SIMULASI PROSES BENDING ARM REAR BRAKE DENGAN VARIASI KECEPATAN

## PEMBEBANAN TERHADAP STRESS MATERIAL MENGGUNAKAN ANSYS
1 Reza Setiawan, 2 Rieval Ade Putra, 3 Vera Pangni Fahriani
1,2 Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Singaperbangsa Karawang
3 Program Studi Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Singaperbangsa Karawang
1 reza.setiawan@ft.unsika.ac.id
DOI: http://dx.doi.org/10.35261/barometer.v4i2.3819

## I. P ENDAHULUAN
Arm rear brake atau tuas rem belakang yaitu suku cadang atau  komponen  untuk  kendaraan  roda  dua/  sepeda  motor  yang berfungsi untuk menggerakan sepatu rem untuk menekan tromol rem  saat  pedal  rem  ditekan. Arm  rear  brake merupakan  suatu komponen  yang  memiliki  peran  penting  dalam  keselamatan pengendara  maka dari  itu dalam proses desain  sampai produksi harus  sesuai  dengan  standar  yang  telah  ditentukan.  Bidang otomotif  khususnya  untuk  industri  manufaktur arm  rear  brake terus mengalami persaingan pasar  lokal dan pasar  internasional. Pada proses manufaktur arm rear brake secara garis besar dibagi menjadi  delapan  tahap,  yaitu blanking , bending 1, pierching , bending 2, restrike , spot  welding , broachin ,  dan final  chemper . Dari  berbagai  proses  pembuatan arm  rear  brake jenis  KWBA masih ditemui kegagalan proses produksi diantaranya bending 1. Faktor kegagalan bending 1 disebabkan oleh beberapa faktor dari metode  pengerjaan bending 1  yang  tidak  sesuai  dengan  standar kecepatan  pembebanan,  nilai  tekanan  ( pressure )  pembebanan yang tidak sesuai ketentuan,  metode pengerjaan  yang  salah dan juga faktor dari operator sendiri yang lalai. Nilai variabel utama kecepatan pembeban material pada saat proses bending sangatlah penting  karena  merupakan  data  yang  menentukan  berapa  besar suatu tegangan ( stress ) material pada proses bending .
Penggunaan  analisis  simulasi  telah  banyak  digunakan diberbagai  aplikasi.  Simulasi  menggunakan  komputer  mampu menghemat waktu dan  biaya, terutama pada  industri  yang terus bergerak  dengan  cepat.  Penggunaan  Ansys  pada  prediksi kelelahan crane dengan  berbagai  kapasitas  beban  contohnya. Kapasitas  variasi  pembebanan  yang  dilakukan  mulai  dari  7 hingga 10 ton sehingga mampu memprediksi minimum kelelahan yang dapat terjadi [1]. Pada crane dilakukan juga analisis struktur menggunakan  Ansys  16.2.  Hasil  simulasi  dapat  menunjukan besarnya  tegangan  maksimum  yang  terjadi  [2].  Prediksi kejadadian  juga  dapat  dilakukan  pada  simulasi  pembebanan
dinamik bodi pesawat terbang dengan Ansys. Beban variasi yang diuji  coba  adalah  1.000  kg,  4.000  kg,  6.000  kg  dan  8.000  kg. Hasil  simulasi  ini  mendapatkan  informasi life  cycle,  equivalent alternating  stress,  safety  factor, dan fatigue  sensitivity [3]. Perancangan  dan  analisa  untuk  rangka-rangka  seperti  sepeda listrik  dan  mesin  penyiang  gulma  pernah  dilakukan.  Rangka sepeda  listrik  dibebani  oleh  pengguna  sekitar  80  kg.  Hasil simulasi  kemudian  dibandingkan  dengan  perhitungan  manual. Hasil penelitian  menunjukkan  bahwa  nilai tegangan  maksimum yang dihasilkan melalui perhitungan manual sebesar 27,398 MPa dan  hasil  simulasi  ansys  sebesar  26,658  MPa.  Hasil  ini menunjukan  perbedaan  yang  tidak  terlalu  signifikan  [4]. Sedangkan rangka mesin dianalisis kekuatan dan konstruksinya. Beban  total  467  N  yang  diberikan  disimulasikan  menghasilkan tegangan maksimum Von Misses sebesar 96,18 MPa [5].
Finite Element Analysis digunakan pada kondisi statis dan dinamis  pada Spare  Wheel  Carrier yakni  kendaraan  dengan berat.  Analisis  ini  menggunakan  perangkat  lunak  Catia  untuk model  dan  di import ke  perangkat  lunak  Ansys.  Analisis tegangan  setara,  regangan  elastis  setara,  deformasi  arah,  dan beban  siklik  untuk  beban  tetap,  beban  hidup,  dan  beban  kejut dilakukan.  Perhitungan  menunjukkan  bahwa  bagian  tersebut dapat  menahan  gaya  dari  beban  tetap,  dengan  perkiraan  beban siklik  70.723  siklus.  Tetapi  untuk  beban  hidup,  tegangan  dan regangan  akan  terjadi  di  sekitar  kekuatan  luluh  dan  kekuatan limbang  offset  dan  perkiraan  beban  siklik  menurun  secara signifikan menjadi 6.358,6 siklus. Lebih lanjut, hasil beban kejut menyatakan  bahwa  tegangan  dan  regangan  melebihi  kekuatan luluh  dan  mengurangi  perkiraan  beban  siklik  menjadi  1.843,9 siklus  [6].  Aplikasi  Ansys  hingga  dapat  digunakan  untuk menganalisis automatic  mechanical  coupler  Light  Rail  Transit (LRT). Studi kasus dilakukan pada LRT Palembang dengan hasil penelitian  Simulasi  fatik  dari  analisis  pembebanan  transien dengan tiga mode pembebanan dilaksanakan untuk

## I N F O  A R T I K E L
Diterima : 19 Juli 2020 Direvisi : 03 September 2020 Disetujui : 04 September 2020
Kata Kunci : Bending, Arm rear brake , Kecepatan pembebanan, Simulasi, Stress material

## A B S T R A K
Proses  pembuatan arm  rear  brake atau  tuas  rem  belakang  motor  masih  banyak ditemukan  produk  yang  tidak  sesuai  dengan  standar  mutu.  Kegagalan  sering terjadi  pada  proses  produksi bending 1.  Faktor  kegagalan  proses Bending 1 disebabkan oleh kecepatan pembebanan material yang tidak sesuai atau pressure pembebanan yang terlalu besar. Simulasi analisis ini bertujuan untuk menentukan kecepatan  pembebanan bending 1  pada arm  rear  brake jenis  KWBA  agar  tidak mengalami  tegangan  lebih  dan  kerusakan  material.  Metode  penelitian  yang digunakan  adalah  simulasi  dengan  tahapan  studi  literatur,  studi  lapangan, pembuatan  desain,  simulasi  dan  kesimpulan.  Hasil  simulasi  menunjukan  dari variasi  kecepatan  pembebanan  15,  20,  dan  25  m/s  pada  proses Bending 1 didapatkan  kecepatan  pembebanan  yang  terbaik  adalah  20  m/s  dengan perbandingan  maximum  tegangan  ( stress )  material  dan  tampilan  visual  material setelah diproses.
TERHADAP STRESS MATERIAL MENGGUNAKAN ANSYS 262
memperkirakan  umur  kerja  coupling  element.  Hasil  simulasi menunjukkan  bahwa  coupling  element  yang  diobservasi  aman terhadap  beban  eksepsional  dan  normal  yang  diberikan.  Selain itu,  simulasi  mengindikasikan  bahwa  komponen  yang  kritis berdasarkan tegangan von Mises maksimum adalah coupling link dan  komponen  yang  kritis  berdasarkan  siklus  umur  adalah hooked plate [7].

## II. METODE PENELITIAN
Metode yang digunakan pada penelitian ini adalah simulasi. Simulasi  dilakukan  terhadap arm  rare  brake menggunakan Ansys  15.0  dengan  alur  penelitian  terlihat  pada  Gambar  1. Kemudian,  bahan arm rare brake yang akan dibending dengan spesifikasi ditunjukkan oleh Gambar 2 berikut.
Gambar 2 Blanking arm rear brake jenis KWBA
Material  bahan arm  rare  brake adalah  G3131.  Material G3131  memiliki  massa  jenis  6.800  kg/m 3 ,  kekuatan  tegangan tarik 270 MPa , modulus Young’s 120 Gpa, rasio Poisson’s 0,3, modulus bulk 100  Gpa  dan  modulus  geser  46,154  Gpa. Sedangkan punch  arm dan dies yang  digunakan  untuk  proses bending  1  arm  rare  brake KWBA  menggunakan  material SKD11.  Material  SKD  11  memiliki  massa  jenis  7.700  kg/m 3 , kekuatan  tarik  450  MPa,  modulus  Young’s  200  Gpa,  rasio Poisson’s  0,3,  modulus bulk 166,67  Gpa  dan  modulus  geser 76,923  Gpa. Dies yang  akan  digunakan  pada  simulasi  terlihat pada Gambar 3 berikut ini.
Gambar 3 Dies 1 arm rear brake jenis KWBA
Gambar 4 Rangkaian plat atas dan plat bawah dies
Analisis  tegangan  ( stress ) arm  rear  brake jenis  KWBA menggunakan  3  jenis  variasi  kecepatan  pembebanan  yang berbeda yaitu dengan kecepatan pembebanan 15,  20, dan 25 m/s menggunakan dies pada Gambar 4.
Gambar 1 Alur simulasi

## III. H ASIL DAN P EMBAHASAN
Hasil  simulasi  menggunakan  Ansys  15.0.  Simulasi  ini mengubah sifat material menjadi elastis dan plastis karena plate akan  mengalami  deformasi  di  sepanjang  bidang  kontak  rangka dengan dies , blank holder dan punch seperti terlihat pada gambar 5 dan gambar 6. Plat ini mempunyai ketebalan sebesar 3 mm.
Gambar 6 Modul mesh part dan dies
Hasil  simulasi  menggunakan  kecepatan  pembebanan  15 m/s terlihat pada gambar 7 berikut ini.
(a) (b) (c)
Gambar 7 Hasil simulasi kecepatan pembebanan 15 m/s: (a) tampak 3D, (b) tampak
bawah, (c) tampak atas
Hasil  simulasi  menggunakan  kecepatan  pembebanan  15 m/s  didapatkan stress maksimal  pada  ujung  kepala arm  rear brake jenis  KWBA  karena  merupakan  area  deformasi  yang paling besar.
Gambar 8 Grafik total deformasi kecepatan pembebanan 15 m/s
Grafik  pada  Gambar  8  menunjukan  hubungan  antara deformasi  dan  waktu  pembebanan  pada arm  rear  brake jenis KWBA  dengan  kecepatan  pembebanan  15  m/s.  Penambahan pembebanan dilakukan secara bertahap dan linear hingga proses pembentukan  yang  diharapkan.  Hasil  simulasi  didapatkan deformasi sebesar 0,27443 m dengan pembebanan selama 0,1837 s.
Gambar 9 Grafik equivalent stress kecepatan pembebanan 15 m/s
Grafik  pada  Gambar  9  menunjukan  hubungan  antara tekanan yang diberikan dan waktu pembebanan arm rear brake jenis  KWBA  dengan  kecepatan  pembebanan  15  m/s. Penambahan  tekanan  dilakukan  dan  terdapat  tiga  posisi penambahan  tekanan  signifikan  pada  waktu  0,176;  0,179;  dan 0,183  detik.  Tekanan  maksimal  yang  terjadi  pada  kecepatan pembebanan  ini  adalah  sebesar  5,5495  Gpa  pada  waktu  0,179 detik.
Hasil  simulasi  menggunakan  kecepatan  pembebanan  20 m/s terlihat pada Gambar 10 berikut ini.
(a) (b)
(c)
Gambar 10 Hasil simulasi kecepatan pembebanan 20 m/s (a) tampak 3D, (b) tampak bawah, (c) tampak atas
Hasil  simulasi  menggunakan  kecepatan  pembebanan  20 m/s  didapatkan stress maksimal  pada  ujung  kepala arm  rear brake jenis KWBA sama dengan kecepatan pembebanan 15 m/s karena merupakan area deformasi yang paling besar.
Gambar 11 Grafik total deformasi kecepatan pembebanan 20 m/s
Grafik  pada  Gambar  11  menunjukan  hubungan  antara deformasi  dan  waktu  pembebanan  pada arm  rear  brake jenis KWBA  dengan  kecepatan  pembebanan  20  m/s.  Penambahan pembebanan dilakukan  secara  bertahap dan  linier  hingga proses pembentukan  yang  diharapkan.  Hasil  simulasi  didapatkan deformasi  sebesar  0,27515  m  dengan  pembebanan  selama 0,13839 s.
Gambar 12 Grafik equivalent s tress kecepatan pembebanan 20 m/s
Grafik  pada  Gambar  12  menunjukan  hubungan  antara tekanan yang diberikan dan waktu pembebanan arm rear brake jenis  KWBA  dengan  kecepatan  pembebanan  15  m/s. Penambahan  tekanan  dilakukan  dan  terdapat  dua  posisi
penambahan  tekanan  signifikan  pada  waktu  0,131  dan  0,134  s. Tekanan maksimal yang terjadi pada kecepatan pembebanan ini adalah sebesar 5,337 Gpa pada waktu 0,179 s.
Hasil  simulasi  menggunakan  kecepatan  pembebanan  25 m/s terlihat pada Gambar 13 berikut ini.
(a) (b)

## (c)
Gambar 13 Hasil simulasi kecepatan pembebanan 25 m/s (a) tampak 3D, (b) tampak bawah, (c) tampak atas
Hasil  simulasi  menggunakan  kecepatan  pembebanan  25 m/s  didapatkan stress maksimal  pada  ujung  kepala arm  rear brake jenis KWBA sama dengan kecepatan pembebanan 15 m/s dan 20 m/s karena merupakan area deformasi yang paling besar.
TERHADAP STRESS MATERIAL MENGGUNAKAN ANSYS 266
Grafik  pada  Gambar  14  menunjukan  hubungan  antara deformasi  dan  waktu  pembebanan  pada arm  rear  brake jenis KWBA  dengan  kecepatan  pembebanan  25  m/s.  Penambahan pembebanan dilakukan secara bertahap dan linear hingga proses pembentukan  yang  diharapkan.  Hasil  simulasi  didapatkan deformasi  sebesar  0,27592  m  dengan  pembebanan  selama 0,111172 s.
Gambar 15 Grafik equivalent stress kecepatan pembebanan 25 m/s
Grafik  pada  Gambar  15  menunjukan  hubungan  antara tekanan yang diberikan dan waktu pembebanan arm rear brake jenis  KWBA  dengan  kecepatan  pembebanan  25  m/s. Penambahan  tekanan  dilakukan  dan  terdapat  satu  posisi penambahan  tekanan  signifikan  pada  waktu  0,1045  s.  Tekanan maksimal  yang  terjadi  pada  kecepatan  pembebanan  ini  adalah sebesar 7,12 Gpa.
Hasil  simulasi  menggunakan  kecepatan  pembebanan  15 m/s,  20  m/s  dan  25  m/s  dapat  dijadikan  dasar  pengambilan keputusan  pemberian  kecepatan  pembebanan  proses bending 1 sesungguhnya.  Simulasi  ini  memberikan  gambaran  prediksi proses  terbaik  untuk  pembengkokan arm  rare  break sehingga didapatkan proses pembuatan produk terbaik untuk meminimalisasi  kecacatan.  Prediksi  menggunakan  simulasi Ansys  telah  menjadi  alat  yang  memberikan  informasi  sebelum proses  sebenarnya  dilakukan.  Simulasi  Ansys  telah  menjadi proses yang dipercaya dalam beberarapa pengembangan produk yang  telah  dilakukan  sebelumnya  seperti  yang  telah  dilakukan untuk  pengembangan chassis mobil listrik [8] dan simulasi beban impak pada pelek mobil [9] dan pengembangan produk lainnya. Informasi hasil simulasi telah memberikan prediksi dengan cepat dan biaya yang murah.

## IV. KESIMPULAN
Setelah melakukan semua proses simulasi proses bending 1 arm  rear  brake jenis  KWBA  dengan  variasi  kecepatan pembebanan  terhadap strees matrial  menggunakan  ANSYS, maka  dapat  ditarik  kesimpulan  bahwa  dengan  membandingkan data maximum tegangan ( stress ) material dan perbandingan hasil simulasi  secara  visual  maka  dihasilkan  pemilihan  kecepatan pembebanan bending 1 arm rear brake jenis KWBA yang terbaik yaitu  20  m/s.  Kecepatan  15  m/s  dari  data  maksimal  tegangan ( stress )  material  memang  tidak  terlalu  tinggi  seperti  variasi kecepatan pembebanan 20 m/s, namun secara visual part masih kurang  maksimal  terbentuk.  Pembebanan  dengan  variasi
kecepatan  25  m/s  dari  data  maksimal  tegangan  ( stress )  lebih tinggi dari 20 m/s menyebabkan kegagalan part lebih banyak.

## DAFTAR RUJUKAN
[1] Wibawa,  Lasinta  Ai  Nendra,  The  fatigue  life prediction of gantry crane with load capacity variation using  Ansys  Workbench, Teknika:  Jurnal  Sains  dan Teknologi , Volume 16, 2020, pp. 18 – 24.
[2] Widyaningrum, Febriolita, Jatisukamto, Gaguk, Ilminnafik,  Nasrul,  Analisis  Struktur  Statis  Provision Crane Dengan Software Ansys 16.2, Journal ROTOR , Volume 11, 2018, pp. 18 – 21.
[3] Nurisa,  Andi  T.  M.,  Hastuti,  Kurnia,  Syawaldi, Dynamic  Load  Analysis  On  Aircraft  Body  Using Ansys Simulation 18.1, Journal Renewable Energy  & Mechanics (REM) , Volume 2, 2019, pp. 43 – 50.
[4] Imran,  Al  Ichlas,  Samhuddin,  Salimin,  Hasanuddin,
La,  Perancangan,  Analisa  Dan  Simulasi  Rangka Sepeda Listrik Untuk Masyarakat Perkotaan,
DINAMIKA  Jurnal  Ilmiah  Teknik  Mesin ,  Volume  9, 2018, pp. 52 – 58.
[5] Albayan,  Bayu,  Kasda,  Analisis  Rangka  Penyiang Gulma  Menggunakan  Metoda  Elemen  Hingga, Mesa Jurnal Fakultas Teknik Universitas Subang , Volume 3, 2018, pp. 17 – 22.
[6] Utomo,  Norbertus  Krisna  Aditya,  Anggraini,  Lydia, Finite  Element  Analysis  With  Static  And  Dynamic Conditions  of  Spare  Wheel  Carrier  For  OH  1526 Fabricated By SAPH 440 Hot Rolled Steel, Journal of Mechanical Engineering and Mechatronics , Volume 4, 2019, pp. 34 – 44.
[7] Syaifudin,  Achmad, Kalista, Betti  Mawar,  Windharto, Agus,  Analisis  deformasi  pada  coupling  element  dari automatic  mechanical  coupler:  studi  kasus  LRT Palembang, Jurnal  Teknik  Mesin  Indonesia ,  Volume 14, 2019, pp. 61 – 66.
[8] Hendrawan, Muh Alfatih,  Purboputro, Pramuko Ilmu, Saputro, Meda Aji, Setiyadi, Wayan, Perancanganchassis  Mobil  Listrik  Prototype  “Ababil” dan Simulasi Pembebanan Statik dengan Menggunakan  Solidworks  Premium  2016,  The  7th University  Research  Colloquium  2018,  Surakarta, Indonesia, Februari, 2018, pp. 96-105.
[9] Kosasih,  David  Yan,  Anggono,  Willyanto,  Suprianto, Fandi Dwiputra, Optimasi Desain Pelek Mobil Melalui Simulasi  Pengujian Impact Sesuai  Standar  SAE  J175, Mechanova, Volume 4, 2015, pp. 1-5.