TUGAS AKHIR Study Pengaruh Sifat Plastisitas Material Terhadap Kualitas Produk Deep Drawing Cylinder Cup
Diajukan Guna Memenuhi Salah Satu Syarat Untuk Mencapai Derajat Sarjana Strata Satu (S-1) Pada Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta
Diajukan oleh : IRFAN BURHANI NIM : D. 200 010 133
JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA 2007
HALAMAN PERSETUJUAN
Tugas Akhir ini telah disetujui oleh pembimbing Tugas Akhir untuk dipertahankan di depan Dewan Penguji sebagai syarat untuk memperoleh gelar sarjana S-1 Teknik Mesin di Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta, Nama
:
IRFAN BURHANI
NIM
:
D 200 010 133
Judul TA
:
Study Pengaruh Sifat Plastisitas Material Terhadap Kualitas Produk Deep Drawing Cylinder Cup.
Pada, Hari
:
…………..…………..
Tanggal
:
…………..…………..
Pembimbing Utama
Pembimbing Pendamping
Ir. H. Waluyo Adi Siswanto, M.Eng, PhD
Tri Widodo Besar Riyadi, ST, MSc
ii
HALAMAN PENGESAHAN
Tugas Akhir ini telah diterima dan disahkan oleh Dewan Penguji Tugas Akhir sebagai syarat untuk memperoleh gelar sarjana S-1 Teknik Mesin di Jurusan Mesin Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta. Nama
:
IRFAN BURHANI
NIM
:
D 200 010 133
Judul TA
:
Study Pengaruh Sifat Plastisitas Material Terhadap Kualitas Produk Deep Drawing Cylinder Cup
Pada hari
:
……………..
Tanggal
:
…………….. Dewan Penguji:
Ketua
Sekretaris
Ir. H. Waluyo Adi Siswanto, M.Eng, PhD . . Anggota
Tri Widodo Besar Riyadi, ST, MSc.
Bambang WF, ST, MT. Mengetahui : Ketua Jurusan Teknik Mesin
Dekan Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta
Ir. H. Sri Widodo, MT.
Marwan Effendy, ST, MT.
iii
MOTTO
Tuntutlah ilmu, tapi jangan melupakan ibadah dan kerjakan ibadah, tapi jangan sampai melupakan ilmu.( Hasan Al.Bashri )
Jenius adalah 1 % inspirasi dan keringat 99 %, tidak ada yang dapat menggantikan kerja keras. Keberuntungan adalah sesuatu yang terjadi ketika kesempatan bertemu dengan kesiapan. ( Thomas A. Edison )
Ketika satu pintu tertutup, pintu lain terbuka, namun terkadang kita melihat dan menyesali pintu tertutup tersebut terlalu lama hingga kita tidak melihat pintu lain yang telah terbuka. ( Alexander Graham Bell )
Suatu kehidupan yang penuh kesalahan tak hanya lebih berharga namun juga lebih berguna dibandingkan hidup tanpa melakukan apapun. ( George Bernard Shaw )
Hidup adalah perjuangan mencari aku ( Sabda )
Tidak ada satupun makhluk yang sempurna diatas bumi yang fana ini (penulis)
v
KATA PENGANTAR
Assalamu’alaikum w.w. Puji syukur Alhamdulillah penulis panjatkan kehadirat Allah SWT yang telah memberikan kekuatan iman, islam, ketabahan hati, keikhlasan hati, ijin dan ridho-Nya sehingga karya sederhana ini dapat selesai. Tak lupa sholawat dan salam selalu tercurahkan kepada tauladan kita Rasulullah SAW, yang telah membawa dan menyampaikan ajaran kebenaran kepada kita. Akhirnya penulis dapat menyajikan laporan Tugas Akhir ini. Tulisan ini dibuat sebagai syarat untuk memperoleh gelar S1 Teknik Mesin UMS. Banyak pihak telah membantu penulis dalam menyiapkan dan menyelesaikan laporan ini. Tanpa bantuan dari beberapa fihak , penulis merasa tidak akan mungkin menyelesaikan study ini dengan baik. Untuk itu pada kesempatan ini, penulis ingin menyampaikan ucapan terima kasih kepada fihakfihak yang telah membantu penulis tersebut. Pertama, kepada Bapak Dekan Fakultas Teknik, Universitas Muhammadiyah Surakarta (FT UMS), penulis menghaturkan ucapan terima kasih atas bantuan dan dorongannya sehingga penulis mampu menyelesaikan tugas akademik ini dengan baik. Demikian juga kepada Ketua Jurusan Mesin, FT UMS, yang bukan hanya telah memberikan bantuan dan dorongan, tetapi juga memberikan kelengkapan administratif kepada kami dalam melakukan tugas ini. Khusus kepada Dosen Pembimbing Bapak Ir. H. Waluyo Adi Siswanto, M.Eng, PhD dan Bapak Tri Widodo Besar Riyadi, ST, MSc. penulis menyampaikan rasa
vi
terima kasih dan penghargaan atas ketekunan dan kesabarannya dalam memberikan pengarahan akademik dan dorongan moril kepada penulis sehingga hasil laporan ini menjadi begitu sempurna, thank you very much. Para staff dan pengajar jurusan Teknik Mesin UMS terima kasih atas Bimbingannya. Teman-teman FT UMS Jurusan Mesin, khususnya angkatan tahun 2001 yang tidak bisa penulis sebut satu persatu telah membantu penulis dalam melakukan tugas-tugas akademik, expecialy kepada Irawan Lamis. Teman dari Jurusan Arsitektur, Undi adi WEW, juga telah membantu penulis. Teman seperjuangan TA bolak-balik semarang-solo kandas ditengah jalan: yusuf and Edi jasmani. Mereka selalu memberikan perspektif tertentu
dan selalu memberi
semangat dengan penuh pengertian kepada kami. I extremely appreciate your help, your assisstence, your understanding and friendship. I am convinced you all will be successful in the future, because I know very well, you all are hardworking, smart, dan so nice. Teman-teman di kos-an; Bim2, Bem2, Bagus, PakGede, dan Rudi juga banyak membantu, penulis menghaturkan kepada kawan-kawan di kos yang sama-sama datang dari jauh guna melakukan tugas akademik di Surakarta. Akhirnya, di atas itu semua, penulis dengan setulus-tulusnya menghaturkan terima kasih, penghargaan dan penghormatan setinggi-tingginya kepada Bapa dan Mama, sebagai orang tua, penasihat, teman, dan inspirator yang amat berarti bagi penulis. Kepada adikku , Sani Haris Afandi (Aja dolan bae, sing Manut Karo Bapa-Mama). Dan temenku yang sekarang dikota hujan, makasih pemikiran baru kamu. For my love, my honey(My LoPpE) saya tidak tahu harus
vii
bagaimana mengucapkanya, pengertian, perhatian, semuanya yang iwi lakukan untuk mas, mas sangat menghargai dan berterima kasih, semoga kita diridhoi Allah SWT. Last but not least, kami memanjatkan syukur kepada Allah SWT atas segala kekuatan, perlindungan serta ‘inayah dan petunjukNya yang kami rasakan selama masa-masa menjalani tugas di UMS. Kepada Allah SWT kita berserah diri.
Wassalamu’alaikum wr.wb.
Surakarta, 24 Oktober 2007
Penulis
viii
DAFTAR ISI
Halaman HALAMAN JUDUL ..........................................................................................
i
HALAMAN PERSETUJUAN ..........................................................................
ii
HALAMAN PENGESAHAN ............................................................................ iii HALAMAN SOAL TUGAS AKHIR ............................................................... iv HALAMAN MOTTO ........................................................................................
v
KATA PENGANTAR ....................................................................................... vi DAFTAR ISI ...................................................................................................... ix DAFTAR GAMBAR ......................................................................................... xii DAFTAR TABEL ............................................................................................. xv ABSTRAKSI ...................................................................................................... xvi
BAB I
PENDAHULUAN ..............................................................................
1
1.1. Latar Belakang Masalah .................................................................
1
1.2. Perumusan Masalah ................................................. .....................
2
1.3. Pembatasan Masalah .....................................................................
2
1.4. Tujuan Penelitian ............................................................................
3
1.5. Manfaat Penelitian ..........................................................................
3
1.6. Metodologi Penelitian .....................................................................
4
1.7. Sistematika Penulisan .....................................................................
5
ix
BAB II TINJAUAN PUSTAKA .....................................................................
7
2.1 Penelitian forming defect.................................................................
7
2.2. Dasar Teori......................................................................................
9
2.2.1 Sheet Metal forming ............................................................
9
2.2.2 Teori elastisitas dan plastisitas plat .................................... 10 2.2.3 Prinsip Tegangan dan Regangan pada kondisi plastis ........ 17 2.2.4 Plastisitas Pada Logam Lunak............................................ 18 2.2.5 Definisi Plastisitas di Abaqus ............................................. 21 2.2.6 Deep Drawing ..................................................................... 26 2.2.7 Metode Elemen Hingga....................................................... 32 2.2.8 Program Analisis Simulasi ABAQUS 6.6.3......................... 36 BAB III DESAIN DIES ................................................................................... 38 3.1. Pengertian Dies ............................................................................ 38 3.2. Jenis-jenis Dies ........................................................................... 39 3.3. Proses Pembuatan Dies ............................................................... 40 3.4. Proses-Proses Kerja Dies .............................................................. 43 3.5. Langkah –langkah Desain Dies..................................................... 46 3.6. Bagian-bagian Dies ....................................................................... 52 3.7. Model Deep Drawing.................................................................... 53 BAB IV METODOLOGI PENELITIAN ....................................................... 57 4.1 Formability of Sheet Metal ......................................................... 57 4.2 Proses Numerical Simulation ........................................................ 58
x
4.3 Langkah-langkah Analisis Menggunakan ABAQUS 6.6.3 dan MSC.PATRAN 2006 ...................................................................... 60 4.2.1 Langkah langkah Pemodelan dengan MSC.PATRAN ......... 60 4.2.2 Analisis Dengan ABAQUS 6.6.3 ......................................... 68 BAB V
HASIL ANALISIS SIMULASI KOMPONEN PRODUK DEEP DRAWING ......................................................................................... 72 5.1. Simulasi Proses Deep drawing Cylinder Cup Dengan ABAQUS 6.6-3 .............................................................................................. 72 5.2. Hasil analisis simulasi dengan ABAQUS 6.6-3 ............................ 72
BAB VI
PENUTUP ......................................................................................... 78 6.1. Kesimpulan ................................................................................. 78 6.2. Saran-saran ................................................................................... 79
DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN
xi
DAFTAR GAMBAR Halaman Gambar 1.1.
Flow Chart Penelitian ...................................................................
4
Gambar 2.1.
Kurva Tegangan Regangan .......................................................
15
Gambar 2.2.
Garis Modulus .............................................................................
16
Gambar 2.3.
Prinsip Regangan Suatu Elemen .................................................
17
Gambar 2.4.
Kurva Tegangan Regangan Logam Linier Elastis ......................
18
Gambar 2.5.
Kurva Nominal Stress Strain Pada Uji Tarik ..............................
19
Gambar 2.6.
Komposisi Ulang Total Strain Menjadi Elastik-Plastikr ............
24
Gambar 2.7.
Grafik Hubungan nominal Sterss-Straini....................................
25
Gambar 2.8.
Konsep Deep Drawing................................................................
26
Gambar 2.9.
Pembentukan Cylinder Cup ........................................................
28
Gambar 2.10. Strat Redrawing Cup. .................................................................
28
Gambar 2.11. Hubungan Ukuran Blank dengan Prosentase Reduksi ...............
29
Gambar 2.12. Tahap Proses Deep Drawing Cylinder Cup ..............................
31
Gambar 2.13 Penekanan Blank Holder Pada Proses Deep Drawing ...............
31
Gambar 2.14 Diagram Alir Penyelesaian Metode Elemen Hingga .................
34
Gambar 2.15. Elemen Satu Dimensi ................................................................
35
Gambar 2.16. Elemen Dua Dimensi ..................................................................
35
Gambar 2.17. Elemen Tiga Dimensi ................................................................
36
Gambar 3.1.
Open Die Set .............................................................................
39
Gambar 3.2.
Pilar Die Set ..............................................................................
40
Gambar 3.3
Double Type Die Draw .............................................................
44
xii
Gambar 3.4.
Single Type Die Draw .................................................................
45
Gambar 3.5.
Proses Trim ...............................................................................
45
Gambar 3.6.
Proses Flnge ..............................................................................
46
Gambar 3.7.
Gaya Tekan Pada Proses Deep drawing ....................................
50
Gambar 3.8.
Bagian-bagian Die.......................................................................
52
Gambar 3.9.
Grafik tegangan-regangan material dengan sifat elastis-plastis hardening ....................................................................................
56
Gambar 3.10. Grafik tegangan-regangan material dengan sifat elastisperfectly plastis ...........................................................................
56
Gambar 4.1.
Geometri Blank dengan Elemen Segitiga .................................
61
Gambar 4.2.
Geometri Die dengan Elemen Segitiga ....................................
63
Gambar 4.3.
Desain Punch dengan Elemen Rigid Quad ...............................
64
Gambar 4.4.
Desain Blank Holder dengan Elemen Rigid Quad ...................
64
Gambar 4.5.
Desain model Deep Drawing ....................................................
65
Gambar 4.6.
Input File dari PATARAN ..........................................................
66
Gambar 4.7.
Perintah ABAQUS Untuk menjalankan analisis ........................
66
Gambar 4.8.
File-file Yang Dihasilkan dari Analisa ....................................
66
Gambar 4.9.
File .sta Yang Menginformasikan Analisa Komplit ................
67
Gambar 4.10. Posisi Awal Simulasi ................................................................
68
Gambar 4.11. Posisi Akhir Step 1 ....................................................................
68
Gambar 4.12. Posisi Akhir Step 3 ...................................................................
68
Gambar 4.13. Benda Kerja Yang Dihasilkan Dari Proses Deep drawing .......
69
Gambar 5.1.
70
Hasil Produk Dengan Sifat Elastic_Plastik Hardening ...........
xiii
Gambar 5.2.
Hasil Produk Dengan Sifat Elastic_Perfectly Plastic ...............
71
Gambar 5.3.
Hasil Produk Elemen S3r Dengan Sifat Elastic_Perfectly Plastic 71
Gambar 5.4.
Daerah-Daerah Yang Akan Dianalisa Elastic_Perfectly Plastic
72
Gambar 5.5. Grafik Perubahan Ketebalan Terhadap Waktu Setiap Elemen Pada Daerah (A)......................................................................... Gambar 5.6.
Grafik Hubungan Ketebalan Rata-Rata Terhadap Waktu, Setiap Elemen Pada Daerah (A)..................................................
Gambar 5.7.
73
Grafik Hubungan Ketebalan Rata-Rata Terhadap Waktu, Setiap Elemen Pada Daerah (B)..................................................
Gambar 5.9.
73
Grafik Hubungan Ketebalan-Waktu, Setiap Elemen Pada Daerah (B)...................................................................................
Gambar 5.8.
72
74
Grafik hubungan ketebalan-waktu, setiap elemen pada daerah (C) 74
Gambar 5.10 Grafik Hubungan Ketebalan Rata-Rata Terhadap Waktu, Setiap Elemen Pada Daerah (C)..................................................
74
Gambar 5.11 Grafik Hubungan Tegangan-Regangan.......................................
75
xiv
DAFTAR TABEL Tabel 2.1.
Konversi Nominal Stress-strain Menjadi True Stress-Strain....
25
Tabel 3.1.
Radius Sudut Punch dan Die ....................................................
47
Tabel 3.2.
Clearence Punch dan Die Berdasar Tebal Plat ........................
49
Tabel 3.3.
Kecepatan Pengepresan ............................................................
52
xv
STUDY PENGARUH SIFAT PLASTISITAS MATERIAL TERHADAP KUALITAS PRODUK DEEP DRAWING CYLINDER CUP Irfan Burhani, Waluyo Adi Siswanto, Tri Widodo Besar Riyadi. Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta Jln. A. Yani Tromol Pos I Pabelan, Kartasura ABSTRAKSI Banyak terjadinya cacat pada produk yang dikerjakan dengan proses deep drawing diakibatkan oleh oleh adanya beberapa faktor, diantaranya adalah mesin, manusia (human error), material dan dies. Sobek/pecah (fracture) dan kerut (wrinkling) merupakan dua bentuk cacat yang sering terjadi pada komponen produk deep drawing. Penelitian sebelumnya telah membuktikan bahwa kedua cacat ini disebabkan oleh besarnya variasi gaya pada blank holder salah satu komponen dies dan peilihan material. Penelitian ini akan menganalisis pengaruh dari pada sifat plastis material terhadap kualitas produk deep drawing. Penyelesaian kasus cacat material pada produk hasil deep drawing dikerjakan dengan Finite Element Methode (FEM) melalui program ABAQUS 6.6-3. Ketentuan model pada program ini adalah blank menggunakan elemen S3R dan STRI3, material yang dipakai adalah steel dengan ketebalan 0.7 mm dan diameter 200 mm. Diameter punch 50 mm dan kedalaman proses pembentukan 40 mm, dan kecepatan punch1000mm/s sedangkan gaya pada blank holder adalah 1000N. Bagian yang dianalisis adalah bagian yang mempunyai kemungkinan besar untuk mengalami perubahan ketebalan, hal ini sesuai dengan prinsip terjadinya cacat yaitu cacat pecah yang diakibatkan karena penipisan material yang drastis sedangkan wringkling dikarena penebalan material. Dari hasil analisis simulasi dengan program ABAQUS 6.6-3 diketahui bahwa bagian yang bersentuhan dengan die dan punch mengalami penipisan paling besar dengan tebal material dari semuala 0,7 mm menjadi 0.14092 mm. Pada bagian yang bersentuhan dengan blank holder dan die mengalami penebalan hingga 0,704382 mm. Kata kunci: Deep Drawing, FEM, ABAQUS 6.6-3
xvi
