## Analisa Cacat Permukaan Akibat Proses Permesinan Friction Drilling Dengan Pahat Tungsten
Henry Widya Prasetya 1) , Nurul Fitria Apriliani 2) , Mohammad Rendy Saifulloh 3)
1,2,3) Politeknik Perkeretaapian Indonesia,
Jalan Tirta Raya, Madiun  – Indonesia  Telp : (0351)  474777
E-Mail: henry@ppi.ac.id

## Abstrak
Salah satu bagian komponen utama kereta api adalah dinding kereta ( side wall ). Salah satu proses pembuatan  lubang  yang  digunakan  untuk  penyambungan  komponen carbody kereta  api  dengan proses  pengeboran  ( drilling ).  Pada  pengeboran  konvensional  mempunyai  kekurangan,  salah satunya  yaitu  pengeboran  konvensional  menggunakan  mata  pahat  yang  memiliki  mata  sayat sering  mengalami  keretakan.  Pada  penelitian  ini  inovasi  yang  menggantikan  pengeboran konvensional dengan pengeboran thermal (friction drilling) yang digunakan pada carbody kereta api. Pengeboran gesek ini memiliki kelebihan  yaitu pada proses pengeboran  yang  menggunakan suhu  tinggi  akan  membentuk  kembali  semua  material  sehingga  tidak  ada  material  yang  hilang. Pada penelitian ini digunakan metode friction drilling dengan menentukan variasi diameter  mata pahat yaitu, 4 mm, 5 mm, 6 mm, dan ketebalan pelat stainless steel yang digunakan yaitu 2 mm. Material  pahat  yang  digunakan  pada  proses friction  drilling yaitu  material tungsten dikarenakan material tungsten sifat  tahan  panas  yang  tinggi.  Dilakukan  pengujian penetrant dan  pengamatan pada  struktur  makro  dan  mikro  untuk  mengetahui  cacat  permukaan,  setelah  pengujian  akan diambil  data  dari  bahan  yang  sudah  diuji  yang  kemudian  data  dari  mikroskopis  akan  diolah menggunakan software  ImageJ. Dari  hasil  pengujian  yang  dilakukan  dengan  variasi  diameter. Semakin besar diameter pahat yang digunakan maka semakin besar cacat yang didapatkan. Hasil dari pengujian foto mikro menunjukan beberapa kecacatan yang terjadi pada material, yaitu cacat titik dan cacat garis. Pada pelat dengan tebal 2 mm yang di bor dengan diameter pahat 6 mm saat dilakukan  pengujian  foto  mikro  menghasilkan  pemadatan  permukaan  yang  cukup  merata  dan mengalami kecacatan yang dominan.
Kata  Kunci :  cacat  permukaan, friction  drilling , software  ImageJ ,  uji  mikroskopis,  uji penetrant .

## Abstract
One of the main component parts of the train is the side wall. One of the hole-making processes used for connecting train carbody components with the drilling process. At Conventional drilling has  disadvantages  including.  In  this  process  produces  high  temperatures  during  the  drilling process  and  from  conventional  drilling  using  a  tool  blade  that  has  a  cutting  edge  is  also  often experience  cracks.  In  this  research,  innovations  that  replace  conventional  drilling  with  thermal drilling (friction drilling) used on the train carbody. This friction drilling has the advantage in the drilling process that uses high temperatures will reshape all material so that no material is lost. In this research, uses friction drilling method by determining the variation of drill bit diameter, namely, 4 mm, 5 mm, 6 mm, and the thickness of the stainless steel plate used is 2 mm. The tool material used in the friction drilling process is tungsten material, because the tungsten material is high  heat  resistance.  After  all  specimens  are  drilled,  Penetrantt  testing  will  be  carried  out  and observations on the macro and micro structure to determine surface defects. After the test, will be taken data from the tested materials that have been tested and then the microscopic data will be processed  using  ImageJ  software.  From  the  test  results  conducted  with  diameter  variation.  The larger the diameter of the tool used, the smaller the defect obtained. The results of the microphoto test show several defects that occur in the material, namely point defects and line defects. On a plate  with  a  thickness  of  2  mm  which  is  drilled  with  a  6  mm  diameter  tool  when  carried  out microphoto testing produces a surface that is quite even and experiences few defects.
Keyword: surface defects, friction drilling, ImageJ software, microscopic test, penetrant test.

## 1. PENDAHULUAN
Pengeboran  merupakan  salah  satu proses  permesinan  yang  sering  dipakai setelah  proses  pembubutan,  hampir  seluruh komponen dan produk permesinan mempunyai lubang [1].
Tindakan pemakanan dan pemotongan dalam  proses  pengeboran  dilakukan  oleh mesin  bor  yang  menggunakan  pahat  bor konvensional. Pahat bor konvensional memiliki  mata  sayat  yang  digunakan  untuk proses pelubangan, ketika proses pelubangan pahat diputar oleh spindle  mesin  bor.  Rotasi spindle dan  gerakan feed dapat  dipilih  dari berbagai  tingkat  rotasi  dan  pergerakan feed yang  tersedia  di  mesin.  Menurut  [2]  pada pengeboran
konvensional sendiri menyebabkan mata pahat lebih cepat tumpul dan mengurangi lifetime .
Hasil  dari  pengeboran  konvensional yang  menggunakan  mata  sayat  juga  sering ditemui  retakan  pada  hasil  pengeboran, lubang  hasil  pengeboran  yang  tidak  sesuai akan  mengurangi  kekuatan  konstruksi  itu sendiri [3]. Berkembangnya ilmu pengetahuan  pada  proses  permesinan  maka dibutuhkan  inovasi  agar  memaksimalkan hasil  pengeboran,  pengeboran  yang  cocok untuk  mengurangi  masalah  tersebut  adalah pengeboran thermal . Menurut [4]
pengeboran thermal ( friction drilling) adalah metode  pengeboran non -  konvensional  yang digunakan  untuk  pembuatan  lubang  pada pelat  tipis,  pahat  yang    digunakan    pada proses friction  drilling diputar  dengan kecepatan  tinggi  menghasilkan  suhu  panas yang  ditimbulkan  dari  gesekan  antara  pahat dan benda kerja.
Menurut  [5]  pengeboran  gesek  ini memiliki kelebihan pada proses pengeboran yang  menggunakan  suhu  tinggi  akan membentuk kembali semua material sehingga  tidak  ada  material  yang  hilang. Proses ini menghasilkan bentuk selongsong yang diperkirakan 3 kali lebih panjang dari ketebalan asli dari material yang digunakan untuk  membuat  sambungan  yang  sangat kuat  pada  pelat.  Metode  pengeboran  ini memiliki  kelemahan  yaitu  tidak  bisa dilakukan  pada  material massif karena logam  yang  meleleh  harus  mengalir  pada suatu  tempat  untuk  membentuk  sebuah bush .  Proses  ini  harus  menggunakan
kecepatan  putar  yang  lebih  tinggi  dari  pada pengeboran konvensional.
Dalam metode friction drilling memiliki  peningkatkan  efektivitas  panjang ulir dari pada pengeboran konvensional serta sambungan  sekrup  yang  digunakan  untuk penjepitan beban dalam aplikasi penyambungan.  Beberapa  peneliti  berhasil menerapkan pengeboran gesekan dan menunjukkan proses ini merupakan alternatif yang  sangat  baik  untuk  pembuatan  lubang [5].  Material  pahat  yang  digunakan  dalam proses pengeboran thermal kali ini menggunakan material tungsten , dikarenakan menurut  [7]  bahwa  kekuatan  mata  pahat friction  drilling dengan  material  HSS  hanya dapat  digunakan  pada  pelat stainless  steel dengan ketebalan maksimal 1 mm. Kelemahan  tersebut  ditimbulkan  karena adanya proses pengurangan kekerasan akibat proses  pembuatan  mata  pahat  dengan  proses bubut.  Panas  yang  ditimbulkan  pada  proses ini  dihasilkan  oleh  gesekan  material  HSS dengan  pahat insert ,  ketika  pembuatan  mata pahat  dapat  mengurangi  kekerasan  yang dimiliki oleh material HSS ini. Penelitian ini akan  menggantikan  material  HSS  dengan material tungsten sebagai bentuk peningkatan kualitas material .
Menurut  [6]  material tungsten sering digunakan untuk penerapan yang
mengharuskan memiliki konduktivitas thermal yang  tinggi,  kekuatan  dan  stabilitas suhu tinggi. Material tungsten banyak diolah untuk  membuat  abrasif  yang  tahan  aus,  dan alat  potong.  Diharapkan  pada  penelitian  ini dengan  menggunakan  material tungsten dapat  memaksimalkan  hasil  pengeboran gesek  lebih  baik  dari  pada  penelitian sebelumnya  yang  menggunakan  material HSS. Proses penyambungan pelat
menggunakan  lubang  pengeboran  yang terdapat pada carbody kereta sendiri mempunyai kelemahan, disaat proses penyambungan  maupun  proses  pengeboran pelat tipis menggunakan metode pengeboran konvensional masih terdapat retakan ( crack ). Sering  ditemukan  pada  sambungan  kereta banyak sekrup penyambung lepas dan masih memerlukan  penambahan  material  seperti ring  di  belakang  mur.  Penulis  akan melakukan  inovasi  menggunakan  metode
friction  drilling dalam  proses  permesinan atau  pemotongan  pelat  yang  terdapat  pada bagian carbody kereta api, yang harapannya akan  diaplikasikan  di  industri  kereta  api guna meningkatkan kualitas sarana.

## 2. METODE PENELITIAN
Tahapan  dalam  penelitian  tentang friction drilling mulai  pembuatan  rancang  bangun pahat dari material tungsten sampai pengujian  dan  analisa  cacat  yang  muncul dijelaskan pada Gambar 1.
Gambar 1. Diagram alir penelitian
Pada  penelitian  ini  diperlukan  alat  dan bahan untuk mendukung proses penelitian. Berikut alat yang digunakan:
1. Mesin  gerinda  duduk  6  inch  GB  602 MAKITA
2. Batu gerinda grade 120
3. Mesin  bor  (Mesin  Bor  Duduk Drilling dan Milling 31.5  mm  Westlake  ZX- 7032)
4. Mikroskop  optic  (Mikroskop  Olympus CX23)
5. Penetrant  uji  keretakan  (Magnaflux Spotcheck SKD-S2, SKL-SP2, SKC-S)
Berikut bahan yang akan digunakan:
1. Pelat stainless steel 304 ketebalan 2 mm.
2. Material pahat tungsten diameter 4 mm, 5 mm dan 6 mm.
Berikut  tahapan-tahapan  proses  pembuatan spesimen:
1. Mempersiapan spesimen uji material stainless  steel 304  dengan dimensi 10 cm x 10 cm.
Tabel 1. Variasi Spesimen Uji
Kode Spesimen Ketebalan (mm) Kecepatan putar (rpm) Diameter mata bor (mm) A1 2 1700 4 A2 A3 B1
2 1700 5 B2 B3 C1
2 1700 6 C2 C3 2. Pembuatan  mata  bor friction  drilling dengan  pengasahan  menggunakan mesin  gerinda  duduk  sesuai  desain yang telah dirancang.
Proses  pengujian  dari  setiap  spesimen yang  dilakukan  proses  pengeboran  dengan tahapan sebagai berikut:
1. Pengujian  penetran  yang  tujuannya digunakan  untuk  mengetahui  letak cacat pada permukaan hasil pengeboran. 2. Pengujian  dengan  mikroskop  optik yang  bertujuan  untuk  mengetahui cacat  pada  hasil  pengeboran  dibagian dalam dengan
dilakukannya pembesaran.

## 3. HASIL DAN  PEMBAHASAN
Berikut hasil
yang didapat setelah dilakukan proses pengeboran:
1. Diameter pahat 4 mm
Gambar  2.  Uji Penetrant Pengeboran  Diameter  4 mm (A1) Pengulangan Pertama, (A2) Pengulangan Kedua dan (A3) Pengulangan Ketiga
Dapat  diketahui  hasil  bahwa  variasi diameter 4 mm menghasilkan kecacatan yang sedikit dengan penebalan  yang cukup merata pada bagian atas hasil pengeboran.

## 2. Diameter Pahat 5 mm
Gambar  3.  Uji Penetrant Pengeboran  Diameter  5 mm, (B1) Pengulangan Pertama, (B2) Pengulangan Kedua dan (B3) Pengulangan Ketiga
Dapat  diketahui  hasil  bahwa  variasi diameter 5 mm menghasilkan kecacatan yang sedikit dengan penebalan yang sedikit merata pada bagian atas hasil pengeboran.

## 3. Diameter pahat 6 mm
Gambar  4.  Uji Penetrant Pengeboran  Diameter  6 mm, (C1) Pengulangan Pertama, (C2) Pengulangan Kedua dan (C3) Pengulangan Ketiga Pada pengujian penetran pada pengeboran  diameter  mata  bor  6  mm menghasilkan    kecacatan    yang    cukup dominan  dengan  ditandai  dengan  banyaknya warna  merah  pada  permukaan  dan  penebalan yang dihasilkan tidak merata.
Hasil  yang  didapatkan  dari  beberapa variasi  diameter  pahat  4  mm,  5  mm,  6  mm menghasilkan keterangan bahwa variasi diameter  4  mm  menghasilkan  kecacatan  yang sedikit  dengan  penebalan  yang  cukup  merata pada  bagian  atas  hasil  pengeboran,  untuk variasi diameter 5 mm menghasilkan kecacatan yang cukup dominan pada pengeboran pertama sedangkan pada pengeboran kedua
menghasilkan  penebalan  yang  cukup  merata, untuk  variasi  diameter  6  mm  menghasilkan pemadatan  yang  kurang  merata  dan  kecacatan yang dominan.
Berikut  merupakan  hasil  dari  foto mikro pada spesimen menggunakan mikroskop optik  dengan  perbesaran  365.  Hasil  pengujian foto  mikro  menggunakan  daerah  HAZ  ( Heat Affected Zone ).
Gambar 5. (a) Hasil Foto Mikro Spesimen A1 pada Titik 1 dan (b) Hasil Foto Mikro Spesimen A1 pada Titik 2
Hasil pengamatan berdasarkan analisa dengan software imageJ
menunjukkan struktur mikro dengan pengeboran diameter pahat 4 mm menghasilkan rata-rata cacat titik 30,679 µm dengan ukuran paling besar 54,931 µm. Rata- rata cacat garis yang didapatkan yaitu 336,13 µm  dengan  ukuran  paling  panjang  1152,434 µm.
Gambar 6. (a) Hasil Foto Mikro Spesimen A2 pada Titik 1 dan (b) Hasil Foto Mikro Spesimen A2 pada Titik 2
Hasil pengamatan berdasarkan analisa dengan software imageJ menunjukkan struktur mikro dengan
pengeboran diameter pahat 4 mm pengulangan  kedua  menghasilkan  rata-rata cacat titik 22,011 µm dengan ukuran paling besar  31,556  µm.  Rata-rata  cacat  garis yang didapatkan  yaitu 197,841 µm dengan ukuran paling panjang 230,785 µm.
Gambar 7. (a) Hasil Foto Mikro Spesimen B1 pada Titik 1 dan (b) Hasil Foto Mikro Spesimen B1 pada Titik 2
Hasil  pengamatan  berdasarkan  analisa dengan software imageJ menunjukkan struktur  mikro  dengan  pengeboran  diameter pahat 5 mm pengulangan pertama menghasilkan rata-rata  cacat  titik  17,531  µm
dengan  ukuran  paling  besar  40,906  µm.  Rata- rata  cacat  titik  pada  sisi  (b)  yang  didapatkan yaitu  24,777  µm  dengan  ukuran  paling  besar 66,618 µm.
Gambar 8. (a) Hasil Foto Mikro Spesimen B2 pada Titik 1 dan (b) Hasil Foto Mikro Spesimen B2 pada Titik 2
Hasil  pengamatan  berdasarkan  analisa dengan software imageJ menunjukkan struktur mikro  dengan  pengeboran  diameter  pahat  5 mm  pengulangan  kedua  menghasilkan  rata- rata  cacat  titik  22,888  µm  dengan  ukuran paling  besar  40,906  µm.  Rata-rata  cacat  garis yang  didapatkan  yaitu  294,741  µm  dengan ukuran paling panjang 184,608 µm.
Gambar 9. (a) Hasil Foto Mikro Spesimen C1 pada Titik 1 dan (b) Hasil Foto Mikro Spesimen C1 pada Titik 2
Hasil  pengamatan  berdasarkan  analisa dengan software imageJ menunjukkan struktur mikro  dengan  pengeboran  diameter  pahat  6 mm  pengulangan  pertama  menghasilkan  rata- rata  cacat  garis  225,867  µm  dengan  ukuran paling  panjang  323,964  µm.  Rata-rata  cacat garis  yang  didapatkan  pada  titik  (b)  yaitu 388,999  µm  dengan  ukuran  paling  panjang 754,833 µm.
Gambar 10. (a) Hasil Foto Mikro Spesimen C2 pada Titik 1 dan (b) Hasil Foto Mikro Spesimen C2 pada Titik 2
Hasil pengamatan berdasarkan analisa dengan software
imageJ menunjukkan struktur mikro dengan pengeboran diameter pahat 6 mm pengulangan kedua  menghasilkan rata-rata cacat titik 15,573 µm dengan ukuran paling besar 22,914 µm. Rata-rata cacat titik pada sisi  (b)  yang  didapatkan  yaitu  17,893  µm dengan ukuran paling besar 20,45 µm.
Hasil  dari  pengujian  struktur  mikro dengan bantuan menganalisa menggunakan software ImageJ mendapatkan bahwa hasil pengeboran diameter pahat 4 mm menghasilkan  cacat  titik  dan  cacat  garis yang dominan yaitu cacat titik (22,345 µm) dan  (266,98  µm),  untuk  diameter  pahat  5 mm  menghasilkan  cacat  titik  (22,080  µm) dan  cacat  garis  (293,741  µm),  sedangkan untuk  diameter  pahat  6  mm  menghasilkan cacat  titik  (33,466  µm)  dan  cacat  garis (320,933 µm) dari hasil pengujian tersebut menghasilkan bahwa semakin kecil diameter pahat maka semakin sedikit cacat titik  dan  cacat  garis  yang  dihasilkan, sedangkan  semakin  besar  diameter  pahat maka  cacat  titik  dan  cacat  garis  yang dihasilkan akan semakin dominan [9] .

## 4. KESIMPULAN
Dari hasil penelitian yang telah dilakukan  mengenai  pengujian  yang  telah dilakukan pada stainless steel 304
menggunakan  metode friction  drilling dapat disimpulkan:
1. Hasil  dari  setiap  variasi  pengeboran gesek  ( friction  drilling )  menghasilkan struktur  yang  bervariasi  atau  banyak
perbedaan.  Struktur  yang  berbeda  ini ditimbulkan  karena  proses friction drilling menghasilkan panas yang akan mempengaruhi  struktur  mikro  dan menghasilkan  cacat  yang  berbeda– beda.  Perbedaan  yang  dimaksud  ini adalah  hasil  dari  proses  pengeboran dengan diameter pahat 4 mm menghasilkan  cacat  titik  dan  cacat garis dibanding dengan diameter 5 mm dan 6 mm.  Sedangkan  hasil  dari  diameter pahat  6  mm  menghasilkan  cacat  titik dan cacat garis yang lebih banyak dari pada diameter pahat 4 mm dan 5 mm. Dapat  diketahui bahwa semakin  besar diameter  pahat  yang  digunakan  maka semakin  besar  pula  cacat  permukaan yang dihasilkan.
2. Hasil spesimen yang dilakukan pengujian  penetrant  menggunakan cairan penetrant menghasilkan  letak kecacatan  yang  berbeda-beda.  Hal  ini dikarenakan  pada  saat  proses drilling , spesimen  yang  dilubangi  ada  yang tidak  menghasilkan  penebalan  merata pada bagian atas lubang yang disebabkan  oleh  perbedaan  variasi diameter  pahat.  Pada  hasil  tersebut kecacatan yang ditimbulkan mengarah pada  permukaan  yang  bergesekan dengan mata pahat.

## 5. SARAN
Berdasarkan  kesimpulan  yang  telah didapat, maka ada beberapa saran yang perlu diperhatikan untuk dapat memberikan masukan  guna  memperbaiki  analisis  ini, antara lain:
1. Perlunya dilakukan percobaan menggunakan  mesin  CNC  dengan variasi  kecepatan  yang  lain  agar mengetahui hasil dari setiap kecepatan.
2. Melakukan  pengujian  SEM  ( Scanning electron microscope ) agar hasil struktur mikro lebih jelas dan valid.

## REFERENSI
[1] Akhmadi, A.N. (2021). Pengaruh variasi putaran mesin terhadap waktu pengeboran  dengan  material  aluminium AL 6061 pada mesin bor duduk. Nozzle Journal  Mechanical  Engineering.  Vol 10, No.1.
[2] Kaya, M. T., Aktas, A., Beylergil, B., & Akyildiz,  H. K. (2014). An experimental  study  on  friction  drilling of  ST12  steel.  Transactions  of  the Canadian Society for  Mechanical Engineering, 38(3), 319–329. https://doi.org/10.1139/tcsme-2014-
0023
[3] Kumar,  R.,  &  Jesudoss  Hynes,  N.  R. (2019).  Thermal  drilling  processing  on sheet  metals:  a  review.  International Journal  of  Lightweight  Materials  and Manufacture, 2(3),  193–205.
https://doi.org/10.1016/j.ijlmm.2019.0
8.003.
[4] Boopathi,  M., Shankar,
S., Manikandakumar,  S.,  &  Ramesh,  R. (2013).  Experimental  investigation  of friction  drilling  on  brass,  aluminium and stainless steel. Procedia Engineering, 64, 1219–1226. https://doi.org/10.1016/j.proeng.2013.
09.201
[5] Dehghan,  S.,  Ismail,  M.  I.  S.  B.,  Mohd Ariffin, M. K. A. B., & Baharudin, B. T. H.  T.  B.  (2019).  Friction  drilling  of difficult-to-machine materials: workpiece microstructural alterations and tool wear.
Metals,
9(9). https://doi.org/10.3390/met9090945
[6] Zivelonghi,  A.  (2013).  Recent  progress in  research  on  tungsten  materials  for nuclear  fusion  applications  in  europe. Journal  of  Nuclear  Materials,  432(1–3),
482–500. https://doi.org/10.1016/j.jnucmat.2012.08 .018
[7] Sumarji.  (2011).  Studi  perbandingan ketahanan  korosi  stainless  steel  tipe  ss 304 dan ss 201 menggunakan metode u- bend  test  secara  siklik  dengan  variasi suhu dan ph. Jurnal ROTOR, 4(1), 1–8.
[8] Yulisa,  &  Razali.  (2019).  Analisa pengaruh  waktu  dan  media  pendingin terhadap hasil pengelasan SMAW berdasarkan uji penetrant dan kekerasan.
Seminar Nasional Industri Dan
Teknologi (SNIT), 185–190.
[9] Prasetya,  H.W,  Septiadi,  W.  N.,  &  Ary Subagia,  I.  D.  G.  (2016).  Analisa  cacat drilling  dari  material  hybrid  komposit laminasi serat karbon-basalt-epoxy. Jurnal  METTEK  Volume,  2(2),  106– 113.
[10] Wahjono,  H.  B.  (2021).  Pengujian kekerasan  dan  pengamatan  foto  makro automatic  surface  treatment  rel  dengan variasi  jarak  torch  pemanas  dan  nozzel pendingin. Jurnal Perkeretaapian
Indonesia. Vol.5, N0.2, 46–5