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.