## ANALISA TEGANGAN PADA PEMBENTUKAN KOMPONENGROMMET GASKET EXHAUST SEPEDA MOTOR MELALUI DEEP DRAWING

## Soegiatmo Rahardjo, Wisnu Tri Yulianto
Universitas Muhammadiyah Jakarta, Jurusan Teknik Mesin

## ABSTRAK
Dalam  proses  pembentukan  komponen  grommet  gasket  exahust  sepeda  motor melalui  deep  drawing  sangat  dimungkinkan  terjadi  kegagalan  proses  yang  akan berdampak  terhadap  penurunan  produktifitas  pada  proses  produksi.  Kegagalan proses  yang  sering  terjadi  yaitu  terjadi  pecah  (crack)  dan  kerutan  (wrinkle) Berdasarkan  kasus  diatas,  maka  penulis  ingin  menganalisa  tegangan  pada pembuatan  komponen  grommet  gasket  exahust  sepeda  motor  diproses  drawing. Dimana  bahan  grommet  yang  direncanakan  nantinya  dapat  dicegah  dan diestimasikan  tidak  akan  terjadi  kegagalan    dalam  proses  pembentukannya.Hasil perhitungan  dan  analisa  adalah  untuk  membentuk  komponen  grommet  gasket exhaust  sepeda  motor  melalui  deep  drawing  supaya  tidak  terjadi  kekurangan diameter  bahan  ,pecah  dan  kerutan    dalam  proses  pembuatannya  maka  diameter bahan  untuk  diproses  adalah  64,59  mm.  Sedangkan  Gaya  Blank  Holder  (
) adalah 689,54 N dan  Gaya  Drawing maksimum  ( )  yang diberikan dalam
perhitungan  adalah  1594,19  N  meneyebabkan  terjadi  tegangan    maksimum sebesar  ( .)=1,32  N/mm².  Dimana  Gaya  Drawing  maksimum  ini  masih  jauh dari besar Gaya Cracking ( ) = 4831,05 N jadi aman untuk dibentuk dan kecil kemungkinan terjadi pecah (crack).
Kata kunci : Tegangan, Grommet, Gasket, Sepeda Motor,Deep Drawing.

## 1. PENDAHULUAN
Dalam  pembangunan  di  Indonesia  sektor  industri  mempunyai  peranan  penting,  hal  ini dikarenakan  tersedianya  sumber  daya  alam  yang  sangat  berlimpah-limpah  yang  memerlukan pengolahan  untuk  menjadi  barang  yang  mempunyai  nilai  guna  lebih  tinggi.  Salah  satu  jenis industri  yang  banyak  berperan  dalam  pembangunan  adalah  industri  pegolahan  logam.  Dari industri ini diharapkan untuk menghasilkan bermacam-macam produk dengan laju produktifitas tinggi,  sehingga  dapat  mengurangi  berbagai  produk  Import.  Secara  umum  tujuan  utama  yang hendak dicapai suatu industri pengolahan logam adalah memproduksi suatu benda yang berdaya guna  dengan  kualitas  yang  baik  dengan  cara  paling  ekonomis.  Salah  satu  proses  yang  banyak digunakan  pada  industri  pengerjaan  logam  adalah proses  pembentukan. Dalam  suatu  aktifitas produksi  akan  terlihat  berbagai  macam  proses  pembentukan  untuk  mengubah  bentuk  material, dari bahan baku menjadi bentuk tertentu yang telah direncanakan. PT.”X” merupakan salah satu perusahaan  manufacturing  yang  memproduksi  macam  –macam  gasket  untuk  otomotif  dan pertanian yang salah satu produk yang diproduksi yaitu Grommet gasket exhaust sepeda motor. Dalam pembuatan Grommet gasket exhaust sepeda motor sering terjadi crack (retak) dan wrinkle (berkerut) yaitu di proses drawing.

## UKURAN BLANK
Kombinasi dari drawing , aliran material dan handling pada proses  pembentukan material sehingga menjadi bentuk jadi akan menimbulkan masalah, menjamin bahwa selama proses tidak terjadi  kekurangan material. Berikut  adalah  rumus  untuk  mencari  ukuran  blank  yang  terdapat bahu (flange) seperti gambar berikut :
Gambar 1.Cylindrical Drawing
= √
Dimana : : Diameter Blank ( mm) : Diameter dalam produk (mm) h   : Tinggi produk (mm)
Perhitungan Jari-jari Die
Tabel.1. Harga radius die Condition Relative Sheet Thickness ( So / rd ) 0.001 - 0.005 0.005 - 0.01 0.01 - 0.15 Without Flange ( 0.15 - 10 ) x So (10 -5 ) x So ( 5 - 0 ) x So With Flange ( 30 - 20 ) x So ( 20 - 15 ) x So ( 15 - 10 ) x So

## Clearance Cetakan
Clearance cetakan  didekati  dengan  persamaan  yang  disarankan  oleh  Oehler  dan  Kaiser, persamaan ini hanya untuk deep drawing circulair tanpa ironing(Sumber G.Sach, Principles and Methods of Sheet-Metal Forming, (1951, hal 125) :
Ud= So + 0,07  10.So for steel sheet Ud= So + 0,02  10.So for alumunium sheet Ud= So + 0,04  10.So for other non ferrous metal Ud= So + 0,20  10.So for high temperature alloys Karena bahan yang digunakan  adalah other non ferrous metal yaitu Copper , maka rumus yang dipakai adalah :
Ud= So + 0,04  10.So. Dimana : So : Tebal material awal ( mm )
Ud : Clearance cetakan ( mm )

## Limit Drawing Ratio (LDR)
Drawbility  atau  kemamputarikan  suatu  logam  ditentukan  oleh  perbandingan  antara  diameter awal bahan baku terhadap diameter produk. Untuk bahan tertentu, terdapat perbandingan tarikan batas  ,  yang  menyatakan  ukuran  bahan  baku  terbesar  yang  dapat  ditarik  melalui  cetakan  tanpa sobek. Batasan maksimum dari limit drawing ratio ( β maksimum) dapat diperoleh pada tabel 2.2. untuk beberapa material dengan berbagai harga β .
Tabel 2. Harga β untuk beberapa material Steel Sheet depending on quality 1,8 - 2.2 Alumunium, Copper, Al, Cu, Mg Sheets 2,1 Bross Sheet depending on presstrain 1,7 - 2,2
Karena bahan yang digunakan dipabrik adalah copper , maka diperoleh drawing ratio maksimum ( β )  adalah  2,1  sedang  limit  drawing  ratio  ( β )  pada  proses  pembuatan  grommet  gasket exhaut sepeda motor  adalah :
= ( / ) Dimana : : Diameter awal Blank ( mm ) : Diameter punch / diameter dalam produk ( mm )
Koefisien Gesek ( μ )
Untuk  mengurangi  kemungkinan  terjadinya  cacat,  selain  memilih  jari  jari  cetakan  ideal  dan dengan  pengamatan  dari  besarnya  cetakan blank  holder ,  maka  sangat  disarankan  untuk memberikan  pelumasan  ketika  proses  pembentukan  berlangsung,  dimana  pelumasan  ini  hanya diberiakan didaerah gesekan antara benda kerja ( Blank ) dengan Blank Holder maupun cetakan. Dengan  memberikan  pelumas,  maka  gesekan  menjadi  lebih  kecil,  Harga  koefisien  gesek dipengaruhi oleh :
 jenis material yang mengalami gesekan
 kekerasan permukaan dari hasil permesinan
 pelumasan (jenis Pelumasan ) yang menimbulkan lapisan film pada permukaan.
Tabel 3. Harga Koefisien Gesek ( μ ) dalam proses pembentukan PROCESS Coefficient of Friction ( μ ) Pelumasan Tanpa pelumasan Rolling 0,05 - 0,1 0,2 - 0,7 Forging 0,05 - 0,1 0,1 - 0,2 Drawing 0,03 - 0,1 0,1-0,2 Sheet-Metal Forming 0,05 -0,1 0,1 - 0,2 Machinig 0,5 – 2
Untuk  menganalisa  tegangan  dari  gaya  deep  drawing  ditetapkan  harga  koefisien  gesek  :  0,06 yaitu dengan pelumasan dan 0,15 tanpa pelumasan.
Material Kind

## RUMUS DASAR MENCARI GAYA
Pada  saat  dies  sedang  bekerja  terdapat  beberapa  gaya  yang  harus  diperhitungkan  agar  mesin yang dipakai tidak over load.
Gaya Potong ( cutting forc e)
Gaya potong adalah gaya yang dibutuhkan pada saat penetrasi punch terhadap material. Jika die terdiri  dari  lebih  dari  satu punch untuk  penetrasi  terhadap  material  secara  simultan  maka  gaya potongnya adalah penjumlahan dari gaya-gaya pada masing-masing punch . Tujuan utama untuk menghitung gaya potong dari suatu proses pemotongan adalah untuk menentukan besarnya daya mesin press yang digunakan dalam proses produksi. Pada umumnya perusahaan sudah memiliki sejumlah  mesin  press  dengan  kapasitas  tertentu  serta loading yang  bervariasi  sehingga perancangan press dies dapat menyesuaikan dengan kondisi perusahaan. Selain itu, pengetahuan tentang  gaya  potong  sangat  penting  untuk  mencegah overload  press atau  kegagalan  dalam menggunakan  kapasitas  mesin  press.Gaya  F  untuk punch dan die dengan  pemotongan  paralel dapat di estimasikan dalam persamaan :
F=lxtx σs Dimana :
F = Shear load/beban pemotongan (N) l = Panjang pemotongan atau keliling bidang potong (mm)
t = Tebal material (mm)
σs
= Shear resistance(N/mm2=MPa)
Umumnya Shear resistance besarnya 80% dari tensile strenght
Shear resistance(σs) = tensile strength )x 0.8
Dengan  membentuk  sudut  potong  ( shear )  pada  ujung punch ,  bisa  memperkecil  beban pemotongan 30- 40%. Tetapi sudut shear ini menyebabkan tekanan dari arah samping sehingga ujung punch mudah rusak, maka sudutnya harus di bawah 5°, material hasil punch akan berubah bentuk jadi tidak cocok untuk proses blanking Jadi:
F’= ( 0,6 - 0,7 ) x F Dimana : F’= Gaya pemotongan shear punch dengan punch miring ( N ) F = Gaya pemotongan normal ( N )

## Gaya Stripper
Seperti  telah  diketahui  sebelumnya  bahwa  fungsi  dari stripper adalah untuk menjepit  atau menahan  material  agar  material  tidak  bergerak  ketika  proses  pemotongan  atau  pembentukan sedang  berlangsung.  Selain  berfungsi  sebagai  penjepit  atau  penahan  material, stripper elastis juga  berfungsi  mengarahkan  ujung punch terhadap die ketika  terjadi  proses  pemotongan sehingga buckling pada ujung punch dapat terhindarkan. Jenis stripper elastis ini adalah stripper pegas dan stripper urethane .. Dalam perhitungan bisa menggunakan rumus : Pss = 2.5%~20% x Ps Dimana : Pss = Stripping force ( N )

## Gaya Mesin
Gaya  mesin  merupakan  jumlah  gaya  potong  dijumlahkan  dengan  gaya  stripper  sehingga diperoleh rumus berikut:
Fm= ∆ F+Fss
Dimana :
Fm
= Beban mesin ( N ) ∆F = Total gaya potong (N)
Fss = Gaya stripper ( N)

## 3. METODOLOGI PENELITIAN
Metode yang dilakukan disini adalah metode perhitungan yang dilanjutkan dengan pemilihan material yang sesuai lalu di adakan pengujian di laboratorium

## 4. DATA DAN HASIL PEMBAHASAN DATA MATERIAL
Pada  proses  pembuatan grommet exhaust  sepeda  motor  tipe  54D, material dasarnya adalah copper  (C1220) yang berbentuk  coil dengan ukuran :  0,2 mmX  65mm X C, Spesifikasi sesuai JIS diberikan nilai mekanik ( mechanical properties ) sebagai berikut :
 Tegangan maksimum / UTS ( )  :195 N/mm2 ( Lampiran Tabel II)
 2.Elongation (EI)
: 30% (Lampiran Tabel II)
Komponen-komponen  lain  yang  mendukung  dalam  perhitungan,  ditetapkan  sesuai  dengan kondisi material yang digunakan dan proses pembentukannya,adalah sebagai berikut :
 Koefisien kekuatan ( K ) untuk copper
: 316 N / mm (Lampiran Tabel I)
 Koefisien pengerasan Regangan ( n )
: 0.54 (Lampiran Tabel I)
 Koefisen gesek ( μ ) dengan pelumasan : 0.06 ( Tabel 2.3)
 Koefisien gesek ( μ ) tanpa pelumasan
: 0.15 ( Tabel 2.3 ) Berikut komposisi kimia sesuai standar JIS untuk materaial copper C1220
Tabel 1. Chemical Composition of Copper C122O
Symbol of Grade   Standar Chemical Composition ( % )
C P C1220 Min 99,90% 0,015% Max 0,04%

## PENENTUAN UKURAN BLANK
= √ = √ = 64,59 mm

## PENENTUAN CLEARANCE
= + 0,04 √ = 0,20 + 0,04 √ = 0,26 mm

## PERHITUNGAN DRAWING RATIO
β = β = = 1,94

## PERHITUNGAN BLANK HOLDER FORCE
= X  C  X * + x = X  2,5X *
+ x 195= 0,35 N/mm²

## PERHITUNGAN TEGANGAN ALIR SELAMA PROSES
= * + dan =
* + = * + = * + = 205,4 N/mm² = * + = * +
= 210,66 N/ mm²

## PERHITUNGAN CRACKING LOAD
= π x x x = 3,14 x 39,45 x 0,20 x 195= 4831,05 N

## PERHITUNGAN GAYA DRAWING
= π . . [ ln ( ) ] = 3,14 x 39,45x 0,20 * ( ) + =1594,19 N
besar  Gaya  Drawing  maximum
tersebut  masih  jauh  dibawah  Gaya
Cracking ( ) = 4831,55 N sehingga gaya drawing masih dianggap aman, maka dari itu pada desain dari produk grommet dan die tidak mengindikasikan adanya cacat produk, untuk itu perlu dilakukan  dimana  terjadi  adanya  perubahan  dimensi  dari  die  yang  disebabkan  oleh  keausan setelah  pemakaian  beberapa  kali  pada  proses  pembuatan  grommet  exhaust  tersebut.  Adapun untuk Tegangan Maksimum pada proses drawing dengan gaya drawing sebesar = 1594,19 N  adalah :
=
=
=
= 1,32 N/mm²
Besar  Tegangan  maksimum  pada  proses  drawing  adalah  sebesar  = 1,32  N/mm² masih  jauh dibawah Tegangan maskimum bahan grommet gasket exhaust yaitu copper C1220 sebesar = 195 N/ mm² jadi masih aman untuk dibentuk dan kecil kemungkinan terjadi crack (pecah).

## PERHITUNGAN TEGANGAN YANG TERJADI PADA FLANGE Tegangan Pada Flange
= 1,1 x x ln * +
= 1,1 x 205,4 x ln *
+
= 10,03 N/mm²

## Akibat Tekanan Blank Holder
= 1,1 ln * + +
= 1,1 X 205,4 ln * + +
= 13,13 N/mm²
Sedangkan besar tegangan tangensial yang terjadi pada flange ( ) adalah:
= - 1,1 x
= 13,13 - 1,1 x 205,4 = -212,81 N/mm² Tanda negatif menunujukan bahwa tegangan terjadi adalah tegangan kompresi.

## Perhitungan Tegangan karena Bending
= x ( )
= 210,66 x ( )
= 16,85 N/mm²
Perhitungan Tegangan Karena Gesekan Die profile
= + = +
= 14,12 N/mm²
Perhitungan Tegangan pada Dinding produk
= x 1,1 x x ln ( ) + +
= x 1,1 x 205,4 x ln ( ) + + 210,66 = 65,11 N/mm²
Sedangkan tegangan tangensial yang terjadi pada titik 3 adalah :
= k
= 316
= 91,05 N/mm² Maka Tegangan Tangensial pada dinding produk adalah : = -1,1 x = 65,11 - 1,1,x 91,05 = - 35,05 N/mm² Tanda negatif menunjukan bahwa tegangan terjadi adalah Tegangan kompresi .

## PENGARUH PELUMASAN
Perhitungan Terhadap Gaya Drawing
= π . . [ ln ( ) ] = 3,14 x39,45x0,20 * ( )
+
= 1594,19 N
dengan tanpa pelumasan dimana μ       maka gaya  rawing m nja i :
= 3,14 x39,45x0,20 * ( ) + = 1667,45 N PERHITUNGAN GAYA TRIMMING
σs = tensile strenght x 0.8
= 195 x 0.8 = 156 N/mm²
=  l x x = 2 π r x 0,20 x 156 = 2 .3,14.25 x 0,20 x156 = 4898,4 N
PERHITUNGAN GAYA PIERCHING σs = tensile strenght x 0.8
= 195 x 0.8 = 156 N/mm²
= l x x = 2 π r x 0,20 x 156 = 2.3,14.19,625 x 0,20 x 156 = 3845,24 N
PERHITUNGAN GAYA STRIPPER ( Stripping Force )
Besarnya gaya stripper yaitu gaya  untuk menjepit material adalah : = 20 % x Total Gaya Potong ( proses drawing ) = 0,2 x( +
) = 0,2 X ( 4898,4 + 1594,19) = 1298,5 N

## PERHITUNGAN KAPASITAS MESIN YANG DIGUNAKAN
Pm = + + = 1594,19 + 4898,4 + 1298,5 = 7791,09 N = 7791,09 x 0,00010197 Ton = 0,79 Ton

## 5.1.KESIMPULAN
1. Material  grommet  yang  digunakan  adalah  copper  C1220  berbentuk  coil  dengan  ukuran 0.2 X 65 X C.
2. Supaya  tidak  terjadi  kekurangan  dan  kelebihan  material  /  bahan  yang  digunakan,  maka untuk membuat atau merencanakan design grommet diproses drawing dengan ukuran : a : Diameter dalam  grommet : 39,25 mm
b. : Diameter dasar grommet : 38,25 mm c. : Diameter bibir produk : 50 mm
d. h: Tinggi grommet :  10,65 mm
e. r : Jari-jari dasar grommet
: 0,5 mm
f. r : Jari-jari bibir grommet
: 0,5 mm
g. : Tebal Material grommet : 0,20 mm
Maka  ukuran  ideal  yang  harus  disiapkan  atau  dimensi  bahan  /  material  awal  ( )  yang digunakan adalah 64,59 mm
3. Tekanan Blank  Holder ( )  =    0,35  N/mm²,  dimana  tekanan  ini  cukup  mampu dilakukan sebuah machine untuk menahan bahan / material, karena jauh lebih kecil dari Tekanan  maksimum  Machine  yang  digunakan  ( )  =  1  N/mm²,  sehingga kemungkinan terjadinya wrinkle / kerutan pada produk dalam proses pembentukan akan semakin kecil.
4. radius  bibir  grommet ( r )  =  0,5  mm,  maka  gaya  drawing  yang  diberikan  ( )  = 1594,19  N  dan  mengalami  tegangan  maksimum  ( mm Dimana  dalam perhitungan Gaya Cracking ( = 4831,05 N , yang mana yang dihasilkan masih
jauh  lebih  kecil  dari .  Sehingga  design  grommet  masih  aman  dibentuk  dalam proses drawing .
5. Radius  die ( r )  berpengaruh  pula  pada  Tegangan  Dinding  ( )  yang  dihasilkan, dimana dari hasil perhitungan bila r = 0,5 mm, maka =65,11 N/mm²
6. Tegangan  yang  dibutuhkan  dalam  proses  agar die  profile tidak  cepat  aus  dan meminimalisasi cacat produk yang dibuat adalah maksimum sebesar nilai = -14,12 N / mm²,  dan  tanda  negatif  merupakan  bahwa  tegangan  yang  terjadi  adalah  tegangan kompresi.
7. Dengan  memberikan  pelumasan  selama proses drawing, maka  gaya  Drawing  ( ) yang diterima material sebesar  1594,19 N, hal ini sangat berbeda bila dalam proses tidak diberikan pelumas, dimana besar Gaya Drawing adalah ( ) =   1667,45 N . dimana dapat  dikatakan  ,  bila  tidak  diberikan  pelumas  dalam  proses,  maka  akan  semakin  besar kemungkinan  terjadinya Crack  /  pecah, karena  gaya  drawing  yang  diberikan  akan semakin besar dan mendekatti gaya cracking.
8. Gaya untuk trimming adalah 4898,4 N, untuk gaya piercing adalah 3845,24 N,dan untuk gaya stripper adalah 1298, N.
9. Kapasitas mesin yang digunakan dalam proses drawing adalah 7791,09 N atau 0,79 Ton , untuk  aktualnya  kapasitas  mesin  yang  digunakan  adalah  45  Ton  dengan  pertimbangan berdasarkan  pengujian  (  Trial  )  dan    kapasitas  mesin  yang  paling  kecil    PT.”X”.  jika kapasitas  mesin  yang  digunakan  semakin  lebih  besar  maka  akan  loss  energi  yang digunakan dan produk akan timbul crack / pecah.

## 5.2. SARAN
Adapun saran-saran yang dapat diberiakan oleh penulis dalam Tugas Akhir ini adalah :
1. Dalam  perencanaan  /  design  produk  grommet  gasket  exhaust  yamaha  54D,  perlu dilakukan  perencanaan  yang  matang  tentang  material  apa  yang  mau  digunakan  dan apakah  material  tersebut  mampu  dibentuk  dalam  proses  Drawing  atau  tidak  dengan menganalisa lebih jauh dalam pendekatan perhitungan.
2. Perlu  dipertimbangakan  mengenai  pendekatan  perhitungan biaya  proses dengan biaya material yang  direncanakan    dan design produk  grommet  gasket  Exhaust  yamaha  54D yang  akan  dibuat  supaya  dapat  meningkatkan  efisiensi  dan  produktifitas  dalam  proses produksi.

## DAFTAR PUSTAKA
1. Ahmad  Hasnan S, M engenal Proses Deep Drawing , Jakarta 2006.
2. Degarmo E.PAUL, Material and Process in Manufacturing , Macmillian Publishing, New York, 1979.
3. Euegene, D, Ostegarard, Advanced Die Making, Prentice Hall, New Jersey, 1967.
4. G.Sach, Principles and Methods of Sheet-Metal Forming, Rinhold Publishing Corporation, New York, 1951.
5. Ivana Suchy, Handbook Of  Die Design , Mc. GRAW HILL Book Company,1998.
6. JIS Handbook, Non Ferrous Metal and Metalurgy , Japanese Standard Association, 2001.
7. John H. Bickford, Gasket and Gasket Joints, Marcel Dekker Inc, New York, 1998.
8. Masaya Tansin , Press die design middle. Jetro Japan,2009.
9. Serope Kalpakjian, Manufacturing Process for Engineering Material , Addison-Wesley Publishing Company, Chicago,1991.
10. Surdia Tata , Pengetahuan Bahan Teknik , PT Pradnya Paramitha, Jakarta, 1999.
11. Kimikazu Aida. 1967. Aida Press Handbook. Third Edition. Aida Engineering, Ltd.
12. H.RLuchsinger.1984 . Tool design 2. Jurusan Teknik Mesin Fakultas Tehnologi Industri Institut Teknologi Bandung.