## ANALISA KEAUSAN ELEKTRODA ELECTRICAL DISCHARGE MACHINING MENGGUNAKAN METODA RESPONSE SURFACE METHODOLOGY
Eko Yudo 1 , Husman 2
1 Jurusan Teknik Mesin - Politeknik Manufaktur Negeri Bangka Belitung
2 Jurusan Teknik Elektro dan Informatika - Politeknik Manufaktur Negeri Bangka Belitung Kawasan Industri Airkantung Sungailiat-Bangka, 33211 Telp.0717-93586, Fax.0717-93585, yudamessi2207@gmail.com

## Abstract
The current electrical dish machine machining (EDM) machine in the field of manufacturing has developed along with conventional machines such as Lathes, Milling Machines, and Grinding Machines as the leading technology. EDM is known for its ability to make complex shapes on very hard metals. EDM machines are widely used in the manufacture of dies, cutting tools, and molds that cannot be done with the  cutting  process.  Therefore  the  level  of  electrode  wear  in  the  EDM  process  must  be  as  efficient  as possible.  The  research  was  conducted  to  determine  the  exact  EDM  process  parameter  setting  values. Variable  parameters  are  current,  on  time,  off  time.  To  optimize  the  response  of  this  study  using  the Response Surface Methodology (RSM) method. High electrode wear is obtained in testing with parameters used T on (300 μs), T off (15 μs) and Current (20 A), and the smallest wear value is obtained in the test with the parameters used T on (100 μs), T off (15 μs) and Current (10 A).
Keywords : EDM sinking, surface roughness (KP), Response Surface Methodology

## Abstrak
Mesin  electrical  dishcarge  machining  (EDM)  dibidang  manufaktur  saat  ini  telah  berkembang bersama  dengan  mesin  konvensional  seperti  Mesin  Bubut,  Mesin  Frais,  dan  Mesin  Gerinda  sebagai teknologi yang terdepan. EDM dikenal dalam hal kemampuannya untuk membuat bentuk kompleks pada logam-logam yang sangat keras. Mesin EDM banyak digunakan dalam pembuatan dies, perkakas potong, dan  molds  yang  tidak  bisa  dikerjakan  dengan  proses  penyayatan.  Oleh  karena  itu  tingkat  keausan elektroda  dalam  proses  EDM  harus  bisa  seefisien  mungkin . Peneltian  dilakukan  bertujuan  untuk menentukan  nilai  setting  parameter  proses  EDM  yang  tepat.  Parameter  yang  divariasikan  current,  on time,  off  time.  Untuk  mengoptimalkan  respon  penelitian  ini  menggunakan  metode  Response  Surface Methodology  (RSM) . Keausan  elektroda  yang  tinggi  didapat  pada  pengujian  dengan  parameter  yang digunakan  T on (300  μs),  T off (15  μs)  dan  Current  (20  A),  dan  nilai  keausan  yang  terkecil  didapat  pada pengujian dengan parameter yang digunakan T on (100 μs), T off (15 μs) dan Current (10 A).
Kata kunci : EDM sinking, keausan Elektroda (KE), Response Surface Methodology

## 1.   PENDAHULUAN
Pada tahun 1770 ilmuan Inggris bernama Joseph Priestly menemukan efek erosi dari percikan arus listrik. Kemudian penemuan itu dikembangkan oleh ilmuan Rusia bernama B. Larzarenko tahun 1943 yaitu  dengan  memanfaatkan  percikan  arus  listrik  untuk  membuat  proses  yang  terkontrol  untuk permesinan secara elektrik pada bahan konduktif yang kemudian dikenal dengan proses EDM. Proses Electrical Discharge Machining (EDM) adalah proses pengerjaan material benda kerja atau suatu  produk  akibat  dari  sejumlah  loncatan  bunga  api  listrik  yang  terjadi  pada  celah  elektroda  (alat potong) dengan benda kerja. Loncatan bunga api listrik tersebut terjadi secara tidak kontinyu melainkan secara periodik terhadap waktu, terjadi di antara elektroda dan benda kerja  yang terendam dalam fluida dielektrikum  pada  tegangan  listrik  lebih  besar  dari  20  volt.  Loncatan  bungan  api  listrik  menyebabkan pemusatan aliran elektron kecepatan tinggi dan menumbuk permukaan benda  kerja.
Dengan  demikian  besarnya  kecepatan  pengerjaan  benda  kerja  sangat  dipengaruhi  oleh temperatur  leleh  dari  benda  kerja  itu  sendiri.  Secara  umum,  prinsip  kerja  proses EDM sinking diilustrasikan pada Gambar.1 [1] .
Gambar.1 Skema proses EDM sinking [1]
Proses  pengikisan  pada  proses  EDM  sinking  akan  menyebabkan  laju  keausan  elektroda  (LKE), sedangkan  proses  erosi  pada  benda  kerja  merupakan  proses  pengerjaan  benda  kerja,  produktivitas pengerjaan benda kerja di tunjukan oleh material removal rate (MRR) [2]. Proses pengikisan benda kerja dan elektroda tersebut tergantung pada parameter proses yang akan di variasikan: (i) Curren, (ii) Energy On Time, (iii) Energy Off Time. Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengatur parameter-parameter tersebut di atas, agar memungkinkan memperoleh keausan terjadi pada elektroda yang optimal. Proses terjadinya loncatan bunga api listrik di antara elektroda dan benda kerja tersebut adalah sebagai berikut:
a. Pada saat jarak terdekat elektroda dan benda kerja, terjadilah medan listrik yang kuat sehingga ion-ion positif (M+) dan elektron (e-), masing-masing mengalir pada kutup yang berlawanan.
b. Pada kondisi ini maka terbentuklah saluran ion yang bersifat kondusif, sehingga arus listrik dapat mengalir melalui saluran ion tersebut.
c. Tahanan listrik pada saluran ion menjadi rendah sehingga terjadi pelepasan energi listrik dalam waktu yang singkat berupa loncatan bunga api listrik. Gambar 2 menunjukan proses ionisasi yang menyebabkan loncatan bungan api listrik[3].
Gambar 2. Loncatan bunga api
Laju keausan elektroda (LKE) didefinisikan sebagai besarnya volume material yang dihasilkan per satuan waktu (mm 2 /min). LKE dapat diestimasi berdasarkan  perubahan massa atau perubahan volume pada elektroda.
𝐿𝐾𝐸  ( 𝑚𝑚 3 𝑚𝑖𝑛 ) = 𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒 𝑚𝑎𝑡𝑒𝑟𝑖𝑎𝑙 𝑦𝑎𝑛𝑔 𝑡𝑒𝑟𝑏𝑢𝑎𝑛𝑔(𝑚𝑚 3 ) 𝑊𝑎𝑘𝑡𝑢 𝑝𝑒𝑚𝑒𝑠𝑖𝑛𝑎𝑛 (𝑀𝑖𝑛)
Metode  permukaan  respon  (response  surface  methodology)  merupakan  sekumpulan  teknik matematika  dan  statistika  yang  berguna  untuk  menganalisis  permasalahan  dimana  beberapa  variabel independen mempengaruhi variabel respon dan tujuan akhirnya adalah untuk mengoptimalkan respon. Ide dasar metode ini adalah memanfaatkan desain eksperimen berbantuan statistika untuk mencari nilai optimal dari suatu respon. Metode ini pertama kali diajukan sejak tahun 1951 dan sampai saat ini telah banyak dimanfaatkan baik dalam dunia penelitian maupun aplikasi industri. Misalnya, dengan menyusun suatu  model  matematika,  peneliti  dapat  mengetahui  nilai  variabel-variabel  independen  yang menyebabkan nilai variabel respon menjadi optimal.

## 2.   METODE PENELITIAN

## Gambar 3. Diagram penelitian

## 2.1       Rancangan Penelitian
Bahan yang digunakan pada penelitian adalah material baja AISI H13 dengan dimensi  25 x 19.
Gambar.4 Benda kerja
Material untuk elektroda atau pahat yang digunakan adalah tembaga. Dasar pemilihan elektroda tembaga ini adalah:
1. Memiliki sifat konduktor yang baik.
Dapat digunakan untuk semua jenis logam

## 2.2      Alat Pengujian
Untuk  mempermudah  dalam  melakukan  proses  penelitian  peralatan  yang  digunakan  adaalah sebagai berikut:

## 2.2.1  Mesin EDM
Mesin EDM sinking yang digunakan adalah mesin Hitachi dengan Series H-DS02-S ditunjukkan pada Gambar 6.
Gambar 6. Mesin EDM sinking H-DS02-S

## 2.2.2  Alat Ukur Surface Roughness Tester
Alat ukur Surface Roughness Tester yang digunakan dalam penelitian ini adalah SURFTEST SJ-210 buatan Mitutoyo dengan kecermatan 0,01µm. Alat ini digunakan untuk mengukur berapa nilai kekasaran permukaan  dari  hasil  pengikisan  material  menggunakan  EDM sinking .  Alat  ukur  tersebut  dapat  dilihat pada Gambar 7.
Gambar 7. Surface Roughness Teste SJ-210

## 2.3      Parameter Penelitian
2.3.1   Parameter Proses
Parameter proses adalah parameter yang dapat dikendalikan dan nilainya dapat ditentukan. Ada empat parameter proses yang digunakan pada eksperimen ini yaitu:
1. Arus (Current)
Arus  listrik  yang  dihasilkan  oleh  mesin EDM ini  antara  0  –  28  A. Current yang  digunakan adalah: 10A, 15, 20 dan 25A.
2. Energy On Time On-time yang dihasilkan oleh mesin EDM ini antara 50 – 300 μs, namun yang dipilih adalah on time 100 μs, 150, 200 dan 300 μs.
3. Energy Off Time
Mesin ini menghasilkan off-time antara 3  25 μs, namun pada penelitian ini dipilih dua level off-time yaitu 5, 10, 15 dan 20μs.

## 2.3.2   Parameter Respon
Parameter  respon  merupakan  variabel  yang  besarnya  tidak  dapat  ditentukan  dan  nilainya dipengaruhi  oleh  perlakuan yang  diberikan,  serta  hasilnya  diketahui  setelah  melaksanakan  percobaan. Parameter respon yang digunakan pada penelitian ini adalah sebagai berikut:
1. Keausan Elektroda (KE)

## 3.   HASIL DAN PEMBAHASAN
Pada pengolahan sample ini dilakukan secara acak dengan kombinasi variabel proses mengacu pada rancangan percobaan yang sesuai dengan perhitungan Desain of Experiment (DOE) dengan metode permukaan respon. Pengacakan ini dilakukan dengan menggunakan fasilitas randomisasi bilangan melalui bantuan perangkat lunak Design expert 9.0. Desain tersebut dikenal dengan Central Composite Design (CCD).
CCD  yang  digunakan  meliputi  20  kali  pengujian  dan  masing-masing  titik  variasi  dengan pengulangan sebanyak 6 kali pada daerah pusatnya dengan menggunakan perangkat lunak Design Expert 10  dimana  dari  3  parameter  proses  yang  diambil  yaitu  energy  on  time  (µs),  energy  off  time  (µs)  dan Ampere/current (A) didapat 20 sample percobaan yaitu :
Tabel 1. Hasil pengambilan data keausan elektroda
Std Run Energy On Time Energy Off Time Current Keausan elektroda µs µs Ampere µm 1 19 100 5 10 0,041 2 5 300 5 10 0,040 3 10 100 15 10 0,011 4 7 300 15 10 0,026 5 1 100 5 20 0,272 6 18 300 5 20 0,130 7 11 100 15 20 0,070 8 12 300 15 20 2,610 9 4 31,82 10 15 1,169 10 9 368,18 10 15 0,391 11 16 200 1,59 15 0,086 12 20 200 18,41 15 0,056 13 6 200 10 6,59 0,033 14 2 200 10 23,41 0,973 15 17 200 10 15 0,712 16 13 200 10 15 0,224 17 8 200 10 15 0,197 18 15 200 10 15 0,244 19 14 200 10 15 0,185 20 3 200 10 15 0,217
Berdasarkan Tabel 1 dapat dijelaskan  dimana keausan elektroda yang paling kecil terdapat pada energy on time (100 µs) dan energy off time (15 µs) dengan Ampere (10 A) dan keausan yang paling tinggi didapat pada energy on time (300 µs) dan energy off time (15 µs) dan Amper  ( 20 A).

## 3.1.    Hasil dan Pembahasan keausan Elektroda
Analisis varian (ANOVA) dari model linier yang telah didapat ditunjukkan pada Tabel 2.
Tabel 2.  ANOVA for Response Surface Quadratic Model Keausan Elektroda
Source Sum of Mean F Squares DF Square Value Prob > F Model 15,81 9 1,76 0,8 0,6267 significant A 1,37 1 1,37 0,62 0,4485 B 7,95 1 7,95 3,62 0,0864 C 0,39 1 0,39 0,18 0,6824 A2 2,64 1 2,64 1,2 0,2988 B2 0,041 1 0,041 0,018 0,8945 C2 0,53 1 0,53 0,24 0,6354 AB 1,86E-03 1 1,86E-03 8,47E-04 0,9774 AC 2,4 1 2,4 1,09 0,3205 BC 0,25 1 0,25 0,12 0,7408 Residual 21,98 10 2,2 Lack of Fit 5,5 5 1,1 0,33 0,8733 not significant Pure Error 16,48 5 3,3 Cor Total 37,79 19
Dari perhitungan ANOVA dapat dilihat bahwa Lack of Fit (LOF) dari model linier tidak signifikan dengan nilai Mean Square Erorr (MSE) yaitu 1,1. Model ini valid dan dapat digunakan untuk memprediksi nilai keausan elektroda.
Gambar 8. Normal plot of residuals kekasaran permukaan
Gambar 9. Plot actual faktor Energy On Time keausan elektroda
Gambar 10. Plot actual faktor Energy Off Time keausan elektroda

## Gambar 11.  Plot actual faktor Current Time keausan elektroda

## 4.   SIMPULAN
Penelitian  ini  difokuskan  pada  Optimasi  Parameter  Pemotongan  Untuk  Pemotongan  material baja AISI H13 di EDM singking dengan  Aplikasi Metode RSM, dimana parameter kontrol adalah Energy On Time (T on ), Energy Off Time (T off ) dan Ampere/Current (A). Keausan elektroda  dapat dilihat bahwa nilai keausan tertinggi diperoleh oleh pengujian ke-8 dengan parameter yang digunakan Ton (300 μs), Toff (15 μs ) dan Ampere (20 A), dan nilai keausan yang terkecil diperoleh percobaan ke-3 dengan parameter yang digunakan Ton (100 μs), Toff (15 μs ) dan Ampere (10 A) dengan demikian Ton sangat berpengaruh dalam bervariasinya nilai kekerasan spesimen.

## DAFTAR PUSTAKA
[1] Lin, C.L., Lin, J.L. & Ko, T.C., “Optimisation of the EDM Process Based on the Orthogonal Array with Fuzzy Logic and Grey Relational  Analysis Method”, journal of Advance Manufacturing Technology , pp.271–277, 2002.
[2] Gostimirovic  Marin,  dkk.,  “Influence  of  discharge  energy  on  machining  characteristics  in  EDM”, Journal of Mechanical Science and Technology , 26(1)(2012)173~179, Springer, 2012.
[3] Londa Petrus, Lalel Bernard, “Analisa Keausan Elektroda pada Proses Electrical Discharge Machining”, MeTrik polban, Jurnal Ilmiah Bidang Teknik Mesin , 2009.
[4] Hitachi MP30E, Machining technical Data Book, Kanagawa Japan: Hitachi Via Mechanics, Ltd.
[5] Krar, S. F.& Check, A., Technology of Machine Tools fifth edit., Mc-Graw Hill International Editions, 1997.
[6] Rochim, T., Klasifikasi Proses, Gaya dan Daya Pemesinan. Lab.Teknik Produksi dan Metrologi Industri ITB, Bandung: Institut Teknologi Bandung, 2007.
[7] Myers, RH dan DC Montgomery. 1995.
[8] _______,  Response  Surface  Methodology:  Process  and  Product  Optimization  Using  Designed Experiments, New York: John Wiley & Sons, Inc.
[9] Nuryanti dan D.J. Salimy, “Metode Permukaan Respon dan Aplikasinya Pada Optimasi  Eksperimen Kimia”, Dalam Risalah Lokakarya Komputasi dalam Sains dan Teknologi Nuklir: 6-7 (373-391), 2008.
[10] Montgomery, DC, Design and Analysis of Experiments 5th edition. New York: John Wiley & Sons, Inc., 2001.