SIMULASI PROSES DEEP DRAWING CUP
(BASKOM) PELAT JENIS STAINLESS STEEL 304
DENGAN MENGGUNAKAN SOFTWARE
ABAQUS 6.9-3
SKRIPSI
Skripsi Yang Diajukan untuk Melengkapi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik
SUDI WINARSO
NIM. 080421016
PROGRAM PENDIDIKAN SARJANA EKSTENSI
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penulis ucapkan kehadirat Alloh SWT atas hidayah-Nya memberikan pengetahuan, pengalaman, kesehatan dan kesempatan kepada penulis, sehingga mampu menyelesaikan tugas akhir ini.
Tugas skripsi ini adalah salah satu syarat yang harus dipenuhi untuk menyelesaikan program studi Strata-1 di Departemen Teknik Mesin, Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. Adapun tugas skripsi ini diambil dari mata kuliah Metallurgi Fisik. Adapun judul tugas akhir ini adalah
“SIMULASI PROSES DEEP DRAWING PELAT JENIS STAINLESS STEEL 304 DENGAN MENGGUNAKAN SOFTWARE ABAQUS 6.9-3”.
Selama penulisan tugas skripsi ini, penulis banyak mendapat bimbingan dan bantuan dari berbagai pihak. Oleh karena itu dalam kesempatan ini penulis menyampaikan banyak terima kasih kepada :
1. Kedua orang tua saya (Suryadi dan Suriyah) yang selalu memberikan dorongan, nasehat, kasih sayang, do’a, dukungan material dan spiritual serta
kakak (Fifi Sumanti, Amd) dan adik (Suhendra dan Ecy Sanniyyah) yang banyak membantu penulis.
2. Bapak Ir. Tugiman K,MT, selaku dosen pembimbing penulis yang dengan sabar telah meluangkan waktu, pemikiran dan tenaga untuk membimbing serta memberikan arahan hingga selesainya Tugas Akhir ini.
3. Bapak DR.Ing,Ir.Ikhwansyah Isranuri, selaku Ketua Departemen Teknik Mesin Universitas Sumatera Utara dan sebagai penguji II yang telah banyak membimbing penulis selama perkuliahan.
4. Bapak Ir. Mulfi Hazwi, M.Sc, selaku dosen penguji I yang telah banyak membimbing penulis selama perkuliahan.
6. Teman-teman saya Ekstensi Teknik Mesin ’08 terutama Eko, Olim, Ariman dan teman-teman yang lain yang tidak dapat disebutkan disini satu-persatu yang telah banyak membantu penulis dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini. 7. Kepada kekasih tercinta (Elvira Ratna Putri, SKep) yang selalu mendoakan
dan memberi dukungan, semangat dan motivasi kepada penulis dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini.
8. Kepada Papa Suzarzuri, Mama Nurmala dan adik Ragil yang selalu mendoakan dan memberi dukungan, semangat dan motivasi kepada penulis dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini.
9. Kepada Sahabat saya Muhammad Arif, ST, yang selalu memberikan
dukungan, semangat dan motivasi kepada penulis.
10.Seluruh Sanak Saudara dan semua pihak yang telah mendukung dan memberi motivasi bagi penulis selama menyelesaikan pendidikan.
Penulis menyadari Tugas sarjana ini tidak luput dari kekurangan, untuk itu penulis mengharapkan saran dan kritik yang bersifat membangun untuk penyempurnaan Tugas Akhir ini.
Akhir kata penulis mengucapkan terima kasih.
Medan, September 2012 Penulis,
Sudi Winarso
NIM. 080421016
Abstract
Dalam proses pembuatannya tidak terlepas dari cacat yang merupakan kerugian seperti kerutan (wringkling), penipisan (ironing), dan pecah (fracture). Diantara
faktor yang mempengaruhi terjadinya cacat adalah dari faktor materialnya yaitu sifat mekanik (plastisitas). Simulasi ini bertujuan untuk mengetahui sifat plastisitas material. Simulasi ini dilakukan dengan menggunakan software Abaqus 6.9-3. Jenis material yang digunakan yaitu Stainless Steel 304 dengan ketebalan 1mm, kemudian penentuan pembuatan dimensi punch, die, holder dan blank agar diperoleh hasil yang sebaik mungkin, serta mampu memahami hasil yang diperoleh apakah telah sesuai dengan yang disimulasikan, Nilai nominal hasil uji tarik kemudian dikonversi menjadi nilai tegangan dan regangan sebenarnya (true stress-strain) sebagai input bagi data simulasi. Tegangan maksimum yang terjadi pada material Stainless Steel 304 adalah sebesar 6,637E+08 Pa, gaya penekanan yang terjadi pada material tersebut adalah sebesar 409,56 MPa, Ultimate Tensile Strenght sebesar 550,25 MPa, Effective Stress sebesar 282,12 MPa, Maximum Shear Stress sebesar 141,06 MPa, Hydrostatic Stress sebesar 94,04 MPa,
Deviatoric or Reduced Component of Stress sebesar 188,08 MPa dan Tension
sebesar 284,79 MPa.
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 6.9-3. Type of material used is Stainless Steel 304 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 304 is equal to 6.637 E +08 Pa, style suppression that occurs in the material is equal to 409.56 MPa, Ultimate Tensile Strength of 550.25 MPa, 282.12 MPa for Effective Stress, Maximum Shear stress at 141.06 MPa, Hydrostatic stress at 94.04 MPa, Deviatoric or Reduced Component of Stress and Tension at 188.08 MPa at 284.79 MPa.
2.4.5. Work of Plastic Deformation ……… 34
2.4.6. Work Hardening Hypothesis ……… 35
2.4.7. Effective Stress and Strain Functions ……… 36
2.5. Deformation of Sheet in Plane Stress ……… 37
2.5.1. Uniform Sheet Deformation Processes………….. 37
2.5.2. Strain Diagram ……… 38
4.2.1. Analisis Sifat Plastisitas Material ………. 84
4.2.2. Sheet Deformation Processes ………. 85
4.2.3. Check for Flow Rule ………. 90
4.2.4. Tension ………. 90
4.2.5. Blank Holder Force ………. 91
Steel 304 ………. 91
4.3. Analisa Hasil Simulasi Produk Deep Drawing ……. 91
4.3.1. Gambar produk hasil simulasi ………. 91
4.3.2. Grafik Variables History Output hasil simulasi .. 95
4.3.3. Grafik Steps/Frames History Output hasil simulasi 102 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ... 104
5.1. Kesimpulan ... 104
5.2. Saran ... 104
DAFTAR PUSTAKA ... 105
DAFTAR TABEL
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.8. (a) Kurva tegangan-regangan untuk test kualitas pembentukan lembaran baja yang ditunjukkan pada Gambar 2.7. (b) Bagian awal dari diagram di atas dengan skala regangan diperbesar untuk menunjukkan perilaku elastis. (c) Konstruksi yang digunakan untuk menentukan tekanan material dengan bertahap elastis, transisi plastic.. 20
Gambar 2.9. Kurva True Stress-Strain ... 21
Gambar 2.10. Diagram Logaritma True Stress-Strain ... 22
Gambar 2.11. Bagian dari suatu diagram Load-Extension yang mempertunjukkan lompatan di dalam beban mengikuti suatu peningkatan mendadak didalam tingkat kecepatan perpanjangan ………... 24
Gambar 2.12. Mengukur elemen sepotong uji tarik menunjukkan arah utama ... 25
Gambar 2.13. Tegangan utama dan regangan untuk elemen deformasi dalam (a) tegangan uniaksial dan (b) a general plane stress sheet process ... 27
Gambar 2.14. Unsur utama dan tiga maximum shear planes dan stresses. 28
Gambar 2.16. Sebuah unsur utama menunjukkan bagaimana keadaan tegangan utama dapat terdiri dari komponen hidrostatik dan deviatorik ... 29 Gambar 2.17. Hasil tempat kedudukan untuk plane stress untuk Tresca
yield condition ... 31 Gambar 2.18. Yield untuk plane stress untuk von Mises yield condition .. 32 Gambar 2.19. Diagram yang menunjukkan komponen kenaikan
regangan untuk tegangan yang berbeda di sekitar hasil tempat von Mises ... 34 Gambar 2.20. Diagram elemen utama bagian sisi, menunjukkan gaya
yang bekerja pada permukaan dan perpindahan selama deformasi kecil ... 34 Gambar 2.21. Kurva tegangan-regangan untuk arah utama 1 dan 2 untuk
sebuah elemen deformasi dalam prosedur plane stress di mana σ2 = ασ1 ... 35 Gambar 2.22. (a) tidak mengubah bentuk dengan keadaan lingkaran dan
grid persegi ditandai di atasnya (b) keadaan perubahan bentuk dengan perubahan bentuk kisi-kisi lingkaran ke elips garis diameter besar d1 dan diameter kecil d2 dan (c) kekuatan tarik, T, atau memindahkan kekuatan per satuan luasnya ... 37 Gambar 2.23. (a) pembentukan suatu silindris cup. (b) Sektor suatu cup
yang mempertunjukkan penempatan pengukuran regangan. (c) merencanakan regangan untuk dua langkah didalam proses pembentukan ... 38 Gambar2.24. (a) Diagram regangan menunjukkan modus deformasi
yang berbeda sesuai dengan perbandingan regangan yang berbeda. (b) Equibiaxial peregangan di tiang kubah membentang. (c) Deformasi plane strain di dinding samping dari bagian yang panjang. (d) uniaksial
atau murni geser didalam flens dari pembentukan cup, menunjukkan suatu kisi-kisi lingkaran yang menambah di satu arah dan memusatkan didalam lainnya. (f). Tekanan
uniaxial di tepi suatu pembentukan cup (g) Jalur regangan yang berbeda proporsional ditunjukkan pada Gambar 2.23 diplot dalam diagram regangan rekayasa .... 41 Gambar 2.25. Empirical effective stress-strain laws ke suatu kurva
eksperimental ... 42 Gambar 2.26. Proses ditunjukkan didalam ruang regangan, Gambar
2.23, yang digambarkan di sini didalam ruang tegangan
(arah hasil ellips ditunjukkan sebagai suatu garis patah)…. 44 Gambar 2.27. Hubungan antara ketegangan utama untuk sebuah elemen
deformasi dalam proses proporsional dengan tegangan
efektif saat T= σ t ………. 46 Gambar 2.28. Principal tension versus the major strain untuk sebuah
proses proporsional ………. 46 Gambar 2.29. (a) Pembentukan suatu cup silindris dari disk melingkar
(b) Transmisi kekuatan peregangan dan pembentukan oleh tegangan tarik didalam dinding cup ………. 48 Gambar 2.30. Annular flange of a deep-drawn cup ………. 48 Gambar 2.31. Elemen dalam flange annular pada Gambar 2.30 ……. 48 Gambar 2.32. Keadaan tegangan dan regangan vektor untuk poin-poin
yang berbeda pada flens ... 49 Gambar 2.33. Bagian dari suatu flens selama proses pembentukan untuk
kondisi bergesekan di mana tegangan didalam dinding sama dengan tegangan radial di radius bagian dalam σri .. 50 Gambar 2.34. Karakteristik pembentukkan tegangan dibandingkan per-
jalanan punch untuk bahan strain-hardening material .... 50 Gambar 2.35. Dorongan flens radius Die ... 51 Gambar 2.36. Gesekan yang timbul dari kekuatan Blank Holder,
Gambar 3.27. Visualisasi Punch, Blank Holder, Blank, dan Dies ……. 78
Gambar 4.3. Suatu unsur utama tegangan geser maksimum dan tegangan 87
Gambar 4.4. Proses Simulasi Deep Drawing Step Punch dan Holder
Gambar 4.15. Frictional Dissipation:ALLFD for Whole Model …….. 97
Gambar 4.16. Internal Energy: ALLIE for Whole Model ……….. 98
Gambar 4.17. Kinetic Energy: ALLKE for Whole Model ……….. 99
Gambar 4.18. Plastic Dissipation: ALLPD for Whole Model …….. 99
Daftar Simbol
Simbol Keterangan Satuan
σeng Engineering Stress MPa
eeng Engineering Strain MPa
(σf)0 Yield Stress MPa
K Strength Coefficient Mpa
σh Hidrostatic Stress Mpa
ΔT Temperatur Increase 0C
T Tension kN/m
Fd Maximum Punch Force kN
e True Strain mm
σ'
