## ANALISA KEKASARAN PERMUKAAN PADA PROSES EDM SINKING MENGGUNAKAN METODA RESPONSE SURFACE METHODOLOGY
Eko Yudo 1 , Zaldy Kurniawan 2
1,2 Jurusan Teknik Mesin - Politeknik Manufaktur Negeri Bangka Belitung Kawasan Industri Airkantung Sungailiat-Bangka, 33211 Telp.0717-93586, Fax.0717-93585, yudamessi2207@gmail.com

## Abstract
The development of technology in the manufacturing sector is very fast, the market demand is diverse will the needs of products and components with complex shapes and high level of precision and hardness of material that has high strength. High degree of hardness and precision are widely used non- conventional EDM machine sinking. the electrode wear rate (LKE) and surface roughness (KP) are at least the  performance  of  the  EDM  sinking  machine  process  to  be  achieved.  The  study  was  conducted  to determine the contribution of process parameters in order to reduce the variation of response parameters simultaneously  and  to  determine  the  appropriate  process  parameter  setting  value.  Parameters  varied current, on time, off time and machining voltage. This research uses experimental design from Response Surface Methodology (RSM) method. And obtained the most refined Ra roughness results on Ton 100 µs, and Toff 15 µs with 10 A Ampere, and the roughest Ra roughness is obtained at Ton 300 µs, and Toff 15 µs with Ampere 20 A.
Keywords : EDM sinking, surface roughness (KP), Response Surface ethodology

## Abstrak
Perkembangan  teknologi  dibidang  manufaktur  saat  ini  sangat  cepat,  keinginan  pasar  yang beragam akan kebutuhan produk serta komponen dengan bentuk yang komplek dan tingkat kepresisian yang tinggi serta kekerasan material yang memiliki kekuatan tinggi. Tingkat kekerasan yang tinggi dan kepresisian  banyak  digunakan  mesin  non  konvensional  EDM  sinking.  laju  keausan  elektroda  (LKE)  dan kekasaran permukaan (KP) yang minimal merupakan kinerja dari proses mesin EDM sinking yang ingin dicapai.  Peneltian  dilakukan bertujuan  untuk  menentukan  kontribusi  dari  parameter-parameter  proses agar bisa mengurangi variasi parameter respon secara serentak dan menentukan nilai setting parameter proses  yang  tepat.  Parameter  yang  divariasikan  current,  on  time,  off  time  dan  machining  voltage. Penelitian ini meggunakan rancangan percobaan dari metode Response Surface Methodology (RSM) . Dan didapat hasil kekasaran R a yang paling halus terdapat pada T on 100 µs, dan T off 15 µs dengan Ampere 10 A, dan kekasaran R a yang paling kasar didapat pada T on 300 µs, dan T off 15 µs dengan Ampere 20 A.
Kata kunci : EDM sinking, kekasaran permukaan (KP), Response Surface Methodology

## 1. PENDAHULUAN
Pada saat ini perkembangan teknologi di bidang manufaktur sangat la cepat, dengan demikian permintaan  pasar  pun  semangkin  beragam  akan kebutuhan  produk-produk  dan  komponen-komponen dengan  berbagai  bentuk  dari  bentuk  sederhana  kebentuk  yang  sedemikian  komplek  dan  tingkat kepresisian yang tinggi serta tingkat kekerasan material yang memiliki kekuatan lebih tinggi, oleh sebab itu  dunia  industri  manufaktur  dituntut  akan  adanya  peningkatan  efektifitas  dan  efisiensi  yang  mampu dalam proses pemesinannya. Untuk saat ini mesin konvensional belum bisa mengerjakan komponen yang komplek  dan  tingkat  kekerasan  tinggi  dengan  tingkat  kepresisian  yang  tinggi.  Hal  ini  bisa  diproses menggunakan mesin non-konvensional seperti EDM sinking (Electrical Discharge Machine).
Proses EDM adalah proses termal yang digunakan untuk pengerjaan logam dengan kontur yang kompleks, dengan melibatkan pembentukan saluran plasma akibat loncatan bunga api diantara elektroda dan benda kerja yang terjadi secara tidak kontinyu tetapi periodik terhadap waktu. Panas dari loncatan bunga api akan menyebabkan terjadinya pelelehan lokal pada material benda kerja dan elektroda. 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 (Lin et al. 2002) .
Gambar.1 Skema proses EDM sinking (Lin et al. 2002)
𝐿𝑃𝑀 = 𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒 𝑦𝑎𝑛𝑔 𝑡𝑒𝑟𝑏𝑢𝑎𝑛𝑔 waktu proses (1)
Kekasaran  permukaan  didefinisikan  sebagai  ketidakaturan  konfigurasi  permukaan  pada  suatu benda  atau bidang. Konfigurasi permukaan yang dihasilkan dari proses pemesinan EDM adalah kontur permukaan yang berbentuk berupa kawah-kawah kecil pada permukaan. Kondisi kawah yang dihasilkan pada proses pemesinan EDM sinking tergantung pada energi listrik yang terdapat pada setiap loncatan bunga api listrik.
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.
Gambar 2. Quadratic response surface model

## 2. METODE PENELITIAN

## Gambar 3. Diagram penelitian

## 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

## Gambar 5. Elektroda material tembaga

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

## Mesin EDM
Mesin EDM sinking yang digunakan adalah mesin Hitachi dengan Series H-DS02-S ditunjukkan pada Gambar 3.3

## Gambar 6. Mesin EDM sinking H-DS02-S

## 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 5.
Gambar 7. Surface Roughness Teste SJ-210

## Parameter Penelitian

## 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.

## 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. Kekasaran Permukaan

## 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 :

## 3.1.    Hasil dan Pembahasan kekasaran
Analisis varian (ANOVA) dari model linier yang telah didapat ditunjukkan pada Tabel 2. Tabel 1.  ANOVA for Response Surface Quadratic Model Kekasaran
Source Sum of Mean F Squares DF Square Value  Prob > F Model 0,11 9 0,012 2,26 0,1106 significant A 6,58E-03 1 6,58E-03 1,24 0,2922 B 2,47E-03 1 2,47E-03 0,46 0,5116 C 1,51E-03 1 1,51E-03 0,28 0,6055 A2 4,37E-03 1 4,37E-03 0,82 0,3865 B2 7,84E-05 1 7,84E-05 0,015 0,9058 C2 0,017 1 0,017 3,22 0,1031 AB 0,04 1 0,04 7,58 0,0204 AC 3,71E-03 1 3,71E-03 0,7 0,4232 BC 0,033 1 0,033 6,15 0,0326 Residual 0,053 10 5,33E-03 Lack of Fit 0,043 5 8,51E-03 3,98 0,0779 not significant Pure Error 0,011 5 2,14E-03 Cor Total 0,16 19
Dari perhitungan ANOVA dapat dilihat bahwa Lack of Fit (LOF) dari model linier tidak signifikan dengan nilai Mean Square Erorr (MSE) yaitu 8,51. Model ini valid dan dapat digunakan untuk memprediksi nilai kekasaran permukaan.
Gambar 8. Normal plot of residuals kekasaran permukaan
Gambar 9. Plot actual faktor Energy On Time kekasaran permukaan
Gambar 10. Plot actual faktor Current (arus) pada kekasaran permukaan
Gambar 11.  Plot actual faktor Energy Off Time kekasaran permukaan
4. SIMPULAN
Nilai kekasaran R a yang paling halus terdapat pada T on 100 µs, dan T off 15 µs dengan Ampere 10 A,  dan  kekasaran R a yang  paling  kasar  didapat  pada  T on 300  µs,  dan  T off 15  µs  dengan Ampere  20 A. Berdasarkan  hasil  diatas  bahwa  pengaruh  parameter  terhadap  kekerasan  dan  kekasaran  permukaan adalah lamanya waktu untuk pembilasan atau pembuangan geram/slurp, dimana semakin lama waktu pembilasan maka hasil permukaan akan semakin baik.

## 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] Hitachi MP30E, Machining technical Data Book, Kanagawa Japan: Hitachi Via Mechanics, Ltd.
[3] Krar, S. F.& Check, A., Technology of Machine Tools fifth edit, Mc-Graw Hill International Editions, 1997.
[4] Rochim,  T., Klasifikasi  Proses,  Gaya  dan  Daya  Pemesinan,  Bandung:  Lab.  Teknik  Produksi  dan Metrologi Industri ITB, 2007.
[5] Myers, RH dan DC Montgomery. 1995.
[6] Response  Surface  Methodology:  Process  and  Product  Optimization  Using  Designed  Experiments. New York: John Wiley & Sons, Inc.
[7] Nuryanti dan D.J. Salimy, “Metode Permukaan Respon dan Aplikasinya Pada Optimasi  Eksperimen Kimia”, Risalah Lokakarya Komputasi dalam Sains dan Teknologi Nuklir : 6-7 Agustus 2008 (373-391), 2008.
[8] Montgomery, DC, Design and Analysis of Experiments 5th edition, New York: John Wiley & Sons, Inc, 2001.