STUDI PERILAKU WRINKLING DAN THINNING PADA PROSES

STAMPING

TOP OUTER HATCH BACK DENGAN MATERIAL SCGA DAN SPCC

Disusun sebagai syarat menyelesaikan Program Studi Strata II

Pada Program Studi Magister Teknik Mesin

Sekolah Pascasarjana Universitas Muhammadiyah Surakarta

Oleh

SRI WAHYANTI

NIM. U100170033

MAGISTER TEKNIK MESIN

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA

2020

i

ii

iii

SURAT PERNYATAAN

Dengan ini saya menyatan bahwa dalam publikasi ilmiah ini tidak terdapat karya yang

pernah diajukan untuk memperoleh gelar magister disuatu perguruan tinggi dan sepanjang

pengetahuan saya juga tidak terdapat karya atau pendapat yang pernah ditulis atau diterbitkan

orang lain kecuali secara tertulis diacu dalam naskah dan disebutkan dalam daftar pustaka

Apabila kelak terbukti ada ketidakbenaran dalam pernyataan saya diatas, maka akan saya

pertanggungjawabkan sepenuhnya.

Surakarta, 20 April 2020

Yang Membuat pernyataan

Sri Wahyanti

NIM. U100170033

iv

STUDI PERILAKU WRINKLING DAN THINNING PADA PROSES STAMPING

TOP OUTER HATCH BACK DENGAN MATERIAL SCGA DAN SPCC

Abstrak

Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui perubahan perilaku wrinkling dan perilaku thinning

pada proses stamping top outer hatch back. Stamping merupakan proses sheet metal forming

dengan menggunakan punch (penekan) kedalam die (cetakan) yang banyak digunakan dalam

industri otomotif maupun industri rumah tangga, dalam proses stamping sering terjadi kecacatan

seperti wrinkling (kerutan), thinning (penipisan), craking (sobek) dan springback (kembalinya plat

ke posisi semula). Penelitian dilakukan dengan menggunakan 2 jenis material yaitu SCGA (steel

cold rolled Galvanized Anealed) dan SPCC (steel plate cold rolled coiled ) dengan ketebalan 0.80

mm, serta memvariasikan nilai koefisien gesek sebesar 0.00, 0.05, 0.10 dan 0.15 pada masing-

masing material. Analisis yang akan dilakukan dengan metode simulasi pembentukan stamping

dengan menggunakan Software AutoForm, top outer hatch back mobil sebagai obyek penelitian.

Grafik FLD (Forming Limit diagram) memberikan informasi perubahan material serta besarnya

area aman dan tidak aman pada blank. Hasil dari penelitian menunjukkan pada step kelima, bagian

yang mengalami nilai major-minor strain, major-minor stress, thinning dan wrinkling yang tinggi

mengalami penurunan pada step keenam disebabkan karena bagian tersebut tidak dipakai,

terbuang pada proses trimming, sehingga area aman dari kedua material semakin meningkat. Area

aman pada SCGA meningkat dari 9.52 % menjadi 18.19%. sedangkan area aman SPCC meningkat

dari 8.63 % menjadi 16.31 %. Besarnya nilai koefisien gesek berpengaruh pada cacat thinning dan

wrinkling, semakin besar nilai koefisien gesek akan meningkatkan nilai thinning dan nilai

wrinkling. Berdasarkan analisis grafik FLD Non Linier kedua material masih dalam kondisi aman.

Kata kunci : Deep Drawing, Thinning, Wrinkling, AutoForm

Abstract

The objective of the research is to determine the changes in wrinkling and thinning

behavior in the stamping process of the top outer hatchback. The study was conducted using two

types of materials, i.e., SCGA (Steel Cold rolled Galvanized Annealed) and SPCC (Steel Plate

Cold rolled Coiled) with a thickness of 0.80 mm. During the stamping process, the coefficient of

friction values varied of 0.0, 0.05, 0.10, and 0.15 for each material. The stamping process was

carried out by using the simulation method to investigate the wrinkling and thinning behavior. The

forming limit diagram (FLD) provides information on material changes and the amount of safe

and unsafe areas on the blank. The results showed that in the fifth step, the parts that experienced

high values of major-minor stress and strains, thinning, and wrinkling decreased in the last step.

That caused by removing unused areas after the trimming process. Therefore, the safe zone of

SCGA was increased from 9.52% to 18.19%. For the SPCC material, the safe area increased from

8.63% to 16.31%. The coefficient of friction affects the thinning and wrinkling defects. The greater

of the friction coefficient will increase the value of thinning and wrinkling. Based on the Non-

Linear FLD analysis, both materials SCGA and SPCC are still in a safe condition.

Keywords: Deep Drawing, Thinning, Wrinkling, Friction Coefficient, Forming Limit Diagram

1

1. PENDAHULUAN

Berkembangnya dunia industri otomotif saat ini menuntut industri manufaktur membuat

produk secara efektif dan efisien [1]. Komponen panel otomotif dibuat dengan proses pengepresan

(stamping) [2][3]. Dalam proses stamping kualitas produk sangat dipengaruhi oleh berbagai

variabel proses seperti properti material blanking, geometri die, karakteristik gesekan, dan kondisi

batas [4][5][6]. Akan tetapi proses pembentukan stamping terjadi beberapa masalah cacat

diantaranya terjadi wrinkle, terjadi fracture, springback dan cracking [7][8][9]. Untuk

menyelesaikan masalah tersebut memelukan waktu dan biaya yang tidak sedikit. Simulasi

pembentukan lembaran logam yang akurat sangat diperlukan untuk mengembangkan proses

produksi yang efektif untuk menekan biaya produksi untuk panel otomotif. Peningkatan efektivitas

pengembangan proses stamping memungkinkan waktu pengembangan yang lebih singkat,

peningkatan pemanfaatan material dan kerusakan yang lebih sedikit dan dengan demikian

memberikan kontribusi yang signifikan terhadap industri otomotif untuk mengurangi beban

lingkungan dari proses industri [10][11].

Pada penelitian sebelumnya untuk mengurangi masalah cacat pada proses stamping dengan

mengunakan simulasi telah banyak dilakukan. Dengan menganalisis pengaruh geometri drawbead

untuk mengurangi kegagalan pada proses deep drawing [12]. Mengubah aliran drawbead untuk

mengoptimalkan tekanan rongga untuk mengurangi wringkling [13]. Menganalisis penahan

kekuatan sehubungan dengan kedalaman draw-bead [14]. Mengevaluasi kekuatan penahan

drawbead dengan metode elemen hingga elastis-plastik mengingat variasi ukuran blank. Baru-baru

ini, analisis sensitivitas desain juga dilakukan untuk mengoptimalkan blank holder force dan

kekuatan draw-bead dalam proses stamping [15]. Menganalisis variari blank holder force dan

punch stroke untuk menghilangkan cracking pada proses deep drawing [16]. Menyarankan gaya

menahan mempertimbangkan bentuk draw-bead, jarak antara tool dan blank dan drawing setara

dengan boundary conndition [17]. Tidak hanya menggunakan gaya penahan tetapi juga gaya

angkat karena draw-bead dan ketebalan regangan sebagai kondisi batas dalam proses stamping

[18].

Dengan menggunakan simulasi FEM menganalisis penipisan (thinning) dan kerutan

(wrinkling) [19][20][21] dan untuk memprediksikan terjadinya wrinkling [22]. Dengan

2

mevariasikan blank holder force dan koefisien gesek mengurangi terjadinya wrinkling [23].

Menggabungkan metode displacement adjustment (DA) dan spring forward (SF) disebut metode

hybrid (HM) untuk mengurangi springback dan mengoptimalkan die [24]. Studi kasus

menganalisis springback dan kompensasi springback dari panel dengan metode FEM [25]

FLD adalah diagram empiris yang digunakan untuk menentukan daerah aman di mana

gambar dalam dapat diterapkan untuk menghindari kegagalan [26]. FLD mengamati perilaku

terjadinya pengerasan isotropic dan regangan dalam proses deep drawing [27][28]. FLD

digunakan untuk menganalisis kerusakan dan penipisan akibat proses sheet metal stamping seperti

retak (fracture), melengkung (necking), kerutan, ikatan lokal, tekuk [29]. FLD digunakan

pengukuran regangan permukaan dengan menghitung strain elips mayor dan minor [30][31].

Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui perilaku wrinkling, mengetahui perilaku

thinning, mengetahui pengaruh koefisien gesek pada proses stamping pada top outer hatch back

dengan material SCGA dan SPCC. Desain dibuat menggunakan software CATIA kemudian

disimulasikan dengan menggunakan software AUTOFORM.Dengan data penelitian yang

diperoleh, diharapkan dapat digunakan sebagai acuan dan referensi dalam melakukan penelitian

mengenai proses deep drawing, parameter optimasi dan potensi kegagalan yang terjadi.

Dalam penelitian ini, kurva batas pembentukan untuk lembaran baja DP-780 setebal 1,1 mm

dievaluasi menggunakan dua tes yaitu tes tarik dengan spesimen berlekuk dan tes Nakajima

dengan geometri sampel yang berbeda. Dalam kasus spesimen tarik berlekuk, data di sisi kiri FLD

diperoleh menggunakan korelasi gambar digital dan analisis jenis Bragard. Teknik korelasi gambar

digital menghemat waktu dan meningkatkan akurasi pengukuran-regangan. Tes Nakajima

memungkinkan untuk penentuan FLD lengkap dengan memvariasikan hanya lebar sampel.

Namun, dimensi set punch dan die yang berkurang sehubungan dengan dimensi uji standar

menghasilkan strain batas tinggi yang tidak normal, terutama dalam kondisi strain-pesawat.

Dengan demikian, geometri spesimen tereduksi dapat melebih-lebihkan FLC bahan ini. Perbedaan

yang diamati ini dijelaskan dalam hal adanya gradien regangan melalui ketebalan lembaran.

Gradien dipaksakan oleh pukulan Nakajima berdiameter 40 mm, yang mengarah pada kesimpulan

bahwa tipe sampel tereduksi ini tidak cocok untuk penentuan FLC ketika lembaran baja DP-780

lebih dari satu milimeter tebal [32].

3

(a) (b)

Gambar 1. FLD eksperimental dari lembaran baja DP-780 dengan uji tarik (a) dan uji Nakajima

(b)

Simulasi pembentukan lembaran logam dengan menggunakan software autoform

menggunakan Forming Limit Curve (FLC) untuk memprediksi kegagalan material. Kurva

mewakili nilai maksimum galur prinsip ε1 dan ε2 yang ditentukan dengan mengukur galur pada

kegagalan material. Kurva Batas Pembentukan baja pembentuk dingin konvensional DX56D.

Berbagai tes dapat digunakan untuk menentukan kurva tersebut sama dengan tes Nakazima atau

Marciniak. Prosedur pengujian harus mencakup mendeformasi bahan dalam berbagai kondisi

tegangan-regangan (equibiaxial, biaksial, regangan bidang, uniaksial, dll.) Untuk mendapatkan

kondisi regangan pada kondisi gagal. Dengan ini simulasi pembentuak logam dengan

menggunakan software autoform lolos verifikasi ini.

2. METODE

Penelitian dilakukan dengan menggunakan simulasi numerik dengan software autoform,

desain dibuat dengan menggunakan CATIA dalam bentuk surface kemudian dikembangkan

menjadi cetakan atas (upper dies) dan cetakan bawah (lower dies) kemudian disimpan dalam

bentuk file igs. Material yang digunakan dalam penelitian ini menggunakan SCGA dan SPCC

dengan ketebalan 0.80 mm dan dimensi 1610 mm x 1120 mm dengan variasi koefisien gesek

sebesar 0.00, 0.05, 0.10 dan 0.15 pada masing masing material. Analisis dilakukan setelah selesai

simulasi pembentukan deep drawing dengan obyek penelitian menggunakan top outer hatch back.

4

Strain Hardening yang tersedia di Autoform Hardening curve ditentukan dengan menggunakan

rumus Swift:

Atau denganpersamaan Hockett-Sherby :

Hardening curve didefinisikan menggunakan kombinasi pendekatan Swift dan Hockett-Sherby.

Faktor kombinasi α menentukan komposisi persamaan :

Dimana adalah tegangan equivalent, pl adalah equivalent plastic strain dan yang lainnya adalah

parameter material.

Sifat material dari SCGA dan SPCC ditunjukkan pada tabel 1

Tabel 1 Sifat mekanis SCGA dan SPCC ditunjukkan pada tabel.1[33][34]

Sifat Mekanis Jenin Material

SCGA SPCC

Young’s Modulus (GPa) 160 210

Poisson’s ratio 0.3 0.3

Yield Stress (MPa) 157.1 157.1

Strain Rate Eksponen (m) 0.228 0.225

Regangan luluh (0) 0.00869 0.00869

Strength Coefficient C (MPa) 551.4 551.4

Stress pada 0o (0) 1 1

Stress pada 45o (45) 1.108 1.108

Stress pada 90o (90 1.031 1.031

Desain dalam penelitian ini dibuat dengan menggunakan CATIA dalam bentuk surface

menjadi cetakan atas (upper dies) dan cetakan bawah (lower dies) kemudian disimpan dalam

5

bentuk file-igs agar dapat disimulasikan dengan menggunakan software autoform seperti

ditunjukkan pada gambar 2.

`

Gambar 2.Desain dies pada Autofom R7

Analisis dilakukan pada material SCGA dan SPCC dengan ketebalan masing-masing 0.8

mm dengan. cushion stroke 90 mm dan besaran gaya blankholder force 60 KN. Analisis dengan

menggunakan FLD dilakukan dengan 6 step berdasarkan jarak antara Punch dengan Die atau

Distance to Bottom ditunjukkan dalam tabel 2:

Tabel 2 Pembagian step distance to bottom

step Distance to Bottom(mm) proses

1 -125 Drawing

2 -115 Drawing

3 -105 Drawing

4 -95 Drawing

5 0.00 Drawing

6 0.00 Trimming

FLD merupakan kurva yang mempresentasikan batas-batas proses pembentukan

(forming) material berdasarkan tegangan regangan major dan minor suatu elemen. Dengan

pengertian material yang mengalami regangan diatas batas kurva akan mengalami thinning.

wringkling. springback dan cracking. Perubahan material dalam proses pembentukan outer hatch

back atas mengalami beberapa perubahan ditunjukkan dengan perbedaan warna pembentukan

Inner trimming

outer trimming

Upper dies

Blank holder

Lower dies

6

yang terdiri dari area thicketening (penebalan) dengan warna ungu, area compress (pemadatan)

dengan warna biru. area insuft stretch ( bidang yang bertahan) dengan warna abu-abu. area safe

(bidang aman) dengan warna hijau, area risk of split (bidang yang berisiko terjadi retak ) dengan

warna kuning, area exess thinning (penipisan bidang yang berlebihan) dengan warna coklat dan

area split ( bidang retak) dengan warna jingga.

3. HASIL DAN PEMBAHASAN

3.1. Analisis Forming Limit Diagram pada material SCGA dan SPCC

Gambar 3. Forming Limit Diagram step 1 (a) material SCGA (b) material SPCC

Gambar 3 menunjukkan kurva FLD dari material SCGA dan SPCC pada step yang

pertama dengan jarak -125 mm dari proses akhir drawing. Perilaku yang terjadi perubahan material

Thickening

Insuft stretch safe

Compress

Insuft strech

Thickening

Compress

b

Insuft stretch safe

Compress

a

Compress safe

Thickening Insuft strech

Thickening Compress

Insuft stretch safe

safe

7

dari beberapa kondisi pada kedua material. Perbedaan step yang pertama area thictening untuk

material SCGA 0.12 % dan SPCC sebesar 0.13 % , area compress material SCGA 0.03 % dan

SPCC sebesar 0.04 %, area insuff stretch untuk material SCGA 99.84 % dan material SPCC 99.80

%, area safe material SCGA dan SPCC sebesar <0.01 % sedangkan untuk area risk of split, exess

thinning dan split kedua material tidak mengalami perubahan 0.00% .

Gambar 4. Forming Limit Diagram step 2 (a) material SCGA (b) material SPCC

Gambar 4 menunjukkan kurva FLD dari material SCGA dan material SPCC pada step

yang kedua dengan jarak -115 mm dari proses akhir drawing. terjadi perubahan material dari

beberapa kondisi. Perbedaan step yang pertama area thictening pada material SCGA 0. 32 %dan

material SPCC sebesar 0.39 %. Area compress untuk material SCGA 0.11 % dan material SPCC

0.13 %. Area insuff stretch pada material SCGA 99.56 % dan material SPCC 99.46 %. Area safe

Thickening

safe

Compress

a

Insuft stretch

Insuft strech

Thickening Compress

safe

Compress

b

safe

Insuft stretch

Thickening Insuft strech

Compress

Thickening

safe

8

material SCGA 0.01 % dan material SPCC 0.02 %. sedangkan untuk area risk of split, exess

thinning dan split kedua material tidak mengalami perubahan 0.00%

Gambar 5. Forming limit diagram step ke 3 (a) material SCGA (b) material SPCC

Gambar 5 menunjukkan kurva proses perubahan material pada step ketiga. Perbandingan

besarnya perubahan material pada step ketiga dengan jarak -105 mm dari proses akhir drawing.

Material SCGA mengalami perubahan area thickening 1.16 % dan material SPCC 1.33 %, area

Compres untuk material SCGA 0.43 % dan material SPCC 0.56 %, area Insuf stretch SCGA 91.91

% dan material SPCC 97.99 % , area safe untuk material SCGA 0.10 % dan material SPCC 0.45

%, area risk of split, area exess thinning dan area split belum mengalami perubahan 0.00 %.

safe

Compress

a

Thickening Insuft strech

Thickening

Compress

Insuft strech

safe

b

Compress

safe

Insuft stretch

Thickening

safe

Insuft stretch

Compress

Thickening

9

Gambar 6. Forming limit diagram step ke 4 (a) material SCGA (b) material SPCC

Gambar 6 menunjukkan kurva proses perubahan material pada step keempat. perbandingan

besarnya perubahan material pada step keempat dengan jarak -95 mm dari proses akhir drawing.

Material SCGA mengalami perubahan area thickening 6.21 % dan material SPCC 6.27 %, area

compres untuk material SCGA 1.43 % dan material SPCC 1.29 %, area insuf stretch untuk material

SCGA 91.91% dan material SPCC sebesar 92.04 %, area safe material SCGA 72.13 % dan

material SPCC sebesar 92.04 %, area risk of split untuk material SCGA 0.45 % dan material

SPCC sebesar 0.39 %, area exess thinning dan area split untuk kedua material 0.00 % .

Compress

a

safe

safe

Insuft stretch

Thickening

Compress

Thickening

Thickening

Compress

Insuft strech

safe b

Compress

safe

Insuft stretch

Thickening

Compress

Insuft strech

10

Perbandingan FLD pada akhir proses drawing dan proses trimming akan sangat tampak

seperti gambar 7

(a) (b)

(c) (d)

Gambar 7. Forming limit diagram (a) SCGA sebelum trimming dan (b) SCGA sesudah trimming

(c) SPCC sebelum trimming dan (d) SPCC sesudah trimming

Gambar 7 merupakan kondisi material pada proses trimming sampai berakhirnya proses

drawing. Analisis FLD terjadi perubahan material SCGA dan material SPCC, seperti ditunjukkan

pada gambar 7 (a) (b)pada area thickening pada material SCGA mengalami penurunan dari 14.

59% menjadi 0.00% dan pada gambar 7 (c)(d) material SPCC mengalami penurunan 15.04 %

menjadi o%. Area compress material SCGA mengalami penurunan 3.76% menjadi 0.01 % dan

material SPCC mengalami penurunan dari 3.66% menajdi 0.19% , area insuff stress material

SCGA mengalami peningkatan dari 72.13% menjadi 81.62% dan material SPCC mengalami

peningkatan sebesar 72.66 % menjadi 83.50%, area safe mengalami peningkatan untuk material

SCGA dari 9.52% menjadi18.19% dan material SPCC sebesar 8.63 % menajdi 16.31 %, area risk

Compress Insuft strech

safe

Compress Insuft strech

safe

Thickening

Compress

Insuft strech safe

split Excesss thinning

Risk of split

Thickening

Compress

Insuft strech safe

split

Excesss thinning Risk of split

11

of splits , area exess Thinning dan area split mengalami penuruan <0.01% menjadi 0.00% untuk

kedua material

(a) (b)

( c ) ( d)

Gambar 8. (a) Komponen material SCGA sebelum trimming dan (b) Komponen material SCGA

sesudah trimming

(c) Komponen material SPCC sebelum trimming dan (d) Komponen material SPCC sesudah

trimming

Gambar 8 menunjukkan kondisi material pada step ke lima dan ke enam. Pada gambar 8

(a) material SCGA pada step ke lima merupakan akhir dari proses deep drawing dan gambar 8 (b)

step 6 merupakan proses trimming dari step ke lima. Pada gambar 8 (c) material SPCC pada step

Exess thinning Risk of split safe

Insuft stretch Insuft stretch

safe split

Compress

Thickening Thickening

safe split

Risk of split Exess thinning safe

Insuft stretch

Thickening

Exess thinning Risk of split

Insuft stretch

Compress

Thickening

split safe

safe

12

ke lima merupakan akhir dari proses deep drawing dan gambar 8 (d) step 6 merupakan proses

trimming dari step ke lima Pada proses trimming ini membuang bagian material yang tidak

dibutuhkan. Dilihat dari proses sebelumnya yaitu proses drawing dengan distance to bottom 0.00

mm ke proses trimming terjadi perubahan antara lain area thickening. risk of split. area compress

mengalami penurunan sedangkan area insuft stretch. area safe mengalami peningkatan.

3.2. Forming Limit Diagram Non Linier

Gambar 9. Forming Limit Diagram Non Linier Distance to Bottom 0.0 mm (trimming)

(a) SCGA dan (b) SPCC

Dari gambar 9 menunjukkan Forming limit diagram non linier untuk material SCGA dan

material SPCC dalam kondisi batas aman (safe)

safe safe

safe safe

b

safe

a

safe

13

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

3,5

1 2 3 4 5 6M

ino

r St

rain

(1

0-3

)Step

SPCCA

D

B

C

3.3 Analisis Pada Perubahan Jarak Punch dan Dies

Analisis perubahan jarak antara punch dan dies berpengaruh pada proses perubahan

material yaitu major strain, minor strain, major stress, minor stress, thinning, wringklig dan

cracking. Material yang digunakan dalam simulasi ini adalah material SCGA dan material SPCC

yang memiliki ketebalan 0.80 mm. koefisien gesek 0.15 dan Blank Holder Force 60 KN.

3.3.1 Analisis minor strain

(b)

(c) (d)

Gambar 10. Minor strain pada perubahan punch dan dies pada material SCGA dan SPCC

Dari gambar 10 menunjukkan terjadinya minor strain pada kedua material yang dilakukan

pengamatan pada step pertama sampai step enam selama proses deep drawing. Kedua material

mengalami perubahan nilai minor strain pada step ke lima. Dari pengamatan empat area yang

berpotensi mengalami cacat yaitu pada area A, B, C, D. Pada area A nilai minor strain yang

paling tinggi yaitu 2.2 x 10-3 pada material SCGA dan 3.10 x 10-3 pada material SPCC hal ini

0

0,5

1

1,5

2

2,5

1 2 3 4 5 6

Min

or

Stra

in (

10

-3)

Step

SCGAA

D

B

C

2.2

2

wrinkling

3.10

14

0

2

4

6

8

10

1 2 3 4 5 6

Maj

or

Stra

in (

10

-3)

Step

SPCCC

B

D

A

terjadi pada proses drawing sedangkan step ke enam pada proses trimming mengalami penurunan.

Minor strain pada SCGA 0.03 x 10-3 dan material SPCC 0.02 x 10-3.

Pada proses perubahan minor strain pada material SCGA dari step 3. step 4 dan step 5

semakin meningkat mengakibatkan wrinkling pada bagian yang ditunjukkan pada gambar 10(b)

pada material SPCC juga mengalami peningkatan pada step 4 dan step 5 mengakibatkan terjadi

wrinkling akan tetapi area yang terjadi wrinkling kedua material dipinggir area trimming dan diluar

area yang tidak digunakan.

3.3.2 Analisis major strain

Major strain pada material SCGA dan SPCC ditunjukan pada gambar 11 (a)(b),

pengamatan dilakukan pada empat area yang berpotensi mengalami cacat yaitu pada area A, B,

C, D. Pada area C material SPCC mengalami major strain yang lebih besar dibandingkan

SCGA. dimana major strain paling besar terjadi pada akhir drawing step ke lima. Pada step ini

nilai major strain material SCGA 8.0 x 10-3 dan material SPCC 7.9 x 10-3 . Proses perubahan

major strain pada material SCGA mengalami peningkatan yang signifikan pada step 4 ke step 5

mengakibatkan wringkling di beberapa bagian blank. Pada material SPCC major stress mulai

meningkat mulai tahap 4 sampai dengan tahap 5 mengakibatkan wringkling lebih banyak di

bagian pinggir blank. Area wrinking yang terjadi dipinggir area trimming dan diluar area yang

tidak digunakan seperti ditunjukkan pada gambar 11 (c)(d).

(a) (b)

0

2

4

6

8

10

1 2 3 4 5 6

Maj

or

Stra

in (

10

-3)

Step

SCGAC

D

B

A

8.0 7.9

15

(c) (d)

Gambar 11. Major strain pada perubahan punch dan dies punch dan dies pada material

SCGA dan SPCC

3.4. Analisis Minor dan Major Stress

3.4.1. Analisa Minor Stress

Analisa minor stress dilakukan melalui 6 tahap berdasarkan pada jarak perubahan punch

dan dies dengan melihat fenomena yang terjadi pada material selama proses deep drawing.

pengamatan dilakukan pada empat area yang berpotensi mengalami cacat yaitu pada area A, B, C,

D. Pada area A seperti ditunjukkan pada gambar 12 minor stress terbesar pada material SCGA

terjadi pada step ke lima sebesar 199 MPa kemudian mengalami penurunan yang signifikan pada

step keenam pada proses trimming sebsar 19 MPa . Material SPCC minor stress tertinggi pada

step kelima sebesar 199.20 MPa terjadi penurunan yang sangat signifikan pada step ke keenam

sebesar 19 MPa pada akhir proses trimming.

cracking

16

0

50

100

150

200

250

1 2 3 4 5 6

Min

or

Stre

ss(M

Pa)

Step

SPCC A

C

B

D

(a) (b)

(c ) (d)

Gambar 12. Minor Stress pada perubahan jarak punch dan dies pada material SCGA dan

SPCC

3.4.2. Analisa Major Stress

Analisa major stress dilakukan melalui 6 tahap berdasarkan pada jarak perubahan punch

dan dies dengan melihat fenomena yang terjadi pada material selama proses deep drawing.

Pengamatan dilakukan pada empat area yang berpotensi mengalami cacat yaitu pada area A, B, C,

D. Pada area A seperti ditunjukkan pada gambar 13 major stress terbesar pada material SCGA

terjadi pada step ke lima sebesar 299.4 MPa kemudian mengalami penurunan yang signifikan pada

step keenam pada proses trimming sebsar 29 MPa . material SPCC major stress tertinggi pada

0

50

100

150

200

250

1 2 3 4 5 6

Min

or

Stre

ss(M

Pa)

Step

SCGA

A

C

D

B

199 199.2

17

0

100

200

300

400

1 2 3 4 5 6

Maj

or

Stre

ss(M

Pa)

Step

SCGAA

C

B

D

0

50

100

150

200

250

300

350

1 2 3 4 5 6

Maj

or

Stre

ss(M

Pa)

Step

SPCC A

B

C

D

step kelima sebesar 299.3 MPa terjadi penurunan yang sangat signifikan pada step ke keenam

sebesar 29 MPa pada akhir proses trimming.

(a) (b)

(c ) (d)

Gambar 13 Major Stress pada perubahan jarak punch dan dies pada material SCGA dan

SPCC

3.5. Analisis Thinning

Analisis thinning pada material SCGA dan SPCC dengan ketebalan 0.8 mm dengan

koefisien gesek µ=0.15 yang terdiri dari 6 step. Pengamatan dilakukan pada empat area yang

berpotensi mengalami cacat yaitu pada area A, B, C, D. Thinning yang terjadi ditunjukkan pada

299.4

299.3

18

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

1 2 3 4 5 6

Thin

nin

g Step

SPCC D

B

C

A

gambar 14 material SCGA mengalami peningkatan mulai dari step pertama hingga step kelima

dengan thinning tertinggi di area B sebesar 8.05 dan material SPCC thinning terbesar berada di

area D sebesar 0.96. Step kelima merupakan thinning terbesar terjadi pada sisi samping dies akan

tetapi bagian ini merupakan bagian yang tidak digunakan karena akan mengalami proses trimming

pada step keenam sehingga thinning yang terjadi pada bagian yang digunakan menjadi turun.

(a) (b)

(c)

Gambar 14. Thinning pada perubahan punch dan dies pada material SCGA dan SPCC

3.6. Analisa Wrinkling

Pada proses drawing terjadi wrinkling di kedua material yang ditunjukkan pada gambar

15 Blank mengalami kerutan mulai dari step pertama terus meningkat hingga step ke lima.

Pengamatan dilakukan pada empat area yang berpotensi mengalami cacat yaitu pada area A, B, C,

D. Kerutan tertinggi dialami material pada step kelima yang merupakan akhir proses drawing.

0

2

4

6

8

10

1 2 3 4 5 6

Thin

nin

g

Step

SCGA B

D

C

A

8.05 0.96

19

0

0,5

1

1,5

2

1 2 3 4 5 6

Wri

nkl

ing

Step

SPCC ACBD

kerutan tertinggi yang terjadi pada material SCGA pada area A sebesar 1.71 dan pada material

SPCC kerutan yang terbesar pada area A sebesar 1.48. Pada bagian kerutan ini mengalami proses

trimming yaitu memotong bagian sisa material yang tidak digunakan. sehingga kerutan yang

terjadi pada material akan berkurang. Kerutan pada akhir proses trimming pada material SCGA

0.5 dan SPCC 0.24.

(a) (b)

(c) (d)

Gambar 15. Wringkling pada perubahan punch dan dies pada material SCGA dan SPCC

3.7. Hubungan koefisien Gesek dengan Wrinkling

Analisis wrinkling dilkukan pada material setelah proses akhir deep drawing dan

sesudah proses trimming seperti pada gambar 16 (a) material SCGA dengan ketebalan 0.80 mm

yang memiliki koefisien gesek sebesar 0.15. gambar 16 (b) material SPCC dengan ketebalan 0.80

mm yang memiliki koefisien gesek sebesar 0.15 dengan blank holder force untuk kedua material

sama yaitu sebesar 60 KN.

0

0,5

1

1,5

2

1 2 3 4 5 6

Wri

nkl

ing

Step

SCGA A

C

B

D

1.71 1.48

B

C

B

C

20

(a) (b)

Gambar 16. Analisis wrinkling (a) SCGA dan (b) SPCC setelah proses trimming

Pengamatan dilakukan pada area A dan Area C yang berpotensi lebih besar terjadinya

wrinkling Pada material SCGA terjadi peningkatan ketika besarnya koefisien gesek bertambah

seperti ditunjukkan pada gambar 17 nilai wrinkling yang terbesar terjadi pada koefisien gesek 0.15

adalah 1.4. Pada material SPCC wrinkling terbesar juga terjadi pada koefisien gesek 0.15 sebesar

0.9. Pada material SCGA dan SPCC mengalami peningkatan yang signifikan apabila koefisien

gesek ditambahkan akan memperbesar terjadinya wrinkling pada kedua material tersebut semakin

kecil koefisien gesek cacat wrinkling pada kedua material akan semakin kecil.

Gambar 17. Hubungan antara koefisien gesek dengan wrinkling

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

1,4

1,6

0 0,05 0,1 0,15

Wri

nkl

ing

Koefisien Gesek (µ)

SCGA A

SCGA C

SPCC C

SPCC A

0.9 mm

A

1.4 mm

Area wrinkling Area wrinkling

21

0

1

2

3

4

5

6

7

8

0 0,05 0,1 0,15

Thin

nin

g

Koefisien Gesek (µ)

SPCC B

SPCC D

SCGA B

SCGA D

5.6

0,72

0,73

0,74

0,75

0,76

0,77

0,78

0,79

0,8

0,81

0 0,05 0,1 0,15

Thic

knes

s

Koefisien Gesek (µ)

SCGA D

SPCC B

SCGA B

SPCC D

3.8. Hubungan koefisien gesek dengan Thinning dan Thickness

Analisis thinning bertujuan untuk menganalisa besarnya penipisan dan penebalan yang

terjadi pada proses deep drawing. Jika hasil menunjukkan angka positif (+) maka area tersebut

terjadi thickening (penebalan). jika hasil menunjukkan angka negatif (-) maka area tersebut

mengalami penipisan.

Analisis thinning dilakukan pada material setelah proses akhir deep drawing dan sesudah

proses trimming seperti pada gambar 18 (a) material SCGA dengan ketebalan 0.80 mm yang

memiliki koefisien gesek sebesar 0.15. Gambar. 24(b) material SPCC dengan ketebalan 0.80 mm

yang memiliki koefisien gesek sebesar 0.15 dengan blank holder force untuk kedua material sama

yaitu sebesar 60 KN.

`

(a) (b)

Gambar 18. Hubungan antara koefisien gesek dengan Thinning (a) SCGA dan (b) SPCC

Gambar 19. Hubungan antara koefisien gesek dengan Thinning dan Thickness

Area thinning Area thinning

7.2 0.799

22

Pengamatan dilakukan pada area B dan Area D yang berpotensi lebih besar terjadinya

wrinkling Pada material SCGA terjadi peningkatan ketika besarnya koefisien gesek bertambah

seperti ditunjukkan pada gambar 19 nilai Thinning yang terbesar terjadi pada koefisien gesek 0.15

adalah 5.6. Pada material SPCC Thinning terbesar juga terjadi pada koefisien gesek 0.15 sebesar

7.2. Pada material SCGA dan SPCC mengalami peningkatan yang signifikan apabila koefisien

gesek ditambahkan akan memperbesar terjadinya Thinning pada kedua material tersebut semakin

kecil koefisien gesek cacat Thinning pada kedua material akan semakin kecil.

Thickness setelah proses stamping untuk material SCGA sebesar 0.798 mm dan untuk

material SPCC sebesar 0.799 mm dengan koefisien gesek 0.15 seperti ditunjukkan pada gambar

4.23, semakin besar nilai koefisisen gesek menyebabkan area thickness mengalami peningkatan,

semakin besar nilai thickness material akan menyebabkan wrinkling yamg lebih banyak di area

blank pada proses stamping, seperti yang disampaikan pada penelitian sebelumya

4. PENUTUP

Pada penelitian ini dapat ditarik kesimpulan dari proses simulai deep drawing dalam

pembentukan top outer hatch back sebagai berikut :

1. Perubahan perilaku material SCGA dalam simulasi pembentukan dilakukan pengamatan

yang terdiri dari 6 step dengan hasil area safe semakin meningkat dari step 5 (drawing

process) sebesar 9.52 % ke step ke 6 (trimming process) sebesar 18.19%. Analisis minor-

major strain terjadi peningkatan yang signifikan seiring perubahan step dilihat dari

perubahan posisi punch dan dies sebesar 0.03x10-3 menjadi 8x10-3 mengakibatkan

terjadinya thinning dan wrinkling diarea pinggir blank diluar area yang digunakan. Analisis

minor-major stress menunjukkan peningkatan yang signifikan seiring perubahan step

dilihat dari perubahan posisi punch dan dies sebesar 78.46 MPa menjadi 299.3 MPa

berpengaruh pada kondisi cacat wrinkling di area yang tidak digunakan

2. Perubahan perilaku material SPCC hasil area safe semakin meningkat dari step 5 (drawing

process) ke step ke 6 (trimming process) sebesar 8.63 % menjadi 16.31%. Analisis minor-

major strain terjadi peningkatan yang signifikan seiiring perubahan step dilihat dari

perubahan posisi punch dan dies sebesar 0.01x10-3 menjadi 0.75x10-3 mengakibatkan

terjadinya thinning dan wrinkling diarea pinggir blank diluar area yang digunakan Analisis

minor-major stress menunjukkan peningkatan yang signifikan seiring perubahan step

23

dilihat dari perubahan posisi punch dan dies sebesar 6.99 MPa menjadi 299.4 MPa

berpengaruh pada kondisi cacat wrinkling di area split yang tidak digunakan

3. Koefisin gesek pada kedua material berpengaruh terjadinya wrinkling dan thinning.

Semakin kecil nilai koefisien gesek akan cenderung menurunkan nilai wrinkling sebaliknya

semakin besar koefisien gesek akan menaikan terjadinya wrinkling. Koefisien gesek 0.15

pada material SCGA menghasilkan nilai wrinkling 1.4 dan material SPCC 1.21, nilai

wrinkling pada material SPCC lebih rendah dibanding wrinkling yang terjadi pada material

SCGA. Pada analisis FLD non Linier kedua material dinyatakan dalam kondisi 100% safe

(aman) tidak terjadi cacat yang serius. Material SCGA mengalami thinning terkecil 0.7

pada koefisien gesek 0 dan nilai thinning terbesar 5.6 pada koefisien gesek 0.15. pada

material SPCC mengalami thinning terkecil 0.179 pada koefisien gesek 0 dan nilai thinning

terbesar 7.2 pada koefisien gesek 0.15. nilai thinning pada material SPCC lebih rendah

dibandingkan material SCGA.

24

DAFTAR PUSTAKA

[1] A. Zoesch, T. Wiener, and M. Kuhl, “Zero Defect Manufacturing: Detection of Cracks and

Thinning of Material during Deep Drawing Processes,” Procedia CIRP, vol. 33, pp. 179–

184, 2015.

[2] M. Sigvant et Sigvant, Mats Pilthammar, Johan Hol, Johan Wiebenga, Jan Harmen Chezan,

ToniCarleer, Bartvan den Boogaard, Ton, “Friction in sheet metal forming: influence of

surface roughness and strain rate on sheet metal forming simulation results,” Procedia

Manuf., vol. 29, pp. 512–519, 2019.

[3] M. El Sherbiny, H. Zein, M. Abd-Rabou, and M. El shazly, “Thinning and residual stresses

of sheet metal in the deep drawing process,” Mater. Des., vol. 55, pp. 869–879, 2014.

[4] X. L. Geng, B. Wang, Y. J. Zhang, J. X. Huang, M. M. Duan, and K. S. Zhang, “Effect of

crystalline anisotropy and forming conditions on thinning and rupturing in deep drawing of

copper single crystal,” J. Mater. Process. Technol., vol. 213, no. 4, pp. 574–580, 2013.

[5] M. A. Hassan, N. Takakura, and K. Yamaguchi, “Friction aided deep drawing of sheet

metals using polyurethane ring and auxiliary metal punch. Part 1: experimental observations

on the deep drawing of aluminium thin sheets and foils,” Int. J. Mach. Tools Manuf., vol.

42, no. 5, pp. 625–631, 2002.

[6] P. Ramanjaneyulu, P. Venkataramaiah, and K. D. Reddy, “Multi parameter optimization of

deep drawing for cylindrical cup formation on brass sheets using Grey Relational Analysis,”

Mater. Today Proc., vol. 18, pp. 2772–2778, 2019.

[7] A. Atrian and H. Panahi, “Experimental and finite element investigation on wrinkling

behaviour in deep drawing process of Al3105/Polypropylene/Steel304 sandwich sheets,”

Procedia Manuf., vol. 15, pp. 984–991, 2018.

[8] W. Liu, Y. Xu, and S. Yuan, “Effect of Pre-bulging on Wrinkling of Curved Surface Part

by Hydromechanical Deep Drawing,” Procedia Eng., vol. 81, pp. 914–920, 2014.

[9] E. Doege, T. El-Dsoki, and D. Seibert, “The prediction of necking and wrinkles in deep

drawing processes using the FEM,” in Materials Processing Defects, vol. 43, S. K. Ghosh,

Ed. Elsevier, 1995, pp. 91–105.

[10] A. K. Choubey, G. Agnihotri, C. Sasikumar, and M. Singh, “Analysis of Die Angle in Deep

Drawing Process Using FEM,” Mater. Today Proc., vol. 4, no. 2, pp. 2511–2515, 2017.

[11] I. A. Choudhury, O. H. Lai, and L. T. Wong, “PAM-STAMP in the simulation of stamping

process of an automotive component,” Simul. Model. Pract. Theory, vol. 14, no. 1, pp. 71–

81, 2006.

[12] N. Triantafyllidis, B. Maker, and S. K. Samanta, “An Analysis of Drawbeads in Sheet Metal

Forming : Part I — Problem Formulation,” 2018.

[13] B. Meng, M. Wan, X. Wu, S. Yuan, X. Xu, and J. Liu, “Inner wrinkling control in

hydrodynamic deep drawing of an irregular surface part using drawbeads,” Chinese J.

Aeronaut., vol. 27, no. 3, pp. 697–707, 2014.

25

[14] J. Cao and M. C. Boyce, “Sae Technical Draw Bead Penetration as a Control Element of

Material Flow,” no. 412, 1993.

[15] T. H. Choi and H. Huh, “Materials Processing Technology Draw-bead Simulation by an

Elasto-plastic Finite Element Method with Directional Reduced Integration,” vol. 0136, no.

I, 1997.

[16] S. Candra, I. M. L. Batan, W. Berata, and A. S. Pramono, “Analytical study and FEM

simulation of the maximum varying blank holder force to prevent cracking on cylindrical

cup deep drawing,” Procedia CIRP, vol. 26, pp. 548–553, 2015.

[17] M. Nozic, “Numerical Simulation Of Deep Drawing Process With Faculty of Mechanical

Engineering,” no. September, pp. 10–11, 2013.

[18] T. Meinders, H.J.M. Geijselaers, J. Huétink“ Equivalent Drawbead Performance In Deep

Drawing Simulations,” 1994.

[19] B. R. Billade and P. S. K. Dahake, “Optimization of Forming Process Parameters in Sheet

Metal Forming Of Reinf-Rr End Upr-Lh / Rh for Safe Thinning,” vol. 8, no. 8, pp. 1–7,

2018.

[20] F. E. M. Study, “Plastic Wrinkling Investigation of Sheet Metal Product Made by Deep

Forming Process : A,” vol. 3, no. 10, pp. 186–191, 2014.

[21] V. Laxman and S. R. Srivatsa, “ScienceDirect Sheet Metal Forming Processes – Recent

Technological Advances,” Mater. Today Proc., vol. 5, no. 1, pp. 2564–2574, 2018.

[22] J. P. De Magalhães Correia and G. Ferron, “Wrinkling predictions in the deep-drawing

process of anisotropic metal sheets,” J. Mater. Process. Technol., vol. 128, no. 1–3, pp.

178–190, 2002.

[23] A. D. Anggono, W. A. Sharif, A. Trianto, and M. Y. Darmawan, “Influence of lubrication

and blank holder force in dome wrinkling defect on cup drawing process,” ARPN J. Eng.

Appl. Sci., vol. 11, no. 16, pp. 9985–9991, 2016.

[24] W. A. Siswanto, A. D. Anggono, B. Omar, and K. Jusoff, “An alternate method to

springback compensation for sheet metal forming,” Sci. World J., vol. 2014, 2014.

[25] S. Jadhav, M. Schoiswohl, and B. Buchmayr, “Applications of Finite Element Simulation

in the Development of Advanced Sheet Metal Forming ProcessesAnwendungen der Finite-

Elemente-Simulation für die Entwicklung hochwertiger Blechumformprozesse,” BHM

Berg- und Hüttenmännische Monatshefte, vol. 163, no. 3, pp. 109–118, 2018.

[26] R. Dwivedi and G. Agnihotri, “Study of Deep Drawing Process Parameters,” Mater. Today

Proc., vol. 4, no. 2, pp. 820–826, 2017.

[27] L. Zhang, H. Liu, and W. Wang, “Numerical Simulation and Analysis of Hydromechanical

Deep Drawing Process for Half-three-way Tube,” Procedia Eng., vol. 174, pp. 524–529,

2017.

[28] G. Sun, W. Zhang, Z. Wang, H. Yin, G. Zheng, and Q. Li, “A novel specimen design to

establish the forming limit diagram (FLD) for GFRP through stamping test,” Compos. Part

A Appl. Sci. Manuf., vol. 130, p. 105737, 2020.

26

[29] S. Basak, S. K. Panda, and M. G. Lee, “Formability and fracture in deep drawing sheet

metals: Extended studies for pre-strained anisotropic thin sheets,” Int. J. Mech. Sci., vol.

170, no. November 2019, p. 105346, 2020.

[30] V. R. Shinge and U. A. Dabade, “Experimental Investigation on Forming Limit Diagram of

Mild Carbon Steel Sheet,” Procedia Manuf., vol. 20, pp. 141–146, 2018.

[31] H. J. Bong, F. Barlat, M. G. Lee, and D. C. Ahn, “The forming limit diagram of ferritic

stainless steel sheets: Experiments and modeling,” Int. J. Mech. Sci., vol. 64, no. 1, pp. 1–

10, 2012.

[32] C. D. Schwindt, M. Stout, L. Iurman, and J. W. Signorelli, “Forming Limit Curve

Determination of a DP-780 Steel Sheet,” Procedia Mater. Sci., vol. 8, pp. 978–985, 2015.

[33] C. S. Namoco, “Improving the Rigidity of Sheet Metal by Embossing and Restoration

Technique,” Mindanao J. Sci. Technol., vol. 8, pp. 25–34, 2010.

[34] D. Ko, K. Lee, J. Lee, and B. Kim, “Formability Evaluation of Coated and Uncoated Steel

Sheets with Consideration of Frictional Characteristics,” vol. 341, pp. 581–586, 2007.