4

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Pengaruh Parameter Pengeboran

Pengeboran memiliki banyak parameter. Parameter yang perlu

diperhatikan saat melakukan pengeboran adalah parameter setting kecepatan

putar, geometri mata bor, material mata bor yang dipakai. Ada beberapa

penelitian yang melakukan pengeboran Ti-6Al-4V dengan berbagai

parameter.

2.1.1 Pengaruh Parameter Pengeboran Terhadap Kualitas Hasil Bor

Dari penelitian yang dilakukan (waqar,2016) memakai parameter

setting kecepatan dan feed rate. Kualitas hasil bor di analisis

menggunakan uji deviasi diameter bor, Kekasaran permukaan, ketinggian

burr

Pengaruh parameter pengeboran dengan deviasi diameter plat Ti-

6Al-4V menunjukkan penyimpangan diameter pada gerak makan 0,15

mm/putaran dengan 1000 rpm menunjukkan 4µm (waqar,2016)

Pengaruh parameter pengeboran pada Kekasaran permukaan.

Kekasaran permukaan Ra ≈1µm pada laju umpan terendah 0,05 mm /

putaran dan kecepatan spindel tertinggi 1200 rpm (waqar,2016).

Pengaruh parameter pengeboran pada burr tinggi. Burr adalah buram

keluar. Ketinggian burr dari lubang sangat penting untuk dikurangi,

karena sebagai persyaratan perakitan. Dari percobaan dihasilkan bahwa

5

ketinggian burr berbanding lurus dengan gerak makan dan kecepatan

spindel. peristiwa ini terjadi karena panas tinggi dan konduktivitas termal

yang buruk. Tinggi burr terkecil 17,8 μm dihasilkan pada gerak makan

terendah 0,05 mm / putaran dan kecepatan spindel terendah 800

rpm(waqar,2016)

2.2 Paduan Titanium

Paduan titanium memiliki ketahan terhadap laju korosi yang baik,

konduktifitas termal dan muai termal yang rendah. Paduan titanium memiliki

sifat yang menguntungkan bagi aplikasi dirgantara baik untuk mesin dan

komponen kerangka pesawat. Titanium mempunyai struktur cph α hingga

882oC dan struktur bcc β hingga titik lelehnya. Penambahan paduan

mengubah temperatur dimana terjadi transisi dari α menjadi β, material

terlarut yang menaikkan temperatur transisi disebut penstabil α dan material

yang menurunkan temperatur transisi β disebut penstabil β. Paduan (α + β)

mungkin merupakan paduan titanium yang paling banyak digunakan dan

mengandung elemen paduan memperkuat paduan fasa. Paduan ini diproses

secara termo mekanik untuk mengendalikan ukuran, bentuk, dan distribusi α

dan β. Paduan α + β serbaguna adalah IMI 318, yang mengandung 6% Al dan

4%V, paduan ini dapat digunakan hingga 350oC dan mempunyai sifat tempa

dan fabrikasi yang baik. Awalnya paduan ini menggantikan baja sebagai

material cekam dalam mesin jet sehingga menghasilkan penghematan bobot

hingga 20%. Paduan (α + β) dengan kandungan interstisi sangat rendah (ELI,

extra low interstisial) dikenal sebagai material “toleran terhadap kerusakan”

dan digunakan untuk komponen kerangka pesawat yang kritis.(Smallman,

6

2000) Kandungan titanium Ti6Al4V memiliki berbagai senyawa kimia antara

lain :

Tabel 2.1 kandungan kimia Ti-6Al-4V

kandungan Ti Al V C Fe O N H

Wt (%) seimbang 6 4 0,03 0,1 0,15 0,1 0,003

Ti6Al4V dengan kadar oksigen rendah mempunyai kekuatan tarik 8% lebih

rendah dibandingkan dengan paduan standart, tetapi yang lebih diutamakan

adalah ketangguhan perpatahan minimum sebesar 80 MN m-3/2. Ti6Al4V,

mulai populer karena ketahanan korosi , kekuatan , dan modulus

elastisitasnya yang di aplikasikan sebagai implant terlihat pada tabel 2.2

(Smallman, 2000). Dalam penelitian yang dilakukan menggunakan paduan

titanium Ti6Al4V

Tabel 2.2 sifat mekanik Ti-6Al-4V

Mechanical Properties nilai

Yeild Strength 900 Mpa

Tensile Strength 955 Mpa

Reduction of Area (%) 40

Elongation (%) 14

Hardness 33 HRC

7

2.3 Permesinan Titanium

Titanium dianggap sebagai material yang sulit untuk diproses

permesinan (difficut to cut material). Untuk melakukan pemesinan paduan

titanium dibutuhkan gaya pemotongan yang sedikit lebih besar daripada gaya

pemotongan yang digunakan pada pemesinan baja. Titanium paduan

memiliki karakteristik metalurgi tersendiri, hal ini yang menjadi sulit untuk

dillakukan pemesinan. Pemesinan tianium membutuhkan biaya tambahan

yang cukup besar dibanding dengan melakukan pemesinan baja dengan

tingkat kekerasan yang sama. Keberhasilan dalam pemesinan titanium

tergantung sebagaimana cara mengatasi beberapa sifat yang dimilikinya.

Sifat-sifat itu antara lain:

2.3.1 Konduksi Panas

Titanium merupakan konduktor panas yang buruk. Panas yang

dihasilkan oleh pemotongan tidak menghilang dengan cepat. Oleh karena

itu, sebagian besar panas terkonsentrasi pada tepi pemotongan dan

permukaan pahat. Hal ini menyebabkan umur pakai pahat lebih rendah.

2.3.2 Sifat Paduan

Titanium memiliki kecenderungan sifat paduan yang kuat, atau

reaktivitas kimia dengan material pada temperatur pahat potong. Hal ini

dapat menyebabkan tingkat keausan pahat potong lebih cepat.

2.3.3 Modulus Elastisitas

Titanium memiliki modulus elastisitas yang lebih rendah daripada

besi dan superalloy namun memiliki daya lenting yang lebih baik

8

dibandingkan dengan logam-logam tersebut. Hasilnya adalah defleksi

benda kerja yang lebih besar. Rentan terhadap kerusakan permukaan.

2.3.4 Karakteristik Pekerjaan Pengerasan

Karakteristik pengerasan titanium dapat menunjukkan “builtup

edge”. Munculnya built-up edge pada tepi alat potong menyebabkan

perubahan yang mengakibatkan peningkatan temperatur pada sebagian

area alat potong. Sehingga tingkat keausan mata bor meningkan dan

menurunkan umur pakai mata bor.Teknologi pemesinan konvensional

titanium tidak jauh berbeda dengan teknologi pemesinan pada umumnya.

2.4 Elemen-elemen Pengeboran

Pengeboran dilakukan untuk membuat suatu lubang pada benda kerja.

Pembuatan lubang adalah salah satu operasi paling penting di bidang

manufaktur, dan pengeboran adalah proses pembuatan lubang besar dan

umum (kalpakjian,2009).

Elemen proses pengeboran

Kecepatan potong : minm/ ;1000

n d v

Gerak makan permata potong : mm/putaran 2z ;zn

fz

vf

Kedalaman potong : mm ; d/2 a

Waktu pemotongan : min ;/t tc fvl

Dimana mm ;kd/2)/tan ( min,; r nnwvt lllll

Kecepatan penghasilan gram : min/cm ;1000

4d Z 3

2fv

(sumber : proses permesinan Taufiq Rochim )

9

Gambar 2.1 Elemen elemen pengeboran

Gambar 2.2 Mesin bor

Material-removal rate (MRR) dalam pengeboran adalah volume material

yang dibuang per satuan waktu. Untuk bor dengan diameter D, area cross-

sectional dari lubang yang dibor adalah 1-rD2 / 4. Kecepatan bor tegak lurus

terhadap benda kerja adalah produk dari umpan, f (jarak bor menembus per

satuan revolusi ), dan kecepatan rotasi, N, di mana N = V / WD. Demikian,

h

lt=Panjang pemotonganbenda kerja ;mm

d=diameter pengeboran ;mm

Kr=sudut potong utama ; °= 1/2 sudut ujung (pointangel)

n =putaran poros utama ;putaran / min

Vf= kecepatan potong ; mm/min

10

mencatat bahwa MRR = (mm2) (mm / rev) (rev / min) = mm3 / menit,

yang merupakan satuan yang benar untuk volume yang dihapus per satuan

waktu. Rekomendasi pengeboran paduan titanium dapat di lihat pada tabel

2.3 (kalpakjian,2009)

Tabel 2.3 rekomendasi kecepatan putar dan makan rata rata

Dalam penelitian yang dilakukan memakai feed rate (makan) 0.15 mm dan

kecepatan putar 500 rpm, 850 rpm , 1200 rpm.

2.5 Aspek yang di perhatikan dalam pengeboran titanium

2.5.1 Suhu Pemotongan

Selama proses pengeboran titanium, sekitar 90% dari pembentukan

deformasi plastik diubah menjadi panas. Panas menghasilkan suhu yang

sangat tinggi di zona deformasi benda kerja dan daerah permukaan mata

bor (Zang.2008)).

11

2.5.2 Keausan Alat dan Umur Alat

Mekanisme keausan alat potong dalam permesinan Ti dapat

bervariasi sesuai dengan kombinasi material mata bor terhadap benda

kerja yang berbeda. Bentukan, keausan pelat non-seragam, keausan

kawah, chipping, dan kegagalan katastropik adalah mode kegagalan yang

menonjol ketika pengeboran Ti (syarif.2013). Kecepatan potong harus

cukup rendah untuk menghindari umur pemotong yang terlalu pendek.

Untuk memastikan umur pemotong, membutuhkan waktu lebih lama

untuk mengebor Ti daripada baja (Zang.2008).

2.5.3 Kualitas Lubang

Kualitas lubang dalam pengeboran Ti diperhatikan dengan melihat

diameter lubang dan silindris, kekasaran permukaan, dan burr. Ti

umumnya digunakan untuk bagian yang membutuhkan toleransi baik dan

karena itu, kualitas lubang yang tinggi harus dipertahankan. Kerusakan

muncul dalam bentuk microcracks, deformasi plastik dan tegangan sisa

tarik (Zang.2008)

Kebanyakan proses pengeboran Ti akan menciptakan burr pada

permukaan masuk dan keluar. Dalam kebanyakan kasus yang menjadi

perhatian utama adalah keluaran burr besar ukurannya. Pembentukan

burr dalam pengeboran Ti menyulitkan dalam aplikasi kedirgantaraan.

Diperkirakan bahwa hingga 30% dari biaya beberapa komponen adalah

karena operasi deburring (Zang.2008).

12

2.6 Formasi Burr

Proses pemesinan menghasilkan burr yang berakibat deformasi plastis.

proses tersebut sangat mempengaruhi biaya produksi. Burr dapat

didefinisikan sebagai setiap material yang menjorok lebih jauh di luar

permukaan dan tonjolan. Burr terbentuk di permukaan masuknya mata bor

dan di permukaan keluarnya mata bor pada benda kerja. Burr keluar itu

penting, karena ukuran yang besar akan sulit untuk dihapus, maka

menyebabkan masalah deburring. Oleh karena itu, banyak penelitian telah

memfokuskan perhatian mereka pada burr keluar. Besarnya burr dapat

ditentukan oleh tingginya (h) dan ketebalan (w) seperti yang ditunjukkan

pada Gambar 2.3

Gambar 2.3 tinggi burr dan ketebalan

2.6.1 Klasifikasi Burr

Kim. J (Min,1998) mengidentifikasi empat jenis burr dalam pengeboran

Ti-6Al-4V seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.4 . Tipe I adalah burr

seragam, jenis ini memiliki ketinggian dan ketebalan yang konsisten di

sekitar tepi luar lubang dan mudah digunakan. untuk deburr setelah

13

pengeboran. Tipe II terlihat mirip dengan Tipe I, tetapi memiliki bentuk yang

condong ke belakang. burr tipe III memiliki bentuk gulungan yang parah,

sedangkan, Tipe IV juga mirip dengan tipe III tetapi memiliki ketinggian

yang relatif kecil dan pintu keluar yang lebih luas

Gambar 2.4 Tipe burr pada pengeboran titanium

2.6.2 Mekanisme Pembentukan Burr

Mekanisme pembentukan burr dibagi menjadi lima kategori oleh

Dornfeld and Park (Min,2001) yang ditunjukkan pada Gambar 2.5. Tahap-

tahapnya adalah steady state, burr inisiasi; pengembangan, fraktur awal dan

pembentukan burr masing-masing. Pada tahap inisiasi burr terjadi tonjolan

karena deformasi plastik karena bor cenderung bergerak ke arah keluar dari

benda kerja. Kemudian pada tahap fraktur awal, tonjolan yang tumbuh

berhenti meningkat ketika material telah meluas ke titik maksimumnya. Oleh

karena itu fraktur awal dimulai karena kurangnya keuletan di tepi bor.

Akhirnya pada tahap terakhir, tonjolan robek dan material yang

diproyeksikan berubah menjadi burr. (Dornfeld,2004). “Pada burr seragam,

14

fraktur awal terjadi di tepi bor dan mengarah pada pembentukan topi.

Sedangkan pada burr mahkota, fraktur awal terjadi di pusat bor dan sisa

material mengalami deformasi secara plastis dan membentuk mahkota

burr ”(Dornfeld,2001).

Gambar 2.5 Tahap formasi bur

2.7 Material Mata Bor

High speed steels (HSS) dinamakan demikian karena mereka

dikembangkan untuk mesin pada kecepatan yang lebih tinggi daripada yang

sebelumnya mungkin. Pertama kali diproduksi pada awal 1900-an, baja

berkecepatan tinggi adalah baja alat yang paling banyak paduannya. Mereka

dapat mengeras ke berbagai kedalaman, memiliki ketahanan aus yang baik,

dan relatif murah. Karena ketangguhannya (oleh karena itu resistansi tinggi

terhadap fraktur), baja berkecepatan tinggi cocok terutama untuk alat sudut

rake positif yang tinggi (yaitu, dengan sudut kecil yang disertakan). geometri

mata bor dapat di lihat pada gambar 2.6

15

Gambar 2.6 geometri mata bor

Dalam penelitian yang dilakukan memakai mata bor dengan point angel 135°,

diameter 5 mm, panjang keseluruhan 109 mm, panjang flute 68 mm, tipe

twist drill, material mata bor HSS G, HSS (Co) , HSS (Ti)

2.8 Faktor yang Mempengaruhi Formasi Burr Pengeboran

Formasi burr pengeboran terjadi ketika dilakukan pengeboran. Faktor

yang memperaruhi formasi burr adalah gerak makan , kecepatan putar , dan

geometri dan material mata bor. Gerak makan yang sangat rendah

menghasilkan keluaran burr yang tebal dan semakin tinggi kecepatan putar

maka semakin tinggi burr pengeboran. sudut heliks mata bor menghasilkan

16

burr yang lebih kecil dari sudut split mata bor. Ketebalan dan ketebalan burr

akan berkurang dengan menggunakan sudut heliks yang lebih besar atau

sudut ujung mata bor yang lebih besar (Dornfeld dkk.1999).

Dornfeld dkk. (1999) mengamati empat jenis burr yang berbeda dalam

pengeboran kering dan tiga burr tipe dalam pengeboran basah Ti. Keluaran

burr tanpa cairan pendingin akan menghasilkan burr yang besar.

2.9 Struktur Mikro Ti-6Al-4V

Struktur mikro dari Ti6Al4V ditunjukkan pada Gambar 2.7 dan 2.8, yang

menunjukkan dua fase struktur yang terdiri yaitu α dan β. Fase α (daerah

yang cerah pada gambar) memiliki struktur pipih yang relatif teratur dan

antara lamellae ini terdapat daerah tipis fase β (terelihat gelap). Sebelum

terbentuk fasa β fasa yang terjadi adalah α + β , mengandung α lamellar

dengan orientasi kristalografi yang serupa. Tumbuh dari batas β butiran

sebelumnya α fase terbentuk yang ″ membatasi ″ butir-butir ini (batas butir

α).(Pinke._)