dll pemesinan elektrokimia dapat memproses sebagian besar jenis bahan dan paduan melakukan. Custom perkakas yang diperlukan dalam bentuk negatif bagian yang diinginkan.

Gambar 5. Proses kerjaProses dalam ECM lebih luas digunakan untuk memproduksi bentuk benda yang sudah sangat rumit dan presisi dengan penyelesaian akhir permukaan yang bagus bagi material mesin seperti kipas turbin. Secara lebih luas dan efektive pula digunakan untuk proses deburring.Dalam proses deburring ,ECM menggunakan teknik seperti yang telah diuraikan diatas yaitu untuk pemakanan logam yang lebih dari proses mesin lain,serta menghaluskan sudut tepi yang tajam.proses ini terjadi sangat cepat dan lebih luarbiasa dibanding cara deburring konvensional biasa yang menggunakan tangan atau proses mesin yang bukan tradisional lain sehinga menghasilkan finishing permukaan yang baik dan tidak merusak bahan karena benar-benar sesuai rencana pengerjaan.Proses produksi dilakukan dengan penggabunggan antara listrik dan kimia yang disebut elecktrochemical machine.proses. Produksi yang ada bersifat pengurangan atau penambahan dimensi dengan beragam cara. sebagai contoh proses finishing banyak dilakukan dengan pelapisan dengan chrome atau nikel yang lebih umum disebutelectroplanting.Menurut prisip kerjanya tipe inidibagi menjadi dua yaitu elecktrochemical machining dan elecktrochemical deburring and grinding.Salah satu tipe proses produksi yang mana pengerjaan/pengolahan benda kerja dilakukan dengan elektrolisis dengan energi listrik dan medium elektroliy seperti asam sulphat,coppher sulphat dan lainnya. Benda kerja difunsikan sebagi anoda dan bahan yang diuraikan seperti tembaga,chrome sebagai anoda,besar kecilnya penambahan atau pengurangan sesuaihukum Faraday yaitu masa yang berpindah merupakan fungsi dari arus (amphere),waktu,jarak ,luas permukaan dan sifat katoda yang terkait dengan e atau beda potensial katode-anode maupun resistensi elektrolinya.ECM umumnya digunakan untuk memotong benda logam yang sangat keras dan sulit dimensi atau geometri benda kerja yang rumit.nDalam ECM,elektrolitberfungsi sebagaikonduktor listrikdanhukum Ohmjuga berlaku untuk jenis konduktor. Yangresistensielektrolit dapat berjumlah ratusanohm.Akumulasi dalam celah mesin kecil dari logam dan produk gas dari elektrolisis yang tidak diinginkan. Jika dibiarkan akan terjadi pertumbuhan yang tidak terkendali, yang akhirnya akan menyebabkan hubungan pendek antara dua elektroda. Untuk menghindari krisis ini, elektrolit dipompa melalui celah luar elektroda sehingga produk-produk dari elektrolisis terbawa pergi. Gerakan paksa elektrolit juga penting dalam mengurangi efek pemanasan listrik dari kedua elektrolit, yang dihasilkan dari aliran arus dan gas hidrogen, yang masing-masing meningkat dan efektif untuk mengurangikonduktivitas.Proses ECM ini atau lebih dikenal sebagai electroplating paling banyak digunakan untuk menghasilkan bentuk yang rumit dengan penyelesaian permukaan yang baik, seperti mata pisauturbin. Hal ini juga digunakan secara luas dan efektif dalam prosesdeburring. Selain itu bisa digunakan juga dalam pengeboran lubang.

F.Tingkat Kualitas MesinPada saat ini tingkat kualitas pengerjaan dapat dipengaruhi banyak faktor. Ini melibatkan jenis elektrolit, laju aliran elektrolit, dan beberapa kondisi proses lainnya. Sebagai contoh efisiensi arus menurun ketika kerapatan arus meningkat untuk logam tertentu, misalnya, untuk nikel.Jika ECM dari titanium dicoba dalam elektrolit natrium klorida, efisiensinya relatif sangat rendah (10-20%) yang diperoleh. Ketika proses ini digantikan oleh beberapa campuran elektrolit berbasis fluorida, untuk mencapai efisiensi yang lebih besar (> 60%), dari tegangan tinggi yang digunakan.Jika tingkat aliran yang terjadi terlalu rendah, efisiensinya berkurangbahkan untuk logam yang paling mudah dikerjakan melalui ECM. Kurangnya aliran tidak memungkinkan produk-produk permesinan untuk menjadi begitu mudah mengalir dari celah mesin.

G.Surface FinishJenis elektrolit yang digunakan dalam proses mempengaruhi kualitas permukaan akhir yang diperoleh dalam pengerjaan ECM. Tergantung pada materi, beberapa elektrolit dapat tertinggal seusai pengerjaan. Kadang-kadang pembentukan lapisan oksida pada permukaan logam menghambat proses pengerjaan dalam ECM, serta mengurangi efisiensi dan menyebabkan hasil permukaan akhir yang buruk. Sebagai contoh, ECM dari titanium yang sulit dikerjakan dalam elektrolit klorida dan nitrat karena lapisan oksida yang terbentuk. Bahkan ketika dalam tegangan tinggi sekitar 50 V diterapkan, untuk memecah permukaan oksida, yang termasuk gangguan sehingga permukaan yang tidak seragam menyebabkan permukaan yang tidak rata.

H.Ketepatan dan Kontrol Dimensi ECMPemilihan elektrolit memainkan peran penting dalam ECM. Natrium klorida, misalnya, menghasilkan jauh lebih sedikit komponen yang akurat dibandingkan natrium nitrat. Menggunakan elektrolit natrium nitrat, yang mempunyaiefisiensi tertinggi saat ini. Dalam pengeboran lubang kepadatan arus tinggi ini terjadi antara ujung alat dan benda kerja. Dalam hal ini tidak ada gerakan langsung antara alat dan permukaan benda kerja, Jadi kelebihan pemotongan dalam pengerjaan berkurang dengan pemilihan jenis elektrolit. Jika elektrolit lain seperti larutan natrium klorida digunakan sebagai gantinya, maka kelebihan potong bisa jauh lebih besar. Menggunakan larutan natrium klorida, efisiensinya saat ini tetap stabil di hampir 100% untuk berbagai macam kepadatan arus. Jadi, bahkan di sisi celah, pemindahan logam berlangsung pada tingkat yang terutama ditentukan oleh kerapatan arus, sesuai dengan hukum Faraday.

I.Aplikasi ECM1.Smoothing of rough surfaces(Penghalusan permukaan)Pengikisan atau penghalusan permukaan, adalah pengerjaan yang paling sederhana dan penggunaan yang umum dari ECM. Sebuah alat berupa katoda ditempatkan di atas permukaan benda yang memiliki permukaan yang tidak teratur. Kepadatannya dari permukaan berbeda dikarenakan oleh perbedaan tinggi permukaan. Yang pertama, oleh karena itu, dihapusnya perbedaan permukaan dan benda kerja menjadi halus. Penghalusan permukaan adalah salah satu dari jenis ECM di mana bentuk anoda akhir mungkin sama katoda.Elektrokimia deburring adalah proses yang sangat cepat, u waktu ntuk meratakan permukaan komponen yang diproduksi adalah 5 sampai 30 detik. Karena kecepatan dan kesederhanaan operasi, elektrokimia deburring dapat dilakukan dengan alat, katoda tetap stasioner. Proses ini digunakan di banyak industri.

Gambar 6.Smoothing of rough surfaces

2.Hole drilling(Pengeboran Lubang)Pengeboran lubang adalah salah satu pengerjaan utama dalam ECM . Katoda alat ini biasanya dibuat dalam bentuk tabung elektroda. Elektrolit dipompa ke bawah melalui lubang di pusat alat, yang dipancarkan ke permukan benda kerja, dan aka mengalir keluar melalui celah diantara benda kerja dan alat. Pembalikan aliran elektrolit ke arah sebaliknya, dapat menghasilkan perbaikan pemukaan yangmesin.

Gambar 7. Hole Drilling

3.Full-form shapingFull-Form Shaping memanfaatkan pembentukan celah yang konstan di permukaan benda dan alat ini bergerak secara mekanis pada tingkat yang tetap ke arah benda kerja untuk menghasilkan profil bentuk yang digunakan untuk produksi profil-profil tertentu.Aliran elektrolit memainkan peran yang penting dan berpengaruh dalam pembentukan profil bentuk dan merapikan permukaannya. Seluruh penampang benda kerja harus disediakan elektrolit seperti yang mengalir di antara elektroda.4.Electrochemical grinding

Gambar 8 . Electrochemical GrindingBagian utama dari penggerindaan elektrokimia adalah penggunaan roda pengikis di mana isolasi abrasif, seperti partikel intan, diatur dalam pengerjaan. Roda ini menjadi alat katoda. Partikel-partikel non konduktor bertindak sebagai pembatas antara roda dan benda kerja, memberikan celah interelectrode konstan, untuk jalur elektrolit keluar.Keakuratan yang dicapai oleh proses ini biasanya sekitar 0,125 milimeter. kelemahannya adalah hilangnya akurasi ketika sudut mengecil. Karena efek medan listrik, jari-jari lebih baik dari 0,25-0,375 milimeter jarang bisa dicapai. Sebuah aplikasi dari penggerindaan elektrokimia adalah produksi alat pemotong karbida tungsten. EKG juga berguna dalam pengerjaan benda yang rapuh seperti jarum suntik.5.Electrochemical arc machiningSebuah proses yang bergantung pada muatan listrik dalam elektrolit, sehingga memungkinkan pengikisan logam daam pengerjaan ECM, telah dikembangkan. Karena proses ini bergantung pada timbulnya percikan busur, itu telah bernama elektrokimia busur mesin (ECAM). Sebuah percikan telah didefinisikan sebagai debit transien antara dua elektroda, busur adalah fenomena termionik stabil. Jangka waktu pembuangan sekitar 1 kali per milidetik digambarkan sebagai percikan api, sedangkan untuk jangka waktu sekitar 0,1 detik kata discharge dapat dianggap busur. Karena dalam durasi proses ECAM, energi, dan waktu penyalaan bunga api berada di bawah kontrol, itu sah untuk menganggap mereka sebagai busur.

J.Keuntungan Dan Kerugian ECMKeuntungan ECM1.Sudut dalam yang tajam (R2.Perlengkapan khusus diperlukan untuk menahan aliran elektrolit yang tinggi.3.Biayaperkakas dan perangkat yang mahal.4.Mesin yang digunakan merupakan mesin mesin yang berukuran besar.5.Konsumsi energinya yang besar.6.Selama pengeboran,dapatmembuatbeberapa lubang sekaligus.7.Mampu membuat permukaan 3 dimensi yang rumit secara akurat.8.Permukaan akhir halus karena ketiadaan bekas pahat/pemotong.

Kerugian ECM1.Sudut dalam yang tajam (R2.Perlengkapan khusus diperlukan untuk menahan aliran elektrolit yang tinggi.3.Biayaperkakas dan perangkat yang mahal.4.Mesin yang digunakan merupakan mesin mesin yang berukuran besar.5.Konsumsi energinya yang besar.