ELECTROCHEMICAL MACHINING (ECM)
Electrochemical
machine (ECM) adalah
suatu jenis dari
NTM yang
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 yang tak dapat
dikerjakan oleh mesin – mesin konvensional .
Ecm menggunakan bahan konduktif
elektrik yang terbatas sehingga cocok semua bahan benda kerja. ECM dapat memotong sudut yang kecil ataupun rongga yang
sangat sulit pada baja yang keras dan jenis material keras yang lain.
ECM sering
diartikan sebagai mesin yang mengikis dengan
listrik dan serupa dengan pengerjaan menggunakan mesin dalam suhu tinggi yang
diposisikan seperti elektroda dan benda. Melalui sebuah bahan elektrolit dalam
proses pemakanan dan sebagai katoda, penggunaan elektrolit dan anoda di ECM, sehingga tidak menggunakan pahat. Peralatan
potong ECM dikontrol sepanjang alur yang
diinginkan dan sangat dengan dekat dengan benda 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 dan
dimungkinkan 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 dan
dimungkinkan 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.
Gamabar 2. Bagian ECM
Karena elektrolisis adalah dasar dari
ECM, harus dipahami sebelum pergi lebih jauh melalui karakteristik dan rincian
lain dari proses elektrolisis.
Gambar 3. Ammeter
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 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 4
Elektrolit
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 positif atau 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.
Dalam ECM, elektrolit berfungsi
sebagai konduktor listrik dan hukum Ohm juga berlaku untuk berbagai jenis konduktor. Hambatan dari elektrolit
dapat mencapai ratusan ohm.
Akumulasi dalam celah mesin yang kecil 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.
Adanya proses peralutan anodis daripada material benda kerja
maka terbentuklah senyawa 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 dijernihkan dengan 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 kerja
Proses
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
luar biasa 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 disebut
electroplanting. Menurut prisip kerjanya tipe ini dibagi 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 sesuai hukum 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, elektrolit berfungsi sebagai konduktor listrik dan hukum Ohm juga berlaku untuk jenis konduktor. Yang resistensi elektrolit dapat berjumlah ratusan ohm. 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 mengurangi konduktivitas.
Proses
ECM ini atau lebih dikenal sebagai electroplating paling banyak digunakan untuk
menghasilkan bentuk yang rumit dengan penyelesaian permukaan yang baik, seperti
mata pisau turbin. Hal ini juga digunakan secara luas dan efektif dalam
proses deburring.
Selain itu bisa digunakan juga dalam pengeboran lubang.
Pada 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 berkurang
bahkan untuk logam yang paling mudah dikerjakan melalui ECM. Kurangnya
aliran tidak memungkinkan produk-produk permesinan untuk menjadi begitu mudah
mengalir dari celah mesin.
Jenis 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.
Pemilihan elektrolit memainkan peran
penting dalam ECM. Natrium klorida, misalnya, menghasilkan jauh lebih sedikit
komponen yang akurat dibandingkan natrium nitrat. Menggunakan elektrolit
natrium nitrat, yang mempunyai efisiensi
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.
1.
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 yang mesin.
Gambar 7. Hole
Drilling
3.
Full-form
shaping
Full-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 Grinding
Bagian
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 machining
Sebuah 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.
Keuntungan ECM
1.
Sudut dalam
yang tajam (R<0 dibuat.="" mm="" span="" sulit="">
2.
Perlengkapan khusus diperlukan untuk
menahan aliran elektrolit yang tinggi.
3.
Biaya perkakas dan perangkat yang mahal.
4.
Mesin yang
digunakan merupakan mesin – mesin yang berukuran besar.
5.
Konsumsi
energinya yang besar.
6.
Selama pengeboran, dapat
membuat beberapa
lubang sekaligus.
7.
Mampu membuat
permukaan 3 dimensi yang rumit secara akurat.
8.
Permukaan akhir halus karena ketiadaan
bekas pahat/pemotong.
Kerugian ECM
1.
Sudut dalam
yang tajam (R<0 dibuat.="" mm="" span="" sulit="">
2.
Perlengkapan khusus diperlukan untuk
menahan aliran elektrolit yang tinggi.
3.
Biaya perkakas dan perangkat yang mahal.
4.
Mesin yang
digunakan merupakan mesin – mesin yang berukuran besar.
5.
Konsumsi
energinya yang besar.
0 komentar:
Posting Komentar