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

Januari 2016

ii

iii

iv

v

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”

(Yunita Sari)

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.

Kata kunci : Simulasi, Cup Drawing, Wrinkling, Thinning

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 are used to follow the standards NumiSheet 2014 Benchmark 4 of wrinkling during cup drawing. There are five variations of blank holder force used in this simulation 37N, 57N, 77N, 97N and 117N and four variations of the coefficient of friction of 0.05, 0.15, 0.25, and 0.35. Plate material used is aluminum plate with a thickness of 0.32 mm and a zinc plate with a thickness of 0.30 mm.

Results analysis of simulation data either on an aluminum plate and zinc plate material is impaired wrinkling when there is an increase blank holder force and coefficient of friction. While thinning that occurs is inversely proportional to the results of wrinkling, thinning percentage even higher due to rising blank holder force and coefficient of friction. Analysis of test material failure with forming limit diagram shows that all the cups are in a safe condition and free from fracture.

Keywords: Simulation, Cup Drawing, Wrinkling, Thinning

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

yang telah memberikan arahan dan bimbingan selama menempuh

x

xi

DAFTAR ISI

Halaman Judul ........................................................................................ i

Pernyataan Keaslian Topik Tugas Akhir ................................................. ii

Halaman Persetujuan ............................................................................. iii

Halaman Pengesahan ............................................................................ iv

Lembar Soal Tugas Akhir ....................................................................... v

Lembar Motto .......................................................................................... vi

Abstraksi ................................................................................................. vii

Kata Pengantar ....................................................................................... ix

Daftar Isi .................................................................................................. xi

Daftar Gambar ........................................................................................ xiv

Daftar Tabel ............................................................................................ xvii

Daftar Lampiran ...................................................................................... xviii

BAB I PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang ........................................................................ 1

1.2. Tujuan Penelitian ..................................................................... 4

1.3. Manfaat Penelitian ................................................................... 4

1.4. Batasan Masalah ..................................................................... 4

xii

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

2.1. Tinjauan Pustaka ..................................................................... 6

2.2. Landasan Teori ........................................................................ 9

2.2.1. Pengertian Deep Drawing ................................................ 9

2.2.2. Tegangan ........................................................................ 10

2.2.3. Regangan ........................................................................ 11

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

3.2. Studi Pustaka ............................................................................ 41

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

LAMPIRAN .............................................................................................. 72

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

Gambar 2.8. Lingkaran Mohr untuk tes uji tarik sederhana ................... 19

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

Gambar 4.5. Grafik hubungan antara koefisien gesek dan Wrinkling pada

material plat seng ketebalan 0,30 mm dan plat aluminium

ketebalan 0,32 mm ........................................................... 52

Gambar 4.6. Distribusi wrinkling pada plat seng 0,30 mm dengan BHF

sebesar 37N dan koefisien gesek 0,15 ............................ 53

Gambar 4.7. Distribusi wrinkling pada plat aluminium 0,32 mm dengan

BHF sebesar 37N dan koefisien gesek 0,15 .................... 54

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

BHF sebesar 37N dan koefisien gesek 0,15 .................... 67

xvii

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1. Level parameter ................................................................... 8

Tabel 3.1. Dimensi alat untuk proses drawing (a) dalam milimeter dan (b)

dalam inchi ........................................................................... 42

xviii

DAFTAR LAMPIRAN

Lampiran 1. Benchmark 4 – Wrinkling During Cup Drawing

Lampiran 2. Proses Pembuatan Simulasi