SIMULASI SPRINGBACK BENCHMARK PROBLEM CROSS MEMBER NUMISHEET 2005

Transkripsi

1 SIMULASI SPRINGBACK BENCHMARK PROBLEM CROSS MEMBER NUMISHEET 005 Akhmad Arif Wahudi, Waluo Adi S., Tri Widodo B.R. Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Muhammadiah Surakarta Jl. A. Yani Paelan Kartasura Tromol Pos 1 Sukoharjo aatran@plasa.com ABSTRAK Numisheet 005 merupakan suatu konferensi internasional ang memahas tentang peruahan konsep dan teknologi aru pada lingkup simulasi sheet metal forming, konsep dan teknologi aru terseut dimasudkan untuk memenuhi keutuhan semua industri metal forming. Untuk memenuhi keutuhan para desainer dan juga ilmu pengetahuan, konferensi menentukan tiga permasalahan ang leih dikenal dengan BENCHMARK PROBLEM, aitu Benchmark I, Benchmark II, dan Benchmark III. Benchmark prolem ini dimaksudkan agar designer dapat mengevaluasi model pada proses sheet metal forming dengan melakukan pengujian eksperimental maupun simulasi model.penelitian tugas akhir ini ertujuan untuk menganalisis komponen cross memer enchmark II Numisheet 005 dengan menggunakan metode simulasi numerik. Untuk keperluan proses simulasi numerik pada komponen cross memer digunakan File Nas dari jenis file ang tersedia pada enchmark II numisheet 005 aitu IGES File dan NAS File.Proses penelitian dan simulasi numerik komponen cross memer ini menggunakan solver ABAQUS V64 PR11 dengan antuan solver MSC. PATRAN dengan prosedur mengikuti guidelines numisheet 005.Springack selalu terjadi pada sheet metal forming untuk itu perlu diperhatikan karena pengaruhna sangat penting terhadap peruahan entuk dan ukuran pada produk akhir ang dihasilkan. Perolehan informasi tentang springack digunakan untuk mendesain dies serta mengontrol ketelitian pada saat memproses entuk komponen dan memprediksi kegagalan pada proses stamping ang dilakukan. Kata kunci : Numisheet 005, Aaqus 6.4, Simulasi, Springack. PENDAHULUAN Pada penelitian ini, dengan mengaplikasikan teknologi CAD/CAM pada aplikasi software atau dalam istilah teknik diseut dengan solver erasis Metode Elemen Hingga non linear untuk simulasi sheet metal forming. Pada kasus ini dengan antuan solver ABAQUS dapat dilihat secara visual proses simulasi springack dan forming dan juga ditampilkan esarna tegangan, regangan, gaa, displacement dan lain-lain ang terjadi lewat kontur-kontur warna ang ditampilkan, sehingga dapat diprediksi agian-agian kritis atau agian ang erpotensi mengalami kerusakan. Penggunaan FEA/FEM pada proses simulasi numerik komponen cross memer dengan antuan program ABAQUS untuk menghasilkan gamaran pada komponen cross memer prolem enchmark II Numisheet 005 seperti ang terlihat pada gamar1. 4 Akhmad Arif Wahudi, Waluo Adi S, Tri Widodo BR, Simulasi Spring ack BenchMark Prolem Cross Memer Numisheet 005

2 Gamar 1. Komponen cross memer prolem enchmark II Numisheet 005 Prosedur penelitian ini adalah seagai erikut : 1. Data komponen cross memer enchmark II mengikuti guidelines numisheet Untuk proses simulasi numerik, penulis memanfaatkan solver ABAQUS, dengan erdasarkan pada Analsis model ang di impor dari file nastran cross memer enchmark II Numisheet 005 melalui antuan solver MSC. PATRAN. Perhatian penelitian ini diutamakan pada simulasi springack melalui proses drawing pementukan pelat mengikuti desain dies ang telah ditentukan sehingga terentuk komponen cross memer. TINJAUAN PUSTAKA Pada proses sheet metal forming plat akan ditekan untuk menghasilkan deformasi plastis, pada saat ending dihilangkan akan terjadi peruahan entuk atau penimpangan terhadap permukaan die ang digunakan untuk penekanan, hal ini diseakan karena plat memiliki sifat elastis sehingga seagian deformasi akan sedikit kemali ke titik tertentu. Penim-pangan entuk dan ukuran karena sifat elastisitas ahan ini dikenal dengan istilah springack, atau regangan elastis sisa pada daerah ending pada saat ending dihilangkan ang meneakan penimpangan entuk pada sheet metal terhadap entuk die. Springack selalu terjadi pada sheet metal forming untuk itu perlu diperhatikan karena pengaruhna sangat penting terhadap peruahan entuk dan ukuran pada produk akhir ang dihasilkan. Springack dapat diamati pada proses ending dimana sudut ending pada saat ending dilepas(setelah terjadi springack) akan leih kecil diandingkan dengan sudut ending pada saat ending dilakukan pada plat, sedangkan jari-jari ending pada plat pada saat ending dilepas (setelah terjadi springack) leih esar dianding pada saat ending dilakukan. Springack tidak hana terjadi pada plat tipis atau plat datar, tetapi juga terjadi pada entuk poros pejal, kawat, atang dengan luas area tertentu, serta pada pipa. Pada praktekna springack dapat dikurangi dengan memerikan ending leih lama, eerapa trial sangat diperlukan untuk mengamati fenomena springack ang terjadi sehingga produk ang dihasilkan mempunai entuk dan ukuran ang sesuai dengan desain die. Huungan antara esar sudut ending dengan radius ending dapat diukur pada panjang usur ang dihasilkan pada daerah ang mengalami ending menurut persamaan: t W = α ( R )... (1) + atau Panjang usur setelah springack MEDIA MESIN, Vol. 7, No. 1, Januari 006,

3 α s α s α Gamar. Peruahan sudut plat pada teori prediksi springac t R W = α s ( Rs + )... () s = Radius akhir setelah mengalami springack R = Radius selama ending α = Sudut ending saat ending erlangsung h = Ketealan plat α s = Sudut ending setelah terjadi E = Modulus elastisitas springack σ R = Radius ending saat ending = Tegangan ending R s = Radius ending setelah terjadi ν = Poisson ratio springack Pada teori ini, springack ang terjadi pada t = Ketealan plat plat didefinisikan seagai erikut (Wu, Banak peneliti memfokuskan penelitian Ying-Hui, 1996): mereka tentang springack pada defleksi α R R σ ( α αs)/ α = = 1 = 3(1 ν ) (lendutan) pada plat entuk lingkaran dan α Rs h E entuk lemaran, Johnson dan Singh (198) adalah orang ang petama melakukan... (4) eksperimen dengan menggunakan die α silinder dan meneliti pengaruh radius tool, = Sudut selama ending panjang dan teal plat serta properti dari α s = Sudut akhir setelah terjadi plat ang digunakan, dan anak penelitian lain ang melakukan pendekatan analitis springack. Teori Force Discharge dengan menggunakan metode numerik. Bereda dengan teori ang telah Pada dasarna ada dua macam teori ang erkemang untuk memprediksi adana springack aitu discharge moment applied (momen ang hilang ) dan discharge of inplane force (gaa dalam idang ang hilang), disini akan diperkenalkan secara dikemukakan Yu et al (1984), untuk perlakuan stamping dan springack pada plat lingkaran ang dideformasi dengan die setengah lingkaran sesuai dengan analisa, springack pada plat erentuk lingkaran dapat mendekati prediksi ang didasarkan singkat tentang dua teori ang erkemang pada distriusi gaa memran ang terseut. merupakan gaungan dengan metode a. Teori Momen Discharge Menurut Lo s (1995) atau analisis Hosford dan Caddell s (1993) didapatkan persamaan: singkat Calladine (Yu et al, 1984). Teori ini menjelaskan penurunan regangan elastis pada lingkaran ang meneakan sisi agian luar akan ergerak atau ertamah 1 1 3σ (1 ν ) lear. Gaa memran terseut didefinisikan =... (3) seagai erikut: (10) R R h E s. 6 Akhmad Arif Wahudi, Waluo Adi S, Tri Widodo BR, Simulasi Spring ack BenchMark Prolem Cross Memer Numisheet 005

4 Nα = σ. h... (5) N α = Gaa pada memran. Untuk plat dengan entuk persegi maka gaa ang terjadi saat ean dihilangkan seesar α. h / 3 karena termasuk dalam regangan idang. Regangan ang terjadi pada plat agian luar ending adalah: ε = σ (1 ν ) / 3... (6) Untuk plat agian dalam ending akan mengalami tekanan atau pemendekan. Jika perandingan σ (1 ν ) E sangat kecil / maka akan didapatkan persamaan untuk memprediksi terjadina springack (Wu, Ying-Hui, 1996). α m(1 ν ) σ cosα =... (7) α 3E(1 cosα ) m = faktor radius, sesuai dengan Yu et al (1984) seesar 9/4 α = α α s adalah peruahan sudut mengalami ending dan sudut akhir setelah terjadi springack. METODE PENELITIAN Metode ini dimulai dengan melakukan survei dan studi pustaka. Kemudian dilakukan pemisahan dan menconvert komponen die dari file nastran enckmark II numisheet 005 menggunakan MSC. Patran untuk selanjutna dilakukan simulasi numerik menggunakan ABAQUS V.64 PR.11 ang diharapkan memperoleh hasil ang dinginkan. Bila hasil tidak diperoleh maka dilakukan editing model dengan mengurangi jumlah elemen dan penamahan signifikan pada velocit. Editing model terseut dilakukan untuk menesuaikan dengan kemampuan fasilitas komputer dalam melakukan analisis model. HASIL DAN PEMBAHASAN 1. Deformasi Ketealan Elemen A A (a) MEDIA MESIN Vol. 7, No. 1, Januari 006,

5 A () A Gamar 3. (a) Full loaded A-A, () Sumu 1, untuk full loaded A-A Gamar 4. Diagram deformasi ketealan pada full loaded A-A Terjadi deformasi ketealan elemen pada full loaded A-A. Penealan dan penipisan elemen diwakili oleh kontur warna ereda ang ditunjukkan pada gamar 3. Penealan pada elemen 347 terjadi karena posisi elemen ini terletak pada alur melengkung ang diperlihatkan pada gamar 3.(). Penealan ini terjadi karena adana strain negatif pada proses formed ke arah sumu 3 dimana terjadi konsentrasi displacement ke arah elemen ini. Sedangkan penipisan elemen tampak terjadi pada elemen 931. Hal ini diseakan oleh adana strain positif pada proses formed dimana displacement cenderung keluar dari elemen ini. Diagram deformasi ketealan ditunjukkan pada gamar 4 ang merupakan seleksi elemen ang diamil dari full loaded A-A ang menampilkan kontur warna ereda. Meskipun terjadi penipisan elemen pada full loaded A-A tetapi tidak menunjukkan adana soek ataupun mengkerut akiat dari adana penealan elemen. Hal ini menginformasikan ahwa simulasi ini masih menghasilkan lank deformale ang halus atau aik. 8 Akhmad Arif Wahudi, Waluo Adi S, Tri Widodo BR, Simulasi Spring ack BenchMark Prolem Cross Memer Numisheet 005

6 . Distriusi Energi Gamar 5. Grafik huungan energi kinetik, energi regangan dengan time Gamar 6. Grafik huungan velocit dengan time Pada grafik gamar 5 menunjukkan energi kinetik ang leih esar dari energi regangan. Energi kinetik ang erleihan artina memperlihatkan ahwa tarakan ang terjadi antara die up dengan material deformale pada awal proses sheet metal semakin esar dimana hal ini dapat meneakan terjadina kerusakan pada elemen atau ahkan meneakan error pada proses simulasi. Huungan antara grafik gamar 5 dengan grafik gamar 6 aitu energi kinetik harus leih kecil daripada energi regangan untuk menghasilkan simulasi ang aman. Untuk memperkecil energi kinetik, dapat dilakukan pengurangan velocit sehingga simulasi dapat diaplikasikan pada industri manufaktur dalam proses sheet metal forming seagai suatu perhitungan numerik ang aman. Pada simulasi ini tidak dilakukan langkah perencanaan untuk simulasi ang aman dengan menggunakan velocit ang kecil ang leih aplikatif untuk industri sheet metal forming. Hal ini dikarenakan keteratasan fasilitas komputer untuk menganalisa model. MEDIA MESIN, Vol. 7, No. 1, Januari 006,

7 3. Fenomena Springack a Gamar 7. (a) Frame 0 step formed () Frame 0 step springack B B Y= 60 C C Y= -3 D D Y= -409 a Gamar 8. (a) Full loaded B-B, C-C, D-D () Posisi lank setelah mengalami stamping Z-DIRECTION Gamar 9. Koordinat untuk full loaded pada file asli FORMED X-DIRECTION SPRINGBACK Gamar 10. Grafik fenomena springack full loaded B-B (Y = 60 mm) Gamar 7 frame 0 step formed dan frame 0 step springack merupakan referensi ang digunakan untuk memvisualisasi twisting ang terjadi, sedangkan gamar 8 merupakan full loaded ang dipilih untuk menampilkan koordinat frame gamar 7. Pada modeling terseut terjadi peruahan koordinat dari file aslina pada full loaded di atas. Melakukan modeling artina hana melakukan pendekatan ang memerikan gamaran ahwa model ang diuat adalah mirip dengan file aslina. Koordinat pada full loaded file aslina ditunjukkan pada gamar Akhmad Arif Wahudi, Waluo Adi S, Tri Widodo BR, Simulasi Spring ack BenchMark Prolem Cross Memer Numisheet 005

8 Z-DIRECTION Z-DIRECTION X-DIRECTION X-DIRECTION FORMED SPRINGBACK FORMED SPRINGBACK Gamar 11. Grafik fenomena spring ack full loaded C-C (Y = -3 mm) Gamar 1. Grafik fenomena spring ack full loaded D-D (Y = -409 mm) KESIMPULAN Dari penelitian ini dapat disimpulkan eerapa hal: 1. Pada simulasi ini menunjukkan ahwa pada deformasi ketealan elemen tidak memperlihatkan adana roek akiat terjadina penipisan elemen dan mengkerut akiat adana penealan elemen. Hal ini menginformasikan ahwa simulasi ini masih menghasilkan lank deformale ang halus atau aik.. Energi kinetik erleih dapat meneakan terjadina kerusakan pada elemen deformale atau ahkan meneakan error pada simulasi, untuk itu perlu dilakukan pengurangan velocit. 3. Springack dapat dikurangi dengan memerikan pemeanan leih lama, eerapa trial sangat diperlukan untuk mengamati fenomena springack ang terjadi sehingga produk ang dihasilkan mempunai entuk dan ukuran ang sesuai dengan desain die. DAFTAR PUSTAKA Cook, R. D., 1981, Concepts And Aplications Of Finite Element Analsis, John Wile & Sons, inc, Canada. Makinouchi, A., 1996, Sheet Metal Forming in Industri. Journal of Material Processing Technolog, V.60, hal Marciniak, Z., et.al., 00, Mechanics Of Sheet Metal Forming, Butterworth-Heinemann, London Singer, F.L., dan Andrew Ptel, 1995, Ilmu Kekuatan Bahan (Teori Kokoh-Strength of Material), alih ahasa Darwin Seaang, Edisi II, Erlangga, Jakarta. Siswanto, W. A., 001, Single Stage Sheet Metal Forming Simulation Using ABAQUS Coupled Explicit-Implicit, Benchmark Prolem Square Cup Deep Drawing in Numisheet MEDIA MESIN, Vol. 7, No. 1, Januari 006,