ANALISA PROSES DEEP DRAWING PEMBUATAN TABUNG GAS 3 Kg

PEMBUATAN TABUNG GAS 3 Kg

Diajukan Sebagai Salah Satu Syarat Untuk Mendapat Predikat Gelar Sarjana Strata Satu ( S-1 ) Program Studi Teknik Mesin

Fakultas Teknik

Oleh :

Nama : MOH. ALHUDA Nim : 4130412 – 043

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS MERCU BUANA

JAKARTA

PEMBUATAN TABUNG GAS 3 Kg

Nama NIM Jurusan Fakultas : Moh.Alhuda : 4130412 - 043 : Teknik Mesin : Teknik

Tugas ini telah diperiksa dan disetujui oleh :

Mengetahui, Pembimbing,

( Dr.H. Abdul Hamid, M.Eng )

Koordinator Tugas Akhir,

( Dr.H. Abdul Hamid, M.Eng ) Ketua Prodi,

Proses deep drawing merupakan proses pembentukan suatu produk dari material pelat dengan sistem pengerjaan dingin (cold forming). Proses ini dibantu menggunakan mesin press, perkakas deep drawing (dies) dan tools yang digunakan untuk membentuk sesuai dengan bentuk produk yang disebut dengan deep drawing punch dan deep drawing die

Analisa dan pengamatan atas perencanaan maupun proses deep drawing harus dilakukan dengan baik dan tepat. Pertama menentukan dimensi produk yang akan dibuat. Setelah itu menentukan tebal material, jenis material, dan kekuatan material pelat yang akan digunakan. Pada pembuatan tabung gas ukuran diameter luarnya adalah 265 mm dan material pelat yang digunakan tebal 2,3 mm, jenis SPHC (standart JIS) dengan kekuatan tarik 500 N/mm². Dalam menghitung besarnya gaya yang dibutuhkan penulis menggunakan rumus-rumus gaya yang berkenaan dengan proses ini sebagai acuannya dalam menghitung gaya.

Pada proses deep drawing pembuatan tabung gas dengan menggunakan specifikasi material seperti yang disebutkan diatas, besarnya gaya tekan yang dibutuhkan yaitu sebesar 845 kN. Dan specifikasi mesin press yang digunakan adalah mesin press berkapasitas 124 ton.

Assalaamu`alaikum Wr. Wb.

Puji dan syukur kita panjatkan kehadirat Allah SWT. Atas berkat, rahmat dan hidayah-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan dengan baik penyusunan Laporan Tugas Akhir dengan berjudul “Analisa Proses Deep Drawing Pembuatan Tabung Gas 3 Kg”.

Penyusunan Laporan Tugas Akhir ini merupakan salah satu persyaratan untuk mendapatkan gelar sarjana strata satu ( S-1 ) di Fakultas Teknik Jurusan Teknik Mesin Universitas Mercu Buana.

Penyusunan laporan tugas akhir ini tidak dapat terwujud dengan baik tanpa adanya bimbingan dan bantuan dari berbagai pihak yang secara langsung maupun tidak langsung telah ikut membantu dalam penulisan ini. Pada kesempatan ini penulis mengucapkan banyak terima kasih kepada pihak yang telah membantu baik secara moril maupun secara materiil, kepada :

1. Bapak Dr.H. Abdul Hamid, M.Eng selaku Kepala Program Studi Teknik Mesin Universitas Mercu Buana dan juga sebagai Dosen Pembimbing yang telah membantu dan membimbing penulis dalam menyelesaikan penyusunan Laporan Tugas Akhir ini.

2. Bapak Ir.Nanang Ruhyat ST.MT. selaku koordinator tugas akhir Teknik Mesin yang telah banyak membantu dalam penulisan tugas akhir ini.

4. Kakak dan adikku yang telah membantu dengan doa maupun dukungan moril.

5. Rekan mahasiwa seperjuangan khususnya angkatan VI Teknik Mesin (Karwat, Fajar Arianto, Hario Untoro, Ali, Sutamto, Toto Ari, Agus Budi, dll) yang selalu dalam kebersamaan dan saling membantu satu sama lain. 6. Semua pihak yang telah turut serta membantu dalam penyusunan Laporan

Tugas Akhir ini yang tidak dapat penulis sebutkan satu persatu.

Semoga Allah SWT membalas budi baik kepada semua pihak yang telah membantu dalam penulis ini. Dan dalam penyusunan Laporan Tugas Akhir ini penulis menyadari sepenuhnya bahwa penulisan ini masih jauh dari sempurna dan masih banyak terdapat kekurangan dan kesalahan yang mungkin terjadi baik dari segi isi dan materi, penulisan maupun penyajiannya. Oleh karena itu, penulis mengharapkan kepada berbagai pihak agar dapat memberikan kritik dan saran yang bersifat membangun demi kesempurnaan laporan tugas akhir ini.

Akhirnya penulis berharap semoga penyusunan laporan ini dapat bermanfaat dan berguna bagi pembaca dalam menunutut ilmu sebagai bekal kebaikan baik di dunia maupun akhirat. Amien

Wassalaamu`alaikum Wr. Wb.

Jakarta, Juli 2009

HALAMAN JUDUL ... i HALAMAN PENGESAHAN ... ii ABSTRAK ... iii KATA PENGANTAR... iv DAFTAR ISI ... vi DAFTAR GAMBAR ... ix DAFTAR TABEL ... xi DAFTAR GRAFIK... xi NOMENKLATUR ... xii BAB I PENDAHULUAN... 1 1.1 Latar Belakang ... 1 1.2 Tujuan Penulisan ... 2 1.3 Pembatasan Masalah ... 2 1.4 Metode Penulisan ... 2 1.5 Sistematika Penulisan ... 3

BAB II LANDASAN TEORI ... 5

2.1 Pengertian Deep Drawing ... 5

2.2 Tegangan dan Regangan ... 7 2.2.1 Tegangan dan regangan tarik

2.2.3 Tegangan Lentur (Bending stress) ... 9

2.3 Regangan / deformasi / perubahan panjang ... 10

2.4 Hubungan tegangan dengan regangan ... 11

2.5 Karakteristik Material ... 13

2.5.1 Reaksi terhadap tekanan (presses) ... 13

2.5.2 Perubahan Elastis (Elasticity) ... 14

2.5.3 Perubahan Plastis (Plasticity) ... 14

2.6 Modulus Young atau Modulus elastisitas ( E ) ... 16

BAB III ANALISA DAN PEMBAHASAN ... 17

3.1 Teori Aliran Logam ... 17

3.1.1 Metal flow pada shell silindris ... 18

3.1.2 Tekukan (Wrinkling) ... 20

3.1.3 Pengontrolan metal flow ... 22

3.1.4 Kecepatan drawing ... 23

3.2 Ukuran / Bentangan Awal (Blank Development) ... 23

3.2.1 Perhitungan menggunakan prinsip persamaan volume ... 25

3.2.2 Perhitungan menggunakan perbandingan luasan material dengan luasan ring ... 25

3.2.3 Perhitungan dengan rumus Guldin ... 26

3.6 Perkakas Deep Drawing ... 36

3.7 Pemilihan Mesin Press ... 37

3.8 Tahapan Analisa Proses Deep Drawing ... 39

BAB IV PERHITUNGAN GAYA PROSES ... 40

4.1 Gaya yang terjadi pada proses Drawing... 40

4.1.1 Gaya Deep Drawing Fz ... 41

4.1.2 Gaya pengendali blank FB... 41

4.2 Gaya potong blanking ( Blanking force) Fbc ... 42

4.3 Gaya stripper (stripping force) Fs ... 43

4.4 Objek Tugas Akhir ... 44

BAB V PENUTUP ... 58

5.1 Kesimpulan ... 58

5.2 Saran ... 59 DAFTAR PUSTAKA

Gambar 2.1 Penampang benda dikenai gaya tarik.………..….... 9

Gambar 2.2 Penampang benda dikenai gaya tekan.……… 9

Gambar 2.3 Grafik hubungan tegangan dengan regangan.………….. 11

Gambar 2.4 Struktur elastis pada atom……… 14

Gambar 2.5 Struktur plastis atom / perubahan plastis………. 15

Gambar 2.6 Struktur material patah………. 15

Gambar 3.1 Gaya / tegangan dalam metal flow pada proses deep drawing……… 17

Gambar 3.2 Tahapan aliran material dalam proses deep drawing…... 19

Gambar 3.3 Urutan besarnya gaya pengendali blank untuk shell yang berbeda………. 21

Gambar 3.4 Pasangan draw dies yang menunjukkan……….. 22

Gambar 3.5 Shell dan blank………. 25

Gambar 3.6 Perbandingan drawing pada first drawing ……….. 28

Gambar 3.7 Perbandingan drawing untuk second drawing…………. 29

Gambar 3.8 Contoh penentuan ukuran diameter shell pada proses deep drawing bertahap (step by step)…….. 30

Gambar 3.9 Radius pada drawing punch dan drawing die………….. 33 Gambar 3.10 Diagram alir Tahapan Analisa Proses Deep Drawing.… 39

Gambar 4.3 Tahapan proses deep drawing……… 46

Gambar 4.4 Deep drawing die dan deep drawing punch……….. 52

Gambar 4.5 Blanking punch dan blanking die………. 53

Gambar 4.6 Tahapan proses blanking……… 54

Tabel 2.1 Modulus Young pada material………. 16

Tabel 3.1 Kecepatan drawing………...………... 23

Tabel 3.2 Harga drawing clearance………. 35

Tabel 3.3 Nilai clearance pada proses blanking……….. 36

Tabel 4.1 Pengaruh diameter benda terhadap gaya……….. 47

Tabel 4.2 Pengaruh tebal material terhadap gaya……….. 48

DAFTAR GRAFIK

Grafik 4.1 Tebal (t) material Vs Gaya Deep Drawing (Fz) ………… 48

Simbol Keterangan Satuan

A Luas Penampang mm²

AB Luas Penampang Blank mm²

AP Luas Penampang Shell / Punch mm²

D Diameter Besar mm

d Diameter kecil mm

E Modulus Young / Elastisitas N/mm²

F Gaya yang bekerja N

FB Gaya Pengendali Blank N

Fbc Gaya Potong Blanking N

Fta Gaya Tarik N

Fte Gaya Tekan N

Ftot Gaya Total ( Jumlah gaya) N

Fz Gaya drawing / Drawing Force N

h Ketinggian mm

K Keliling benda kerja blank mm

L Panjang mm

M Moment Lentur Nmm

t Tebal benda mm

U Keliling Shell mm

Jumlah Perubahan Panjang mm

Regangan - ta Regangan tarik - te Regangan tekan - Tegangan N/mm² ta Tegangan Tarik N/mm² te Tegangan Tekan N/mm² L Tegangan Lentur N/mm²

B Tegangan Patah Tarik N/mm²

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Dewasa ini kemajuan teknologi industri tidak hanya terdapat di negara-negara maju seperti Amerika, Jepang dan negara-negara-negara-negara lain yang telah mempunyai teknologi tinggi, tetapi juga di negara-negara berkembang seperti Indonesia. Pada jaman yang serba maju ini diharapkan bangsa kita mampu bersaing dengan bangsa lain yang lebih dulu maju dari bangsa kita. Selain itu diabad-abad seperti sekarang ini kebutuhan akan mesin industri dan proses pemproduksian yang sederhana serta mampu menghasilkan jumlah produk yang banyak dan berkualitas sangat diperlukan. Salah satunya adalah proses deep

drawing. Hal ini dikarenakan pada proses tersebut dianggap sangat praktis dan

mampu menghasilkan produk yang berkualitas tinggi.

Dalam dunia industri penerapan proses deep drawing misalnya terdapat dalam proses pembuatan produk-produk yang berupa dudukan pegas, bracket, body, dari filter, bagian pintu mobil, botol minuman, makanan kaleng, rumahan

proses deep drawing dapat menyederhanakan suatu produk atau rakitan yang akan digunakan misalnya dalam sebuah konstruksi bangunan mesin. Selain itu tingkat produktifitas produksi juga tinggi, karena dengan proses tersebut dapat dihasilkan produk yang sama bentuknya, dengan jumlah yang banyak, dan dalam waktu yang relative cepat.

1.2 Tujuan Penulisan

Tujuan dari pembahasan mengenai Analisa Proses Deep Drawing Pembuatan Tabung Gas 3 Kg yaitu :

a. Mengetahui proses-proses yang terjadi pada proses deep drawing. b. Mengetahui gaya-gaya yang terjadi pada proses deep drawing. 1.3 Pembatasan Masalah

Dalam penulisan ini penulis membatasi pada proses serta perubahan-perubahan yang terjadi pada proses deep drawing, perhitungan-perhitungan yang ada didalamnya dan perkakas yang digunakan pada proses deep drawing.

1.4Metode Penulisan a. Study Pustaka

Metode ini dilakukan dengan membaca buku-buku dan literature lain yang dapat dijadikan referensi dalam pembahasan mengenai analisa proses deep drawing.

b. Metode observasi (pengamatan)

Metode ini dilakukan dengan melakukan pengamatan langsung ke lapangan. Dengan metode ini penulis dapat mengamati proses-proses yang berlangsung pada proses deep drawing.

c. Metode interview (wawancara)

Metode ini dilakukan dengan diskusi dan meminta penjelasan secara langsung kepada para ahli yang secara langsung bekerja di bidang ini di perusahaan.

1.5 Sistematika Penulisan

Penulisan tugas akhir ini oleh penulis dibagi menjadi beberapa bab untuk memudahkan dalam pembahasan dan penulisan, dengan sistematika sebagai berikut :

BAB I PENDAHULUAN

Pada bab ini berisi tentang latar belakang penulisan tugas akhir, tujuan penulisan, pembatasan masalah, metode penulisan dan sistematika penulisan.

BAB II LANDASAN TEORI

Berisi tentang pengertian deep drawing, tegangan dan regangan, hubungan tegangan dan regangan, modulus elastisitas / modulus Young, dan karakteristik material.

BAB III ANALISA DAN PEMBAHASAN

Berisi tentang aliran logam, ukuran dan bentangan awal (blank devolepment), perbandingan deep drawing, radius drawing

(drawing radien), drawing clearance, perkakas deep drawing,

BAB IV PERHITUNGAN GAYA PROSES

Berisi tentang analisa dan perhitungan gaya-gaya yang terjadi pada proses deep drawing dan juga analisa gaya yang terjadi pada pembuatan tabung gas 3 Kg / gas elpiji.

BAB V PENUTUP

Berisi kesimpulan dari hasil analisa yang telah dilakukan sebelumnya, dan saran-saran atas penyusunan yang bersifat membangun.

DAFTAR PUSTAKA

Berisi mengenai buku dan referensi yang dijadikan pedoman dalam penulisan tugas akhir.

BAB II

LANDASAN TEORI

2.1 Pengertian Deep Drawing

Terjemahan kata deep drawing dari bahasa Inggris ke dalam bahasa Indonesia secara tepat dan sesuai saat ini belum ditemukan. Dalam bahasa Jerman disebut dengan “tiefziehen” yang secara harfiah mempunyai arti yang sama dengan bahasa Inggrisnya yaitu deep drawing. Jadi apabila deep drawing itu akan diterjemahkan sebagai tarikan yang dalam atau cekungan / bentukan yang dalam ke dalam bahasa Indonesia kurang sesuai.

Dalam arti sebuah proses pengerjaan logam, deep drawing dapat diartikan suatu proses pembentukan secara dingin (cold forming) dari pelat logam yang telah dipersiapkan atau telah dipotong terlebih dahulu (precut metal blank) menjadi bentukan lain yaitu benda berongga tiga dimensi (hollow vessel / hohlkoerper / shell) tanpa menimbulkan perubahan tebal, keretakan dan kerutan

material yang berarti dengan menggunakan sepasang alat / perkakas.

Peralatan yang digunakan dalam proses deep drawing disebut dengan drawing tool yang terdiri dari dua bagian pokok yaitu drawing punch dan drawing

sebagai alat pemotong yang bersifat jantan (male) dan pada umumnya bagian ini yang bergerak dan posisinya terletak di bagian atas. Bentuk dari punch ini bermacam -macam sesuai dengan bentuk yang diinginkan. Sedangkan die itu merupakan alat pemotong bagian bawah yang sifatnya betina (female) dan pada umumnya perkakas ini diam. Bentuk pemotongannya sesuai dengan bentuk punchnya.

Bentuk akhir dari benda kerjanya dapat berupa :

Silindris }

Konus / taper } yang selanjutnya dinamakan shell Kotak / persegi }

Bentuk material awalnya sesuai dengan bentuk shellnya dapat berupa lingkaran, persegi, ellips, dan bentuk yang lain yang dinamakan blank.

Jadi dapat dirumuskan :

blank shell

deep drawing

Dengan adanya bentuk dan ukuran shell yang bermacam-macam karena berbagai tuntutan fungsi dan kegunaannya maka proses deep drawing ini dapat terdiri dari beberapa tahap. Artinya tidak selalu membuat bentukan shell dengan hanya sekali proses (tarikan), namun mungkin perlu mengerjakan setahap demi setahap untuk mendapatkan bentuk ideal yang sesuai dengan keinginan. Maka dikenal istilah “redrawing” atau “first drawing”, “second drawing”, “third

drawing” / finishing drawing dan lain-lain untuk mendapatkan hasil yang

maksimal. Jadi proses pertam akan disempurnakan dengan proses selanjutnya yaitu dengan proses kedua, ketiga, dan seterusnya sampai keterbatasan kekuatan dan kemampuan setiap jenis material untuk diproses drawing.

2.2 Tegangan dan Regangan

Gaya yang bekerja pada suatu material / benda, selalu menimbulkan reaksi berupa gaya dalam struktur material (yang besarnya sama tetapi berlawanan arah). Bekerjanya gaya ini pada penampang benda mangakibatkan terjadinya tegangan di dalam struktur material benda, karena gaya akan terbagi rata di setiap satuan luas bidang penampangnya. Besarnya tegangan yang terjadi akibat gaya atau pembebanan, dalam hal ini dinamakan sebagai tegangan pembebanan ( ).

Tegangan pembebanan maksimum akibat gaya atau beban maksimum yang mengenai benda, sangat menentukan sekali bagi keberhasilan material benda untuk bertahan dari kerusakan. Karena ia menjadi batasan maksimum bagi kekuatan struktur material benda untuk bertahandari pembebanan lebih (diluar kondisi normal). Dengan demikian untuk menghindari kegagalan material dalam menghadapi pembebanan, besarnya tegangan pembebanan yang terjadi tidak boleh melebihi kekuatan struktur material. Oleh karena itu pemilihan akan besarnya kekuatan bahan elemen mesin, ditentukan sekali oleh besarnya tegangan beban maksimum. Dalam perhitungan, besar kekuatan bahan elemen mesin dinyatakan sebagai tegangan izin bahan atau kekuatan bahan ( σ ).

Hubungan antara besar tegangan pembebanan ( ) dengan tegangan izin bahan (σ ) akan sangat tergantung pada jenis beban yang akan dihadapi oleh elemen mesin saat berfungsi. Dalam hal ini dinyatakan oleh factor keamanan (Sf)., dimana :

σ σ =

Sf referensi 1. (2.1)

Faktor keamanan dalam hal ini tentunya adalah sebagai factor yang harus ditetapkan perancang untuk menghadapi kemungkinan dari pembebanan maksimal (diluar kondisi normal) yang akan diterima elemen mesin saat berfungsi.

Sebagai efek dari kerja gaya dalam struktur material, maka jenis tegangan tergantung dari jenis gaya yang bekerja.

2.2.1. Tegangan dan regangan tarik (Tensile stress and strain)

Tegangan tarik ( ta ) terjadi akibat bekerjanya gaya tarik ( Fta ) pada satuan luas penampang ( A ) struktur material elemen mesin, sehingga bendanya mengalami perpanjangan. Rasio / perbandingan antara perpanjangan yang terjadi ( L ) terhadap panjang benda semula ( L ) disebut sebagai regangan tarik ( ta ). Secara matematis dapat ditulis :

A F_ta ta = σ dan L L ta ∆ = ε referensi 1. (2.2)

Fta

Gambar 2.1. Penampang benda dikenai gaya tarik.

2.2.2. Tegangan dan regangan tekan (Compressive stress and strain) Tegangan tekan ( te) terjadi akibat kerja suatu gaya tekan ( Fte ) pada satuan luas penampang ( A ) struktur material elemen mesin, sehingga bendanya mengalami perpendekan. Rasio / perbandingan antara perpendekan yang terjadi ( L ) terhadap panjang benda semula ( L ) disebut sebagai regangan tekan ( te ). Secara matematik dapat ditulis :

A F_te te = σ dan L L te ∆ = ε referensi 1. (2.3) Fte ta ta te te

Gambar 2.2. Penampang benda dikenai gaya tekan.

2.2.3. Tegangan Lentur (Bending stress)

Merupakan tegangan yang diakibatkan oleh bekerjanya momen lentur pada benda. Sehingga pelenturan benda disepanjang sumbunnya menyebabkan sisi bagian atas tertarik, karena bertambah panjang dan sisi bagian bawah tertekan, karena memendek. Dengan demikian struktur material benda di atas sumbu akan mengalami tegangan tarik, sebaliknya dibagian bawah sumbu akan menderita tegangan tekan. Sedangkan daerah diantara permukaan atas dan bawah, yaitu yang sejajar dengan sumbu benda tetap, tidak mengalami perubahan, ini disebut sebagai bidang netral.

Persamaan umum tegangan lentur, adalah :

R E y L ML =σL = _{referensi 1.}

_(2.4)

dimana : L : tegangan lentur

y : jarak dari bidang netral ke permukaan luar benda E : modulus elastisitas / modulus Young

R : radius kelengkungan benda

2.3 Regangan / deformasi / perubahan panjang

Regangan (strain) dapat didefinisikan sebagai perubahan panjang benda, perpanjangan mula-mula dari benda tersebut. Perubahan panjang dapat terjadi disebabkan denda tersebut mendapat perlakuan fisis sehingga sifat fisisnya berubah, seperti pemuaian yang terjadi akibat proses pemanasan pada benda atau bila benda tersebut dikenakan pada benda tersebut. Maka didapat rumus untuk regangan :

L

δ

ε = referensi 1. (2.5)

Dimana : = regangan

= jumlah perubahan panjang L = panjang awal benda

Gambar 2.3. Grafik hubungan tegangan dengan regangan Keterangan Gambar 2.3 :

O – A = adalah batas sebanding / batas proporsional (PL : proportional limit) bentuk gradient “Linier”. Daerah ini merupakan daerah sifat elastis material. Berlaku hukum Hook, bahwa tegangan sebanding dengan regangan.

A - B = adalah batas elastis (EL : elastis limit) “bahwa tegangan tak sebanding lagi dengan regangan”. Adalah batas dimana bahan tidak kembali ke bentuk semula secara penuh apabila beban ditiadakan atau disebut (permanent set). Daerah batas dari bahan ini disebut dengan bahan elastis sebagian. Daerah ini relatif sulit ditentukan, karena itu biasanya ditentukan dengan manarik garis sejajar dengan garis elastis kea rah peregangan sebesar 0.005% - 0.01%.

B – C = adalah batas kekuatan mulur (YS :Yield Stress)

Terjadi mulur besar terhadap bahan tanpa pertambahan gaya tarik atau beban. (Daerah batas dari bahan ini disebut bahan plastis). Mulur bahan juga disebut tegangan leleh.

C – D = adalah penguatan regangan (strain harden)

Bahan mengalami perubahan dalam struktur atom-atom untuk perkuatan regangan (resistance / strain harden) terhadap deformasi lanjut hingga maksimum di titik D.

Titik D disebut dengan “ ultimate stress (US)” tegangan batas maksimum yaitu titik dimana kekuatan maksimum dari bahan terhadap beban tarik sebelum keruntuhan.

D – E = Putus / titik patah di E (failure).

Jika dalam pembebanan tarik ternyata bahan mengalami pengurangan area benda, maka dapat kita perhitungkan :

C – E = Dihitung dengan tegangan bekerja pada benda yang tidak mengalami perubahan penampang benda (A).

C – E’ = Dihitung dengan tegangan pada daerah batang benda yang mengalami deformasi yang menyebabkan perubahan luas penampang (A’) benda.

2.5 Karakteristik Material

2.5.1. Reaksi terhadap tekanan (presses)

Apabila pada suatu benda atau katakanlah suatu produk diberi muatan / beban, maka konstruksinya akan berubah dan dalam waktu yang bersamaan akan timbul tekanan dan terjadi perubahan (distorsi). Yang disebut dengan

tersebut dibagi oleh suatu luas area permukaan material. Dapat dituliskan dengan persamaan berikut :

Presses (P) A F = Dimana : P = tekanan F = gaya A = luas permukaan

Semakin besar beban yang diterima pada suatu area permukaan benda, maka tekanan yang terjadi juga akan semakin besar.

Ada beberapa jenis pembebanan yaitu pembebanan tarik (tensile stress) yaitu pembebanan yang diakibatkan oleh beban tarik / gaya tarik. Pembebanan tekan (compressed stress) yaitu pembebanan yang diakibatkan oleh beban tekan / gaya tekan. Tekanan yang terlalu besar yang diterima oleh suatu material / produk akan menyebabkan kerusakan pada produk tersebut akibat dari beban yang diterima tidak sesuai dengan.kemampuan menerima beban dari jenis material tersebut. Material metal yang digunakan pada proses pressing, bila terlalu kencang ditarik maka akan menyebakan keretakan pada material tersebut. Pada umumnya material metal yang digunakan dalam proses pressing akan rusak apabila berada dalam tekanan sebesar 40 – 100 kg/mm². 2.5.2. Perubahan Elastis (Elasticity)

Perubahan elastis adalah perubahan benda yang apabila beban dilepaskan maka benda tersebut akan kembali ke bentuk awal seperti semula. Bahan yang mempunyai sifat ini dikatakan elastis.

Perubahan zat atom (grain) metal.

Dalam die press, material yang sering digunakan adalah metal. Atom (grain) metal tersusun dengan baik dan tersusun dalam jarak yang tetap.

Gambar 2.4. Struktur elastis pada atom

Elastis terikat seperti per (spring), bila tenaga dilepaskan maka akan kembali ke tempat semula (Gambar).

2.5.3. Perubahan Plastis (Plasticity)

Perubahan plastis merupakan perubahan suatu benda / material yang apabila beban dilepaskan maka benda tersebut tidak kembali ke bentuk asalnya. Perubahan ini dapat digambarkan pada struktur plastis pada atom. (Gambar)

• Perubahan plastis bila menggunakan tenaga yang besar.

Dalam waktu yang bersamaan atom (grain) terpisah dan menyatu ke dalam atom (grain) yang baru.

Atom (grain) secara berurutan lepas, pada akhirnya atom (grain) berpindah dan menyatu ke dalam atom (grain) yang baru. Perubahan ini disebut perubahan posisi.

Gambar 2.5. Struktur plastis atom / perubahan plastis.

Bila tenaga yang diberikan terlalu besar melebihi kekuatan material tersebut maka material tersebut akan patah.

Gambar 2.6. Struktur material patah.

2.6 Modulus Young atau Modulus elastisitas ( E )

Hukum Hook menyatakan bahwa jika besarnya pembebanan yang diterima sebuah benda masih berada pada daerah batas elastisitas bahannya, maka

tegangan / tekanan yang terjadi dalam struktur materialnya masih berbanding lurus dengan regangannya. Secara matematis persamannya dinyatakan :

ε σ ≈ ε σ = E ⋅ E=σ_ε referensi 1. (2.6) Dengan demikian : ε σ = E Dimana :

E = modulus elastisitas atau modulus Young.

Yaitu konstanta yang menyatakan sifat elastisitas bahan yang besarnya proporsional di daerah elastis.

= regangan / perubahan bentuk = tegangan

Tabel 2.1 Modulus Young pada beberapa material.

Sumbe r : Material E ( kg/cm N ( kg/cm Steel 2 - 2.2 x 10 0.8 - 1.0 x 10 Wrought iron 1.9 - 2.1 x 10
0.8 - 0.9 x 10 Cast iron 1.0 - 1.6 x 10  0.4 - 0.5 x 10 Brass 0.8 - 0.9 x 10 0.3 - 0.5 x 10  Timber 0.1 x 10 0.1 x 10

BAB III

ANALISA DAN PEMBAHASAN

3.1. Teori Aliran Logam

Pada proses drawing ketika suatu blank diletakkan diatas drawing die dan kemudian drawing punch diberi gaya untuk menekan suatu blank ke dalam drawing die maka pada material blank yang akan berubah bentuk menjadi shell

akan menerima beberapa macam tegangan dalam. Tegangan tersebut antara lain tegangan tarik (tension), tegangan tekan (compression), dan tegangan bending.

Tegangan tarik (tension) terjadi pada bagian dinding shell sedangkan tegangan tekan (compression) terjadi pada bagian atas bibir shell, sehingga pada bagian tersebut sering terjadi cacat yang berupa kerutan-kerutan. Untuk mengatasi kegagalan tersebut maka pada perkakas drawing dilengkapi dengan alat pemegang blank atau blank holder yang berfungsi untuk mengatur / mengendalikan aliran material (metal flow).

3.1.1. Metal flow pada shell silindris

Jika sebuah drawing punch menekan material blank ke dalam drawing die maka akan timbul tegangan-tegangan yang mengakibatkan terjadinya plastis flow yang sangat rumit di dalam material / volume dan ketebalan dari material akan tetap sama serta bentuk akhir dari proses deep drawing ini akan sesuai dengan bentuk dan punch-nya.

Tahapan progresif terjadinya bangun secara skematis dapat dilihat dalam Gambar 3.2. Setelah punch masuk sedikit ke drawing die seperti terlihat dalam tahap A maka bagian logam elemen 2 akan dibengkokan mengelilingi bidang punch. Secara berurutan elernen-elemen 3, 4, 5 yang sebelumnya sudah ditandai

pada blank-nya akan bergerak secara radial menuju pusat dari blank seperti terlihat pada tahap B dan C. Elemen-elemen dengan volume yang berbeda secara keliling (sirkumferens) akan menyusut. Akan tetapi secara radial akan memanjang sampai lubang drawing die. Lalu akan dibengkokkan dan menyatu (menempel) dengan drawing die menjadi bentukan yang lurus sebagai dinding shell.

Selama proses drawing bidang 1 tidak akan berubah bentuk (menjadi bagian bawah / dasar dan shell). Sedangkan bidang 2, 3, dan 4 akan menjadi dinding samping dan shell berubah bentuk dari bidang yang berupa juring lingkaran menjadi bidang yang berbentuk persegi panjang karena ditarik melewati bibir / sudut bagian dalam drawing die.

Gambar 3.2 Tahapan aliran material dalam proses deep drawing Secara umum metal flow dalam proses deep drawing pada shell silindris dapat disimpulkan sebagai berikut:

a. Bagian blank yang menjadi dasar dari shell tidak akan mengalami deformasi atau hanya sedikit mengalami perubahan bentuk. Hal mi ditunjukkan dengan jarak antara garis-garis yang digambarkan dalam blank tidak mengalami perubahan pada shell yang terjadi.

b. Metal flow terjadi secara seragam meningkat dengan tingginya shell pada

saat pembentukan dinding shell yang juga ditunjukan dengan marking lines yang tetap konsentris. Segmen-segmen radial pada blank menjadi

bentuk paralel setelah mengalami tarikan melalui bibir dalam drawing die yang akhirnya menjadi ukuran akhir dari dinding shell.

c. Metal flow dari elemen-elemen pada pinggiran blank mengakibatkan perubahan tebal material menjadi lebih tebal. Hal ini dikarenakan adanya kompresi secara keliling. Penebalan dinding pada bibir shell meskipun dalam praktek kelihatan namun tidak diperlihatkan dalam gambar. Penebalan ini biasanya berfariasi karena diatur oleh adanya clearance dan drawing punch dan drawing die.

3.1.2. Tekukan (Wrinkling)

Pembentukan suatu shell memerlukan proses cold forming yang berat dan mengakibatkan terjadinya perubahan plastis pada metal yang digunakan. Oleh sebab itu segala hal yang menghambat terjadinya aliran metal harus dihindari untuk memperkecil terjadinya tegangan-tegangan pada metal. Logam tersebut cenderung untuk menekuk (buckle) daripada menyusut / mengkerut (shrink) di segala bagian pada blank apabila materialnya sangat tipis dan apabila sebuah luasan yang cukup lebar bebas dari tool / striper (blank holder). Tekukan-tekukan tersebut disebut dengan wrinkle apabila tekukannya terjadi pada bagian pojok dari blank dan apabila tekukannya terjadi pada bagian lain disebut pucker. Wrinkling

ini harus dikontrol karena dapat sangat mengganggu metal flow yang normal. Pada prakteknya material yang tipis mempunyai tendensi pengkerutan yang besar. Apabila rasio t/D (tebal / diameter blank) rendah maka tekanan pengendali draw yang terjadi besar. Dan sebaliknya apabila nilai perbandingan besar maka tekanan pengendali draw kecil.

Bentuk-bentuk dan penampang shell menentukan apakah wrinkle atau pucker akan ditimbulkan pada proses drawing yang kontrol tegangannya jelek.

Wrinkle biasanya terjadi pada bentuk shell yang lurus dinding sisinya, sedangkan

pucker sering terjadi pada shell yang berbentuk taper / me1engkug (domed

shaped).

Gambar 3.3 Urutan besarnya gaya pengendali blank untuk shell yang berbeda.

Pada gambar diatas shell A, B, C, dan D mempunyai diameter blank yang sama tetapi membutuhkan tekanan yang berbeda-beda untuk mengontrol metal flow-nya. Shell A cenderung menghasilkan wrinkle tanpa adanya tekanan yang

cukup, shell B selain dapat terjadi wrinkle juga ada kemungkinan terjadinya pucker karena besarnya radius punch dan die-nya. Sedangkan untuk shell C dan D

akan mengalami keduanya (pucker dan wrinkle). Pada shell E cenderung mengalami pucker karena hanya ada metal flow yang sangat sedikit dan tekanan pengendali blank yang sangat besar diperlukan untuk menarik material menempel lekat pada punch.

3.1.3. Pengontrolan metal flow

Dua pasang draw dies seperti terlihat pada gambar menunjukkan (A) pengontrolan aliran metal yang baik dan (B) pengontrolan aliran metal yang jelek. Pada gambar A permukaan tool mempunyai kontak yang merata di seluruh titik dengan bloknya tetapi tekanan pengendali blank yang kurang dapat menimbulkan terjadinya wrinkle pada shell- nya. Sebaliknya pada gambar B pengontrolan metal flow-nya sangat jelek karena hanya ada satu titik pada punch yang berhubungan (mempunyai kontak) dengan blank. Sementar sebagian besar penampang tengahnya dibiarkan bebas akan menimbulkan terjadinya pucker.

Pemberian tekanan pengendali blank itu tergantung dari materialnya. Tekanan yang besar belum tentu dapat menghasilkan shell yang baik. Untuk itu sering harus ditambahkan adanya draw bead pada permukaan blank holder untuk memberikan tambahan resistensi pada metal flow, jadi membantu dalam mengontrol gerakan masuknya .material ke dalam lubang die.

Gambar 3.4. Pasangan draw dies yang menunjukkan (A) Kontrol metal flow yang baik

3.1.4. Kecepatan drawing

Kecepatan drawing sangat dipengaruhi oleh beberapa faktor seperti keseragaman dan karakteristik fisik dari material yang digunakan. Untuk menentukan kecepatan drawing yang sesuai dengan materialnya biasanya diperlukan adanya percobaan-percobaan yang dipakai sebagai patokan untuk mengerjakan proses drawing. Dan beberapa percobaan-percobaan maka diperoleh tabel ,data untuk menentukan kecepatan drawing yang baik dengan kondisi rata-rata yang dapat dinaik turunkan sedikit pada pemakaian yang benar (adjust).

Tabel 3.1. Kecepatan drawing (m / menit)

Material Single Action Double Action

Alumunium 54 31

Strong Al – alloy - 9-12

Brass / Kuningan 61 31

Copper / tembaga 46 26

Steel / baja 17 10-16

Steel / (in carbride dies) - 18

Stainless Steel - 6-10

Zinc / seng 46 12

Sumber : Buku “Punching Tool I”

Dalam proses drawing yang dilakukan untuk membuat shell dengan material yang terbuat dari material pelat baja digunakan kecepatan drawing sebesar 17 m / menit.

3.2. Ukuran / Bentangan Awal (Blank Development)

Bentangan awal atau ukuran blank perlu diketahui untuk : a. Untuk memproduksi shell dengan tinggi / kedalaman tertentu.

Dalam menentukan ukuran blank dan shell banyak caranya antara lain: a. Dengan perhitungan matematis

b. Dengan penggunaan lay out / metode grafis c. Kombinasi antara matematis dan grafis

Ketiga metode tersebut digunakan untuk menentukan ukuran blank dan shell yang berbentuk simetris.

Untuk menentukan ukuran blank yang tepat atau untuk mendapatkan tinggi shell yang sempurna (seragam) sangat susah karena tebal tipisnya material sangat bervariasi yaitu akibat proses annealling dalam pembuatan materialnya. Karena perbedaan tebal dari material maka menyebabkan tinggi material yang telah “diseterika” (ironed shell) berbeda-beda dan pada bagian atas bervariasi bentuknya ada yang lurus dan ada yang tidak beraturan. Hal ini biasanya disebabkan oleh efek arah struktur kristalin dari metal (the effect of direction on the crystaline structure of the metal). Untuk mengatasi kekurangan-kekurangan

tersebut maka perlu tambahan ukuran pada blank sebagai allowance, sehingga memungkinkan tambahan proses trimming sebagai proses akhir (finishing).

Untuk menghitung ukuran blank dan benda berongga bulat bermacam-macam seperti perhitungan dengan menggunakan prinsip persamaan volume antara blank dan shell-nya, perhitungan dengan perbandingan luasan material dan luasan ring dan blank dan shell, perhitungan dengan rumus Guldin.

3.2.1. Perhitungan menggunakan prinsip persamaan volume antara blank dan shell-nya

Dalam perhitungan dengan menggunakan prinsip persamaan volume antara blank dan shell-nya, dianggap tidak ada material yang terbuang. Karena tebal

materialnya dianggap tidak mengalami perubahan maka dapat dicari dengan persamaan luas dari blank dan shell-nya. Untuk menghitung shell seperti pada Gambar yang menggambarkan sebuah shell dengan diameter d dan tingginya h serta sebuah blank dengan diameter (D).

Gambar 3.5. Shell dan blank Rumus untuk diameter blanknya :

D= d2+4dh referensi 4 (3.1)

3.2.2. Perhitungan menggunakan perbandingan luasan material dan luasan ring dari blank dan sheel

Pada dasarnya bentuk blank dan sebuah shell bulat (baik silindris maupun konis) adalah berupa kepingan lingkaran. Sehingga kita dapat membandingkan luas yang ada pada blank maupun shell-nya.

Luas penampang blank = ( 2 4⋅D π

) dan

Luas penampang shell = 2 4 ⋅d π

+ dh

Jadi D² = d² + 4dh sehingga D= d2 +4dh

Untuk bentuk shell yang mempunyai diameter dan tinggi shell yang berbeda ( misalnya dengan d1, d2, d3, dan h1, h2 ) maka secara analog dapat dihitung : ) 4 ( ) 4 ( _{1 1 2 2} 2 3 d h d h d D= + ⋅ + ⋅ (3.2)

3.2.3. Perhitungan dengan rumus Guldin

Pada dasarnya bahwa semua benda berongga bulat yang simetris (silindris, konis, parabolis) adalah merupakan bangun putar yang terbentuk dan suatu garis kontur tertentu yang diputar mengelilingi sebuah sumbu putar. Dengan rumus Guldin maka :

Luas bangun putar = 2 . x0 . L0

Luas penampang blank = ( 2 4 ⋅D π ) Jadi 2 4 ⋅D π = 2 .

x

0 . L0 atau D² = 8. x0 . L0 sehingga 0 0 8 x L D= ⋅ ⋅

Dimana x0 = jarak titik berat segmen garis (kurva / kontur) sumbu putar L0 = panjang segmen garis (kurva / kontur) yang diputar

Untuk shell dengan bentuk geometri yang sudah ditentukan ukurannya, mungkin akan menjadi lebih mudah perhitungannya, sehingga rumus Guldin dapat ditulis : ) ... ( 8 x₁ l₁ x₂ l₂ x₃ l₃ x_n l_n D= ⋅ + ⋅ + ⋅ + ⋅ (3.3)

3.3. Perbandingan (deep) drawing (Ziehverhaeltnis = drawing ratio)

Untuk dapat mengamati dan menilai suatu proses drawing secara baik maka diperlukan suatu alat pengukur atau harga pembanding yang dinamakan perbandingan drawing (Ziehverhaeltnis / drawing rasio) yang dinotasikan “m” karena untuk mengenang dan menghormati orang yang pertama kali merumuskannya yaitu Musiol pada tahun 1907.

Perbandingan drawing dirumuskan sebagai perbandingan luas penampang benda jadi (shell) dengan luas penampang dari material awal atau blank. Harga perbandingannya mempunyai nilai lebih kecil dari satu dan juga dianggap sebagai bentuk pengukur kemampuan / kelenturan proses pembentukan atau kemampuan material atau pelat untuk diproses drawing.

Perbandingan drawing dirumuskan

D d

m= < 1 referensi 4 (3.4)

Rumus diatas digunakan untuk sebuah shell yang bentuknya paling sederhana yaitu shell silindris. Pada Gambar 3.7 dan 3.8 menunjukkan bahwa besaran d adalah diameter shell pada suatu tahapan tertentu, sedangkan D merupakan diameter awal blank. Untuk perbandingan drawing pada setiap

D d

m 1

1= untuk first drawing

1 2 2

d d

m = untuk second drawing

2 3 3

d d

m = untuk third drawing

1 − = n n n d d m untuk nth

drawing dan seterusnya

D d

m 1

1=

1 2 2 d d m =

Gambar 3.7. Perbandingan drawing untuk second drawing Jumlah tahapan drawing minimum secara kasar dapat ditentukan dengan rumus Brasch : 97 . 0 d h n= referensi 4 (3.5)

dimana n = jumlah tahapan drawing

h = tinggi shell pada tahap yang ke-n d = diameter shell pada tahap yang ke-n 0,97 = konstanta

Keterangan Gambar 3.9 a. Blank

b. Proses I (first drawing / pre drawing) c. Proses II (second drawing)

Gambar. 3.8. Contoh penentuan ukuran diameter shell pada proses deep drawing bertahap (step by step)

Dalam kenyataannya harga perbandingan tersebut masih mempengaruhi oleh beberapa faktor antara lain :

a. Tebal material

b. Radius drawing die maupun drawing punch-nya c. Kecepatan drawing

d. Drawing clearance

e. Kekuatan material benda kerja

Dari beberapa faktor tersebut yang paling berpengaruh adalah ukuran diameter blank (D) dan tebal material (t).

Untuk keperluan yang lain misalnya dalam penulisan yang praktis dikenal istilah yang merupakan harga kebalikan dari m yaitu yang dirumuskan

m 1 = β (3.6) = d D > 1

Untuk mengetahui keuletan dari berbagai macam material yang diproses dengan percobaan proses deep drawing untuk bentuk shell silindris.

Peranan m ataupun dinyatakan sebagai berikut:

a. Dengan diameter blank D konstan dan diameter lubang shell d variable, semakin kecil diameter d bisa dibuat, semakin baik material yang

digunakan: = ≤1 D d m

D : konstan d : variabel

b. Dengan diameter lubang shell d konstan dan diameter blank D variabel semakin besar diameter D yang dipakai, semakin baik material yang digunakan : 1 > = D d β

c. Bila dimisalkan shell memiliki ukuran d = x mm, akan didapatkan ukuran tinggi shell yang berbeda-beda pula kalau perbandingan drawing m berubah.

m = perbandingan drawing / drawing ratio

= angka koreksi untuk gaya drawing Fz

XA = angka koreksi untuk kerja drawing W

Harga-harga m untuk beberapa material yang sering digunakan dalam proses drawing dapat dilihat dalam tabel terlampir.

Dan perbandingan drawing diatas maka kita dapat mengetahui ukuran diameter shell pada proses tahap pertama d₁ =m⋅D dan untuk proses selanjutnya dengan d_n =m⋅d_n−1

Penerapan dari besarnya perbandingan drawing yaitu untuk: a. Mengetahui jumlah step / tahapan pengerjaan deep drawing.

b. Mengetahui diameter shell d bila diharuskan hanya dengan satu kali tahap proses drawing.

c. Menghitung besarnya gaya atau kerja drawing

d. Sebagai angka pembanding kemampuan material yang sama dengan yang lainnya dalam hal drawing.

3.4. Radius drawing (drawing radien)

Secara umum dapat dikatakan bahwa radius pada drawing punch tidak boleh lebih kecil bila dibandingkan dengan radius drawing die. Apabila ini

dihiraukan maka pada shell akan terjadi kemuluran pada daerah transisi radius dengan bagian dinding shell. Radius drawing punch pada tarikan (deep drawing) yang dangkal dapat lebih kecil bila dibandingkan drawing yang lebih dalam. Radius drawing ini tidak dapat dipilih secara bebas namun tergantung shellnya.

Besarnya radius drawing dirumuskan :

r

st = 3…10t t = tebal material (3.7)

Radius yang terlalu kecil pada drawing ring akan diperoleh hasil dinding shell yang bersih dan rata. Namun pada saat porses drawing karena adanya

tegangan yang besar maka akan menimbulkan regangan yang besar pada material, dimana pada batas tertentu ada kemungkinan diameter blank akan berkurang. Tentu saja radius ini mempunyai batas terkecil yang mungkin akan mengakibatkan bahaya robeknya shell bagian atas. Besarnya radius yang dapat digunakan dapat dilihat pada gambar berikut.

Harga-harga diatas hanya berlaku untuk shell silindris. Dalam perencanaan sebaiknya dimulai dari radius yang paling kecil. Besarnya radius pada drawing punch maupun pada drawing die tergantung dari tebal pelat dan lebar flens, yaitu setengah dari selisih ukuran blank dan drawing punch. Radius drawing dapat digunakan persaman empiris dari Oehler yaitu :

[

D d

]

t

r_R =0.05⋅ 50+( − ₁) ⋅ referensi.5 (3.8)

3.5. Drawing clearance

Drawing clearance ( ) adalah ruang sela / antara yang besarnya sama dengan separo dari selisih ukuran diameter drawing ring dengan diameter drawing punch. 2 st R d d − = δ referensi.5 (3.9)

Pada proses drawing yang murni maka harga > t. Sedangkan untuk drawing dengan perubahan tebal material < t. Dengan clearance yang berbeda-beda disetiap bagian kontur, maka material benda kerja juga akan mengalami deformasi yang berbeda. Dari percobaan yang dilakukan oleh Sachs diketahui bahwa semakin kecil drawing clearance-nya akan mengakibatkan bertambahnya gaya drawing punch.

Tabel 3.2. Harga drawing clearance

Sumber :Buku “Punching Tool I”

Persamaan empiris menurut Oehler, antar lain : = t + 0.07 10 t steel plate = t + 0.02 10t aluminium plate = t + 0.04 10 t pelat pada umumnya = t + 0.02 10t untuk alloy tahan panas

Blanking clearance

Selain pada proses deep drawing, punch blanking dan die blanking juga harus memikii clearance. Besarnya nilai blanking clearance tidak sama dengan nilai drawing clearance. Tetapi dalam menentukan clearance sama-sama

Kelonggaran drawing ( clearance ) Material Drawing murni Drawing die dipolish Penipisan tebal material

Pelat baja deep drawing 1,2 t t

Kuningan 1,05 t t

Seng 1,3 t 1,1 t

Aluminium < 1,5 mm t t

Aluminium > 1,5 mm 1,15 t t

Pelat baja anti karat 1,2 t t

Aluminium – bronze 1,2 t t

Logam monel 1,5 t t

Tabel berikut ini menunjukan nilai dari blanking clearance. Table 3.3. Nilai clearance pada proses blanking

Material Presisi Umum Material Presisi Umum

Mild steel 2 ~ 5 6 ~ 10 Tembaga

kuningan 1 ~ 4 5 ~ 10

Hard steel 4 ~ 8 9 ~ 13 Phosphor bronze 2 ~ 5 6 ~ 10

Silicon steel 4 ~ 6 7 ~ 12 Silver 2 ~ 5 6 ~ 10

Stainless steel 3 ~ 6 7 ~ 11 Mild aluminium 1 ~ 3 4 ~ 8

Copper 1 ~ 3 4 ~ 7 Hard aluminium 2 ~ 5 6 ~ 10

Perm alloy 2 ~ 5 6 ~ 8

Sumber : Buku “Training Design Die Press”

Angka diatas dinyatakan dalam persen (%) . Clearance = tebal material x (%)

Semakin tebal papan (pelat) material yang digunakan maka semakin besar nilai persentasenya (nilai clearance).

3.6. Perkakas Deep Drawing ( Dies)

Perkakas proses deep drawing maupun proses yang lain sering disebut dengan istilah dies. Konstruksi dasar dari dies deep drawing pada prinsipnya sama baik yang kecil maupun yang besar. Hanya saja bagian-bagiannya tergantung dari tuntutan produk yang ada.

Dies deep drawing harus memenuhi persyaratan yang sesuai dengan

material dan bentuk shell yang akan dibuat antara lain sebagai berikut : a. Radius pada bagian depan / ujung drawing punch

b. Radius pada bagian pinggir ring / radius pada drawing die c. Kelonggaran / clearance dari drawing punch dan drawing die

d. Kebersihan atau ketepatan dari konstruksi perkakas. e. Material yang sesuai pada drawing ring / drawing die f. Stripper dan blank holder pada dies yang mencukupi.

3.7Pemilihan Mesin Press

1. Daya Tekan ( Pressure ability)

Adalah beban yang dibutuhkan dalam pekerjaan press serta batas kemampuan yang dimiliki secara aman (max. pressure). Dalam JIS, kemampuan ini disebut dengan Daya penekanan (pressurization ability). Nilai aktual tekanan biasanya disebutkan dalam nominal tekanan (nominal pressure). Satuannya ditunjukkan dengan kilo Newton ( kN ) atau deadweight ton (tf). Hal yang wajar apabila tenaga yang dibutuhkan dalam pekerjaan press berada di bawah daya tekan (pressure ability). Dikarenakan banyak faktor terjadinya over – load seperti perbedaan (disperse) ketebalan/kekerasan material, keakuratan perhitungan beban, miss-adjusting, miss-feed dsb, maka biasanya digunakan 70% - 75% dari kapasitas tekanan dan diberikan spare.

2. Specifikasi : daya dan ukuran

Adalah hal yang harus kita ketahui mengenai outlain mesin press yang biasanya tercantum pada katolog setiap merk mesin. Specifikasi berbeda – beda tergantung dari jenis mesin press.

3. Konstruksi mesin press

Secara garis besar mesin press terdiri dari 5 bagian utama :

a. Power, yaitu akumulasi energi yang dihasilkan dari motor dan disuplay dari flywheel.

b. Transmission, berfungsi untuk mentransfer akumulasi energi ke crank shaft dan connection rod.

c. Load support, untuk menunjang tenaga ( proses pekerjaan ) pada bolster slide frame, dsb.

d. Fixed die, adalah top die yang sudah distel pada die clamp serta bottom die yang sudah dikencangkan pada bolster.

e. Lain-lain, seperti : die cushion (penahan kerutan), power control installation, load measurement, over load protector.

3.8. Tahapan Analisa Proses Deep Drawing

Gambar 3.10 Diagram alir Tahapan Analisa Proses Deep Drawing 


Material Plat

Jenis = SPHC Tebal = 2.3 mm

Perhitungan Dies

Diameter drawing Punch (dDpunch) = dDdie – (2. D) Diameter drawing die (dDdie) = diameter Shell Clearance ( D) = t + 0.07

Perhitungan Gaya Gaya Deep Drawing ( FZ )= .d.t. B.

Gaya Pengendali Blank ( FB ) = /4(D² - d²). P Total Gaya ( Ftot ) = FZ + FB

Deep drawing punch = ø 259.72 mm Deep drawing die = ø 265 mm Clearance = 2.64 mm

Gaya deep drawing FZ = 765.5kN Gaya pengendali blank FB = 79.25 kN Total gaya Ftot = 845 kN

Kapasitas Mesin Press = 1207kN(124ton)

  < < Ya

BAB IV

PERHITUNGAN GAYA PROSES

4.1 Gaya yang terjadi pada proses Drawing

Untuk menentukan besarnya kekuatan (kapasitas) mesin yang akan digunakan dalam proses drawing maka sangat diperlukan adanya perhitungan gaya-gaya yang terjadi. Gaya-gaya tersebut antara lain :

a. Gaya deep drawing / drawing force (FZ)

b. Gaya pengendali blank / blank holder force (FB)

Dalam setiap perhitungan gaya-gaya tersebut maka tidak boleh hanya menghitung dengan tabel pelat normal dan kekuatan menengah namun harus dipilih tebal material dengan toleransi plus dan kekuatan material tertinggi. Gaya-gaya terbesar harus diketahui sehingga bahaya akan rusaknya mesin dapat dihindari. Selain itu besarnya kerja yang dimiliki / diberikan harus diketahui karena kerja mesin yang bagus tanpa gangguan sangat tergantung dari bagaimana perhitungan segala sesuatunya.

Gaya-gaya yang ada harus dijumlahkan seperti kalau kita misalkan bahwa mereka bekerja pada sebuah poros yang sama. Pada proses deep drawing jumlah gayanya :

Ftot = FB + FZ referensi 4. (4.1)

4.1.1. Gaya Deep Drawing Fz

Besarnya gaya drawing tergantung dari tebal material dan kelilingnya. Selain itu besarnya gaya koreksi juga harus diperhitungkan.

α σ ⋅ ⋅ ⋅ = B Z U t F referensi 4. (4.2)

Dimana FZ = gaya deep drawing (N) U = keliling benda / shell (mm) t = tebal material (mm) B = tegangan patah tarik (N/mm²)

= angka koreksi / faktor koreksi (antara 0,8 – 1) Untuk shell silindris maka dirumuskan :

α σ π⋅ ⋅ ⋅ ⋅ = B Z d t F referensi 4. (4.3)

4.1.2. Gaya pengendali blank FB

Gaya ini digunakan untuk menghilangkan adanya kerutan. Gaya yang diberikan tidak boleh berlebihan karena akan mengakibatkan robekan-robekan yang tidak dikehendaki yang disebabkan oleh tarikan yang terlalu kuat dari punch sehingga kekuatan B dari material pelat yang dipakai terlampaui. Bagian yang berperan sebagai pengandali tersebut dinamakan blank holder / punch holder. Besarnya gaya pengendali blank dirumuskan :

P A

Dimana FB = gaya pengendali blank (N) AB = luas penampang blank (mm²) AP = luas penampang shell / punch (mm²)

A = luas bagian yang dikendalikan / dipegang oleh holding plate / pressure plate (mm²)

P = tekanan bidang (N/mm²)

Untuk shell yang berbentuk silindris dirumuskan

P d D F_B = ( − )⋅ 4 2 2 π referensi 4. (4.5)

Harga P tergantung dari besarnya kualitas dan tebal material yang dikerjakan. Menurut Schuler : L Schuler AG; Handbuch fuel die spanlose Formgebung maka besarnya nilai P dirumuskan dengan :

_B t d P ≅ β − + ⋅σ 100 5 . 0 ) 1 ( 0025 . 0 2 referensi 4. (4.6) Dimana harga m 1 = β d = diameter shell (mm) t = tebal material (mm)

4.2. Gaya potong blanking ( Blanking force)

Sebelum melakukan proses deep drawing dibutuhkan material yang sudah dipotong sesuai dengan bentuk pola produk, yang dinamakan blank. Material blank dihasilkan dari proses blanking. Besarnya gaya yang dibutuhkan dalam

Besarnya gaya potong blanking dirumuskan :

α

σ

⋅ ⋅ ⋅ = B bc K t F referensi 2. (4.7)

Dimana Fbc = gaya potong blanking (N) K = keliling benda kerja blank (mm) t = tebal material (mm) = factor koreksi

B = tegangan patah tarik (N/mm²)

4.3. Gaya stripper (Stripping force)

Ketika blanking die dan blanking punch bertemu untuk memotong material, maka ada suatu bagian yang berfungsi menahan dan memegang material sebelum punch memotong material, bagian tersebut dinamakan stripper. Besarnya gaya tekan dihitung dengan persamaan berikut :

bc S k F

F = ⋅ referensi 2. (4.8)

Dimana FS : Gaya stripper (N) k : factor koreksi untuk stripper

(nilainya antara 0.05 – 0.2 untuk general) Fbc : blanking force (N)

Objek Tugas akhir

Pada pembuatan tabung gas dibutuhkan suatu suatu proses pembentukan dengan cara proses deep drawing maupun proses blanking untuk membuat bagian tabungnya.

Gambar 4.1 Bentuk dasar tabung Gas

Gambar 4.2 Bentuk shell dari tabung gas

Tabung gas tersebut pada intinya dibentuk dengan 2 buah shell yang sama dan simetris yang digabungkan secara mirror dan di las dibagian pertemuannya. Tetapi pada bagian atas ada penambahan proses yaitu membuat lubang untuk masuk / keluar gas. Dan pada bagian bawah tidak ada penambahan proses.

Ada dua proses untuk mendapat hasil seperti pada gambar di atas dengan dimensi yang telah ditentukan, yaitu proses deep drawing dan proses blanking.

Disini akan dibahas mengenai proses awalnya saja, untuk proses pelubangan pada bagian atas tidak dibahas.

Proses deep drawing

Data dari gambar diatas sebgai berikut : diameter shell (d) = 265 mm

tebal material = 2.3 mm

jenis material = SPHC (standart JIS) tegangan patah tarik = 500 N/mm² a. Besarnya gaya deep drawing (Fz) :

• Posisi awal : blank diletakkan diatas punch holder yang di bawahnya dilengkapi dengan pin tekan (pressing pin).

• Kemudian blank holder yang dilengkapi dengan pin tekan (dengan spring) turun berhimpit dengan punch holder dan menjepit blank.

• Saat proses : punch dan die bertemu dan membentuk shell, punch holder tertekan secara penuh oleh blank holder.

• Setelah proses : die dan blank holder kembali ke posisi semula sebelum melakukan proses drawing.

α

σ

π

⋅ ⋅ ⋅ ⋅ = B Z d t F

dimana = 0,8 (koreksi factor antara 0.8 ~ 1) t = 2,3 mm

σ

_B= 500 N/mm² 8 , 0 500 3 , 2 265 14 , 3 ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ = Z F = 765532 N = 765,53 kN

Dari persamaan gaya diatas, diketahui bahwa besar gaya drawing FZ sebanding dengan tebal material (t) dan diameter shell (d).

Artinya kalau nilai t makin besar maka FZ bertambah besar.

Apabila t : variable dan nilai yang lain konstan/tetap, maka hasilnya dapat dilihat pada table berikut :

Tabel 4.1 t (mm) F_Z(kN)= ⋅d⋅t⋅ _B⋅ 0,5 166,42 1 332,84 1,5 499,26 2 665,68 2,3 765,53 2,5 832,10 3 998,52

Grafik 4.1 Tebal (t) material Vs Gaya Deep Drawing (Fz)

Apabila nilai d : variable dan nilai yang lain konstan/tetap, maka didapat hasil sebagai berikut :

Tabel 4.2 Nilai d (mm) F_Z(kN)= ⋅d⋅t⋅ _B⋅ 100 288,88 150 433,32 200 577,76 250 722,20 265 765,53 300 866,64

Grafik 4.2 Nilai d (diameter shell) Vs Gaya deep drawing (Fz)

b. Menentukan diameter blank (D) material (lihat tabel).

2 2 2 1 6,3 ds r 4 d h d D= + ⋅ ⋅ + ⋅ ⋅ 40 265 4 45 100 3 , 6 1752 + ⋅ ⋅ + ⋅ ⋅ = D = 367.96 mm

Kemudian menghitung perbandingan drawing (m) Perbandingan drawing : D d m= D d m= S

0.6 368 220 = = m

c. Besarnya gaya pengendali blank ( FB )

P A

F_B = ⋅

Untuk bentuk silindris :

P d D F_B = ( − )⋅ 4 2 2 π = (D −d_S )⋅P 4 2 2 π dimana D = 368 mm ds = 220 mm P = tekanan bidang Mencari P (tekanan bidang)

B t d P = β − + ⋅σ 100 5 . 0 ) 1 ( 0025 . 0 2 Nilai m 1 = β 6 . 0 1 =

= 1,67

500 3 , 2 100 220 5 , 0 ) 1 67 . 1 ( 0025 . 0 2 ⋅ ⋅ ⋅ + − = P = 1,16 N/mm² 16 , 1 ) 220 368 ( 4 2 2− ⋅ = π B F = 79244 N = 79,25 kN

d. Jumlah gaya tekan total Ftot = FB + FZ

= 79,25 + 765,53 = 844,78 kN = 845 kN

Ketentuan dalam pertimbangan pemilihan kapasitas mesin press yaitu : bahwa gaya tekan yang dibutuhkan adalah 70% - 75% dari kapasitas tekanan mesin.

Gaya tekan yang dibutuhkan adalah 845 kN artinya bahwa : 845 kN = 70% dari kap.mesin 845 kN = 70% . kap ,mesin Kap. Mesin = % 70 845kN

= 1207,14 kN = 1000 8 , 9 1207140 ⋅ N

Karena specifikasi mesin yang ada adalah antara kapasitas 110 ton dan 150 ton, maka akan lebih aman bila menggunakan yang berkapasitas 150 ton.

e. Menentukan dimensi deep drawing punch dan deep drawing die Material jenis SPHC termasuk dalam kategori jenis steel plate

Gambar 4.4 Deep drawing die dan deep drawing punch Menurut Oehler

Clearance ( D) = t + 0.07 10t ( untuk steel plate) = 2,3 + 0.07 10⋅2,3

= 2,64 mm

Diameter drawing die (dDDie) = diameter shell (d) = 265 mm

Diameter drawing punch (dDPunch)

D = 2 DPunch DDie d d − 2,64 = 2 265−d_DPunch

dDPunch = 259,72 mm

Proses Blanking

a. Menentukan besar Gaya potong blanking (blanking force) / gaya

punch blanking

Gambar 4.5 Blanking punch dan blanking die

α

σ

⋅ ⋅ ⋅ = B bc K t F

Dimana K = keliling blank

D = diameter blank = 368 mm t = 2,3 mm

B = 500 N/mm² (table lampiran 3.) = 0,8 (koreksi factor antara 0.8 ~ 1) Untuk bentuk silindris :

α σ π⋅ ⋅ ⋅ ⋅ = B bc D t F = 3,14 . 368 . 2,3 . 500 . 0,8 = 1063078,4 N = 1063,08 kN

b. Besarnya gaya stripper / stripping force

Fs = Fbc . k

Dimana k = 0.1 (factor koreksi untuk blank holder (pengendali blank)) Fs = 1063,08 kN . 0,1 = 106,31 kN c. Jumlah gaya Ftot = Fs + Fbc = 106,31 + 1063,08 kN = 1169,39 kN = 1170 kN

Ketentuan dalam pertimbangan pemilihan kapasitas mesin press yaitu : bahwa gaya tekan yang dibutuhkan adalah 70% - 75% dari kapasitas tekanan mesin.

Gaya yang dibutuhkan adalah 1170 kN artinya bahwa : 1170 kN = 70% dari kap.mesin 1170 kN = 70% . kap ,mesin Kap. mesin = % 70 1170kN = 1671,4 kN = 1000 8 , 9 1671400 ⋅ N = 170 ton

Karena specifikasi mesin yang ada adalah antara kapasitas 150 ton dan 200 ton, maka akan lebih aman bila menggunakan yang berkapasitas 200 ton.

d. Menentukan dimensi blanking punch dan blanking die

Gambar 4.7 Blanking die dan blanking punch Berdasarkan table clearance untuk proses blanking.

Jenis material SPHC (material shell) termasuk dalam jenis material Mild steel.

Nilai Clearance ( B ) = antara 6 % – 10 % dari tebal material Nilai clearance yang digunakan = 6%

Jadi, B = 6% . t = 100 6 . 2,3 mm = 0,138 mm

Diameter blanking die ( dBDie ) = diameter blank = 368 mm Diameter blanking punch ( dBPunch )

Persamaan clearance adalah : B

=

2 BPunch BDie d d −

Dimana : dBDie = diameter die = diameter blank = 368 mm dBPunch = diameter blanking punch

B

= 2 BPunch BDie d d − 0,138 = 2 368−d_BPunch dBPunch = 367,73 mm

BAB V

PENUTUP

5.1. Kesimpulan

Dalam penulisan laporan tugas akhir ini setelah pembahasan pada bab-bab sebelumnya mengenai “Analisa Proses Deep Drawing Pembuatan Tabung Gas 3 Kg”, maka penulis dapat mengambil kesimpulan sebagai berikut:

1. Pada proses deep drawing bagian yang menjadi alas dari suatu shell tidak akan mengalami perubahan bentuk, sedangkan pada bagian yang menjadi dinding shell mengalami perubahan / deformasi.

2. Besarnya gaya tekan dan kapasitas mesin yang digunakan dalam proses deep drawing sangat dipengaruhi oleh tebal material dan juga dimensi /

ukuran shell.

3. Dimensi daripada drawing punch dan drawing die harus memiliki clearance / kelonggaran yang sesuai berdasarkan tebal tipisnya material

yang digunakan. Karena bila clearance antara keduanya tidak sesuai dapat mengakibatkan kerusakan pada produk (shell.). Dan juga dapat mengakibatkan bertambahnya gaya drawing.

5.2. Saran

Dari diskusi dan pembahasan proses deep drawing penulis mempunyai saran antara lain :

1. Dalam menganalisa proses deep drawing ini diharapkan penulisan yang akan datang dilengkapi dengan struktur atom / pergerakan susunan atom yang lebih detail atas perlakuan proses deep drawing. Dan juga diperlihatkan secara mendetail perubahan / deformasi pada material pelat setelah proses dilakukan.

2. Perhitungan-perhitungan perlu juga dilengkapi dengan rumus-rumus yang lain supaya lebih lengkap dan hasilnya akan lebih akurat.