Analisis Kekerasan Permukaan Titanium-6AI-4V Pada Proses EDM Sinking Dengan Aplikasi Response Surface Methodology (RSM) (Yuliyanto)

## ANALISIS KEKERASAN PERMUKAAN  TITANIUM-6Al-4V PADA PROSES EDM SINKING DENGAN APLIKASI RESPONSE SURFACE METHODOLOGY (RSM)
Yuliyanto 1
1 Jurusan Teknik Mesin - Politeknik Manufaktur Negeri Bangka Belitung Kawasan Industri Airkantung Sungailiat, Telp.0717-93586, Fax.0717-93585, belzanyuliyanto@yahoo.com ,

## Abstract
This  study  looked  at  the  effect  of  severed  EDM  process  parameters  on  the  optimum  value  of titanium alloy hardness. this study uses Design Expert 9.0 software to help develop an experimental plan of response surface method models and CCD. The machine used is Hitachi Electrical Discharge Machining (EDM)  brand  with  Series  H-DS02-S.  Material  used  titanium  6Al-4V.  Electrode  used  copper  (Cu).  The process  parameters  used  are  Current (A),  On time  (μs) and Off time  (μs). Coolant  fluid using Hydroseal 63H. The results of data processing there are 20 experiments. This research shows optimum machining condition for hardness (HV) is 322. Analysis of variance (Anova) shows the value of F arithmetic is 3,94, MSE  is  0,022  and  p  (0,0794).  The  increase  of  current  and  on-time  values  gives  a  great  influence  on surface roughness. The increase of Off time value does not give significant effect to the roughness. The next  research  will  be  done  with  5  (five)  process  parameters,  Current,  On  time,  Off  time,  Machining Voltage and Servo feed.
Keywords: EDM Machine, Titanium 6Al-4V, RSM, Hardness

## Abstrak
Penelitian  ini  melihat  pengaruh  parameter  proses  EDM  singking  terhadap  nilai  optimum kekerasan  paduan  titanium.  penelitian  ini  menggunakan  perangkat  lunak  Design  Expert  9.0  untuk membantu  mengembangkan  rencana  eksperimen  dari  model  metode  permukaan  respon  dan  CCD. Mesin yang digunakan adalah Electrical Discharge Machining (EDM) singking merk Hitachi dengan Series H-DS02-S.  Material  yang  digunakan  titanium  6Al-4V.  Elektroda  yang  digunakan  tembaga  (Cu). Parameter proses yang digunakan adalah Current (A), On time (µs) dan Off time (µs). Cairan pendingin menggunakan  Hydroseal  63H.  Hasil  pengolahan  data  terdapat  20  kali  percobaan.  Penelitian  ini menunjukan  kondisi  permesinan  yang  optimum  untuk  kekerasan  (HV)  adalah  322.  Analisis  variansi (Anova) menunjukan nilai F hitung adalah 3,94, MSE yaitu 0,022 dan p (0,0794). Kenaikan nilai current dan on time memberikan pengaruh yang besar terhadap kekasaran permukaan. Kenaikan nilai Off time tidak memberikan pengaruh yang signifikan terhadap kekasaran. Penelitian selanjutnya akan dilakukan dengan 5 (lima) parameter proses yaitu Current, On time, Off time, Machining Voltage dan Servo feed.
Kata Kunci: Mesin EDM, Titanium 6Al-4V, RSM,  Kekerasan

## 1. PENDAHULUAN
Electrical  Discharge  Machining  (EDM)  singking  adalah  salah  satu  proses  pemesinan  non konvensional  yang  tepat  ketika  pembuatan  benda  kerja  dengan  proses  pemesinan  konvensional  sulit dilakukan.  Proses  ini  telah  digunakan  secara  efektif  pada  pemesinan  material  yang  keras,  berkekuatan tinggi,  tahan terhadap suhu tinggi. Pada proses EDM, pemilihan variabel proses dalam mencapai kinerja pemesinan  yang  optimal  sangat  penting.  Variabel  proses  pemesinan  yang  diinginkan  ditentukan berdasarkan pengalaman dan buku pedoman. Selain itu proses EDM juga merupakan proses pemesinan dengan  menggunakan  proses  erosi  yang  dihasilkan  dari  perbedaan  potensial  lewat  sebuah  Elektroda. Elektroda yang digunakan bisa terbuat dari tembaga , brass, zink, dll. Proses ini telah digunakan secara
efektif pada pemesinan material yang keras, berkekuatan tinggi dan memiliki permukaan yang halus dan tingkat presisi yang tinggi [1]).
Beberapa  penelitian  telah  dilakukan  bahwa  arus  merupakan  paktor  yang  paling  signifikat terhadap  MRR,  arus  dan  pulsa  on  adalah  parameter  dominan  dalam  mempengaruhi  kinerja  proses  [2} MRR dipengaruhi oleh arus [3]. Penelitian lain yang berhubungan dengan parameter proses EDM bahwa Nilai  rata-rata  0,27603  g  /  menit  MRR,  0.00255  g  /  menit  TWR  dan  1,71  μm  SR  dengan  parameter  5A arus,  pulsa  On  time  8  μs  dan  pulsa  off  time  4μs  dengan  bahan  Inconel  800  [4]  [7]  [8].  Titanium  (Ti) adalah  logam  struktur  tahan  korosi,  ringan,  kuat,  termasuk  tahan  air  laut  dan  chlorine  dengan  warna putih-metalik-keperakan dan memiliki kekerasan yang tinggi, biasanya digunakan dalam bentuk paduan ( Titanium  Alloy )  untuk  bagian  konstruksi  mesin  pesawat  da  medis.  Titanium  dan  paduan  titanium menunjukkan ketahanan korosi yang luar biasa untuk air laut dan media air [5].
Pemotongan  logam  adalah  proses  manufaktur  yang  penting  di  dunia  industri.  Studi pemotongan logam berfokus pada tool yang digunakan, komposisi dan sifat mekanis benda kerja, serta semua  parameter-parameter  proses  yang  mempengaruhi  efisiensi  dan  kualitas  produk.  Peningkatan efisiensi  proses  yang  signifikan  dapat  diperoleh  dengan  mengoptimalkan  parameter  proses  yang teridentifikasi. Daerah faktor kontrol proses kritis yang menghasilkan variasi produk atau respon dalam batas kriteria penerimaan yang memastikan biaya manufaktur lebih rendah [6]).
Penentuan  kombinasi  parameter  proses  dalam  pembuatan  produk-produk  dengan  beberapa target  karakteristik  kualitas  yang  kritis  (Critical  to  Quality  Characteristic/CTQ)  cukup  sulit  dilakukan, karena  kompleksitas  yang  dimiliki  dan  harus  mengandalkan  sejumlah  besar  rangkaian  percobaan. Pemilihan  dan  penentuan  variabel  proses  yang  tepat  untuk  mencapai  respon  yang  optimum  sangat penting  dilakukan  secara  efektif.  Hal  ini  bertujuan  untuk  mengurangi  proses trial  and  error ,  sehingga waktu dan biaya proses pemesinan menjadi efisien.
Umumnya,  kekerasan  menunjukan  ketahanan  terhadap deformasi dan  merupakan  ukuran ketahanan logam terhadap deformasi plastis atau deformasi permanen. Namun juga dalam dunia teknik mesin,  kekerasan  sering  diartikan  sebagai  ukuran  kemudahan  dan  kuantitas  khusus  yang  menunjukan suatu kekuatan dan juga ketahanan dari suatu logam.
Penelitian  ini  direncanakan  untuk  mengekplorasi  kondisi-kondisi  optimum  lainnya  yang diharapkan dapat menghasilkan Kekerasan dan keakuratan hasil produk yang lebih baik.
2. METODE PENELITIAN

## 2.1 TAHAPAN PENELITIAN
Pelaksanaan  penelitian  dilakukan  dengan  beberapa  tahap  yang  digunakan  untuk  pedoman penelitian,  langkah  awal  dimulai  dari  studi-studi  literatur  yang  didapat  dari  jurnal  ilmiah.  internet, handbook,  text  book,  manual  book.  Selanjutnya  data-data  studi  literature  dipelajari  dan  dijadikan referensi  untuk  melakukan  penelitian.  Uraian  langkah-langkah  tersebut  tertuang  pada  diagram  alir gambar 1.
Analisis Kekerasan Permukaan Titanium-6AI-4V Pada Proses EDM Sinking Dengan Aplikasi Response Surface Methodology (RSM) (Yuliyanto)
Gambar 1. Diagram Alir Penelitian

## 2.1 BAHAN DAN ALAT PENELITIAN
Bahan yang digunakan adalah Ti-6Al-4V (ASTM B381 Gr.5) dengan dimensi persegi, panjang  10 mm, lebar 20 mm, tinggi 11 mm Gambar 1(a). Komposisi bahan dapat dilihat pada Tabel 1. Pemilihan Ti- 6Al-4V sebagai benda kerja berdasar pada sifat utamanya  yaitu: ulet dan keras. Bahan untuk elektroda atau  pahat  yang  digunakan  adalah  tembaga  (Gambar  1(b).  Dasar  pemilihan  elektroda  tembaga  ini adalah:
1. Memiliki sifat konduktor yang baik.
2. Dapat digunakan untuk semua jenis logam.
2.1. PERALATAN PENELITIAN
Peralatan pengujian menggunakan mesin EDM sinkin g merk Hitachi dengan Series H-DS02-S
Gambar 3(a) Elektroda Tembaga (Cu), (b) Bahan Ti 6Al-4V, (c) posisi elektroda dan Bahan dan (d) Mesin EDM sinking (HITACHI H-DS 02 S)

## 2.2. ALAT UKUR YANG DIGUNAKAN
Alat ukur kekerasan (Microhardness Tester) yang digunakan adalah HT-1000A/HT-2000A. Alat ini digunakan untuk mengukur nilai kekerasan dari hasil pemotongan mengunakan EDM singking.

## 2.3. ANALISA
Analisa  dilakukan  dengan  mengunakan  metode  permukaan  respon,  dimana  akan  dilihat pengaruh Ampere , pulse On dan pulse Off pada mesin EDM singkin g terhadap kekerasan Ti-6Al-4V serta
Studi Literatur
Pemilihan Bahan (Titanium 6-Al-4V), Elektroda (Tembaga)  dan cairan Pendingin ( transformer oil)
Desain Eksperimen : Variabel Proses:
1. Spark On Time (T on )(µs) 2. Spark Off Time (T off )(µs) 3. Current (A))
Variabel Respon:
Kekerasan ( HV )
Rancangan Percobaan: Metode RSM Mulai Pengolahan Data dan Analisa Data Kesimpulan Selesai
pengaruh parameter lainnya. Berapakah nilai Optimum dari proses EDM singking untuk kekerasan yang baik pada Ti-6Al-4v agar Operator tidak melakukan proses EDM singking secara acak sesuai pengalaman yang diketahuinya.

## 3. HASIL DAN PEMBAHASAN

## 3.1 HASIL PENGUJIAN
Pengujian  ini  dilakukan  untuk  mengetahui  pengaruh  parameter  pemotongan  terhadap kekerasan  permukaan  (HV)  Ti-6Al-4V  menggunakan  Mesin  EDM  singking.  Data  hasil  pengujian selanjutnya diolah sehingga diperoleh kesimpulan  dan menghasilkan nilai yang optimum (Tabel 2)
Tabel 2. Hasil Pengujian Kekasaran Permukaan

## 3.2 Analisis Variansi Kekerasan Permukaan HV)
Hasil perhitungan yang didapatkan pada lampiran 2, analisis variansi untuk kekerasan HV dapat ditabulasikan pada Tabel 3.
Tabel 3. ANOVA untuk Respon kekerasan Permukaan (HV)
Hasil Anova pada  Tabel 3 Error! Reference source not found. terlihat nilai F hitung ( ܨܯ݋݈݀݁ = 81,65) yang didapat pada tingkat signifikan sebesar 0,01 atau 1% dan nilai p (< 0,0001) memberikan nilai signifikan terhadap model yang ada. Sedangkan Lack of Fit yang terjadi tidak memberikan pengaruh ( not significant )  sehingga  persamaan  regresi  model  matematika  dengan  bentuk  kuadratik  yang  digunakan dapat diterima.

## 3.3 Permukaan Respon HV
Grafik  tiga  dimensi  (3D)  untuk  respon  permukaan  HV  yang  didapat  dengan  menggunakan bantuan perangkat lunak Disign Expert 9.0 dapat dilihat pada Gambar 5(a), dan Gambar 5(b).
Analisis Kekerasan Permukaan Titanium-6AI-4V Pada Proses EDM Sinking Dengan Aplikasi Response Surface Methodology (RSM) (Yuliyanto)
Gambar 5. Permukaan Respon Model Quadratik (a). HV vs T on dan Current, (b). HV vs Current dan Toff
Permukaan  respon  grafik  3D  untuk  HV  diatas  dapat  kita  lihat  bahwa,  dari  kenaikan  nilai  Ton. sangat  signifikan  dari  100  μs  sampai  ke  200  μs,  dan  juga  current  dengan  kenaikan    yang  tidak  sangat besar  dari 15  A sampai  ke 25 a. Ini  dapat disimpulkan bahwa current memberikan dampak yang besar terhadap  perubahan  nilai  kekerasan  spesimen  Sedangkan  pengaruh  Toff  yang  digunakan  menunjukan penurunan  nilai  kekerasan.  Hal  ini  dapat  diartikan  bahwa  semakin  besar  Toff  yang  digunakan,  maka kekerasan yang dihasilkan akan semakin besar. Hal ini berhubungan dengan proses pendinginan cepat, dimana ketika proses pemotongan akan terjadi panas yang tinggi dan pendingin langsung mendingikan benda kerja tersebut.

## 4. SIMPULAN
Berdasarkan  hasil  percobaan  dan  pembahasan  yang  dilakukan,  dapat  diambil  beberapa kesimpulan:
Hasil  kekerasan  yang  terkecil  terdapat  pada  percobaan  ke  11  dengan  hasil  322,33  HV  dengan parameter  Ampere  (current)  20  A,  T on 65.91  μs  dan  t off 15  μs,  sedangkan  hasil  percobaan  terbesar terdapat pada  percobaan  ke  12  dengan hasil 378,67  HV dengan  parameter Ampere  (current)  20 A,  T on 234.09  μs  dan  t off 15  μs.  Hasil  percobaan  tersebut  memberikan  pengaruh  terhadap  Parameter  proses, dimana  current  dan  T on memberikan  pengaruh  besar  terhadap  kekerasan  permukaan.  Kekerasan Permukaan yang besar disebabkan spark (ampere dan T on ) yang telalu besar dan lama, sedangkan proses pendinginya  (t off )  terlalu  cepat.    Kekerasan  yang  kecil  disebabkan  spark  (ampere  dan  Ton)  yang  kecil tetapi pendinginan lambat.

## DAFTAR PUSTAKA
[1]  Abdel, H. & EI-Hofy, G., Advanced Machining Processes. New York: McGraw Hill International, 2005.
[2] Abuthakeer,S.S et al, “Review of State of Art and Process Parameter Influence in EDM Technology”, International Journal of Engineering Trends and Technology (IJETT) , 48 (1): 39-47, 2017.
[3] Bose,G.K and  Mahapatra,K, “Multi criteria decision making of machining parameters for Die Sinking EDM Process”, International Journal of Industrial Engineering Computations , 6: 241–252, 2015.
[4]  Karunakaran,K  and  Chandrasekaran,M,  “Machineability  Study  On  Die  Sinking  Edm  Of  Inconel  800 With Electrolyte Copper Electrode”, ARPN Journal of Engineering and Applied Sciences , 12 (8): 2407- 2411, 2017.
[5]  Leyens,  C.  &  Peters,  M.,  Titanium  and  Titanium  Alloys  :  Fundamentals  and  Applications,  Germany: Wiley-VCH , pp. ISBN 3-527-30534-3, 2003.
[6]  Montgomery,  D.  C.,  Design  And  Analysis  Of  Experiment  Eighth  Edition.  New  York:  Jhon  Willey  and Sons Inc, 2013.
[7]  Ojha,K,  Garg,R.K  and  Singh,K.K,  “MRR  Improvement  in  Sinking  Electrical  Discharge  Machining:  A Review”, Journal of Minerals & Materials Characterization & Engineering , 9 (8): 709-739, 2010.
[8]  Ali,  M.A  et  al.,  “The  Effect  of  Edm  Die-sinking  Parameters  on  Material  Removal  Rate  of  Beryllium Copper Using Full Factorial Method”, Middle-East Journal of Scientific Research 16 (1): 44-50, 2013.