Karakteristik Penetrasi dan Laju Pembuangan Material Non Metal pada Proses Drilling dengan Water Jet Machining Sebagai Variasi Stand of Distance

摘要

For commercial application, Water Jet Machining (WJM) needs at least of 300 hp extra high pressure pump to increase water pressure up to 60.000 psi, which produce water jet velocity as high as 3 Mach (three times sound velocity) in order to cut a carbon fiber composite for aero plane component. However, this research only develops a model to learn the characteristic of machining process of WJM. The model used a 3 kW pump, which produced water pressure as high as 150 bar (2175 psi). A brick is chosen to be tested, while this material can be measured the response of the depth of penetration, the hole diameter and the metal removal rate, so that the brick have the best characteristic to learn the drilling process of WJM. This research is focused to learn how the effect of stand of distance (SOD) parameter. Stand of distance is defined as the distance between nozzle and work piece surface. The characteristics to be investigated are the effect of SOD on the depth of penetration, on the hole and on material removal rate for drilling process with WJM. The result shows that the effect of SOD has a parabolic tendentious curve not only on the depth of penetration and the hole but also the metal removal rate. For drilling process with 10 second drilling time and 1 mm nozzle diameter rise the depth of penetration from 34 mm up to 48 mm or increased 41% for SOD between 5 mm and 15 mm, but for the SOD 15–35 mm fall the depth of penetration down to 18 mm or decreased 62.5%. The SOD between 5 mm and 15 mm shows that the rate of material removal goes up from 54.5 mm3/s to 110 mm3/s or practically double, conversely the SOD 15 – 35 mm the material removal rate drops to 18 mm3/s or falling down of 83.63%. On the other hand the drilling time has a linear relationship to the depth of penetration. Abstract in Bahasa Indonesia: Untuk penggunaan komersial, WJM membutuhkan pompa tekanan ekstra tinggi dengan daya minimal 300 hp yang akan menaikkan tekanan air hingga 60.000 psi, dimana tekanan sebesar ini akan menghasilkan kecepatan semprotan air hingga 3 Mach (tiga kali kecepatan suara) sehingga dapat memotong material komposit dari serat karbon untuk komponen pesawat tempur anti radar. Namun demikian, penelitian ini hanya mengembangkan sebuah model untuk mempelajari karakteristik proses pemesinan WJM. Model hanya menggunakan pompa dengan daya 3 kW yang menghasilkan tekanan air sebesar 150 bar (2175 psi). Sebuah batu bata merah dipilih untuk dicoba, karena material ini dapat diukur responnya, yaitu kedalaman penetrasi, diameter lubang dan laju pembuangan material, oleh karena itu batu bata merah ini mempunyai karakteristik yang paling baik untuk mempelajari proses drilling pada WJM. Penelitian ini difokuskan pada bagaimana mempelajari pengaruh parameter SOD (stand of distance). SOD didefinisikan sebagai jarak antara ujung nozel dan permukaan benda kerja. Karakteristik yang diamati adalah pengaruh SOD terhadap kedalaman penetrasi, diameter lubang dan laju pembuangan material pada proses drilling dengan WJM. Hasilnya memperlihatkan bahwa pengaruh SOD mempunyai tendensi kurva parabolik tidak hanya terhadap kedalaman penetrasi dan diameter lubang saja, tetapi juga terhadap laju pembuangan material. Untuk proses drilling dengan diameter nozel 1 mm dan durasi waktu 10 detik terjadi kenaikan kedalaman penetrasi dari 34 mm menjadi maksimum 48 mm atau peningkatan 41% untuk kenaikan SOD antara 5 mm dan 15 mm, tatapi untuk SOD antara 15 – 35 mm bahkan terjadi penurunan kedalaman penetrasi menjadi 18 mm atau turun 62,5% dari harga maksimum. Kenaikan SOD dari 5 mm menjadi 15 mm menunjukkan peningkatan laju pembuangan material dari 54,5 mm3/s menjadi harga maksimum sebesar 110 mm3/s atau praktis dua kali lipat, sebaliknya bertambahnya SOD dari 15 mm sampai 35 mm laju pembuangan material bahkan turun lagi menjadi 18 mm3/s atau turun 83,63% dari harga maksimum. Disisi lain, waktu drilling mempunyai hubungan linear terhadap kedalaman penetrasi, tetapi besarnya diameter lubang tidak tergantung pada waktu. Kata kunci: WJM, jarak nozel-benda kerja, WJM drilling, kedalaman penetrasi, laju pembuangan material