Widjaja, dkk./ ROTASI, Vol. 25  No. 1  (Januari  2023) Hal. 53-61

## ANALISIS SPRINGBACK PADA PROSES V-BENDING DENGAN VARIABEL KEKERASAN POLYURETHANE SEBAGAI DIE PEMBENTUK DAN ARAH TEKUNAN SEARAH GRAIN DIRECTION PELAT
Hartono Widjaja a, *, Yuceu Sania Kamulyan a
a Teknologi Rekayasa Manufaktur, Politeknik Manufaktur Bandung Jl. Kanayakan 21. Dago – Bandung 40135 * hartono@polman-bandung.ac.id

## Abstract
Springback is a phenomenon that occurs in plate sheets when they are processed by bending. Bending plates  experience  deviations  in  corner  dimensions  and  bending  radius  from  those  designed.  The springback process begins with a shift in the neutral plane (neutral axis) which divides the thickness of the plate, right in the bending area will experience pressure on the neutral plane boundary towards the inner surface of the bend and withdrawal on the neutral plane boundary towards the outside. From this voltage  difference,  the  springback  process  occurs.  This  research  will  use  urethane  as  a  substitute  for Die  (bottom  forming)  as  a  substitute  for  the  steel  material that  has  been  used  so  far  while  the  punch (top forming) still uses steel. The author will conduct experimental research on the V-bending process with  an  angle  of  90o  for  ST37  material  with  a  thickness  of  2  mm  with  a  variable  hardness  of polyurethane shore 80A, 84A, 93A and 95A duro. The general springback formula that has been used so far is  Ri/Rf=4 ((Ri.Y)/(E .t))^3-3 ((Ri .Y)/(E .t))+1 Springback  results  based  on  the  urethane  hardness  variable  were  able  to  produce  the  smallest springback by using Urethane shore 93 A Duro with a springback of 2.31°. In addition, the amount of springback  with  the  polynomial  regression  formula  is  closer  to  the  ideal  design  compared  to  the general springback formula (Kalpakjian). The results of this study can be used by a tool designer and recommended for improvement of forming punch angles that can be done in industry.
Kata kunci: grain direction; polyurethane; springback; urethane tooling; v-bending

## Abstrak
Springback  adalah  fenomena  yang  terjadi  pada  lembaran  pelat  apabila  diproses  bending.  Pelat  yang dibending  mengalami  penyimpangan  dimensi  sudut  dan  radius  tekuk  dari  yang  dirancang.  Proses terjadinya springback, diawali dengan pergeseran bidang netral (neutral axis) yang membagi ketebalan pelat,  tepat  di  area  tekukan  akan  mengalami  penekanan  pada  batas  bidang  netral  menuju  permukaan dalam tekukan dan penarikan pada batas bidang netral menuju luar. Dari perbedaan tegangan tersebut maka  proses  springback  pun  terjadi.  Penelitian  ini  akan  memakai  bahan  urethane  sebagai  pengganti Die  (pembentuk  bawah)  sebagai  pengganti  material  baja  yang  selama  ini  dipakai  sementara  punch (pembentuk  atasnya)  tetap  memakai  baja.  Penulis  akan  melakukan  penelitian  eksperimental  pada proses  V-bending  dengan  sudut  900  material  ST37  ketebalan  2  mm  dengan  variable  kekerasan polyurethane shore 80A, 84A, 93A dan 95A duro. Rumus umum springback yang selama ini dipakai adalah     Ri/Rf=4 ((Ri.Y)/(E .t))^3-3 ((Ri .Y)/(E .t))+1 Hasil  springback  berdasarkan  variabel  kekerasan  urethane  mampu  menghasilkan  springback  terkecil yaitu  dengan  menggunakan  Urethane  shore  93  A  Duro  dengan  springback  sebesar  2.31°.  Selain  itu, besarnya springback dengan rumus regresi polinomial lebih mendekati ideal rancangan dibandingkan dengan  rumus  umum  springback  (Kalpakjian).  Hasil  penelitian  ini  dapat  dipakai  oleh  seorang perancang tool dan di rekomendasikan untuk perbaikan sudut punch pembentuk yang bisa dilakukan di industri.
Kata kunci: grain direction; polyurethane; springback; urethane tooling; v-bending

## 1. Pendahuluan
Press tool adalah alat yang mempunyai prinsip kerja penekanan dengan melakukan pemotongan, pembentukkan, atau  gabungan  dari  keduanya.  Press  tool  memproduksi  produk  masal  dengan  keseragaman  produk  yang  sama  dalam waktu yang singkat. Salah salah faktor yang mempengaruhi kualitas produk V-bending adalah springback. Springback terjadi ketika tekanan tekuk dihilangkan pada akhir deformasi, energi elastis tetap berada di bagian yang tertekuk dan menyebabkan sebagian pulih menuju bentuk aslinya (lihat gambar 1).
Widjaja, dkk./ ROTASI, Vol. 25  No. 1  (Januari  2023) Hal. 53-61
Gambar 1. Springback
Proses springback dapat diakibatkan oleh elastisitas bahan dan rasio antara radius tekuk terhadap tebal pelat. Beberapa peneliti telah mendapatkan  formula untuk menghitung springback, salah satunya seperti berikut Ri/Rf= 4((Ri.γ)/(E.t))^3-3((ri.γ)/(E.t))+1 dimana Ri: radius punch, Rf: sudut setelah springback, E: modulus elastisitas, T: tebal pelat,  dan  Y:  yield  stength  dan  dapat  pula  melihat  tabel  springback.  Namun,  menurut  beberapa  penelitian  grain direction,  kecepatan  pembentukkan,  holding  time  dan  jenis  bahan  punch/die  yang  digunakan  dapat  berpengaruh mempengaruhi  springback.  Bahan  yang  umum  untuk  digunakan  untuk  proses  bending  adalah  material  baja.  Namun, beberapa  referensi  yang  menyebutkan  pemakaian  urethane  tooling  terbukti  lebih  baik  dalam  menghasilkan  produk dengan hasil springback yang kecil. Hal tersebut terjadi karena pada urethane tooling ketika punch penetrasi menembus urethane  pad,  maka gaya  yang  diterapkan  dipindahkan  ke urethane  pad  merata  ke  semua  titik  seperti  pada  gambar  2. Sedangkan pada proses V-bending dengan material baja, gaya yang diterapkan hanya sepanjang garis lurus dimana ada interaksi antara permukaan die , material bending dan punch .
Gambar 2. Gaya yang terjadi pada proses urethane tooling
Pada  penelitian  sebelumnya  (Indraprasta,  2018),  telah  dilakukan  percobaan  eksperimental  pada  proses  V-bending dengan  jenis  material  punch/die  menggunakan  urethane  pad  shore  90  A  sebagai  die  dan  baja  sebagai  punch  dengan variabel  kecepatan  pembentukkan  dan holding  time.  Namun,  pada  penelitian  sebelumnya  untuk  penggunaan urethane tooling hanya menggunakan satu kekerasan saja. Maka penulis akan melanjutkan penelitian tersebut, yaitu melakukan percobaan eksperimental pada proses V-bending dengan arah pembentukkan searah dengan grain direction pelat. Dan juga, menambahkan variabel kekerasan polyurethane dengan pemilihan shore dua di atas 90 A dan dua dibawah 90 A seperti polyurethane shore 80 A duro, 84 A duro 93 A dan 95 A duro pada pelat material ST37 ketebalan 2 mm. Hal tersebut  dilakukan  untuk  mengetahui  pengaruh  kekerasan  polyurethane  terhadap  springback  dan  besar  kekerasan polyurethane  yang  mampu  mengurangi  hasil  springback  menjadi  lebih  kecil  dengan  membandingkan  rumus  yang didapat dari hasil uji coba bending dengan rumus umum springback.
2. Material dan metode penelitian
2.1 Metode Penelitian
Metodologi dalam penelitian ini ditunjukan oleh gambar alur penelitian berikut.

## Gambar 3. Alur proses penelitian

## 2.2 Material
Spesimen  yang  dibuat  untuk  uji  V-bending  bermaterialkan  pelat  ST37  dengan  dimensi  150×35×2  mm.  Spesimen ditekuk dengan sudut 90° dengan ukuran radius bending sebesar R8,5 dan arah pembentukkan searah rolling direction.
Gambar 4. Spesimen Uji Bending
Selain  itu  dilakukan  uji  tarik  dengan  standar  ASTM  E8M  menggunakan  mesin  Universal  Testing  Machine  Hung-Ta Instrument 9501 mendapatkan nilai sepeti pada tabel dibawah ini.
Tabel 1. Data uji Tarik material ST.37
Parameter Pengukuran Spesimen ke-1 Spesimen Ke-2 Spesimen
Ke-3 Rata- rata 0.2% Y.S. 6.343,8 6.597,9 6.299,6 6.413,8 Yield Strength (γ) [N/mm 2 ] 297.55 295.95 296.17 296.56 Tensile Strength (σ) [N/mm 2 ] 370,1 371,2 371,4 370,9 Elongation (ε) [%] 43,6 39,8 46,4 43,3 Modulus Elastisitas [E] 65.800 76.600 74.400 72.266
Widjaja, dkk./ ROTASI, Vol. 25  No. 1  (Januari  2023) Hal. 53-61
Penggunaan polyurethane pada urethane tooling memiliki dimensi (100×100×50) mm dan nilai kekerasan sebesar 80, 84,  93  dan  95  duro  A  yang  telah  diuji  dengan  menggunakan  alat  durometer  A.  Untuk  standar  mengukur  kekasaran menggunakan  durometer  A  dianjurkan  menggunakan  standar  ASTM  2240.  Namun  karena  kebutuhan  praktis  pada penelitian ini tidak melakukan standar pengukuran tersebut, melainkan penulis meletakkkan spesimen pada permukaan rata dan menekankan durometer sejajar terhadap permukaan spesimen dengan bantuan pengarah tangan seperti Gambar 5 berikut
Gambar 5 . Pengujian durometer

## 2.3 Peralatan
Pada  penelitian  ini  tools  yang  digunakan  yaitu  retainer  box  yang  berfungsi  sebagi  sangkar  atau  tempat  polyurethane ketika proses penetrasi berlangsung, dan punch pembentuk seperti yang diperlihatkan Gambar 6 berikut.
(a)
(b) (c)
Gambar 6 . (a) Retainer Box (b) punch (c) die bending
Uji coba dilakukan pada mesin press AIDA direct servo formers DSF-C1-A series di laboratorium teknik manufaktur Polman  Bandung.  Mesin  press  ini  mengunakan  penggerak  utama  servo  motor  sehingga  memungkinkan  untuk  besar penekanan  dan  kecepatan  penekanan  yang  stabil.  Selanjutnya  spesimen  yang  telah  diuji  bending  diukur  dengan menggunakan CMM Mitutoyo seri BHN706 di laboratorium jurusan teknik manufaktur Polman Bandung.

## 3. Hasil dan Pembahasan
3.1 Perhitungan Gaya Bending dan Nilai Springback Perhitungan  gaya bending menggunakan  baja  dan urethane serta  nilai springback yang  mungkin  terjadi berdasarkan gaya bending yang ada diperlihatkan oleh Table 2 berikut.
Tabel 2. Perhitungan gaya bending dan nilai springback Perhitungan Gaya Bending
Perhitungan Nila Springback
• Gaya Bending standar
Diketahui:
- Lebar tekukan (b) = 35 mm • Nilai springback Mencari besar sudut springback
- Tebal pelat (s) = 1.87 mm
- Tensile strength (Rm) = 370.9 N/ mm 2
- Lebar die (dw) = 42.59 mm
Gaya bending (F) adalah:
• Gaya Bending untuk die urethane
Tonnage per inch = F of standard vee die × 12
= 0.1304 /25.4 × 12 = 0.0616 ton
Urethane tonnage = tonnage per inch × 4 = 0.0616 × 4 = 0.2464 ton
Working tonnage = urethane tonnage × width of workpiece = 0.2464 × 35/25.4 = 0.3396 ton
Jadi,  total  penggunaan  gaya  pada  saat  proses bending berlangsung adalah 0.3 Ton.
Setelah  itu,  menghitung  besar  springback menggunakan  persamaan  k  faktor.  Dimana diketahui  besar  sudut  αi  =  90.02°  atau  1.571 radian,  sehingga  perhitungannya  sebagai berikut:
Berdasarkan  perhitungan  tersebut,  maka diprediksi springback yang akan terjadi yaitu:
Besarnya faktor springback Ks adalah:

## 3.2 Uji Coba
Pada  pengujian  setiap  kekerasan  urethane  tehitung  sejak  awal  percobaan,  urethane  mulai  mengalami  perubahan  pada permukaan  tekannya.  Dimulai  cekungan  serta  jejak  penekanan  punch  dan  pelat.  Berikut  pendataan  hasil  akhir perbuahan setiap kekerasan urethane yang diperoleh.
Widjaja, dkk./ ROTASI, Vol. 25  No. 1  (Januari  2023) Hal. 53-61
Gambar 7 . Nomor Ketinggan
Tabel 3 . Data perubahan bentuk polyurethane
No. Kekerasan Urethane (Duro) Perubahan Ketinggian Urethane ( mm ) 1 2 3 4 5 1 80 A 1 1 1 1 -0.1 2 84 A 0.5  0.5 1 1 0.2 3 93 A 1 1 1 1.2 -1 4 95 A 1.1  1.2  1.1  1.1 -1
Titik nol pengukuran ketinggian data tersebut diukur menggunakan dial tusuk dari puncak retainer box ke polyurethane yang pengukuran semula memiliki ketinggian 1 mm. Seperti Gambar 8 dan 9 berikut.
(a) (b) Gambar 8 . (a) Ketinggian awal polyurethane (b) Pengukuran ketinggian polyureathane menggunakan dial tusuk
Setelah  pendataan  diperoleh,  perubahan  pada  permukaan  polyurethane  mulai  terlihat  hingga  mengalami  kesobekan seperti :
a. Pada polyurethane 80A Duro tidak terjadi sobekan.
b. Pada polyurethane 84A Duro terjadi sobekan pada percobaan ke-6.
c. Pada polyurethane 93A Duro terjadi sobekan pada percobaan ke-4.
d. Pada polyurethane 95A Duro terjadi sobekan pada percobaan ke-2.
Gambar 9 . Sobekan polyuerethane shore (a) 80 A Duro, (b) 84 A Duro, (c) 93 A Duro, (d) 95 A Duro
Widjaja, dkk./ ROTASI, Vol. 25  No. 1  (Januari  2023) Hal. 53-61
Setelah  dilakukan  uji  coba  bending  dengan  penambahan  radius  pada  punch  ternyata  masih  terjadi  sobekan  pada polyurethane tersebut. Hal tersebut dimungkinkan karena pada segmen polyurethane yang tidak terlibat proses bending ikut tertarik ke daerah proses bending (tengah) sehingga terjadi sobekan.

## 3.3 Hasil Pengukuran
Setelah  memprediksi  besar  springback  dari  perhitungan  sebelumnya,  tahap  selanjutnya  adalah  mengukur  besarnya springback (sudut akhir) yang terjadi setelah proses v-bending dengan menggunakan variabel kekerasan pada urethane yang  telah  dilakukan.  Adapun  besar  perhitungan  springback  dijadikan  acuan  untuk  memprediksi  besarnya  springback yang  terjadi  di  luar  variabel  kekerasan  polyurethane  yang  ditentukan.  Seperti  pada  tabel  4  merupakan  data  hasil pengukuran dimensi sudut dalam spesimen menggunakan mesin CMM Mitutoyo seri BHN706.
Tabel 4 . Hasil Pengukuran
Sampel Sudut yang dihasilkan akibat springback (°) 80A 85A 93A 95A 1 94,06 93,98 92,29 92,29 2 94,69 92,76 92,71 92,1 3 94,39 92,75 91,75 92,65 4 95,15 92,64 92,22 92,7 5 95,28 92,72 92,37 92,2 6 95,75 92,74 92,28 92,2 7 95,29 92,72 92,65 92,17 8 95,06 93,17 92,23 92,74 9 95,41 93,34 92,17 92,44 10 95,55 93,08 92,8 92,2 11 95,48 92,67 92,17 92,28 Rerata 95,10 92,96 92,33 92,36 Sampel Springback (°) 80A 85A 93A 95A 1 4,04 3,96 2,27 2,27 2 4,67 2,74 2,69 2,08 3 4,37 2,73 1,73 2,63 4 5,13 2,62 2,2 2,68 5 5,26 2,7 2,35 2,18 6 5,73 2,72 2,26 2,18 7 5,27 2,7 2,63 2,15 8 5,04 3,15 2,21 2,72 9 5,39 3,32 2,15 2,42 10 5,53 3,06 2,78 2,18 11 5,46 2,65 2,15 2,26 Rerata 5,08 2,94 2,31 2,34
Dari data pengukuran dapat dilihat perbandingan nilai springback yang didapatkan dari perhitungan rumus umum dan hasil uji coba dengan menggunakan polyurethane sebagai die pada variabel kekerasan polyurethane seperti pada gambar berikut.

## Gambar 10. Grafik nilai springback
Berdasarkan  grafik  pada  gambar  12  dapat  disimpulkan  bahwa  kekerasan  polyurethane  dapat  mempengaruhi  nilai springback  seperti  shore  80A  memiliki  springback  yang  lebih  besar  dibandingkan  hasil  perhitungan  rumus,  berbeda dengan  kekerasan  polyurethane  lainnya  yang  memiliki  nilai  springback  lebih  kecil.  Nilai  springback  terkecil  terdapat pada  kekerasan  polyurethane  shore  93  A  Duro.  Dan  juga  dapat  dilihat  bahwa  arah  pergerakan  grafik  springback
menurun  seiring  kekerasan  polyurethane  yang  semakin  keras.  Apabila  dihubungkan  dengan  nilai  hasil  perhitungan springback berdasarkan rumus umum terdapat selisih yang cukup besar.

## 3.4 Analisis Regresi polinomial
Setelah  melakukan  uji  coba  springback  terhadap  beberapa  kekerasan  polyurethane  membuktikan  bahwa  kekerasan polyurethane  berpengaruh  terhadap  nilai  springback.  Namun,  nilai  springback  hasil  uji  coba  memiki  perbedaan  yang signifikan dengan nilai springback hasil perhitungan rumus umum. Hal tersebut membuktikan bahwa perhitungan pada rumus springback tidak spesifik, maka hasil uji coba yang dilakukan dapat digunakan dan diolah serta dibuatkan rumus regresi polinomial. Adapun persamaan yang didapat dari regresi linear sederhana sebagai berikut.
Ŷ = 0.0287X2 - 5.1837X + 236.27
Berikut merupakan grafik dari regresi polinomial yang telah dihasilkan.
Gambar 11. Hasil grafik regresi plinomial
Rumus  regresi  polinomial  tersebut  bisa  digunaan  untuk  mencari  besarnya  springback  dengan  menggunakan  variabel kekerasan  polyurethane  pada  pemakaian  urethane  tooling  dengan  besar  nilai  variabel  masih  berada  pada  range  yang tersedia.

## 4. Kesimpulan
Berdasarkan hasil analisis pada bab sebelumnya, terdapat beberapa kesimpulan diantaranya:
1. Kekerasan  polyurethane  sebagai  die  mempengaruh  besar  nilai  springback.  Dimana  semakin  tinggi  kekerasan polyurethane maka semakin kecil nilai springback yang dihasilkan.
2. Kekerasan  polyurethane  yang  mampu  menghasilkan  springback  terkecil  terjadi  pada  kekerasan  93A  Duro dengan hasil springback sebesar 2.31°.
3. Perbandingan hasil pada pemakaian rumus springback regresi polisnomial yang didapat ( 𝑌 ̂ = 17.176 − 0.159 𝑋 ) dengan hasil rumus springback umum (Kalpakjian) adalah sebagai berikut (Tabel 5).
Tabel 5. Nilai spirngback rumus regresi polynomial dan rumus umum
No Kekerasan (Duro) Hasil Springback Hasil Uji Coba(°) Rumus Regresi Polynomial(°) Rumus Umum (°) 1 80A 5.08 5.254 4.552 2 84A 2.95 3.3464 4.552 3 93A 2.31 2.4122 4.552 4 95A 2.34 2.836 4.552

## Daftar Pustaka
[1] Luchsinger, H.R., 1984, “Tool design 2” , Politeknik Mekanik Swiss-ITB, Bandung.
[2] Tschaetsch, H., 2005, “Metal forming practise" , Vieweg Verlag, Dresden.
[3] Budiarto, 2021, “sheet metal forming 2” , Politeknik Manufaktur Bandung, Bandung.
[4] Benson, S.D., 1997, “Press brake technology” , Society of Manufacturing Engineers, Dearborn.
[5] Kalpakjian,  S.  dan  Schmid,  S.R.,  2014, “Manufacturing-Engineering  and  technology” ,  Pearson  Education  South Asia Pte Ltd, Jurong.
Widjaja, dkk./ ROTASI, Vol. 25  No. 1  (Januari  2023) Hal. 53-61
[6] Choudhury, I.A. dan Ghomi, V., 2013, “Springback reduction of aluminum sheet in v-bending dies”, Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part B: Journal of Engineering Manufacture , 228(8): 917-926.
[7] Dieter, G.E., 1987, “Mechanical Metallurgy” , Mc Graw Hill Book Company, New York.
[8] Ostegard, D.E., 1963, “Basic die making” , McGraw-Hill Book Company, USA.
[9] Lascoe, O.D., 1988, “Handbook of fabrication processes” , Carnes Publication Services Inc, West Lafayette.
[10] Rahmani, B. Alinejad, G. dkk., 2009, “An investigation on springback/negative springback phenomena using finite element  method  and  esxperimental  approach”, Proceedings  of  the  Institution  of  Mechanical  Engineers,  Part  B: Journal of Engineering Manufacture , 223(7): 841-850.
[11]  Hanafiah,  Kemas  Ali.,  2016, “Rancangan  percobaan  teori  &  aplikasi” ,  Universitas  Sriwijaya  Palembang, Palembang.
[12] Montgomery, D.C. Peck, E.A. dkk., 2012, “Introduction to linear regression analysis” , John Willey & Sons Inc, Canada.