TUGAS AKHIR DESAIN DAN ANALISIS DIES END CUB HUB BODY MAKER DENGAN SOFTWARE CATIA V5.
TUGAS AKHIR
DESAIN DAN ANALISIS DIES END CUB HUB BODY
MAKER DENGAN SOFTWARE CATIA V5
Disusun Sebagai Syarat Menyelesaikan Program Studi
Strata Satu Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik
Universitas Muhammadiyah Surakarta
Disusun oleh:
DENDY WAHYU RASNO PUTRO
D 200 020 021
JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA
2007
HALAMAN PERSETUJUAN
Tugas akhir ini berjudul “DESAIN DAN SIMULASI DIES END CUP
HUB BODY MAKER DENGAN SOFTWARE CATIA V5 ”, telah disetujui
oleh pembimbing untuk dipertahankan dihadapan Dewan Penguji sebagai syarat
untuk memperoleh gelar Sarjana Strata Satu (S-1) di Jurusan Teknik Mesin
Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta.
Disusun oleh :
Nama
: DENDY WAHYU RASNO PUTRO
NIM
: D 200 020 021
Disetujui :
Hari
: ............................................................
Tanggal
: ...........................................................
Mengetahui,
Pembimbing Utama
Pembimbing Pendamping
Tri Widodo Besar Riyadi, ST., M.Sc.
Muh. Al Fatih Hendrawan, ST.
iii
HALAMAN PENGESAHAN
Telah diperiksa dan disahkan oleh Dewan Penguji Tugas Akhir Jurusan
Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta dengan
judul ”DESAIN DAN SIMULASI DIES END CUP HUB BODY MAKER
DENGAN SOFTWARE CATIA V5”.
Disahkan pada
:
Hari
:
Tanggal
:
Dewan Penguji
:
1. Tri Widodo Besar Riyadi, ST, M.Sc.
(………………….......)
2. Ir. Pramuko I. Purboputro, MT.
(………………….......)
3. Bambang Waluyo Febriantoko, ST, MT.
(…………………..….)
Mengetahui,
A.n. Dekan Fakultas Teknik UMS
Ketua Jurusan Teknik Mesin
Wakil Dekan III
Universitas Muhammadiyah Surakarta
Ir. Subroto, MT.
Marwan Effendy, ST., MT.
iv
MOTTO
”Orang-orang yang besar adalah bukan orang-orang yang otaknya
sempurna, melainkan orang-orang yang dapat mempergunakan yang
terbaik dari otaknya yang tidak sempurna.” Aristoteles
“ Bersikaplah tenang dalam menghadapi kemalangan, kita akan
mendapatkan pengalaman berharga yang dapat menuntun kita kepada
kesuksesan.” Euripides
If a child lives with encouragement
He learns confidence
If a child lives with fairness
He learns justice
If a child lives with criticism
He learns to condemn
If a child lives with ridicule
He learns to be shy
If a child lives with acceptance and friendship
He learns to find love in the world
v
KATA PENGANTAR
Assalamu ‘alaikum Wr. Wb.
Puji syukur dan Alhamdulillah penulis ucapkan kepada Allah SWT yang
telah memberikan rahmat dan taufiq-Nya, sehingga penulis dapat menyelesaikan
Tugas Akhir yang berjudul “DESAIN DAN SIMULASI DIES END CUP HUB
BODY MAKER DENGAN SOFTWARE CATIA V5” ini sesuai waktu yang
telah ditentukan.
Tugas Akhir ini disusun sebagai syarat untuk memperoleh gelar Sarjana
Strata Satu (S-1) di Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas
Muhammadiyah Surakarta.
Penulis menyadari bahwa Tugas Akhir ini tidak akan selesai tanpa bantuan
dari beberapa pihak baik secara langsung maupun tidak langsung. Oleh karena itu
penulis mengucapkan terima kasih kepada semua pihak yang telah membantu,
terutama kepada:
1. Bapak Ir. H. Sri Widodo, MT., selaku Dekan Fakultas Teknik Universitas
Muhammadiyah Surakarta.
2. Bapak Marwan Effendi, ST., MT., selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin.
3. Bapak Tri Widodo Besar Riyadi, ST., M.Sc., selaku pembimbing utama
tugas akhir yang telah memberikan bimbingan, motivasi, pengarahan dan
masukan serta bantuan yang tidak mengenal kata lelah sampai Tugas Akhir
ini selesai.
vi
vii
4. Bapak Muh. Al Fatih Hendrawan, ST., selaku pembimbing pendamping
Tugas Akhir yang telah memberikan bimbingan, kesabaran dan saran dalam
penyusunan tugas akhir ini.
5. Bapak Hari Pranoto, yang telah banyak memberi pengalamannya tentang
dies, tenaga dan bantuan yang tidak mengenal kata lelah dalam membantu
penulis menyelesaikan tugas akhir ini.
6. Bapak Tri Pratikno, PT. Texmaco Semarang.
7. Teman-teman Laboratorium Manufaktur Jurusan Teknik Mesin UMS.
8. Teman-teman Teknik Mesin angkatan 2002, yang tidak dapat penulis
sebutkan satu persatu.
9. Semua pihak yang telah membantu penulis dalam menyelesaikan
penyusunan tugas akhir ini.
Penulis menyadari bahwa dalam penyusunan tugas akhir ini masih jauh
dari sempurna, karena keterbatasan penulis. Untuk itu saran dan kritik yang
sifatnya membangun sangat diharapkan untuk kebaikan dalam penyusunan
berikutnya. Harapan penulis semoga tugas akhir ini dapat bermanfaat bagi penulis
dan orang lain.
Wassalamu ‘alaikum Wr. Wb.
Surakarta,
November 2007
Penulis
ABSTRAKSI
Pada perkembangan industri dalam bidang manufaktur sebagai
pembantu dalam proses pembuatan komponen produksi. Salah satunya
pembuatan komponen end cup hub, dengan menggunakan peralatan
dies sebagai alat untuk pembuatan komponen end cup hub. Dengan
menggunakan peralatan ini membantu dalam kemudahan pembuatan
komponen dan peningkatan hasil produksi dalam jumlah banyak.
Desain dikerjakan dengan bantuan program komputer dengan
bantuan aplikasi software berbasis Finite Element Modeler, dalam
penelitian ini digunakan CATIA V5 R.15 sebagai program
aplikasinya, material yang digunakan adalah baja kontruksi umum ST
37 dan ST 50 (Yield strength 3,7 u 10 8 N/m2) untuk mengetahui
seberapa besarnya distribusi tegangan yang terjadi pada dies yang
digunakan pada proses deep drawing dengan sistem single draw pada
end cup hub bodymaker melalui proses trial dan analisis dengan
memvisualisasikan von mises stress sebagai hasil akhirnya. komponen
yang dibuat berupa end cup hub stainless steel dengan diameter 80mm
dengan ketebalan 0,9mm.
Hasil dari simulasi pembebanan statis deep drawing dies and
cup hub body maker dengan beban 35440 N pada desain I terjadi
distribusi tegangan maksimal pada upper dies, lower dies, maupun
blank holder. Dengan pembebanan merata pada upper dies, lower
dies, dan blank holder, tegangan yang terjadi yaitu: 1,48x107 N/m2,
1,42x108 N/m2, dan 6,88x107 N/m2. Sedangkan dengan beban terpusat
pada upper dies, tegangan yang terjadi adalah 1,48x107 N/m2.
Sedangkan untuk desain II von mises stress yang terjadi adalah
sebesar 9,78x107 N/m2 untuk upper dies dan 1,73x107 N/m2 pada
lower dies.
Kata kunci:, Dies, Catia, Von Misses Stress, End Cup Hub
viii
DAFTAR ISI
Halaman
HALAMAN JUDUL .......................................................................................
i
HALAMAN PERSETUJUAN ........................................................................
ii
LEMBAR PENGESAHAN ............................................................................
iii
HALAMAN SOAL .........................................................................................
iv
MOTTO ..........................................................................................................
v
HALAMAN PERSEMBAHAN .....................................................................
vi
KATA PENGANTAR ....................................................................................
vii
DAFTAR ISI ...................................................................................................
ix
DAFTAR DIAGRAM .....................................................................................
xii
DAFTAR GAMBAR ......................................................................................
xiii
ABSTRAKSI .................................................................................................. xxiii
BAB I PENDAHULUAN ............................................................................
1
1.1. Latar Belakang Masalah ............................................................
1
1.2. Batasan Masalah ........................................................................
4
1.3. Tujuan Penelitian .......................................................................
5
1.4. Manfaat Penelitian .....................................................................
6
1.5. Metode Penelitian ......................................................................
7
1.6. Sistematika Penulisan ...............................................................
9
BAB II TINJAUAN PUSTAKA ...................................................................
11
2.1. Pembentukan Lembaran Logam (Sheet Metal Forming) ..........
11
2.2. Pengertian Die ...........................................................................
14
2.3. Jenis-jenis Die ...........................................................................
14
2.4. Macam-macam Dies .................................................................
16
2.5. Peralatan Die .............................................................................
22
2.6. Proses Pembuatan Die ...............................................................
23
2.7. Langkah-Langkah Desain Die ...................................................
26
2.8. Clearance ( Kelonggaran ) Punch dan Die ...............................
28
ix
x
2.9. Penekanan ...............................................................................
29
2.10. Teori Dasar ..............................................................................
33
2.10.1. Metode Elemen Sheet Metal Forming .........................
33
2.10.2. Teori Elastisitas dan Plastisitas ...................................
33
2.10.3. Tegangan .....................................................................
35
2.10.4. Regangan ....................................................................
36
2.10.5. Hubungan Tegangan-Regangan ..................................
36
2.11. Metode Elemen Hingga ..........................................................
37
2.12. Jenis-Jenis Elemen Pada Metode Elemen Hingga ...................
38
2.13. Teori Dasar Proses Simulasi ...................................................
40
BAB III DESAIN DAN PERHITUNGAN DIES END CUP HUB................
41
3.1. Kriteria Dies ..............................................................................
41
3.2. Desain Dies ...............................................................................
42
3.3. Langkah-langkah Desain Dies ..................................................
43
3.4. Perhitungan Blank (Blank Calculation) ....................................
44
3.4.1. Menghitung Besarnya Blank End Part Cup Hub ........
44
3.4.2. Prosentase Penyusutan Material ...................................
44
3.5. Perhitungan Pada Proses Blanking ............................................
44
3.5.1. Menghitung Besarnya Punch dan Die Pada Blanking .
44
3.5.2. Menghitung Kekuatan Potong .....................................
45
3.6. Perhitungan Gaya Tekan Pada Proses Drawing, Pad (Blank
Holder), Dan Gaya Tekan Yang Memperhatikan Faktor .........
46
3.6.1. Parameter Yang Digunakan Dalam Pembentukan Pelat
RRSt 14 (SAE 1006) ....................................................
46
3.6.1.1. Menghitung Gaya Tekan Pada Proses Drawing 46
3.6.1.2. Menghitung Gaya Tekan Pad (Blank Holder) .
45
3.6.1.3. Menghitung Gaya Tekan Yang Dibebankan
Dengan Memperhatikan Factor Gesekan Pada
Dinding Die Dengan Pelat ...............................
45
xi
3.6.2. Parameter Yang Digunakan Dalam Pembentukan Pelat
Steel X5 Cr Ni 18 9 (AISI 304) ...................................
48
3.6.2.1. Menghitung Gaya Tekan Pada Proses Drawing .
48
3.6.2.2. Menghitung Gaya Tekan Pad (Blank Holder) ...
48
3.6.2.3. Menghitung Gaya Tekan Yang Dibebankan
Dengan Memperhatikan Factor Gesekan Pada
Dinding Die Dengan Pelat .................................
49
3.6.3. Menentukan Radius Sudut Pada Die ............................
49
3.6.4. Menentukan Clearance ................................................
49
3.6.5. Spring Stiffness ............................................................
49
3.7. Diskripsi Rancangan I Dies End Cup Hub Body Maker ...........
51
3.8. Diskripsi Rancangan I I Dies End Cup Hub Body Maker ........
52
3.9. Desain Dies End Cup Hub .........................................................
53
3.10. Bagian – bagian Die ................................................................
55
3.11. Perencanaan Assembling Part Dies End Cup Hub Body Maker 59
3.12. Pemilihan Dan Pemakaian Mesin Produksi Pada Pembuatan
Dies .........................................................................................
61
BAB IV ANALISA KEKUATAN DIES END CUP HUB BODY MAKER
DENGAN SOFTWARE CATIA V.5.................................................
62
4.1. Langkah – langkah Desain ........................................................
62
4.2. Memulai CATIA V.5 R.15 ........................................................
63
4.3. Bagian – bagian Penekan Pada Dies .........................................
63
4.4. Pemodelan Struktur Dies End Cup Hub Body maker ...............
64
4.5. Spotting Simulation Dengan DMU Fitting ...............................
66
4.6. Pemilihan Elemen .....................................................................
68
4.7. Pengasumsian Kondisi Batas ....................................................
69
4.8. Analisis Dan Simulation Model ................................................
77
4.9. Analisis Pada Kondisi Statis .....................................................
78
xii
BAB V PENUTUP
5.1. Kesimpulan ................................................................................
97
5.2. Saran...........................................................................................
99
DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN
DAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambar 1.1.
Cacat Wrinkling Pada Proses Deep Drawing .............................
Gambar 1.2.
Flow Chart Metodologi Penelitian ............................................ 12
Gambar 2.1.
Open Die Set ............................................................................... 14
Gambar 2.2.
Pillar Die Set .............................................................................. 15
Gambar 2.3.
Sistem pembentukan dan pemotongan ....................................... 16
Gambar 2.4.
Model Cutting Material............................................................... 17
Gambar 2.5.
Model Trim Part ........................................................................ 17
Gambar 2.6.
Model Separate Part .................................................................. 18
Gambar 2.7.
Model Blank Material Proses Blanking ...................................... 18
Gambar 2.8.
Model Blank Material Proses Piercing ...................................... 19
Gambar 2.9.
Model Blank Material Proses Drawing ...................................... 19
2
Gambar 2.10. Model Form Proses .................................................................... 20
Gambar 2.11. Model Stamp Proses ................................................................... 20
Gambar 2.12. Model Restrike Proses ................................................................ 21
Gambar 2.13. Model Flange Proses .................................................................. 21
Gambar 2.14. Model Bending Proses ................................................................ 22
Gambar 2.15. Tekanan Pada Pelat .................................................................... 31
Gambar 2.16. Diagram Tegangan-Regangan .................................................... 37
Gambar 2.17. Elemen satu dimensi .................................................................. 39
Gambar 2.18. Elemen segitiga, segiempat, quadrilateral ................................. 39
Gambar 2.19. Elemen tiga dimensi ................................................................... 40
Gambar 3.1.
Part Drawing End Cup Hub ....................................................... 43
Gambar 3.2.
Desain I Dies End Cup Hub Body Maker .................................. 51
Gambar 3.3.
Desain I Dies End Cup Hub Body Maker .................................. 52
Gambar 3.4.
Upper Die End Cup Hub ............................................................ 53
Gambar 3.5.
Lower Die End Cup Hub ............................................................ 54
Gambar 3.6.
Blank Holder End Cup Hub ....................................................... 54
Gambar 3.7.
Slide Plate Komponen Die End Cup Hub .................................. 55
xiii
xiv
Gambar 3.8.
Guide Pin Komponen Die End Cup Hub ................................... 56
Gambar 3.9.
Stroke End Block Komponen Die End Cup Hub ........................ 56
Gambar 3.10. Guide Slide Komponen Die End Cup Hub ............................... 57
Gambar 3.11. Punch Holder Komponen Die End Cup Hub ............................. 57
Gambar 3.12. Spring Komponen Die End Cup Hub ......................................... 58
Gambar 3.13. Guide Bushing Komponen Die End Cup Hub ........................... 58
Gambar 3.14. Flow Chart Assembly Part ......................................................... 60
Gambar 4.1.
Flow Chart Proses Desain Dan Analisa Dies Pada CATIA ...... 63
Gambar 4.2.
Pemodelan Upper Dan Lower Assembly Dies End Cup Hub .... 66
Gambar 4.3.
Setting Posisi Pra Spotting ......................................................... 68
Gambar 4.4.
Posisi Upper Naik Ke atas Dan Lower Die Pada Tempatnya .... 68
Gambar 4.5. Posisi Upper Dan Komponen-Komponen Yang Menjadi Satu Mulai
Menekan Kebawah ........................................................................69
Gambar 4.6.
Model Elemen Segitiga 2D dan Elemen Tetrahedron ............... 70
Gambar 4.7.
Rigid Connection ........................................................................ 72
Gambar 4.8.
Aplikasi Fastened Pada Model Kontruksi ................................. 73
Gambar 4.9.
Part Yang Diklem pada Base Lower Die ................................... 74
Gambar 4.10. Part yang di advanced restained pada Guide Pin ..................... 75
Gambar 4.11. Part yang diberi Spring virtual part........................................... 76
Gambar 4.12. Virtual spring ............................................................................ 76
Gambar 4.13. Load Pada Kontruksi Upper Assembly ...................................... 77
Gambar 4.14. Load Pada Kontruksi Lower Assembly .................................... 78
Gambar 4.15. Pembebanan Dies Pada Kondisi Terpusat ................................. 80
Gambar 4.16. Distribusi Tegangan Pada Kondisi Terpusat ............................. 80
Gambar 4.17. Perbesaran Bagian Tegangan Maksimum ................................. 81
Gambar 4.18. Upper Assembly Displacement .................................................. 81
Gambar 4.19. Distribusi Tegangan Part Upper Base ...................................... 82
Gambar 4.20. Distribusi Tegangan Part Die ................................................... 82
Gambar 4.21. Distribusi Tegangan Part Guide Slide ...................................... 83
Gambar 4.22. Distribusi Tegangan Pada Blank Holder ................................... 83
xv
Gambar 4.23. Pembebanan Dies Pada Kondisi Beban Merata ....................... 84
Gambar 4.24. Distribusi Tegangan Pada Kondisi (uniform load) ................... 85
Gambar 4.25. Perbesaran Bagian Tegangan Maksimum ................................. 86
Gambar 4.26. Upper Assembly Displacement .................................................. 86
Gambar 4.27. Distribusi Tegangan Pada Lower Dies ...................................... 88
Gambar 4.28. Lower Assembly Displacement .................................................. 88
Gambar 4.29. Distribusi Tegangan Pada Lower Base .................................... 89
Gambar 4.30. Distribusi Tegangan Pada Punch .............................................. 89
Gambar 4.31. Distribusi Tegangan Pada Upper Dies ...................................... 90
Gambar 4.32. Upper Assembly Displacement .................................................. 91
Gambar 4.33. Distribusi Tegangan Part Upper Base ...................................... 91
Gambar 4.34. Distribusi Tegangan Part Die ................................................... 92
Gambar 4.35. Distribusi Tegangan Pada Lower Base ..................................... 92
Gambar 4.36. Lower Assembly Displacement .................................................. 93
Gambar 4.37. Distribusi Tegangan Pada Part Lower Base ............................. 93
Gambar 4.38. Distribusi Tegangan Pada Part Punch ....................................... 94
DAFTAR TABEL
Tabel 1.1.
Property Material Pelat ...............................................................
4
Tabel 1.2.
Property Material .........................................................................
5
Tabel 2.1.
Radius Punch Dan Die ................................................................. 28
Tabel 2.2.
Kelonggaran Punch Dan Die Proses Draw ................................. 29
Tabel 2.3.
Kecepatan Pengepresan ................................................................ 32
Tabel 3.1.
Property Material Pelat ............................................................... 43
Tabel 4.1.
Property Material ST 37 .............................................................. 71
Tabel 4.2.
Property Material ST 50 .............................................................. 71
Tabel 4.3.
Load Pada Lower Dies ................................................................. 78
Tabel 4.4.
Tegangan tiap-tiap part Pada kondisi (uniform load) .................. 87
Tabel 4.5.
Perbandingan Tegangan Upper Dies Pada Desain I dan
Desain II ........................................................................................ 95
Tabel 4.6.
Perbandingan Tegangan Lower Dies Pada Desain I dan
Desain II ........................................................................................ 96
xvi
DESAIN DAN ANALISIS DIES END CUB HUB BODY
MAKER DENGAN SOFTWARE CATIA V5
Disusun Sebagai Syarat Menyelesaikan Program Studi
Strata Satu Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik
Universitas Muhammadiyah Surakarta
Disusun oleh:
DENDY WAHYU RASNO PUTRO
D 200 020 021
JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA
2007
HALAMAN PERSETUJUAN
Tugas akhir ini berjudul “DESAIN DAN SIMULASI DIES END CUP
HUB BODY MAKER DENGAN SOFTWARE CATIA V5 ”, telah disetujui
oleh pembimbing untuk dipertahankan dihadapan Dewan Penguji sebagai syarat
untuk memperoleh gelar Sarjana Strata Satu (S-1) di Jurusan Teknik Mesin
Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta.
Disusun oleh :
Nama
: DENDY WAHYU RASNO PUTRO
NIM
: D 200 020 021
Disetujui :
Hari
: ............................................................
Tanggal
: ...........................................................
Mengetahui,
Pembimbing Utama
Pembimbing Pendamping
Tri Widodo Besar Riyadi, ST., M.Sc.
Muh. Al Fatih Hendrawan, ST.
iii
HALAMAN PENGESAHAN
Telah diperiksa dan disahkan oleh Dewan Penguji Tugas Akhir Jurusan
Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta dengan
judul ”DESAIN DAN SIMULASI DIES END CUP HUB BODY MAKER
DENGAN SOFTWARE CATIA V5”.
Disahkan pada
:
Hari
:
Tanggal
:
Dewan Penguji
:
1. Tri Widodo Besar Riyadi, ST, M.Sc.
(………………….......)
2. Ir. Pramuko I. Purboputro, MT.
(………………….......)
3. Bambang Waluyo Febriantoko, ST, MT.
(…………………..….)
Mengetahui,
A.n. Dekan Fakultas Teknik UMS
Ketua Jurusan Teknik Mesin
Wakil Dekan III
Universitas Muhammadiyah Surakarta
Ir. Subroto, MT.
Marwan Effendy, ST., MT.
iv
MOTTO
”Orang-orang yang besar adalah bukan orang-orang yang otaknya
sempurna, melainkan orang-orang yang dapat mempergunakan yang
terbaik dari otaknya yang tidak sempurna.” Aristoteles
“ Bersikaplah tenang dalam menghadapi kemalangan, kita akan
mendapatkan pengalaman berharga yang dapat menuntun kita kepada
kesuksesan.” Euripides
If a child lives with encouragement
He learns confidence
If a child lives with fairness
He learns justice
If a child lives with criticism
He learns to condemn
If a child lives with ridicule
He learns to be shy
If a child lives with acceptance and friendship
He learns to find love in the world
v
KATA PENGANTAR
Assalamu ‘alaikum Wr. Wb.
Puji syukur dan Alhamdulillah penulis ucapkan kepada Allah SWT yang
telah memberikan rahmat dan taufiq-Nya, sehingga penulis dapat menyelesaikan
Tugas Akhir yang berjudul “DESAIN DAN SIMULASI DIES END CUP HUB
BODY MAKER DENGAN SOFTWARE CATIA V5” ini sesuai waktu yang
telah ditentukan.
Tugas Akhir ini disusun sebagai syarat untuk memperoleh gelar Sarjana
Strata Satu (S-1) di Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas
Muhammadiyah Surakarta.
Penulis menyadari bahwa Tugas Akhir ini tidak akan selesai tanpa bantuan
dari beberapa pihak baik secara langsung maupun tidak langsung. Oleh karena itu
penulis mengucapkan terima kasih kepada semua pihak yang telah membantu,
terutama kepada:
1. Bapak Ir. H. Sri Widodo, MT., selaku Dekan Fakultas Teknik Universitas
Muhammadiyah Surakarta.
2. Bapak Marwan Effendi, ST., MT., selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin.
3. Bapak Tri Widodo Besar Riyadi, ST., M.Sc., selaku pembimbing utama
tugas akhir yang telah memberikan bimbingan, motivasi, pengarahan dan
masukan serta bantuan yang tidak mengenal kata lelah sampai Tugas Akhir
ini selesai.
vi
vii
4. Bapak Muh. Al Fatih Hendrawan, ST., selaku pembimbing pendamping
Tugas Akhir yang telah memberikan bimbingan, kesabaran dan saran dalam
penyusunan tugas akhir ini.
5. Bapak Hari Pranoto, yang telah banyak memberi pengalamannya tentang
dies, tenaga dan bantuan yang tidak mengenal kata lelah dalam membantu
penulis menyelesaikan tugas akhir ini.
6. Bapak Tri Pratikno, PT. Texmaco Semarang.
7. Teman-teman Laboratorium Manufaktur Jurusan Teknik Mesin UMS.
8. Teman-teman Teknik Mesin angkatan 2002, yang tidak dapat penulis
sebutkan satu persatu.
9. Semua pihak yang telah membantu penulis dalam menyelesaikan
penyusunan tugas akhir ini.
Penulis menyadari bahwa dalam penyusunan tugas akhir ini masih jauh
dari sempurna, karena keterbatasan penulis. Untuk itu saran dan kritik yang
sifatnya membangun sangat diharapkan untuk kebaikan dalam penyusunan
berikutnya. Harapan penulis semoga tugas akhir ini dapat bermanfaat bagi penulis
dan orang lain.
Wassalamu ‘alaikum Wr. Wb.
Surakarta,
November 2007
Penulis
ABSTRAKSI
Pada perkembangan industri dalam bidang manufaktur sebagai
pembantu dalam proses pembuatan komponen produksi. Salah satunya
pembuatan komponen end cup hub, dengan menggunakan peralatan
dies sebagai alat untuk pembuatan komponen end cup hub. Dengan
menggunakan peralatan ini membantu dalam kemudahan pembuatan
komponen dan peningkatan hasil produksi dalam jumlah banyak.
Desain dikerjakan dengan bantuan program komputer dengan
bantuan aplikasi software berbasis Finite Element Modeler, dalam
penelitian ini digunakan CATIA V5 R.15 sebagai program
aplikasinya, material yang digunakan adalah baja kontruksi umum ST
37 dan ST 50 (Yield strength 3,7 u 10 8 N/m2) untuk mengetahui
seberapa besarnya distribusi tegangan yang terjadi pada dies yang
digunakan pada proses deep drawing dengan sistem single draw pada
end cup hub bodymaker melalui proses trial dan analisis dengan
memvisualisasikan von mises stress sebagai hasil akhirnya. komponen
yang dibuat berupa end cup hub stainless steel dengan diameter 80mm
dengan ketebalan 0,9mm.
Hasil dari simulasi pembebanan statis deep drawing dies and
cup hub body maker dengan beban 35440 N pada desain I terjadi
distribusi tegangan maksimal pada upper dies, lower dies, maupun
blank holder. Dengan pembebanan merata pada upper dies, lower
dies, dan blank holder, tegangan yang terjadi yaitu: 1,48x107 N/m2,
1,42x108 N/m2, dan 6,88x107 N/m2. Sedangkan dengan beban terpusat
pada upper dies, tegangan yang terjadi adalah 1,48x107 N/m2.
Sedangkan untuk desain II von mises stress yang terjadi adalah
sebesar 9,78x107 N/m2 untuk upper dies dan 1,73x107 N/m2 pada
lower dies.
Kata kunci:, Dies, Catia, Von Misses Stress, End Cup Hub
viii
DAFTAR ISI
Halaman
HALAMAN JUDUL .......................................................................................
i
HALAMAN PERSETUJUAN ........................................................................
ii
LEMBAR PENGESAHAN ............................................................................
iii
HALAMAN SOAL .........................................................................................
iv
MOTTO ..........................................................................................................
v
HALAMAN PERSEMBAHAN .....................................................................
vi
KATA PENGANTAR ....................................................................................
vii
DAFTAR ISI ...................................................................................................
ix
DAFTAR DIAGRAM .....................................................................................
xii
DAFTAR GAMBAR ......................................................................................
xiii
ABSTRAKSI .................................................................................................. xxiii
BAB I PENDAHULUAN ............................................................................
1
1.1. Latar Belakang Masalah ............................................................
1
1.2. Batasan Masalah ........................................................................
4
1.3. Tujuan Penelitian .......................................................................
5
1.4. Manfaat Penelitian .....................................................................
6
1.5. Metode Penelitian ......................................................................
7
1.6. Sistematika Penulisan ...............................................................
9
BAB II TINJAUAN PUSTAKA ...................................................................
11
2.1. Pembentukan Lembaran Logam (Sheet Metal Forming) ..........
11
2.2. Pengertian Die ...........................................................................
14
2.3. Jenis-jenis Die ...........................................................................
14
2.4. Macam-macam Dies .................................................................
16
2.5. Peralatan Die .............................................................................
22
2.6. Proses Pembuatan Die ...............................................................
23
2.7. Langkah-Langkah Desain Die ...................................................
26
2.8. Clearance ( Kelonggaran ) Punch dan Die ...............................
28
ix
x
2.9. Penekanan ...............................................................................
29
2.10. Teori Dasar ..............................................................................
33
2.10.1. Metode Elemen Sheet Metal Forming .........................
33
2.10.2. Teori Elastisitas dan Plastisitas ...................................
33
2.10.3. Tegangan .....................................................................
35
2.10.4. Regangan ....................................................................
36
2.10.5. Hubungan Tegangan-Regangan ..................................
36
2.11. Metode Elemen Hingga ..........................................................
37
2.12. Jenis-Jenis Elemen Pada Metode Elemen Hingga ...................
38
2.13. Teori Dasar Proses Simulasi ...................................................
40
BAB III DESAIN DAN PERHITUNGAN DIES END CUP HUB................
41
3.1. Kriteria Dies ..............................................................................
41
3.2. Desain Dies ...............................................................................
42
3.3. Langkah-langkah Desain Dies ..................................................
43
3.4. Perhitungan Blank (Blank Calculation) ....................................
44
3.4.1. Menghitung Besarnya Blank End Part Cup Hub ........
44
3.4.2. Prosentase Penyusutan Material ...................................
44
3.5. Perhitungan Pada Proses Blanking ............................................
44
3.5.1. Menghitung Besarnya Punch dan Die Pada Blanking .
44
3.5.2. Menghitung Kekuatan Potong .....................................
45
3.6. Perhitungan Gaya Tekan Pada Proses Drawing, Pad (Blank
Holder), Dan Gaya Tekan Yang Memperhatikan Faktor .........
46
3.6.1. Parameter Yang Digunakan Dalam Pembentukan Pelat
RRSt 14 (SAE 1006) ....................................................
46
3.6.1.1. Menghitung Gaya Tekan Pada Proses Drawing 46
3.6.1.2. Menghitung Gaya Tekan Pad (Blank Holder) .
45
3.6.1.3. Menghitung Gaya Tekan Yang Dibebankan
Dengan Memperhatikan Factor Gesekan Pada
Dinding Die Dengan Pelat ...............................
45
xi
3.6.2. Parameter Yang Digunakan Dalam Pembentukan Pelat
Steel X5 Cr Ni 18 9 (AISI 304) ...................................
48
3.6.2.1. Menghitung Gaya Tekan Pada Proses Drawing .
48
3.6.2.2. Menghitung Gaya Tekan Pad (Blank Holder) ...
48
3.6.2.3. Menghitung Gaya Tekan Yang Dibebankan
Dengan Memperhatikan Factor Gesekan Pada
Dinding Die Dengan Pelat .................................
49
3.6.3. Menentukan Radius Sudut Pada Die ............................
49
3.6.4. Menentukan Clearance ................................................
49
3.6.5. Spring Stiffness ............................................................
49
3.7. Diskripsi Rancangan I Dies End Cup Hub Body Maker ...........
51
3.8. Diskripsi Rancangan I I Dies End Cup Hub Body Maker ........
52
3.9. Desain Dies End Cup Hub .........................................................
53
3.10. Bagian – bagian Die ................................................................
55
3.11. Perencanaan Assembling Part Dies End Cup Hub Body Maker 59
3.12. Pemilihan Dan Pemakaian Mesin Produksi Pada Pembuatan
Dies .........................................................................................
61
BAB IV ANALISA KEKUATAN DIES END CUP HUB BODY MAKER
DENGAN SOFTWARE CATIA V.5.................................................
62
4.1. Langkah – langkah Desain ........................................................
62
4.2. Memulai CATIA V.5 R.15 ........................................................
63
4.3. Bagian – bagian Penekan Pada Dies .........................................
63
4.4. Pemodelan Struktur Dies End Cup Hub Body maker ...............
64
4.5. Spotting Simulation Dengan DMU Fitting ...............................
66
4.6. Pemilihan Elemen .....................................................................
68
4.7. Pengasumsian Kondisi Batas ....................................................
69
4.8. Analisis Dan Simulation Model ................................................
77
4.9. Analisis Pada Kondisi Statis .....................................................
78
xii
BAB V PENUTUP
5.1. Kesimpulan ................................................................................
97
5.2. Saran...........................................................................................
99
DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN
DAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambar 1.1.
Cacat Wrinkling Pada Proses Deep Drawing .............................
Gambar 1.2.
Flow Chart Metodologi Penelitian ............................................ 12
Gambar 2.1.
Open Die Set ............................................................................... 14
Gambar 2.2.
Pillar Die Set .............................................................................. 15
Gambar 2.3.
Sistem pembentukan dan pemotongan ....................................... 16
Gambar 2.4.
Model Cutting Material............................................................... 17
Gambar 2.5.
Model Trim Part ........................................................................ 17
Gambar 2.6.
Model Separate Part .................................................................. 18
Gambar 2.7.
Model Blank Material Proses Blanking ...................................... 18
Gambar 2.8.
Model Blank Material Proses Piercing ...................................... 19
Gambar 2.9.
Model Blank Material Proses Drawing ...................................... 19
2
Gambar 2.10. Model Form Proses .................................................................... 20
Gambar 2.11. Model Stamp Proses ................................................................... 20
Gambar 2.12. Model Restrike Proses ................................................................ 21
Gambar 2.13. Model Flange Proses .................................................................. 21
Gambar 2.14. Model Bending Proses ................................................................ 22
Gambar 2.15. Tekanan Pada Pelat .................................................................... 31
Gambar 2.16. Diagram Tegangan-Regangan .................................................... 37
Gambar 2.17. Elemen satu dimensi .................................................................. 39
Gambar 2.18. Elemen segitiga, segiempat, quadrilateral ................................. 39
Gambar 2.19. Elemen tiga dimensi ................................................................... 40
Gambar 3.1.
Part Drawing End Cup Hub ....................................................... 43
Gambar 3.2.
Desain I Dies End Cup Hub Body Maker .................................. 51
Gambar 3.3.
Desain I Dies End Cup Hub Body Maker .................................. 52
Gambar 3.4.
Upper Die End Cup Hub ............................................................ 53
Gambar 3.5.
Lower Die End Cup Hub ............................................................ 54
Gambar 3.6.
Blank Holder End Cup Hub ....................................................... 54
Gambar 3.7.
Slide Plate Komponen Die End Cup Hub .................................. 55
xiii
xiv
Gambar 3.8.
Guide Pin Komponen Die End Cup Hub ................................... 56
Gambar 3.9.
Stroke End Block Komponen Die End Cup Hub ........................ 56
Gambar 3.10. Guide Slide Komponen Die End Cup Hub ............................... 57
Gambar 3.11. Punch Holder Komponen Die End Cup Hub ............................. 57
Gambar 3.12. Spring Komponen Die End Cup Hub ......................................... 58
Gambar 3.13. Guide Bushing Komponen Die End Cup Hub ........................... 58
Gambar 3.14. Flow Chart Assembly Part ......................................................... 60
Gambar 4.1.
Flow Chart Proses Desain Dan Analisa Dies Pada CATIA ...... 63
Gambar 4.2.
Pemodelan Upper Dan Lower Assembly Dies End Cup Hub .... 66
Gambar 4.3.
Setting Posisi Pra Spotting ......................................................... 68
Gambar 4.4.
Posisi Upper Naik Ke atas Dan Lower Die Pada Tempatnya .... 68
Gambar 4.5. Posisi Upper Dan Komponen-Komponen Yang Menjadi Satu Mulai
Menekan Kebawah ........................................................................69
Gambar 4.6.
Model Elemen Segitiga 2D dan Elemen Tetrahedron ............... 70
Gambar 4.7.
Rigid Connection ........................................................................ 72
Gambar 4.8.
Aplikasi Fastened Pada Model Kontruksi ................................. 73
Gambar 4.9.
Part Yang Diklem pada Base Lower Die ................................... 74
Gambar 4.10. Part yang di advanced restained pada Guide Pin ..................... 75
Gambar 4.11. Part yang diberi Spring virtual part........................................... 76
Gambar 4.12. Virtual spring ............................................................................ 76
Gambar 4.13. Load Pada Kontruksi Upper Assembly ...................................... 77
Gambar 4.14. Load Pada Kontruksi Lower Assembly .................................... 78
Gambar 4.15. Pembebanan Dies Pada Kondisi Terpusat ................................. 80
Gambar 4.16. Distribusi Tegangan Pada Kondisi Terpusat ............................. 80
Gambar 4.17. Perbesaran Bagian Tegangan Maksimum ................................. 81
Gambar 4.18. Upper Assembly Displacement .................................................. 81
Gambar 4.19. Distribusi Tegangan Part Upper Base ...................................... 82
Gambar 4.20. Distribusi Tegangan Part Die ................................................... 82
Gambar 4.21. Distribusi Tegangan Part Guide Slide ...................................... 83
Gambar 4.22. Distribusi Tegangan Pada Blank Holder ................................... 83
xv
Gambar 4.23. Pembebanan Dies Pada Kondisi Beban Merata ....................... 84
Gambar 4.24. Distribusi Tegangan Pada Kondisi (uniform load) ................... 85
Gambar 4.25. Perbesaran Bagian Tegangan Maksimum ................................. 86
Gambar 4.26. Upper Assembly Displacement .................................................. 86
Gambar 4.27. Distribusi Tegangan Pada Lower Dies ...................................... 88
Gambar 4.28. Lower Assembly Displacement .................................................. 88
Gambar 4.29. Distribusi Tegangan Pada Lower Base .................................... 89
Gambar 4.30. Distribusi Tegangan Pada Punch .............................................. 89
Gambar 4.31. Distribusi Tegangan Pada Upper Dies ...................................... 90
Gambar 4.32. Upper Assembly Displacement .................................................. 91
Gambar 4.33. Distribusi Tegangan Part Upper Base ...................................... 91
Gambar 4.34. Distribusi Tegangan Part Die ................................................... 92
Gambar 4.35. Distribusi Tegangan Pada Lower Base ..................................... 92
Gambar 4.36. Lower Assembly Displacement .................................................. 93
Gambar 4.37. Distribusi Tegangan Pada Part Lower Base ............................. 93
Gambar 4.38. Distribusi Tegangan Pada Part Punch ....................................... 94
DAFTAR TABEL
Tabel 1.1.
Property Material Pelat ...............................................................
4
Tabel 1.2.
Property Material .........................................................................
5
Tabel 2.1.
Radius Punch Dan Die ................................................................. 28
Tabel 2.2.
Kelonggaran Punch Dan Die Proses Draw ................................. 29
Tabel 2.3.
Kecepatan Pengepresan ................................................................ 32
Tabel 3.1.
Property Material Pelat ............................................................... 43
Tabel 4.1.
Property Material ST 37 .............................................................. 71
Tabel 4.2.
Property Material ST 50 .............................................................. 71
Tabel 4.3.
Load Pada Lower Dies ................................................................. 78
Tabel 4.4.
Tegangan tiap-tiap part Pada kondisi (uniform load) .................. 87
Tabel 4.5.
Perbandingan Tegangan Upper Dies Pada Desain I dan
Desain II ........................................................................................ 95
Tabel 4.6.
Perbandingan Tegangan Lower Dies Pada Desain I dan
Desain II ........................................................................................ 96
xvi