Simulasi Hot Forging Femoral Stem Hip Pada Benda Kerja Batang Bengkok Dengan Material Ti6Al4V

Hartawan, Omar Fadhilla (2022) Simulasi Hot Forging Femoral Stem Hip Pada Benda Kerja Batang Bengkok Dengan Material Ti6Al4V. Other thesis, Institut Teknologi Sepuluh Nopember.

Text 02111840000157-Undergraduate Thesis.pdf Download (4MB)

Abstract

Osteoarthritis (OA) merupakan penyakit sendi degeneratif yang diakibatkan oleh kerusakan kartilago sendi. Berdasarkan RISKESDAS, prevelensi OA lutut radiologis di Indonesia sebesar 7.3% pada tahun 2018. Penyakit ini sering muncul pada sendi tangan, panggul, kaki dan tulang belakang. Prevalensi kerusakan sendi sinovial ini meningkat seiring dengan bertambahnya usia. Salah satu upaya medis yang dilakukan oleh dokter ortopedi untuk mengatasi hip osteoarthritis adalah dengan prosedur pergantian sendi pinggul menggunakan implan yang dikenal dengan total hip arthroplasty. Saat ini, Indonesia masih mengimpor hip prosthesis yang digunakan pada prosedur medis tersebut untuk memenuhi kebutuhan secara nasional. Kebutuhan tersebut juga di pengaruhi oleh bentuk anatomi orang Indonesia, yaitu ras Mongoloid yang menjadi kendala karena perbedaannya dengan anatomi ras lain. Oleh karena itu, penelitian ini dibutuhkan untuk memodelkan produksi hip prosthesis yang sesuai dengan masyarakat anatomi masyarakat Indonesia. Metode yang umum dipakai untuk memproduksi femoral stem dalam hip prosthesis adalah penempaan panas (hot forging). Dibandingkan dengan metode lain seperti wax casting, hot forging dapat menghasilkan produk dengan kekuatan yang lebih tinggi. Dalam penelitian ini, proses hot forging yang akan disimulasikan hanya mencakup tahapan last forming dengan menggunakan metode finite element method pada software ANSYS LS-Dyna. Material yang akan digunakan adalah titanium Ti6Al4V. Sebelum simulasi dapat dilakukan, perlu terlebih dahulu membuat model cetakan dies dan benda kerja untuk proses last forging femoral stem dengan software 3D Solidworks. Set-up simulasi meliputi tahap pendefinisian material, meshing material, serta set-up parameter seperti koefisien gesek dan kecepatan punch. Setelah proses set-up selesai, simulasi dapat dimulai. Variasi ukuran benda kerja dilakukan untuk mengetahui ukuran benda kerja yang optimal untuk menghasilkan femoral stem pada hot forging. Analisis yang diakukan mencakup analisis akurasi geometri dan gaya forging dari setiap variasi tersebut. Hasil simulasi menunjukkan bahwa terbentuknya flash pada hot forging femoral stem menandakan bahwa cavity die dapat terisi secara menyeluruh. Didapatkan juga ukuran diameter benda kerja berperan pada akurasi geometri dan gaya yang diperlukan selama proses forging. Semakin besar diameter benda kerja yang digunakan, maka gaya yang diperlukan dalam proses forging akan semakin besar serta geometri hasil forging akan semakin mendekati desain asli femoral stem. Dari hasil simulasi forging, penulis menyimpulkan bahwa hanya ada 2 variasi diameter tengah benda kerja yang dapat dijadikan produk akhir berupa femoral stem. Variasi tersebut adalah benda kerja dengan diameter tengah 23 dan 24 yang hasil forging nya memiliki ukuran CCD (centrum-collum-diaphysis angles) dan diameter head stem yang sama dengan desain femoral stem. Kedua variasi tersebut juga memiliki panjang femoral stem yang hampir sama dengan desain asli femoral stem dengan besar selisih kurang dari toleransi 0,2 mm. Tidak hanya hasil simulasi, dalam penelitian ini penulis juga mendapatkan beberapa informasi dalam menggunakan software ANSYS LS-Dyna untuk mensimulasikan hot forging.
==================================================================================================================================
Osteoarthritis (OA) is a degenerative joint disease caused by damage to joint cartilage. Based on RISKESDAS, the prevalence of radiological knee OA in Indonesia was 7.3% in 2018. This disease often occurs in the joints of the hands, hips, feet and spine. The prevalence of synovial joint damage increases with age. One of the medical efforts made by orthopedic doctors to treat hip osteoarthritis is a hip joint replacement procedure using implants known as total hip arthroplasty. Currently, Indonesia is still importing the hip prosthesis used in the medical procedure to meet national needs. This need is also influenced by the anatomical shape of the Indonesian people, namely the Mongoloid race which is an obstacle because of its differences with the anatomy of other races. Therefore, this research is needed to model the production of hip prosthesis in accordance with the anatomical community of Indonesian society. The method commonly used to produce the femoral stem in a hip prosthesis is hot forging. Compared to other methods such as wax casting, hot forging can produce a product with higher strength. In this study, the hot forging process that will be simulated only includes the last forming stage using the finite element method in the ANSYS LS-Dyna software. The material to be used is titanium Ti6Al4V. Before the simulation can be carried out, it is necessary to first create a mold model of the dies and workpieces for the last forging femoral stem process with 3D Solidworks software. The simulation set-up includes the material definition stage, material meshing, as well as parameter set-up such as friction coefficient and punch speed. After the set�up process is complete, the simulation can start. Variations in the size of the workpiece are carried out to determine the optimal workpiece size to produce femoral stems in hot forging. The analysis carried out ncludes an analysis of the accuracy of the geometry and the forging force of each of these variations. The simulation results show that the formation of flash on the hot forging femoral stem indicates that the die cavity can be completely filled. It is also found that the size of the workpiece diameter plays a role in the accuracy of the geometry and force required during the forging process. The larger the diameter of the workpiece used, the greater the force required in the forging process and the geometry of the forging results will be closer to the original design of the femoral stem. From the forging simulation results, the authors conclude that there are only 2 variations of the middle diameter of the workpiece that can be used as the final product in the form of a femoral stem. The variations are workpieces with a center diameter of 23 and 24 whose forging results have CCD (centrum-collum-diaphysis angles) sizes and the same diameter head stem as the femoral stem design. Both variations also have a femoral stem length that is almost the same as the original femoral stem design with a difference of less than 0.2 mm tolerance. Not only simulation results, in this study the authors also get some information on using the ANSYS LS-Dyna software to simulate hot forging.

Item Type:	Thesis (Other)
Additional Information:	RSM 671.332 Har s-1 2022
Uncontrolled Keywords:	simulasi, total hip arthoplasty, femoral stem, finite element method, Ti6Al4V, hot forging, total hip arthroplasty, femoral stem
Subjects:	T Technology > TA Engineering (General). Civil engineering (General) > TA418.16 Materials--Testing.
Divisions:	Faculty of Industrial Technology and Systems Engineering (INDSYS) > Mechanical Engineering > 21201-(S1) Undergraduate Thesis
Depositing User:	Mr. Marsudiyana -
Date Deposited:	25 Feb 2025 03:19
Last Modified:	25 Feb 2025 03:19
URI:	http://repository.its.ac.id/id/eprint/118872

Actions (login required)

View Item