Pengertian Water Jet Machining (WJM)
Water Jet Machining (WJM) merupakan mesin yang menggunakan
pancaran air untuk memotong lembaran logam. Contoh prinsip pengerjaan
dalam mesin WJM ini adalah apabila jari diletakkan pada ujung keran air,
maka cucuran aliran dengan tekanan tinggi akan mencuci kotoran yang
melekat secara efektif.
Dalam teori ilmu pengetahuan, bila pancaran air diarahkan pada suatu
sasaran seperti misalnya menumbuk suatu permukaa, aliran kecepatan yang
tinggi seolah-olah dihentikan tiba-tiba, kemudian sebagian besar energi
kinetik dari air diubah menjadi energy tekanan. Kenyataanya pada
permulaan bebera[a milidetik setelah tumbukan awal dari pancaran
mengenai sasaran sebelum aliran lateral dari air dimulai, tekanan
transein sesungguhnya yang ditimbulkan tiga kalinya tekanan stagnasi
normal.
Erosi terjadi bila tekanan fluida setempat melebihi tegangan ikay
dari material yang mengikat diri bersama sasaran. Dengan kata lain,
pancaran cairan pemotong mengelupas material pertama-tama
olehgayamekanis dari cucuran dengan kecepatan tinggi yang menimpa pada
luasan kecil, dimana oleh tekanan tersebut melampaui tekanan aliran
material terpotong.
Farmer dan attewell melaporkan hasil eksperimennya mengenai pancaran
air menimpa batu pasir. System tersebut menggunakan pancaran bergetar
dengan kecepatan 500 meter/detik dan pengaruh kecepatan terhadap
penetrasi dilaporkan. Studi dari Brook dan Summers memikirkan mengenai
pancaran air kontinyu menimpa sasaran batu pasir. Pengaruh dari SOD pada
tekanan sampai 92 MN/m2 untuk pancaran dengan atau tanpa
bahan tambahan polymer. Pancaran air bergetar telah digunakan dalam
penggalian batu dan permesinan alumunium dan tembaga. Fanz telah
mencatat pentingnya memanfaatkan pancaran cairan koheren dan telah
diberikan hasil eksperimennya pancaran cairan dengan bahan dan telah
diberikan hasil eksperimennya pancaran cairan dengan bahan tambahan
polymer. Penggunaan pancaran cairan untuk pemotongan material selain
batuan adalah juga telah dipelajari oleh beberapa ilmuan peneliti.
Kemapuan pemotongan pada tekanan sampai 10.000 atm telah dilaporkan
untuk berbagai sasaran material yang sangat luas. Material yang sangat
luas tersebut seperti kayu, tembaga, karet, alumunium, perunggu, dan
baja. Studi yang baru telah dilaporkan oleh Neusen dan La Brush,
pengelupasan material yang efektif adalah sebagai fungsi dari tekanan
masuk nosel dan jarak antara nosel dan sasaran.
Peralatan Pemotongan WJM
Pompa sebagai sumber tekanan dan nosel sebagai pembentuk pancaran
adalah bagian yang mendasar pada setiap system pemotongan dengan
pancaran. Perlengkapan lainnya seperti perpipaan, fitting, dan valves. Adapun penjelasan dari peralatan-perlatan tersebut adalah sebagai berikut:
- Pompa
Penekanan cairan sebesar 1500 dan 4000 Mn/m2 biasanya dilakukan oleh salah satu dari gerakan langsung secara mekanis terhadap plumper berdiameter kecil atau dengan penguat (internsifier). Tekanan
fluida yang cukup besar menggerakan piston berpenampang besar dimana
pada langkah baliknya menggerakan ram berdiameter kecil yang menampakan
fluida pemotong.
Pada tekanan tersebut permasalahan itamanya adalah mengatasi kebocoran (sealing) akibat
tekanan tinggi dari ram, sedangkan masalah kerusakan komponen mekanis
dapat dibatasi oleh unsure hidup dari perlatan tersebut. Beberapa cara
penyelesaian telah diketemukan salah satu diantaranya adalah memebrikan
paking tekanan tinggi yang dapat digantikan secara cepat dengan
kemudahan untuk mendapatkannya. Alternative lainnya conventional fabric back, paking karet sintetis dapat dilumasi dengan menambahkan seluble oil sampai
5% kepada air yang dipompakan. Namun oil ini mungkin tidak cocok dengan
material yang dipotong dan pembuangan limbah fluidanya dapat juga
menjadikan pertimbangan yang menyulitkan.
Ram untuk gerak bolak-balik (reciprocating ram) dapat dilingkupi dengan fitting sleeve tertutup yang panjang. Dengan rancangan yang benar dan pembuatan yang presisi kebocoran fluida melewati kelonggaran seal dapat dikurangi serendahnya 2% dari unit pengiriman rata-rata pada tekanan 30KN/cm2. Membuat komponen dari logam keras menjadikan seal mempunyai
umur hidup yang panjang dan cocok untuk berbagai jenis fluida pemotong
termasuk air murni. Metode lain adalah menggunakan dua seal berkelonggaran kecil pada ram. Melalui gerak pemakanan (feeding) pada ruang antara seal dan
oli yang sangat kental pada tekanan tinggi, kebocoran dapat terkurangi,
namun sebagian kecil oli akan tak terelakkan keluar fluida pemotong
melalui seal bagian dalam (innerseal).
- Perpipaan (Tubing)
Pipa tekanan tinggi yang digunakan untuk mengirim fluida dari satu
system ke komponen lainnya adalah berdinding tebal dengan perbandingan
antara diameter luar dan diameter dalam sedikitnya 5 dan kadang-kadang
lebih tinggi dari 10. Pipa dapat dibuat dari baja stainless bor dinding pejal atau dinding kompsit dengan baja stainless didalamnya
dan baja karbon sebagai kulitnya. Perpiapaan dapat digunakan untuk
melawan fluida pda tekanan lebih tinggi dari pada tegangan yield
material pipa melalui pemakian proses yang dikenal dengan autofrottaging atau self hooping.
- Penyambung Pipa (Tube Fitting)
Garis kontak antara logam dengan logam adalah teknik yang biasa
dipakai untuk mendapatkan penyekatan fluida dalam penyambungan pipa
tekanan tinggi, yang diberikan oleh penarikan bentuk konis masuk kedalam
rongga yang melingkupinya (Rounded socket). Konis mungkin
dikerjakan langsung pada pipanya atau bentuk konis yang dipasangkan
dapat dipakai. Pada tekanan yang lebih tinggi, rancangan konis yang replaceable adalah yang kebanyak digunakan.
- Valves
Kebanyak valves untuk tekanan tinggi adalah tipe jarum (needle type).
Aliran utama yang melewatinya dikontrol oleh bentuk konis yang
terpasang tetap pada ujung jarum terhadap dudukannya. Seal kelenjar (Gland Seal) biasanya dibutuhkan untuk mengurangi kebocoran sepanjang batang tangkai.
- Nosel
Nosel berari mengubah tekanan tinggi dari cairan menjadi pancaran
dengan kecepatan tinggi sesuai dengan berbagai keinginan dari perancang.
Untuk erosi minimum maka material nosel harus sangat keras, sebaliknya
untuk memberikan bentuk kontur yang halus material harus ulet dan mudah
dikerjakan. Nosel dapat dibuat dari sintered diamond atau
sappire dan dapat digunakan untuk bagian yang dipasangkan pada pemegang
baja yang jelas membutuhkan tegangan dan keuletan. Diamond, tungsten
carbide, dan baja special telah digunakan untuk membuat nosel yang
berkualitas. Suatu nosel dengan diameter keluar 0,05 – 0,35 mm akan
memberikan pancaran koheren dengan panjang sampa 3 – 4 cm. Metode untuk
menaikan panjang pancaran adalah dengan menambahkan kepada air pemotong
sebanyak 1% bahan polymer dengan mata rantai panjang (a long chain
polymer) seperti polyethylene- oxide dengan berat molekuler 4 milyar,
yang akan menghasilkan viskositas fluida yang sangat tinggi.
Dengan bahan penambah seperti itu pancaran koheren akan sampai
mencapai panjang 600x diameternya. Melewati titik pisah (break-up
point) beberapa gaya pemotongan masih memungkinkan dikonsentrasi inti
cairan dengan pancaran berlubang melingkupinya.
Rincian Proses
Air dan polymer dicampur secara tepat dan campuran tersebut dikirm ke
intensifier dimana tekanan dinaikan. Penguat hidrolis (hidrolik
intesifer) menaikan intensitas tekanan air dan memberikannya ke
akumualtor hidrolis (penampung reservoir), selama itu energy tidak
dibutuhkan secara kontinyu. Selama periode tak ada proses (idle-periode)
energy disimpan didalam akumualtor dan diberikan keluar selama
pemotongan.
Air bertekanan yang datang dari akumulator dikontrol oleh papan
control darimana air itu pergi ke nosel setelah melewati valves pembuka
dan penutup (stop-star). Aliran pancaran keluar dari nosel memotong
benda kerja, dan selanjutnya dikumpulkan dalam system saluran.
Keuntungan-Keuntungan WJM
- Air adalah murah, tidak beracun, langsung dapat digunakan dan tidak menjadikan masalah pembuangannya.
- Pancaran air mendekati secara ideal dengan pahat bermata potong satu.
- Berbagai bentuk / kontur dapat dibuat. Lagipula operasi memungkinkan dilaksanakan pada bidang horizontal maupun vertical.
- Proses memberikan hasil pemotongan yang bersih dan tajam.
- Tidak seperti metode permesinan konvensional, metode ini tidak menimbulkan panas. Konsekuensinya tidak ada kemungkinan adanya welding dari material dibelakang pemotongan sebelumnya. Juga tidak membahayakan terhadap degradasi panas material.
- Dustless atmosphere – terutama menguntungkan untuk pemotongan material isolasi seperti fiberglass dan asbestos yang menhasilkan debu.
- Suara dapat diminimumkn bila unit daya dan pompa dijauhkan dari titik pemotngan.
- Tidak ada komponen yang bergerak sehingga mengurangi perawatan yang dibutuhkan.
- Pancaran membawa keluar semua sisa pemotongan sehingga tidak ada permasalahan polusi.
- Fluida dapat digunakan kembali (re-used) dengan menyaring keluar bahan padat yang terbawa.
- Hanya jumlah sedikit fluida yang dibutuhkan (sekitar 100 – 150 liter/jam).
Pemakaian Praktiks WJM
Penambagan batu bara telah dilakukan dirusia, cina, polandia,
cekoslowakia, kanada dan jerman. Sementara eksperimen-eksperimen yang
berhubungan degan masalah tersebut telah dilaksanakan di negara-negara
lain. termasuk inggris. Pada kebanyakan tambang pemakaian tekanan air
dibawah 3,5 KN/cm2 dikombinasikan dengan nosel berdiameter
lebar. Sejumlah ebrsar air yang digunakan juga membantu membawa pecahan
batu bara dari permukaan. Dari tambang di kanada, dicatat bahwa dua
orang pekerja dpat menghasilkan 2.250 ton batu bara dalam satu shift
dengan menggunakan cara penambangan hidrolis.
Pengembangan selanjutnya diarahkan pada pengkombisian pancaran air
dengan metode mekanis untuk pemotongan batu bara dan batuan. Pancaran
tekanan tinggi memotong tempat yang lemah dari material, hal ini
memudahkan proses pemotongan (relative terhadap pemtongan konvensional)
untuk memcahkan batu vara atau batuan. Sebagai contoh ESSO (perusahaan
minyak) ,menggunakan pahat pengebran berputar (roller drilling bits)
konvensional dimana ditambahakan pancaran dalam beberapa pengetesan
sumur minyaknya dua sampai tiga kali leapt akan dicapat kenaikan
kecepatan pengeboran dengan memakai 6 nosel masing-masing berdiameter
3,3 mm, beroperasi pada tekanan 7 – 10 Kn/cm2. Sementara pahat bor berdiamater 222 mm.
Sarjana perkeretaapian Jepang telah melakukan pengetesan bor perkusif
(Percussive Drill) yang dioperasikan bersama 2 – 4 nosel berdiamter 0,2
– 0,4 mm dioperasikan pada tekanan 40 KN/cm2 untuk mencapai
lubang berdiameter 35 – 215 mm dengan kecepatan pengeboran 2 – 5 kali
kecepatan normal. Pemerintah jepang tertarik pada metode ini untuk
memantu pengeboran lorong-lorong bawah tanah bagi pembangunan jaringan
rel kereta api kecepatan tinggi. Metode yang hampir sama telah digunakan
untuk membongkar konstruksi, beton bertulang memotong alur anti selip
dilandasan pesawat terbang atau dijalan-jalan raya, membuat parit dan
pemasangan kabel.
0 komentar:
Posting Komentar