PENGARUH SIFAT PLASTISITAS MATERIAL TERHADAP KUALITAS PRODUK HASIL PROSES DEEP DRAWING
BAB I
PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
Produk plat tipis (sheet metal) hasil proses deep drawing telah banyak digunakan
di industri manufaktur kendaraan, peralatan rumah tangga, produk infrastruktur
bangunan, komponen pesawat terbang, kaleng kemasan produk makanan dan
minuman dan beberapa produk sehari-hari lainnya. Hal yang membuat sheet metal
banyak digunakan adalah karena mempunyai modulus elastisitas dan kekuatan tarik
yang tinggi sehingga menghasilkan sifat produk yang kaku dan kuat tetapi ringan.
Untuk menghasilkan kualitas produk deep drawing yang sempurna maka sangat
tergantung dari penentuan yang optimum terhadap parameter-parameter kerja yang
terlibat dalam proses deep drawing yang akan menentukan terjadinya proses
deformasi yang mengubah bentuk material menjadi produk yang diinginkan. Proses
deformasi sendiri sangat tergantung dari sifat elastis platis material.
Kesulitan yang dialami pada proses deep drawing antara lain karena perbedaan
sifat elastis plastis setiap material sehingga akan menyulitkan dalam memprediksi
hasil produknya. Dengan demikian, karakterisasi sifat material merupakan tugas yang
sangat
krusial
yang harus dilakukan dalam mendesain,
mengontrol, dan
mengoptimisasi produksi komponen deep drawing.
1.2. Perumusan Masalah
Pada proses deep drawing, kualitas produk sangat dipengaruhi oleh sifat material
yang dibentuk melalui dies. Aliran material yang longgar dapat menimbulkan cacat
kerut (wrinkling) sedangkan aliran material yang sempit dapat menimbulkan cacat
pecah (fracture). Perumusan masalah pada penelitian ini adalah bagaimana pengaruh
sifat plastisitas material terhadap kualitas produk hasil proses deep drawing, atau
kemungkinan terjadinya cacat (wrinkling dan fracture) yang mungkin terjadi.
1
DAFTAR PUSTAKA
NUMISHEET, in: Proceedings of the 3rd International Conference and Workshop on
Numerical Simulation of 3D Sheet Forming Processes, J.K. Lee, G.L. Kinzel,
R.H. Wagoner (Eds.), 1996.
NUMISHEET, in: Proceedings of the 4th International Conference and Workshop on
Numerical Simulation of 3D Sheet Forming Processes, J.C. Gelin, P. Picart
(Eds.), 1999.
NUMISHEET, in: Proceedings of the 5th International Conference and Workshop on
Numerical Simulation of 3D Sheet Forming Processes, Dong-Yol Yang, Soo Ik
Oh, Hoon Huh, Yong Hwan Kim (Eds.), 2002.
Marciniak.Z, J.L. Duncan, S. J. Hu, 2002, Mechanics of Sheet Metal Forming, Laser
Word Private Limited, Chennai, India
Serope Kalpakjian & Steven R Schmid, 2003, Manufacturing Process for
Engineering Material, p.23, Pearson Education, Inc., Prentice Hall.
Mikell p. Groover,1996, Fundamentals of Modern Manufacturing, Prentice Hall,
New Jersey
______, 2004, ABAQUS User’s Guard, USA
36
DOSEN MUDA
LAPORAN PENELITIAN
PENGARUH SIFAT PLASTISITAS MATERIAL TERHADAP
KUALITAS PRODUK HASIL PROSES DEEP DRAWING
Dibiayai oleh Koordinasi Perguruan Tinggi Swasta Wilayah VI Semarang
sesuai dengan Surat Perjanjian Pelaksanaan Dosen Muda dan Kajian Wanita
Nomor: 019/O06.2/PP/KT/2009
Oleh:
Tri Widodo Besar Riyadi, ST, MSc
Amin Sulistyanto, ST
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA
Oktober 2009
KONTRAK PENELITIAN
iii
KATA PENGANTAR
Segala puji dipanjatkan ke hadirat Alloh SWT atas segala karuniaNya sehingga
penelitian ini dapat dilakukan sesuai dengan tujuannya. Penulis mengucapkan terima
kasih sebesar-besarnya kepada semua pihak yang telah membantu terlaksananya
penelitian ini terutama kepada DP2M Ditjen Dikti dan Lembaga Penelitian dan
Pengabdian Kepada Masyarakat Universitas Muhammadiyah Surakarta yang telah
memberikan dana penelitian dan memberikan semua fasilitas yang dibutuhkan. Terima
kasih juga disampaikan kepada lab produksi dan lab komputer Jurusan Teknik Mesin
UMS yang telah memberikan kesempatan untuk menggunakan semua mesin dan software
Abaqus yang dibutuhkan.
Penelitian ini adalah merupakan kelanjutan bagi penelitian di bidang metode
elemen hingga yang menggunakan software Abaqus khususnya dalam bidang teknik
pembentukan. Semoga penelitian ini akan membuka jalan bagi penelitian selanjutnya di
bidang Abaqus sehingga dapat memanfaatkan lab komputer dan software Abaqus.
Akhirnya penulis meminta maaf atas semua kesalahan dan kekeliruan dalam
penyajian data dan pembahasan yang kurang sempurna.
iv
DAFTAR ISI
HALAMAN MUKA
i
HALAMAN PENGESAHAN
ii
KONTRAK PENELITIAN
iii
KATA PENGANTAR
iv
DAFTAR ISI
v
DAFTAR GAMBAR
vii
DAFTAR LAMPIRAN
viii
ABSTRAK
iv
ABSTRACT
v
BAB I. PENDAHULUAN
1
1.1. Latar Belakang
1
1.2. Perumusan Masalah
1
BAB II. TINJAUAN PUSTAKA
2
2.1. Penelitian Sebelumnya
2
2.2. Sifat Elastisitas dan Plastisitas Material
2
2.3. Cacat Produk Deep Drawing
5
BAB III. TUJUAN DAN MANFAAT PENELITIAN
7
3.1. Tujuan Penelitian
7
3.2. Manfaat Penelitian
7
BAB IV. METODE PENELITIAN
8
4.1. Diagram Alir Penelitian
8
4.2. Peralatan dan Bahan Penelitian
9
4.3. Prosedur Penelitian
10
BAB V. HASIL DAN PEMBAHASAN
12
5.1. Analisis hasil uji tarik material.
12
5.2. Analisis sifat Plastisitas Material
19
5.3. Analisis hasil simulasi produk deep drawing
22
5.4. Analisis Perbandingan antara hasil simulasi dan eksperimen
30
5.4.1. Perbandingan antara hasil simulasi dan eksperimen pada kualitas produk
30
v
5.4.2. Perbandingan antara hasil simulasi dan eksperimen pada gaya penekanan
32
5.5 Analisis hubungan antara sifat plastisitas dan kualitas produk
32
BAB VI. KESIMPULAN DAN SARAN
34
6.1. Kesimpulan
34
6.2. Saran
34
PENELITIAN LANJUTAN
35
DAFTAR PUSTAKA
36
LAMPIRAN
37
vi
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1. Karakteristik hubungan Tegangan (stress) – Regangan (strain)
3
Gambar 2.2. Dekomposisi total strain ke komponen plastik dan elastik
4
Gambar 2.3. Proses pembentukan cup silinder pada proses deep drawing
5
Gambar 2.4. Berbagai cacat produk deep drawing
6
Gambar 4.1. Diagram alir penelitian
8
Gambar 4.2. Komponen Dies virtual
9
Gambar 4.3. Komponen Dies sesunggahnya
9
Gambar 4.4. Proses penekanan dengan compression machine
10
Gambar 5.1. Kurva tegangan - regangan nominal Stainless steel rst14
12
Gambar 5.2. Kurva tegangan - regangan nominal Stainless steel rst14
14
Gambar 5.3. Kurva tegangan - regangan nominal Brass
16
Gambar 5.4. Kurva tegangan - regangan nominal Aluminum
17
Gambar 5.5. Hasil simulasi deep drawing material Staintless steel RST14
22
Gambar 5.6. Hasil simulasi deep drawing material Staintless steel RST13
23
Gambar 5.7. Hasil simulasi deep drawing material Brass
24
Gambar 5.8. Hasil simulasi deep drawing material Aluminum
25
Gambar 5.9. Grafik gaya penekanan terhadap waktu penekanan material RST14 27
Gambar 5.10. Grafik gaya penekanan terhadap waktu penekanan material RST13 28
Gambar 5.11. Grafik gaya penekanan terhadap waktu penekanan material brass
28
Gambar 5.12. Grafik gaya penekanan terhadap waktu penekanan material
aluminum
29
Gambar 5.13. Spesimen Stainless steel RSt13 setelah pengujian
30
Gambar 5.14. Spesimen Stainless steel RSt14 setelah pengujian
30
Gambar 5.15. Spesimen Stainless steel kuningan setelah pengujian
31
Gambar 5.16. Spesimen Stainless steel Aluminum setelah pengujian
31
Gambar 5.17 Perbandingan antara hasil simulasi dan eksperimen terhadap
gaya penekanan
32
vii
DAFTAR TABEL
Tabel 5.1. Sifat plastis Stainless steel rst14
13
Tabel 5.2. Sifat plastis Stainless steel rst13
14
Tabel 5.3. Sifat plastis Stainlass steel brass
16
Tabel 5.4. Sifat plastis Stainlass steel aluminum
18
Tabel 5.5 Persamaan Holomon
21
Tabel 5.6. Perbandingan antara sifat plastisitas dan kualitas produk
32
viii
ABSTRAK
Produk yang berkualitas sangat berpengaruh terhadap kelangsungan
hidup suatu perusahaan. Dalam proses pembuatan produk komponen End Cup
Hub Body dengan proses deep drawing juga tidak terlepas dari kemungkinan
cacat seperti kerutan (wrinkling) dan pecah (fracature). Di antara faktor yang
mempengaruhi terjadinya cacat adalah dari faktor materialnya yaitu sifat
mekanik (plastisitas). Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui sifat plastisitas
material hasil uji tarik dan mengetahui pengaruhnya terhadap kualitas produk
hasil proses deep drawing.
Penelitian ini dilakukan dengan metode eksperimen dan menggunakan
software ABAQUS 6.5-1. Jenis material yang digunakan yaitu Stainless Steel
RST13, Stainless Steel RST14, Kuningan (Brass) dan Aluminium. Penelitian
diawali dengan melakukan uji tarik pada setiap material untuk mendapatkan
sifat mekaniknya yaitu tegangan dan regangan nominalnya. Nilai nominal ini
kemudian dikonversi menjadi nilai tegangan dan regangan sebenarnya (true)
sebagai inputan bagi data simulasi. Perhitungan yield stress dan plastic strain
dilakukan sebagai data input simulasi Abaqus.
Hasil simulasi telah menunjukkan bahwa sifat palstisitas material sangat
berpengaruh terhadap kualitas product. Hasil simulasi dan eksperimen telah
menunjukkan tingkatan kualitas produk dari produk yang terjadi kerut sampai
yang mengalami pecah. Dari hasil perbandingan didapatkan bahwa hasil yang
diperoleh dari hasil simulasi ini telah sesuai dengan hasil eksperimen.
Kata kunci: Plastisitas, cacat kerut, cacat pecah, deep drawing
ix
ABSTRACT
The quality of product is very crucial in manufacturing industry survival.
In the manufacturing process of End Cup Hub Body, the appearance of defect
such as wrinkling and fracture is possible. Among the factors that influence the
defect is the plasticity of the material. This work aims to observe the plasticity
property of some materials, and determine its effect on the quality of the deep
drawing product.
The experiment was carried out by using physical model and it was in
parallel with simulation method by using Abaqus software. The materials which
have been used for the experiment were Stainless Steel RST13, Stainless Steel
RST14, Brass and Aluminum. The experiment was begun by the tensile test to
get engineering stress-strain value. This value was then converted into true
stress and strain value. The yield stress and plastic strain was used as input for
Abaqus.
The result of experiment showed that the property of material has had
significant effect on the quality of product. Both the experiment and simulation
has described the appearance of wrinkling and fracture. The result of
experiment agrees with the result of simulation.
Keywords: plasticity, wrinkling, fracture, deep drawing
x
DOSEN MUDA
RINGKASAN
PENGARUH SIFAT PLASTISITAS MATERIAL TERHADAP
KUALITAS PRODUK HASIL PROSES DEEP DRAWING
Dibiayai oleh Koordinasi Perguruan Tinggi Swasta Wilayah VI Semarang
sesuai dengan Surat Perjanjian Pelaksanaan Dosen Muda dan Kajian Wanita
Nomor: 019/O06.2/PP/KT/2009
Oleh:
Tri Widodo Besar Riyadi, ST, MSc
Amin Sulistyanto, ST
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA
Oktober 2009
RINGKASAN
PENGARUH SIFAT PLASTISITAS MATERIAL TERHADAP KUALITAS
PRODUK HASIL PROSES DEEP DRAWING
Produk pelat tipis (sheet metal) hasil proses deep drawing telah banyak digunakan di
industri manufaktur kendaraan, peralatan rumah tangga, produk infrastruktur bangunan,
komponen pesawat terbang, kaleng kemasan produk makanan dan minuman dan
beberapa produk sehari-hari lainnya. Untuk menghasilkan kualitas produk deep drawing
yang sempurna terbebas dari kemungkinan cacat seperti kerutan (wrinkling) dan pecah
(fracture) maka sangat tergantung pada terjadinya proses deformasi yang mengubah
bentuk material menjadi produk yang diinginkan. Proses deformasi sendiri sangat
tergantung dari sifat elastis platis material. Kesulitan yang dialami pada proses deep
drawing antara lain karena perbedaan sifat elastis plastis setiap material sehingga akan
menyulitkan dalam memprediksi hasil produknya. Dengan demikian, karakterisasi sifat
material merupakan tugas yang sangat krusial yang harus dilakukan dalam mendesain,
mengontrol, dan mengoptimisasi produksi komponen deep drawing.
Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui sifat plastisitas material yang berupa
hubungan tegangan dan regangan dari hasil uji tarik dan mengetahui pengaruhnya
terhadap kualitas produk hasil proses deep drawing. Penelitian ini menggunakan
beberapa material yang belum diketahui nilai K dan n-nya yang akan mempengaruhi sifat
plastisitas material tersebut dan juga terhadap kualitas produk yang dihasilkan.
Penelitian ini dilakukan dengan metode eksperimen dan menggunakan software
ABAQUS 6.5-1. Jenis material yang digunakan yaitu Stainless Steel RST13, Stainless
Steel RST14, Kuningan (Brass) dan Aluminium. Spesimen yang diambil pada
eksperimen pemodelan fisik yaitu salah satu komponen kendaraan yang berupa End Cup
Hub Body. Penelitian diawali dengan melakukan uji tarik pada setiap material untuk
mendapatkan sifat mekaniknya yaitu tegangan dan regangan nominalnya (engineering
stress -engineering strain). Nilai nominal ini kemudian dikonversi menjadi nilai tegangan
dan regangan sebenarnya (true stress - true strain). Perhitungan yield stress dan plastic
strain dilakukan sebagai data input simulasi Abaqus. Pada metode elemen hingga dengan
software ABAQUS, langkah-langkah yang dilakukan adalah mulai dari menentukan
geometri dan model benda, model material dan perilaku permukaan yang kontak, kondisi
batas dan pembebanan, serta model visualisasinya. Sedangkan metode eksperimen deep
drawing dilakukan dengan memotong bahan uji lembaran pelat dari ke-empat material
menjadi lingkaran dengan diameter 180 mm. Lembar pelat yang telah dipotong tersebut
kemudian diletakkan dalam seperangkat alat uji deep drawing yang terdiri dari punch,
upper die, lower die, dan blank holder.
Sifat Plastisitas material ditentukan dari hasil uji tarik dan diasumsikan mengikuti
persamaan plastisitas berdasarkan hukum Holomon seperti pada persamaan berikut:
T K n ………………………………....................................…………..(1)
Untuk mengetahui konstanta material (K) dan Indeks strain hardening (n) pada tiap-tiap
material dari persamaan Hollomon dapat dihitung seperti persamaan dibawah ini.
n
Log max Log A
...................................................................................(2)
Log max Log A
disini titik A diambil pada titik luluhnya.
Nilai K dicari dengan memasukkan ke salah satu persamaan Holomon, misal pada titik
luluhnya.
Dari hasil penelitian dapat diperoleh hubungan antara sifat plastisitas dan kualitas
produk hasil proses deep drawing untuk ke empat material, yaitu bahwa nilai n yang
besar sangat baik untuk proses sheet formability, karena menunjukkan ketahanan yang
besar terhadap local necking. Ketika material yang mempunyai nilai n tinggi mulai
necking maka daerah plastis mengeras dengan cepat dan menyebabkan material lebih
lunak. Sebaliknya pada material yang mempunyai nilai n rendah maka necking akan
cepat terjadi secara lokal dan menyebabkan failure pada strain yang rendah.
Perbandingan proses ke-empat material menghasilkan sebuah kesimpulan dalam
pemilihan material yaitu kuningan (brass). Material ini mempunyai sifat plastisitas
tertinggi dengan kekuatan gaya yang rendah. Produk deep drawing kuningan juga lebih
baik dibandingkan dengan material lain.
Hasil simulasi telah menunjukkan bahwa sifat plastisitas material sangat
berpengaruh terhadap kualitas produk. Hasil simulasi dan eksperimen telah menunjukkan
tingkatan kualitas produk dari produk yang terjadi kerut sampai yang mengalami pecah.
Dari hasil perbandingan didapatkan bahwa hasil yang diperoleh dari hasil simulasi ini
telah sesuai dengan hasil eksperimen.
PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
Produk plat tipis (sheet metal) hasil proses deep drawing telah banyak digunakan
di industri manufaktur kendaraan, peralatan rumah tangga, produk infrastruktur
bangunan, komponen pesawat terbang, kaleng kemasan produk makanan dan
minuman dan beberapa produk sehari-hari lainnya. Hal yang membuat sheet metal
banyak digunakan adalah karena mempunyai modulus elastisitas dan kekuatan tarik
yang tinggi sehingga menghasilkan sifat produk yang kaku dan kuat tetapi ringan.
Untuk menghasilkan kualitas produk deep drawing yang sempurna maka sangat
tergantung dari penentuan yang optimum terhadap parameter-parameter kerja yang
terlibat dalam proses deep drawing yang akan menentukan terjadinya proses
deformasi yang mengubah bentuk material menjadi produk yang diinginkan. Proses
deformasi sendiri sangat tergantung dari sifat elastis platis material.
Kesulitan yang dialami pada proses deep drawing antara lain karena perbedaan
sifat elastis plastis setiap material sehingga akan menyulitkan dalam memprediksi
hasil produknya. Dengan demikian, karakterisasi sifat material merupakan tugas yang
sangat
krusial
yang harus dilakukan dalam mendesain,
mengontrol, dan
mengoptimisasi produksi komponen deep drawing.
1.2. Perumusan Masalah
Pada proses deep drawing, kualitas produk sangat dipengaruhi oleh sifat material
yang dibentuk melalui dies. Aliran material yang longgar dapat menimbulkan cacat
kerut (wrinkling) sedangkan aliran material yang sempit dapat menimbulkan cacat
pecah (fracture). Perumusan masalah pada penelitian ini adalah bagaimana pengaruh
sifat plastisitas material terhadap kualitas produk hasil proses deep drawing, atau
kemungkinan terjadinya cacat (wrinkling dan fracture) yang mungkin terjadi.
1
DAFTAR PUSTAKA
NUMISHEET, in: Proceedings of the 3rd International Conference and Workshop on
Numerical Simulation of 3D Sheet Forming Processes, J.K. Lee, G.L. Kinzel,
R.H. Wagoner (Eds.), 1996.
NUMISHEET, in: Proceedings of the 4th International Conference and Workshop on
Numerical Simulation of 3D Sheet Forming Processes, J.C. Gelin, P. Picart
(Eds.), 1999.
NUMISHEET, in: Proceedings of the 5th International Conference and Workshop on
Numerical Simulation of 3D Sheet Forming Processes, Dong-Yol Yang, Soo Ik
Oh, Hoon Huh, Yong Hwan Kim (Eds.), 2002.
Marciniak.Z, J.L. Duncan, S. J. Hu, 2002, Mechanics of Sheet Metal Forming, Laser
Word Private Limited, Chennai, India
Serope Kalpakjian & Steven R Schmid, 2003, Manufacturing Process for
Engineering Material, p.23, Pearson Education, Inc., Prentice Hall.
Mikell p. Groover,1996, Fundamentals of Modern Manufacturing, Prentice Hall,
New Jersey
______, 2004, ABAQUS User’s Guard, USA
36
DOSEN MUDA
LAPORAN PENELITIAN
PENGARUH SIFAT PLASTISITAS MATERIAL TERHADAP
KUALITAS PRODUK HASIL PROSES DEEP DRAWING
Dibiayai oleh Koordinasi Perguruan Tinggi Swasta Wilayah VI Semarang
sesuai dengan Surat Perjanjian Pelaksanaan Dosen Muda dan Kajian Wanita
Nomor: 019/O06.2/PP/KT/2009
Oleh:
Tri Widodo Besar Riyadi, ST, MSc
Amin Sulistyanto, ST
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA
Oktober 2009
KONTRAK PENELITIAN
iii
KATA PENGANTAR
Segala puji dipanjatkan ke hadirat Alloh SWT atas segala karuniaNya sehingga
penelitian ini dapat dilakukan sesuai dengan tujuannya. Penulis mengucapkan terima
kasih sebesar-besarnya kepada semua pihak yang telah membantu terlaksananya
penelitian ini terutama kepada DP2M Ditjen Dikti dan Lembaga Penelitian dan
Pengabdian Kepada Masyarakat Universitas Muhammadiyah Surakarta yang telah
memberikan dana penelitian dan memberikan semua fasilitas yang dibutuhkan. Terima
kasih juga disampaikan kepada lab produksi dan lab komputer Jurusan Teknik Mesin
UMS yang telah memberikan kesempatan untuk menggunakan semua mesin dan software
Abaqus yang dibutuhkan.
Penelitian ini adalah merupakan kelanjutan bagi penelitian di bidang metode
elemen hingga yang menggunakan software Abaqus khususnya dalam bidang teknik
pembentukan. Semoga penelitian ini akan membuka jalan bagi penelitian selanjutnya di
bidang Abaqus sehingga dapat memanfaatkan lab komputer dan software Abaqus.
Akhirnya penulis meminta maaf atas semua kesalahan dan kekeliruan dalam
penyajian data dan pembahasan yang kurang sempurna.
iv
DAFTAR ISI
HALAMAN MUKA
i
HALAMAN PENGESAHAN
ii
KONTRAK PENELITIAN
iii
KATA PENGANTAR
iv
DAFTAR ISI
v
DAFTAR GAMBAR
vii
DAFTAR LAMPIRAN
viii
ABSTRAK
iv
ABSTRACT
v
BAB I. PENDAHULUAN
1
1.1. Latar Belakang
1
1.2. Perumusan Masalah
1
BAB II. TINJAUAN PUSTAKA
2
2.1. Penelitian Sebelumnya
2
2.2. Sifat Elastisitas dan Plastisitas Material
2
2.3. Cacat Produk Deep Drawing
5
BAB III. TUJUAN DAN MANFAAT PENELITIAN
7
3.1. Tujuan Penelitian
7
3.2. Manfaat Penelitian
7
BAB IV. METODE PENELITIAN
8
4.1. Diagram Alir Penelitian
8
4.2. Peralatan dan Bahan Penelitian
9
4.3. Prosedur Penelitian
10
BAB V. HASIL DAN PEMBAHASAN
12
5.1. Analisis hasil uji tarik material.
12
5.2. Analisis sifat Plastisitas Material
19
5.3. Analisis hasil simulasi produk deep drawing
22
5.4. Analisis Perbandingan antara hasil simulasi dan eksperimen
30
5.4.1. Perbandingan antara hasil simulasi dan eksperimen pada kualitas produk
30
v
5.4.2. Perbandingan antara hasil simulasi dan eksperimen pada gaya penekanan
32
5.5 Analisis hubungan antara sifat plastisitas dan kualitas produk
32
BAB VI. KESIMPULAN DAN SARAN
34
6.1. Kesimpulan
34
6.2. Saran
34
PENELITIAN LANJUTAN
35
DAFTAR PUSTAKA
36
LAMPIRAN
37
vi
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1. Karakteristik hubungan Tegangan (stress) – Regangan (strain)
3
Gambar 2.2. Dekomposisi total strain ke komponen plastik dan elastik
4
Gambar 2.3. Proses pembentukan cup silinder pada proses deep drawing
5
Gambar 2.4. Berbagai cacat produk deep drawing
6
Gambar 4.1. Diagram alir penelitian
8
Gambar 4.2. Komponen Dies virtual
9
Gambar 4.3. Komponen Dies sesunggahnya
9
Gambar 4.4. Proses penekanan dengan compression machine
10
Gambar 5.1. Kurva tegangan - regangan nominal Stainless steel rst14
12
Gambar 5.2. Kurva tegangan - regangan nominal Stainless steel rst14
14
Gambar 5.3. Kurva tegangan - regangan nominal Brass
16
Gambar 5.4. Kurva tegangan - regangan nominal Aluminum
17
Gambar 5.5. Hasil simulasi deep drawing material Staintless steel RST14
22
Gambar 5.6. Hasil simulasi deep drawing material Staintless steel RST13
23
Gambar 5.7. Hasil simulasi deep drawing material Brass
24
Gambar 5.8. Hasil simulasi deep drawing material Aluminum
25
Gambar 5.9. Grafik gaya penekanan terhadap waktu penekanan material RST14 27
Gambar 5.10. Grafik gaya penekanan terhadap waktu penekanan material RST13 28
Gambar 5.11. Grafik gaya penekanan terhadap waktu penekanan material brass
28
Gambar 5.12. Grafik gaya penekanan terhadap waktu penekanan material
aluminum
29
Gambar 5.13. Spesimen Stainless steel RSt13 setelah pengujian
30
Gambar 5.14. Spesimen Stainless steel RSt14 setelah pengujian
30
Gambar 5.15. Spesimen Stainless steel kuningan setelah pengujian
31
Gambar 5.16. Spesimen Stainless steel Aluminum setelah pengujian
31
Gambar 5.17 Perbandingan antara hasil simulasi dan eksperimen terhadap
gaya penekanan
32
vii
DAFTAR TABEL
Tabel 5.1. Sifat plastis Stainless steel rst14
13
Tabel 5.2. Sifat plastis Stainless steel rst13
14
Tabel 5.3. Sifat plastis Stainlass steel brass
16
Tabel 5.4. Sifat plastis Stainlass steel aluminum
18
Tabel 5.5 Persamaan Holomon
21
Tabel 5.6. Perbandingan antara sifat plastisitas dan kualitas produk
32
viii
ABSTRAK
Produk yang berkualitas sangat berpengaruh terhadap kelangsungan
hidup suatu perusahaan. Dalam proses pembuatan produk komponen End Cup
Hub Body dengan proses deep drawing juga tidak terlepas dari kemungkinan
cacat seperti kerutan (wrinkling) dan pecah (fracature). Di antara faktor yang
mempengaruhi terjadinya cacat adalah dari faktor materialnya yaitu sifat
mekanik (plastisitas). Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui sifat plastisitas
material hasil uji tarik dan mengetahui pengaruhnya terhadap kualitas produk
hasil proses deep drawing.
Penelitian ini dilakukan dengan metode eksperimen dan menggunakan
software ABAQUS 6.5-1. Jenis material yang digunakan yaitu Stainless Steel
RST13, Stainless Steel RST14, Kuningan (Brass) dan Aluminium. Penelitian
diawali dengan melakukan uji tarik pada setiap material untuk mendapatkan
sifat mekaniknya yaitu tegangan dan regangan nominalnya. Nilai nominal ini
kemudian dikonversi menjadi nilai tegangan dan regangan sebenarnya (true)
sebagai inputan bagi data simulasi. Perhitungan yield stress dan plastic strain
dilakukan sebagai data input simulasi Abaqus.
Hasil simulasi telah menunjukkan bahwa sifat palstisitas material sangat
berpengaruh terhadap kualitas product. Hasil simulasi dan eksperimen telah
menunjukkan tingkatan kualitas produk dari produk yang terjadi kerut sampai
yang mengalami pecah. Dari hasil perbandingan didapatkan bahwa hasil yang
diperoleh dari hasil simulasi ini telah sesuai dengan hasil eksperimen.
Kata kunci: Plastisitas, cacat kerut, cacat pecah, deep drawing
ix
ABSTRACT
The quality of product is very crucial in manufacturing industry survival.
In the manufacturing process of End Cup Hub Body, the appearance of defect
such as wrinkling and fracture is possible. Among the factors that influence the
defect is the plasticity of the material. This work aims to observe the plasticity
property of some materials, and determine its effect on the quality of the deep
drawing product.
The experiment was carried out by using physical model and it was in
parallel with simulation method by using Abaqus software. The materials which
have been used for the experiment were Stainless Steel RST13, Stainless Steel
RST14, Brass and Aluminum. The experiment was begun by the tensile test to
get engineering stress-strain value. This value was then converted into true
stress and strain value. The yield stress and plastic strain was used as input for
Abaqus.
The result of experiment showed that the property of material has had
significant effect on the quality of product. Both the experiment and simulation
has described the appearance of wrinkling and fracture. The result of
experiment agrees with the result of simulation.
Keywords: plasticity, wrinkling, fracture, deep drawing
x
DOSEN MUDA
RINGKASAN
PENGARUH SIFAT PLASTISITAS MATERIAL TERHADAP
KUALITAS PRODUK HASIL PROSES DEEP DRAWING
Dibiayai oleh Koordinasi Perguruan Tinggi Swasta Wilayah VI Semarang
sesuai dengan Surat Perjanjian Pelaksanaan Dosen Muda dan Kajian Wanita
Nomor: 019/O06.2/PP/KT/2009
Oleh:
Tri Widodo Besar Riyadi, ST, MSc
Amin Sulistyanto, ST
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA
Oktober 2009
RINGKASAN
PENGARUH SIFAT PLASTISITAS MATERIAL TERHADAP KUALITAS
PRODUK HASIL PROSES DEEP DRAWING
Produk pelat tipis (sheet metal) hasil proses deep drawing telah banyak digunakan di
industri manufaktur kendaraan, peralatan rumah tangga, produk infrastruktur bangunan,
komponen pesawat terbang, kaleng kemasan produk makanan dan minuman dan
beberapa produk sehari-hari lainnya. Untuk menghasilkan kualitas produk deep drawing
yang sempurna terbebas dari kemungkinan cacat seperti kerutan (wrinkling) dan pecah
(fracture) maka sangat tergantung pada terjadinya proses deformasi yang mengubah
bentuk material menjadi produk yang diinginkan. Proses deformasi sendiri sangat
tergantung dari sifat elastis platis material. Kesulitan yang dialami pada proses deep
drawing antara lain karena perbedaan sifat elastis plastis setiap material sehingga akan
menyulitkan dalam memprediksi hasil produknya. Dengan demikian, karakterisasi sifat
material merupakan tugas yang sangat krusial yang harus dilakukan dalam mendesain,
mengontrol, dan mengoptimisasi produksi komponen deep drawing.
Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui sifat plastisitas material yang berupa
hubungan tegangan dan regangan dari hasil uji tarik dan mengetahui pengaruhnya
terhadap kualitas produk hasil proses deep drawing. Penelitian ini menggunakan
beberapa material yang belum diketahui nilai K dan n-nya yang akan mempengaruhi sifat
plastisitas material tersebut dan juga terhadap kualitas produk yang dihasilkan.
Penelitian ini dilakukan dengan metode eksperimen dan menggunakan software
ABAQUS 6.5-1. Jenis material yang digunakan yaitu Stainless Steel RST13, Stainless
Steel RST14, Kuningan (Brass) dan Aluminium. Spesimen yang diambil pada
eksperimen pemodelan fisik yaitu salah satu komponen kendaraan yang berupa End Cup
Hub Body. Penelitian diawali dengan melakukan uji tarik pada setiap material untuk
mendapatkan sifat mekaniknya yaitu tegangan dan regangan nominalnya (engineering
stress -engineering strain). Nilai nominal ini kemudian dikonversi menjadi nilai tegangan
dan regangan sebenarnya (true stress - true strain). Perhitungan yield stress dan plastic
strain dilakukan sebagai data input simulasi Abaqus. Pada metode elemen hingga dengan
software ABAQUS, langkah-langkah yang dilakukan adalah mulai dari menentukan
geometri dan model benda, model material dan perilaku permukaan yang kontak, kondisi
batas dan pembebanan, serta model visualisasinya. Sedangkan metode eksperimen deep
drawing dilakukan dengan memotong bahan uji lembaran pelat dari ke-empat material
menjadi lingkaran dengan diameter 180 mm. Lembar pelat yang telah dipotong tersebut
kemudian diletakkan dalam seperangkat alat uji deep drawing yang terdiri dari punch,
upper die, lower die, dan blank holder.
Sifat Plastisitas material ditentukan dari hasil uji tarik dan diasumsikan mengikuti
persamaan plastisitas berdasarkan hukum Holomon seperti pada persamaan berikut:
T K n ………………………………....................................…………..(1)
Untuk mengetahui konstanta material (K) dan Indeks strain hardening (n) pada tiap-tiap
material dari persamaan Hollomon dapat dihitung seperti persamaan dibawah ini.
n
Log max Log A
...................................................................................(2)
Log max Log A
disini titik A diambil pada titik luluhnya.
Nilai K dicari dengan memasukkan ke salah satu persamaan Holomon, misal pada titik
luluhnya.
Dari hasil penelitian dapat diperoleh hubungan antara sifat plastisitas dan kualitas
produk hasil proses deep drawing untuk ke empat material, yaitu bahwa nilai n yang
besar sangat baik untuk proses sheet formability, karena menunjukkan ketahanan yang
besar terhadap local necking. Ketika material yang mempunyai nilai n tinggi mulai
necking maka daerah plastis mengeras dengan cepat dan menyebabkan material lebih
lunak. Sebaliknya pada material yang mempunyai nilai n rendah maka necking akan
cepat terjadi secara lokal dan menyebabkan failure pada strain yang rendah.
Perbandingan proses ke-empat material menghasilkan sebuah kesimpulan dalam
pemilihan material yaitu kuningan (brass). Material ini mempunyai sifat plastisitas
tertinggi dengan kekuatan gaya yang rendah. Produk deep drawing kuningan juga lebih
baik dibandingkan dengan material lain.
Hasil simulasi telah menunjukkan bahwa sifat plastisitas material sangat
berpengaruh terhadap kualitas produk. Hasil simulasi dan eksperimen telah menunjukkan
tingkatan kualitas produk dari produk yang terjadi kerut sampai yang mengalami pecah.
Dari hasil perbandingan didapatkan bahwa hasil yang diperoleh dari hasil simulasi ini
telah sesuai dengan hasil eksperimen.