Abstrak —Proses  bending  tube  pada  dewasa  ini  telah mengalami  banyak  perkembangan.  Dua  metode diantaranya adalah  rotary  draw bending yang bersifat konvensional serta laser  beam  bending  yang  lebih  modern.  S elain  itu,  untuk mengoptimalkan  proses  tube  bending diperlukan pengertian lebih  mendalam  terhadap  fenomena  springback,  agar  hasil yang  didapatkan lebih presisi. Pada penelitian ini dilakukan analisis  springback  menggunakan  Finite  Element  Method dengan  bantuan  software  ANS YS   17.1.  S imulasi  dilakukan untuk mendapatkan hasil springback dari kedua metode yang nantinya  akan  dibandingkan.  Penelitian  pertama  dilakukan dengan  mensimulasikan  proses  laser  beam  bending  hingga mencapai  batas  maksimum  sudut  bending  yang  dapat diterima.  S elain  itu,  simulasi  juga  dilakukan  pada  metode rotary  draw  bending  dengan  parameter  diameter  dan ketebalan tube yang sama seperti sebelumnya namun, dengan sudut  bending  yang  berbeda  yaitu  sebesar  60,  120,  dan  180 yang  akan  digunakan  sebagai  data  pendukung  nilai springback.  Dari  simulasi  didapatkan  bahwa  semakin tinggi laser power dan pass number pada laser beam bending, maka akan  semakin  tinggi  springback  yang  dihasilkan  namun, masih  sangat  kecil  bila  dibangdingkan  dengan  rotary  draw bending.
Kata  Kunci —Springback,  304L,  Rotary  Draw  Bending, Laser Beam Bending, Metode Elemen Hingga.

## I. PENDAHULUAN
UBE bending merupakan hal yang sangat penting dalam industri  manufaktur  sebagai  contoh  pada  boiler, mesin, heat exchanger , pendingin ruangan, dan pipa maupun tube . Tubes dapat  dibengkokkan  secara  mekanis  baik  dalam keadaan panas ( hot bending ) maupun dingin ( cold bending ), walaupun  proses bending lebih  banyak  digunakan  dalam keadaan dingin. Cold bending lebih efisien dan menghasilkan  produk  yang  lebih rigid ,  sedangkan hot bending lebih  sesuai  untuk  sudut bending yang lebih kecil atau diameter tube yang lebih besar. [1] Laser  forming merupakan  teknik forming dengan  proses bebas springback dan juga tanpa kontak yang dalam dekade belakangan  telah  banyak  dilakukan  penelitian  tentangnya. Dibandingkan  dengan  mengaplikasikan  gaya  eksternal menggunakan tools forming , laser forming lebih disebabkan oleh  deformasi  plastis  yang  dihasilkan dari tegangan termal akibat  pemanasan  laser  dan  pendinginan  yang  cepat. Meskipun  asal  mula  dari laser forming dapat ditelusuri dari metode flame  bending yang  telah  ada  sebelumnya,  namun laser forming memiliki teknik yang lebih mulus dan terkendali yang  menawarkan  banyak  kemungkinan  aplikasi  unik.
Berbagai  kemungkinan  aplikasi  ini  dihasilkan  dari  kontrol yang  baik  pada  transfer  energi,  akurasi  tingkat  tinggi  dan reproduktifitas,  fleksibilitas  yang  tinggi,  serta  sifat  tanpa kontaknya.[2]
Rotary draw bending merupakan proses fisik tri-nonlinier dengan  efek  kopling  multifactor  dan  beberapa  kecacatan seperti local  wrink ling , over  thinning (bahkan crack ), dan distorsi cross-section dengan  parameter forming yang tidak sesuai. Bila dibandingkan dengan proses bending yang lain, metode  ini  merupakan  proses  kontak  dominan  dalam multi- die  constraints dengan  menggunakan bend die , clamp die, pressure  die,  wiper  die, serta  mandrel  (dengan mandrel shank dan  bola  fleksibel).  [3]  Hanya  dengan  penggunaan yang  presisi  dari  alat-alat ini, memungkinkan kestabilan dan ketepatan dari deformasi bending dapat dicapai dengan Rd / D , bebas wrink ling ,  derajat  deformasi  dari wall  thinning dan cross-section .  Gesekkan  dari  berbagai interfaces alat memungkinkan  untuk  memberikan  efek  yang  berbeda-beda dari perilaku deformasi bending metode ini.[4] Sedangkan springback merupakan  fenomena strain recovery yang  diakibatkan  pelepasan  tegangan  sisa  pada lembaran  logam  saat  dilepaskan  dari  cetakan. Dalam rangka memprediksi besar nilai dari springback , simulasi akurat dari tegangan  pada dead  point dan  perilaku  tanpa  beban  dari material  sangat  dibutuhkan.  Penelitian springback secara teoritis  dan  eksperimental  pada rotary  draw telah  banyak dilakukan. Hasil dari penelitian tersebut menunjukkan bahwa sudut springback berbanding  lurus  dengan sudut bending pada  sudut bending yang  besar,  dan  kontrol bend-rebend biasanya mengandung data springback dan penyeimbangnya. Metode dari kontrol proses dikembangkan untuk  mengoptimalkan  strategi  kontrol  secara  keseluruhan. Prediksi springback berdasarkan  eksperimen  dianggap cukup terpercaya, mengandung data springback yang hanya berlaku pada tube bending dengan kondisi yang sama.[1]

## II. METODE PENELITIAN

## A. Peralatan yang Digunak an
Peralatan  yang  digunakan  dalam  penelitian  berupa perangkat  lunak  ( software )  berbasis  metode  elemen  hingga yaitu ANSYS dengan modul Mechanical APDL Release 17.1 yang digunakan untuk membuat pemodelan springback dan memodelkan simulasi metode rotary draw bending dan laser beam bending.
B. Material Tube
Pada  penelitian  ini,  material yang digunakan pada proses tube  bending  adalah  AISI  304L.  Data  material  yang  ad a diperoleh dari North American Stainless dengan

## Simulasi Springback pada Laser Beam Bending dan Rotary Draw Bending untuk Pipa AISI 304L
Adnan Syadidan, Mas Irfan P. Hidayat, dan Wikan Jatimurti Departemen Teknik Material, Fakultas Teknologi Industri, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS)
e-mail : irfan@mat-eng.its.ac.id
T
menggunakan  standar  UNS  S30430,  EN  1.4307  dan  ASM Handbook  Vol  1.  Komposisi  dari  AISI  304L  dapat  dilihat pada  Tabel  1  dan  untuk  properti  material  AISI  304L  dapat dilihat pada Tabel 2 berikut.
T abel 1.
Standar Komposisi Kimia AISI 304L (NAS-UNS S30430, EN 1.4307)
Unsur C Mn P S Si Cr Ni Min 18.00 8.00 Max 0.03 2.0 0.045 0.030 1.00 20.00 12.00 T abel 2. Properti Material dari AISI 304L Konduktivitas (W/m K) 31.7 Specific Heat (J/kg K) 682 Koefisien Konveksi (W/m 2 ) 20 Poisson ratio 0.3 Modulus Elastisitas (Gpa) 196 Density (kg/m 3 ) 7850 Thermal Expansion (1/K) 2.00E-5
C. Geometri Tube
Geometri  yang  digunakan  kedua  metode bending pada penelitian ini yaitu tube berpenampang lingkaran. Penampang  lingkaran  ini  memiliki  ukuran outer  diameter sebesar  15mm  dengan  ketebalan tube 2mm.  Kedua  metode memiliki panjang yang sama yaitu 800mm.
D. Pemodelan Pipa
Tipe pemodelan yang digunakan pada penelitian ini untuk kedua  metode  menggunakan element  type SHELL  132 dengan 8 nodes untuk analisa termal dan SHELL281 dengan 8 nodes untuk  analisa  struktural , dengan  satu  derajat kebebasan  (DOF)  temperatur  pada  masing  masing nodes . Pada  metode laser  beam  bending digunakan  dua  analisa yaitu  termal  dan  struktural.  Properti  material  yang dimasukkan  untuk  analisa  termal  antara  lain  konduktivitas termal  isotropic, specific  heat, densitas,  serta  koefisien konveksi,  lalu  untuk  analisa  structural  antara  lain poisson ratio, modulus elastisitas, serta densitas . Adapun pemodelan boundary  condition pada laser  beam  bending untuk analisa termal , perpindahan panas yang terjadi adalah konveksi,  dimana  konveksi  terjadi  pada  semua  permukaan tube kecuali  pada daerah yang dikenai laser, konveksi yang terjadi  merupakan free  convection artinya  konveksi  tanpa ada  pengaruh  dari  luar.  Proses  adiabatik  dianggap  terjadi pada tube  path yang  dikenai  sinar  laser.  Untuk  analisa structural,  salah  satu  sisi tube akan  dijepit  ke  segala  arah, sehingga  dapat  dilihat  respon  mekanik  yang  terjadi. Sedangkan  untuk die pada rotary  draw  bending dianggap rigid .
E. Meshing
Meshing yang  digunakan  pada  simulasi laser  beam bending dan rotary  draw  bending menggunakan  metode free  mesh dengan  elemen  segitiga  dan smartsize 1  untuk tube . Elemen segitiga dipilih  karena  mempermudah memperoleh konvergensi namun diperlukan meshing dengan ukuran yang cukup halus
F. Tipe Pembebanan
Pembebanan  pada  penelitian  kali  ini  dibagi  berdasarkan tipe  pembebanan  untuk  masing-masing  metode.  Untuk  tipe pembebanan metode laser beam bending yaitu pembebanan termal.  Pada  proses  termal, tube akan  diberi  panas  yang berasal  dari  laser  dalam  bentuk heatflux ,  melintang  pada tengah  sisi  kiri tube selama  10  detik . Setelah  proses pemanasan  selesai,  maka  dilakukan  proses  pendinginan dengan free convection selama 180 detik. Proses pemanasan dan pendinginan ini dilakukan selama dua kali (2 pass ) untuk mendapatkan  hasil  distribusi  temperatur.  Nilai  distribusi temperature  ini  kemudian  akan  menjadi  pembebanan struktural yang akan ditambahkan dengan beban displacement  pada  sisi  kanan tube sebesar  0  sebagai boundary condition. Langkah ini akan diulang kembali untuk jumlah pass serta laser  power lainnya.  Sedangkan  tipe pembebanan pada metode rotary draw bending , menggunakan displacement ke  arah  sumbu  Z  (ROTZ) dengan  menggunakan pilot  node pada bend  die ,  dan pressure pada tube dengan nilai internal pressure = 5 . Pembebanan  pada  metode laser beam bending dilakukan hingga  mencapai  sudut  tertentu  yang  merupakan  batas maksimal  kemampuannya  bila  tanpa  adanya external pressure .  Hal  ini  dikarenakan  metode laser  beam  bending memiliki  keterbatasan sudut bending yang besarannya akan dicari  pada  percobaan  kali  ini. Hasil  analisa  struktur  dari metode laser beam bending ini nantinya akan dibandingkan dengan  metode rotary  draw  bending. Seluruh  variasi pembebanan akan dijelaskan di dalam Tabel 3 di bawah ini.
T abel 3.

## Variasi Pembebanan pada Percobaan
Laser Power (W) Pass Number 900 2 pass 3 pass 4 pass 1200 2 pass 3 pass 4 pass 1500 2 pass 3 pass
4 pass

## G. Tipe Analisa
Proses  analisa  yang  digunakan  untuk  kedua  metode adalah  analisa springback ,  yang  didapat  dari  nilai displacement. Selain  itu,  analisa  tegangan Von  Mises juga dapat digunakan untuk menganalisa ada tidaknya pelepasan tegangan  sebagai  tanda  akan  terjadinya springback . Adapun perbandingan masing-masing metode bending pada percobaan ini dijelaskan dalam Tabel 4 di bawah ini.
T abel 4.

## Perbandingan Metode Proses Penelitian
Metode Pembebanan Analisa Laser Beam Bending Termal Sudut bending dan springback Rotary Draw Bending Displacement dan pressure Springback

## III. HASIL DAN DISKUSI
Untuk  menentukan  jumlah springback ,  maka  simulasi tegangan  yang  akurat  dilakukan dengan memberikan suatu beban  dalam  jangka  waktu  tertentu  kemudian  mengamati perilaku unloading dari logam tersebut. Analisa springback pada penelitian laser beam bending kali ini dilakukan dengan cara mengamati perubahan displacement dan juga von mises stress pada  saat  proses  pelepasan  beban  terakhir  untuk setiap pass . Adapun untuk analisa springback pada metode rotary  draw  bending diamati  pada  saat  proses  pelepasan beban setelah bending . Pemodelan  analisa springback untuk  metode laser beam bending dimulai  dengan  membuat  desain tube .  Pada tube kemudian  diberikan heatflux . Setelah melakukan pengaturan pada software yang  digunakan  maka  dilakukan  proses solving . Hasil yang didapat dari simulasi adalah perpindahan yang terjadi serta nilai von misses stress- nya. Hasil ini belum memperlihatkan springback yang muncul. Untuk mendapatkan
springback -nya dilakukan
proses penghilangan  beban  dari  benda  kerja  dengan  cara pendinginan menggunakan konveksi. Mekanisme pendinginan  inilah  yang  memunculkan springback pada proses ini.
A. Pengamatan Hasil Pemodelan Laser Beam Bending
Berdasarkan penelitian yang telah dilakukan di atas maka, dapat  dilihat  bahwa  sudut bending maksimum  yang  dapat dicapai  menggunakan  metode laser  beam  bending bila dilakukan  tanpa  adanya  beban  struktural  dari  luar  adalah sebesar  0,01221 o serta  terjadi  pada  variasi laser  power sebesar  1500  W  dengan pass number sebanyak 3 pass . Hal ini  menjelaskan  bahwa  ketika  ingin  menambah  kemampuan sudut bending pada laser  beam  bending dapat  dilakukan dengan  cara  menambah  jumlah laser  power dari  metode tersebut.  Adapun  nilai  selisih  sudut bending pada  3 pass untuk setiap laser power adalah 0,002407 o untuk laser power antara  1200  W  dengan  900  W  serta  0,002465 o untuk laser power antara 1500 W dengan 1200 W.
Sedangkan,  nilai  hasil springback mencapai  angka terbesar untuk metode laser beam bending adalah pada saat laser  power 1500 W 3 pass sebesar 0,006363 o . Adapun nilai selisih springbak pada  3 pass untuk  setiap laser  power adalah  0,001239 o untuk laser  power antara  1200  W  dengan 900  W  serta  0,001295 o untuk laser  power antara  1500  W dengan  1200  W.  Hal  ini  menunjukkan,  semakin tinggi input dari laser  power maka  akan  semakin  tinggi  pula  sudut bending serta springback yang  dapat dicapai pada metode laser beam bending ini.
Namun,  anomali  terjadi  pada  saat  variasi laser 4 pass dilakukan di mana springback yang muncul tidaklah menuju ke  arah  negatif bending namun,  menuju ke arah positif dari sudut bending awal  yang  dicapai.  Anomali  ini  pun  terjadi pada  saat  kondisi  penghilangan  beban  termal  terjadi  atau pada  saat cooling  condition .  Adapun  perbandingan  hasil sudut bending dan springback berdasarkan tiap power laser dan pass  number dijelaskan  pada  Gambar  1  dan  Gambar  2 berikut.
2
pas s 3 pas s 4 pas s 1500 W 0,0008 0,0122 0,0118
1200 W 0,0008 0,0097 0,0094 900 W 0,0006 0,0073 0,0061 0,000 0,002 0,004 0,006 0,008 0,010 0,012 0,014 Sudu t ( o ) 1500 W 1200 W 900 W
Gambar  1.  Grafik  Perbandingan  Hasil  Sudut Bending untuk  Setiap Laser Power dan Pass Num ber
2 pass 3 pass 4 pass 1500 W 0,0002236 0,0063630 -0,0015480 1200 W 0,0001777 0,0050680 -0,0012610 900 W 0,0001336 0,0038290 -0,0009745 -0,002 -0,001 0,000 0,001 0,002 0,003 0,004 0,005 0,006 0,007 Su d u t ( o ) 1500 W 1200 W 900 W
Gambar  2.  Grafik  Perbandingan  Hasil Springback untuk  Setiap Laser Power dan Pass Num ber
B. Hasil Pengujian Struk tur Mik ro pada Hammer Crusher
Perbedaan  yang  muncul  dari  hasil penelitian ini terhadap kedua  metode  diantaranya  adalah  kemampuan  sudut bending ,  radius bending ,  profil bending,  springback yang dihasilkan,  serta  perubahan  energi  yang  terjadi.  Telah ditunjukkan  pada  analisa  data  di atas bahwa metode rotary draw  bending memiliki  kemampuan  sudut bending yang lebih besar dan baik bila dibandingkan dengan metode laser beam  bending .  Hal  ini  dapat  dilihat  pada  Tabel  5  yang merupakan  perbandingan  kemampuan  sudut bending untuk metode laser  beam  bending dan rotery  draw bending. Perbandingan  yang  digunakan  untuk  metode laser  beam bending hanya pada  kemampuan  sudut  maksimum berdasarkan penelitian ini yaitu proses bending pada 3 pass untuk setiap laser power .
T abel 5. Perbandingan Kemampuan Sudut Bending Penelitian pada Metode Laser Beam  Bending dan Rotary Draw Bending
Laser Beam Bending Rotary Draw Bending 900 W 1200 W 1500 W 0,1221 o 0,009745 o 0,007338 o 180 o
Begitupun  dengan  radius bending yang  dapat  dicapai oleh metode laser beam bending yang memiliki keterbatasan bila dibandingan dengan metode rotary draw bending. Profil bending pada metode rotary draw bending pun terlihat lebih halus bila dibandingkan dengan metode laser beam bending. Namun, springback yang dihasilkan oleh metode laser beam bending sangat  jauh  lebih  kecil  dibandingkan  dengan metode rotary  draw  bending .  Hal  ini  lah  yang  menjadi kelebihan  dari  metode laser  beam  bending sehingga kedepannya metode ini sangat banyak mengalami pengembangan  seperti  penggunaan die dan external  force untuk  menanggulangi  kekurangan-kekurangan  yang  telah dijelaskan.  Adapun  perbandingan springback yang muncul pada kedua metode akan dijelaskan pada Tabel 6 dan Tabel 7 berikut.
T abel 6. Perbandingan Hasil Springback Penelitian pada Metode Laser Beam Bending

## Laser Beam Bending
900 W 1200 W 1500 W Sudut 6,48E-4 o 8,66E-4 o 8,6E-4 o 2 pass 1,34E-4 o 1,78E-4 o 2,24E-4 o Sudut 7,34E-3 o 9,75E-3 o 1,22E-2 o 3 pass 3,83E-3 o 5,07E-3 o 6,36E-3 o Sudut 6,14E-3 o 9,46E-3 o 1,18E-2 o 4 pass -9,8E-4 o -1,26E-3 o
-1,54E-3 o
T abel 7. Perbandingan Hasil Springback Penelitian pada Metode Rotary Draw
Bending Rotary Draw Bending Sudut bending 60 o 120 o 180 o Springback 1,54 o 2,469 o 3,11 o
Adapun perubahan energi yang terjadi pada saat loading maupun unloading untuk  kedua  metode  mengalami perbedaan. Perbedaan pertama yaitu berupa besarnya energi yang  muncul.  Pada  metode laser  beam  bending dapat terlihat  energi  terbesar  yang muncul hanya mencapai angka 0,4366  MPa.  angka  ini  sangatlah  kecil  bila  dibandingkan dengan  metode rotary  draw  bending yang  mampu menghasilkan  energi  maksimum  hingga  mencapai  397  MPa. Hal  ini  membuktikan  bahwa  metode leser  beam  bending memiliki efisiensi penghematan energi yang lebih baik untuk dapat  digunakan  kedepannya.  Perbedaan  kedua  yaitu mengenai  energi  yang muncul pada saat unloading . Seperti yang diketahui bersama bahwa springback merupakan suatu kejadian  yang  mengindikasikan stress  relief yang  muncul
pada  saat unloading dari proses bending. Teori ini terbukti pada  metode rotary  draw  bending sebagai mana terlihat di atas. Namun, hal ini tidaklah terjadi pada metode laser beam bending. Pada  metode laser  beam  bending , springback yang  terjadi  malah  menghasilkan  penambahan  energi  yang muncul pada daerah bending dari tube , terutama pada daerah buck ling dari tube itu  sendiri  setelah unloading .  Hal  ini dapat  terjadi  dikarenakan springback yang  muncul  pada metode laser  beam  bending didasari  oleh  mekanisme pemuaian  dan  penyusutan  secara  pengamatan  macro  di mana,  apabila  diamati  secara  micro  maka  mekanisme  ini disebabkan  oleh  perubahan  fasa  yang  terjadi  selama pemanasan  dan  pendinginan.  Perubahan  fasa  yang  terjadi juga  menyebabkan  perubahan  bentuk  dan  struktu r  kristal penyusunnya  sehingga  menimbulkan  perubahan  dislokasi. Perubahan  dislokasi  ini  lah  yang  akhirnya  menciptakan residual  stress terpusat  yang  memunculkan  indikasi peningkatan energi pada springback dan bukan memunculkan stress relief . Berikut adalah Tabel 8 dan Tabel 9  mengenai  perbandingan  energi  yang  muncul  pada  saat kondisi loading dan unloading.
T abel 8. Perbandingan Energi pada Kondisi Loading Laser Beam Bending 900 W 1200 W 1500 W 2 pass 24820,4 Pa 33093,8 Pa 41367,3 Pa 3 pass 247776 Pa 330368 Pa 412960 Pa 4 pass 260680 Pa 347574 Pa 434467 Pa Rotary Draw Bending 60 o 120 o 180 o 395x10 6 Pa 395x10 6 Pa 397x10 6 Pa
T abel 9.
Perbandingan Energi pada Kondisi Unloading

## Laser Beam Bending
900 W 1200 W 1500 W 2 pass 25393,2  Pa 33857,6 Pa 42322 Pa 3 pass 253926 Pa 338568 Pa 423210 Pa 4 pass 261932 Pa 349243 Pa 436554 Pa Rotary Draw Bending 60 o 120 o 180 o 209x10 6 Pa 208x10 6 Pa 206x10 6 Pa

## IV. KESIMPULAN
1. Semakin besar laser power yang diberikan pada metode laser  beam  bending maka  semakin  tinggi  pula springback yang  dihasilkan untuk tube berpenampang lingkaran  dengan  OD  15  mm  dan  tebal  2  mm  material SS304L.
2. Semakin  banyak pass  number yang  diberikan  pada metode laser  beam  bending maka  semakin  tinggi  pula springback yang  dihasilkan untuk tube berpenampang lingkaran  dengan  OD  15  mm  dan  tebal  2  mm  material SS304L.
3. Springback yang  dihasilkan  oleh  proses bending untuk tube berpenampang lingkaran dengan OD 15 mm
dan  tebal  2  mm  material  SS304L  menggunakan  metode laser  beam  bending lebih  kecil  bila  dibandingkan dengan  proses bending bila  dilakukan  menggunakan metode rotary draw bending .

## UCAPAN TERIMA KASIH
Penulis  mengucapkan  terima kasih seluruh pihak yang telah mendukung penelitian kali ini.

## DAFTAR PUSTAKA
[1] S.  et  al  Sumikawa,  “Improvement  of  Springback  Prediction Accuracy  by  Considering  Nonlinear  Elastoplastic  Behavior After Stress Reversal,” 2017.
[2] L.  Hao,  N.  dan  Li,  “An  Analytical  Model  For  Laser  T ube Bending,” 2003.
[3] S.  T horat,  “Finite  Element  Analysis  and  Mathematical Calculation  of  Springback  in  Rotary  Draw  T ube  Bending,” 2015.
[4] dan  M.  Z.  Yang,  H.,  H.  Li,  “ Friction  Role  in  Bending Behaviors  of  T hin-Walled  T ube  in  Rotary-Draw-Bending Under Small Bending Radii,” 2010.