Metode Pemrosesan Mekanis - Pemotongan Kawat

I Pemotongan Kawat Pelepasan Listrik

 

Mesin Pemotong Kawat Pelepasan Listrik (Wire Electrical Discharge Machining, disingkat WEDM) termasuk dalam kategori permesinan kelistrikan. Hal ini ditemukan oleh peneliti Soviet Lazarenkov dan istrinya saat mempelajari fenomena dan penyebab kerusakan erosi pada kontak saklar yang disebabkan oleh pelepasan percikan api. Mereka menemukan bahwa percikan api bersuhu tinggi secara instan dapat melelehkan dan mengoksidasi logam lokal, yang menyebabkan korosi. Hal ini menyebabkan penciptaan dan penemuan mesin pelepasan listrik. Mesin pemotong kawat juga ditemukan di Uni Soviet pada tahun 1960, dan Tiongkok adalah negara pertama yang menggunakannya untuk produksi industri.

 

 

 

II Prinsip Fisika

 

Ion positif bebas dan elektron terakumulasi di medan, dengan cepat membentuk saluran konduktif terionisasi. Pada tahap ini, arus mengalir di antara dua lempeng, menyebabkan tumbukan antar partikel yang tak terhitung jumlahnya, membentuk zona plasma yang dengan cepat memanas hingga 8000 hingga 12000 derajat Celcius. Hal ini menyebabkan beberapa material pada permukaan kedua konduktor meleleh seketika. Pada saat yang sama, akibat penguapan elektroda dan cairan dielektrik, terbentuklah gelembung, dan tekanannya meningkat menurut pola yang teratur hingga mencapai tingkat yang sangat tinggi. Arus kemudian terputus, dan suhu tiba-tiba turun, menyebabkan gelembung meledak. Kekuatan yang dihasilkan oleh ledakan tersebut mengeluarkan material yang meleleh, sehingga menciptakan lubang. Bahan yang terkorosi kemudian mengembun menjadi bola-bola kecil di dalam cairan dielektrik dan dihilangkan oleh cairan tersebut. Melalui pemantauan dan manajemen yang dikontrol NC, mekanisme servo menjalankan fenomena pelepasan secara seragam.

 

 

 

III Klasifikasi

 

Mesin Pemotong Kawat Pelepasan Listrik dapat diklasifikasikan menurut kecepatan kawat menjadi tiga jenis: pemesinan pelepasan listrik kawat bolak-balik berkecepatan tinggi (biasa disebut "pemotongan kawat cepat"), pemesinan pelepasan listrik kawat satu arah berkecepatan rendah (biasa disebut " pemotongan kawat lambat"), dan pemesinan pelepasan listrik kawat berputar otomatis secara vertikal. Mereka juga dapat dikategorikan berdasarkan jenis meja kerja menjadi tipe meja kerja silang satu kolom dan tipe kolom ganda (biasa disebut "tipe gantri").

 

1. Mesin Pelepasan Listrik Kawat Bolak-balik

Kecepatan kawat untuk mesin pelepasan listrik kawat bolak-balik ditetapkan pada 6–12 m/s dan merupakan jenis unik yang dikembangkan di Tiongkok. Pada bulan September 1970, Pabrik Umum Mesin Changfeng milik Negara Kementerian Perindustrian berhasil mengembangkan "mesin pemotong kawat otomatis yang dikontrol secara digital", yang merupakan yang pertama dari jenisnya di Tiongkok. Pada tahun 1972, Kementerian Permesinan melakukan penilaian teknis terhadap mesin pemotong kawat CNC CKX yang dinilai memenuhi tingkat mahir dalam negeri. Pada tahun 1973, produksi massal mesin pemotong kawat CNC dimulai dengan sebutan CKX-1.

 

Pada bulan September 1981, mesin CNC DK3220 dengan fungsi pemotongan lancip berhasil dikembangkan, dengan fitur produk yang paling signifikan adalah kemampuan pemotongan pada lancip 1.5-derajat. Hal ini menandai kemajuan besar dalam teknologi mesin pemotong kawat. Seiring dengan kemajuan teknologi pemotongan lancip, teknologi pemotongan lancip variabel dan asimetris atas-bawah juga mengalami kemajuan yang signifikan. Terobosan dalam pemotongan material yang lebih tebal sangat meningkatkan akurasi penampang dan memanjang, dengan ketebalan pemotongan melebihi 1000 mm. Hal ini membuat mesin pemotong kawat reciprocating semakin menguntungkan sekaligus memenuhi kebutuhan pelanggan domestik dan internasional.

 

Jumlah mesin tersebut berkembang pesat, dari produksi tahunan sebesar 2,000–3,000 unit menjadi puluhan ribu unit setiap tahunnya. Saat ini, terdapat lebih dari 200,000 mesin pemotong kawat bolak-balik yang digunakan secara nasional, diterapkan di berbagai manufaktur cetakan kelas menengah dan bawah serta pemrosesan komponen khusus. Ini telah menjadi salah satu jenis mesin yang paling banyak digunakan dalam peralatan mesin CNC Tiongkok. Namun, mesin pemotong kawat bolak-balik tidak dapat menerapkan kontrol tegangan konstan pada kawat elektroda, sehingga mengakibatkan getaran kawat yang signifikan dan seringnya putus selama pemrosesan. Karena kawat elektroda digunakan kembali, hal ini menyebabkan keausan, sehingga mengurangi keakuratan pemrosesan dan kualitas permukaan.

 

2. Mesin Pelepasan Listrik Kawat Satu Arah Berkecepatan Rendah

Mesin pemotong kawat berkecepatan rendah menggunakan kawat tembaga sebagai elektroda perkakas. Kawat biasanya bergerak dengan kecepatan kurang dari 0,2 m/s dalam satu arah. Tegangan pulsa 60–300V diterapkan antara kawat tembaga dan bahan yang diproses, seperti tembaga, baja, atau paduan superkeras, dengan menjaga jarak 5–50µm, yang diisi dengan air deionisasi (mendekati air suling) atau lainnya media isolasi. Hal ini menghasilkan percikan api antara elektroda dan benda kerja, menyebabkan erosi dan korosi timbal balik, menciptakan lubang-lubang kecil yang tak terhitung jumlahnya pada permukaan benda kerja. Melalui pemantauan dan manajemen yang dikontrol NC, mekanisme servo menjalankan fenomena pelepasan ini secara seragam, sehingga benda kerja dapat memenuhi dimensi dan akurasi bentuk yang diperlukan.

 

Saat ini, akurasinya bisa mencapai 00,001mm, dan kualitas permukaannya mendekati kualitas penggilingan. Kawat elektroda dibuang setelah dilepaskan, dan mesin biasanya dilengkapi dengan pemasangan kawat otomatis dan perangkat tegangan konstan. Mesin beroperasi dengan lancar, seragam, dengan getaran minimal, akurasi pemrosesan tinggi, dan kualitas permukaan baik, namun tidak cocok untuk memproses material tebal. Karena strukturnya yang presisi, kandungan teknisnya yang tinggi, dan biayanya yang tinggi, biaya pengoperasian alat berat ini juga tinggi.

 

Versi awal mesin pelepasan listrik kawat berkecepatan rendah secara eksklusif dibuat oleh perusahaan asing. Meskipun pengembangan mesin pelepasan listrik kabel berkecepatan rendah di Taiwan dimulai belakangan, namun telah mengalami kemajuan pesat dalam beberapa tahun terakhir. Sebuah langkah signifikan adalah investasi bersama oleh beberapa produsen mesin pemrosesan listrik, yang didukung oleh departemen pemerintah dan Institut Penelitian Teknologi Industri Taiwan. Setelah upaya selama lebih dari satu dekade, terobosan dilakukan dalam teknologi utama seperti sistem kontrol dan pasokan listrik. Mesin pemotong kawat berkecepatan rendah yang dibuat oleh perusahaan Taiwan kini dianggap sebagai model kelas menengah, dengan tingkat pertumbuhan tahunan sebesar 20%–30% selama tiga tahun terakhir. Diperkirakan dalam lima tahun ke depan, produksi tahunan mesin pemotong kawat berkecepatan rendah Taiwan akan mencapai 2,000 unit, menguasai lebih dari 25% pasar global.

 

Mesin pelepasan listrik kawat berkecepatan rendah memiliki kandungan teknis yang tinggi, prospek pasar yang baik, dan menawarkan keuntungan yang tinggi, menjadikannya "medan pertempuran" atau "tanah strategis" bagi produsen permesinan listrik. Dapat dikatakan bahwa siapapun yang menguasai teknologi mesin pelepasan listrik kawat berkecepatan rendah akan memperoleh peluang untuk tahap pertumbuhan bisnis selanjutnya. Untuk merebut pasar Tiongkok, produsen mesin permesinan listrik dari Jepang, Swiss, dan Taiwan telah mendirikan pabrik di daratan Tiongkok untuk memproduksi mesin tersebut. Dengan dukungan dana khusus Kementerian Sains dan Teknologi, para peneliti ilmiah Tiongkok telah menginvestasikan sumber daya yang besar untuk mengembangkan mesin pemotong kawat berkecepatan rendah generasi berikutnya. Terobosan besar telah dilakukan, dan produk dengan hak kekayaan intelektual independen telah menguasai pangsa pasar tertentu, mencapai tingkat kinerja mesin kelas menengah. Beberapa perusahaan dalam negeri juga berharap dapat mengembangkan teknologi pemotongan kabel berkecepatan rendah melalui kerja sama dengan perusahaan Taiwan.

 

3. Mesin Pelepasan Listrik Kawat Berputar Otomatis Vertikal

Mesin pelepasan listrik kawat yang berputar sendiri secara vertikal (juga dikenal sebagai mesin pemotong kawat yang berputar sendiri secara horizontal) berbeda dari pemesinan pelepasan listrik kawat berkecepatan tinggi dan kecepatan rendah tradisional dalam beberapa hal. Pertama, pergerakan kawat elektroda pada mesin ini tidak hanya gerakan maju-mundur tradisional tetapi juga mencakup gerakan rotasi. Kedua, kecepatan kawat berada di antara kecepatan pemotongan kawat kecepatan tinggi dan kecepatan rendah, yaitu 1–2 m/s. Karena pergerakan rotasi kawat elektroda selama proses berlangsung, mesin pemotong kawat berputar vertikal berbeda dari jenis mesin pemotong kawat lainnya terutama pada sistem penggerak kawatnya. Sistem penggerak kawat pada mesin berputar vertikal terdiri dari dua struktur identik di kedua ujung mesin, yang mewujudkan putaran kecepatan tinggi dan pergerakan kawat kecepatan rendah. Area antara dua kepala spindel adalah zona pemrosesan efektif.

 

Selain sistem penggerak kawat, komponen mesin lainnya sama dengan mesin pemotong kawat berkecepatan tinggi. Dibandingkan dengan mesin pemotong kawat berkecepatan rendah, mesin pemotong kawat berkecepatan tinggi masih memiliki kesenjangan yang signifikan dalam indikator teknis utama seperti produktivitas rata-rata, akurasi pemotongan, dan kekasaran permukaan. Untuk mengatasi kesenjangan ini, pada awal tahun 2000-an, beberapa produsen mesin pemotong kawat bolak-balik berkecepatan tinggi dalam negeri memperkenalkan teknik multi-pemotongan untuk mesin kawat berkecepatan tinggi (biasa disebut "pemotongan kawat berkecepatan menengah"). "Pemotongan kawat kecepatan sedang" tidak mengacu pada kecepatan kawat antara kecepatan tinggi dan rendah tetapi pada mesin pemotong kawat komposit yang menggunakan pemotongan kawat kecepatan tinggi (8–12 m/s) untuk pemotongan kasar dan pemotongan kawat kecepatan rendah (1–3 m/s) untuk pemotongan presisi. Pendekatan ini menstabilkan operasi, mengurangi getaran, dan meminimalkan kesalahan yang disebabkan oleh deformasi material dan keausan kawat tungsten, sehingga menghasilkan peningkatan kualitas pemrosesan.

 

Jadi, "pemotongan kawat kecepatan sedang" pada dasarnya adalah modifikasi mesin pelepasan listrik kawat bolak-balik yang menggabungkan beberapa teknik pemrosesan mesin kawat kecepatan rendah, sehingga mencapai pemotongan bebas strip dan multi-pemotongan. Selama bertahun-tahun, hampir semua produsen mesin pemotong kawat berkecepatan tinggi di Tiongkok telah mulai memproduksi dan menjual mesin berkecepatan sedang. Namun, menjadi jelas bahwa tidak semua mesin pemotong kawat bolak-balik dapat melakukan banyak pemotongan secara efektif atau mencapai hasil yang baik dengan menggunakan teknik ini. Multi-pemotongan adalah teknologi komprehensif yang melibatkan presisi mesin, catu daya pulsa, database proses, sistem penggerak kabel, fluida kerja, dan banyak masalah proses lainnya. Ini bukan sekadar menambahkan sistem kontrol frekuensi kabel ke mesin kabel berkecepatan tinggi. Hanya mesin berpresisi tinggi yang telah menciptakan kondisi yang diperlukan untuk multi-pemotongan yang dapat mencapai pemotongan multi-pemotongan dan bebas strip dengan efek proses yang signifikan.

 

Oleh karena itu, produsen kami harus memperhatikan masalah ini dan melakukan pendekatan secara sistematis, memastikan bahwa teknologi diterapkan dengan baik dan produk dibuat dengan baik. Beberapa perusahaan telah meningkatkan presisi mesin dengan menggunakan motor servo DC atau AC untuk menggerakkan sekrup bola pada bagian yang bergerak. Hal ini secara signifikan meningkatkan presisi, dan banyak perusahaan domestik kini mampu mencapai peningkatan substansial dalam kualitas proses pemotongan kawat.

 

 

 

Kesimpulan IV

 

Pemesinan pelepasan listrik kawat, komponen penting dari teknologi CNC, telah memainkan peran penting dalam manufaktur modern. Dengan memahami berbagai jenis mesin pemotong kawat dan kemajuan teknologi di bidang ini, kita dapat memprediksi dan beradaptasi dengan lebih baik terhadap kebutuhan pemesinan presisi yang berkembang pesat dan mengupayakan solusi yang lebih berkelanjutan dan efisien. Penelitian ini memberikan wawasan berharga mengenai lanskap saat ini dan arah masa depan teknologi pemotongan kabel.