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 : D200100025
JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA
vi 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”
vii 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.
viii
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 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.
ix
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
xi DAFTAR ISI
Halaman Judul ... i
Pernyataan Keaslian Topik Tugas Akhir ... ii
Halaman Persetujuan ... iii
Daftar Lampiran ... xviii
BAB I PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang ... 1
1.2. Tujuan Penelitian ... 4
1.3. Manfaat Penelitian ... 4
xii
2.2.4. Elastisitas Isotropik (Isotropic Elasticity) ... 12
2.2.5. Keseimbangan Gaya dan Momen ... 13
2.2.6. Kondisi Batas (Boundary Condition) ... 15
2.2.7. Kriteria Tresca (Tresca Criterion) ... 18
2.2.8. Kriteria Von Mises (Von Mises Criterion) ... 20
2.2.9. Forming Limit Diagram (FLD) ... 22
2.2.10. Wrinkling Criterion (Kriteria Kerutan) dan Thinning (Penipisan) ... 24
2.2.11. Proses Deep Drawing ... 27
2.2.12. Teori Elastisitas dan Plastisitas Plat ... 31
2.2.13. Jarak Celah (Clearance) pada Deep Drawing ... 33
2.2.14. Variable Deep Drawing ... 33
BAB III METODOLOGI PENELITIAN 3.1. Rancangan Penelitian ... 40
xiii
3.3. Pembuatan Desain ... 41
3.4. Export Mesh ... 43
3.5. Setting Parameter Simulasi ... 43
3.6. Variasi Yang Digunakan ... 45
3.7. Hasil dan Pembahasan ... 45
3.8. Kesimpulan dan Saran ... 46
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1. Hasil Simulasi ... 47
4.2. Hasil Eksperimen ... 62
4.3. Analisa Hasil Simulasi Dengan Forming Limit Diagram (FLD) .. 64
4.4. Data Proses ... 67
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1. Kesimpulan ... 69
5.2. Saran ... 69
DAFTAR PUSTAKA ... 71
xiv
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 ... 10
Gambar 2.2. Sebuah batang yang diberikan gaya yang sama besar dan
berlawanan arah pada ujung batangnya akan mengalami
pertambahan panjang ... 12
Gambar 2.3. Gaya yang bekerja pada potongan tabung yang
bertekanan ... 13
Gambar 2.4. Keseimbangan momen pada permukaan berbentuk
silindris ... 14
Gambar 2.5. Plat beralur, kondisi material yang berada diluar celah
mempengaruhi material yang berada didalam celah ... 16
Gambar 2.6. Penyusutan regangan lateral lembaran spesimen uji tarik
tembaga sebagai fungsi jarak dari lengkungan. Regangan
diukur ketika elongasi sebesar 27.6% ... 17
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 = 0 ... 18
xv
Gambar 2.9. Tes uji tarik sederhana ... 20
Gambar 2.10. Forming Limit Diagram ... 23
Gambar 2.11. Analisa Wrinkling pada Autoform R2 ... 25
Gambar 2.12. Metode menghitung wrinkling ... 26
Gambar 2.13. Analisa thinning pada simulasi ... 27
Gambar 2.14. Proses deep drawing ... 28
Gambar 3.1. Pandangan skematik alat dan dimensi untuk proses drawing ... 42
Gambar 4.1. Wrinkling criterion pada AutoForm R2 ... 48
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 ... 48
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 ... 50
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 ... 51
xvi
Gambar 4.8. Thinning pada Autoform R2 ... 55
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 ... 56
Gambar 4.10. Grafik hubungan antara blank holder force dan thinning
pada material plat seng ketebalan 0,30 mm dan plat
aluminium ketebalan 0,32 mm ... 57
Gambar 4.11. 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 ... 58
Gambar 4.12. Grafik hubungan antara koefisien gesek dan thinning pada
material plat seng ketebalan 0,30 mm dan plat aluminium
ketebalan 0,32 mm ... 59
Gambar 4.13. Grafik perbandingan antara wrinkling dan thinning dengan
variasi BHF ... 60
Gambar 4.14. Cup hasil eksperimen material plat seng 0,30 mm (a,b), dan
plat aluminium 0,32 mm (c,d) ... 63
Gambar 4.15. FLD untuk material plat aluminium 0,32 mm dengan variasi
BHF sebesar 37N ... 65
Gambar 4.16. FLD untuk material plat aluminium 0,32 mm dengan variasi
koefisien gesek sebesar 0,05 ... 66
Gambar 4.17. Grafik proses data dari cup material plat aluminium dengan
xvii
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1. Level parameter ... 8
Tabel 3.1. Dimensi alat untuk proses drawing (a) dalam milimeter dan (b)
xviii
DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran 1. Benchmark 4 – Wrinkling During Cup Drawing
