## SIMULASI PENGARUH FRICTION , SPEED , MATERIAL , DAN TEMPERATURE TERHADAP DAMAGE PADA BLOCK PRE FORMING DENGAN METODE TAGUCHI
Dicky Adi Tyagita 1) , Asroni 2)
Jurusan Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Metro Jl. Ki Hjar Dewantara No. 116 Kota Metro E-mail : dicky_doank@yahoo.co.id 1 )

## ABSTRAK
Pada  proses  pembentukan  logam  damage  dapat  disebabkan  oleh  beberapa  faktor  yaitu  beban  yang bekerja  pada  benda  kerja,  temperatur  pemanasan  awal,  dan  temperatur  yang  disebankan  gesekan  antara die  dan  material  yang  akan  di  lakukan  pre  forming.  Proses  metal  forming  bisa  dilakukan  dengan  2 cara  yaitu  pengerjaan panas (hot working) dan  pengerjaan dingin (cold working). Pada proses pengerjaan panas  dan  pengerjaan  dingin  logam mengalami deformasi plastis dan  perubahan bentuk.  Pada  pengerjaan panas,  gaya  deformasi  yang  diperlukan  adalah  lebih  rendah  dan  perubahan  sifat  mekanik  juga  tidak siknifikan.  Pada  pengerjaan dingin, diperlukan gaya yang lebih besar, akan tetapi kekuatan logam tersebut akan  meningkat  secara  signifikan.  Tren  penggunaan  simulasi  semakin  meningkat  dikarenakan  mampu memprediksi  dan  menggambarkan  mekanisme  proses  serta  mendapatkan  optimasi  proses  pre  forming. Studi  yang  dilakukan  menggunakan  simulasi  3  dimensi  (3D)  untuk  memprediksi  pengaruh  variasi  friction, speed,  material,  dan  temperature  terhadap  damage  pada  block  pre  forming.  Dari  hasil  simulasi menunjukkan  nilai  damage  terbesar terlihat pada spesimen nomor 9 dengan nilai damage tertinggi sebesar 0,0302  pada  variasi  friction  sebesar  0,2;  speed  punch  2  inc/s,  material  al  2xxx,  dan  temperature  122  °F. Nilai  damage  terendah  terlihat  pada  spesimen  nomor  6  dengan  nilai  damage  tertinggi  sebesar  0,0101 pada  variasi  friction  sebesar  0,12;  speed  punch  2  inc/s,  material  al  1xxx,  dan  temperature  122  °F.  Nilai load  prediction  terbesar  terlihat  pada  grafik 1 dengan nilai 1470 klbf. Nilai load prediction terkecil terlihat pada grafik 6 dengan nilai 155 klbf.
Kata kunci: friction, speed, material, temperature, damage

## Pendahuluan
Metal forming adalah proses pembentukan  logam secara  plastis  dengan mempergunakan  gaya  tekan  untuk  mengubah bentuk  atau  ukuran  dari  logam  yang  dikerjakan. Proses metal  forming bisa  dilakukan  dengan  2 cara  yaitu  pengerjaan  panas  ( hot  working )  dan pengerjaan dingin ( cold working ). Metal forming bisa  dilakukan  dengan  manual  atau dengan  mesin  hidrolis  karena  bisa  membuat tekanan dengan tenaga yang  besar. Tetapi jika menggunakan  tenaga  pneumatik,  tenaga  yang dihasilkan lebih kecil.2
Dua  jenis  pengerjaan  mekanik  dimana logam mengalami deformasi plastis  dan perubahan  bentuk  adalah  pengerjaan  panas  dan pengerjaan  dingin.  Pada  pengerjaan  panas, gaya  deformasi  yang  diperlukan  adalah  lebih rendah  dan  perubahan  sifat  mekanik  juga  tidak siknifikan.  Pada  pengerjaan  dingin,  diperlukan gaya  yang  lebih  besar,  akan  tetapi  kekuatan logam tersebut akan meningkat secara
signifikan.1
Suhu rekristalisasi logam menentukan  batas  antara  pengerjaan  panas dan dingin. Pengerjaan  panas  logam dilakukan  di atas  suhu  rekristalisasi  atau  di atas  daerah  pengerasan  kerja.  Pengerjaan dingin dilakukan di bawah suhu rekristalisasi dan
kadang-kadang berlangsung pada suhu ruang. Suhu rekristalisasi  baja  berkisar  antara  500  ºC dan  700 ºC.

## Metodologi

## Diagram alir Penelitian
Untuk  mengetahui  pengaruh  variasi friction , speed , material ,  dan temperature terhadap damage pada block  pre  forming dengan simulasi komputer. Dilakukan dengan  memodelkan  proses pre  forming dengan  memanfaatkan software berbasis metode  elemen  hingga.  Langkah-langkah yang  dilakukan dijelaskan oleh diagram alir
pada  gambar 1.
Start Studi literatur
Input data:  Material
 Parameter  proses
Pemodelan  benda  kerja  dengan  parameter proses  Variabelbebas:  Friction  (0.1,  0.12, dan 0.2)  Kecepatan (0.5  in/s, 1  in/s,  2  in/s)
Temperatur  (80.6  °F,  122  °F,  dan158  °F)
Material:  (Aluminiumseri  1xxx,  2xxx,  dan
3xxx) Setting simulation kontrol
Running Solver Output: damage validasi hasil simulasi Analisis Damage Kesimpulan End

## Gambar 1 . Diagram Alir Penelitian
Variabel Variabel
yang digunakan dalam penelitian ini adalah:
1. Variabel bebas :
  Friction (0.1, 0.12, dan 0.2);
 Speed (0.5 in/s, 1 in/s, 2 in/s);
 Temperature (80.6 °F, 122
°F,  dan158 °F);
 Materials : (Aluminium seri 1xxx, 2xxx, dan 3xxx).
2. Variabel terikat : Variabel terikat dalam penelitian ini adalah  Damage
3. Variabel terkontrol
Variabel  terkontrol  dalam  penelitian  ini adalah :
 Constant die Displacement : 0.13  Dies : Rigid

## Spesifikasi  Material  Benda  Kerja  dan
Punch
 Spesifikasi material benda kerja Bahan  yang  digunakan  dalam
penelitian ini adalah top die dan bottom die  rigid serta block (benda  kerja) yang  berbahan  aluminium  seri  1xxx, 2xxx,  dan  3xxx
 Spesifikasi material die
Material die = Rigid
Gambar 2. Die

## Pemodelan Pre Forming
Metal  forming dimodelkan  secara  3 dimensi dengan memberikan variasi friction (0.1,  0.12,  dan  0.2);  kecepatan (0.5 in/s, 1 in/s,
2  in/s);  temperature  (80.6  °F,  122    °F, dan  158  °F);  material:  (aluminium  seri 1xxx, 2xxx,  dan 3xxx).
Spesimen Friction Speed Punch Material Tempera ture 1 0,1 0,5 inc/s Al 1xxx 80,6 °F 2 0,1 1 inc/s Al 2xxx 122 °F 3 0,1 2 inc/s Al 3xxx 158 °F 4 0,12 0,5 inc/s Al 2xxx 158 °F 5 0,12 1 inc/s Al 3xxx 80,6 °F 6 0,12 2 inc/s Al 1xxx 122 °F 7 0,2 0,5 inc/s Al 3xxx 122 °F 8 0,2 1 inc/s Al 1xxx 158 °F 9 0,2 2 inc/s Al 2xxx 80,6 °F
Gambar 3. Dimensi benda Kerja
Gambar 4.  Pemodelan benda kerja
Tabel 1. Pemodelan variasi pada pre forming

## Hasil dan Pembahasan
Dari hasil simulasi yang telah dilakukan  dapat  dilihat  gambar  dan  grafik pengaruh friction , speed ,  material,  dan temperature terhadap damage pada block pre forming pada  Gambar 5 dan 6 .
Tabel 2. Nilai Damage Spesimen  Damage tertinggi 1 0,0193 2 0,0166 3 0,0163 4 0,0195 5 0,0191 6 0,0101 7 0,0186 8 0,0176 9 0,0302
Gambar 5. Distribusi damage pada block pre forming Benda Kerja Top Die Bottom Die 3 4 5 6 8 7 9 1 2
Dari gambar 5 dapat  diketahui bahwa  nilai damage terbesar  terlihat  pada  spesimen  nomor  9 dengan  nilai damage tertinggi  sebesar  0,0302.  Hal ini disebabkan  pada  spesimen  nomor  9  ini,  proses pembentukan  logam  dilakukan  pada  suhu  kamar (80,6  °F)  sehingga  tidak  ada  proses  pemanasan logam yang terjadi sebelum proses pembentukan. Selama     proses     pembentukan     terjadi strain hardening ,  logam  akan  menjadi  lebih  keras  yang diikuti  dengan  penurunan  keuletan  sehingga deformasi  yang  terjadi  menjadi  terbatas  meskipun nilai friction dan speed punch sudah paling tinggi.
Nilai      damage      terendah      terlihat  pada spesimen nomr 6 dengan  nilai
damage tertinggi    sebesar    0,0101.    Hal    ini disebabkan pada     spesimen     nomor     6     ini, proses  pembentukan  logam  dilakukan  pada  suhu 122  °F  sehingga  terjadi  pelunakan  sebelum  dan selama  proses  pembentukan  logam  secara  terus menerus  hal  ini  juga  ditunjang  oleh  nilai friction sebesar  0,12  dan speed  punch sebesar  2  inc/s sehingga          semakin  meningkatkan  temperature proses  pembentukan  logam  sehingga  deformasi yang terjadi cukup besar.
1 2 4 1 3 5 6
Gambar 6. Grafik Load Prediction
Dari  gambar  6  dapat  diketahui  bahwa nilai load  prediction terbesar  terlihat  pada  grafik 1  dengan  nilai  1470  klbf.  Nilai load  prediction terkecil  terlihat  pada  grafik  6  dengan  nilai  155 klbf.  Hal  ini  berarti  semakin  kecil  nilai  variasi friction, speed punch, material, dan temperature maka     semakin     besar pembebanan yang terjadi gaya  yang  dibutuhkan  semakin  besar.  Sebaliknya semakin  besar  nilai variasi friction,  speed  punch, material, dan temperature maka  semakin  kecil pembebanan  yang  terjadi  gaya  yang  dibutuhkan semakin  kecil.
Gambar 7: Main Effects Plot for Means
Dari gambar 7 dapat diketahui bahwa:
1. Friction Nilai damage terbesar  terletak  pada variasi friction dengan  nilai  0,2  dan nilai  damage terkecil terletak pada variasi friction dengan nilai 0,12.

## 2. Speed Punch
Nilai damage terbesar    terletak pada  variasi speed  punch dengan nilai 0,5
inc/s  dan nilai damage terkecil   terletak pada   variasi speed punch dengan nilai 0,1 inc/s. 3. Material Nilai  damage  terbesar  terletak  pada variasi material dengan jenis Al 2xxx dan nilai damage terkecil  terletak  pada variasi material dengan jenis Al 1xxx. 4. Temperature Nilai damage terbesar  terletak  pada variasi temperature dengan  nilai  80,6  °F dan  nilai damage terkecil  terletak  pada variasi temperature dengan nilai 122 °F.
Semakin  tinggi temperature,  friction , dan speed  punch kekuatan  dan  kekerasan akan  menurun  sehingga  dapat  terjadi  proses deformasi  plastis.  Deformasi  disebabkan adanya  beban  tekan  yang  akan  mengubah bentuk awal benda kerja meskipun bebannya  dihilangkan.  Hasil  dari  simulasi juga  mendukung  fenomena  tersebut  dimana dengan  semakin  meningkatnya temperature, friction ,  dan speed  punch maka  deformasi plastis  yang  terjadi  semakin  besar  dan menurunkan nilai damage .
9 8 7
Friction Main Effects Plot For Means Data Means
0.022 0.020 0.018 0.016 0.014 0.022 0.020 0.018
0.016 0.014 1                           2                        3                          1                        2                         3 1                           2                        3                          1                        2                         3

## Kesimpulan
Dari  analisa  hasil  dan  pembahasan,  maka dapat  diambil  beberapa  kesimpulan,  sebagai berikut :
1. Nilai damage terbesar terlihat pada spesimen  nomor  9  dengan  nilai damage tertinggi  sebesar  0,0302  pada  variasi friction sebesar    0,2; speed    punch 2  inchi/s, material Al      2xxx,      dan temperature 122 °F. 2. Nilai damage terendah terlihat pada spesimen  nomor  6  dengan  nilai damage tertinggi  sebesar  0,0101  pada  variasi friction sebesar  0,12; speed  punch 2  inc/s, material Al  1xxx,  dan temperature 122 °F.
3. Nilai load  prediction terbesar  terlihat  pada grafik 1 dengan nilai 1470 klbf.
4. Nilai load  prediction terkecil  terlihat  pada grafik 6 dengan nilai 155 klbf.
5. Dengan  simulasi  3D,  dapat  dikembangkan optimasi  parameter pre  forming untuk mengurangi  damage  pada benda kerja.

## Daftar Pustaka
1. Saptono,  Rahmat.  2005. Analisis  Proses Pembentukan  Logam .  Jakarta:  Universitas
Indonesia.
2. Moaveni, Saeed. 1999. Finite Element Analysis  Theory and Application with
ANSYS .  New Jersey : Prentice Hall.
3. Nakazawa, Tamura dan Yoshida. 2005. Develoment Of Crash-Box For  Passenger
Car With High Capability  For Energy Absorption. Jepang.
4. Nentchev,  A.  2002. Numerical  Analysis and  Simulation  in  Microelectronics  by Vector Finite Elements . USA.
5. Robert D. Cook, David S. Malkus dan Michael E.  Plesha.  1989. Concepts  and Applications  of  Finite  Element  Analysis .
Canada : Wiley.
6. Segerlind,  Larry   J. 1984. Applied Finite  Element Analysis . Canada : John
Wiley & Sons
7. Velmurugan and Muralikannan. (2009). Energy Absorption Characteristics of Annealed Steel Tubes of Various Cross Sections in Static and Dynamic Loading.
India.
8. Witteman. 1999. Improved Vehicle Crashworthiness Design by Control of  the
Energy Absorption for Different  Collision
Situations . Belanda.
9. Yanjie, Liu. 2008. Computer
Simulations  and  Experimental        Study on      Crash  Box  of  Automobile in  Low Speed  Collision. Chin