SIMULASI PROSES DEEP DRAWING CUP (BASKOM) PELAT JENIS STAINLESS STEEL 304 DENGAN MENGGUNAKAN SOFTWARE ABAQUS 6.9-3

Transkripsi

1 SIMULASI PROSES DEEP DRAWING CUP (BASKOM) PELAT JENIS STAINLESS STEEL 34 DENGAN MENGGUNAKAN SOFTWARE ABAQUS Sudi Winarso dan Tugiman Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknin USU Jl. Almamater, Kampus Padang Bulan, 2155 Medan, Sumatera Utara Abstract In the manufacturing process can not be separated from a loss defects such as wrinkles (wringkling), depletion (ironing), and break (fracture). Among the factors that influence the occurrence of the defect is material factor is the mechanical properties (plasticity). This simulation aims to determine the nature of the material plasticity. The simulation is performed using the software Abaqus Type of material used is Stainless Steel 34 with a thickness of 1mm, and then determining the dimensions manufacture punch, die, and blank holder in order to obtain the best possible outcome, and be able to understand whether the results obtained in accordance with the simulated value tensile test results are then converted be the value of the actual stress and strain (true stress-strain) as an input to the simulation data. The maximum voltage that occurs in the material Stainless Steel 34 is equal to E +8 Pa, style suppression that occurs in the material is equal to kn, Ultimate Tensile Strength of MPa, MPa for Effective Stress, Maximum Shear stress at MPa, Hydrostatic stress at 94.4 MPa, Deviatoric or Reduced Component of Stress and Tension at MPa at kn. Keywords: Cup, Deep Drawing, ABAQUS, Stainless Steel I. Pendahuluan Banyak faktor yang akan mempengaruhi cacat produk dalam proses produksinya. Beberapa faktornya antara lain adalah faktor material yang digunakan sebagai bahan Cup (baskom) dan mesin press die. Dalam penelitian ini penulis menggunakan material stainless steel 34, karena stainless steel 34 tahan terhadap korosi, daya hantar panasnya cukup baik dan juga baik digunakan sebagai wadah makanan, jika menggunakan material steel biasa dan seng maka besar kemungkinan karat yang ada pada material tersebut akan menyatu dengan makanan sehingga tidak baik bila dikonsumsi. Pada penelitian ini penulis akan menganalisis pengaruh sifat mekanik material terhadap distribusi tegangan yang tejadi dan pengaruhnya terhadap cacat akibat die forming sewaktu proses pembentukannya menggunakan Software Abaqus Kecacatan produk yang diakibatkan dari faktor die forming terjadi karena material dan desain peralatan die tersebut kurang optimal. Sebagai langkah yang efisien dalam menganalisis kecacatan produk Cup, maka penulis akan men-simulasikan terjadinya cacat tersebut menggunakan Software Abaqus Dari hasil simulasi ini diharapkan dapat mengetahui hasil dari forming defect ini sehingga diusahakan agar dapat meminimalkan kecacatan produk Cup saat proses produksi sebenarnya. Dengan penelitian ini diharapkan akan dihasilkan sebuah produk komponen Cup dengan mutu dan kualitas yang baik. II. Studi Literatur Pada proses metal forming dikenal istilah deep drawing. Pada proses deep drawing, gaya diberikan untuk menekan material benda kerja yang berupa lembaran logam yang disebut dengan Blank dan dijepit di antara Blank Holder dan Die. Sehingga terjadi peregangan 1

2 mengikuti bentuk Die, bentuk akhir ditentukan oleh Punch sebagai penekan dan Die sebagai penahan benda kerja saat ditekan oleh Punch (Ahmad Hasnan.S,26). Deep Drawing atau biasa disebut drawing adalah salah satu jenis proses pembentukan logam, dimana bentuk pada umumnya berupa silinder dan selalu mempunyai kedalaman tertentu, sedangkan definisi proses drawing menurut P.CO Sharma seorang professor production technology drawing adalah proses pembentukan logam dari lembaran logam ke dalam bentuk tabung (hallow shape) (P.C. Sharma 21 : 88). Die drawing jenis Punch berada diatas dengan nest dapat diberi kecepatan yang lebih tinggi dibandingkan jenis Die yang menggunakan Blank Holder, kecepatan yang tidak sesuai dapat menyebabkan retak bahkan sobek pada material, masing-masing jenis material mempunyai karakteristik berbeda sehingga kecepatan maksimal masingmasing material juga berbeda. Tabel 2.1 adalah kecepatan maksimal beberapa jenis material yang biasa digunakan untuk sheet metal drawing. Tabel 1. Jenis material dan kecepatan maksimal draw dies III. Teori Analysis Tegangan adalah besaran pengukuran intensitas gaya atau reaksi dalam yang timbul persatuan luas. Engineering stress dirumuskan dengan persamaan berikut: Ρ Ρ σeng = = Α π ( ) 2 4 d (1) Dimana P [kn] adalah beban dan A o [mm 2 ] adalah luas permukaan. Engineering Strain adalah regangan yang dihitung menurut dimensi benda aslinya (panjang awal). Sehingga untuk mengetahui besarnya regangan yang terjadi adalah dengan membagi perpanjangan dengan panjang semula: l l l e eng = x 1% = x 1% (2) l l Dimana l [mm] adalah extension, l [mm] adalah Length dan l [mm] adalah Gauge Length. True stress adalah tegangan hasil pengukuran intensitas gaya reaksi yang dibagi dengan luas permukaan sebenarnya (actual). True stress dapat dihitung dengan: Ρ Α l eeng σ = = = σ. = 1 + eng σeng (3) Α Α l 1 Dimana A [mm] adalah instant area True Strain: l e = ln = ln(1+ e eng ) (4) l Initial Yield Stress adalah: Ρy ( σ f ) = (5) l Dimana P y [kn] adalah yielding load. Engineering Stress Maksimum disebut Ultimate Tensile Strenght atau Tensile Strenght : Ρmax ΤS = (6) Α Dimana P max [kn] adalah Load Maximum. Modulus Young s dapat dihitung dengan rumus: (σ f ) Ε = (7) e y Dimana e y adalah strain at yield. Tension dapat dihitung dengan rumus: n K. ε 1= 1t=. t exp 1 2 ( ( β) ε ) Τ σ + 1 (8) 1 α+ α Dimana t [mm] adalah thickness, K [MPa] adalah Strength Coefficient, α adalah stress ratio, β adalah strain ratio dan n adalah strain hardening index. Blank Holder Force dapat dihitung dengan rumus: 2

3 Τ1O. B= (9) 2 x,15 Maximum Punch Force dapat dihitung dengan rumus: r µ B µπ F d = 2πrt 1 σf ln + exp (1) r1 πr t 2 Dimana r 1 [mm] adalah radius dalam, r [mm] adalah radius luar dan µ adalah friction Coefficient. IV. Hasil dan Pembahasan Gambar 2. Proses Simulasi Deep Drawing Step Punch dan Holder Frame 2. Tabel 2. Property Material Stainless Steel 34 Gambar 3. Proses Simulasi DeepDrawing Step Punch Bergerak Frame 2. Engineering stress-strain 6 Engineering Stress, MPa Gambar 1. Kurva Engineering Stress- Engineering Strain Material Stainless Steel 34. Pada kurva Engineering stress-strain dapat dilihat bahwa titik luluh (283,248)Mpa dan Ultimate Tensil Strength (55,25)Mpa Engineering Strain Gambar 4. Pandangan Isometri Dari hasil proses simulasi dapat diketahui tegangan maksimum yang dialami oleh material yang ditandai dengan warna merah. Material Stainless Steel 34 dengan ketebalan 1mm mengalami tegangan maksimum sebesar 6.637E8 Pa. Dari gambar tersebut dapat diketahui bahwa tegangan maksimum terjadi pada beberapa lokasi, yang secara umum terjadi pada bagian atas dan pada daerah dinding produk. Tegangan maksimum menunjukkan bahwa pada 3

4 posisi tersebut pelat mengalami regangan maksimum mengalami penipisan atau pengurangan ketebalan yang terbesar atau lebih besar. Kemungkinan terjadinya robek biasanya diawali dari daerah yang mengalami tegangan maksimum tersebut. Sebaliknya pelat juga akan mengalami tegangan minimum dan kebanyakan terjadi pada bagian tengah bawah produk. Pada bagian ini memang pelat mengalami regangan paling kecil atau karena sebagian pelat tidak mengalami pembentukkan atau drawing. Dari hasil simulasi proses deep drawing terhadap ke empat material juga dapat diketahui yaitu terjadinya wrinkling (kerutan) dibagian flange pada dinding cups. Selain di bagian flange tersebut, kerutan juga sedikit dialami di bagian tengah pelat yang mengalami tegangan maksimum. Untuk mengatasi masalah ini maka khusus di bagian ini, desainer harus dapat memprediksi seberapa penipisan yang akan terjadi sehingga dapat membuat desain dies yang lebih akurat yang dapat mengantisipasi kemungkinan terjadinya wrinkling. V. Kesimpulan dan Saran Pada penelitian ini penulis dapat memberikan kesimpulan bahwa dari hasil simulasi proses deep drawing terhadap material Stainless Steel 34 dengan ketebalan 1mm terjadi wrinkling (kerutan) dibagian flange atau bagian pelat yang berhadapan dengan blank holder dan juga dibagian dinding material. Secara umum tegangan terbesar terjadi pada bagian atas dan dinding produk, tegangan terkecil terjadi pada bagian tengah bawah produk. Tegangan maksimum yang terjadi pada material Stainless Steel 34 adalah sebesar 6,637E+8 Pa, gaya penekanan yang terjadi pada material tersebut adalah sebesar 49,56 MPa, Ultimate Tensile Strenght sebesar 55,25 MPa, Effective Stress sebesar 282,12 MPa, Maximum Shear Stress sebesar 141,6 MPa, Hydrostatic Stress sebesar 94,4 MPa, Deviatoric or Reduced Component of Stress sebesar 188,8 MPa dan Tension sebesar 284,79 MPa. Untuk penelitian lanjutan diperlukan untuk dapat mencari friction coefficient dan Clearance terbaik, dan menggunakan komputer yang mempunyai performance yang compatible agar hasil simulasi yang ditampilkan berkualitas baik. Daftar Pustaka Gambar 5. Grafik History Output Punch dan Holder Pada Punch dan Holder Result- History Output-Steps/Frames XY Plots. X axes scale linear, Max Auto-compute,253 dan Min Auto-compute 2.3E- 5, Major Tick Mode-By increment-tick increment,5 dan Minor Ticks per increments 1. Y axes scale linear, Max Auto-compute dan Min Autocompute, Major-Tick Mode-By increment-tick increment 2 dan Minor Ticks per increments 1. [1] Marciniak, Z dkk, 22, Mechanics of Sheet Metal Formimg, Edisi ke II, Butterworth - Heinemann, London. [2] Timoshenko S.P. dan Goodier J.N, 1986, Teori Elastisitas, Edisi ke III, Erlangga, Jakarta. [3] Budi Hastomo, 29, Analisis Pengaruh Sifat Mekanik Material Terhadap Distribusi Tegangan Pada ProsesDeep Drawing Produk End Cup Hub Body Maker dengan Menggunakan Software Abaqus 6.5-1, Tugas Akhir S-1, Universitas Muhammadiyah Surakarta, Surakarta. 4

5 [4] Mohamad Yusa Shofiyanto, 29, Simulasi Proses Deep Drawing Dengan Pelat Jenis Tailored Blank, Tugas Akhir S-1, Universitas Muhammadiyah Surakarta, Surakarta. [5] Amstead, B.H dkk, 1991, Teknologi Mekanik, Jakarta : Penerbit Erlangga. [6] Sharma, P.C, 22, A Text Book of Production Engineering S. Chand and Company Ltd, New Delhi. [7] Ahmad Hasnan, S, 26. Mengenal Proses Deep Drawing, Jakarta. [8] Eugene D. Ostergaard, Advanced Die Making, Prentice Hall, New Jersey. [9] - Abaqus/CAE Scripting User s Manual version 6.8, diakses pada tanggal 1April 212 [1] Getting Started with Abaqus Version 6.4, diakses pada tanggal 23 September 211 [11] Abaqus Example Problem Manual, diakses pada tanggal 9 April 212 [12] diakses pada tanggal 8 Agustus 212 [13] Deep Drawing Proses, diakses pada tanggal 7 November 211 [14] ATLAS SPECIALTY METALS (Technical Handbook of Stainless Steels, diakses pada tanggal 2 April 212 [15] teknik/home/articles/klasifikasistainless-steel), diakses pada tanggal 2 April 212 5