• • •

III. DEEP DRAWING

1. METAL FORMING

Metal forming adalah suatu proses pembentukan metal berbentuk suatu

benda padat menjadi sebuah benda dengan bentuk lainnya yang dikehendaki dcngan

tidak merusak keuluhan ikatan materi maupun massa benda tersebut. Agar proses

metal forming dapat berlangsung maka benda yang dikerjakan harus mempunyai

sifat-sifat/pcrsyaratan yang diperlukan, yaitu:

- Bahan yang diproses haruslah dapat memberikan perubahan plastis tanpa

berakibat terlepasnya ikatan materi bahan tersebut (rusak/pecah) apabila

mendapat gaya/tekanan dari luar.

- Kemampuan perubahan bentuk plastis dari bahan merupakan suatu

karakteristik yang sangat mencntukan (hal ini telah dijclaskan pada bab II ).

24

Metal forming terbagi menjadi :

- Compressive forming

Proses perubahan bentuk sebuah logam (raw material) ke bentuk benda jadi

dimana gaya-gaya yang bekerja dalam daerah pembentukannya merupakan gaya

tekan.

- Combined tensile and compressive forming

Proses pembentukan dimana gaya-gaya yang bekerja pada daerah

pembentukannya adalah gaya tarik dan gaya tekan dan bekerja pada benda pada

waktu yang bersamaan.

- Tensile forming

Proses perubahan bentuk dimana gaya-gaya yang bekerja pada daerah

pembentukannya merupakan gaya tarik.

- Forming by bending

Proses pada teknik pembentukan dimana perubahan logam pada daerah

pembentukannya disebabkan olch beban tckuk (bending load).

- Forming by shearing

Proses pembentukan sebuah benda dimana gaya-gaya yang bekerja pada daerah

pembentukan berupa gaya gunting/puntir (shearing load).

Masing-masing bagian proses metal forming tersebut terbagi lagi menjadi beberapa

proses yang lebih terperinci, dapat dilihat pada diagram 3.1.

25

Compressive

forming

LJL±JL

Metal forming

Combined tensile and comprcisive

forming

LJL I I

Tensile forming

4 Forming

by bending

S I! it

Forming

bv shoring

7x

DIAGRAM 3.1

KLASIFIKASI METAL FORMING

2. DEEP DRAWING

Proses deep drawing adalah suatu proses pengerjaan plat yang penting,

merupakan bagian dari proses combined (ensile and compressive forming. Proses

deep drawing banyak dipakai untuk mcnghasilkan produk yang berupa produksi

massa seperti komponen kendaraan bermotor.

Proses deep drawing dapat didefinisikan sebagai proses pembentukan

lembaran plat (blank) menjadi sebuah komponen berongga (kup); adapun cara yang

digunakan yaitu blank ditekan ke dalam cetakan dengan menggunakan

penekan/stempel (punch). Pada proses ini ketebalan sebelum dan setelah dibentuk

26

adalah kurang lebih sama atau tidak banyak berubah. Untuk pembagian deep

drawing dapat dilihat pada diagram 3.2.

Proses deep drawing terbagi menjadi 3 kelompok besar pengerjaan, yaitu:

Oaap drawing

with tooh

IE Dtcp

drawing wWi

rigid tool*

1 D«*p

drawing

wittt • la*Ik punch

I Daap

drawing

with alalti

D

HM.ll

•P drawing

with • i ait it; pad

Deap drawing

with pratiura madium

Dean drawing

lorna-acttvatad madium

anaigy-attivalad madium

Dtap drawing

tiHca»itiv»trr1 liquid madhim

Ilaafi

drawing with

torca trtlvarad •olid

gr anular madium'

Daap drawing

yith eneigy activation

D a * .

torca-activaiad jar • l>u« madium

with anargy-ac I iva tad

lolirf granular madium

D«ep drawing

with anargy-act Iva tad liquid madium

drawing

with anargy-act iva tad

tdfum

DIAGRAM 3.2

KLASIFIKASI PROSES DEEP DRAWING

I I Hi mi El

lal

GAMBAR3.;

DEEP DRAWING DENGAN STEMPEL PADAT

27

1. Deep drawing dengan dies/matres.

Dies yang digunakan pada proses ini dapat berupa tools yang padat/rigid

(bahannya dari metal), dapat dilihat pada gambar 3.1 ataupun tools yang

sebagian bahannya dari bahan elastis (misalnya karet), dapat dilihat pada gambar

3.2.

Proses deep drawing dengan dies ini terbagi atas tahap:

la) (b)

GAMBAR 3.2

DEEP DRAWING DENGAN STEMPEL ELASTIS

- first draw

- redraw

Pada first draw terjadi pembentukan sebuah benda berongga (cup) dari sebuah

potongan plat, sedangkan pada redraw sebuah benda berongga tadi dibuat

menjadi benda berongga lainnya dengan pengurangan diameter cup serta

pcrtambahan tinggi dinding cup.

2. Deep drawing dengan perantara media kerja.

Medium tekanan yang digunakan dalam deep drawing jenis ini dapat berupa

partikel-partikel padat dengan bentuk yang tidak teratur, gas ataupun cairan.

28

Dalam praktek jenis cairan adalah jenis yang paling banyak digunakan. Medium

ini dapat meneruskan gaya-gaya statis seperti pada deep drawing dengan water

bag, membran, dan lainnya (gambar 3.3). Gelombang tekanan tercipta oleh

pelepasan energi secara tiba-tiba yang dihasilkan dari ledakan campuran gas,

percikan bunga api listrik atau pelepasan gas tekanan tinggi secara tiba-tiba.

D M P drawing with • praitur • medium

Dynamic action

n| Deep, drawing

uiing und, HBBl »hOt, tlC.

D n p drawing by txploatvt detonation with und §i the

trantmitting medium

Deep drawing uiing Deep drawing using a water beg a membrane

Expf olive charge

Deep drawing by ipark diicharoe

Deep drawing uiing exploit vet

Diep drawing uiing Dtap drawing uiing one-tided liquid preiturt two-tided liquid preuure

Deep drawing by •perk discharge

Deep drjwing uiing explosives

GAMBAR 3.3

DEEP DRAWING DENGAN MEDIA KERJA

2()

3. Deep drawing dengan energi aktif.

Pada umumnya deep drawing jenis ini memanfaatkan reaksi dari medan

elektromagnet (gambar 3.4).

Coil

Coil support

Workplace

Die

GAMBAR 3.4

DEEP DRAWING DENGAN ENERGI AKTIF

Tegangan normal rata-rata am= (a,+a2+a3)/3 (,) adalah tegangan tarik

selama proses deep drawing, hal ini merupakan kekurangan dalam menghasilkan

regangan maksimum yang memungkinkan jika dibandingkan dengan proses untuk

material bulk (misalnya proses extrusion), dimana regangan yang besar

dimungkinkan. Regangan yang dapat diterima dalam proses deep drawing dibatasi

dengan tegangan-tegangan tarik maksimum yang memungkinkan pada material.

Bagaimanapun juga, batas tegangan tarik dari single draw tidak mempengaruhi

kemampuan material untuk dapat dibentuk (material formability limit). Dewasa ini

telah dikembangkan proses yang dapat menaikkan formability limit dari material

dengan menaikkan tegangan normal rata-rata am.

L-angc, Kurt, Handbook of Metal Forming. McGraw-Hill, p. 20.3.

30

Blankholder^

Blank •

KSZZ2I

'/.' First draw

) Punch

kl Redraw

GAMBAR3.5

TAHAPAN DEEP DRAWING

Pada gambar 3.5 dapat dilihat dua tahap deep drawing , first draw dan

redraw. First draw menghasilkan sebuah cup dari lembaran plat. Setiap kali

dilakukan redraw, diameter dari cup akan mengecil dan tingginya bertambah.

Gaya-gaya yang penting untuk menghasilkan deformasi tidak diterapkan

langsung pada daerah deformasi, tetapi ke penekan (punch) yang meneruskan ke

dasar cup dan diteruskan oleh dinding-dinding cup ke daerah deformasi. Ini

pcnyebab tingginya tegangan tarik di dalam dinding cup.

2.1 Jalannya Ptoses Deep Drawing

Demikian benda kerja/plat ditekan dengan draw stempel (punch) maka

tcrjadilah perubahan plat di daerah antara matres (die) dengan stempel.

Perubahan ini dilanjutkan sampai ke dasar cup, dimana besarnya

perubahan ini ada batasnya yang apabila terlampaui akan menyebabkan

kerusakan pada plat. Dengan bertambah dalamnya draw stempel masuk

31

maka daerah ini mengalami proses penarikan (stretch formed), selain gaya

bending.

Pada proses deep drawing ini lembaran mengalami 3 jenis deformasi yang

berbeda, tergantung pada posisinya:

1. Bagian yang terletak di bawah penekan akan mengikuti bentuk penekan,

sedangkan gaya yang bekerja pada bagian ini adalah gaya tarik biaksial

akibat kerja penekan.

2. Bagian yang terletak di tepi blank akan mengalami penarikan secara

radial ke arah matres dan mengalami pengurangan diameter. Bagian ini

mengalami gaya tarik pada arah radial dan gaya tekan pada arah keliling

yang akan menyebabkan lembaran bertambah tebal dan mungkin

membcntuk kerut (wrinkling). Tetapi saat material melalui radius

cctakan, terjadi pelengkungan (bending) dan pelurusan kembali yang

akan memberi efek penipisan yang mengkompensasikan peningkatan

ketebalan tersebut.

3. Di antara kedua bagian tersebut yaitu bagian dinding cup, tidak terjadi

bending dan gaya yang bekerja semata-mata hanya gaya tarik saja.

32

GAMBAR 3.6

FIRST DRAW

2.2 Tcgangnn pada proses first draw

Pada gambar 3.6 menunjukkan gambar skema dari susunan untuk first

draw. Pusat dari lembaran plat/blank (diameter d,) bersama dengan

diameter luar d0 hanya tertarik sedikit dalam pembentukan dasar cup.

Dengan mengandaikan bahwa ketebalan dinding tetap konstan selama

proses deformasi, ketinggian cup dapat diperhitungkan dengan rumus.

hc = (l+d0/d,)(d0-d,)/4(2> . [ 3 JJ

Penjelasan berikut mengacu pada gambar 3.7. Posisi I adalah bagian dari

elemcn volume yang terletak pada blank sebelum proses drawing dimulai,

bergerak ke posisi II saat punch mulai menekan, dan akhirnya mencapai

posisi III di dalam dinding cup. Selama pergerakan ini elemen menunjukkan

gaya tarik dalam arah radial dan gaya tekan dalam arah keliling. Bersamaan

dengan itu elemcn mengalami tarikan pada arah radial dan tekanan pada

33

arah tangensial. Sedangkan bending terjadi saat elemen bergerak dari flange

melewati bagian tekukan die masuk ke dalam dinding cup.

- d 0

M

or + dor K3& - " da Streiiei in the element

11 2 *Q

l - C B f

at \ °t~ °- Without blank-hoWtr

't Ibl

GAMBAR3.7

TEGANGAN PADA DEEP DRAWING

2.3 Rcgnngnn

Regangan dievaluasi tanpa memperhitungkan bending pada jari-jari atau

lengkungan die. Arah daripada tegangan-tegangan dasar berhubungan

dengan regangan dalam arah radial dan normal. Pada cup yang telah

34

diselesaikan menunjukkan regangan-regangan sebagai berikut, dimana s,

adalah tebal dinding cup mula-mula dan d' adalah diameter asal dari elemen

cincin yang dianalisa:

<P, - ^ (d/d')

<PZ = l n (s./so)

(pr = In (s0dys,d,) ('.)

.[3.2]

[3-3]

[3-4]

Dan untuk memenuhi persyaratan volume tetap maka (pr+9,+{pz=0 harus

terpenuhi. Sifat-sifat deformasi dari benda yang dideepdrawing biasanya

ditentukan oleh karakter drawing ratio (13) yaitu perbandingan diameter

blank do dengan diameter dalam cup yang telah selesai, d, :

[3.5] 0=do/d, (•i)

1.00

0.75

0.60

0.26

w 0.26

•0.25

•0.50

•0.75

• 1.00

in <p 100 mm (3.94 in)

Tl • 'v

GAMBAR3.8

GRAFIK DISTRIBUSI REGANGAN SETEMPAT

35

Dengan terjadinya kontak stempel dengan blank, deformasi terbatas pada

dacrah di bawah stempel. Dengan semakin ditekannya benda kerja oleh

stempel, maka terjadilah perubahan pada plat di daerah antara matres

dengan stempel. Perubahan ini dilanjutkan sampai ke dasar cup.

Dengan bertambah dalamnya draw stempel masuk, maka pada daerah ini

mengalami proses tarikan (stretch formed). Selain juga proses bending

yang terjadi pada sckeliling lengkungan stempel dengan matres(5). Hal ini

menjelaskan bahwa regangan pada dasar cup tidak semuanya nol, seperti

yang ditunjukkan pada gambar 3.8 dimana cpt bertambah terus antara AC

sementara cpt bcrkurang. Sementara itu cpmax dihitung sebagai :

9 n « x = l < P , l (6) P-6]

Regangan normal (pz dalam arah tebal selalu negatif pada dasar cup, maka

dari itu lembaran plat Iebih tipis pada daerah ini. Di dalam dinding cup,

regangan normal meningkat terus yang mengakibatkan ketebalan dinding

pada tepi atas pada umumnya lebih besar daripada ketebalan plat

mula-mula, s0. Distribusi ketebalan dinding pada seluruh cup bergantung

juga pada parameter lainnya, seperti : drawing ratio, bentuk geometri tool,

tekanan penjepit plat dan sifat anisotropi material. Pada eksperimen,

deformasi lokal Iebih sering diukur dengan menggunakan penandaan skala

dan etsa foto kimia(7) pada blank sebelum dideformasi.

5 Ronianowski. W., 1967, Tlic Initial Stage in Peep Drawing, p. 611-613.

I-angc, Kurt, Handbook of Metal Forming, McGraw-Hill, p. 20.8. MOsclicnboni, W., 1969, Iiivcsligalioii of The Deformation of Two Drawing Halves with Pliolocliciiiicallv Applied Orids. p.

109-115.

36

2.4 Keretakan dan Limiting Drawing Ratio (LDR)

Dengan semakin besarnya drawing ratio (B) yang dipilih, semakin besar

pula beban drawing maksimum dengan kondisi-kondisi Iain yang konstan.

Beban ini harus diteruskan oleh dinding komponen yang didrawing. Untuk

itu perbandingan drawing (drawing ratio) tidak boleh mencapai harga

maksimum yaitu LDR (I3max), untuk menghindari terjadinya retakan pada

dasar cup.

Bentuk kerusakan pertama disebut retak prematur dan bentuk yang lain

disebut retak yang sesungguhnya. Retakan sesungguhnya selalu terjadi

pada daerah tekukan/lengkungan dasar cup, juga pada daerah transisi dari

tckukan dasar ke dinding cup. Bentuk retakan ini sering disebut retakan

optimal karena dalam hal ini beban paling besar yang dimungkinkan

dipindahkan pada daerah transformasi. Beban retak dapat ditentukan (8)

dengan rumus :

Fcr=Su7ldms0acr ....[3.7]

dimana : Su = tegangan tarik ultimate

dm- harga rata-rata diameter dinding cup

= d,+s0

s0 = tebal plat mula-mula

a = faktor retakan

Docgc , E., 1963, Invcsligalion of Maxinnini Transniillablc Load in Deep Drawing of Circular Cylindrical Coinponenis. DR. Ing. thesis, Berlin.

37

Faktor retakan untuk beberapa jenis material dapat dilihat pada tabel di

bawah ini :

Material act

Deep-drawing steel sheet, RSt 14 (SAE 1006) 1.05-1.55 Austenitic steel sheet, X 5 Cr Ni 18 9 (AISI 304) 0.95-1.30 Brass, Cu Zn 37 (UNS C27000) 0.92-1.27 Pure aluminum, Al 99.7 w (AA 1050-O) 0.99-1.22

TABEL 3.1

TABEL FAKTOR RETAKAN

Sebagai batas perbandingan drawing (Limiting Drawing Ratio = LDR)

adalah I3max yang dapat dicari dengan (dt/d,)^. Harga I3max di atas

seharusnya hanya digunakan sebagai pertimbangan pertama dimana harga

ini masih dipengaruhi oleh beberapa parameter lainnya. Perkiraan harga Rma

untuk beberapa material dengan perbandingan diameter terhadap ketebalan

do/so=50 diberikan pada tabel di bawah ini :

38

Material 0m„

Steel sheet, depending on quality 1.8-2.2 Aluminum, copper, Al Cu Mg sheets 2.1 Brass sheet, depending on prestrain 1.7-2.2

TABEL3.2

TABEL BMAX BEBERAPA MATERIAL

Menurut Panknin dan Grosch(9), jika material isotropik dan alat (tools) yang

digunakan mempunyai ukuran tetap, maka I3miix bergantung terutama pada

kondisi gesekan stempel dan matres (die). Semakin kecil gesekan pada die

dan penjcpit plat dan semakin besar koefisien gesek p pada stempel, maka

semakin besar LDR yang dapat diterima.

Material: Si 1403 (AISI 10061 •0 - 0.5 mm (0.02 In)

so IOO iso 200 no 300 no 100 Relative punch diameter dp/S0

GAMBAR3.9

LDR SEBAGAIFUNGSI Dp/S0

Ketebalan lembaran plat dan diameter stempel juga mempengaruhi Bmax.

Kotthaus(l0) telah menentukan bahwa Bmax menurun dengan menuainnya

Panknin, W., Grosch, J., 1969, The Effect of Workpicce Material on Cracks in Peep Drawing of Unkillcd Steels, p. 339-348.

KolUiaus, II., 1955, An Investigation of The Transpolahilitv of Test Results from Models to Full Scale Tooling for Deep Drawing of Round Cylindrical Components. DR. Ins, thesis, Tcchnische llochschulc, Stutgart.

39

ketebalan relatif daripada lembar plat (s0/do) atau naiknya diameter stempel

relatif (dp/s0), hal ini dapat dilihat pada gambar 3.9. Penjelasan untuk

hubungan di atas dapat ditemukan dalam kondisi gesekan. Semakin kecil

ketebalan relatif, semakin besar kerugian gesekan dan LDR semakin

rendah. Gesekan blank tidak hanya bergantung pada pelumasan tapi juga

pada tegangan penjepit plat. Perbandingan tegangan luluh Sy/Su

menunjukkan pengaruh yang kecil pada LDR. Koelzer(ll) menemukan

bahwa komponen berbentuk silindris dapat dideepdrawing lebih baik jika

S/Su rendah.

Pengaruh dari kecepatan drawing pada LDR diteliti oleh Panknin(l2),

ditemukan sebab utama dari pengaruh kecepatan adalah pada gesekan,

yang sccara umum tergantung pada medium pelumasan, yang lebih rendah

pada kecepatan yang lebih tinggi. Pelumasan yang baik akan meningkatkan

nilai LDR, tcrutama pada daerah penjepit blank (blankholder) dan radius

dies.

Nilai LDR juga dipengaruhi oleh harga anistropi plastis pada arah normal

(r). Secara umum dapat dikatakan bahwa kenaikan harga r akan menaikkan

nilai LDR. Meskipun demikian, hubungan kuantitatif antara r dan LDR

belum pasti. Pada tabel 3.3 menunjukkan daftar lembaran material untuk

proses deep drawing yang paling penting bersama dengan drawing ratio

yang digunakan di dalam industri untuk first draw dan redraw. Harga-harga

Koclzcr, II., 1949, The Behavior of Deep Drawing Sheets as a Function of Tcsline Method. Dr .Ing. thesis, Tcchnische 1 Iochschulc, Braunschweig. 12

I'anknin, W., 1959. Effect of The Drawing Rale in Deep Drawing, p. 391-396.

w r > H W -

1 H z c c 2 H 0 --—

a >

-. > — -—

Des ignat ion

DIN"

MiW «l«-f

LSI 14*

USI13

HRSH4

Stafll/ciS ttfV*/

Prrritic XSCH7 Aoctaiiiie X5Ci,NilK.9

Hral-rcnstanl sln-l

Frrritic XIIH>A||3 Auifrntttc X 15l>N<252<>

t'S

A LSI IO0S

ALSI 11X)H

SAE 1006

AISI *10

A LSI 304

ASTM lvpe-405

AISI 311

Minimum

•vy.o> N/mm2(ksi!

S 2 S 0 (40.6)

s n F»25) 2S220 (31.8)

270(39.151

185 (26 K)

295 (42 H)

295 (42.8)

Minimum S» N/mm 1

(hi )

270-411) (39.15-54.45) 170-370 (39 15-53.65) 270-350 (59.15-50.75)

450-600 (65 25-671 500-700 (72 5-101.5)

50O-S50 (72.5-94 25) 54(0-740 (9555-1073)

Minimum fracture strain. »$. nj (Specimen:

4> « SO mm. ho - 20 mm)*

«0 £ 5 mm*

23

32

36

20 J. 15 p c

SO I. 37 p '

15

40

Achievable drawing ratia 3

First draw

l.S

1.9

2.0

1.55

2 0

1 7

2.0

Pint redraw without

annealing

1 2

125

1.3

— 1.2

1.2

12

First redraw with

annealing

1.5

165

1.7

125

18

1.6

1.1

Lubrication

Water-based oil emulsion with increasing soap content as the severity of service increases

Waittr-graphtte paste or a thick mixture of linseed oil and white lead oxide; sodium palmitatc

Water-graphite paste or a thick mixture of linseed oil and while lead oxide; sodium palrmUle

Remarks

Steel quality suited for: drawing deep drawing extra deep drawing

Ferrilic sheets have low ductility at room temperature and are drawn often at elevated temperatures of 67-177°C (153-350=F)

Strong increase in brrftleness during deformation

C:

http://www.petra.ac.id

42

ini lebih kecil dari harga-harga yang telah dibahas di atas, yang ditentukan

di bawah kondisi laboratoris. Dalam industri, keamanan adalah yang paling

pcnting. Daripada resiko retak karena drawing ratio yang terlalu besar

maka proses redraw tambahan digunakan. Untuk tujuan tertentu, LDR

tinggi lebih diinginkan. Penelitian telah menunjukkan bagaimana I3max

dapat dinaikkan di atas nilai yang telah diketahui. Pada prinsipnya, LDR

dapat dinaikkan jika kita dapat mengurangi tegangan alir di dalam flange

atau menaikkan kekuatan lembar material pada daerah transisi dari dasar

cup dinding. Beberapa usaha telah dicoba, seperti pemanasan setempat

pada flange, penggunaan stempel yang didinginkan pada blank yang

dipanaskan. Karena memerlukan lebih banyak usaha/kerja, maka hampir

tidak ada proses-proses terscbut di atas yang digunakan secara meluas pada

industri.

Schingga dapat disimpulkan, pada umumnya batasan drawing ratio

dipengaruhi oleh :

- Kondisi dari gesekan pada stempel dan matres. Makin kecil gesekan pada

matres dan penjepit plat dan makin besar koeflsien gesek u pada stempel

maka harga drawing ratio dapat lebih besar.

- Tebal plat. Makin kecil harga s0/d0 makin kecil pula harga Bmax.

- Diameter stempel. Makin besar harga dsl/d0 makin kecil harga Bmax.

- Anisotropi material. Nilai-r besar maka I3max juga besar.

43

Pengaruli dari yield strength ratio (Sy/SuJ- Semakin kecil Sy/Su semakin

besar Bm„.

Kecepatan laju stempel drawing. Semakin tinggi kecepatan maka 8m(lx

semakin berkurang.

2.5 Pengaruli Sifat Anisotropi pada Deep Drawing

Deep drawing adalah proses pembentukan yang paling jelas menunjukkan

sifat anisotropi material dan dimana pengaruli anisotropi telah diketahui

untuk waktu yang lama. Telah dibahas di atas bahwa LDR bertambah

dengan naiknya nilai-r seperti yang ditunjukkan gambar 3.10.

/ kConfidence interval

Materiel: Unkillcd deep-drawing neel iheet

050 0.75 tX» U 5 ISO 175 r value In rolling direction

GAMBAR 3.10

PENGARUH NILAI-R LDR

44

Kegunaan dari lembaran plat dengan nilai-r yang besar tidak hanya

menghasilkan lebih sedikit penipisan dinding pada daerah transisi dari dasar

cup ke dinding tetapi juga mengurangi beban drawing.

Material: Killed

0° 15° 30' 45' 60* 75" 90° Angle with rolling direction

GAMBAR3.il

DISTRIBUSI NILAI-R DARI NORMAL ANISOTROPI SEBAGAI

FUNGSI ARAH PENGEROLAN

Secara umum nilai-r tidak konstan pada permukaan plat tetapi

menunjukkan suatu distribusi seperti yang ditunjukkan pada gambar 3.11.

Banyak material plat dibagi atas 4 bagian untuk perputaran sebesar 360°

ketika nilai-r diplotkan sebagai fungsi sudut dari arah pengerolan.

Bagian-bagian ini dibagi sama dengan sudut 90°, tapi tidak perlu

ditempatkan tepat pada 0°, 90°, 180° dan 270° pada plat. Terlebih dari itu

orientasi ini lebih bergantung pada mikrostaiktur, proses produksi, dan

45

perlakukan panas. Sifat material ini disebut anisotopi planar Ar dan

didefinisikan secara umum sebagai :

Ar = r -r (13)

max mm

Anisotropi planar menyebabkan ketidaksamaan pada tepi dari komponen

yang dideepdrawing, seperti yang ditunjukkan pada gambar 3.12. Pengaruh

Eors

GAMBAR 3.12

KUPINGAN KARENA ANISOTROPI PLANAR

ini dikenal sebagai kupingan (earing). Hal ini tidak diinginkan karena akan

memerlukan proses tambahan dan menyebabkan ketebalan dinding yang

tidak sama.

Ketinggian kupingan akan naik dengan naiknya anisotropi planar Ar dimana

tingginya (puncak ke lembah) dapat mencapai 15-20% tinggi cup. Untuk

mcmperkirakan sifat deep drawing dari plat, pada umumnya digunakan nilai

rata-rata r (r), yang dihitung dari harga r pada pengukuran 0°, 45°, dan

90° terhadap arah pengerolan :

I.angc, Kurt. Handbook of Melal Forming. Mc-Gravv Hill, p. 20.18.

46

r-0.25 (ro+2r45+r90) (,4) [3.8]

Perkiraan yang lebih tepat mengenai sifat-sifat drawing dapat dihasilkan

jika harga minimum rmjn digunakan menggantikan nilai r karena kerusakan

sebenarnya sudah mulai terjadi jika rmlnberada di bawah batas bawah.

Suatu hal yang diinginkan bahwa r seharusnya sebesar mungkin di dalam

deep drawing dan konstan pada penampang plat (Ar=0), atau jika tidak

kupingan akan terjadi. Untuk komponen dengan bentuk tidak silindris,

proses drawing yang terjadi bukan murni proses drawing tapi kombinasi

dari drawing dan stretching. Plat untuk bagian ini seharusnya memiliki nilai

r rata-rata yang besar dan harga r terbesar (rmax ) ditempatkan pada

rcgangan terbesar.

Jakovlev dan Sevelev(15) mengusulkan bahwa kupingan dapat dikurangi

dengan menggunakan blank yang telah dideformasi awal, yaitu

menggunakan blank yang tidak bulat (non-circular) untuk bagian yang

circular, jika distribusi nilai-r dalam penampang plat diketahui. Cup tidak

lagi akan menunjukkan kupingan yang berlebihan, tetapi variasi ketebalan

dinding yang bergantung pada variasi nilai-r tetap akan terjadi.

2.6 Kertiliin Sclnmn Proses Deep Drawing

Pada kenyataannya, flange mempunyai kecenderungan untuk melipat

karena pengaruh gaya tekan tangensial. Lipatan yang terjadi ini dinamakan

14 Ibid, p. 20.21.

Jakovlev, P., Scvelcv, V., 1969, On the Possibility lo Eliminate Faring in Deep Drawing of Anisotropic Malerials , p. 43-47.

47

kcrutan (wrinkle). Kerutan dapat dicegah dengan menggunakan penjepit

plat yang ditekan secukupnya (PBH) terhadap benda kerja. Selama blank

dijepit dengan kekuatan yang memadai antara penjepit plat dengan matres,

lipatan tidak akan terjadi. Selama deformasi kctebalan tidak konstan tetapi

bertambah sepanjang sisi luar dari flange sementara bagian pusat yang

dekat dengan lengkungan matres menjadi lebih tipis dibandingkan ketebalan

so pada saat pertama drawing. Karena jarak antara penjepit plat dengan

matres ditentukan oleh ketebalan plat yang paling besar, maka akan

terdapat celah kecil antara penjepit plat dengan plat pada ketebalan yang

lebih kecil. Celah ini memberi kesempatan untuk terjadinya kerutan.

Penelitian Siebel dan Beisswanger(16) telah menunjukkan bahwa variasi

ketebalan dapat mencapai lebih dari 10% dari ketebalan plat mula-mula

untuk drawing ratio (B)=2.0. Lembaran plat yang tipis (do/so>25-40) sangat

pcka terhadap terjadinya kerutan karena momen inersia terhadap terjadinya

lipatan cukup kecil. Plat jenis ini memerlukan tekanan penjepit plat yang

lebih besar dari plat tebal. Hal ini dapat dilihat pada gambar 3.13 yang

menunjukkan hubungan tekanan penjepit plat sebagai fungsi ketebalan plat

rclatif. Plat tebal (do/s0<25) pada umumnya tidak menunjukkan

kecenderungan untuk mengerut karena mempunyai momen inertia yang

besar dan ketahanan yang cukup untuk melawan terjadinya lipatan. Plat

Siebel E.., Beisswanger, II., 1955. Dcen Drawingl Mucnchcn, Carl Ilanscr.

48

jenis ini dapat didrawing tanpa penjepit plat.Selain itu pengaruh anisotropi

juga memberi pengaruh terhadap terjadinya kerutan.

Material dengan nilai-r yang kecil memerlukan tekanan yang besar,

sehingga PBII perlu untuk ditingkatkan dengan naiknya anisotropi planar

(Ar).

2.7 Tekanan Penjepit Plat

Di dalam flange terdapat gaya tekan dalam arah tangensial. Gaya ini dapat

menyebabkan kerutan. Kerutan dapat dihindarkan dengan menggunakan

sebuah penjepit plat (gambar 3.6) yang ditekan dengan tekanan PBH

terhadap flange pada komponen yang dibentuk.

Jika daerah kontak adalah ADI1, maka beban yang diberikan oleh penjepit

plat adalah :

F = A P (l7) T3 91

Tekanan yang diperlukan untuk menghindari terjadinya kerutan bergantung

pada material plat, ketebalan relatif plat (so/d0) dan drawing ratio.

Penyelidikan menunjukkan tekanan penjepit plat yang dibutuhkan dapat

ditentukan dari:

PBH = C 1 0 - 3 [ ( p - i ) 3 + 2 ^ a ] s u (,8) [3.10]

dimana faktor c adalah 2+3 yang telah ditentukan secara empiris melalui

percobaan. Gambar 3.13 menunjukkan tekanan dihitung dari persamaan

49

[3.10]. Untuk p=2.0 dan material dengan Su = 100, 200, 400 dan 600

N/mm2, diplotkan sebagai fungsi dari ketebalan plat relatif so/d0.

Required blenkholder Reletive iheet thiekneu l0W, prtlluri pN , N/mm2

1_J I U _ l 1 I 0 280 5ft(] 8 / 0

M5 436 725 Required blenkrtotder

GAMBAR3.13

TEKANAN PENJEPIT PLAT UNTUK FIRST DRAW

2.8 Anaiisa Regangan dengan Proses Etsa Elektrokimia

Pembentukan komponen dengan bentuk yang tidak teratur, seperti yang

banyak ditemukan pada bagian-bagian body mobil, selain berhubungan

dengan proses deep drawing juga mengandung elemen tarikan (stretch

forming) dan bending. Kondisi bahwa beban drawing harus lebih kecil dari

beban rctak harus selalu dipenuhi, tapi hal ini cukup sulit untuk diterapkan

pada praktek karena masalah geometri benda kerja yang cukup kompleks.

Penelitian regangan dilakukan dengan bantuan jaringan bulatan-bulatan

kecil (grids) dengan diameter 5 mm yang dibuat dengan proses etsa

elektrokimia. Hal ini menunjukkan suatu bagian besar material yang

diperlukan untuk membentuk cekungan dan komponen ditentukan melalui

50

pengurangan ketebalan plat sementara hanya sedikit material mengalir dari

flange. Tegangan setempat dapat berada dalam daerah tarik-tekan

(tension-compression) atau tarik biaksial (biaxial tension) atau dapat

berharga nol. Salah satu cara yang paling baik untuk nlenganalisa tegangan

dan regangan untuk komponen dengan bentuk tidak teratur adalah metode

jaringan bulatan kecil (grids) yang telah disinggung di atas. Cara ini

memungkinkan seseorang untuk mempelajari aliran material ke dalam

matres dan mengevaluasi kemajuan serta hubungan tools dengan pemilihan

material.

GAMBAR3.14

POLA GRIDS PADA PLAT YANG DIDEEPDRAWING

51

shape

Deformed shape

T b

GAMBAR 3.15

PENGUKURAN REGANGAN DENGAN LINGKARAN GRIDS

Gambar 3.14 menunjukkan suatu bagian mobil yang dideepdrawing dengan

suatu pola grids yang telah dibuat terlebih dahulu. Evaluasi dari grids yang

telah terdeformasi ditunjukkan pada gambar 3.15. Tiga regangan dasar (p, ,

(p2 , cp3 dapat dihitung dari diameter (d) lingkaran grids yang belum

terdeformasi dan dari sumbu mayor dan minor (a dan b) dari elips yang

dihasilkan dari lembaran yang dideformasi. Gambar 3.16 menunjukkan 3

bagian pada daerah yang terdeformasi dimana regangan-regangan dihitung.

GAMBAR 3.16

TIGA DAERAH PENGUKURAN REGANGAN

UriQinai

52

Gambar 3.17 merupakan fingkasan hasil-hasil perhitungan dari tiga regangan

dasar dan regangan ekuivalen ((f)) yang dihitung dengan kriteria von Mises :

[3.H] <p = - W < p ? + <pi(p2 + q>2 (,9)

JS

• 0 2

0

-0.2 [ :^nr \

• • «

-M—t-a h

- 0 2

I

- 0 «

GAMBAR 3.17

GRAFIK REGANGAN DASAR

Ibid, p. 20.30.

53

Sementara itu cp3 dapat dihilung juga dengan prinsip volume tetap, yaitu :

<P, + <P2 + % = ° t 3 1 2 ]

Distribusi regangan pada bagian A-A lebih konstan antara titik d dan e dan

terdapat hanya sedikit harga tinggi pada titik b dan g. Regangan yang lebih

besar ditemukan pada bagian B-B dan C-C yang disebabkan oleh tarikan

setempat pada sudut komponen. Regangan dalam flange dan bagian pusat

yang datar sangat kecil.

Ketika menggunakan metode grids untuk menghitung regangan pada plat,

dua hal hams diingat. Pertama karena daerah grids adalah terbatas, hanya

harga regangan rata-rata yang dapat ditentukan. Regangan sesungguhnya

dapat lebih tinggi dari nilai terhitung. Untuk itu diameter bulatan harus

ditentukan secara hati-hati dalam hal hubungan antara ketepatan dan upaya

yang dilakukan. Kedua, hanya regangan pada akhir proses yang dapat

diteliti dengan pengukuran grids. Jika komponen sangat tidak teratur,

memungkinkan bentuk tegangan akan berubah selama proses, misalnya,

bentuk tarik-tekan menjadi tarik biaksial. Perubahan ini akan menyebabkan

kesimpulan yang salah mengenai kemampuan bentuk dari plat.

Metode analisa regangan seperti yang dijelaskan di atas digunakan terutama

untuk menentukan batas keamanan terhadap keretakan dalam deep

drawing. Grids hanya diterapkan pada daerah kritis dari komponen yang

didrawing, yaitu, dimana necking atau retak dapat terjadi atau yang

diperkirakan berdasarkan pengalaman akan terjadi.

54

2.9 Pclumasnn

Pemilihan pelumas yang baik/tepat tergantung pada material benda kerja,

permukaannya dan juga material dari tool dan permukaannya. Pelumas

yang utama untuk deep drawing diberikan pada tabel 3.4.

Oils'

Greases

Animal

Whale oil

Stearin Wool grease

Vegetable

Rape oil Linseed oil Castor oil

Mineral

Cylinder oil Kerosene Carbide oil

Lubrication grease Vaseline

'Used either straight or In water-based emulsions.

TABEL 3.4

PELUMAS UNTUK DEEP DRAWING

Penambah (additive) seperti grafit (graphite), zinc sulfide, lime, chalk,

halogen and phosphorus compounds atau white lead oxide sering

ditambahkan pada minyak mineral untuk meningkatkan kestabilan pada

tekanan yang tinggi. Beberapa dari kandungan ini bersifat racun.

Pelumas padat seperti, metal soaps, molybdenum disulfide dan coloidal

graphite, juga sering dipakai dalam deep drawing. Bahan-bahan ini

mampu mencegah hubungan langsung antara matres dan blank.

Penyelidikan oleh Wiegand dan Kloos(20) dan Kramer(21) menunjukkan

bahwa metal soaps memberikan pelumasan yang lebih baik daripada

minyak pelumas. Kramer menemukan terjadi penurunan sebesar 8% beban

55

drawing ketika sebuah plat deep drawing st 1302 (AISI 1008) dibentuk

dengan matres baja perkakas dengan menggunakan pelumas cadnium

stearale dibandingkan dengan menggunakan minyak mesin. Pengukuran

penyclesaian permukaan membuktikan bahwa tekstur mikro pada

permukaan cup yang dibentuk dengan pelumasan cadnium stearate sama

dengan tekstur dari blank, menunjukkan tidak ada kontak langsung antara

blank dan matres.

Kerugian dari pelumas padat terletak pada kesulitan dalam pemakaian dan

menghilangkannya setelah proses. Tabel 3.3 menunjukkan beberapa

pelumas yang cocok untuk material deep drawing yang paling penting.

Daftar ini tidak lengkap dikarenakan banyaknya produk yang ada.

Ketika membentuk material yang sulit untuk dibentuk, mungkin

diperlukan (untuk bentuk persegi atau silindris yang dalam) lapisan

tambahan {phosphate coating) untuk mencegah kerusakan pada

permukaan benda kerja. Lapisan tambahan ini lebih melekatkan pelumas

ke bcnda kerja, schingga selama proses pembentukan lapisan film pelumas

tidak mudah pecah. Untuk komponen dengan radius dasar yang besar

memerlukan pemakaian pelumas dengan ketebalan yang rata. Jika tidak

maka benda kerja mungkin akan terbcntuk secara tidak merata. LDR

yang besar dapat dicapai jika koefisien gesekan antara stempel dan blank

tinggi (stempel yang kasar dan tidak ada pelumasan pada daerah ini) dan

gesekan antara blank dan matres serendah mungkin.

56

2.10 Cacat pada Deep Drawing

Hornauer^ mengelompokkan cacat yang sering terjadi sebagai berikut :

1. Kcsalahan ukuran dan bentuk.

2. Cacat dalam benda kerja atau permukannya.

3. Sifat-sifat yang tidak diinginkan (misalnya kupingan).

Sedangkan penyebab cacat dapat berupa :

1. Material blank yang cacat.

2. Kesalahan desain.

3. Cacat/kesalahan dalam proses (termasuk tools, mesin fan fixture).

Jika cacat berupa robekan pada plat maka penyebabnya adalah :

- P terlalu besar.

- Radius terlalu besar.

- Stempel dan matres tidak simetri.

- Jarak antara stempcl dan matres terlalu dekat sehingga tidak terjadi

drawing murni melainkan stretch forming.

- Tebal plat tidak merata.

- Posisi plat tidak tepat.

Tabcl di bawah ini menunjukkan cacat drawing yang paling penting,

tampak luar, penyebab dan cara pencegahan.

o > n > H

>

—

z Q • <

> Z O — > r z Q — w z H Z

o

- ; > 03

r

Exterior appearance and failure

#

C2>

Q

Bottom cracks a After forming a shallow cup with a

height less than -40% of the punch diameter, the bottom tears off and is attached to the wall by only a small web

b Very shallow cup; flange very wide on one side and narrow on the opposing side

c Very shallow cup; flange wider on two opposing sides than elsewhere

d Almost completed draw with heavy wrinkles in flange

e Very shallow cup; heavy pressure marks on inside of wall in the region of the crack

Bottom is torn off all around the punch; no cup is formed

Uneven cup edge with vertical wrinkles in otherwise completed cup

Failure cause

Drawing ratio too large with respect to workpiece material and tool geometry

Eccentric loading of blank

Uneven sheet thickness

a Biankholder pressure too low b Die clearance too small c Die radius too large

Punch not centered in die

Drawing tool acts like stamping tool because:

a Die radius too small b Die clearance too small c Punch velocity too high d Biankholder pressure too high

• Die clearance too wide b Die radius too large c BUnlcholder pranire too low

Methods to eliminate failure

Reduce drawing ratio

Install locating pins or centering rings

Reduce sheet thickness tolerance

a Increase biankholder pressure b Increase die clearance c Reduce die radius

Change tool adjustment; use guided die sets

Select proper die and punch radii, die clearance, punch velocity, biankholder pressure, and drawing increments

0

> z 1 -> z

TA

B

r !̂ > Wl

a b c

Ears formed at cup edge or in flange (for incomplete draws)

Cup wall bulges out and lips are formed at edge of cup (shown highly exaggerated)

Puckers are formed in wall of conical, spherical, or parabolic drawn components

In rectangular shapes: a Cracks in middle of the wall b Vertical crack in a corner initiated

at edge c Almost horizontal crack in a comer

Slip bands (Lilders" lines) appear mostly after mild deformation at high stresses, as found in the bottom but seldom in the wall of a cup; they are objectionable, in particular in shallow parts of large areas, such as automobile body parts which will be painted

Unavoidable In all sheers with planar anisotropy

Die clearance too wide

Tangential compressive stresses in "free" area between punch and die

For rectangular or other parts without rotational symmetry repeated failures can result from improper shapes of the blank

For b, insufficient material; for c, too much material; less common causes for b and c:

1 Eccentric blank positioning 2 Uneven sheet thickness 3 Unsuitable lubrication 4 Wear of punch and die radii

at corners 5 Die clearance too small

Crystal texture; slip lines appear mainly in age-sensitive materials with well-defined yield points at low plastic strains and disappears at higher strains

If possible, use sheet with lower planar anisotropy

Replace punch or die to reduce die clearance

Improve state of stress by increasing radial tensile stresses by:

a Increasing blankholder pressure b Increasing blank diameter c Using draw beads d Using special drawing process

Increase die clearance at corners of rectangular draws; punch must be cleaned here of all leftover lubrication media

For c, change blank geometry at corners

If possible increase strain in the "critical" zone; store material at low temperatures and use quickly to reduce aging