SIMULASI CUP DRAWING UNTUK MENGHINDARI CACAT WRINKLING DAN THINNING DENGAN MENGGUNAKAN SOFTWARE AUTOFORM R2

Transkripsi

1 TUGAS AKHIR SIMULASI CUP DRAWING UNTUK MENGHINDARI CACAT WRINKLING DAN THINNING DENGAN MENGGUNAKAN SOFTWARE AUTOFORM R2 Disusun Sebagai Syarat Untuk Mencapai Gelar Sarjana Teknik Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta Disusun Oleh : MUHAMMAD EFFENDI NIM : D JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA Januari 2016

2 ii

3 iii

4 iv

5 v

6 MOTTO Karena sesungguhnya sesudah kesulitan itu ada kemudahan, maka apabila kamu telah selesai dari sesuatu urusan, kerjakanlah dengan sungguh-sungguh urusan yang lain. Dan hanya kepada Tuhanmulah hendaknya kamu berharap (Q.S Al Nasyarah :6-8) Sahabat itu seperti rumus, terkadang sulit dipahami namun mampu menjadi pemberi solusi terbaik (Yunita Sari) Terapkan sifat semut dalam persahabatan, mereka saling berbagi, saling menghargai, dan saling tolong-menolong (Yunita Sari) Membantu teman jangan pamrih, karena pertemanan bukan bisnis yang selalu memikirkan untung dan rugi (Yunita Sari) Menjadi orang baik itu mudah, yang sulit itu adalah menjadi orang yang jujur (Yunita Sari) vi

7 ABSTRAKSI SIMULASI CUP DRAWING UNTUK MENGHINDARI CACAT WRINKLING DAN THINNING DENGAN MENGGUNAKAN SOFTWARE AUTOFORM R2 Simulasi dilakukan untuk mengurangi langkah trial and error sehingga dapat menghindari kesalahan produk dan dapat menekan biaya keseluruhan produksi. Tujuan dari simulasi ini adalah untuk mengetahui pengaruh dari variasi blank holder force dan koefisien gesek terhadap cacat wrinkling dan thinning pada proses cup drawing. Simulasi dilakukan dengan menggunakan software AutoForm R2 dan tools yang digunakan mengikuti standar NumiSheet 2014 Benchmark 4 tentang wrinkling during cup drawing. Ada lima variasi blank holder force yang digunakan dalam simulasi ini 37N, 57N, 77N, 97N, dan 117N serta empat variasi koefisien gesek 0,05, 0,15, 0,25, dan 0,35. Material plat yang digunakan adalah plat aluminium dengan ketebalan 0,32 mm dan plat seng dengan ketebalan 0,30 mm. Hasil analisa data simulasi baik pada material plat aluminium maupun plat seng mengalami penurunan nilai wrinkling saat terjadi kenaikkan blank holder force dan koefisien gesek. Sedangkan thinning yang terjadi berbanding terbalik dengan hasil wrinkling, persentase thinning justru semakin tinggi seiring dengan naiknya blank holder force dan koefisien gesek. Analisa tes kegagalan material dengan forming limit diagram menunjukkan bahwa semua cup berada dalam kondisi aman dan bebas dari fracture. Kata kunci : Simulasi, Cup Drawing, Wrinkling, Thinning vii

8 ABSTRACTION SIMULATION CUP DRAWING TO AVOID DEFECTS WRINKLING AND THINNING USING SOFTWARE AUTOFORM R2 Simulations carried out to reduce the pace of trial and error so as to avoid the mistakes of products and can reduce the overall cost of production. The purpose of this simulation is to determine the effect of variations of blank holder force and coefficient of friction against wrinkling and thinning defects in the process of cup drawing. Simulations carried out using software AutoForm R2 and tools that are used to follow the standards NumiSheet 2014 Benchmark 4 of wrinkling during cup drawing. There are five variations of blank holder force used in this simulation 37N, 57N, 77N, 97N and 117N and four variations of the coefficient of friction of 0.05, 0.15, 0.25, and Plate material used is aluminum plate with a thickness of 0.32 mm and a zinc plate with a thickness of 0.30 mm. Results analysis of simulation data either on an aluminum plate and zinc plate material is impaired wrinkling when there is an increase blank holder force and coefficient of friction. While thinning that occurs is inversely proportional to the results of wrinkling, thinning percentage even higher due to rising blank holder force and coefficient of friction. Analysis of test material failure with forming limit diagram shows that all the cups are in a safe condition and free from fracture. Keywords: Simulation, Cup Drawing, Wrinkling, Thinning viii

9 KATA PENGANTAR Assalamu alaikum Wr. Wb Syukur alhamdulillah penulis panjatkan ke hadirat allah SWT atas berkah dan rahmat-nya sehingga penyusunan laporan penelitian ini dapat terselesaikan. Tugas Akhir yang berjudul Simulasi Cup Drawing Untuk Menghindari Cacat Wrinkling dan Thinning Dengan Menggunakan Software AutoForm R2, dapat terselesaikan atas dukungan dari beberapa pihak. Pada kesempatan ini, penulis dengan segala ketulusan dan keikhlasan hati ingin menyampaikan rasa terimakasih dan penghargaan yang sebesar-besarnya kepada : 1. Ir. Sri Sunarjono, M.T., Ph.D., sebagai Dekan Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta. 2. Tri Widodo Besar R., S.T., M.Sc., Ph.D., selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta. 3. Agus Dwi Anggono, S.T., M.Eng., Ph.D., selaku Dosen Pembimbing Utama yang telah membimbing, mengarahkan, dan selalu meluangkan waktu untuk membimbing serta memberi petunjuk dalam penyusunan laporan Tugas akhir ini. 4. Bambang Waluyo F., S.T., M.T., selaku Dosen Pembimbing Pendamping yang telah memberi arahan dan selalu meluangkan waktu untuk membimbing dalam penyusunan laporan Tugas akhir ini. 5. M. Alfatih Hendrawan, S.T, M.T., selaku Dosen Penguji yang telah meluangkan waktu untuk memberikan bimbingan dan arahan dalam penyusunan laporan Tugas Akhir ini. 6. Ir. Sunardi Wiyono, M.T., selaku Dosen Pembimbing Akademik yang telah memberikan arahan dan bimbingan selama menempuh ix

10 x

11 DAFTAR ISI Halaman Judul... i Pernyataan Keaslian Topik Tugas Akhir... ii Halaman Persetujuan... iii Halaman Pengesahan... iv Lembar Soal Tugas Akhir... v Lembar Motto... vi Abstraksi... vii Kata Pengantar... ix Daftar Isi... xi Daftar Gambar... xiv Daftar Tabel... xvii Daftar Lampiran... xviii BAB I PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang Tujuan Penelitian Manfaat Penelitian Batasan Masalah... 4 xi

12 BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Tinjauan Pustaka Landasan Teori Pengertian Deep Drawing Tegangan Regangan Elastisitas Isotropik (Isotropic Elasticity) Keseimbangan Gaya dan Momen Kondisi Batas (Boundary Condition) Kriteria Tresca (Tresca Criterion) Kriteria Von Mises (Von Mises Criterion) Forming Limit Diagram (FLD) Wrinkling Criterion (Kriteria Kerutan) dan Thinning (Penipisan) Proses Deep Drawing Teori Elastisitas dan Plastisitas Plat Jarak Celah (Clearance) pada Deep Drawing Variable Deep Drawing BAB III METODOLOGI PENELITIAN 3.1. Rancangan Penelitian Studi Pustaka xii

13 3.3. Pembuatan Desain Export Mesh Setting Parameter Simulasi Variasi Yang Digunakan Hasil dan Pembahasan Kesimpulan dan Saran BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1. Hasil Simulasi Hasil Eksperimen Analisa Hasil Simulasi Dengan Forming Limit Diagram (FLD) Data Proses BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1. Kesimpulan Saran DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN xiii

14 DAFTAR GAMBAR Gambar 1.1. Proses cup drawing (a) Sebelum pembentukan (b) Setelah pembentukan... 1 Gambar 1.2. Cacat kerutan (wrinkling) terjadi pada bagian yang terlingkari... 3 Gambar 2.1. Sembilan komponen tegangan yang bekerja pada sebuah bidang yang sangat kecil Gambar 2.2. Sebuah batang yang diberikan gaya yang sama besar dan berlawanan arah pada ujung batangnya akan mengalami pertambahan panjang Gambar 2.3. Gaya yang bekerja pada potongan tabung yang bertekanan Gambar 2.4. Keseimbangan momen pada permukaan berbentuk silindris Gambar 2.5. Plat beralur, kondisi material yang berada diluar celah mempengaruhi material yang berada didalam celah Gambar 2.6. Penyusutan regangan lateral lembaran spesimen uji tarik tembaga sebagai fungsi jarak dari lengkungan. Regangan diukur ketika elongasi sebesar 27.6% Gambar 2.7. Pembengkokan pada lembaran spesimen uji, regangan bidang εy = 0 berlaku kecuali pada wilayah dengan jarak yang sama dengan ketebalan spesimen pada bagian tepi dimana σy = Gambar 2.8. Lingkaran Mohr untuk tes uji tarik sederhana xiv

15 Gambar 2.9. Tes uji tarik sederhana Gambar Forming Limit Diagram Gambar Analisa Wrinkling pada Autoform R Gambar Metode menghitung wrinkling Gambar Analisa thinning pada simulasi Gambar Proses deep drawing Gambar 3.1. Pandangan skematik alat dan dimensi untuk proses drawing Gambar 4.1. Wrinkling criterion pada AutoForm R Gambar 4.2. Analisa wrinkling pada cup hasil simulasi material plat seng 0,30 mm (a,b) dan plat aluminium 0,32 mm (c,d), dengan memvariasikan BHF Gambar 4.3. Grafik hubungan antara Blank Holder Force dan Wrinkling pada material plat seng ketebalan 0,30 mm dan plat aluminium ketebalan 0,32 mm Gambar 4.4. Analisa wrinkling pada cup hasil simulasi material plat seng 0,30 mm (a,b) dan plat aluminium 0,32 mm (c,d) dengan memvariasikan koefisien gesek Gambar 4.5. Grafik hubungan antara koefisien gesek dan Wrinkling pada material plat seng ketebalan 0,30 mm dan plat aluminium ketebalan 0,32 mm Gambar 4.6. Distribusi wrinkling pada plat seng 0,30 mm dengan BHF sebesar 37N dan koefisien gesek 0, Gambar 4.7. Distribusi wrinkling pada plat aluminium 0,32 mm dengan BHF sebesar 37N dan koefisien gesek 0, xv

16 Gambar 4.8. Thinning pada Autoform R Gambar 4.9. Analisa thinning pada cup hasil simulasi material plat seng 0,30 mm (a,b) dan plat aluminium 0,32 mm (c,d), dengan memvariasikan BHF Gambar Grafik hubungan antara blank holder force dan thinning pada material plat seng ketebalan 0,30 mm dan plat aluminium ketebalan 0,32 mm Gambar Analisa thinning pada cup hasil simulasi material plat seng 0,30 mm (a,b) dan plat aluminium 0,32 mm (c,d), dengan memvariasikan koefisien gesek Gambar Grafik hubungan antara koefisien gesek dan thinning pada material plat seng ketebalan 0,30 mm dan plat aluminium ketebalan 0,32 mm Gambar Grafik perbandingan antara wrinkling dan thinning dengan variasi BHF Gambar Cup hasil eksperimen material plat seng 0,30 mm (a,b), dan plat aluminium 0,32 mm (c,d) Gambar FLD untuk material plat aluminium 0,32 mm dengan variasi BHF sebesar 37N Gambar FLD untuk material plat aluminium 0,32 mm dengan variasi koefisien gesek sebesar 0, Gambar Grafik proses data dari cup material plat aluminium dengan BHF sebesar 37N dan koefisien gesek 0, xvi

17 DAFTAR TABEL Tabel 2.1. Level parameter... 8 Tabel 3.1. Dimensi alat untuk proses drawing (a) dalam milimeter dan (b) dalam inchi xvii

18 DAFTAR LAMPIRAN Lampiran 1. Benchmark 4 Wrinkling During Cup Drawing Lampiran 2. Proses Pembuatan Simulasi xviii