Makalah Electrochemical Machining (ECM)

BAB I

PENDAHULUAN

1.1     Latar Belakang

        Proses permesinan non-tradisional banyak digunakan untuk pembuatan geometris presisi suku cadang untuk dirgantara, elektronik dan industri otomotif kompleks dan bagian seperti dalam rongga internal miniature mikroelektronika dan komponen berkualitas baik hanya dapat ada dirancang secara geometris berbeda dihasilkan oleh proses permesinan non-tradisional.Proses aplikasi industri diterapkan etcants kimia dan bahan-bahan mesin.makalah ini bertujuan untuk memberikan rincian tentang  mesin kimia.

Pada pembahasan kali ini akan di jelaskan proses electro chemichal machining sebagaimana pentingnya proses permesinan nontradisional. Langkah-langkah  proses dibahas secara rinci mulai dari penggambaran proses permesinan  kimia,  aplikasi industri, kimia diterapkan etchants bahan dan mesin.

operasi harus dilakukan dengan hati-hati untuk memghasilkan geometri yang diinginkan. Pengunaan mesin harus memperhatikan efek lingkungan.

         

BAB II

PEMBAHASAN

2.1  Pengertian Electro chemical machine

Electro chemical machine (ECM) adalah permesinan non-tradisional yang terkenal dengan proses peleburan kimia benda kerja/ material oleh kontak dengan asam kuat atau basa yang dikendalikan oleh mesin. Pelapis khusus yang disebut maskants melindungi area logam yang tidak hilangkan. Proses ini digunakan untuk membuat kontur dan menghilangkan bahan yang memiliki rasio kekuatan-berat yang tinggi. Selain itu permesinan ini banyak digunakan untuk menghasilkan mikro-komponen untuk berbagai aplikasi industri seperti sistem mikroelectromechanical (MEMS) dan induksi semikonduktor 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.

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.

Electrochemical Machining (ECM)

2.2 Prinsip-Prinsip Mesin

Pada prinsipnya mesin elektro kimia mirip dengan Electropolishing mana benda kerja kekasaran permukaan menurun karena konversi atom menjadi ion dan penghapusan mereka dari permukaan sebagai akibat dari suatu bagian dari arus listrik.

mesin elektrokimia umumnya berlawanan dengan electroplating mana ion logam bepergian melalui deposit larutan elektrolit pada permukaan benda kerja yang terhubung katodik.

Reaksi elektrokimia terjadi dalam proses pemesinan elektrokimia adalah sebagai berikut:

Pada anoda atom  besi  rahasia ke dalam besi ion (kation):

Fe = Fe²⁺ + 2^e-

Elektron hilang oleh atom besi perjalanan ke katoda melalui power supply DC.

Pada katoda elektron bereaksi dengan molekul air membentuk gas hidrogen dan ion hidroksil (anion) menurut reaksi:

H₂O + 2^e- = H² + 2OH^-

Kation dan anion bereaksi dalam larutan air dan menciptakan larut hidroksida besi:

Fe²⁺ + 2OH^- = Fe (OH)²

Hidroksida tidak larut diambil oleh elektrolit mengalir dan kemudian mengendap di bagian bawah tangki membentuk lumpur.

Skema prinsip proses elektrokimia

Benda kerja dipasang di fixture terisolasi elektrik dari tangki dan bagian mesin lainnya. Benda kerja dihubungkan ke terminal positif (anoda) dari Power Supply. Alat ini terhubung ke terminal negatif (katoda).

elektrolit terus mengalir melalui lubang di alat untuk kesenjangan antara benda kerja dan permukaan alat.

Alat ini bergerak menuju benda kerja pada kecepatan konstan sekitar 0,05 "/ min (1,25 mm / min). Kesenjangan antara alat dan benda kerja dipertahankan konstan. perilaku yang stabil dari proses ini adalah hasil dari kontrol tegangan listrik.

Bentuk akhir dari benda kerja terbentuk sebagai hasil dari proses pemesinan elektrokimia sesuai bentuk alat.

Elektrolit yang digunakan dalam  mesin  elektrokimia:

1.      Natrium klorida (NaCl) dengan konsentrasi 20% - untuk paduan besi misalnya Baja dan besi cor dan paduan kobalt.

2.      Sodium nitrat (NaNO₃) - untuk paduan besi.

3.      Asam klorida (HCl) - untuk paduan Nikel .

4.      Campuran natrium klorida (NaCl) dan asam sulfat (H ₂SO ₄) - untuk paduan nikel.

5.      Campuran 10% asam fluorida (HF), 10% asam klorida (HCl), 10% asam nitrat (HNO3) - untuk paduan Titanium .

6.      Natrium hidroksida (NaOH) - untuk tungsten carbide (WC).     

2.3  Prinsip Kerja Electro chemical machine

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.

Dalam proses ECM, katoda (alat) maju ke anoda (benda kerja). Elektrolit bertekanan disuntikkan pada suhu yang ditentukan ke daerah yang dipotong. Tingkat umpan sama dengan laju "pencairan" bahan. Kesenjangan antara alat dan benda kerja bervariasi dalam 80-800 mikrometer (0,003-0,030 in.) Saat elektron melintasi celah, material dari benda kerja dilarutkan, karena alat tersebut membentuk bentuk yang diinginkan pada benda kerja. Cairan elektrolitik membawa hidroksida logam yang terbentuk dalam proses. 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.

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 listrikdan 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.

2.4  Tools Yang di Gunakan

1.      DC Power supply. Tingkat mesin di mesin elektrokimia sebanding dengan kepadatan arus listrik. Untuk mencapai nilai yang tinggi dari tingkat mesin mesin elektrokimia umumnya dilakukan pada arus searah tinggi melebihi 1000 A. Tegangan dari proses ini adalah 5-25 V.

2.      sistem sirkulasi elektrolit. Produk dari reaksi elektrokimia harus dihapus dari kesenjangan antara benda kerja dan alat. Akumulasi dari produk reaksi menyebabkan penurunan efisiensi proses dan pengurangan laju mesin. Oleh karena itu elektrolit kecepatan aliran harus tinggi. Umumnya itu adalah dalam kisaran 1,000-10,000 ft / min (300-3,000 m / min). elektrolit terus disaring untuk menjebak produk reaksi diendapkan (sludge).

3.      sistem mekanik. Salah satu parameter yang paling penting dari mesin elektrokimia adalah menjaga tingkat tegangan konstan. Hal ini dicapai dengan sistem kontrol menyediakan pergerakan alat pada kecepatan konstan sama dengan tingkat linear dari mesin. Proses dalam keadaan stabil dilakukan pada konstan (biasanya gap 0,004-0,016 "/0.1-0.4 mm). Sebuah fiksasi yang kuat dari benda kerja yang disediakan oleh fixture, meja dan frame juga penting untuk operasi yang stabil dari sistem pada celah yang konstan. peralatan mesin konvensional termasuk mesin CNC dapat dimodifikasi untuk proses pemesinan elektrokimia.

4.      Sistem pengaturan. parameter listrik dari proses, alat kecepatan pakan dan parameter sistem sirkulasi elektrolit dikendalikan oleh sistem kontrol, yang menyediakan operasi yang stabil dan efisien unit.

2.5  Perawatan  dan Trouble Shooting

Peristiwa korosi sendiri merupakan proses elektrokimia, yaitu proses (perubahan / reaksi kimia) yang melibatkan adanya aliran listrik.  Bagian tertentu dari besi berlaku sebagai kutub negatif (elektroda negatif, anoda), sementara bagian yang lain sebagai kutub positif (elektroda positif, katoda).  Elektron mengalir dari anoda ke katoda, sehingga terjadilah peristiwa korosi.

Ion besi (II)yang terbentuk pada anoda selanjutnya teroksidasi menjadi ion besi (III) yang kemudian membentuk senyawa oksida terhidrasi (karat besi), Fe2O3.xH2O.

Dari reaksi terlihat bahwa korosi melibatkan adanya gas oksigen dan air.  Karena itu, besi yang disimpan dalam udara yang kering akan lebih awet bila dibandingkan ditempat yang lembab.  Korosi pada besi ternyata dipercepat oleh beberapa faktor, seperti tingkat keasaman, kontak dengan elektrolit, kontak dengan pengotor, kontak dengan logam lain yang kurang aktif (logam nikel, timah, tembaga), serta keadaan logam besi itu sendiri (kerapatan atau kasar halusnya permukaan).

Perlindungan katoda (pengorbanan anoda):

Besi yang dilapisi atau dihubugkan dengan logam lain yang lebih aktif akan membentuk sel elektrokimia dengan besi sebagai katoda.  Di sini, besi berfungsi hanya sebagai tempat terjadinya reduksi oksigen. Logam lain berperan sebagai anoda, dan mengalami reaksi oksidasi.  Dalam hal ini besi, sebagai katoda, terlindungi oleh logam lain (sebagai anoda, dikorbankan).  Besi akan aman terlindungi selama logam pelindungnya masih ada / belum habis.  Untuk perlindungan katoda pada sistem jaringan pipa bawah tanah lazim digunakan logam magnesium, Mg.  Logam ini secara berkala harus dikontrol dan diganti.

  

BAB III

PENUTUP

3.1  Kesimpulan

Electro chemical machine di artikan 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.

3.2  Saran

Dalam makalah ini masih banyak kekurangan materi tentang materi ECM itu sendiri.kami mohon maaf atas kekurangan materi ini.