i

STUDI PERILAKU WRINKLING DAN THINNING

PADA PROSES STAMPING

TOP OUTER HATCH BACK DENGAN MATERIAL

SCGA DAN SPCC

TESIS

Diajukan Kepada

Program Studi Teknik Mesin

Program Pascasarjana Universitas Muhammadiyah Surakarta

Untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Guna Memperoleh

Gelar Magister dalam Ilmu Teknik Mesin

Oleh

SRI WAHYANTI

NIM. U100170033

MAGISTER TEKNIK MESIN

SEKOLAH PASCASARJANA

UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA

2020

ii

NOTA PEMBIMBING I

Agus Dwi Anggono, S.T, M.Eng, PhD

Dosen Magister Teknik Mesin

Universitas Muhammadiyah Surakarta

Nota Dinas

Subjek : Tesis Saudara Sri Wahyanti, S.Pd

Kepada Yth.

Ketua Program Studi Magister Teknik Mesin

Universitas Muhammadiyah Surakarta

Assalamu’alaikum Wr.Wb.

Setelah membaca, meneliti, mengkaji, mengoreksi dan membuat koreksi yang

diperlukan untuk tesis saudara :

Nama : Sri Wahyanti

NIM : U100170033

Program Studi : Magister Teknik Mesin

Judul : Studi Perilaku Wrinkling Dan Thinning Pada Proses

Stamping Top Outer Hatch Back Dengan Material

SCGA Dan SPCC

Dengan ini kami menilai Tesis tersebut dapat disetujui untuk diajukan dalam

sidang ujian Tesis pada Program Studi Magister Teknik Mesin Sekolah

Pascasarjana Universitas Muhammadiyah Surakarta.

Wassalamu’alaikum Wr.Wb.

Surakarta, 20 April 2020

Pembimbing I

Agus Dwi Anggono, S.T, M.Eng, PhD

iii

NOTA PEMBIMBING II

Ir. Waluyo Adi Siswanto, M.Eng, PhD

Dosen Magister Teknik Mesin

Universitas Muhammadiyah Surakarta

Nota Dinas

Subjek : Tesis Saudara Sri Wahyanti, S.Pd

Kepada Yth.

Ketua Program Studi Magister Teknik Mesin

Universitas Muhammadiyah Surakarta

Assalamu’alaikum Wr.Wb.

Setelah membaca, meneliti, mengkaji, mengoreksi dan membuat koreksi yang

diperlukan untuk tesis saudara :

Nama : Sri Wahyanti

NIM : U100170033

Program Studi : Magister Teknik Mesin

Judul : Studi Perilaku Wrinkling Dan Thinning Pada Proses

Stamping Top Outer Hatch Back Dengan Material

SCGA Dan SPCC

Dengan ini kami menilai Tesis tersebut dapat disetujui untuk diajukan dalam

sidang ujian Tesis pada Program Studi Magister Teknik Mesin Sekolah

Pascasarjana Universitas Muhammadiyah Surakarta.

Wassalamu’alaikum Wr.Wb.

Surakarta, 20 April 2020

Pembimbing II

Ir. Waluyo Adi Siswanto, M.Eng, PhD

STUDI PERILAKU WRINKLING DAN THTNNING PADA PROSESSTAMPING TOP OUTER HATCH BACKDENGAN MATERIAL

SCGA DAN SPCC

TESIS

Pendamping

Oleh

SRI WAHYANTINIM : U 100 170 033

SUSUNAN PEMBIMBING

Ir. Agus Dwi Anogono, Ph.DNIDN : A6L7067602

Ir. Waluyo Adi Siswanto, M.Eng., Ph.DNIDN :0618105503

Telah dinyatakan memenuhi syarat untuk diujikan

Pada tanggal ..............

Studi Magister Teknik MesinFakultas Teknik

STUDI PERI1AKU WRINKLTNGDAN THTNNINGPADA PROSESSTAMPING TOP OTTTER HATCH BACKDENGAN MATERIAL

SCGA DAN SPCC

TESIS

Oleh

SRI WAHYANTINIM : U 100 170 033

SUSUNAN DEWAN PENGUJI

Ketua Penguji Ir. Agus Dwi Anogono. ph.DNIDN : 0617067602

PengujiI!!=watuVo nOiSiswan .oNIDN :0618106503

Anggota Joko Sedvono, M.Eng., ph.DNIDN : 0618047001

Telah dipertahankan di hadapan tim pengujidan telah memenuhisyarat kelulusanPada tanggal 30 April 2020

NIDN : 0014056201

Sri Wahyanti

NIM. 0100170033

Menyatakan dengan sebenarnya bahwa Tesis yang saya serahkan ini benar-benar hasil karya saya sendiri, kecuali kutipan-kutipan dan ringkasan-ringkasan yang telah saya jelaskan swnbemya. Apabila dikemudian hari terbukti Tesis ini jiplakan dan terdapat plagiasi, gelar yang diberikan oleh Universitas Muhammadiyah Surakarta batal saya terima.

Surakarta, 20 April 2020

Yang Membuat Pemyataan

Magister Teknik Mesin Studi Perilaku Wrinkling Dan Thinning Pada Proses Stamping Top Outer Hatch Back Dengan Material SCGA DanSPCC

Program Studi Judul

Yang bertanda tangan di bawah ini, saya : Nama SriWmyanti NIM U100170033

SURAT PERNYATAAN

vi

STUDI PERILAKU WRINKLING DAN THINNING

PADA PROSES STAMPING

TOP OUTER HATCH BACK DENGAN MATERIAL SCGA DAN SPCC

Sri Wahyanti, Agus Dwi Anggono, dan Waluyo Adi Siswanto*

Magister Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Muhammadiyah

Surakarta

Jl. A. Pabelan, Kartasura Surakarta

sriwahyanti1984@gmail.com*

Abstrak

Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui perubahan perilaku wrinkling dan

perilaku thinning pada proses stamping top outer hatch back. Stamping merupakan

proses sheet metal forming dengan menggunakan punch (penekan) kedalam die

(cetakan) yang banyak digunakan dalam industri otomotif maupun industri rumah

tangga, dalam proses stamping sering terjadi kecacatan seperti wrinkling (kerutan),

thinning (penipisan), craking (sobek) dan springback (kembalinya plat ke posisi

semula). Penelitian dilakukan dengan menggunakan 2 jenis material yaitu SCGA

(steel cold rolled galvanized anealed) dan SPCC (steel plate cold rolled coilled )

dengan ketebalan 0.80 mm, serta memvariasikan nilai koefisien gesek sebesar 0.00,

0.05, 0.10 dan 0.15 pada masing-masing material. Analisis yang dilakukan dengan

metode simulasi pembentukan stamping dengan menggunakan Software

AutoForm, top outer hatch back mobil sebagai obyek penelitian. Grafik FLD

(Forming Limit diagram) memberikan informasi perubahan material serta besarnya

area aman dan tidak aman pada blank. Hasil dari penelitian menunjukkan pada step

kelima, bagian yang mengalami nilai major-minor strain, major-minor stress,

thinning dan wrinkling yang tinggi mengalami penurunan pada step keenam

disebabkan karena bagian tersebut tidak dipakai, terbuang pada proses trimming,

sehingga area aman dari kedua material semakin meningkat. Area aman pada

SCGA meningkat dari 9.52 % menjadi 18.19 dan area aman SPCC meningkat dari

8.63 % menjadi 16.31 %. Besarnya nilai koefisien gesek berpengaruh pada cacat

thinning dan wrinkling, semakin besar nilai koefisien gesek meningkatkan nilai

thinning dan nilai wrinkling. Berdasarkan analisis grafik FLD Non Linier kedua

material masih dalam kondisi aman.

Kata kunci : Deep Drawing, Thinning, Wrinkling, AutoForm

1. Mahasiswa Magister Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Surakarta

2. Dosesn Magister Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Surakarta

3. Dosesn Magister Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Surakarta

vii

KATA PENGANTAR

Puji syukur kepada Tuhan yang Maha Esa penulis ucapkan karena telah dapat

menyelesaikan naskah tesis yang berjudul “Studi Perilaku Wrinkling Dan Thinning

Pada Proses Stamping Top Outer Hatch Back Dengan Material SCGA Dan SPCC”

sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Magister Teknik di Program

Studi Magister Teknik Mesin Sekolah Pascasarjana Universitas Muhammadiyah

Surakarta.

Pada kesempatan ini penulis juga mengucapkan terima kasih yang sebesar-

besarnya kepada :

1. Prof. Dr. Sofyan Anif, selaku Rektor Universitas Muhammmadiyah Surakarta.

2. Prof. Dr. Bambang Sumardjoko, selaku Direktur Pascasarjana.

3. Agus Dwi Anggono, S.T, M.Eng, PhD., selaku pembimbing pertama yang telah

banyak membantu dalam penulisan tesis ini dan juga Kaprodi Magister Teknik

Mesin Universitas Muhammadiyah Surakarta

4. Ir. Waluyo Adi Siswanto, M.Eng, PhD., selaku Pembimbing kedua yang telah

memberikan bimbingan dan motivasi sampai selesainya tesis ini.

5. Pimpinan Perpustakaan yang telah memberikan fasilitas dalam studi

kepustakaan.

6. Dosen-Dosen Program Studi Magister Teknik Mesin Sekolah Pascasarjana

Universitas Muhammadiyah Surakarta yang telah memberikan bekal ilmu

pengetahuan.

7. Segenap Staf Administrasi Sekolah Pascasarjana Universitas muhammadiyah

Surakarta yang telah membantu kelancaran hingga selesainya tesis ini.

ix

DAFTAR ISI

STUDI PERILAKU WRINKLING DAN THINNING PADA PROSES

STAMPING .............................................................................................................. i

NOTA PEMBIMBING I ......................................................................................... ii

NOTA PEMBIMBING II ...................................................................................... iii

SURAT PERNYATAAN........................................................................................ v

Abstrak ................................................................................................................... vi

KATA PENGANTAR .......................................................................................... vii

DAFTAR ISI .......................................................................................................... ix

DAFTAR TABEL .................................................................................................. xi

DAFTAR GAMBAR ............................................................................................ xii

BAB I PENDAHULUAN ....................................................................................... 1

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

2.1 Tujuan Penelitian ...................................................................................... 3

3.1 Manfaat Penelitian .................................................................................... 4

BAB II LANDASAN TEORI ................................................................................. 5

2.1 Tinjauan Pustaka ...................................................................................... 5

2.2 Kerangka Teori ......................................................................................... 9

2.2.1 Desain Die ..................................................................................... 9

2.2.2 Deep Drawing Dies ..................................................................... 14

2.2.3 Deep Drawing .............................................................................. 21

2.2.4 Proses deep drawing ................................................................... 22

2.2.5 Kekuatan Bahan .......................................................................... 24

2.2.6 Tegangan (stress) ........................................................................ 25

2.2.7 Regangan(strain) ......................................................................... 27

2.2.8 Poison ratio .................................................................................. 35

2.2.9 Elastisitas Anisotropik (anisotropic elasticity) ........................... 36

2.2.10 Keseimbangan Gaya dan Momen ................................................ 37

2.2.11 Boundary Condition .................................................................... 38

2.2.12 Hardening curve .......................................................................... 40

2.2.13 Kriteria luluh (Yield Criteria) Anisotropi ................................... 43

x

2.2.14 Kriteria Luluh Anisotropik Hill ................................................... 44

2.2.15 Forming Limit Diagram .............................................................. 46

2.2.16 Kriteria kegagalan pada sheet metal stamping ............................ 50

BAB III METODOLOGI PENELITIAN DAN PROSES SIMULASI ................ 62

3.1 Lokasi dan Alat penelitian ...................................................................... 62

3.2 Diagram Alir Penelitian ......................................................................... 63

3.3 Studi Literatur ......................................................................................... 64

3.4 Studi kasus .............................................................................................. 64

3.5 Validasi software .................................................................................... 65

3.6 Material .................................................................................................. 66

3.7 Desain Top Outer Hatch Back Menggunakan Software Catia V5 ......... 67

3.8 Simulasi pembentukan menggunakan software AUTOFORM R7 ........ 68

3.9 Analisis Hasil ......................................................................................... 69

3.10 Hasil dan kesimpulan ............................................................................. 69

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN .............................................................. 70

4.1 Analisis Forming Limit Diagram ........................................................... 70

4.2 Forming Limit Diagram Non Linier ....................................................... 79

4.3 Analisis Pada Perubahan Jarak Punch dan Dies..................................... 80

4.3.1 Analisis minor strain ................................................................... 80

4.3.2 Analisis major strain .................................................................... 81

4.4 Analisis Minor dan Major Stress ............................................................ 82

4.4.1 Analisa Minor Stress ................................................................... 82

4.4.2 Analisa Major Stress ................................................................... 83

4.5 Analisis Thinning ................................................................................... 84

4.6 Analisa Wrinkling ................................................................................. 85

4.7 Hubungan koefisien Gesek dengan Wrinkling ....................................... 86

4.8 Hubungan koefisien gesek dengan Thinning dan Thickness .................. 88

4.9 Skoring Material SCGA dan Material SPCC ......................................... 89

BAB V ................................................................................................................... 91

PENUTUP ............................................................................................................. 91

5.1 Kesimpulan ............................................................................................. 91

5.2 Saran ....................................................................................................... 91

DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................... 93

xi

DAFTAR TABEL

Tabel 2. 1 Nilai Koefisien k untuk bahan yang berbeda ....................................... 19

Tabel 2. 2 Toleransi kerja untuk draw ring dan punch. ........................................ 20

Tabel 3. 1 Sifat mekanis SCGA dan SPCC .......................................................... 67

Tabel 3. 2 Pembagian step distance to bottom ...................................................... 69

Tabel 4. 1 Tabel perubahan material SCGA dan SPCC........................................ 78

Tabel 4. 2 Tabel skoring material SCGA dan material SPCC .............................. 89

xii

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2. 1 Desain die .................................................................................................... 10

Gambar 2. 2 Ilustrasi skematis klasifikasi Die menurut metode panduan set Die atas dan

bawah ......................................................................................................... 12

Gambar 2. 3 Die dengan Guide Plat ................................................................................. 13

Gambar 2. 4 Die dengan guide post dan guide post bushing. ........................................... 14

Gambar 2. 5 Die untuk operasi menggambar pertama ...................................................... 15

Gambar 2. 6 Tipe Die digunakan untuk menggambar selanjutnya dengan ...................... 16

Gambar 2. 7. Drawing dengan Conocal profile ................................................................ 17

Gambar 2. 8 Die dengan profil draw ring tersusun a) draw ring padat ............................. 18

Gambar 2. 9 Proses deep drawing ..................................................................................... 22

Gambar 2. 10 Komponen stress ........................................................................................ 26

Gambar 2. 11 Sembilan komponen stres bekerja pada sebuah dalam elemen terbatas..... 26

Gambar 2. 12 Deformasi, terjemahan, dan rotasi sebaris dalam suatu bahan ................... 28

Gambar 2. 13 Regangan normal pada elemen batang ....................................................... 28

Gambar 2. 14 Penampang spesimen uji tarik .................................................................... 29

Gambar 2. 15 (a) kurva engineering stress (b) Bagian awal diagram di atas .................... 31

Gambar 2. 16 Kurva tegangan-regangan yang sebenarnya dihitung dari ......................... 33

Gambar 2. 17 True stres-strain dari diagram di atas diplot dalam diagram logaritmik .... 34

Gambar 2. 18 Gaya yang bekerja pada luka melalui tabung di bawah tekanan ................ 38

Gambar 2. 19 Groove plate materi di luar alur mempengaruhi bahan di dalam alur. ....... 39

Gambar 2. 20 Strain kontraksi lateral spesimen tarik lembaran tembaga sebagai fungsi

jarakdari bahu. Ketegangan diukur ketika perpanjangan 27,6%................ 39

Gambar 2. 21 Dalam membengkokkan lembaran, regangan bidang (ε= 0) berlaku kecuali

dalam jarak yang sama dengan ketebalandari tepi di mana σy= 0.y .......... 40

Gambar 2. 22 Contoh kurva pengerasan tergantung ketebalan. Kurva biru milik ketebalan

kosong yang digunakan dalam simulasi. ................................................... 43

Gambar 2. 23 Skematis dari permukaan hasil cembung (kiri) dan hasil non-cembung

permukaan (kanan) dalam ruang tegangan 2 dimensi. ............................... 44

Gambar 2. 24 Hasil permukaan sesuai dengan model Hill menekankan pada arah putaran

dan tegak lurus sehubungan dengan arah putaran ...................................... 45

Gambar 2. 25 Permukaan luluh untuk model Hill menggunakan faktor stres biaksial ..... 46

Gambar 2. 26 Grafik Forming Limited Diagram .............................................................. 47

Gambar 2. 27 FLD Linear engineering strain dengan highlighted bagian strain .............. 48

Gambar 2. 28 FLD Linear true strain dengan highlighted bagian strain .......................... 49

Gambar 2. 29 FLD Non Linier Efek serupa dapat diamati untuk berbagai regangan pra-

deformasi ................................................................................................... 50

Gambar 2. 30 Wrinkle selama proses pembentukan ......................................................... 51

Gambar 2. 31 1,5 mm ke bawah: Kerutan geometris dan Kerutan variabel hasil baru ..... 52

Gambar 2. 32 Stroke bawah: Kerutan geometris dan Kerutan variabel hasil baru ........... 52

Gambar 2. 33 FLD dengan wrinkling area ....................................................................... 53

Gambar 2. 34 Grafik BHF Dan Punch Stroke .................................................................. 55

xiii

Gambar 2. 35 Definisi maksimum shear stress ................................................................. 59

Gambar 2. 36 Kurva fraktur untuk nilai yang berbeda dari parameter Max Shear Strain 60

Gambar 2. 37 Diagram regangan kritis lengkap untuk analisis Edge Cracks. .................. 61

Gambar 2. 38 Kurva edge Cracks failure dalam bentuk kerja plastik maksimum

tergantung pada parameter path strain α .................................................... 61

Gambar 3 1 Diagram alir penelitian .................................................................................. 63

Gambar 3 2 Hasil Stamping Outer Hatch Back Atas yang sudah dipotong dengan plasma

cutting ........................................................................................................ 65

Gambar 3 3 FLD eksperimental dari lembaran baja DP-780 dengan uji tarik (a) dan uji

Nakajima (b) .............................................................................................. 66

Gambar 3. 4 (a) Upper dies . (b) Lower dies dalam igs pada software catia-V5 .............. 68

Gambar 3. 5 Desain dies pada Autofom R7 ...................................................................... 68

Gambar 4. 1 Forming Limit Diagram step 1 ..................................................................... 70

Gambar 4. 2 Forming Limit Diagram step 2 ..................................................................... 71

Gambar 4. 3 Forming limit diagram step ke 3 .................................................................. 72

Gambar 4. 4 Forming limit diagram step ke 4 .................................................................. 72

Gambar 4. 5 Forming limit diagram (a) sebelum trimming dan (b) sesudah trimming .... 73

Gambar 4. 6 (a) Komponen sebelum trimming dan (b ) Kondisi sesudah proses trimming

................................................................................................................... 73

Gambar 4. 7 Forming Limit Diagram step 1 ..................................................................... 74

Gambar 4. 8 Forming Limit Diagram step 2 ..................................................................... 75

Gambar 4. 9 Forming limit diagram step ke 3 .................................................................. 75

Gambar 4. 10 Forming limit diagram step ke 4 ................................................................ 76

Gambar 4. 11 Forming limit diagram (a) sebelum trimming dan (b) sesudah trimming .. 77

Gambar 4. 12 (a) Komponen sebelum trimming dan (b ) Kondisi sesudah proses trimming

................................................................................................................... 78

Gambar 4. 13 Forming Limit Diagram Non Linier Distance to Bottom 0.0 mm (trimming)

................................................................................................................... 79

Gambar 4. 14 Minor strain pada perubahan punch dan dies pada material SCGA dan

SPCC .......................................................................................................... 80

Gambar 4. 15 Major strain pada perubahan punch dan dies pada material SCGA dan

SPCC .......................................................................................................... 82

Gambar 4. 16 Minor Stress pada perubahan jarak punch dan dies pada material SCGA

dan SPCC ................................................................................................... 83

Gambar 4. 17 Major Stress pada perubahan jarak punch dan dies pada material SCGA

dan SPCC ................................................................................................... 84

Gambar 4. 18 Thinning pada perubahan punch dan dies pada material SCGA dan SPCC

................................................................................................................... 85

Gambar 4. 19 Wringkling pada perubahan punch dan dies pada material SCGA dan

SPCC .......................................................................................................... 86

Gambar 4. 20 Analisis wrinkling (a) SCGA dan (b) SPCC setelah proses trimming ....... 87

Gambar 4. 21 Hubungan antara koefisien gesek dengan wrinkling .................................. 87

Gambar 4. 22 Hubungan antara koefisien gesek dengan Thinning (a) SCGA dan (b)

SPCC .......................................................................................................... 88

Gambar 4. 23 Hubungan antara koefisien gesek dengan Thinning dan thickness ............ 88