MAKALAH

Ultrasonic Machining (USM)

Disusun untuk memenuhi tugas

Proses Manufaktur 2

Disusun Oleh :

DHOVI IRVAN F 02.2012.1.08444

DEDY RACHMAD K 02.2012.1.08445

ANUGRAH A 02.2012.1.08486

AGUNG WAHANA P 02.2013.1.90551

JURUSAN TEKNIK MESIN

INSTITUT TEKNOLOGI ADHI TAMA SURABAYA

SURABAYA 2015

Ultrasonic Machining (USM)

A.Sejarah Ultrasonic machining (USM)

Zat pada yang keras selalu kaku,kuat dan tahan aus. Di sisi lain biasanya zat padat

yang keras menunjukkan perpatahan variabel stasis dan sensitivitas tinggi terhadap kerusakan

mesin. Ketika di muat dengan kekuatan tarik zat padat keras lewat dari batas elastis untuk

fraktur suatu perilaku bahan yang selalu gagal, dengan bertambahnya perluasan retakan dari

suatu bahan. Sehingga zat padat yang keras biasanya rapuh, karena zat padat keras memiliki

kapasitas kecil untuk mengubah energi elastis menjadi deformasi plastis pada temperatur

tertentu (Dieter,1981). Zat padat rapuh dan keras dapat diklasifikasikan dalam empat

kelompok yaitu :

- Mineral

- Polycrystalline

- Keramik ( tradisional dan modern )

- Kristal

- Gelas amorphus

Mineral sering digunakan sebagai bahan baku dalam produksi dalam berbagai macam

produk seperti amplas, batu permata, logam dan paduan, kristal sintesis yang diproduksi pada

skala besar dan lain-lain. Keramik dan gelas banyak digunakan untuk pembuatan produk

yang sering kita gunakan di kehidupan sehari-hari. Keramik di zaman modern ini telah di

adopsi sebagai bahan fungsional dan rekayasa struktural (Chiang et al. 1997). Keramik

fungsional dan kristal secara luas digunakan dalam produksi listrik, eletronik, magnetik dan

kompenen optik untuk sistem kerja tinggi seperti transduscer, resonator, aktuator dan sensor

(Fraden, 1996).

Dua dekade terakhir ini terlihat kebangkitan luar biasa dalam penggunaan keramik yang

modern dalam aplikasi struktural seperti roller dan bantalan geser, mesin diesel adiabtik, alat

pemotong dll. Proses pembentukan dan sintering keramik yang konvensional tidak selalu

memberikan akurasi dimensi yang tinggi dan kualitas permukaan yang bagus untuk

komponen yang fungsional dan strukutral. Oleh karena itu dikembangkan teknologi mesin

yang yang presisi, yang digunakan untuk pembuatan komponen yang presisi, hemat biaya,

kualitas yang baik untuk memproduksi zat padat yang rapuh dan keras. Ultrasonic machining

menawarkan solusi untuk mempermudah dalam proses permesinan bahan yang padat dan

keras seperti kristal, gelas,dan keramik. Dan untuk meningkatkan operasional yang kompleks,

dan untuk memberikan bentuk yang rumit dan profil kerja yang rumit. Oleh karena itu mesin

ini digunakan untuk proses pemotongan bahan yang keras dan rapuh yang tidak bisa

dilakukan oleh mesin konvensional. Mesin ini sebenarnya melakukan metodee pemotongan

dengan menggunakan partikel abrasif tersuspensi dalam cairan, atau dengan tool berlian

beralpis yang berputar. Jenis ini biasanya dikenal dengan nama ultrasonic machining

stasioner (USM) dan ultrasonic machining rotary ( RUM).

B. Pengertian Ultasonic machining (USM)

Gambar 3 : Ultrasonic Machining

Ultrasonic machining (USM), adalah proses permesinan nonkonvensional yang

menggunakan campuran air dan partikel abrasive yang biasa disebut dengan slurry. Slurry

nantinya akan disemprotkan dengan kecepatan tinggi ke suatu titik diantara tool dan benda

kerja, proses pemakanan benda kerja sendiri terjadi dengan cara menggetarkan tool pada

amplitudo yang rendah sekitar 25-100 micron. Dan frekuensi tinggi antara 15-30 kHz. Tool

nantinya akan berisolasi dengan arah tegak lurus terhadap permukaan benda kerja yang

selanjutnya partikel abrasif akan mengikis sedemikian rupa sehingga dihasilkan bentuk yang

sesuai dengan bentuk negatif tool yang digunakan seperti yang ditunjukkan pada gambar 1.

Gambar 1 : Proses permesinan ultrasonic

Seperti penjelasan diatas untuk menghasilkan keadaan tertentu maka tool akan di dorong

ke bawah dengan pemberian gaya pemakanan secara perlahan. Namun demikian jarak antara

tool dan benda kerja harus tetap terjaga sehingga dapat dialirkan cairan campuran air dan

material yang akan memakan benda kerja. Vibrasi amplitudo harus terus- menerus dijaga

agar gap antara tool dan benda kerja tetap pada kondisi ideal yaitu pada jarak sedikit lebih

besar dari ukuran butir partikel abrasive yang hendak dilewatkan. Setelah proses pemakanan

terjadi oleh material abrasive, tatal yang terbentuk nantinya akan di dorong dan dia alirkan

kembali menuju ke bak penampungan bersama dengan slurry. Setelah itu slurry akan

dipompakan kembali menuju benda kerja untuk melakukan proses permesinan.

C. Bagian–bagian utama ultrasonic machining (USM)

Dari bentuk fisik, tampilan dan juga struktur mekanik dari ultrasonic machining pada

umumnya memilki kemiripan dengan mesin drill maupun milling, akan tetapi terdapat

beberapa fitur-fitur tambahan yang pada ultrasonic machining seperti pada pencekam yang

mengakomodir pencengkaman yang lebih baik dari pencekam yang ada pada mesin drill

maupun milling yang menggunakan 4 pencekam (chuck), selain itu terdapat juga saluran

slurry yang digunakan untuk menyemprotkan cairan dan juga partikel abrasive pada benda

kerja. Perbedaan yang menonjol lainnya terdapat pada bagian meja USM yang tidak dapat

digerakkan. Namun untuk mengakomodir ukuran benda kerja yang berbeda-beda maka tool

holder yang terhubung dengan tranduscer dapat digerakkan ataupun turun secara manual.

Gambar 3 : Komponen USM

Komponen-komponen ultrasonic machining :

Slurry delivery dan return system.

Mekanisme pemakanan untuk menghasilkan gaya untuk mendorong tool

melakukan proses pemakanan ke bawah (ke arah work piece).

Tranduscer digunakan untuk menghasilkan energi getaran ultrasonic

Horn atau concentrator sebagai amplifer mekanis guna menghasilkan

amplitude pada kisaran 15-50 mikron.

Tool , tool umumnya menggunakan materia yang bersifat ductile, seperti brass

dan stianless steel sehingga nilai tool wear rate dapat diminimalisir.

Human computer interface (HCI) . layar ini menampilkan beberapa pilihan

dalam mode operasi mesin.

Amplitude digunakan untuk mengatur sistem tenaga untuk mengontrol

generator bagi amplitudo

Gambar 4 : Generator

Gambar 5 : Tranduscer and concentrator with tool holder and tool

Gambar 6 : Slurry tank and Slurry pump

Gambar 7 : Human computer interface (HCI)

D. Cara kerja ultrasonic machining

Gambar 8 : cara kerja ultrasonic machining

Proses permesinan pada USM terjadi akibat adanya Gerakan osilasi dengan Frekuensi

tinggi dikombinasikan dengan amplitude rendah ditransmisikan pada tool. Pada saat yang

bersamaan Aliran yang berisi campuran antara cairan dan partikel abrasive didorong

mengunakan pompa dan dilewatkan diantara benda kerja dan tool USM. Tool yang bergerak

osilastik dikombinasikan dengan cairan slurry akan memakan benda kerja dengn bentuk

berkebalikan dari bentuk tool yang digunakan. Dalam proses USM sendiri sebenarnya tidak

terjadi kontak antara tool dengan benda kerja. yang sesungguhnya terjadi adalah terjadinya

kontak antara material abrasive (slurry) dengan benda kerja. kemudian tatal yang timbul

akibat proses pemakanan akan dialirkan mengunakan slurry dan ditampung pada tangki

penampungan yang selanjutnya akan di disalurkan kembali menuju pompa untuk

disemprotkan kembali menuju benda kerja.

E. Kemampuan Proses ultrasonic machining

1. Dapat melakukan proses permesinan terhadap material yang memiliki kekerasan

antara 40HRC hingga 60 HRC seperti karbida, kramik, tungsten dan gelas yang tidak

dapat dibentuk mengunakan proses permesinan konvensional

2. Nilai Material Removal Rate (MRR) dapat mencapai 25 mm/menit

3. Kemampuan surface finish berkisar antara -0.25 micron sampai 0.75 micron

F. Aplikasi Ultrasonic machining

Permesinan Ultrasonic menawarkan perpaduan unik dari kemampuan, kualitas dan

kompatibilitas bahan untuk keramik , karbida dan bahan kearas lainya. Proses ini serbaguna,

menawarkan fleksibilitas untuk memenuhi berbagai persyaratan desain, dan hasil bagian

berkualitas tinggi dengan kerusakan bawah permukaan sedikit atau bahkan tidak ada sama

sekali selain itu tidak menghasilkan HAZ yang umumnya terjadi pada proses permesinan

lainya . Manfaat ini membuatnya menjadi sumber daya berharga bagi, insinyur ilmuwan dan

desainer beberapa aplikasi yang dapat dikerjakan mengunakan USM antara lain:

1. Pembuatan lubang/cavity pada material non-conductive

2. Untuk pembuatan lubang dalam jumlah besar namun dengan diameter kecil

3. Untuk melakukan pemesinan terhadap paduan metal yang getas

4. untuk melakukan berbagai operasi pemesinan seperti grinding, drilling, milling.

5. Dapat digunakan untuk melakukan proses pembentukan dies untuk drawing,

puncing, piercing dan blanking

6. Digunakan untuk pengeboran pada dunia kedokteran gigi

7. Dapat digunakan untuk memotong berlian

8. Melakukan operasi gerinda terhadap gelas dan kramik

Gambar 8 : proses pemotongan material

Gambar 9 : Proses pemotongan Material

- Hasil dari proses ultrasonic machining.

Gambar 10 : hasil permesinan

Gambar : 11 hasil permesinan

G. Kelebihan dan kekurangan ultrasonic machining

- Kelebihan dari ultrasonic machining antara lain :

1. Dapat digunakan untuk proses permesinan terhadap material yang keras, brittle ,

mudah pecah, dan material material non conductive

2. Tidak terjadi perubahan pada struktur mikro material baik secara fisik maupun

kimia

3.Dapat melakukan permesinan terhadap material non conductive yang sebelumnya

tidak dapat dilakukan proses permesinan menggunakan EDM dan ECM

4. Tidak menimbulkan distorsi pada benda kerja

5. Dapat dikombinasikan dengan proses permesinan lain seperti EDM, ECM.ECG.

- Kekurangan dari ultrasonic machining antara lain :

1. USM memiliki angka Material Rate Removal yang rendah (maksimum 25

mm/menit)

2. Tidak dapat membuat lubang yang dalam , hal ini dikarenakan pergerakan aliran

slurry yang terbatas

3. Angka Tool Wear Rate yang tinggi menyebabkan proses pernggantian tool

berlangsung cepat (angka tool wear rate bervariasi sekitar 1:1 hingga 1:200)

4. USM hanya dapat digunakan apabila tingkat kekerasan material yang hendak

dilakukan proses permesinan berada diatas angka 45HRC

Daftar Pustaka.

http://share.pdfonline.com/6379a76571c343788002fe8a13544166/prospro%20jadi.htm

Diakses pada tanggal 04 Desember 2015

http://prezi.com/lmx4xzqktjhx/ultrasonic-machining/# Diakses pada tanggal 04 Desember

2015

http://www.gobookee.org/ultrasonic-machining-process/ Diakses pada tanggal 04 Desember

2015

http://www.thomasnet.com/articles/custom-manufacturing-fabricating/types-machining

Diakses pada tanggal 04 Desember 2015