View
236
Download
0
Category
Preview:
Citation preview
OPTIMASI LAJU PENGERJAAN BAHAN (LPB) DAN KEKASARAN PERMUKAAN PADA PROSES WIRE-ELECTRIC DISCHARGE
MACHINING MATERIAL SKD-11 DENGAN METODE TAGUCHI DAN LOGIKA FUZZY
Tugas Akhir TM - 091486
Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknologi Industri Institute Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya 2012
Karakteristik Kinerja
Satu karakteristik kinerja • Metode Taguchi àdapat digunakan
untuk melakukan desain parameter secara offline à penentuan parameter proses yang menghasilkan output/respon yang optimal dan robust terhadap gangguan-gangguan atau noise.
Lebih dari satu karakteristik kinerja • Metode Taguchi tidak dapat digunakan kecuali
digabungkan dengan metode lain, seperti Logika Fuzzy, Grey Relational Analysis, Response Surface Methodology (RSM) dan sebagainya.
Tosun dkk. (2004) • Material AISI 4140 • Orthogonal array L18
• Faktor: Open circuit voltage, pulse duration, wire speed dan flushing pressure • Metode penentuan pengaruh faktor: analisis regresi • Prosentase kontribusi dari yang terbesar berturut-turut diberikan oleh:
• Kerf à Open circuit voltage, pulse duration, flushing pressure, wire speed • MRR à Open circuit voltage, pulse duration, wire speed, flushing pressure
Puri dan Despandhe (2004) • Material High-Carbon-High-Chromium (HCHC) • Orthogonal array L9 • Metode optimasi multi respon menggunakan logika fuzzy • Faktor: gap voltage, wire feed, gap current, dan duty factor • Respon: kekasaran permukaan dan laju pengerjaan bahan • Kesimpulan: Prosentase kontribusi dari yang terbesar berturut-turut diberikan
oleh gap voltage, gap current, duty factor dan wire feed terhadap respon yang diamati secara serentak
Datta dan Mahapatra (2010) • Material AISI D2 • Orthogonal array L27 • Metode optimasi: Taguchi-Grey Relational Analysis • Faktor: discharge current, pulse duration, pulse frequency,
wire speed, wire tension dan dielectric flow rate • Respon: material removal rate (MRR), kekasaran permukaan
dan lebar pemotongan • Kesimpulan:
• discharge current, pulse duration, pulse frequency dan wire speed mempunyai efek positif terhadap semua respon (berbanding lurus)
• dielectric flow rate berefek negatif (berbanding terbalik) hanya terhadap respon kekasaran permukaan
• Apakah faktor-faktor seperti: flushing pressure, on time, open voltage, servo voltage dan off time memiliki kontribusi dalam mengurangi variasi dari respon kekasaran permukaan dan laju pengerjaan bahan (material removal rate) secara serentak?
• Bagaimana seting yang tepat dari faktor-faktor tersebut pada proses pemesinan Wire-EDM sehingga dapat meminimalkan nilai kekasaran permukaan dan memaksimalkan material removal rate?
RUMUSAN MASALAH:
Flushing pressure
• Tidak membahas perubahan struktur mikro lapisan recast yang timbul pada permukaan benda kerja.
• Tidak membahas tentang komponen biaya pada proses pemesinan.
• Tidak membahas sistem elektronika, sistem kontrol, dan pemograman CNC yang digunakan pada proses pemesinan.
• Material yang digunakan merupakan material SKD-11. • Cairan dielektrik yang digunakan adalah air
aquadestilata. • Jenis kawat elektroda yang digunakan adalah kuningan.
BATASAN MASALAH:
• Faktor-faktor yang tidak diteliti dianggap selalu konstan dan tidak berpengaruh secara signifikan terhadap hasil penelitian.
• Material yang digunakan memiliki kehomogenan sifat mekanik dan komposisi kimia.
• Mesin dan operator bekerja dalam kondisi baik selama proses pemesinan.
• Alat ukur yang digunakan dalam keadaan layak dan terkalibrasi.
ASUMSI:
• Mengetahui besar kontribusi dari faktor-faktor seperti: flushing pressure, on time, open voltage, servo voltage dan off time dalam mengurangi variasi dari respon kekasaran permukaan dan laju pengerjaan bahan (material removal rate) secara serentak.
• Menentukan kombinasi optimum dari faktor-faktor tersebut pada Wire-EDM sehingga dapat meminimalkan nilai kekasaran permukaan dan memaksimalkan material removal rate.
TUJUAN TUGAS AKHIR:
• Menyempurnakan penelitian-penelitian terdahulu yang mengangkat masalah tentang optimasi laju pengerjaan bahan dan kekasaran permukaan pada pembuatan benda kerja.
• Menambah database tentang seting faktor pada proses pemesinan Wire-EDM untuk mengoptimasi laju pengerjaan bahan dan kekasaran permukaan pada pembuatan benda kerja.
• Sebagai bahan referensi bagi penelitian sejenisnya dalam rangka pengembangan pengetahuan tentang optimasi material removal rate dan kekasaran permukaan.
• Dapat digunakan sebagai masukan dalam seting mesin Wire-EDM agar mampu menghasilkan output produk dengan permukaan hasil pemotongan yang halus dan ketelitian yang tinggi.
MANFAAT:
METODOLOGI
Mulai
Identifikasi masalah
Penetapan rumusan masalah dan tujuan tugas akhir
Studi pustaka
Variabel-variabel penelitian Variabel proses:· On time (µs)· Off time (µs)· Servo Voltage (Volt)· Open voltage (Volt)· Flushing pressure (kg/cm2)Variabel respon:· Kekasaran permukaan (µm)· Laju pengerjaan bahan, (mm3/min)
Pemilihan matriks ortogonal
A
Identifikasi nilai variabel proses
A
Persiapan eksperimen
Pelaksanaan eksperimen
Pengambilan data hasil eksperimen
Perhitungan rasio S/N untuk masing-masing respon
Optimasi respon dengan logika Fuzzy
Kombinasi nilai parameter proses yang menghasilkan
respon optimal
Pelaksanaan eksperimen konfirmasi
Pembahasan
Penarikan kesimpulan dan pemberian saran
Selesai
Data eksperimen Seting faktor, kombinasi ke-
laju pengerjaan bahan kekasaran permukaan
(mm3/min) (µm) 1 17.116 18.446 2.42 2.57 2 14.916 15.008 2.54 2.65 3 13.585 14.297 2.5 2.63 4 20.978 22.001 2.62 2.77 5 19.221 21.126 2.63 2.83 6 19.203 18.8 2.63 2.65 7 25.541 25.648 2.68 2.88 8 25.072 26.132 2.67 2.84 9 26.556 28.756 3.66 3.38 10 12.844 14.043 2.26 2.38 11 17.056 20.358 2.48 2.58 12 15.14 14.553 2.58 2.77 13 18.026 19.827 2.38 2.56 14 23.107 21.543 2.32 2.54 15 23.645 24.747 3.17 3.06 16 27.263 26.035 2.3 2.45 17 29.203 29.546 3.13 2.94 18 22.642 26.548 3.2 3.09
Perhitungan rasio S/N untuk masing-masing respon
Unit logika fuzzy • Fuzzification • Fungsi keanggotaan • Aturan fuzzy • Mesin inferensi fuzzy • Defuzzification
Optimasi secara serentak
Eksperimen konfirmasi
Proses analisis data
Kombinasi Awal Kombinasi Optimum
Nilai Level Nilai Level
Flushing pressure (kg/cm2) 6 1 10 2
On time (µs) 0,6 2 0.8 3
Open voltage (volt) 85 2 80 1
Off time (µs) 10 2 12 3
Servo reference voltage (volt) 35 2 30 1
optimum
Kekasaran permukaaan
Laju pengerjaan
bahan
Rasio S/N FRG Rasio S/N
LPB Kekasaran permukaan Kombinasi
25.8 -7.993 0.612 -4.264972 Awal
Prediksi 0.743
Kombinasi 28.652 -7.044 0.8244 -1.67724
Optimum
Peningkatan dari
kombinasi awal ke
kombinasi optimum
11.054 % 11.872 % 34.706 % 60.674 %
Kontribusi dari variabel proses yang signifikan dalam meminimumkan kekasaran permukaan dan memaksimalkan laju pengerjaan bahan (material removal rate) adalah sebagai berikut: •Flushing pressure sebesar 6.06%. •On time sebesar 33.93%. •Open voltage sebesar 37.91%. •Off time sebesar 5.76%.
a. Kontribusi error masih sebesar 13%, maka pada penelitian selanjutnya harus memperhitungkan faktor-faktor noise untuk mengurangi besarnya error.
b. Metode optimasi multirespon dalam penelitian ini menggunakan logika fuzzy. Pada penelitian selanjutnya, dapat dilakukan sebuah studi untuk melakukan optimasi multirespon dengan menggunakan metode-metode optimasi yang lain sebagai perbandingan.
Signal to Noise Ratio
Smaller is better
úû
ùêë
é= å
=
n
i
i
ny
1
2
log10- S/N
Larger is better
úû
ùêë
éå
=
n
i
i
ny
1
2 )/1(log10- = S/N
Nominal is best
úû
ùêë
é -å=
n
i
i
nyy
1
2)(log10- = S/N
• Sebagai contoh, rasio S/N untuk respon kekasaran permukaan dengan karakteristik respon semakin kecil semakin baik (smaller is better) untuk kombinasi seting faktor pertama adalah sebagai berikut:
Smaller is better úû
ùêë
é= å
=
n
i
i
ny
1
2
log10- S/N
Contoh perhitungan S/N Ratio
Pengolahan data unit logika Fuzzy
Unit logika fuzzy terdiri dari: 1. Fuzzification, berfungsi untuk merubah rasio S/N
masing-masing respon menjadi himpunan fuzzy. 2. Fungsi keanggotaan, berfungsi mengelompokkan nilai
rasio S/N sesuai dengan besar kecilnya nilai. 3. Aturan fuzzy, adalah aturan yang dibuat untuk
penggabungan himpunan fuzzy menjadi Fuzzy Reasoning Grade.
4. Mesin inferensi fuzzy, berfungsi melakukan penalaran fuzzy sesuai dengan aturan fuzzy.
5. Defuzzification, defuzzification mengkonversi nilai fuzzy menjadi Fuzzy Reasoning Grade.
Fungsi keanggotaan untuk laju pengerjaan bahan
Fungsi keanggotaan untuk kekasaran permukaan
Fungsi keanggotaan multirespon Fuzzy Reasoning Grade
Kekasaran permukaan (Ra)
S M L
LPB
S VS S M
M S M L
L M L VL
No.
Rasio S/N
FRG LPB
Kekasaran
permukaan
1 24.999 -7.945 0.5359
2 23.500 -8.285 0.4267
3 22.886 -8.185 0.3834
4 26.644 -8.615 0.5669
5 26.096 -8.729 0.5157
6 25.576 -8.432 0.5089
7 28.163 -8.887 0.6498
8 28.166 -8.807 0.6543
9 28.836 -10.938 0.4501
10 22.570 -7.313 0.4974
11 25.440 -8.064 0.5514
12 23.432 -8.552 0.4108
13 25.541 -7.860 0.5955
14 26.976 -7.721 0.6859
15 27.675 -9.871 0.5151
16 28.513 -7.518 0.7518
17 29.359 -9.647 0.6634
18 27.817 -9.954 0.4883
Level 1 Level 2 Level 3
Flushing pressure 0.5213 0.5733
On time 0.4676 0.5647 0.6096
Open voltage 0.5995 0.5829 0.4594
Off time 0.5471 0.5145 0.5803
Servo reference voltage 0.5700 0.5543 0.5176
Rata-rata 0.54729
DF SS MS F ρ - value Kontribusi
Flushing Pressure (A) 1 0.0122 0.0122 8.92 0.0170 6.06 %
On time (B) 2 0.0632 0.0316 23.18 0.0000 33.93 %
Open voltage (C) 2 0.0703 0.0352 25.78 0.0000 37.91 %
Off time (D) 2 0.0130 0.0065 4.77 0.0430 5.76 %
Servo reference voltage (E) 2 0.0087 0.0043 3.19 0.0960 3.35 %
Error 8 0.0109 0.0014 13 %
Total 17 0.1783
Analisis variansi dan kontribusi faktor pada FRG
Rata-rata FRG pada masing-masing level parameter proses
Sumber variasi F-hitung F-tabel Kondisi H0
A 8.92 5.318 ditolak
B 23.18 4.459 ditolak
C 25.78 4.459 ditolak
D 4.77 4.459 ditolak
E 3.19 4.459 gagal ditolak
Kondisi hipotesis nol multirespon
Seting faktor pada mesin • Metode flushing yang digunakan adalah open contact
machining dengan jarak antara upper nozzle dan lower nozzle sebesar 10 mm
Catatan : NS = nilai sebenarnya NK = nilai kode
Faktor/parameter proses level 1 level 2 level 3
NS NK NS NK NS NK
A Flushing pressure kg/cm2 wea
k 1 -
stro
ng 5
B On time sm 0,4 4 0,6 6 0,8 8
C Open voltage volt 75 2 80 3 85 4
D Off time sm 10 10 11 11 12 12
E Servo voltage volt 30 30 35 35 40 40
No Faktor Jumlah Level (k) υfl (k-1)
1 Flushing pressure (A) 2 1
2 On time (B) 3 2
3 Open voltage (C) 3 2
4 Off time (D) 3 2
5 Servo voltage (E) 3 2
Total derajat kebebasan 9
Matriks ortogonal
Experiment
Number
Column
A B C D E - - -
1 1 1 1 1 1 1 1 1
2 1 1 2 2 2 2 2 2
3 1 1 3 3 3 3 3 3
4 1 2 1 1 2 2 3 3
5 1 2 2 2 3 3 1 1
6 1 2 3 3 1 1 2 2
7 1 3 1 2 1 3 2 3
8 1 3 2 3 2 1 3 1
9 1 3 3 1 3 2 1 2
10 2 1 1 3 3 2 2 1
11 2 1 2 1 1 3 3 2
12 2 1 3 2 2 1 1 3
13 2 2 1 2 3 1 3 2
14 2 2 2 3 1 2 1 3
15 2 2 3 1 2 3 2 1
16 2 3 1 3 2 3 1 2
17 2 3 2 1 3 1 2 3
18 2 3 3 2 1 2 3 1
Matriks ortogonal standar untuk L18 (21x37)
Seting faktor,
kombinasi ke-
Laju pengerjaan
bahan
Kekasaran
permukaan
mm3/min µm
1 Y111 Y121
Y112 Y122
2 Y211 Y221
Y212 Y222
3 Y311 Y321
Y312 Y322
- - -
- -
- - -
- -
- - -
- -
18 Y1811 Y1821
Y1812 Y1822
Tampilan data hasil eksperimen
Keterangan: Yijk adalah data untuk kombinasi seting faktor ke-i, respon ke-j, dan replikasi ke-k. dengan: i = 1, ..., 27; j = 1, ..., 4; k = 1, ..., 3
Prosedur Eksperimen 1.Menyiapkan spesimen yang meliputi: penyesuaian ukuran, perataan dan penghalusan permukaan, serta pembersihan spesimen dari kotoran-kotoran yang dapat mengganggu proses pemotongan. 2.Memasang spesimen pada jig yang tersedia pada mesin dan menjepit bagian spesimen yang tidak mengalami proses pemotongan, kemudian menentukan sumbu referensi pemesinan pada spesimen. 3.Memeriksa kawat elektroda 0,25 mm pada jalur roll-roll yang tersedia pada mesin. 4.Menghidupkan mesin wire-EDM dan menyeting faktor-faktor yang telah ditetapkan sesuai dengan rancangan eksperimen. 5.Melaksanakan proses pemotongan berdasarkan seting faktor yang telah ditentukan. 6.Mengeluarkan dan mengeringkan benda kerja setelah proses pemotongan selesai. 7.Mencatat waktu pengerjaan yang tercantum pada layar display CNC LN1W. 8.Mengukur kekasaran permukaan dengan menggunakan surface roughness tester.
Pengambilan Data Laju Pengerjaan Bahan
Waktu yang diperlukan untuk melakukan sekali proses pemotongan dapat diketahui dari counter time pada display CNC LN1W wire-EDM CHMER CW32F. Besarnya waktu yang diperoleh digunakan untuk menghitung kecepatan pemotongan (Vc) à MRR
Pengambilan Data Kekasaran Permukaan
Pengambilan data kekasaran permukaan dilakukan sebanyak 2 kali dengan 3 macam arah yang berbeda seperti gambar dibawah. Panjang lintasan pengukuran 4 mm.
TINJAUAN
PUSTAKA
Wire Cuttingby
EDM
External Grindingby
EDM
Slicingby
EDM
Die Sinkingby
EDM
Drillingby
EDM
Internal Grindingby
EDM
Form Grindingby
EDM
Sinkingby
EDM
Grindingby
EDM
Cuttingby
EDMEDM
variabel proses Wire-EDM • Open voltage (OV) à Open voltage adalah faktor yang mengatur perbedaan
tegangan antara benda kerja dan kawat elektroda selama proses pemesinan.
• Low power (LP)àLow power adalah faktor yang mengatur jenis sumber energi pemotongan (AC atau DC) dan besarnya energi tersebut.
• On time (ON) dan off time (OFF) à Loncatan bunga api listrik harus terjadi selama on time dan harus berhenti selama off time secara bergantian pada saat proses pemesinan Wire-EDM berlangsung. Pada saat on time, timbul tegangan listrik pada celah antara benda kerja dan kawat elektroda kemudian menghilang saat off time. Untuk mendapatkan waktu peloncatan bunga api yang lebih lama, dengan tujuan mempercepat material removal rate, dapat diperoleh dengan menetapkan waktu on time yang lebih besar. Tetapi dapat mengakibatkan hubungan arus pendek dan beresiko putusnya elektroda kawat.
ON OFF
Voltage
• Arc on time (AN) à Arc on time adalah faktor yang mengatur besarnya arus tambahan.
• Arc off time (AFF) à Arc off time adalah faktor yang mengatur frekuensi arus tambahan tersebut.
• Servo voltage (SV)àServo voltage adalah tengangan yang diberikan untuk menghindari hubungan singkat yang mungkin terjadi dengan mengatur jarak antara kawat elektroda dan benda kerja. Servo motor selalu berusaha menyesuaikan jarak antara katoda (benda kerja) dan anoda (elektroda kawat) sesuai besarnya tegangan referensi (servo reference voltage) yang telah ditentukan.
• Feedrate override (FR) à Feedrate override adalah faktor yang digunakan untuk menyesuaikan kecepatan pemakanan yang digunakan.
• Wire feed (WF) à Wire feed adalah faktor yang digunakan untuk mengatur kecepatan pemakanan kawat elektroda.
• Wire tension (WT) à Wire tension adalah faktor yang digunakan untuk mengatur ketegangan kawat elektroda.
• Water flow (WL) à Water flow adalah faktor yang digunakan untuk mengatur tekanan flushing dari upper dan lower nozzle.
• Feedrate mode (FM) dan feedrate (F) à Feedrate mode adalah faktor yang digunakan untuk memilih kecepatan pemakanan servo atau kecepatan pemakanan konstan sedangkan feedrate adalah faktor yang digunakan untuk menentukan kecepatan pemakanan yang konstan.
Work Piece Feed
Wire Diameter
Target Dimension Actual Cutting
Ideal Cutting Width
Actual Cutting Width
Offset Feed
X
Y
Inside radius
Dimana: Wg = spark gap (mm) d = diameter kawat (mm)
Dimana: Vc = kecepatan potong (mm/min) h = tinggi benda kerja (mm) b = lebar pemotongan (mm)
Wg
Terdapat empat metode flushing yang dikenal, yaitu: 1.Close contact machining 2. One side (upper) open clearance machining 3. One side (bottom) open clearance machining 4. Open contact machining
Metode flushing
Pemotongan material dilakukan sepanjang 10 mm dengan jarak antar pemotongan sebesar 5 mm. Setelah semua proses pemotongan selesai dilakukan dan lebar pemotongan untuk masing-masing eksperimen telah diukur, material dipotong dengan arah tegak lurus pemotongan awal pada jarak 5 mm dari ujung pemotongan awal
Faktor konstan
No Faktor konstan
Nilai
Kode Sebenarnya
1 Low power 10
2 Arc off time 13
3 Arc on time 4
4 Feedrate override 9
5 Wire tension 8
6 Feedrate mode 0
7 Feedrate 1
ò=l
ia dxhl
R0
1 ( )mm
• Kekasaran Rata-Rata Aritmatis (Ra) Merupakan harga rata-rata aritmatis dari nilai absolut jarak antara profil
terukur dengan profil tengah. Secara matematis dapat dirumuskan sebagai berikut:
…
Rasio S/N
• Rasio S/N digunakan untuk memilih faktor-faktor yang memiliki kontribusi pada pengurangan variasi suatu respon.
• Penggunaan rasio S/N untuk mengetahui level faktor mana yang berpengaruh pada hasil eksperimen.
Replikasi
• Menambah ketelitian data eksperimen. • Mengurangi tingkat kesalahan pada
eksperimen. • Memperoleh harga taksiran kesalahan
eksperimen sehingga memungkinkan diadakannya uji signifikan hasil eksperimen.
Randomisasi
• Meratakan pengaruh dari faktor-faktor yang tidak dapat dikendalikan pada semua unit eksperimen.
• Memberikan kesempatan yang sama pada semua unit eksperimen untuk menerima suatu perlakuan sehingga diharapkan ada kehomogenan pengaruh dari setiap perlakuan yang sama.
• Mendapatkan hasil pengamatan yang bebas satu sama lain.
Recommended