SIMULASI PROSES DEEP DRAWING CUP (BASKOM) PELAT JENIS STAINLESS STEEL 304 DENGAN MENGGUNAKAN SOFTWARE ABAQUS 6.9-3

  

SIMULASI PROSES DEEP DRAWING CUP

(BASKOM) PELAT JENIS STAINLESS STEEL 304

DENGAN MENGGUNAKAN SOFTWARE

ABAQUS 6.9-3

  

SKRIPSI

Skripsi Yang Diajukan untuk Melengkapi

Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

KATA PENGANTAR

  Puji dan syukur penulis ucapkan kehadirat Alloh SWT atas hidayah-Nya memberikan pengetahuan, pengalaman, kesehatan dan kesempatan kepada penulis, sehingga mampu menyelesaikan tugas akhir ini. Tugas skripsi ini adalah salah satu syarat yang harus dipenuhi untuk menyelesaikan program studi Strata-1 di Departemen Teknik Mesin, Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. Adapun tugas skripsi ini diambil dari mata kuliah Metallurgi Fisik. Adapun judul tugas akhir ini adalah “SIMULASI PROSES DEEP DRAWING PELAT JENIS STAINLESS STEEL 304 DENGAN MENGGUNAKAN SOFTWARE ABAQUS 6.9-3”.

  Selama penulisan tugas skripsi ini, penulis banyak mendapat bimbingan dan bantuan dari berbagai pihak. Oleh karena itu dalam kesempatan ini penulis menyampaikan banyak terima kasih kepada : 1.

  Kedua orang tua saya (Suryadi dan Suriyah) yang selalu memberikan dorongan, nasehat, kasih sayang, do’a, dukungan material dan spiritual serta kakak (Fifi Sumanti, Amd) dan adik (Suhendra dan Ecy Sanniyyah) yang banyak membantu penulis.

  6. Teman-teman saya Ekstensi Teknik Mesin ’08 terutama Eko, Olim, Ariman dan teman-teman yang lain yang tidak dapat disebutkan disini satu-persatu yang telah banyak membantu penulis dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini.

  7. Kepada kekasih tercinta (Elvira Ratna Putri, SKep) yang selalu mendoakan dan memberi dukungan, semangat dan motivasi kepada penulis dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini.

  8. Kepada Papa Suzarzuri, Mama Nurmala dan adik Ragil yang selalu mendoakan dan memberi dukungan, semangat dan motivasi kepada penulis dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini.

  9. Kepada Sahabat saya Muhammad Arif, ST, yang selalu memberikan dukungan, semangat dan motivasi kepada penulis.

  10. Seluruh Sanak Saudara dan semua pihak yang telah mendukung dan memberi motivasi bagi penulis selama menyelesaikan pendidikan.

  Penulis menyadari Tugas sarjana ini tidak luput dari kekurangan, untuk itu penulis mengharapkan saran dan kritik yang bersifat membangun untuk penyempurnaan Tugas Akhir ini.

  Akhir kata penulis mengucapkan terima kasih.

  Medan, September 2012

Abstract

  Dalam proses pembuatannya tidak terlepas dari cacat yang merupakan kerugian seperti kerutan (wringkling), penipisan (ironing), dan pecah (fracture). Diantara faktor yang mempengaruhi terjadinya cacat adalah dari faktor materialnya yaitu sifat mekanik (plastisitas). Simulasi ini bertujuan untuk mengetahui sifat plastisitas material. Simulasi ini dilakukan dengan menggunakan software Abaqus 6.9-3. Jenis material yang digunakan yaitu Stainless Steel 304 dengan ketebalan 1mm, kemudian penentuan pembuatan dimensi punch, die, holder dan blank agar diperoleh hasil yang sebaik mungkin, serta mampu memahami hasil yang diperoleh apakah telah sesuai dengan yang disimulasikan, Nilai nominal hasil uji tarik kemudian dikonversi menjadi nilai tegangan dan regangan sebenarnya (true

  

stress-strain ) sebagai input bagi data simulasi. Tegangan maksimum yang terjadi

  pada material Stainless Steel 304 adalah sebesar 6,637E+08 Pa, gaya penekanan yang terjadi pada material tersebut adalah sebesar 409,56 MPa, Ultimate Tensile

  

Strenght sebesar 550,25 MPa, Effective Stress sebesar 282,12 MPa, Maximum

  sebesar 141,06 MPa, Hydrostatic Stress sebesar 94,04 MPa,

  Shear Stress

Deviatoric or Reduced Component of Stress sebesar 188,08 MPa dan Tension

  sebesar 284,79 MPa.

Abstract

  In the manufacturing process can not be separated from a loss defects such as wrinkles (wringkling), depletion (ironing), and break (fracture). Among the factors that influence the occurrence of the defect is material factor is the mechanical properties (plasticity). This simulation aims to determine the nature of the material plasticity. The simulation is performed using the software Abaqus 6.9-3. Type of material used is Stainless Steel 304 with a thickness of 1mm, and then determining the dimensions manufacture punch, die, and blank holder in order to obtain the best possible outcome, and be able to understand whether the results obtained in accordance with the simulated value tensile test results are then converted be the value of the actual stress and strain (true stress-strain) as an input to the simulation data. The maximum voltage that occurs in the material Stainless Steel 304 is equal to 6.637 E +08 Pa, style suppression that occurs in the material is equal to 409.56 MPa, Ultimate Tensile Strength of 550.25 MPa, 282.12 MPa for Effective Stress, Maximum Shear stress at 141.06 MPa, Hydrostatic stress at

  94.04 MPa, Deviatoric or Reduced Component of Stress and Tension at 188.08 MPa at 284.79 MPa.

  Keywords: Cup, Deep Drawing, ABAQUS, Stainless Steel

  

DAFTAR ISI

Halaman

  KATA PENGANTAR ................................................................ i ABSTRACT ........................................................................................ iii DAFTAR ISI ............................................................................ v DAFTAR TABEL ............................................................................ viii DAFTAR GAMBAR ............................................................................ ix DAFTAR SIMBOL ............................................................................ xv BAB I PENDAHULUAN ....................................................

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

  1 1.2. Batasan Masalah ....................................................

  2 1.3. Tujuan dan Manfaat ....................................................

  2 1.3.1. Tujuan .................................................................

  2 1.3.2. Manfaat ................................................................

  3 1.4. Sistematika Penulisan ........................................

  3

  2.4.5. Work of Plastic Deformation …………………

  34

  2.4.6. Work Hardening Hypothesis …………………

  35

  2.4.7. Effective Stress and Strain Functions …………… 36

  2.5. Deformation of Sheet in Plane Stress …………………… 37

  2.5.1. Uniform Sheet Deformation Processes………….. 37

  2.5.2. Strain Diagram …………………………… 38

  2.5.3. Modes of Deformation …………………… 40

  2.5.4. Efektif Stress-Strain Laws …………………… 41

  2.5.5. The Stress Diagram …………………………… 44

  2.5.6. Principal Tension or Tractions …………… 45 2.6. Cylindrical Deep Drawing …………………………...

  47 BAB III METODOLOGI .................................................................... 55 3.1.

  Tahapan Penelitian ....................................................... 55 3.2. …………………………………………… 56

Abaqus

  3.2.1. Preprocessing ( Abaqus/CAE ) ..................... 58

  3.2.2. Simulasi ( Abaqus Standard dan Abaqus Explicit ). 60

  3.2.3. Post Processing ( Abaqus/CAE ) ……………. 61

  3.3. Pemodelan Dengan Abaqus/CAE ……………………. 61

  Steel 304 ……………………………………. 91 4.3.

  ……. 91

Analisa Hasil Simulasi Produk Deep Drawing

  4.3.1. Gambar produk hasil simulasi ……………. 91

  4.3.2. Grafik Variables History Output hasil simulasi .. 95

  4.3.3. Grafik Steps/Frames History Output hasil simulasi 102

  BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ............................................. 104

  5.1. Kesimpulan .................................................................. 104

  5.2. Saran .............................................................................. 104 DAFTAR PUSTAKA .................................................................. 105 LAMPIRAN

  

DAFTAR TABEL

Halaman

Tabel 2.1. Jenis material dan kecepatan maksimal draw dies. ........ 12Tabel 2.2. Perbandingan Sifat Mekanik Berbagai Jenis Stainless Steel... 16Tabel 3.1. Step Boundary Condition. ............................................ 73Tabel 4.1. Property Material Stainless Steel 304. ................................. 82Tabel 4.2. Presentase Hasil Teoritis dengan Property Stainless Steel 304.. 91

  

DAFTAR GAMBAR

Halaman

Gambar 2.1. Blank dan Draw Piece ............................................ 4Gambar 2.2. Proses Drawing ......................................................... 5Gambar 2.3. Beberapa Macam Bentuk Draw Piece ......................... 7Gambar 2.4. Bagian Utama Die Drawing ............................................. 8Gambar 2.5. Diagram Hubungan Berbagai Jenis Stainless Steel ......... 17Gambar 2.6. Specimen Uji Tarik ......................................................... 17Gambar 2.7. Diagram Load-Extension ............................................. 18Gambar 2.8. (a) Kurva tegangan-regangan untuk test kualitas pembentukan lembaran baja yang ditunjukkan padaGambar 2.7. (b) Bagian awal dari diagram di atas dengan skala regangan diperbesar untuk menunjukkan perilaku

  elastis . (c) Konstruksi yang digunakan untuk menentukan

  tekanan material dengan bertahap elastis, transisi plastic.. 20

Gambar 2.9. Kurva True Stress-Strain ............................................. 21Gambar 2.10. Diagram Logaritma True Stress-Strain ..................... 22Gambar 2.11. Bagian dari suatu diagram Load-Extension yang mempertunjukkan lompatan di dalam beban mengikutiGambar 2.16. Sebuah unsur utama menunjukkan bagaimana keadaan tegangan utama dapat terdiri dari komponen hidrostatik

  dan deviatorik ..................................................................... 29

Gambar 2.17. Hasil tempat kedudukan untuk plane stress untuk Tresca

  yield condition ......................................................... 31

Gambar 2.18. Yield untuk plane stress untuk von Mises yield condition .. 32Gambar 2.19. Diagram yang menunjukkan komponen kenaikan regangan untuk tegangan yang berbeda di sekitar hasil

  tempat von Mises ......................................................... 34

Gambar 2.20. Diagram elemen utama bagian sisi, menunjukkan gaya yang bekerja pada permukaan dan perpindahan selama

  deformasi kecil ......................................................... 34

Gambar 2.21. Kurva tegangan-regangan untuk arah utama 1 dan 2 untuk sebuah elemen deformasi dalam prosedur plane stress di

  mana

  2 = 1 ......................................................... 35

  σ ασ

Gambar 2.22. (a) tidak mengubah bentuk dengan keadaan lingkaran dan grid persegi ditandai di atasnya (b) keadaan perubahan

  bentuk dengan perubahan bentuk kisi-kisi lingkaran ke elips garis diameter besar d

  1 dan diameter kecil d 2 dan

  (c) kekuatan tarik, T, atau memindahkan kekuatan per

  atau murni geser didalam flens dari pembentukan cup, menunjukkan suatu kisi-kisi lingkaran yang menambah di satu arah dan memusatkan didalam lainnya. (f). Tekanan

  uniaxial di tepi suatu pembentukan cup (g) Jalur

  regangan yang berbeda proporsional ditunjukkan pada

Gambar 2.23 diplot dalam diagram regangan rekayasa .... 41Gambar 2.25. Empirical effective stress-strain laws ke suatu kurva eksperimental ..................................................................... 42Gambar 2.26. Proses ditunjukkan didalam ruang regangan, Gambar

  2.23, yang digambarkan di sini didalam ruang tegangan (arah hasil ellips ditunjukkan sebagai suatu garis patah)…. 44

Gambar 2.27. Hubungan antara ketegangan utama untuk sebuah elemen deformasi dalam proses proporsional dengan tegangan

  efektif saat T= ……………………………………. 46 σ t

Gambar 2.28. Principal tension versus the major strain untuk sebuah proses proporsional ……………………………………. 46Gambar 2.29. (a) Pembentukan suatu cup silindris dari disk melingkar

  (b) Transmisi kekuatan peregangan dan pembentukan oleh tegangan tarik didalam dinding cup ……………. 48

Gambar 2.30. Annular flange of a deep-drawn cup ……………………. 48Gambar 2.37. Memuat ketinggian beban untuk dinding cup untuk ukuran hasil yang berbeda. (a) Kondisi Tresca. (b)

  Kondisi Von Misses. (c) Suatu bukan isotropik hasil tempat untuk suatu material dengan nilai R>1 .............. 53

Gambar 3.1. Diagram Alir Tahapan Penelitian ................................ 55Gambar 3.2. Diagram Alir Proses Running ................................ 57Gambar 3.3. Hubungan kerja Preprocessor, Solver dan Postprocessor . 58Gambar 3.4. Abaqus/CAE. .................................................................... 62Gambar 3.5. Sket Punch .................................................................... 63Gambar 3.6. Sket Die .................................................................... 64Gambar 3.7. Sket Blank Holder ........................................................ 64Gambar 3.8. Sket Blank .................................................................... 65Gambar 3.9. Sifat density, elastic dan plastic material stainless steel 304 ............................................................................... 66Gambar 3.10. Viewport Create Section ……………………………. 66Gambar 3.11. Hasil Section Assignments ……………………………. 67Gambar 3.12. Hasil Assembly Part Instance ……………………. 67Gambar 3.13. Viewport Create Set Punch ……………………………. 68Gambar 3.14. Viewport Create Surface Punch ……………………. 69Gambar 3.15. Step Manager ……………………………………. 69Gambar 3.27. Visualisasi Punch, Blank Holder, Blank, dan Dies ……. 78Gambar 3.28. Create History ………………………………………... 78Gambar 3.29. Edit History Output Request ……………………………. 79Gambar 3.30. Save Image Animation ……………………………. 79Gambar 3.31. Massage Area ……………………………………. 81Gambar 4.1. Kurva Engineering Stress-Engineering Strain Material

  Stainless Steel 304 ……………………………………. 84

Gambar 4.2 ( a) uniaxial tension dan ( b) plane stress ……………. 87Gambar 4.3. Suatu unsur utama tegangan geser maksimum dan tegangan 87Gambar 4.4. Proses Simulasi Deep Drawing Step Punch dan Holder

   Frame 8 ………………………………………………. 92

Gambar 4.5. Proses Simulasi Deep Drawing Step Punch dan Holder

   Frame 12 ……………………………………………….. 92

Gambar 4.6. Proses Simulasi Deep Drawing Step Punch dan Holder

   Frame 18 ……………………………………………….. 92

Gambar 4.7. Proses Simulasi Deep Drawing Step Punch dan Holder

   Frame 20 ……………………………………………….. 93

Gambar 4.8. Proses Simulasi Deep Drawing Step Punch Bergerak

   Frame 10 ……………………………………………….. 93

Gambar 4.9. Proses Simulasi Deep Drawing Step Punch BergerakGambar 4.20. Total Energy of the Output Set:ETOTAL for Whole Model.. 101Gambar 4.21. Viscous Dissipation: ALLVD for Whole Model ………... 101Gambar 4.22. Grafik History Output Punch dan Holder ……………… 102Gambar 4.23. Grafik History Output Punch Bergerak ……………… 103

Daftar Simbol

  

h Hidrostatic Stress Mpa

  Friction Coefficient

  Yield Tension kN/m μ

  T

  Effective Stress MPa

  R Radius Luar mm t Thickness mm σ

  β Strain Ratio r

  α Stress Ratio

  

Simbol Keterangan Satuan

  σ

  True Stress MPa P Load kN A Instant Area mm ε

  Extension mm l Length mm L Gauge Length mm P y Yielding Load kN σ

  e y Strain at Yield Δl

  2 E Modulus Young’s GPa

  ) Yield Stress MPa P max Load Maximum kN A Luas Permukaan mm

  e eng Engineering Strain MPa (σ f

  

eng Engineering Stress MPa

  Nominal Strain mm K Strength Coefficient Mpa σ