TUGAS AKHIR Simulasi Cup Drawing Untuk Menghindari Cacat Wrinkling Dan Thinning Dengan Menggunakan Software Autoform R2.

TUGAS AKHIR

SIMULASI CUP DRAWING UNTUK MENGHINDARI
CACAT WRINKLING DAN THINNING DENGAN
MENGGUNAKAN SOFTWARE AUTOFORM R2

Disusun Sebagai Syarat Untuk Mencapai Gelar Sarjana Teknik
Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik
Universitas Muhammadiyah Surakarta

Disusun Oleh :

MUHAMMAD EFFENDI
NIM : D200100025

JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA
Januari 2016

ii

iii

iv

v

MOTTO
“Karena sesungguhnya sesudah kesulitan itu ada kemudahan, maka
apabila kamu telah selesai dari sesuatu urusan, kerjakanlah dengan
sungguh-sungguh urusan yang lain. Dan hanya kepada Tuhanmulah
hendaknya kamu berharap“
(Q.S Al Nasyarah :6-8)
“Sahabat itu seperti rumus, terkadang sulit dipahami namun mampu
menjadi pemberi solusi terbaik”
(Yunita Sari)
“Terapkan sifat semut dalam persahabatan, mereka saling berbagi, saling
menghargai, dan saling tolong-menolong”
(Yunita Sari)
“Membantu teman jangan pamrih, karena pertemanan bukan bisnis yang
selalu memikirkan untung dan rugi”

(Yunita Sari)
“Menjadi orang baik itu mudah, yang sulit itu adalah menjadi orang yang
jujur”
(Yunita Sari)

vi

ABSTRAKSI
SIMULASI CUP DRAWING UNTUK MENGHINDARI CACAT
WRINKLING DAN THINNING DENGAN MENGGUNAKAN SOFTWARE
AUTOFORM R2

Simulasi dilakukan untuk mengurangi langkah trial and error
sehingga dapat menghindari kesalahan produk dan dapat menekan biaya
keseluruhan produksi. Tujuan dari simulasi ini adalah untuk mengetahui
pengaruh dari variasi blank holder force dan koefisien gesek terhadap
cacat wrinkling dan thinning pada proses cup drawing.
Simulasi dilakukan dengan menggunakan software AutoForm R2 dan
tools yang digunakan mengikuti standar NumiSheet 2014 Benchmark 4
tentang wrinkling during cup drawing. Ada lima variasi blank holder force

yang digunakan dalam simulasi ini 37N, 57N, 77N, 97N, dan 117N serta
empat variasi koefisien gesek 0,05, 0,15, 0,25, dan 0,35. Material plat
yang digunakan adalah plat aluminium dengan ketebalan 0,32 mm dan
plat seng dengan ketebalan 0,30 mm.
Hasil analisa data simulasi baik pada material plat aluminium
maupun plat seng mengalami penurunan nilai wrinkling saat terjadi
kenaikkan blank holder force dan koefisien gesek. Sedangkan thinning
yang terjadi berbanding terbalik dengan hasil wrinkling, persentase
thinning justru semakin tinggi seiring dengan naiknya blank holder force
dan koefisien gesek. Analisa tes kegagalan material dengan forming limit
diagram menunjukkan bahwa semua cup berada dalam kondisi aman dan
bebas dari fracture.
Kata kunci : Simulasi, Cup Drawing, Wrinkling, Thinning

vii

ABSTRACTION
SIMULATION CUP DRAWING TO AVOID DEFECTS WRINKLING AND
THINNING USING SOFTWARE AUTOFORM R2
Simulations carried out to reduce the pace of trial and error so as to

avoid the mistakes of products and can reduce the overall cost of
production. The purpose of this simulation is to determine the effect of
variations of blank holder force and coefficient of friction against wrinkling
and thinning defects in the process of cup drawing.
Simulations carried out using software AutoForm R2 and tools that
are used to follow the standards NumiSheet 2014 Benchmark 4 of
wrinkling during cup drawing. There are five variations of blank holder
force used in this simulation 37N, 57N, 77N, 97N and 117N and four
variations of the coefficient of friction of 0.05, 0.15, 0.25, and 0.35. Plate
material used is aluminum plate with a thickness of 0.32 mm and a zinc
plate with a thickness of 0.30 mm.
Results analysis of simulation data either on an aluminum plate and
zinc plate material is impaired wrinkling when there is an increase blank
holder force and coefficient of friction. While thinning that occurs is
inversely proportional to the results of wrinkling, thinning percentage even
higher due to rising blank holder force and coefficient of friction. Analysis
of test material failure with forming limit diagram shows that all the cups
are in a safe condition and free from fracture.
Keywords: Simulation, Cup Drawing, Wrinkling, Thinning

viii

KATA PENGANTAR

Assalamu’alaikum Wr. Wb
Syukur alhamdulillah penulis panjatkan ke hadirat allah SWT atas
berkah dan rahmat-Nya sehingga penyusunan laporan penelitian ini dapat
terselesaikan.
Tugas Akhir yang berjudul “Simulasi Cup Drawing Untuk
Menghindari Cacat Wrinkling dan Thinning Dengan Menggunakan
Software AutoForm R2”, dapat terselesaikan atas dukungan dari
beberapa pihak. Pada kesempatan ini, penulis dengan segala ketulusan
dan

keikhlasan

hati

ingin

menyampaikan

rasa

terimakasih

dan

penghargaan yang sebesar-besarnya kepada :
1. Ir. Sri Sunarjono, M.T., Ph.D., sebagai Dekan Fakultas Teknik
Universitas Muhammadiyah Surakarta.
2. Tri Widodo Besar R., S.T., M.Sc., Ph.D., selaku Ketua Jurusan
Teknik

Mesin

Fakultas

Teknik

Universitas

Muhammadiyah

Surakarta.
3. Agus

Dwi

Anggono,

S.T.,

M.Eng.,

Ph.D.,

selaku

Dosen

Pembimbing Utama yang telah membimbing, mengarahkan, dan
selalu meluangkan waktu untuk membimbing serta memberi
petunjuk dalam penyusunan laporan Tugas akhir ini.
4. Bambang Waluyo F., S.T., M.T., selaku Dosen Pembimbing
Pendamping yang telah memberi arahan dan selalu meluangkan
waktu untuk membimbing dalam penyusunan laporan Tugas akhir
ini.
5. M. Alfatih Hendrawan, S.T, M.T., selaku Dosen Penguji yang telah
meluangkan waktu untuk memberikan bimbingan dan arahan dalam
penyusunan laporan Tugas Akhir ini.
6. Ir. Sunardi Wiyono, M.T., selaku Dosen Pembimbing Akademik
yang telah memberikan arahan dan bimbingan selama menempuh
ix

x

DAFTAR ISI

Halaman Judul ........................................................................................

i

Pernyataan Keaslian Topik Tugas Akhir ................................................. ii
Halaman Persetujuan ............................................................................. iii
Halaman Pengesahan ............................................................................ iv
Lembar Soal Tugas Akhir ....................................................................... v
Lembar Motto .......................................................................................... vi
Abstraksi ................................................................................................. vii
Kata Pengantar ....................................................................................... ix
Daftar Isi .................................................................................................. xi
Daftar Gambar ........................................................................................ xiv
Daftar Tabel ............................................................................................ xvii
Daftar Lampiran ...................................................................................... xviii
BAB I PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang ........................................................................ 1
1.2. Tujuan Penelitian ..................................................................... 4
1.3. Manfaat Penelitian ................................................................... 4
1.4. Batasan Masalah ..................................................................... 4

xi

BAB II TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Tinjauan Pustaka ..................................................................... 6
2.2. Landasan Teori ........................................................................ 9
2.2.1. Pengertian Deep Drawing ................................................ 9
2.2.2. Tegangan ........................................................................ 10
2.2.3. Regangan ........................................................................ 11
2.2.4. Elastisitas Isotropik (Isotropic Elasticity) .......................... 12
2.2.5. Keseimbangan Gaya dan Momen ................................... 13
2.2.6. Kondisi Batas (Boundary Condition) ................................ 15
2.2.7. Kriteria Tresca (Tresca Criterion) .................................... 18
2.2.8. Kriteria Von Mises (Von Mises Criterion) ......................... 20
2.2.9. Forming Limit Diagram (FLD) .......................................... 22
2.2.10. Wrinkling

Criterion

(Kriteria

Kerutan)

dan

Thinning

(Penipisan) .................................................................... 24
2.2.11. Proses Deep Drawing .................................................... 27
2.2.12. Teori Elastisitas dan Plastisitas Plat .............................. 31
2.2.13. Jarak Celah (Clearance) pada Deep Drawing ............... 33
2.2.14. Variable Deep Drawing .................................................. 33
BAB III METODOLOGI PENELITIAN
3.1. Rancangan Penelitian ............................................................... 40
3.2. Studi Pustaka ............................................................................ 41
xii

3.3. Pembuatan Desain .................................................................... 41
3.4. Export Mesh .............................................................................. 43
3.5. Setting Parameter Simulasi ....................................................... 43
3.6. Variasi Yang Digunakan ............................................................ 45
3.7. Hasil dan Pembahasan ............................................................. 45
3.8. Kesimpulan dan Saran .............................................................. 46
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1. Hasil Simulasi ............................................................................ 47
4.2. Hasil Eksperimen ...................................................................... 62
4.3. Analisa Hasil Simulasi Dengan Forming Limit Diagram (FLD) .. 64
4.4. Data Proses .............................................................................. 67
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
5.1. Kesimpulan ............................................................................... 69
5.2. Saran ......................................................................................... 69
DAFTAR PUSTAKA ................................................................................ 71
LAMPIRAN .............................................................................................. 72

xiii

DAFTAR GAMBAR

Gambar 1.1. Proses cup drawing (a) Sebelum pembentukan (b) Setelah
pembentukan ................................................................... 1
Gambar 1.2. Cacat

kerutan

(wrinkling)

terjadi

pada

bagian

yang

terlingkari .......................................................................... 3
Gambar 2.1. Sembilan komponen tegangan yang bekerja pada sebuah
bidang yang sangat kecil .................................................. 10
Gambar 2.2. Sebuah batang yang diberikan gaya yang sama besar dan
berlawanan arah pada ujung batangnya akan mengalami
pertambahan panjang ...................................................... 12
Gambar 2.3. Gaya

yang

bekerja

pada

potongan

tabung

yang

bertekanan ....................................................................... 13
Gambar 2.4. Keseimbangan

momen

pada

permukaan

berbentuk

silindris ............................................................................. 14
Gambar 2.5. Plat beralur, kondisi material yang berada diluar celah
mempengaruhi material yang berada didalam celah ........ 16
Gambar 2.6. Penyusutan regangan lateral lembaran spesimen uji tarik
tembaga sebagai fungsi jarak dari lengkungan. Regangan
diukur ketika elongasi sebesar 27.6% .............................. 17
Gambar 2.7. Pembengkokan pada lembaran spesimen uji, regangan
bidang εy = 0 berlaku kecuali pada wilayah dengan jarak
yang sama dengan ketebalan spesimen pada bagian tepi

dimana σy = 0 ................................................................... 18

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

Gambar 2.9. Tes uji tarik sederhana ...................................................... 20
Gambar 2.10. Forming Limit Diagram ..................................................... 23
Gambar 2.11. Analisa Wrinkling pada Autoform R2 ................................ 25
Gambar 2.12. Metode menghitung wrinkling ........................................... 26
Gambar 2.13. Analisa thinning pada simulasi ......................................... 27
Gambar 2.14. Proses deep drawing ....................................................... 28
Gambar 3.1. Pandangan skematik alat dan dimensi untuk proses
drawing ............................................................................ 42
Gambar 4.1. Wrinkling criterion pada AutoForm R2 ............................. 48
Gambar 4.2. Analisa wrinkling pada cup hasil simulasi material plat seng
0,30 mm (a,b) dan plat aluminium 0,32 mm (c,d), dengan
memvariasikan BHF ......................................................... 48
Gambar 4.3. Grafik hubungan antara Blank Holder Force dan Wrinkling
pada material plat seng ketebalan 0,30 mm dan plat
aluminium ketebalan 0,32 mm ......................................... 50
Gambar 4.4. Analisa wrinkling pada cup hasil simulasi material plat seng
0,30 mm (a,b) dan plat aluminium 0,32 mm (c,d) dengan
memvariasikan koefisien gesek ....................................... 51
Gambar 4.5. Grafik hubungan antara koefisien gesek dan Wrinkling pada
material plat seng ketebalan 0,30 mm dan plat aluminium
ketebalan 0,32 mm ........................................................... 52
Gambar 4.6. Distribusi wrinkling pada plat seng 0,30 mm dengan BHF
sebesar 37N dan koefisien gesek 0,15 ............................ 53
Gambar 4.7. Distribusi wrinkling pada plat aluminium 0,32 mm dengan
BHF sebesar 37N dan koefisien gesek 0,15 .................... 54
xv

Gambar 4.8. Thinning pada Autoform R2 ............................................. 55
Gambar 4.9. Analisa thinning pada cup hasil simulasi material plat seng
0,30 mm (a,b) dan plat aluminium 0,32 mm (c,d), dengan
memvariasikan BHF ......................................................... 56
Gambar 4.10. Grafik hubungan antara blank holder force dan thinning
pada material plat seng ketebalan 0,30 mm dan plat
aluminium ketebalan 0,32 mm ......................................... 57
Gambar 4.11. Analisa thinning pada cup hasil simulasi material plat seng
0,30 mm (a,b) dan plat aluminium 0,32 mm (c,d), dengan
memvariasikan koefisien gesek ....................................... 58
Gambar 4.12. Grafik hubungan antara koefisien gesek dan thinning pada
material plat seng ketebalan 0,30 mm dan plat aluminium
ketebalan 0,32 mm ........................................................... 59
Gambar 4.13. Grafik perbandingan antara wrinkling dan thinning dengan
variasi BHF ....................................................................... 60
Gambar 4.14. Cup hasil eksperimen material plat seng 0,30 mm (a,b), dan
plat aluminium 0,32 mm (c,d) ........................................... 63
Gambar 4.15. FLD untuk material plat aluminium 0,32 mm dengan variasi
BHF sebesar 37N ............................................................. 65
Gambar 4.16. FLD untuk material plat aluminium 0,32 mm dengan variasi
koefisien gesek sebesar 0,05 ........................................... 66
Gambar 4.17. Grafik proses data dari cup material plat aluminium dengan
BHF sebesar 37N dan koefisien gesek 0,15 .................... 67

xvi

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1. Level parameter ................................................................... 8
Tabel 3.1. Dimensi alat untuk proses drawing (a) dalam milimeter dan (b)
dalam inchi ........................................................................... 42

xvii

DAFTAR LAMPIRAN

Lampiran 1. Benchmark 4 – Wrinkling During Cup Drawing
Lampiran 2. Proses Pembuatan Simulasi

xviii