STUDI PENGARUH INTERNAL PRESSURE TERHADAP OVALISASI DAN SPRINGBACK PADA PROSES BENDING PIPA CIRCULAR.

Transkripsi

1 STUDI PENGARUH INTERNAL PRESSURE TERHADAP OVALISASI DAN SPRINGBACK PADA PROSES BENDING PIPA CIRCULAR. Yuni Hermawan, Agus Sigit Pramono Instansi: Program Pasca Sarjana, Tekinik Mesin - ITS. yunikaka@yahoo.co.id ABSTRAK Proses bending banyak berperan dalam proses produksi di dunia undustri. Proses bending yang dilakukan di PT Puspetindo dilakukan dengan menggunakan bantuan mandrill, namun besarnya prosentase keovalan masih 13%. Kemudian muncul ide penelitian dari Sumantri Cipto untuk mengurangi prosentase ovalisasi tersebut dengan bantuan pengisian pasir kedalam pipa. Penelitian ini menghasilkan nilai tambah yaitu dengan pengisian pasir tesebut prosentase ovalisasi dapat dikurangi menjadi 8%. Dengan semakin ketatnya persaingan di industri manufaktur maka memaksa PT Puspetindo untuk meningkatkan kualitas bahkan kalau bisa angka keovalan tersebut dapat dikurangi lagi. Untuk itu perlu dilakukan penelitian untuk mengurangi prosentase keovalan dengan menggunakan internal presure pada pipa circular. Penelitian dilakukakan dengan cara pemodelan dan eksperimen. Pemodelan alat bending dengan bantuan software ANSYS, dimana alat bending tersebut terdiri dari clamping, dies beradius dan sebuah roll. Gerakan dari roll mengikuti kontur dies yang dikendalikan oleh sebuah pilot node. Eksperimen dilakukan di PT Puspetindo Gresik, dengan variable eksperimen diameter tube, jari-jari dies dan sudut tekuk. Sedangkan proses bending dilakukan tanpa dan dengan internal pressure. Internal pressure yang digunakan adalah 100, 200, 250 dan 300 bar. Peralatan yang digunakan dalam proses bending terdiri dari pompa hidrolik, pressure gauge, regulator/valve, T Fitting, Oli SAE 40 dan Nivle Pipe (NPT). Pada penelitian ini dilakukan metode eksperimen dan pemodelan, dengan parameter penelitian adalah sudut tekuk, jari-jari dies dan diameter pipa yang berbeda sehingga diperoleh hasil bahwa dengan penambahan internal pressure didapatkan nilai ovalisasi kurang dari 10%. Kata kunci: proses bending, ovalisasi, springback dan internal pressure. PENDAHULUAN Latar belakang Di industri manufaktur banyak di jumpai proses pembendingan pipa, sebagai contoh dilakukan untuk pembuatan condensor dan heat exchanger. Di PT Puspetindo Gresik, sendiri sering melakukan proses penekukan pipa tersebut. Proses penekukan tersebut langsung dilakukan di mesin bending dengan bantuan mandrill yang dimasukkan kedalam pipa, akan tetapi mandril tersebut tidak sampai pada jari-jari kelengkungan kritis (cuma sampai ujung dies) sehingga memberikan ovalisasi yang masih besar yaitu 8 %. Peneltian untuk mengurangi prosentase keovalan pernah dilakukan oleh Sumantri Cipto dengan memasukkan pasir kedalam pipa unuk mengurangi keovalan tersebut. Dari penelitian tersebut didapatkan bahwa, dengan tambahan pasir yang dimasukkan kedalam pipa dapat mengurangi ovalisasi sampai 8 %.

2 Dengan semakin berkembangnya tuntutan dari konsumen agar kualitas dari produk semakin baik, maka memaksa PT Puspetindo Gresik untuk menurunkan lagi angka ovalisasi tersebut. Penelitian yang dilakukan oleh Sumantri Cipto pada tekanan pasir (196 bar) menghasilkan ovalisasi 8 % dan belum mencakup sebarapa besar hasil springbacknya. Untuk itu penulis melakukan inisiatif dengan memberikan internal pressure kedalam pipa tersebut untuk menurunkan prosentase ovalisasi. Pada penelitian ini akan dilakukan dengan cara eksperimen dan pemodelan. Eksperimen dilakukan dengan internal pressure dan tanpa internal pressure. Internal pressure dilakukan pada 100, 200, 250 dan 300 bar. Pemodelan dilakukan dengan bantuan software ANSYS dengan memodelkan sebuah roll, dies beradius dan clamping. Gerakan dari roll tersebut dikendalikan oleh sebuah pilot node. Pemberian internal pressure tersebut diharapkan lebih baik dari pada penggunaan pasir, karena internal pressure memilki komprebilitas yang dapat diatur sehingga ovalisasi diharapkan kurang dari 8 %. Batasan Masalah Pembatasan masalah pada tesis ini meliputi: 1. Pengujian di lakukan pada temperatur kamar, pengaruh temperatur di abaikan. 2. Laju pembebanan rendah, sehingga laju regangan pada proses bending di abaikan. 3. Mesin bending yang di gunakan adalah roll bending dan proses pengerjaanya cold work sehingga factor pemanasan tidak di gunakan pada proses ini. 4. Proses bending dilakukan tanpa internal presure dan dengan internal pressure, dimana internal pressure ditetapkan pada 100, 200, 250 dan 300 bar. Metode Analisa Penyelesaian Masalah Metode yang di gunakan untuk menyelesaikan permasalahan ini adalah dengan metode pemodelan dan eksperimen.. Eksperimen Melakukan eksperimen berdasarkan variable-variabel proses, menencari data-data penunjang dan mengukur hasil dari proses yang dilakukan. Pemodelan Membuat model berdasarkan bentuk, dimensi dan proses yang mendekati proses yang ada di lapangan. Tujuan Tujuan utama dari penulisan tesis ini adalah menentukan internal pressure optimal yang menghasilkan ovalisasi minimum serta memperkirakan kelengkungan akhir pipa lebih akurat. Manfaat Bagi industri Memberikan tabel internal pressure optimal dan perkiraan kelengkungan akhir pipa hasil spring back untuk semua kondisi. Bagi akademisi Memberikan informasi efek internal pressure pada ovalisasi dan springback hasil proses bending pipa circular. A-41-2

3 METODE PENELITIAN Metode yang di gunakan untuk menyelesaikan penelitian ini adalah dengan metode eksperimen dan pemodelan. Metode Eksperimen Yang perlu diperhatikan dalam pelaksanaan proses bending meliputi: 1. Persiapan Material 2. Perakitan Alat hydrolik Tahap persiapan material Material yang digunakan adalah jenis low carbon steel SA179M/SA179 dengan material properties sebagai berikut: Tensile Strength Psi Yield Strength Psi Elongation 35 % Material ini sesuai dengan standart ASTM, digunakan untuk heat exchanger dan condensor. Tahap persiapan ini meliputi: pengecekan dimensi dan visualisasi yang meliputi proses: panjang untuk penahanan Tahap perakitan alat hydrolik panjang yang dibending Gambar 1 Bagian pipa yang akan di bending panjang pengekleman Alat system hydrolik : 1. Pompa Hydrolik, spesifikasi: tekanan 3000 bar 2. Pressure Gauge 3. Regulator/valve, sesifikasi: tekanan psi (700 bar) 4. Fiting Tridate ( Fiting T ), spesifikasi: tekanan psi (700 bar) 5. Olie hydrolik 6. Nivle pipe (NPT) Untuk kondisi tanpa internal presure, proses bending langsung dilakukan pada alat bending tanpa menggunakan mandrill. Perakitan alat dapat dilihat pada gambar 3.1 dibawah ini. Gambar 2 Rangkaian alat bending hidrolik Alat Ukur Untuk mengukur ovalisasi digunakan mistar ingsut A-41-3

4 Dmax Dmin Ovalisasi (%) = x 100% D nom Dimana: D D D max min nom = Diameter maximum (mm) = Diameter minimum (mm) = Diameter nominal (mm) Gambar 3. Penampang pipa pada suatu titik. Untuk mengukur springback digunakan metode tiga buah roll rs ra % springback = 100% ra dimana: rs = jari-jari setelah beban dilepaskan ra = jari-jari sebelum beban dilepaskan (sama dengan jari-jari dies) Gambar 4. Metode pengukuran diameter dalam dengan tiga roll Besarnya R bisa dihitung dengan rumus: dimana: d 2 dh R 2h Metode Pemodelan R = jari-jari dalam suatu pipa d = diameter roll h = beda ketinggian oleh mikrometer kedalaman Salah satu ujung pipa harus di-clamp (diikat) agar pada waktu proses bending pipa tidak mengalami rigid motion. Alat-alat bending pipa circular ini dimodelkan berupa : clamping, dies beradius dan sebuah roll. Model dies beradius tersebut berupa seperempat lingkaran (sudut tekuk 90 o ). Sedangkan roll-nya dimodelkan dalam bentuk satu lingkaran penuh. Model dies, clamping dan roll diilustrasikan pada Gambar 3.1 Roll, dies beradius, dies plat maupun clamping pada pemodelan ini menggunakan elemen TARGE 170 berbentuk segiempat. Permukaan yang berperan sebagai target pada kontak antar permukaan boleh memiliki meshing yang lebih kasar daripada permukaan kontaknya ( dalam kasus ini ad alah permukaan pipa ). Tetapi dalam kasus ini meshing permukaan target tidak boleh terlalu kasar karena dapat menghambat konvergensi, terutama meshing pada dies beradius. A-41-4

5 HASIL DAN DISKUSI Gambar 5. Konfigurasi Dies, Roll, Clamp dan Pilot Node Untuk pelaksanaan penelitian ini menggunakan variable: diameter tube, jari-jari dies, sudut tekuk dan internal pressure. Variabel tersebut dipilih berdasarkan teori yang dominan mempengaruhi ovalisasi dan springback. Untuk memudahkan analisa variablevariabel tersebut dibuat dalam bentuk table dan grafik. Jari-jari dies: 41mm, 63 mm dan 93mm Diameter tube: 16mm, mm dan 25.4 mm Sudut tekuk: 90 o, 135 o dan 180 o. Internal pressure: tanpa tekanan (eksp 1), 100 bar (eksp 2), 200 bar (eksp 3), 250 bar (eksp 4) dan 300 bar (eksp 5). Daftar Nilai Ovalisasi (%) Dari eksperimen didapat nilai ovalisasi sebagai berikut No Eksp 1 Eksp 2 Eksp 3 Eksp 4 Eksp A-41-5

6 No Eksp 1 Eksp 2 Eksp 3 Eksp 4 Eksp Dari data no 1-3 untuk D tube 16 dan R dies 41 dapat dilihat pada gambar 6, sedangkan data no untuk D tube 16 dan R dies 63 dapat dilihat pada gambar 7. Gambar 6. Grafik D 16, R41 Gambar 7. Grafik D 16, R 63 Ovalisasi D16, R41 Ovalisasi D16, R63 % Ovalisasi Internal Pressure (bar) % Ovalisasi Internal Pressure (bar) Dari grafik diatas terlihat bahwa dengan naiknya internal pressure dapat mengurangi nilai ovalisasi, akan tetapi untuk D tube 16 dan R dies 63 inetrnal pressure sampai nilai tertentu (200 bar) dapat mengurangi ovalisasi tapi setelah itu nilai ovalisasi akan membesar kembali. Pemodelan Ovalisasi Pada pemodelan ini pengambilan data diambil di penampang node tengah tekukan pipa (gambar 8) kemudian diambil node yang memiliki jarak node yang terjauh dan terdekat (gambar 9). Gambar 8. Penampang node Gambar 9. Node terjauh-terdekat Dari gambar 9 terlihat bahwa jarak terjauh dan terdekatnya antara node (vertikal) dan node (horisontal). Dari pengolahan di ansys didapatkan jarak antara node sebesar in dan jarak node sebesar in, sehingga diperoleh ovalisasi sebesar %. Daftar Nilai Springback (%) Dari eksperimen didapat nilai springback sebagai berikut: No Eksp 1 Eksp 2 Eksp 3 Eksp 4 Eksp A-41-6

7 No Eksp 1 Eksp 2 Eksp 3 Eksp 4 Eksp Dari data no 1-3 untuk D tube 16 dan R dies 41 dapat dilihat pada gambar 10, sedangkan data no untuk D tube 16 dan R dies 63 dapat dilihat pada gambar 11. Gambar 10. Springback R 41 D 16 Gambar 11. Springback R 63 D 16 % Springback Springback D16, R Internal Pressure (bar) Dari grafik diatas terlihat bahwa semakin besar internal pressure maka sringback akan semakin besar pula. % Springback Springback D16, R Internal Pressure (bar) KESIMPULAN Berdasarkan hasil dari penelitian proses bending pipa circular, maka dapat ditarik kesimpulan sebagai berikut: Dari hasil eksperimen diperoleh ovalisasi pada kondisi: Diameter tube 16 mm, R dies 41 mm, sudut tekuk 90 o Internal pressure yang menghasilkan nilai ovalisasi terkecil yaitu %, terjadi pada tekanan 300 bar. Diameter tube 16 mm, R dies 41 mm, sudut tekuk 135 o Internal pressure yang menghasilkan nilai ovalisasi terkecil yaitu %, terjadi pada tekanan 300 bar. Diameter tube 16 mm, R dies 41 mm, sudut tekuk 180 o Internal pressure yang menghasilkan nilai ovalisasi terkecil yaitu %, terjadi pada tekanan 300 bar. A-41-7

8 Semakin besar sudut tekuk () yang digunakan, semakin besar nilai prosentase ovalisasinya. Semakin besar jari-jari dies (R dies) yang digunakan, semakin kecil nilai prosentase ovalisasinya. Pemberian internal pressure mempengaruhi ovalisasi dari pipa, sehingga diameter besar maupun kecil masuk toleransi yang diijinkan yaitu + 10 % untuk pipa heat exchanger dan kondensor. Pemakaian internal pressure berpengaruh terhadap springback yang terjadi, besarnya springback semakin besar seiring dengan naiknya internal pressure. Pemberian internal pressure pada proses bending pipa circular memberikan hasil yang saling berlawanan antara ovalisasi pipa circular dengan springback yang terjadi. Hasil pemodelan oleh Sumantri Cipto menyatakan bahwa ovalisasi akan semakin berkurang bila internal pressure dinaikkan, tetapi springback yang terjadi akan makin membesar seiring dengan naiknya internal pressure. Semakin besar jari-jari dies (R dies) maka springback yang terjadi akan semakin kecil. Semakin besar sudut tekuk () maka springback yang terjadi juga semakin besar. DAFTAR PUSTAKA Arild H. Clausen, Odd S. Hopperstad, dan Magnus Langseth ; Stretch Bending of Aluminium Extrusions : Effect of Geometry and Alloy, Journal of Engineering Mechanics, Vol 125, Hal , 4 April, Brazier, L.G., (On Flexure of Thin Cylindrical Shells and Other Thin Sections), Proc.R.Soc. London., Ser. A, Vol. 116, Hal , Cipto Sumantri.; Analisa pemodelan pengaruh internal pressure terhadap ovalisasi pipa circular pada proses bending (Tugas Akhir) Indrawan, Kiki Widya, Analisa elasto plastis bending pipa rectangular dengan internal pressure (Tugas Akhir), Kurniawan, Panca; Analisa eksperimen pengaruh internal pressure terhadap ovalisasi pipa circular pada proses bending (Tugas Akhir), Robert C Juvinall, Stress, strain and strength, Mc Graw Hill Book Company, Rochim, Taufik; Metrologi industri dan pengendalian kualitas (D iktat Kuliah ITB Bandung), Schuler, Metal forming handbook, Springer - Vertag Berlin Heidelberg,1998. Sofian, Ignatius Rachmat; Analisa springback pada proses bending pipa rectangular dengan internal pressure (Tugas Akhir) Vaze S. P. dan Corona F., ( Response and Stability of Square Tubes Under Bending), J. of Applied Mech., Vol 64, A-41-8

9 A-41-9