Thiết kế, chế tạo hệ thống máy thử độ bền mỏi: Đề tài nghiên cứu khoa học

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

CÔNG TRÌNH NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA SINH VIÊN

CHẾ TẠO NGÀM KẸP MÁY THỬ MỎI CHO NHỰA/ COMPOSITE VỚI DẠNG TẢI “ KÉO – CHUYỂN VỊ”

MÃ SỐ: SV2020-78

S KC 0 0 7 3 4 4

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 09/2020

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TPHCM

BÁO CÁO TỔNG KẾT

ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA SINH VIÊN

CHẾ TẠO NGÀM KẸP MÁY THỬ MỎI CHO NHỰA/ COMPOSITE

VỚI DẠNG TẢI “ KÉO – CHUYỂN VỊ”

SV2020 - 78

Chủ nhiệm đề tài: Nguyễn Chí Cường

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 09 năm 2020

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TPHCM

BÁO CÁO TỔNG KẾT

ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA SINH VIÊN

CHẾ TẠO NGÀM KẸP MÁY THỬ MỎI CHO NHỰA/ COMPOSITE

VỚI DẠNG TẢI “ KÉO – CHUYỂN VỊ”

SV2020 - 78

Thuộc nhóm ngành khoa học: Kỹ thuật

SV thực hiện: Nguyễn Chí Cường Nam, Nữ: Nam

Dân tộc: Kinh

Lớp, khoa:161440CL5, ĐT CLC Năm thứ: 4 /Số năm đào tạo: 4

Ngành học: Công nghệ kỹ thuật Cơ khí

Người hướng dẫn: ThS. Hoàng Bảo Khương

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 09 năm 2020

MỤC LỤC

MỤC LỤC .................................................................................................................. i

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ........................................................................ iv

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU ............................................................................. v

DANH SÁCH CÁC HÌNH ẢNH, BIỂU ĐỒ ........................................................ vii

THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI ..................................... ix

CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU ............................................................................................ 1

1.1. Đặt vấn đề ........................................................................................................... 1

1.2. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài......................................................... 1

1.3. Mục tiêu của đề tài ............................................................................................ 2

1.4. Đối tượng nghiên cứu ........................................................................................ 2

1.5. Phương pháp nghiên cứu .................................................................................. 2

1.6. Nhiệm vụ nghiên cứu ......................................................................................... 2

1.7. Phạm vi nghiên cứu………………………………….………………………...2

1.8. Cấu trúc bài báo cáo…………………………………………………………..2

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN .................................................................................... 4

2.1. Giới thiệu về ngành công nghiệp nhựa ............................................................ 4

2.1.1. Trên thế giới .................................................................................................... 4

2.1.2. Ngành nhựa ở Việt Nam ................................................................................ 4

2.2. Thiết bị kéo nén ................................................................................................. 5

2.2.1. Miêu tả về máy kéo nén .................................................................................. 5

2.2.2 Các loại máy trên thị trường .......................................................................... 6

2.2.2.1. Máy thử mỏi với tải tối đa là 25kN ............................................................ 6

2.2.2.2. Máy kéo nén vạn năng dạng 2 cột để sàn 5980 ......................................... 7

2.2.2.3 Máy kéo nén vạn năng 10kN ....................................................................... 8

CHƯƠNG 3: CƠ SỞ LÝ THUYẾT ...................................................................... 10

3.1. Cơ sở lý thuyết về độ bền mỏi ........................................................................ 10

3.1.1. Khái niệm ...................................................................................................... 10

3.1.2. Quá trình phá hủy mỏi ................................................................................. 11

3.1.3. Đường cong mỏi………………………………………………………….....11

3.2. Gá đặt mẫu ....................................................................................................... 12

3.3. Tiêu chuẩn đo lường mẫu ............................................................................... 13

3.4. Tiêu chuẩn mẫu ............................................................................................... 13

CHƯƠNG 4: CHẾ TẠO VÀ KIỂM NGHIỆM ................................................... 15

4.1. Các thành phần chính của máy ...................................................................... 15

4.2. Chế tạo cụm ngàm kẹp .................................................................................... 16

4.2.1. Tấm đỡ ngàm kẹp ......................................................................................... 16

4.2.2. Thân ngàm kẹp ............................................................................................. 20

4.2.3. Ngàm kẹp ....................................................................................................... 21

4.2.4. Tấm kẹp mẫu ................................................................................................ 23

4.2.5. Lắp ráp .......................................................................................................... 24

4.3. Khảo nghiệm chạy thiết bị đo độ bền mỏi ..................................................... 25

4.3.1. Mục đích ........................................................................................................ 25

4.3.2. Bố trí kiểm nghiệm ....................................................................................... 25

4.4. Thực nghiệm máy thiết bị đo độ bền mỏi ...................................................... 25

4.4.1 Mục tiêu thực nghiệm máy ........................................................................... 25

4.4.2. Tiến hành ....................................................................................................... 25

4.4.3. Nhận xét quá trình thực nghiệm máy ......................................................... 33

4.5. Vấn đề an toàn và hướng dẫn khi sử dụng máy ........................................... 34

4.5.1 Vấn đề an toàn ............................................................................................... 34

4.5.2 Hướng dẫn khi sử dụng máy ........................................................................ 34

CHƯƠNG 5: ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ THỬ NGHIỆM ....................................... 35

5.1 Mẫu thử nghiệm................................................................................................ 35

5.1.1. Nhựa PA6 0% ............................................................................................... 35

5.1.2. Nhựa PA6 30% ............................................................................................. 36

5.2. Điều kiện mẫu thử ........................................................................................... 36

5.2.1. Thông số đầu vào sản phẩm kéo vật liệu PA6 0% .................................... 36

5.2.2. Thông số đầu vào sản phẩm kéo vật liệu PA6 30% .................................. 37

5.3. Phân tích, đánh giá kết quả nhựa PA6 0% ................................................... 37

5.3.1. Tần số 3Hz ..................................................................................................... 37

5.3.2. Tần số 4Hz ..................................................................................................... 40

5.3.3. Tần số 5Hz ..................................................................................................... 43

5.4. Phân tích, đánh giá kết quả nhựa PA6 30% ................................................ 46

5.4.1. Tần số 3Hz ..................................................................................................... 46

5.4.2. Tần số 4Hz ..................................................................................................... 49

5.4.3. Tần số 5Hz ..................................................................................................... 52

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ................................................................................ 56

1. Kết luận ............................................................................................................... 56

2. Kiến nghị ............................................................................................................. 56

TÀI LIỆU THAM KHẢO………………………………………………………..57

iii

PHỤ LỤC

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

ASTM: American Society for Testing and Materials

CPU: Central Processing Unit

ISO: International Organization for Standardization

LabVIEW: Laboratory Virtual Instrumentation Engineering Workbench

PLC: Programmable Logic Controller

TCVN: Tiêu chuẩn Việt Nam

VPA: Voluntary Partnership Agreement

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

Bảng 3.1: Bảng đặc tính của nhựa PA6 0% .......................................................... 14

Bảng 3.2: Bảng đặc tính của nhựa PA6 30% ........................................................ 14

Bảng 4.1: Các tiến trình gia công tấm đỡ ngàm…… ............................................ 16

Bảng 5.1 Thông số ép của PA6 0% ....................................................................... 35

Bảng 5.2 Thông số sấy nhựa PA6 0% .................................................................... 35

Bảng 5.3 Thông số ép của PA6 30% ..................................................................... 36

Bảng 5.4 Thông số sấy nhựa PA6 30% .................................................................. 36

Bảng 5.5: Thông số đầu vào sản phẩm kéo vật liệu PA6-0% ................................ 37

Bảng 5.6: Thông số đầu vào sản phẩm kéo vật liệu PA6-30% .............................. 37

Bảng 5.7: Trung bình giá trị chu kì và giá trị tỷ lệ S/N vât liệu PA6-0% .............. 38

Bảng 5.8: Kết quả tỷ lệ giá trị S/N theo từng mức độ sản phẩm kéo vật liệu PA6 -0% ................................................................................................................................ 39

Bảng 5.9: Giá trị thực nghiệm và dự đoán của sản phẩm kéo vật liệu PA6-0% theo tỉ lệ S/n ......................................................................................................................... 40

Bảng 5.10: Trung bình giá trị chu kì và giá trị tỷ lệ S/N vât liệu PA6-0% ............ 41

Bảng 5.11: Kết quả tỷ lệ giá trị S/N theo từng mức độ sản phẩm kéo vật liệu PA6 -0% ................................................................................................................................ 42

Bảng 5.12: Giá trị thực nghiệm và dự đoán của sản phẩm kéo vật liệu PA6-0% theo tỉ lệ S/n ..................................................................................................................... 43

Bảng 5.13: Trung bình giá trị chu kì và giá trị tỷ lệ S/N vât liệu PA6-0% ............ 44

Bảng 5.14: Kết quả tỷ lệ giá trị S/N theo từng mức độ sản phẩm kéo vật liệu PA6 -0% ................................................................................................................................ 45

Bảng 5.15: Giá trị thực nghiệm và dự đoán của sản phẩm kéo vật liệu PA6-0% theo tỉ lệ S/n ..................................................................................................................... 46

Bảng 5.16: Trung bình giá trị chu kì và giá trị tỷ lệ S/N vât liệu PA6-30% .......... 47

Bảng 5.17: Kết quả tỷ lệ giá trị S/N theo từng mức độ sản phẩm kéo vật liệu PA6 - 30% ......................................................................................................................... 48

Bảng 5.18: Giá trị thực nghiệm và dự đoán của sản phẩm kéo vật liệu PA6-30% theo tỉ lệ S/n ..................................................................................................................... 49

Bảng 5.19: Trung bình giá trị chu kì và giá trị tỷ lệ S/N vât liệu PA6-30% .......... 50

Bảng 5.20: Kết quả tỷ lệ giá trị S/N theo từng mức độ sản phẩm kéo vật liệu PA6 - 30% ......................................................................................................................... 51

Bảng 5.21: Giá trị thực nghiệm và dự đoán của sản phẩm kéo vật liệu PA6-30% theo tỉ lệ S/n ..................................................................................................................... 52

Bảng 5.22: Trung bình giá trị chu kì và giá trị tỷ lệ S/N vât liệu PA6-30% .......... 53

Bảng 5.23: Kết quả tỷ lệ giá trị S/N theo từng mức độ sản phẩm kéo vật liệu PA6 - 30% ......................................................................................................................... 54

Bảng 5.24: Giá trị thực nghiệm và dự đoán của sản phẩm kéo vật liệu PA6-30% theo tỉ lệ S/n ..................................................................................................................... 55

DANH SÁCH CÁC HÌNH ẢNH, BIỂU ĐỒ

Hình 2.1: Sản lượng sản xuất/tiêu thụ nhựa trên thế giới ......................................... 4

Hình 2.2: Sản lượng sản xuất/tiêu thụ nhựa ở Việt Nam ......................................... 5

Hình 2.3: Máy thử mỏi với tải tối đa 25kN .............................................................. 6

Hình 2.4: Máy kéo nén vạn năng dạng 2 cột để sàn 5980 ........................................ 7

Hình 2.5: Máy kéo nén vạn năng 10kN .................................................................... 9

Hình 3.1: Trục chịu uốn thuần túy .......................................................................... 10

Hình 3.2: Đường Sin của ứng suất tại điểm M ....................................................... 10

Hình 3.3: Chi tiết bị phá hủy mỏi ........................................................................... 11

Hình 3.4: Đồ thị đường cong mỏi ........................................................................... 12

Hình 3.5: Mẫu theo ISO 527-2:1993 ...................................................................... 13

Hình 4.1 Các thành phần chính của máy ................................................................ 15

Hình 4.2 Bản vẽTấm đỡ ngàm kẹp ......................................................................... 16

Hình 4.3 Tấm đỡ ngàm sau khi chế tạo .................................................................. 20

Hình 4.4 Bản vẽ Thân ngàm kẹp ............................................................................ 20

Hình 4.5 Thân ngàm kẹp sau khi gia công ............................................................. 21

Hình 4.6 Bản vẽ Ngàm kẹp .................................................................................... 21

Hình 4.7 Ngàm kẹp sau khi gia công ..................................................................... 22

Hình 4.8 Bản vẽ Tấm kẹp mẫu ............................................................................... 23

Hình 4.9 Tấm kẹp mẫu sau khi gia công ................................................................ 23

Hình 4.10 Cụm ngàm kẹp lắp ráp trên Inventor ..................................................... 24

Hình 4.11 Cụm ngàm kẹp lắp ráp thực tế ............................................................... 24

Hình 4.12 Kết nối rắc cắm với ổ cắm nằm ở phía bên hông của hộp điện ........... 25

Hình 4.13 Bật CP để cấp nguồn cho toàn mạch điện ............................................. 26

Hình 4.14 Kết nối các cáp ...................................................................................... 26

Hình 4.15 Phần mềm labview ................................................................................ 27

Hình 4.16 Lập trình trong labview ......................................................................... 27

Hình 4.17 Lập trình labview ................................................................................... 27

Hình 4.18 Phần mềm DOPSoft .............................................................................. 28

vii

Hình 4.19 Giao diện DOPSoft ................................................................................ 28

Hình 4.20 Màn hình điều khiển HMI ảo ................................................................ 28

Hình 4.21 Động cơ ở vị trí ban đầu ........................................................................ 29

Hình 4.22 Gá mẫu ................................................................................................... 29

Hình 4.23 Kẹp chặt mẫu ........................................................................................ 30

Hình 4.24 Kéo căng mẫu ........................................................................................ 30

Hình 4.25 Cố định mẫu .......................................................................................... 31

Hình 4.26 Giao diện khi máy dừng ........................................................................ 31

Hình 4.27 Kết quả xuất dưới dạng Excel ............................................................... 32

Hình 4.28 Giao diện Excel để nhập giá trị Y ......................................................... 32

Hình 4.29 Giao diện Excel khi lọc kết quả Y ......................................................... 33

Hình 4.30 Giao diện Excel thời gian lực giảm 10% ............................................... 33

Đồ thị 5.1: Ảnh hưởng của các tham số đến giá trị chu kì theo giá trị S/n của vật liệu PA6-0%.............................................................. .................................................... 39

Đồ thị 5.2: Ảnh hưởng của các tham số đến giá trị chu kì theo giá trị S/n của vật liệu PA6-0%................................................................ .................................................. 42

Đồ thị 5.3: Ảnh hưởng của các tham số đến giá trị chu kì theo giá trị S/n của vật liệu PA6-0%........................................................ .......................................................... 45

Đồ thị 5.4: Ảnh hưởng của các tham số đến giá trị chu kì theo giá trị S/n của vật liệu PA6-30%.............................................................. .................................................. 48

Đồ thị 5.5: Ảnh hưởng của các tham số đến giá trị chu kì theo giá trị S/n của vật liệu PA6-30%................................................................ ................................................ 51

viii

Đồ thị 5.6: Ảnh hưởng của các tham số đến giá trị chu kì theo giá trị S/n của vật liệu PA6-30%........................................................ ........................................................ 54

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TPHCM

THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI

1. Thông tin chung:

- Tên đề tài: Chế tạo ngàm kẹp máy thử mỏi cho nhựa/ composite với dạng tải " kéo

- chuyển vị "

- Chủ nhiệm đề tài: Nguyễn Chí Cường Mã số SV: 16144019

- Lớp: 16144CL5 Khoa: ĐT CLC

- Thành viên đề tài:

Stt

Họ và tên

MSSV

Lớp

Khoa

Nguyễn Khánh Hưng

16144067

16144CL5

ĐT CLC

Nguyễn Thành Nam

16144108

16144CL5

ĐT CLC

- Người hướng dẫn: ThS. Hoàng Bảo Khương

2. Mục tiêu đề tài:

Chế tạo ngàm kẹp máy thử độ bền mỏi. Tạo các mẫu thử mỏi. Thử mỏi và tổng hợp

kết quả

3. Tính mới và sáng tạo:

Ngàm kẹp phù hợp với tiêu chuẩn mẫu ISO 527-2:1993

4. Kết quả nghiên cứu:

Kết quả cho thấy ngàm kẹp phù hợp với yêu cầu đo độ bền mỏi để kiểm chứng giữa

lý thuyết và thực nghiệm, đảm bảo tính công nghệ, kinh tế.

5. Đóng góp về mặt giáo dục và đào tạo, kinh tế - xã hội, an ninh, quốc phòng

và khả năng áp dụng của đề tài:

Máy thử độ bền mỏi của sản phẩm nhựa là máy dùng để thử các mẫu sản phẩm nhựa nhằm đánh giá độ bền mỏi của sản phẩm trong thực tế. Đây là việc mà hầu hết các công ty sản xuất sản phẩm nhựa quan tâm.

6. Công bố khoa học của SV từ kết quả nghiên cứu của đề tài

Ngày 1 tháng 10 năm 2020

SV chịu trách nhiệm chính

thực hiện đề tài

(kí, họ và tên)

Nhận xét của người hướng dẫn về những đóng góp khoa học của SV thực hiện

đề tài:

Ngày 1 tháng 10 năm 2020

Người hướng dẫn

(kí, họ và tên)

CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU

1.1. Đặt vấn đề

Ngày nay, các ngành công nghiệp có vai trò quan trọng trong sự phát triển của mỗi đất nước, cùng với đó sự hình thành các công nghệ mới góp phần nâng cao chất lượng, năng suất và giảm thiểu tác động đến môi trường để tạo sự phát triển bền vững. Nhiều phương pháp gia công đã được nghiên cứu và ứng dụng, trong đó phải kể đến công nghiệp nhựa.

Trong cuộc sống thường ngày có rất nhiều các dụng cụ bằng nhựa, khi sử dụng các sản phẩm này nhiều lúc ta phải tác động một lực để làm thay đổi trạng thái của dụng cụ này. Việc thay đổi trạng thái này dường như không có ảnh hưởng hay tác động nào đến tính chất của dụng cụ ở trạng thái hiện tại. Tuy nhiên, việc tác động trong một thời gian dài sẽ dẫn đến ở những nơi bị tác động của dụng cụ sẽ bị biến cứng và bị gãy vỡ, đều này dẫn đến dụng cụ không thể sử dụng được nửa nếu chi tiết gãy vỡ đóng vai trò quan trọng của dụng cụ.

Máy kiểm tra độ bền mỏi của sản phẩm nhựa mà nhóm đã nghiên cứu và chế tạo được ứng dụng để kiểm tra số lần tác động lực đến khi gãy lên dụng cụ đó là bao nhiêu nhằm mục đích kịp thời thay thế những chi tiết đã đạt đến giới hạn mỏi. Sau thời gian mười lăm tuần nghiên cứu thì nhóm em đã hoàn thành sản phẩm và tiến hành chạy thực nghiệm trên một số mẫu sản phẩm có sẵn cho thấy máy hoạt động ổn định và sai số tương đối nhỏ.

1.2. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

Ngày nay, khoa học kỹ thuật phát triển thì máy móc hiện đại cũng ra đời. Máy thử độ bền mỏi của sản phẩm nhựa là máy dùng để thử các mẫu sản phẩm nhựa nhằm đánh giá độ bền mỏi của sản phẩm trong thực tế. Đây là việc mà hầu hết các công ty sản xuất sản phẩm nhựa quan tâm ,và loại máy này chưa có mặt tại Việt Nam.

Trong thời đại hiện nay, việc luôn luôn phát minh, cải tiến, ứng dụng các phương pháp sản xuất mới vào trong thực tiễn sản xuất nhằm nâng cao chất lượng sản phẩm, giảm bớt thời gian và chi phí tạo ra là một phần trong chiến lược phát triển của các doanh nghiệp, công ty. Công tác nghiên cứu tạo ra các thiết bị, máy móc hiện đại, luôn được ưu tiên hàng đầu, việc nghiên cứu, tính toán thiết kế chế tạo máy thử mỏi không nằm ngoài quy luật đó, mục tiêu của đề tài là rất rõ ràng trong việc giảm bớt sức lao động, đáp ứng các nhu cầu cần thiết.

Đây là máy chưa có ở trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh cho nên đề tài “ Thiết kế - chế tạo hệ thống máy thử độ bền mỏi” có tính cần thiết, bắt kịp nhịp phát triển khoa học kĩ thuật trên thế giới.

1.3. Mục tiêu của đề tài

Mục tiêu của đề tài là nghiên cứu đề xuất kết cấu, thiết kế chế tạo ngàm kẹp máy thử độ bền mỏi, tạo các mẫu thử mỏi, thử mỏi và tổng hợp kết quả

1.4. Đối tượng nghiên cứu

Nội dung của đề tài được giới hạn trong phạm vi nghiên cứu lý thuyết và chế tạo

thử nghiệm dựa trên điều kiện hiện có:

- Mẫu theo tiêu chuẩn ISO 527-2:1993

1.5. Phương pháp nghiên cứu

- Phương pháp nghiên cứu lý luận.

 Phương pháp phân tích và tổng hợp lý thuyết.  Phương pháp mô hình hóa.

- Nhóm phương pháp nghiên cứu thực tiễn.

 Quan sát khoa học.  Phương pháp nghiên cứu sản phẩm hoạt động.  Phương pháp thực nghiệm khoa học.

1.6. Nhiệm vụ nghiên cứu

- Nghiên cứu tổng quan: mô hình máy thử độ bền mỏi trên thế giới . - Nghiên cứu cơ sở lý luận và thực tiễn về máy thử độ bền mỏi của vật liệu nhựa

 Nhu cầu của các công ty, xí nghiệp,... trong việc giảm chi phí sản xuất và

tăng lợi nhuận cho công ty, xí nghiệp,...

 Nghiên cứu thông qua các mô hình và bài báo trên thực tế hiện nay.

- Đề xuất & vận dụng của máy thử độ bền mỏi trong thực tế. - Kiểm nghiệm/Thực nghiệm kết quả nghiên cứu:

 Hiệu quả làm việc của máy phải đạt 80% trở lên

1.7. Phạm vi nghiên cứu

- Sưu tầm và nghiên cứu sách báo, tài liệu về lý thuyết độ bền mỏi của vật liệu nhựa. Dựa vào các bài báo khoa học uy tín cho những thông tin xác thực và mới nhất trên thế giới cũng như trong nước, góp phần làm cơ sở để phát triển đề tài.

- Tham khảo ý kiến đóng góp của giáo viên hướng dẫn và quý thầy cô có kinh

nghiệm ở trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM trong các lĩnh vực liên quan đến đề tài mà nhóm đang nghiên cứu.

1.8. Cấu trúc của bài báo cáo

- Chương 1: Mở đầu - Chương 2: Tổng quan

- Chương 3: Cơ sở lý thuyết - Chương 4: Chế tạo và kiểm nghiệm. - Chương 5: Đánh giá kết quả thử nghiệm - Kết luận và kiến nghị

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN

2.1. Giới thiệu về ngành công nghiệp nhựa

2.1.1. Trên thế giới:

Nhờ vào nhu cầu sử dụng ngày càng tăng nên tốc độ phát triển vô cùng ổn định, đặc biệt là các nước khu vực Châu Á. Ngành nhựa được đánh giá là một trong những ngành tăng trưởng ổn định nhất trong những năm gần đây. Cuộc khủng hoảng kinh tế năm 2008 đã mang đến nhiều thiệc hại, vậy mà ngành nhựa vẫn tăng 3% trong hai năm tiếp theo. Ở Trung Quốc tăng khoảng 10% và các nước Đông Nam Á thì khoảng 20% ở năm 2010.

Sự phát triển liên tục và bền vững của ngành Nhựa là do nhu cầu thế giới đang trong giai đoạn tăng cao. Sản lượng nhựa tiêu thụ trên thế giới ước tính đạt 500 triệu tấn năm 2010 với tăng trưởng trung bình 5%/năm (theo BASF). Nhu cầu nhựa bình quân trung bình của thế giới năm 2010 ở mức 40 kg/năm, cao nhất là khu vực Bắc Mỹ và Tây Âu với hơn 100 kg/năm. Dù khó khăn, nhu cầu nhựa không giảm tại 2 thị trường này trong năm 2009 – 2010 và thậm chí tăng mạnh nhất ở khu vực châu Á – khoảng 12-15%. Ngoài yếu tố địa lý, nhu cầu cho sản phẩm nhựa cũng phụ thuộc vào tăng trưởng của các ngành tiêu thụ sản phẩm nhựa (end-markets) như ngành thực phẩm (3.5%), thiết bị điện tử (2.9%), xây dựng (5% tại châu Á). Nhu cầu cho sản phẩm nhựa tăng trung bình 3.8%/năm trong ngành chế biến thực phẩm, 3.1% trong ngành thiết bị điện tử và 6-8% trong ngành xây dựng (Mỹ) là yếu tố quan trọng đẩy tăng nhu cầu nhựa thế giới. [1]

Hình 2.1: Sản lượng sản xuất/tiêu thụ nhựa trên thế giới

2.1.2. Ngành nhựa ở Việt Nam:

So với thế giới, ngành công nghiệp nhựa ở Việt Nam vẫn còn yếu ớt so với các ngành công nghiệp sừng sỏ khác như dệt may, viễn thông, cơ khí… Tuy nhiên trong những

năm trở lại đây ngành nhựa đã có sức vượt bật tăng trưởng nhanh chóng khẳng định vị trí trong thị trường (15% - 17%) , đứng thứ ba so với các ngành khác. Vốn dĩ sự phát triển nhanh chóng như trên là do thị trường ngày một mở rộng, nhu cầu sử dụng của người tiêu dùng ngày càng cao, có mối quan hệ mật thiết với các ngành công nghiệp khác. Không chỉ dừng lại ở đó, ngành nhựa vẫn đang lao mình vào sự phát triển không ngừng nghỉ của thị trường thế giới bằng tất cả các tiềm năng sẵn có của bản thân vì đây mới chỉ bước khởi đầu.

Để sánh vai với các cường quốc năm châu, không chỉ phát triển trong nước ngành nhựa còn mang tên mình sang với các nước khác trên thế giới và được đánh giá cao về chất lượng cũng như mẫu mã. Hiện nay, theo thống kê thì trong nước ta có khoảng 3000 doanh nghiệp đang kinh doanh về ngành nhựa. Song song với việc nhiều doanh nghiệp đến vậy thì việc nhập khẩu nguyên liệu nhựa cũng khá cao và có xu hướng tăng dần theo các năm.

Hình 2.2: Sản lượng sản xuất/tiêu thụ nhựa ở Việt Nam

Ngày nay vật liệu nhựa hầu như có mặt khắp mọi nơi và đóng vai trò vô cùng quan trọng trong sự phát triển của nền kinh tế nước ta. Ngành nhựa đã đóng góp cho các ngành công nghiệp như giao thông vận tải, quốc phòng, chế tạo máy, hàng không, đóng tàu, dân dụng,…rất lớn .

2.2. Thiết bị kéo nén

2.2.1. Miêu tả về máy kéo nén

Máy thử mỏi là giải pháp lý tưởng nhằm kiểm tra độ bền, khả năng chịu mỏi, đặc

tính lan truyền vết nứt trong cả phép thử tĩnh và động trên vật liệu.

Thiết bị thử mỏi hoạt động nhờ một cơ cấu kẹp chuyên dụng dùng để giữ sản

phẩm thử và cơ cấu chấp hành thực hiện chuyển động tịnh tiến.

Thiết bị thử độ bền mỏi của sản phẩm sau khi được ép.

Tính chất cần kiểm tra: độ bền mỏi của sản phẩm. 2.2.2. Các loại máy trên thị trường

2.2.2.1 Máy thử ỏi với tải tối đa là 25kN

Máy thử mỏi với tải thử tối đa 25 kN là giải pháp lý tưởng nhằm kiểm tra độ bền, khả năng chịu mỏi, đặc tính lan truyền vết nứt trong cả phép thử tĩnh và động trên vật liệu.

Máy thử mỏi bao gồm trọn bộ phụ kiện dành cho thử nghiệm kéo nén, uốn, mỏi tần số thấp, lan truyền vết nứt… phù hợp theo các tiêu chuẩn quốc tế như: ASTM E8, E466, D695, E606, E647, E1820, E399, D2344, D790, ISO 527-4, 13003, 6872…

*Thông số kỹ thuật:

Khả năng tải tối đa: ± 25 kN

Cảm biến lực độ phân giải 5 N, chính xác 0,3% của FS

Biên độ đầu phát động: ± 25mm với độ phân giải 0,1 µm

Tần số vận hành từ: 0 ÷ 100 Hz

Bộ điều khiển xử lý tín hiệu số DSP với Loop update 32kHz và 24 bit thu thập số

liệu

Nguồn 1 pha, 200-240 V, 15A

Trọng lượng: < 200 kg

Hình 2.3 Máy thử mỏi với tải tối đa 25kN [2]

2.2.2.2. Máy kéo nén vạn năng dạng 2 cột để sàn 5980

Máy kéo nén vạn năng 2 cột để sàn là hệ thống thử nghiệm tĩnh thực hiện các thử

nghiệm kéo và uốn, cắt, bóc tách,… với các loại vật liệu.

Tính năng của thiết bị

Lực tải chính xác phép đo: +/- 0.5% đến 1/1000 tùy chọn công suất tải của cảm

biến lực.

Tùy chọn thu thập dữ liệu lên đến 2.5 kHz đồng thời trên các kênh tải, kéo và

giãn.

Tốc độ từ 0.00005 đến 1016 mm/phút (0.000002 in/min đến 40in/min), phụ

thuộc vào model

Chiều cao thấp nhất để truy cập vào không gian làm việc.

Bảng điều khiển tùy chỉnh. Phần mềm tương thích Bluehill

Nhận diện đâù dò tự động cho cảm biến lực và đầu đo

Tùy chọn chiều cao và chiều rộng bổ sung có sẵn.

Hình 2.4 Máy kéo nén vạn năng dạng 2 cột để sàn 5980 [2]

2.2.2.3 Máy kéo nén vạn năng 10kN

- Hãng sản xuất: Tinius Olsen – Anh

- Máy kéo nén vạn năng 10 KNMáy kiểm tra vạn năng với khả năng tạo tải kéo và nén

lên đến 10kN.Các ngàm kẹp tùy chọn theo yêu cầu phù hợp cho mọi tiêu chuẩn và mọi

ứng dụng của khách hàng.Thiết bị đạt và vượt trội các tiêu chuẩn quốc tế ASTM E4 -

E83, ISO 7500-1, ISO 9513 và EN 10002-2, 10002-4.

- Thông số kỹ thuật:

Khả năng tạo tải kéo và nén lên đến 10kN.

Khoảng cách giữa 2 cột: 410 mm.

Hành trình đầu trượt lớn nhất: 1090 mm.

Tốc độ kiểm tra: từ 0.001 tới 1000 mm/phút

Khoảng lực làm việc: 0.2% đến 100% lực tại load cell

Độ chính xác lực: ± 0.2% lực tại load cell

Độ phân giải lực: 1 part in 8,388,608

Độ chính xác dịch chuyển: ± 0.005%.

Độ phân giải dịch chuyển: 0.1μm

Khả năng trở về vị trí ban đầu: 0.001 - 1000 mm/phút

Kích thước máy: 1625x729x506 mm.

Trọng lượng: 130 Kg

Hình 2.5 Máy kéo nén vạn năng 10kN [2]

CHƯƠNG 3: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

3.1 Cơ sở lý thuyết về độ bền mỏi [3]

3.1.1 Khái niệm

Trong nhiều chi tiết máy, dưới tác dụng của tải trọng, ứng suất trên mặt cắt

biến đổi tuần hoàn theo thời gian. Xét độ bền của một chi tiết hình trụ:

Hình 3.1 : Trục chịu uốn thuần túy

Xét một điểm M trên mặt ngoài của trục chịu uốn thuần túy phẳng quay với vận

tốc góc ω (rad/s).

Ta thấy ứng suất tại M biến thiên tuần hoàn theo thời gian với một hàm số hình sin. Như vậy với một vòng quay của trục, ứng suất tại M lại lần lượt qua các giá trị cực đại và cực tiểu, hai giá trị này bằng nhau nhưng khác dấu.

Hình 3.2 : Đường Sin của ứng suất tại điểm M

Người ta gọi hiện tượng vật liệu bị phá hoại do ứng suất thay đổi theo thời

gian là hiện tượng mỏi của vật liệu.

Nhận xét: khi chi tiết bị phá hủy mỏi ta thấy ở mặt cắt bị phá hoại có hai miền phân biệt, một miền nhẵn và một miền xù xì gợn hạt giống như sự phá hủy của vật liệu

giòn, mặc dù vật liệu chế tạo là vật liệu dẻo. Từ đó người ta đưa ra giả thuyết về sự phá hoại do hiện tượng mỏi như sau:

Hình 3.3 : Chi tiết bị phá hủy mỏi

Khi chịu tác dụng của ứng suất thay đổi, tuy giá trị của các ứng suất còn thấp hơn giới hạn đàn hồi của vật liệu, nhưng những biến dạng dẻo rất nhỏ đã xuất hiện.Những biến dạng dẻo rất nhỏ này lúc đầu hình thành trên toàn bộ thể tích của vật thể, sau chỉ phát triển ở những nơi bị yếu nhất có sự tập trung của ứng suất. Dần dần vùng biến dạng dẻo cục bộ này phát sinh thành những vết nứt rất bé. Do ứng suất thay đổi, các vết nứt phát triển lên và hai mặt bên của vết nứt va đập vào nhau làm cho hai mặt đó dần dần nhẵn đi. Do vết nứt phát triển, diện tích mặt cắt bị nhỏ dần và cuối cùng khi mặt cắt không đủ để chịu lực nữa thì thanh bị phá hoại đột ngột mà không có biến dạng dư lớn.

3.1.2 Quá trình phá hủy mỏi

Hiện tượng phá hủy mỏi được phát hiện ra từ giữa thế kỷ 19 và giới hạn mỏi được coi là một trong những chỉ tiêu tính toán chủ yếu để xác tịnh kích thước chi tiết. Thực tiễn cho thấy khoảng 90% các tổn thất của chi tiết do các vết nứt mỏi gây ra.

Quá trình phá hủy mỏi xảy ra khi chi tiết máy chịu ứng suất thay đổi. Quá trình phá hủy mỏi bắt đầu từ những vết nứt rất nhỏ sinh ra từ vùng chi chi tiết chịu ứng suất tương đối lớn. Khi số chu trình làm việc của chi tiết tăng lên thì các vết nứt này cũng mở rộng dần, chi tiết ngày càng bị yếu và cuối cùng xảy ra gãy hỏng.

3.1.3 Đường cong mỏi

Đường cong mỏi thể hiện mối quan hệ giữa ứng suất (ứng suất trung bình hoặc ứng suất lớn nhất) và số chu kỳ thay đổi ứng suất N của chi tiết máy tới khi hỏng hoàn toàn.

Giới hạn bền mỏi

Từ đồ thị ta thấy ứng suất càng cao thì tuổi thọ càng giảm. Khi ứng suất vượt qua giá trị σk số chu kỳ ứng suất giảm mạnh. Trị số σk gọi là giới hạn mỏi ngắn hạn của vật liệu.

Hình 3.4 Đồ thị đường cong mỏi

Ứng suất càng giảm thì số chu kỳ ứng suất càng tăng. Khi ứng suất giảm đến giá trị σo thì đường cong mỏi gần như nằm ngang tức là số chu kỳ ứng suất có thể tăng lên rất lớn mà chi tiết không bị gãy hỏng. Trị số σo gọi là độ bền dài hạn [1] của chi tiết máy. Ứng với σo là số chu kỳ cơ sở No.

Phương trình đường cong mỏi

σmN= C

Trong đó:

C là hằng số.

m là bậc của đường cong mỏi.

N số chu kỳ thay đổi

3.2. Gá đặt mẫu

- Gá đặt là quá trình định vị sau đó kẹp chặt chi tiết

 Định vị: Xác định vị trí tương quan giữa vật cần gá và chuẩn.  Kẹp chặt: Kẹp để cố định chi tiết lại không cho nó bị rung lắc khi ngoại

lực tác dụng.

Định vị bao giờ cũng trước kẹp chặt.

- Ví dụ: Gá đặt phôi vào mâm cặp ba chấu

 Định vị: Cho phôi trùng tâm mâm cặp.  Kẹp chặt: Vặn chốt lại để cố định phôi.

3.3. Tiêu chuẩn đo lường mẫu

Thử nghiệm kéo plastic theo tiêu chuẩn ASTM D638 là tiêu chuẩn phổ biến để xác định đặc tính cơ lý của vật liệu. ASTM D638 được chuẩn bị bằng cách tác dụng lực kéo lên mẫu thử và đo các tính chất khác nhau của mẫu thử khi chịu ứng suất. Mặc dù ASTM D638 đo nhiều thuộc tính độ bền kéo khác nhau

Yêu cầu với hệ thống thử nghiệm kéo với vật liệu plastic Hầu hết các thử nghiệm ASTM D638 được thực hiện trên máy thử nghiệm phổ quát hàng đầu bảng. Một hệ thống 5 kN hoặc 10 kN (1125 hoặc 2250 lbf) là phổ biến nhất, nhưng vì nhựa gia công và vật liệu composit với độ cứng lớn thì hệ thống có thể được yêu cầu là 30kN hoặc 50 kN.

Yêu cầu với ngàm kẹp Điều quan trọng nhất vẫn là việc giữ chắc mẫu thử nghiệm trong máy kéo. Ngàm kẹp phù hợp nhất là ngàm kẹp khí nén. Với ngàm kẹp khí nén, lực kẹp được duy trì bằng áp suất không khí, không đổi ngay cả khi độ dày mẫu thử thay đổi đáng kể trong quá trình thử nghiệm. Đối với các lực trên 10 kN, thường chỉ được tìm thấy với các vật liệu gia cố, nên sử dụng kẹp hành động nêm thủ công. 3.4. Tiêu chuẩn mẫu

Chọn mẫu kéo theo tiêu chuẩn ISO 527-2:1993 (tương tự TCVN 4501-2:2009) . Tiêu chuẩn này quy định các điều kiện thử đối với việc xác định các tính chất kéo của chất dẻo với hình dạng và kích thước như sau:

Hình 3.5 Mẫu theo ISO 527-2:1993

 Độ bền kéo

 Mô-đun kéo

 Độ giãn dài – độ tăng chiều dài kích thước đo so với kích thước ban đầu.

 Tỷ lệ Poisson

- Mặc dù ISO 527-2 đo nhiều thuộc tính độ bền kéo khác nhau, những điều sau đây là phổ biến nhất:

- Mẫu được tạo bằng phương pháp phun ép nhựa, nhựa được chọn là PA6 0% [4]và PA6 0%[5].

Đặc tính Tiêu chuẩn Đơn vị Giá trị

MPa Tính chất cơ học Độ bền kéo 80 ASTM D638

% Độ giãn dài 15 ASTM D638

MPa Độ bền uốn 115 ASTM D790

MPa 3500 ASTM D790 Modul uốn Độ dai và đập Izod kJ/m2 50 ASTM D256

Tính chất nhiệt

Nhiệt độ nóng chảy 68 ASTM D648 oC

Tính chất vật lý

Trọng lượng riêng 1.18 ASTM D792 g/cm3

Bảng 3.1 Đặc tính của nhựa PA6 0%

Đặc tính Tiêu chuẩn Đơn vị Giá trị

MPa Tính chất cơ học Độ bền kéo 170 ISO 527

% Độ giãn dài 4 ISO 527

MPa Độ bền uốn 230 ISO 178

MPa 7500 ISO 178 Modul uốn Độ dai và đập Izod kJ/m2 10 ISO 179

Độ cứng Rockwell ISO 2039-2 R Scale 115

Tính chất nhiệt

Nhiệt độ nóng chảy 220 ISO 3146 oC

Tính chất vật lý

Trọng lượng riêng 1.36 ISO 1183 g/cm3

Bảng 3.2 Đặc tính của nhựa PA6 30%

CHƯƠNG 4: CHẾ TẠO VÀ KIỂM NGHIỆM

4.1. Các thành phần chính của máy

Hình 4.1 Các thành phần chính của máy

Dựa vào hình 4.1 ta thấy kết cấu máy gồm 3 phần chính:

- Khung máy

- Khối bên phải mẫu kẹp

- Khối bên trái mẫu kẹp

Dựa vào 3 phần chính trên chúng ta sẽ liệt kê và chi nhỏ thành các khối chi tiết hơn để rõ ràng và dễ dàng trong quá trình chế tạo:

- Khung máy: chịu toàn bộ rung động và lực sinh ra trong quá trình làm việc. Nó kết nối tất cả các cụm chi tiết. Được chế tạo theo thiết kế của nhóm tại trường đại học.

- Khối bên phải mẫu gồm những cụm chi tiết giúp cho máy hoạt động gồm:

+ Ngàm giữ mẫu bên phải mẫu: đòi hỏi sự chính xác để tránh mậu bi trượt trong quá trình trượt, do đó nhóm đã đặt hàng chế tạo từ xưởng cơ khí CNC bên ngoài theo theo yêu cầu trên bản trên vẽ do nhóm thiết kế.

+ Cụm gắn ngàm kẹp với lò xo kết nối với hệ thống dẫn động: được chia nhỏ theo thiết kế và chế tạo tại trường đại học

+ Hệ thống dẫn hướng bằng ray trượt: do là những chi tiết tiêu chuẩn nó dễ dàng mua trên thị trường đáp ứng yêu cầu của thiết kế.

+ Hệ thống truyền động: cụm này bao gồm Động cơ và Truyền động đai.

+ Hệ thống điều khiển: khối này là điều khiển điện nên chúng tôi sẽ mua các thiết bị điện và lắp ráp nó cùng nhau dựa trên bản vẽ từ yêu cầu nhóm hệ thống điều khiển.

- Khối bên trái mẫu:

+ Hệ thống đo lực : được theo thông số và thiết lập theo tính toán và thiết kế của nhóm hệ thống điều khiển.

Mô tả hoạt động: nhờ sử dụng các cụm chi tiết trên, bên trái ngàm kẹp được kết nối với Load cell ở khung, bên phải ngàm kẹp, lò xo được dịch chuyển nhờ chuyển động tịnh tiến có tính chu kỳ của cơ cấu dẫn động qua dẫn hướng. Do tác động của lực kéo của lò xo lên ngàm làm giãn mẫu.

4.2. Chế tạo cụm ngàm kẹp

4.2.1. Tấm đỡ ngàm kẹp

Hình 4.2 Bản vẽ Tấm đỡ ngàm kẹp

Chức năng: làm giá đỡ cho Ngàm kẹp.

Yêu cầu chế tạo: rảnh trên tấm phải đạt dung sai đúng yêu cầu bản vẽ để tránh trường hợp Loadcell lắp không vừa hoặc tạo độ hở lớn.

Vật liệu: nhôm

Phương pháp chế tạo: tạo biên dạng ngoài bằng cách cắt laser CNC, phay và khoan theo yêu cầu bản vẽ.

*Địa chỉ nơi gia công: Xưởng Việt Đức- Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP. HCM

Bảng 4.1 Các tiến trình gia công Tấm đỡ ngàm

STT TIẾN TRÌNH DỤNG CỤ

1 - Phay mặt - Dao phay mặt đầu gắn mảnh hợp kim.

2 - Phay rảnh 20mm - Dao phay ngón Ø20mm.

- Khoan lỗ Ø12.5, Ø15.5 - Mũi khoan Ø12.5, Ø15.5, Ø2.5. 3 - Taro M3x0,5

Chế độ cắt: Dựa theo bảng tra chế độ cắt dành cho phay mặt đầu của sổ tay Chế Tạo Máy tập 2.

Phay mặt

Máy phay và dao phạy sử dụng như đã gia công các chi tiết trên

Lượng dư các bề mặt cần phay là 1,5mm

 Bước 1: Phay thô: t = Z = 1 mm

Tra bảng 5-125 sổ tay CNCTM2 trang 113, lượng chạy dao thô: Sz = 0,14 mm/răng.

Tốc độ cắt Vb =316 m/phút (Bảng 5-126 Sổ Tay CNCTM. Tập 2). Trị số này tương

ứng với chiều sâu cắt t = 1 mm

Hệ số điều chỉnh phụ thuộc vào cơ tính của thép: K1 = 1,26

Hệ số điều chỉnh phụ thuộc vào chu kỳ bền của dao: K2 = 0,87

Hệ số điều chỉnh phụ thuộc vào mác hợp kim cứng: K3=0,66 (T5K10)

Hệ số điều chỉnh phụ thuộc vào bề mặt gia công: K4 = 1

Hệ số điều chỉnh phụ thuộc vào chiều rộng phay: K5 = 1

Hệ số điều chỉnh phụ thuộc vào góc nghiêng chính: K6 = 1

Vậy tốc độ tính toán:

Vt = Vb . K1 . K2 . K3 . K4 . K5 . K6

= 316.1,26.0,87.0,66.1.1.1=228 m/phút

Số vòng quay tính toán:

= = 660 ( ) 𝑛𝑡 = 1000. 𝑉𝑡. 𝜋𝐷 1000.228 3,14.110 𝑣ò𝑛𝑔 𝑝ℎú𝑡

Vậy chọn số vòng quay theo máy là: nm = 700vòng/phút

Như vậy, tốc độ cắt thực tế là:

= = 242( ) 𝑉𝑡𝑡 = 𝜋𝐷𝑛 1000 3,14.110.700 1000 𝑚 𝑝ℎú𝑡

Lượng chạy dao phút:

Sph = Sz.Z.n = 0,14.4.700 = 392 mm/phút

Theo tiêu chuẩn máy phay ta chọn lượng chạy dao là Sph = 420 mm/phút (bảng 5-129 trang 117 số tay Công nghệ chế tạo máy tập 2)

Theo bảng 5-130 sổ tay CNCTM, tập 2, ta có công suất cắt là: Nc = 1.9 kW

So sánh: Nc = 1.9 kW < Nm = 5 kW

 Bước 2: Phay bán tinh: t = 0,5 mm

Tra bảng 5-125 ST CNCTM, lượng chạy vòng 𝑆0 = 0.2 mm/vòng. Tốc độ cắt Vb = 398 m/phút (Bảng 5-127 STCNCTM. Tập 2). Trị số này tương ứng với chiều sâu cắt t =0,5 mm

Hệ số điều chỉnh phụ thuộc vào cơ tính của thép: K1 = 1,26

Hệ số điều chỉnh phụ thuộc vào chu kỳ bền của dao: K2 = 0,87

Hệ số điều chỉnh phụ thuộc vào mác hợp kim cứng: K3=0,66

(T5K10)

Hệ số điều chỉnh phụ thuộc vào bề mặt gia công: K4 = 1

Hệ số điều chỉnh phụ thuộc vào chiều rộng phay: K5 = 1

Hệ số điều chỉnh phụ thuộc vào góc nghiêng chính: K6 = 1

Vậy tốc độ tính toán:

Vt = Vb . K1 . K2 . K3 . K4 . K5 . K6

= 398.1,26.0,87.0,66.1.1.1=288 m/phút

Số vòng quay tính toán:

= = 834 ( ) 𝑛𝑡 = 1000. 𝑉𝑡. 𝜋𝐷 1000.288 3,14.110 𝑣ò𝑛𝑔 𝑝ℎú𝑡

Vậy chọn số vòng quay theo máy là: nm = 880 vòng/phút

Như vậy, tốc độ cắt thực tế là:

= = 304 ( ) 𝑉𝑡𝑡 = 𝜋𝐷𝑛 1000 3,14.110.880 1000 𝑚 𝑝ℎú𝑡

Lượng chạy dao phút:

Sph = Sz.Z.n = 0,05.4.880 = 176 mm/phút

Theo tiêu chuẩn máy phay ta chọn lượng chạy dao là Sph = 175 mm/phút (bảng 5-129 trang 117 số tay Công nghệ chế tạo máy tập 2)

Theo bảng 5-130 sổ tay CNCTM, tập 2, ta có công suất cắt là: Nc nhỏ hơn 1.3 kW

So sánh: Nc 1.3 kW < Nm = 5 kW

Phay rãnh

Chọn dao phay ngón thép gió. Các thông số của dao: (tra bảng 5-153 sổ tay công nghệ CTM, tập 2)

+ Đường kính dao: D = 20 mm

+ Số răng: Z = 5

+ Vật liệu: Thép gió

+ Tuổi bền dao: T = 60 phút

Dụng cụ đo: thước kẹp dài 150 mm, độ chính xác 0.05

Phay rãnh: t = Z = 1,5 mm, B=20mm

Tra bảng 5-153 sổ tay CNCTM2, lượng chạy dao thô: Sz = 0,07 mm/răng.

Tốc độ cắt Vb =26,5 m/phút (Bảng 5-126 Sổ Tay CNCTM. Tập 2). Trị số này tương ứng với chiều sâu cắt t = 1 mm

Hệ số điều chỉnh phụ thuộc vào cơ tính của thép: K1 = 1,15

Hệ số điều chỉnh phụ thuộc vào chu kỳ bền của dao: K2 = 0,69

Vậy tốc độ tính toán:

Vt = Vb . K1 . K2

= 26,5.1,15.0,69=21 m/phút

Số vòng quay tính toán:

= = 334 ( ) 𝑛𝑡 = 1000. 𝑉𝑡. 𝜋𝐷 1000.21 3,14.20 𝑣ò𝑛𝑔 𝑝ℎú𝑡

Vậy chọn số vòng quay theo máy là: nm = 350 vòng/phút

Như vậy, tốc độ cắt thực tế là:

= = 22 ( ) 𝑉𝑡𝑡 = 𝜋𝐷𝑛 1000 3,14.20.350 1000 𝑚 𝑝ℎú𝑡

Lượng chạy dao phút:

Sph = Sz.Z.n = 0,07.5.350 = 123 mm/phút

Theo tiêu chuẩn máy phay ta chọn lượng chạy dao là Sph = 132 mm/phút (bảng 5-157 số tay Công nghệ chế tạo máy tập 2)

Theo bảng 5-157 sổ tay CNCTM, tập 2, ta có công suất cắt là: Nc = 1.2 kW

So sánh: Nc = 1.2 kW < Nm = 5 kW

Hình 4.3 Tấm đỡ ngàm sau khi chế tạo

4.2.2. Thân ngàm kẹp

Hình 4.4 Bản vẽ Thân ngàm kẹp

Chức năng: làm giá đỡ cho ngàm kẹp.

Yêu cầu chế tạo: đảm bảo sực chắc chắn, độ nhám bề mặt.

Vật liệu: sử dụng thép C45.

Phương pháp chế tạo: do yêu cầu độ nhám, độ song song của 2 mặt làm việc cao để đảm bảo không bị lệch khi lắp Ngàm kẹp, nên nhóm đã gia công tại xưởng phay CNC bên ngoài theo yêu cầu kỹ thuật của nhóm.

Hình 4.5 Thân ngàm kẹp sau khi gia công

*Địa chỉ cơ sở thuê: 50 Đường số 185, Phước Long B, Quận 9, TP. Hồ Chí Minh

4.2.3. Ngàm kẹp

Hình 4.6 Bản vẽ Ngàm kẹp

Chức năng: cố định mẫu thử.

Yêu cầu chế tạo: đảm bảo sực chắc chắn, độ hở của lòng khuôn với với mẫu thử theo yêu càu bản vẽ.

Vật liệu: sử dụng thép C45.

Phương pháp chế tạo: do phải tạo biên dạng phù hợp với mẫu thử, nên nhóm đã gia công tại xưởng phay CNC bên ngoài theo yêu cầu kỹ thuật của nhóm.

Hình 4.7 Ngàm kẹp sau khi gia công

- Gá đặt mẫu vào ngàm với định vị là việc lợi dụng hai góc bo của mẫu cùng với mặt phẳng đặt mẫu, thành dọc mẫu sau đó kẹp chặt mẫu để đảm bảo mẫu không bị xê dịch và chắc chắn hơn trong quá trình vận hành máy.

4.2.4. Tấm kẹp mẫu

Hình 4.8 Bản vẽ Tấm kẹp mẫu

Chức năng: cố định mẫu thử.

Yêu cầu chế tạo: đảm bảo sực chắc chắn theo yêu càu bản vẽ.

Vật liệu: sử dụng thép C45.

Phương pháp chế tạo: khoan và cắt laser CNC theo yêu cầu bản vẽ.

Hình 4.9 Tấm kẹp mẫu sau khi gia công

4.2.5 Lắp ráp

Hình 4.10 Cụm ngàm kẹp lắp ráp trên Inventor

Hình 4.11 Cụm ngàm kẹp lắp ráp thực tế

4.3. Khảo nghiệm chạy thiết bị đo độ bền mỏi:

Quá trình khảo nghiệm thiết bị được thực hiện tại nơi đặt máy là xưởng Vật liệu của Trường Đh Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.HCM. 4.3.1.Mục đích - Kiểm tra khả năng làm việc của ngàm kẹp - Xem xét độ rung động của thiết bị. - Kiểm tra độ an toàn của thiết bị. 4.3.2. Bố trí kiểm nghiệm : - Xem xét kết cấu của máy hoạt động. - Đưa máy vào vị trí thí nghiệm, kiểm tra hoạt động của loadcell. - Gá mẫu thử - Cấp nguồn điện.

4.4. Thực nghiệm máy thiết bị đo độ bền mỏi:

4.4.1. Mục tiêu thực nghiệm máy - Kiểm tra chất lượng của máy: Kết quả thực nghiệm kéo mẫu có đúng như trên nguyên cứu hay không. - Kiểm tra độ ổn định của máy: Ngàm kẹp đảm bảo tính kẹp chặt như ban đầu đã đưa ra hay không. 4.4.2 Tiến hành Kết nối nguồn điện với máy

Hình 4.12 Kết nối rắc cắm với ổ cắm nằm ở phía bên hông của hộp điện.

Bật CP điện phía bên trong hộp điện.

Hình 4.13 Bật CP để cấp nguồn cho toàn mạch điện.

Kết nối cáp điều khiển của máy với máy tính.

Hình 4.14 Kết nối các cáp Kết nối cáp điều khiển sevor với máy tính để điều chình tốc độ của động cơ. Kết nối cáp tín hiệu của loadcell để nhận thông số, giá trị đo của loadcell.

Mở file phần mềm của loadcell Bước 1:Mở phần mềm labview

Hình 4.15 Phần mềm labview Bước 2: Mở file được lập trình sẵn trong labview.

Hình 4.16 Lập trình trong labview

(running) để chạy chương trình.

Bước 3: nhấn vào biểu tượng Bước 4: nhấn vào nút reset để set giá trọn loadcell về 0 (trước lúc gá mẫu set về 0 lần 1 , sau khi gá mẫu xong trước khi chạy set về 0 lần 2)

Hình 4.17 Lập trình labview

Mở phầm mềm điều khiển động cơ.

Bước 1: Mở phầm mềm DOPSoft

Hình 4.18 Phần mềm DOPSoft Bước 2: Mở file được lập trình sẵn

Hình 4.19 Giao diện DOPSoft

(on-line simulation) Bước 3: Nhấn vào biểu tượng Sau đó ta có màn hình điều khiển HMI ảo.

Hình 4.20 Màn hình điều khiển HMI ảo

Bước 4: Nhấn vào ô TOC DO để set tốc độ. Bước 5: Nhấn vào nút SEVOR ON để cấp điện cho servo. Bước 6: Nhấn vào nút RUN để động cơ chạy. Bước 7: Khi muốn dừng động cơ nhấn STOP. Note 1: Khi muốn set lại vận tốc động cơ thì nhấn nút SEVOR ON 1 lần nữa để trả lại trang thái ban đầu và nhấn nút RESET, sau đó có thể set tốc độ động cơ Note 2: Trước lúc gá mẫu cho động cơ về vị trí ban đầu.

Hình 4.21 Động cơ ở vị trí ban đầu

Tiến hành gá đặt mẫu Bước 1: Chọn mẫu cần gá đặt.

Hình 4.22 Gá mẫu Bước 2: Siết các con vít để mẫu được ép chặt.

Hình 4.23 Kẹp chặt mẫu

Bước 3: Vặn ốc siết để kéo căng mẫu.

Hình 4.24 Kéo căng mẫu

Bước 4: Siết vít 2 bên để cố định

Hình 4.25 Cố định mẫu

Quá trình máy test mẫu thử.

Khi test mẫu thử sẽ xuất hiện biểu đồ lực, biểu đồ lực có xu hướng đi xuống, khi lực giảm xuống 10% thì cho máy dừng.

Hình 4.26 Giao diện khi máy dừng Sau khi máy dừng nhấn chuột phải chọn ‘clear chart’ thì nó sẽ xuất tất cả dữ liệu đo được sang Excel.

Hình 4.27 Kết quả xuất dưới dạng Excel

Lọc kết quả

Sau khi xuất ra file excel ta copy toàn bộ kết quả qua file excel đã được lập trình sẵn. Bước 1: - Quan sát trên dữ liệu ta thấy kết quả lực lớn nhất đo được là X. Vậy lực khi giảm 10% là: X – X.(90/100) =Y Bước 2: - Sử dụng tổ hợp ALT+G sẽ hiển thi bảng. - Nhập giá trị Y vào và enter 2 lần.

Hình 4.28 Giao diện Excel để nhập giá trị Y

Bước 3: - Sau khi nhập Y máy tính sẽ lọc kết quả lớn hơn hoặc bằng Y.

Hình 4.29 Giao diện Excel khi lọc kết quả Y

- Sau đó ta kéo xuống tới giá trị đáy sau khi lọc sẽ biết được thời gian lực giảm 10% chính xác.

Hình 4.30 Giao diện Excel thời gian lực giảm 10%

- Thấy quan sát thấy tới thời gian 7:21:56 là xấp xỉ: 7 phút 22 giây= (S) giây.

Mà bảng này sử dụng tần số 4Hz = 4 chu kì /giây

Vậy số chu kì là: S.4= 4S (chu kì).

 Với tần số 4hz thì mẫu qua 4S chu kì sẽ mỏi.

4.4.3 Nhận xét quá trình thực nghiệm máy

- Quá trình thiết kế - chế tạo và thực nghiệm còn gặp nhiều khó khăn, nhất là trong khâu gia công cữ, ngàm kẹp, giá đỡ loacell - Thiết kế và chế tạo cần đảm bảo tính đồng nhất với nhau.

- Ngàm kẹp sau thời gian hoạt động thì không còn kẹp chặt như ban đầu. - Việc chế tạo ngàm kẹp vẫn còn hạn chế

4.5. Vấn đề an toàn và hướng dẫn khi sử dụng máy

4.5.1 Vấn đề an toàn

Máy có cơ cấu chuyển động tịnh tiến liên kết với nhau nên quá trình vận hành, sử dụng máy dễ xảy ra trục trặc. Các hệ thống ngàm kẹp sẽ không còn cứng vững như lúc đầu

Các biện pháp an toàn:

- Biện pháp chóng rung khi máy hoạt động, di chuyển máy, sửa chữa máy. - Cần thường xuyên kiểm tra hệ thống ngàm kẹp để đảm bảo tính kẹp chặt - Sử dụng găng tay, bao tay, đồ bảo hộ khi vận hành máy để tránh các tai nạn có thể xảy ra. - Thường xuyên bảo trì ngàm kẹp để hoạt động tốt nhất

4.5.2 Hướng dẫn sử dụng máy

Trước khi sử dụng máy phải kiểm tra dầu cho các ổ lăn trên gối đỡ trục, kiểm tra lại các động cơ, hệ thống ngàm kẹp mẫu.

Chỉnh tốc độ động cơ theo yêu cầu phù hợp với tần số

Sau khi làm việc phải lau chùi, dọn dẹp để tránh tình trạng bị gỉ sét các bộ phận của máy.

Kiểm tra định kì, thay thế ổ lăn mới khi phát hiện bị dơ hoặc hư hỏng khi cần thiết.

Tuân thủ các hệ thống an toàn điện trước khi sử dụng.

CHƯƠNG 5: ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ THỬ NGHIỆM

5.1. Mẫu thử nghiệm

Mẫu được tạo bằng phương pháp phun ép nhựa, nhựa được chọn là PA6 30% [7] và PA6 0%[8].

5.1.1. Nhựa PA6 30%

Thông số ép của PA6 0%

Bảng 5.1 Thông số ép của PA6 0%

Thông số sấy nhựa PA6 0%

Bảng 5.2 Thông số sấy nhựa PA6 0%

5.1.2. Nhựa PA6 30%

Thông số ép của PA6 30%

Bảng 5.3 Thông số ép của PA6 30%

Bảng 5.4 Thông số sấy nhựa PA6 30%

5.2. Điều khiện mẫu thử

5.2.1 Thông số đầu vào sản phẩm kéo vật liệu PA6-0%

Nhiệt độ sấy nhựa: 80 (0C) Thời gian sấy nhựa: 90 phút

Yếu tố Mức độ 1 Mức độ 2 Mức độ 3

Thời gian bão hòa (s) 2,4 3,2 4

Áp suất bão áp (MPa) 13 16 19

Tốc độ phun (%) 50 70 90

Nhiệt độ tấm gia nhiệt (0C) 30 160 268

Nhiệt độ nhựa (0C) 260 270 280

Bảng 5.5: Thông số đầu vào sản phẩm kéo vật liệu PA6-30%:

5.2.2 Thông số đầu vào sản phẩm kéo vật liệu PA6-30%

Nhiệt độ sấy nhựa: 80 (0C) Thời gian sấy nhựa: 90 phút

Yếu tố Mức độ 1 Mức độ 2 Mức độ 3

3,4 4,2 Thời gian bão hòa (s) 2,6

30 36 Áp suất bão áp (MPa) 24

70 90 Tốc độ phun (%) 50

160 268 Nhiệt độ tấm gia nhiệt (0C) 30

280 290 Nhiệt độ nhựa (0C) 270

Bảng 5.6: Thông số đầu vào sản phẩm kéo vật liệu PA6-0%:

5.3. Phân tích, đánh gái kết quả nhựa PA6 0% 5.3.1. Tần số 3Hz

Bảng 5.7: Trung bình giá trị chu kì và giá trị tỷ lệ S/N vât liệu PA6-0%

S/n

Thời gian bão hòa (s) Áp suất bão áp (MPa) Tốc độ phun (%) Nhiệt độ tấm gia nhiệt (0C) Nhiệt độ nhựa (0C) Giá trị trung bình chu kì

1 2.6 24 50 30 260 729 57.25

2 2.6 24 50 30 270 912 59.20

3 2.6 24 50 30 280 966 59.70

4 2.6 30 70 160 260 909 59.17

5 2.6 30 70 160 270 963 59.67

6 2.6 30 70 160 280 1092 60.76

7 2.6 36 90 268 260 942 59.48

8 2.6 36 90 268 270 1050 60.42

9 3.4 36 90 268 280 1218 61.71

10 3.4 24 70 268 260 846 58.55

11 3.4 24 70 268 270 1032 60.27

12 3.4 24 70 268 280 1077 60.64

13 3.4 30 90 30 260 969 59.73

14 3.4 30 90 30 270 1023 60.20

15 3.4 30 90 30 280 1059 60.50

16 3.4 36 50 160 260 888 58.97

17 3.4 36 50 160 270 960 59.65

18 3.4 36 50 160 280 1329 62.47

19 4.2 24 90 160 260 834 58.42

20 4.2 24 90 160 270 930 59.37

21 4.2 24 90 160 280 1200 61.58

22 4.2 30 70 268 260 999 59.99

23 4.2 30 70 268 270 1005 60.04

24 4.2 30 70 268 280 1155 61.25

25 4.2 36 50 30 260 945 59.51

26 4.2 36 50 30 270 969 61.50

27 4.2 36 50 30 280 1188 64.00

Đồ thị 5.1: Ảnh hưởng của các tham số đến giá trị chu kì theo giá trị S/n của vật liệu

PA6-0%.

Bảng 5.8: Kết quả tỷ lệ giá trị S/N theo từng mức độ sản phẩm kéo vật liệu PA6-0%

Áp suất bão áp B (MPa) Tốc độ phun C (%) Thời gian bão áp A (s) Nhiệt độ tấm gia nhiệt D (0C) Nhiệt độ nhựa E (0C)

Mức độ 1 59.71 59.44 59.84 59.70 59.01

Mức độ 2 60.11 60.15 59.98 60.01 59.84

Mức độ 3 60.15 60.38 60.16 60.26 61.12

Dựa vào đồ thị ảnh hưởng của các tham số đến giá trị chu kì, ta có thể chọn được bộ tham số tối ưu cho sản phẩm kéo bằng vật liệu PA6-0%:

- Thời gian bão áp: 3,2 giây - Áp suất bão áp: 19 MPa - Tốc độ phun: 90 % - Nhiệt độ tấm gia nhiệt: 268 (0C) - Nhiệt độ nhựa: 280 (0C) Thử nghiệm xác nhận:

- Sau khi phân tích thử nghiệm bằng phương pháp phân tích Taguchi cho thấy mức độ tối ưu của bộ tham số đầu vào ảnh hưởng đến giá trị độ bền mỏi của nhựa PA6- 0% được xác định là A3, B3, C3, D3, E3 được sử dụng làm mô hình phụ để dư đoán tỷ

lệ S/n thu được từ thí nghiệm. Mô hình thí nghiệm ta cho thấy tổng hiệu ứng từ một số yếu tố bằng tổng mỗi hiệu ứng riêng lẻ. Vì tất cả các yếu tố đầu vào được sử dụng cung cấp ảnh hưởng đáng kể đến giá trị S/n, giá trị S/n dự đoán được tính như sau:

- ∅𝑝𝑟𝑒𝑑𝑖𝑐𝑡 = 𝜉 + (𝐴3 − 𝜉) + (𝐵3 − 𝜉) + (𝐶3 − 𝜉) + (𝐷3 − 𝜉) − (𝐸3 − 𝜉) - Trong đó: 𝜉 là giá trị trung bình của tổng tỷ lệ S/N và A3, B3, C3, D3, E3 là tỷ

lệ S/N trên mỗi mức đang kể.

- 𝜉 = 59,99 - ∅𝑝𝑟𝑒𝑑𝑖𝑐𝑡 = 59,99 + (60,15 − 59,99) + (60,38 − 59,99) + (60,16 − 59,99) +

(60,26 − 59,99) + (61,12 − 59,99) = 62,50

- Ta có giá trị dự đoán ∅𝑝𝑟𝑒𝑑𝑖𝑐𝑡 = 62,50 và giá trị tối ưu trong bảng thực nghiệm

Taguchi = 62,47

62,47−62,50

- Áp dụng công thức (4.2) ta có:

62,50

- ∆= . 100 = 0,05 < 10%

Từ kết quả trên cho thấy mô hình phù hợp để dự đoán các giá trị của bộ thông số tối ưu là (A3, B3, C3, D3, E3). Bảng 5.9 cho thấy giá trị S/n của vật liệu PA6-0% cho bộ thông số ban đầu là (A1, B1, C1, D1, E1) và bộ thông số tối ưu dự đoán Taguchi là ( A3, B3, C3, D3, E3) có giá trị S/n lần lượt là 57,25 và 62,50 so với bộ thông số ban đầu thì bộ thông số tối ưu tăng 8,4%. So với bộ thông số tối ưu nhất trong 27 thí nghiệm thì bộ thông số tối ưu dự đoán Taguchi tăng 0,05%.

Bảng 5.9: Giá trị thực nghiệm và dự đoán của sản phẩm kéo vật liệu PA6-0% theo tỉ lệ

S/n

Bộ thông số Mức độ S/n

Ban đầu A1 B1 C1 D1 E1 57,25

Tối ưu trong 27 thí nghiệm A1 B3 C3 D3 E3 62,47

Tối ưu dự đoán Taguchi A3 B3 C3 D3 E3 62,50

5.3.2. Tần số 4Hz

Bảng 5.10: Trung bình giá trị chu kì và giá trị tỷ lệ S/N vât liệu PA6-0%

STT Thời S/n

gian bão hòa (s) Áp suất bão áp (MPa) Tốc độ phun (%) Nhiệt độ tấm gia nhiệt (0C) Nhiệt độ nhựa (0C) Giá trị trung bình chu kì

1 2.6 24 50 30 260 736 57.34

2 2.6 24 50 30 270 904 59.12

3 2.6 24 50 30 280 972 59.75

4 2.6 30 70 160 260 736 57.34

5 2.6 30 70 160 270 972 59.75

6 2.6 30 70 160 280 1280 62.14

7 2.6 36 90 268 260 1112 60.92

8 2.6 36 90 268 270 1292 62.23

9 3.4 36 90 268 280 1288 62.20

10 3.4 24 70 268 260 888 58.97

11 3.4 24 70 268 270 1000 60.00

12 3.4 24 70 268 280 1020 60.17

13 3.4 30 90 30 260 956 59.61

14 3.4 30 90 30 270 1092 60.76

15 3.4 30 90 30 280 1216 61.70

16 3.4 36 50 160 260 920 59.28

17 3.4 36 50 160 270 1120 60.98

18 3.4 36 50 160 280 1060 60.51

19 4.2 24 90 160 260 1100 60.83

20 4.2 24 90 160 270 1044 60.37

21 4.2 24 90 160 280 1176 61.41

22 4.2 30 70 268 260 736 57.34

23 4.2 30 70 268 270 844 58.53

24 4.2 30 70 268 280 1768 64.95

25 4.2 36 50 30 260 736 57.34

26 4.2 36 50 30 270 976 59.79

27 4.2 36 50 30 280 1584 64.00

Đồ thị 5.2: Ảnh hưởng của các tham số đến giá trị chu kì theo giá trị S/n của vật liệu

PA6-0%.

Bảng 5.11: Kết quả tỷ lệ giá trị S/N theo từng mức độ sản phẩm kéo vật liệu PA6-0%

Áp suất bão áp B (MPa) Tốc độ phun C (%)

Thời gian bão áp A (s) Nhiệt độ tấm gia nhiệt D (0C) Nhiệt độ nhựa E (0C)

Mức độ 1 60.09 59.77 59.75 59.93 58.77

Mức độ 2 6022 60.24 59.94 60.29 60.17

Mức độ 3 60.51 60.080 61.11 60.59 61.187

Dựa vào đồ thị ảnh hưởng của các tham số đến giá trị chu kì, ta có thể chọn được

bộ tham số tối ưu cho sản phẩm kéo bằng vật liệu PA6-0%:

- Thời gian bão áp: 3,2 giây - Áp suất bão áp: 19 MPa - Tốc độ phun: 90 % - Nhiệt độ tấm gia nhiệt: 268(0C) - Nhiệt độ nhựa: 280 (0C) Thử nghiệm xác nhận: - Sau khi phân tích thử nghiệm bằng phương pháp phân tích Taguchi cho thấy mức độ tối ưu của bộ tham số đầu vào ảnh hưởng đến giá trị độ bền mỏi

của nhựa PA6-0% được xác định là A3, B3, C3, D3, E3 được sử dụng làm mô hình phụ để dư đoán tỷ lệ S/n thu được từ thí nghiệm. Mô hình thí nghiệm ta cho thấy tổng hiệu ứng từ một số yếu tố bằng tổng mỗi hiệu ứng riêng lẻ. Vì tất cả các yếu tố đầu vào được sử dụng cung cấp ảnh hưởng đáng kể đến giá trị S/n, giá trị S/n dự đoán được tính như sau:

lệ S/N trên mỗi mức đang kể.

- 𝜉 = 60.16 - ∅𝑝𝑟𝑒𝑑𝑖𝑐𝑡 = 60,16 + (60,51 − 60,16) + (60,80 − 60,16) + (61,11 − 60,16) +

(60,59 − 60,16) + (61,87 − 60,16) = 64,24

- Ta có giá trị dự đoán ∅𝑝𝑟𝑒𝑑𝑖𝑐𝑡 = 64.24 và giá trị tối ưu trong bảng thực nghiệm

Taguchi = 64,95

64,95−64,24

- Áp dụng công thức (4.2) ta có:

64,24

- ∆= . 100 = 1,1 < 10%

Từ kết quả trên cho thấy mô hình phù hợp để dự đoán các giá trị của bộ thông số tối ưu là (A3, B3, C3, D3, E3). Bảng 5.12 cho thấy giá trị S/n của vật liệu PA6-0% cho bộ thông số ban đầu là (A1, B1, C1, D1, E1) và bộ thông số tối ưu dự đoán Taguchi là ( A3, B3, C3, D3, E3) có giá trị S/n lần lượt là 57,34 và 64,24 so với bộ thông số ban đầu thì bộ thông số tối ưu tăng 10,7%. So với bộ thông số tối ưu nhất trong 27 thí nghiệm thì bộ thông số tối ưu dự đoán Taguchi giảm 1,1%.

Bảng 5.12: Giá trị thực nghiệm và dự đoán của sản phẩm kéo vật liệu PA6-0% theo

tỉ lệ S/n

Bộ thông số Mức độ S/n

Ban đầu A1 B1 C1 D1 E1 57,34

Tối ưu trong 27 thí nghiệm A1 B3 C3 D3 E3 64,95

Tối ưu dự đoán Taguchi A3 B3 C3 D3 E3 64,24

5.3.3. Tần số 5Hz

Bảng 5.13: Trung bình giá trị chu kì và giá trị tỷ lệ S/N vât liệu PA6-0%

STT Thời S/n

gian bão hòa (s) Áp suất bão áp (MPa) Tốc độ phun (%) Nhiệt độ tấm gia nhiệt (0C) Nhiệt độ nhựa (0C) Giá trị trung bình chu kì

1 2.6 24 50 30 260 800 58,06

2 2.6 24 50 30 270 850 58,59

3 2.6 24 50 30 280 1010 60,09

4 2.6 30 70 160 260 825 58,33

5 2.6 30 70 160 270 880 58,89

6 2.6 30 70 160 280 1280 62,14

7 2.6 36 90 268 260 1085 60,71

8 2.6 36 90 268 270 1175 61,40

9 3.4 36 90 268 280 1505 63,55

10 3.4 24 70 268 260 925 59,32

11 3.4 24 70 268 270 940 59,46

12 3.4 24 70 268 280 1260 62,01

13 3.4 30 90 30 260 1020 60,17

14 3.4 30 90 30 270 1045 60,38

15 3.4 30 90 30 280 1550 63,81

16 3.4 36 50 160 260 830 58,38

17 3.4 36 50 160 270 940 59,46

18 3.4 36 50 160 280 1105 60,87

19 4.2 24 90 160 260 1130 61,06

20 4.2 24 90 160 270 1165 61,33

21 4.2 24 90 160 280 1430 63,11

22 4.2 30 70 268 260 820 58,28

23 4.2 30 70 268 270 955 59,60

24 4.2 30 70 268 280 1325 62,44

25 4.2 36 50 30 260 1030 60,26

26 4.2 36 50 30 270 1040 60,34

27 4.2 36 50 30 280 1075 60,63

Đồ thị 5.3: Ảnh hưởng của các tham số đến giá trị chu kì theo giá trị S/n của vật liệu PA6-0%.

Bảng 5.14: Kết quả tỷ lệ giá trị S/N theo từng mức độ sản phẩm kéo vật liệu PA6-0%

Áp suất bão áp B (MPa) Tốc độ phun C (%)

Thời gian bão áp A (s) Nhiệt độ tấm gia nhiệt D (0C) Nhiệt độ nhựa E (0C)

Mức độ 1 60.20 60.34 59.53 60.26 59.40

Mức độ 2 60.43 60.45 60.15 60.40 59.97

Mức độ 3 60.78 60.62 61.72 60.75 62.04

Dựa vào đồ thị ảnh hưởng của các tham số đến giá trị chu kì, ta có thể chọn được bộ tham số tối ưu cho sản phẩm kéo bằng vật liệu PA6-0%:

- Thời gian bão áp: 3,2 giây - Áp suất bão áp: 19 MPa - Tốc độ phun: 90% - Nhiệt độ tấm gia nhiệt: 268 (0C) - Nhiệt độ nhựa: 280 (0C) Thử nghiệm xác nhận:

yếu tố bằng tổng mỗi hiệu ứng riêng lẻ. Vì tất cả các yếu tố đầu vào được sử dụng cung cấp ảnh hưởng đáng kể đến giá trị S/n, giá trị S/n dự đoán được tính như sau:

lệ S/N trên mỗi mức đang kể.

- 𝜉 = 60.47 - ∅𝑝𝑟𝑒𝑑𝑖𝑐𝑡 = 60,47 + (60,78 − 60,47) + (60,62 − 60,47) + (61,72 − 60,47) +

(60,75 − 60,47) + (62,04 − 60,47) = 64,03

- Ta có giá trị dự đoán ∅𝑝𝑟𝑒𝑑𝑖𝑐𝑡 = 64,03 và giá trị tối ưu trong bảng thực nghiệm

Taguchi = 63,81

63.81−64,03

- Áp dụng công thức (4.2) ta có:

64,03

- ∆= . 100 = 0,34 < 10%

Từ kết quả trên cho thấy mô hình phù hợp để dự đoán các giá trị của bộ thông số tối ưu là (A3, B3, C3, D3, E3). Bảng 5.15 cho thấy giá trị S/n của vật liệu PA6-0% cho bộ thông số ban đầu là (A1, B1, C1, D1, E1) và bộ thông số tối ưu dự đoán Taguchi là ( A3, B3, C3, D3, E3) có giá trị S/n lần lượt là 58,06 và 63,81 so với bộ thông số ban đầu thì bộ thông số tối ưu tăng 9,3%. So với bộ thông số tối ưu nhất trong 27 thí nghiệm thì bộ thông số tối ưu dự đoán Taguchi tăng 0,34%.

Bảng 5.15: Giá trị thực nghiệm và dự đoán của sản phẩm kéo vật liệu PA6-0% theo tỉ lệ S/n

Bộ thông số Mức độ S/n

Ban đầu A1 B1 C1 D1 E1 58,06

Tối ưu trong 27 thí nghiệm A1 B3 C3 D3 E3 63.81

Tối ưu dự đoán Taguchi A3 B3 C3 D3 E3 64.03

5.4. Phân tích, đánh giá kết quả PA6 30%

5.4.1. Tần số 3Hz

Bảng 5.16: Trung bình giá trị độ bền kéo và giá trị tỷ lệ S/N vât liệu PA6-30%

S/n

Thời gian bão hòa (s) Áp suất bão áp (MPa) Tốc độ phun (%) Nhiệt độ tấm gia nhiệt (0C) Nhiệt độ nhựa (0C) Giá trị trung bình chu kì

1 2.6 24 50 30 260 855 58.64

2 2.6 24 50 30 270 976 59.79

3 2.6 24 50 30 280 1059 60.50

4 2.6 30 70 160 260 885 58.94

5 2.6 30 70 160 270 1194 61.54

6 2.6 30 70 160 280 1218 61.71

7 2.6 36 90 268 260 1155 61.25

8 2.6 36 90 268 270 1347 62.59

9 3.4 36 90 268 280 1488 63.45

10 3.4 24 70 268 260 999 59.99

11 3.4 24 70 268 270 1200 61.58

12 3.4 24 70 268 280 1320 62.41

13 3.4 30 90 30 260 1083 60.69

14 3.4 30 90 30 270 1059 60.50

15 3.4 30 90 30 280 1278 62.13

16 3.4 36 50 160 260 1008 60.07

17 3.4 36 50 160 270 1284 62.17

18 3.4 36 50 160 280 1314 62.37

19 4.2 24 90 160 260 1023 60.20

20 4.2 24 90 160 270 1143 61.16

21 4.2 24 90 160 280 1420 63.05

22 4.2 30 70 268 260 1038 60.32

23 4.2 30 70 268 270 1119 60.98

24 4.2 30 70 268 280 1140 61.14

25 4.2 36 50 30 260 1110 60.91

26 4.2 36 50 30 270 1251 61.95

27 4.2 36 50 30 280 1392 62.87

Đồ thị 5.4: Ảnh hưởng của các tham số đến giá trị chu kì theo giá trị S/n của vật liệu

PA6-30%.

Bảng 5.17: Kết quả tỷ lệ giá trị S/N theo từng mức độ sản phẩm kéo vật liệu PA6-

30%

Áp suất bão áp B (MPa) Tốc độ phun C (%) Nhiệt độ tấm gia nhiệt D (0C) Nhiệt độ nhựa E (0C) Thời gian bão áp A (s)

Mức độ 1 60.93 60.81 60.66 60.89 60.11

Mức độ 2 61.32 60.88 61.32 61.25 61.36

Mức độ 3 61.40 61.96 61.67 61.52 62.18

Dựa vào đồ thị ảnh hưởng của các tham số đến giá trị độ bền kéo, ta có thể chọn

được bộ tham số tối ưu cho sản kéo bằng vật liệu PA6-30%:

- Thời gian bão áp: 3,4 giây - Áp suất bão áp: 36 MPa - Tốc độ phun: 90 % - Nhiệt độ tấm gia nhiệt: 268 (0C) - Nhiệt độ nhựa: 290 (0C)

Thử nghiệm xác nhận:

- Sau khi phân tích thử nghiệm bằng phương pháp phân tích Taguchi cho thấy mức độ tối ưu của bộ tham số đầu vào ảnh hưởng đến giá trị độ bền mỏi của nhựa PA6- 30% được xác định là A3, B3, C3, D3, E3 được sử dụng làm mô hình phụ để dư đoán tỷ lệ S/n thu được từ thí nghiệm. Mô hình thí nghiệm ta cho thấy tổng hiệu ứng từ một số yếu tố bằng tổng mỗi hiệu ứng riêng lẻ. Vì tất cả các yếu tố đầu vào được sử dụng cung cấp ảnh hưởng đáng kể đến giá trị S/n, giá trị S/n dự đoán được tính như sau:

lệ S/N trên mỗi mức đang kể.

- 𝜉 = 61,22 - ∅𝑝𝑟𝑒𝑑𝑖𝑐𝑡 = 61,22 + (61,40 − 61,22) + (61,96 − 61,22) + (61,67 − 61,22) +

(61,52 − 61,22) + (62,18 − 61,22) = 63,85

- Ta có giá trị dự đoán ∅𝑝𝑟𝑒𝑑𝑖𝑐𝑡 = 63,85 và giá trị tối ưu trong bảng thực nghiệm

Taguchi = 63,45

63,45−63,85

- Áp dụng công thức (4.2) ta có:

63,85

- ∆= . 100 = 0,63 < 10%

Từ kết quả trên cho thấy mô hình phù hợp để dự đoán các giá trị của bộ thông số

tối ưu là (A3, B3, C3, D3, E3). Bảng 5.18 cho thấy giá trị S/n của vật liệu PA6-30%

cho bộ thông số ban đầu là (A1, B1, C1, D1, E1) và bộ thông số tối ưu dự đoán

Taguchi là ( A3, B3, C3, D3, E3) có giá trị S/n lần lượt là 58,64 và 63,85 so với bộ

thông số ban đầu thì bộ thông số tối ưu tăng 8,2%. So với bộ thông số tối ưu nhất

trong 27 thí nghiệm thì bộ thông số tối ưu dự đoán Taguchi tăng 0,63%.

Bảng 5.18: Giá trị thực nghiệm và dự đoán của sản phẩm kéo vật liệu PA6-30% theo tỉ

lệ S/n

Bộ thông số Mức độ S/n

Ban đầu A1 B1 C1 D1 E1 58,64

Tối ưu trong 27 thí nghiệm A1 B3 C3 D3 E3 63,45

Tối ưu dự đoán Taguchi A3 B3 C3 D3 E3 63,85

5.4.2. Tần số 4Hz

Bảng 5.19: Trung bình giá trị độ bền kéo và giá trị tỷ lệ S/N vât liệu PA6-30%

S/n

Thời gian bão hòa (s) Áp suất bão áp (MPa) Tốc độ phun (%) Nhiệt độ tấm gia nhiệt (0C) Nhiệt độ nhựa (0C) Giá trị trung bình chu kì

1 2.6 24 50 30 260 932 59.39

2 2.6 24 50 30 270 980 59.82

3 2.6 24 50 30 280 1056 60.47

4 2.6 30 70 160 260 1060 60.51

5 2.6 30 70 160 270 1148 61.20

6 2.6 30 70 160 280 1352 62.62

7 2.6 36 90 268 260 1360 62.67

8 2.6 36 90 268 270 1472 63.36

9 3.4 36 90 268 280 1520 63.64

10 3.4 24 70 268 260 1204 61.61

11 3.4 24 70 268 270 1264 62.03

12 3.4 24 70 268 280 1316 62.39

13 3.4 30 90 30 260 1188 61.50

14 3.4 30 90 30 270 1272 62.09

15 3.4 30 90 30 280 1392 62.87

16 3.4 36 50 160 260 1044 60.37

17 3.4 36 50 160 270 1144 61.17

18 3.4 36 50 160 280 1344 62.57

19 4.2 24 90 160 260 1172 61.38

20 4.2 24 90 160 270 1364 62.70

21 4.2 24 90 160 280 1240 61.87

22 4.2 30 70 268 260 1008 60.07

23 4.2 30 70 268 270 1140 61.14

24 4.2 30 70 268 280 1420 63.05

25 4.2 36 50 30 260 1160 61.29

26 4.2 36 50 30 270 1320 62.41

27 4.2 36 50 30 280 1444 63.19

Đồ thị 5.5: Ảnh hưởng của các tham số đến giá trị độ bền kéo theo giá trị S/n của

vật liệu PA6-30%.

Bảng 5.20: Kết quả tỷ lệ giá trị S/N theo từng mức độ sản phẩm kéo vật liệu PA6-30%

Áp suất bão áp B (MPa) Tốc độ phun C (%) Thời gian bão áp A (s) Nhiệt độ tấm gia nhiệt D (0C) Nhiệt độ nhựa E (0C)

Mức độ 1 61.52 61.30 60.89 61.45 60.98

Mức độ 2 61.84 61.67 61.92 61.60 61.77

Mức độ 3 61.90 62.30 62.45 62.22 62.52

Dựa vào đồ thị ảnh hưởng của các tham số đến giá trị độ bền kéo, ta có thể chọn

được bộ tham số tối ưu cho sản kéo bằng vật liệu PA6-30%:

- Thời gian bão áp: 3,4 giây - Áp suất bão áp: 36 MPa - Tốc độ phun: 90 % - Nhiệt độ tấm gia nhiệt: 268 (0C) - Nhiệt độ nhựa: 290 (0C)

Thử nghiệm xác nhận:

số yếu tố bằng tổng mỗi hiệu ứng riêng lẻ. Vì tất cả các yếu tố đầu vào được sử dụng cung cấp ảnh hưởng đáng kể đến giá trị S/n, giá trị S/n dự đoán được tính như sau:

lệ S/N trên mỗi mức đang kể.

- 𝜉 = 61,75 - ∅𝑝𝑟𝑒𝑑𝑖𝑐𝑡 = 61,75 + (61,90 − 61,75) + (62,30 − 61,75) + (62,45 − 61,75) +

(61,22 − 61,75) + (62,52 − 61,75) = 63,39

- Ta có giá trị dự đoán ∅𝑝𝑟𝑒𝑑𝑖𝑐𝑡 = 63,85 và giá trị tối ưu trong bảng thực nghiệm

Taguchi = 63,19

63,19−63,39

- Áp dụng công thức (4.2) ta có:

63,39

- ∆= . 100 = 0,32 < 10%

Từ kết quả trên cho thấy mô hình phù hợp để dự đoán các giá trị của bộ thông số

tối ưu là (A3, B3, C3, D3, E3). Bảng 5.21 cho thấy giá trị S/n của vật liệu PA6-30%

cho bộ thông số ban đầu là (A1, B1, C1, D1, E1) và bộ thông số tối ưu dự đoán

Taguchi là ( A3, B3, C3, D3, E3) có giá trị S/n lần lượt là 59,39 và 63,39 so với bộ

thông số ban đầu thì bộ thông số tối ưu tăng 6,3%. So với bộ thông số tối ưu nhất

trong 27 thí nghiệm thì bộ thông số tối ưu dự đoán Taguchi tăng 0,32%.

Bảng 5.21: Giá trị thực nghiệm và dự đoán của sản phẩm kéo vật liệu PA6-30% theo tỉ

lệ S/n

Bộ thông số Mức độ S/n

Ban đầu A1 B1 C1 D1 E1 59,39

Tối ưu trong 27 thí nghiệm A1 B3 C3 D3 E3 63,19

Tối ưu dự đoán Taguchi A3 B3 C3 D3 E3 63,39

5.4.3. Tần số 5Hz

Bảng 5.22: Trung bình giá trị độ bền kéo và giá trị tỷ lệ S/N vât liệu PA6-30%

S/n

Thời gian bão hòa (s) Áp suất bão áp (MPa) Tốc độ phun (%) Nhiệt độ tấm gia nhiệt (0C) Nhiệt độ nhựa (0C) Giá trị trung bình chu kì

1 2.6 24 50 30 260 925 59.32

2 2.6 24 50 30 270 1020 60.17

3 2.6 24 50 30 280 1045 60.38

4 2.6 30 70 160 260 1105 60.87

5 2.6 30 70 160 270 1175 61.40

6 2.6 30 70 160 280 1165 61.33

7 2.6 36 90 268 260 1085 60.71

8 2.6 36 90 268 270 1505 63.55

9 3.4 36 90 268 280 1550 63.81

10 3.4 24 70 268 260 955 59.60

11 3.4 24 70 268 270 1280 62.14

12 3.4 24 70 268 280 1420 63.05

13 3.4 30 90 30 260 1010 60.09

14 3.4 30 90 30 270 1240 61.87

15 3.4 30 90 30 280 1400 62.92

16 3.4 36 50 160 260 1040 60.34

17 3.4 36 50 160 270 1165 61.33

18 3.4 36 50 160 280 1240 61.87

19 4.2 24 90 160 260 1130 61.06

20 4.2 24 90 160 270 1325 62.44

21 4.2 24 90 160 280 1430 63.11

22 4.2 30 70 268 260 1100 60.83

23 4.2 30 70 268 270 1260 62.01

24 4.2 30 70 268 280 1425 63.08

25 4.2 36 50 30 260 1030 60.26

26 4.2 36 50 30 270 1430 63.11

27 4.2 36 50 30 280 1450 63.23

Đồ thị 5.6: Ảnh hưởng của các tham số đến giá trị độ bền kéo theo giá trị S/n của

vật liệu PA6-30%.

Bảng 5.23: Kết quả tỷ lệ giá trị S/N theo từng mức độ sản phẩm kéo vật liệu PA6-0%

Áp suất bão áp B (MPa) Tốc độ phun C (%) Thời gian bão áp A (s) Nhiệt độ tấm gia nhiệt D (0C) Nhiệt độ nhựa E (0C)

Mức độ 1 61.28 61.25 61.04 61.26 60.34

Mức độ 2 61.47 61.60 61.66 61.53 62.00

Mức độ 3 62.12 62.02 62.17 62.09 62.53

Dựa vào đồ thị ảnh hưởng của các tham số đến giá trị độ bền kéo, ta có thể chọn

được bộ tham số tối ưu cho sản kéo bằng vật liệu PA6-30%:

- Thời gian bão áp: 3,4 giây - Áp suất bão áp: 36 MPa - Tốc độ phun: 90 % - Nhiệt độ tấm gia nhiệt: 268 (0C) - Nhiệt độ nhựa: 290 (0C)

Thử nghiệm xác nhận:

lệ S/N trên mỗi mức đang kể.

- 𝜉 = 61,62 - ∅𝑝𝑟𝑒𝑑𝑖𝑐𝑡 = 61,62 + (62,12 − 61,62) + (62,02 − 61,62) + (62,17 − 61,62) +

(62,09 − 61,62) + (62,53 − 61,62) = 64,45

- Ta có giá trị dự đoán ∅𝑝𝑟𝑒𝑑𝑖𝑐𝑡 = 63,85 và giá trị tối ưu trong bảng thực nghiệm

Taguchi = 63,81

63,81−64,45

- Áp dụng công thức (4.2) ta có:

64,45

- ∆= . 100 = 0,99 < 10%

Từ kết quả trên cho thấy mô hình phù hợp để dự đoán các giá trị của bộ thông số

tối ưu là (A3, B3, C3, D3, E3). Bảng 5.24 cho thấy giá trị S/n của vật liệu PA6-30%

cho bộ thông số ban đầu là (A1, B1, C1, D1, E1) và bộ thông số tối ưu dự đoán

Taguchi là ( A3, B3, C3, D3, E3) có giá trị S/n lần lượt là 59,32 và 64,45 so với bộ

thông số ban đầu thì bộ thông số tối ưu tăng 7,9%. So với bộ thông số tối ưu nhất

trong 27 thí nghiệm thì bộ thông số tối ưu dự đoán Taguchi tăng 0,99%.

Bảng 5.24: Giá trị thực nghiệm và dự đoán của sản phẩm kéo vật liệu PA6-30% theo tỉ

lệ S/n

Bộ thông số Mức độ S/n

Ban đầu A1 B1 C1 D1 E1 59,32

Tối ưu trong 27 thí nghiệm A1 B3 C3 D3 E3 63,81

Tối ưu dự đoán Taguchi A3 B3 C3 D3 E3 64,45

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

1. Kết luận

Báo cáo tổng kết đề tài: “Chế tạo ngàm kẹp máy thử mỏi cho nhựa/ composite với dạng tải " kéo - chuyển vị "” đã hoàn thành được các nhiệm vụ sau: - Nghiên cứu, tổng hợp lý thuyết về độ bền mỏi của vật liệu; - Nghiên cứu nguyên lý hoạt động của máy ; - Tính toán, thiết kế hệ thống ngàm kẹp cho máy thử độ bền mỏi - Tổ chức thí nghiệm ;

 Sau khi chạy thử máy, nhóm thấy máy chạy ổn định.  Hệ thống ngàm kẹp hoạt động hiệu quả

- Ghi kết quả số liệu thí nghiệm - Đánh giá kết quả thí nghiệm đạt được  Cùng một tần số thì thời gian mỏi, chu kì mỏi của nhựa PA6 0% sẽ ngắn

hơn nhựa PA6 30%  Cùng một loại nhựa nếu tần số càng lớn thì thời gian mỏi càng nhỏ.

2. Kiến nghị

Vì thời gian có hạn nên nhóm chúng tôi chưa thể nghiên cứu đầy đủ các yếu tố (thí nghiệm cho 1Hz-2Hz ). Do đó, nếu đủ điều kiện nhóm chúng tôi sẽ nghiên cứu đầy đủ, sâu rộng hơn về đề tài này. Để phát triển hơn về tiêm năng của đề tài này, nhóm nghiên cứu đã đề xuất một số hướng phát triển của đề tài này:

- Cải tiến việc kẹp chặt chi tiết - Nghiên cứu phát triển kết cấu, thiết bị điều khiển, phần mềm để có thể kẹp - Trong thời gian sắp tới hy vọng sẽ phát triển đề tài theo hướng tự động hóa cao,

với các cơ cấu tự động cấp phôi.

Mong rằng máy thử độ bền mỏi của nhóm chúng tôi sẽ nhận được nhiều sự quan tâm của các công ty và xí nghiệp để áp dụng vào việc nguyên cứu độ bền mỏi của vật liệu. Ngoài ra nhóm chúng tôi cũng hi vọng sẽ nhận được quan tâm của Ban giám hiệu nhà trường để nguyên cứu và phát triển thểm phục vụ cho việc học của các bạn tân sinh viên.

TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Tổng quan về ngành nhựa ( Báo cáo triển vọng ngành nhựa SMES )

https://www.tapack.com/tin-tuc/tin-thi-truong/tong-quan-nganh-nhua-the- gioi.html

[2] Máy thử mỏi trên thị trường hiện nay (Vecomtech). https://vecomtech.com/product/ [3] Khái niệm độ bền mỏi

https://vi.wikipedia.org/wiki/%C4%90%E1%BB%99_b%E1%BB%81n_m%E1 %BB%8Fi Nhựa PA6 30% http://alphachem.com.vn/san-pham/hat-nhua-pa6-30gf-mau-trang.html

https://sunwellvina.com/dong-pa6-chong-chay.html [4] [5] Nhựa PA6 0% [6] Trịnh Chất, Lê Văn Uyển, “Tính toán thết kế hệ dẫn động cơ khí tập 1”, Nhà xuất

bản giáo dục Việt Nam, Tp. HCM, Việt Nam [7] GS Nguyễn Đắc Lộc “ Sổ tay công nghệ chế tạo máy tập 2” , Nhà xuất bản khoa

học và kỹ thuật