Kelompok 09_Electrochemical Grinding.pdf

Kelompok 09_Electrochemical Grinding.pdf

1. OUTLINE Dasar dan Peralatan
Media Dan Mekanisme Pendukung
Parameter Dan Aplikasi
Analisis Proses
Pengembangan Dan Evaluasi

2. INTRODUCTIONAPA ITU ELECTROCHEMICAL
GRINDING (ECG)
Electrochemical Grinding (ECG) atau Penggerindaan Elektrokimia adalah
proses non-tradisional yang memadukan elektrolisis dan penggerindaan
untuk mengerjakan material keras, getas, atau sensitif panas. Sekitar 90%
material dihilangkan secara elektrokimia dan 10% oleh abrasif roda gerinda
untuk membersihkan oksida serta menjaga celah. Proses ini hampir tanpa
panas atau tekanan mekanis, sehingga menghasilkan permukaan
berkualitas, bebas kerusakan, umur roda panjang, dan mampu memotong
material keras dengan efisien.DEFINISI ECG Seperti yang sudah dijelaskan ECG adalah kombinasi dari grinding
mekanis + Proses elektrokimia
Proses Elektrokimia: Bertindak sebagai penghilang material utama
dengan cara melarutkan permukaan benda kerja secara terkendali.
Grinding Mekanis: Bertujuan untuk membersihkan lapisan
oksida/pasif pada permukaan, menjaga bentuk roda gerinda, dan
menghasilkan hasil akhir permukaan yang baik.

3. Prinsip kerja didalam ECG bisa dijelaskan dalam 3 komponen utama yaitu:
Workpiece: Dihubungkan ke kutub positif (Anoda) dari sumber arus
searah (DC).
Grinding Wheel: Terbuat dari partikel abrasif (seperti intan atau boron
nitrida) yang terikat dalam matriks konduktif (biasanya logam seperti
tembaga atau perunggu). Roda ini dihubungkan ke kutub negatif (Katoda).
Elektrolit: Cairan konduktif digunakan untuk membuat lapisan pasivasi
pada workpiece (biasanya sodium nitrat (NaNO₃) atau sodium klorida
(NaCl)) dialirkan di antara roda gerinda dan benda kerja.
Saat arus listrik dan elektrolit diberikan, maka akan terjadi rekasi elektrokimia
yang melarutkan work piece. partikel abrasif yang ada pada roda gerinda akan
menyapu material yang telah terlapukkan tersebutPRINSIP KERJA: WORKPIECE (ANODA)-GRINDING
WHEEL (KATODA)-ELEKTROLIT

4. REAKSI ELEKTROKIMIA
Reaksi yang terjadi selama proses ECG adalah:
Pada Anoda (Work Piece):
Atom logam (M) pada benda kerja kehilangan elektron (oksidasi).
Mereka berubah menjadi ion logam (M⁺) dan larut ke dalam elektrolit.
Reaksi sederhananya: M → M⁺ + e⁻
Pada Katoda (Grinding Wheel):
Ion-ion dalam elektrolit (seperti H⁺ atau air) mendapatkan elektron
(reduksi).
Reaksi yang umum adalah produksi gas hidrogen: 2H₂O + 2e⁻ → H₂ +
2OH⁻
PENJELASAN
Material di Work Piece yang telah teroksidasi
akan membentuk lapisan oksida atau biasa
disebut dengan lapisan “Pasivasi”, yang
kemudian langsung disapu oleh aksi abrasif
dari roda gerinda, sehingga proses pelarutan
elektrokimia dapat terus berlanjut.
CATATAN PENTING
OKSIDASI DI ANODA, REDUKSI DI KATODA

5. TIDAK ADA DAERAH TERPENGARUH PANAS (NO HEAT-
AFFECTED ZONE / HAZ) xx
PENGHILANGAN MATERIAL YANG TERKENDALI
(CONTROLLED MATERIAL REMOVAL)
UMUR RODA GERINDA YANG PANJANG
Karena hampir 90% material
dihilangkan melalui pelarutan
elektrokimia (bukan gesekan), sangat
sedikit panas yang dihasilkan. Ini
mencegah kerusakan mikro-struktur
material seperti retak, tegangan sisa,
atau perubahan sifat material akibat
panas.
KUALITAS PERMUKAAN YANG SANGAT BAIK
Menghasilkan permukaan yang halus
dengan sedikit cacat seperti goresan
atau retak mikro.
KEUNGGULAN KONSEP: TIDAK ADA HAZ, MATERIAL REMOVAL YANG CONTROLLED
Laju penghilangan material (MRR) terutama dikontrol oleh
parameter elektrokimia (arus listrik, tegangan), sehingga
sangat konsisten dan dapat diprediksi.
Karena fungsi utamanya adalah sebagai
konduktor dan penyapu lapisan oksida
(bukan untuk memotong material keras
secara langsung), keausan roda gerinda
sangat minimal.
DAPAT MEMPROSES MATERIAL YANG SANGAT KERAS
Karena prosesnya didominasi pelarutan
elektrokimia, tingkat kekerasan material tidak
menjadi hambatan seperti pada grinding
konvensional.

6. Parameter Vertikal Horizontal
Aplikasi
Dies, Moulds, Komponen
Kompleks
Permukaan Datar, Alur,
Tepian
Aliran Elektrolit
Lebih Baik (dibantu
gravitasi)
Membutuhkan tekanan
lebih
Berat Workpiece +- 5000 kg +- 1000 kg
ELECTROCHEMICAL GRINDING
LAYOUT
Pemilihan Untuk Layout Berdasarkan :
Material yang Dipilih
Stabilitas Material
Space dan Layout Workshop
Flushing

7. GRINDING WHEEL DAN SISTEM ELEKTROLITGrinding Wheel pada sistem ECG berfungsi lebih ke
“pemandu” dan “pembersih” dimana merusak lapisan
pasif pada permukaan material. Ginding Wheel
berperan sebagai :
Katoda
Pembuang Lapisan Pasif
Penentu Hasil Akhir
Sistem Elektrolit pada sistem ECG berfungsi sebagai
pengikis utama agar material bisa terpenetrasi sesuai
dengan lapisan pasif yang rusak. Berperan Sebagai :
Penjaga Suhu
Reaksi Elektrokimia
Sistem yang terbentuk pada ECG ini menggabungkan
pelarutan elektrokimia 90% dan grinding biasa 10%.
Sehingga menghasilkan material yang :
Stress rendah
Tidak ada HAZ
Permukaan Hasil Halus
Cocok untuk Material Sensitif Panas Contoh Material Grinding Wheel untuk ECG
Bronze Wheel
Graphite Wheel
Cooper Wheel
Contoh Elektrolit untuk ECG, untuk pembentukan
lapisan pasif material sebagai elektrolit pasifasi.
Sodium Nitrat (NaNO₃)
Sodium Chloride (NaCl)
Potassium Nitrat (KNO₃)

8. GRINDING WHEEL DAN SISTEM ELEKTROLIT
Feed Mechanism (Mekanisme Pemakanan)
Fungsi: Mengontrol pergerakan roda gerinda maju secara presisi ke arah benda
kerja.
Tujuan Utama: Mempertahankan jarak celah (gap) yang konstan (~0.025 mm)
antara roda dan benda kerja.
Mengapa Harus Konstan?
Celah terlalu lebar: Hambatan listrik meningkat, proses melambat.
Celah terlalu sempit: Risiko hubung singkat (short circuit), merusak roda.
Sistem Modern: Menggunakan mekanisme servo-control yang menyesuaikan
kecepatan pemakanan secara otomatis berdasarkan pembacaan arus secara
real-time.
Power Supply (Sumber Daya Listrik)
Fungsi: Menyediakan arus searah (DC) untuk menggerakkan reaksi
elektrokimia (90% penghilangan material).
Tegangan Rendah, Arus Tinggi:
Tegangan: 4 - 12 V (mencegah percikan api dan pengikisan tidak
terkendali).
Densitas Arus Tinggi: 20 - 200 A/cm² (mencapai laju pengikisan
material yang tinggi).
Kebutuhan Kritis: Output yang sangat stabil dan teregulasi untuk
hasil yang konsisten dan dapat diprediksi.
Sinergi Utama:
Power supply menyediakan energi untuk reaksi elektrokimia.
Feed mechanism menjaga kondisi ideal agar reaksi tersebut dapat
berlangsung secara efisien.
Kombinasi keduanya menciptakan proses yang stabil dan
terkontrol untuk akurasi tinggi dan hasil permukaan yang halus
pada material keras.

9. MATERIAL REMOVAL
PADA ECGPrinsip Dasar :
Menggabungkan dua metode pengikisan yaitu 70%
pengikisan melalui reaksi elektrokimia dan 30%
pengikisan melalui abrasif mekanis (grinding wheel)
Proses :
Anoda: Material benda kerja
Katoda: Roda gerinda berlapis abrasif (biasanya
Cu atau grafit)
Elektrolit: Digunakan untuk membawa ion dan
mendinginkan proses
Keunggulan :
Minim deformasi panas
Cocok untuk material keras & tahan panas
Tidak membentuk burr (beram)

10. PARAMETER KUNCI
DALAM ECG
Parameter utama :
Tegangan (Voltage): 5–30 V → menentukan laju
reaksi elektrokimia
Kerapatan arus (Current density): Dipengaruhi
oleh luas permukaan & arus total
Kecepatan roda (Wheel speed): Menentukan
efisiensi pengikisan mekanis
Kecepatan feeding (Feed rate): Mempengaruhi
MRR & kualitas permukaan
Efek Parameter :
Tegangan & arus tinggi → MRR meningkat, tetapi
bisa memperburuk permukaan
Feed rate tinggi → MRR naik, tapi risiko overcut &
surface damage

11. OPTIMASI PROSES ECG
Tujuan Optimasi :
MRR maksimum dengan tetap menjaga kualitas
permukaan (Ra)
Menghindari overcut, burning, dan permukaan kasar
Tools Pendukung :
DOE (Design of Experiment)
ANOVA untuk identifikasi parameter signifikan
Optimasi multi-objektif (MRR vs Ra)
*Visual wheel & feed mechanism

12. PROSEDUR OPERASI ECG Langkah-langkah :
Setup Awal ; Cek Koneksi listrik, sistem roda gerinda dan
elektrolit.
Pengaturan Parameter ; Atur tegangan, arus, feed rate, dan
kecepatan roda sesuai spesifikasi material
Pelaksanaan Proses ; Jalankan proses dengan monitoring arus
& tegangan dan kontrol suhu dan aliran elektrolit
Kontrol kuaitas ; inspeksi hasil (visual & Ra meter), Verifikasi
dimensi (CMM/mikrometer), Evaluasi cacat permukaan (burr,
burning)
*ilustrasi setup ECG secara keseluruhan

13. Presisi & Kualitas Permukaan Tinggi
Menghasilkan permukaan yang sangat halus (surface finish excellent) dengan sedikit
tegangan sisa (low stress).
Ideal untuk material yang mudah retak atau rapuh.
Tidak Ada Kerusakan Termal (No Heat-Affected Zone)
Proses penghilangan material didominasi oleh reaksi elektrokimia (97%), bukan gesekan.
Hasil: Tidak ada perubahan sifat metalurgi, burning, atau micro-cracks.
Keausan Alat yang Minimal
Grinding wheel hampir tidak aus karena hanya berfungsi sebagai penghapus lapisan yang
teroksidasi.
Meningkatkan usia pakai alat dan konsistensi hasil.
Dapat Memotong Material Super Keras
ECG sangat efektif untuk menggerinda carbide, stainless steel, superalloy, dan material
tangguh lainnya dengan mudah.
Efisiensi yang Baik untuk Produksi Massal
angat cepat untuk operasi tertentu seperti mengasah (sharpening) insert carbide dan
produksi jarum medis.
KELEBIHAN

14. Biaya Awal yang Tinggi
Mesin ECG khusus lebih mahal daripada mesin gerinda konvensional.
Perawatan Elektrolit
Membutuhkan sistem handling untuk elektrolit (biasanya saline) yang bersifat korosif. Perlu
pembersihan dan disposal yang tepat.
Material Terbatas
Hanya bekerja untuk material yang menghantarkan listrik (konduktif).
Kurang Cocok untuk Chamfer atau Alur Sempit
Medan elektrokimia dapat menyebabkan "stray cutting" pada area yang tidak diinginkan.
Terbatas pada Material Konduktif
tidak bisa untuk plastik, keramik non-konduktif.
Lebih Lambat untuk Volume Besar dibanding pemesinan konvensional.
Karena fokus pada Kepresisian
KEKURANGAN

15. APLIKASI
Dirgantara Medis Otomotif
T
U
R
B
I
N
B
L
A
D
E
S
S
U
P
E
R
A
L
L
O
Y
J
A
R
U
M
B
E
D
A
H
I
M
P
L
A
N
T
K
O
M
P
N
E
N
M
E
S
I
N

16. PERKEMBANGAN ECG
1. Hybrid Processes
Kombinasi ECG dengan proses lain:
Ultrasonic vibration → mempercepat pemotongan, hasil lebih halus.
Laser assistance → melemahkan material sebelum di-grinding.
ECG + EDM → memungkinkan pengerjaan material superkeras.
Keunggulan: presisi tinggi, elektroda lebih awet, efisiensi waktu.
2. Advanced Electrodes
Inovasi elektroda:
Coated electrodes (diamond / conductive ceramics) → lebih tahan aus
& korosi.
Porous electrodes → sirkulasi elektrolit lebih lancar.
3D printed electrodes → bentuk kompleks, mendukung micro-ECG.
Keunggulan: kualitas permukaan meningkat, konsumsi energi lebih rendah.
3. Green Electrolytes
Pengembangan baru:
Electrolyte ramah lingkungan (sodium acetate, potassium carbonate).
Ionic liquids (ILs) → stabil, bisa dipakai ulang.
Biodegradable electrolytes → berbasis organik, mudah terurai.
MQE (Minimum Quantity Electrolyte) → pemakaian elektrolit sangat
sedikit.
Keunggulan: ramah lingkungan, lebih aman, biaya limbah rendah.
Laser-Assisted Jet Electrochemical Machining
(LAJECM) or LAECM

17. 1. Industry 4.0 Integration
ECG terhubung dengan sistem digital & otomatisasi.
Real-time data exchange antara mesin, sensor, dan sistem kontrol.
Manfaat: efisiensi proses meningkat, perawatan prediktif, dan kualitas konsisten.
2. IoT Monitoring
Sensor cerdas memantau:
Tegangan & arus listrik.
Konsumsi elektrolit & kondisi elektroda.
Kualitas permukaan hasil machining.
Manfaat: deteksi dini masalah, pengurangan downtime, dokumentasi data produksi.
3. AI Optimization
Machine learning & AI menganalisis big data proses ECG.
Optimasi otomatis parameter: tegangan, arus, feed rate, dan aliran elektrolit.
Manfaat: kualitas permukaan lebih baik, energi lebih efisien, umur elektroda lebih
panjang.
FUTURE TECH ECG

18. 1Efisiensi Material pada ECG
Burr-free process → material tidak terbuang untuk finishing ulang
Minim heat-affected zone (HAZ) → scrap karena cacat termal berkurang
Tool wear rendah → konsumsi abrasif/material alat jauh lebih sedikit
Precision high-quality cut → yield meningkat, rework hampir nol
Penghematan material langsung:
Kurangi scrap → hemat 2–5% biaya material
Panjang umur tool → hemat 5–10% biaya alat
Efisiensi total biaya produksi:
Hilang proses sekunder (deburring, brushing, tumbling)
Waktu siklus lebih cepat → output/shift lebih banyak
Total cost reduction: 20–40% (dibanding grinding konvensional)
ROI investasi mesin: balik modal dalam 3–5 tahun (tergantung volume produksi) DAMPAK EKONOMIK
Salah satu hasil test mesin ecg untuk
mendapatkan produksi yang maksimal

19. KESIMPULAN Electrochemical Grinding (ECG) merupakan proses pemesinan non-tradisional yang memadukan prinsip
elektrokimia dan mekanis sehingga mampu mengerjakan material keras maupun sensitif panas secara efisien.
Dengan dominasi penghilangan material melalui reaksi elektrokimia, proses ini menghasilkan kualitas
permukaan tinggi, bebas burr, tanpa zona terpengaruh panas (HAZ), serta keausan roda gerinda yang sangat
rendah. Keunggulan tersebut tidak hanya meningkatkan presisi dan memperluas aplikasi pada material sulit,
tetapi juga memberikan dampak ekonomis berupa penghematan material, berkurangnya proses sekunder, umur
alat yang lebih panjang, serta efisiensi biaya produksi. Walaupun membutuhkan investasi awal yang lebih
tinggi dan pengelolaan elektrolit khusus, ECG terbukti menjadi teknologi yang menjanjikan untuk produksi
presisi massal dengan ROI yang kompetitif.

20. Thank You