TỔNG QUAN
Giới thiệu về ngành công nghiệp nhựa
Ngành nhựa đang trải qua sự phát triển ổn định nhờ vào nhu cầu sử dụng ngày càng tăng, đặc biệt là tại khu vực Châu Á Đây được coi là một trong những ngành có mức tăng trưởng vững chắc nhất trong những năm gần đây.
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
Sự phát triển bền vững của ngành Nhựa đang diễn ra mạnh mẽ do nhu cầu toàn cầu gia tăng Dự báo sản lượng nhựa tiêu thụ trên thế giới sẽ đạt khoảng 500 triệu tấn trong năm nay.
Năm 2010, nhu cầu nhựa toàn cầu đạt trung bình 40 kg/người/năm, với Bắc Mỹ và Tây Âu dẫn đầu hơn 100 kg/người/năm, theo BASF Mặc dù gặp khó khăn, nhu cầu nhựa tại hai thị trường này không giảm trong giai đoạn 2009-2010 và thậm chí tăng mạnh ở châu Á với mức tăng khoảng 12-15% Nhu cầu nhựa còn phụ thuộc vào sự phát triển của các ngành tiêu thụ như thực phẩm (3.5%), thiết bị điện tử (2.9%) và xây dựng (5% tại châu Á) Ngành chế biến thực phẩm có mức tăng nhu cầu trung bình 3.8%/năm, thiết bị điện tử 3.1%, và xây dựng tại Mỹ từ 6-8%, góp phần quan trọng vào sự gia tăng nhu cầu nhựa toàn cầu.
Hình 2.1: Sản lượng sản xuất/tiêu thụ nhựa trên thế giới
Ngành công nghiệp nhựa Việt Nam, mặc dù còn yếu so với các lĩnh vực như dệt may hay viễn thông, đã có sự tăng trưởng ấn tượng trong những năm gần đây, đạt mức tăng trưởng từ 15% đến 17%, đứng thứ ba trong các ngành công nghiệp Sự phát triển này được thúc đẩy bởi thị trường mở rộng và nhu cầu tiêu dùng ngày càng cao, đồng thời có mối liên hệ chặt chẽ với các ngành khác Ngành nhựa không ngừng mở rộng ra thị trường quốc tế, khẳng định chất lượng và mẫu mã sản phẩm, với khoảng 3000 doanh nghiệp hoạt động trong lĩnh vực này Tuy nhiên, việc nhập khẩu nguyên liệu nhựa cũng đang gia tăng theo từng năm, cho thấy nhu cầu và tiềm năng của ngành vẫn còn lớn.
Hình 2.2: Sản lượng sản xuất/tiêu thụ nhựa ở Việt Nam
Ngày nay, vật liệu nhựa trở nên phổ biến và đóng vai trò quan trọng trong sự phát triển kinh tế Việt Nam Ngành nhựa đã có những đóng góp lớn cho nhiều lĩnh vực công nghiệp như giao thông vận tải, quốc phòng, chế tạo máy, hàng không, đóng tàu và dân dụng.
Thiết bị kéo nén
2.2.1 Miêu tả về máy kéo nén
Máy thử mỏi là giải pháp lý tưởng để kiểm tra độ bền và khả năng chịu mỏi của vật liệu, đồng thời đánh giá đặc tính lan truyền vết nứt trong cả các phép thử tĩnh và động.
Thiết bị thử mỏi sử dụng cơ cấu kẹp chuyên dụng để giữ sản phẩm thử nghiệm, kết hợp với cơ cấu chấp hành để 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 hoàn hảo để kiểm tra độ bền và khả năng chịu mỏi của vật liệu Thiết bị này cũng giúp đánh giá đặc tính lan truyền vết nứt trong các phép thử tĩnh và động.
Máy thử mỏi là thiết bị hoàn chỉnh với các phụ kiện cần thiết cho thử nghiệm kéo nén, uốn, mỏi tần số thấp và lan truyền vết nứt, đáp ứng các tiêu chuẩn quốc tế như ASTM E8, E466, D695, E606, E647, E1820, E399, D2344, D790, ISO 527-4, 13003, và 6872.
Khả năng tải tối đa: ± 25 kN
Cảm biến lực độ phân giải 5 N, chính xác 0,3% của FS
Biờn độ đầu phỏt động: ± 25mm với độ phõn giải 0,1 àm
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
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 thiết bị thử nghiệm tĩnh, được sử dụng để thực hiện các bài kiểm tra kéo, uốn, cắt và bóc tách cho nhiều loại vật liệu khác nhau.
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 KN là thiết bị kiểm tra vạn năng có khả năng tạo tải kéo và nén lên đến 10 kN Với các ngàm kẹp tùy chọn, máy phù hợp với mọi tiêu chuẩn và ứng dụng của khách hàng Thiết bị này đạt và vượt trội các tiêu chuẩn quốc tế như ASTM E4 - E83, ISO 7500-1, ISO 9513 và EN 10002-2, 10002-4.
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 của load cell dao động từ 0.2% đến 100% lực, với độ chính xác lực đạt ± 0.2% Đặc biệt, độ phân giải lực lên đến 1 phần trong 8,388,608, trong khi độ chính xác dịch chuyển là ± 0.005% và độ phân giải dịch chuyển đạt 0.1μm.
Khả năng trở về vị trí ban đầu: 0.001 - 1000 mm/phút
Hình 2.5 Máy kéo nén vạn năng 10kN [2]
CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Cơ sở lý thuyết về độ bền mỏi
Trong các chi tiết máy, ứng suất trên mặt cắt sẽ biến đổi theo thời gian dưới tác dụng của tải trọng Đặc biệt, khi xem xét độ bền của một chi tiết hình trụ, việc phân tích sự thay đổi này là rất quan trọng.
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)
Ứng suất tại điểm M biến đổi theo thời gian theo hình sin, cho thấy rằng trong một vòng quay của trục, ứng suất tại M sẽ trải qua các giá trị cực đại và cực tiểu Hai giá trị này có độ lớn bằng nhau nhưng mang dấu khác nhau.
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
Khi chi tiết bị phá hủy do mỏi, mặt cắt của vật liệu xuất hiện hai miền rõ rệt: một miền nhẵn và một miền xù xì, gợn hạt, tương tự như sự phá hủy của vật liệu giòn, mặc dù vật liệu chế tạo là dẻo Điều này dẫn đến giả thuyết về sự phá hoại do hiện tượng mỏi.
Hình 3.3 : Chi tiết bị phá hủy mỏi
Khi chịu tác dụng của ứng suất thay đổi, mặc dù giá trị ứng suất vẫn thấp hơn giới hạn đàn hồi của vật liệu, nhưng biến dạng dẻo rất nhỏ đã xuất hiện Những biến dạng này ban đầu xảy ra trên toàn bộ thể tích vật thể, nhưng sau đó chỉ phát triển ở những khu vực yếu nhất với sự tập trung của ứng suất Qua thời gian, vùng biến dạng dẻo cục bộ hình thành các vết nứt nhỏ Do ứng suất thay đổi, các vết nứt này phát triển, khiến hai mặt bên của vết nứt va chạm và dần trở nên nhẵn Khi vết nứt phát triển, diện tích mặt cắt giảm dần và cuối cùng, khi mặt cắt không còn đủ khả năng chịu lực, thanh sẽ 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 từ giữa thế kỷ 19, là một chỉ tiêu quan trọng trong việc xác định kích thước chi tiết Thực tế cho thấy, khoảng 90% tổn thất của chi tiết là do các vết nứt mỏi gây ra.
Quá trình phá hủy mỏi diễn ra khi chi tiết máy chịu ứng suất thay đổi, bắt đầu từ những vết nứt nhỏ tại vùng chịu ứng suất lớn Khi số chu trình làm việc tăng lên, các vết nứt này dần mở rộng, làm yếu chi tiết và cuối cùng dẫn đến 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
Theo đồ thị, khi ứng suất tăng cao, tuổi thọ của vật liệu sẽ giảm Khi ứng suất vượt quá giá trị σk, số chu kỳ ứng suất sẽ giảm đáng kể Giá trị σk được gọi là giới hạn mỏi ngắn hạn của vật liệu.
Khi ứng suất giảm, số chu kỳ ứng suất tăng lên, và khi ứng suất đạt đến giá trị σo, đường cong mỏi gần như nằm ngang, cho thấy số chu kỳ ứng suất có thể tăng rất lớn mà không gây hỏng hóc cho chi tiết máy Giá trị σo được gọi là độ bền dài hạn của chi tiết, tương ứng với số chu kỳ cơ sở No.
Phương trình đường cong mỏi σ m N= C
C là hằng số m là bậc của đường cong mỏi
N số chu kỳ thay đổi
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.
Tiêu chuẩn đo lường mẫu
Thử nghiệm kéo plastic theo tiêu chuẩn ASTM D638 là phương pháp phổ biến để xác định các đặc tính cơ lý của vật liệu Trong quá trình thử nghiệm, lực kéo được tác dụng lên mẫu thử và các tính chất khác nhau của mẫu được đo khi chịu ứng suất ASTM D638 cung cấp thông tin chi tiết về nhiều thuộc tính độ bền kéo khác nhau của vật liệu.
Yêu cầu với hệ thống thử nghiệm kéo với vật liệu plastic
Các thử nghiệm ASTM D638 thường được thực hiện trên máy thử nghiệm phổ quát, với hệ thống 5 kN hoặc 10 kN là phổ biến nhất Tuy nhiên, đối với nhựa gia công và vật liệu composite có độ cứng lớn, có thể cần sử dụng hệ thống với công suất 30 kN hoặc 50 kN.
Yêu cầu đối với ngàm kẹp trong máy kéo rất quan trọng để giữ chắc mẫu thử nghiệm Ngàm kẹp khí nén là lựa chọn tối ưu vì lực kẹp được duy trì ổn định nhờ áp suất không khí, ngay cả khi độ dày mẫu thay đổi Đối với các lực kẹp trên 10 kN, thường gặp ở vật liệu gia cố, nên sử dụng kẹp hành động nêm thủ công.
Tiêu chuẩn mẫu
Chọn mẫu kéo theo tiêu chuẩn ISO 527-2:1993 (tương tự TCVN 4501-2:2009) để xác định các tính chất kéo của chất dẻo Tiêu chuẩn này quy định các điều kiện thử nghiệm với hình dạng và kích thước cụ thể nhằm đảm bảo tính chính xác và độ tin cậy trong kết quả.
- Mặc dù ISO 527-2 đo nhiều thuộc tính độ bền kéo khác nhau, những điều sau đây là phổ biến nhất:
Độ giãn dài – độ tăng chiều dài kích thước đo so với kích thước ban đầu
- 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
Tính chất cơ học Độ bền kéo ASTM D638 MPa 80 Độ giãn dài ASTM D638 % 15 Độ bền uốn ASTM D790 MPa 115
Modul uốn ASTM D790 MPa 3500 Độ dai và đập Izod
Nhiệt độ nóng chảy ASTM D648 oC 68
Trọng lượng riêng ASTM D792 g/cm3 1.18
Bảng 3.1 Đặc tính của nhựa PA6 0% Đặc tính Tiêu chuẩn Đơn vị Giá trị
Tính chất cơ học Độ bền kéo ISO 527 MPa 170 Độ giãn dài ISO 527 % 4 Độ bền uốn ISO 178 MPa 230
Modul uốn ISO 178 MPa 7500 Độ dai và đập Izod
ISO 179 kJ/m 2 10 Độ cứng Rockwell ISO 2039-2 R Scale 115
Nhiệt độ nóng chảy ISO 3146 oC 220
Trọng lượng riêng ISO 1183 g/cm3 1.36
Bảng 3.2 Đặc tính của nhựa PA6 30%
CHẾ TẠO VÀ KIỂM NGHIỆM
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:
- Khối bên phải mẫu kẹp
- Khối bên trái mẫu kẹp
Dựa vào ba phần chính, chúng ta sẽ phân loại và chia nhỏ thành các khối chi tiết hơn để quá trình chế tạo trở nên rõ ràng và dễ dàng hơn.
Khung máy đóng vai trò quan trọng trong việc chịu đựng toàn bộ rung động và lực phát sinh trong quá trình hoạt động Nó kết nối tất cả các cụm chi tiết và được chế tạo dựa trên thiết kế của nhóm nghiên cứu 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 yêu cầu độ chính xác cao để ngăn chặn tình trạng mậu bi trượt trong quá trình trượt Do đó, nhóm đã đặt hàng chế tạo từ xưởng cơ khí CNC bên ngoài theo yêu cầu thiết kế đã được thể hiện trên bản vẽ.
+ 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 điện sẽ được lắp ráp từ các thiết bị điện mà chúng tôi mua, dựa trên bản vẽ và yêu cầu từ nhóm hệ thống điều khiển.
+ Hệ thống đo lực : được theo thông số và thiết lập theo tính toán và thiết kế của nhóm hệ thống điều khiển
Hoạt động của hệ thống được mô tả như sau: Ngàm kẹp bên trái được kết nối với Load cell ở khung, trong khi ngàm kẹp bên phải và lò xo di chuyển nhờ vào chuyển động tịnh tiến chu kỳ của cơ cấu dẫn động qua dẫn hướng Sự tác động của lực kéo từ lò xo lên ngàm kẹp tạo ra hiện tượng giãn mẫu.
Chế tạo cụm 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
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 ngún ỉ20mm
Chế độ cắt: Dựa theo bảng tra chế độ cắt dành cho phay mặt đầu của sổ tay Chế Tạo
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
Tra bảng 5-125 sổ tay CNCTM2 trang 113, lượng chạy dao thô: Sz = 0,14 mm/răng
Tốc độ cắt Vb 16 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:
Số vòng quay tính toán:
𝑝ℎú𝑡 ) Vậy chọn số vòng quay theo máy là: nm = 700vòng/phút
Như vậy, tốc độ cắt thực tế là:
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 𝑆 0 = 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
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:
Số vòng quay tính toán:
𝑝ℎú𝑡 ) Vậy chọn số vòng quay theo máy là: nm = 880 vòng/phút
Như vậy, tốc độ cắt thực tế là:
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
Chọn dao phay ngón thép gió Các thông số của dao: (tra bảng 5-153 sổ tay công nghệ CTM, tập 2)
Dụng cụ đo: thước kẹp dài 150 mm, độ chính xác 0.05
Tra bảng 5-153 sổ tay CNCTM2, lượng chạy dao thô: Sz = 0,07 mm/răng
Tốc độ cắt Vb &,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:
Số vòng quay tính toán:
𝑝ℎú𝑡 ) Vậy chọn số vòng quay theo máy là: nm = 350 vòng/phút
Như vậy, tốc độ cắt thực tế là:
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
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
Để đảm bảo độ nhám và độ song song cao giữa hai mặt làm việc, nhằm tránh lệch lạc khi lắp Ngàm kẹp, nhóm đã quyết định gia công tại xưởng phay CNC bên ngoài theo yêu cầu kỹ thuật đã được đề ra.
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
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
Để đảm bảo biên dạng phù hợp với mẫu thử, nhóm đã tiến hành gia công tại xưởng phay CNC bên ngoài theo yêu cầu kỹ thuật.
Hình 4.7 Ngàm kẹp sau khi gia công
Gá đặt mẫu vào ngàm với định vị là quá trình sử dụng hai góc bo của mẫu kết hợp với mặt phẳng đặt mẫu để tạo thành dọc mẫu Việc này giúp kẹp chặt mẫu, đảm bảo không bị xê dịch và tăng cường độ chắc chắn trong quá trình vận hành máy.
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
Hình 4.10 Cụm ngàm kẹp lắp ráp trên Inventor
Hình 4.11 Cụm ngàm kẹp lắp ráp thực tế
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
- 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
- Xem xét kết cấu của máy hoạt động
- Đưa máy vào vị trí thí nghiệm, kiểm tra hoạt động của loadcell
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
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
Bước 2: Mở file được lập trình sẵn trong labview
Hình 4.16 Lập trình trong labview
Để chạy chương trình, bạn cần nhấn vào biểu tượng (running) Sau đó, hãy nhấn nút reset để đặt giá trị của loadcell về 0 Lưu ý rằng trước khi gá mẫu, bạn nên set về 0 lần đầu tiên và sau khi gá mẫu xong, hãy thực hiện thao tác set về 0 lần thứ hai trước khi bắt đầu chạy.
Mở phầm mềm điều khiển động cơ
Bước 1: Mở phầm mềm DOPSoft
Bước 2: Mở file được lập trình sẵn
Bước 3: Nhấn vào biểu tượng (on-line simulation) 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
Bước 2: Siết các con vít để mẫu được ép chặt
Bước 3: Vặn ốc siết để kéo căng mẫu
Bước 4: Siết vít 2 bên để cố định
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
Sau khi xuất ra file excel ta copy toàn bộ kết quả qua file excel đã được lập trình sẵn
- 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
- 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
Vấn đề an toàn và hướng dẫn khi sử dụng máy
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
Để đảm bảo hiệu suất và an toàn, cần thực hiện kiểm tra định kỳ và thay thế ổ lăn mới ngay khi phát hiện dấu hiệu dơ hoặc hư hỏng Đồng thời, hãy tuân thủ các hệ thống an toàn điện trước khi sử dụng thiết bị.
ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ THỬ NGHIỆM
Mẫu thử nghiệm
Mẫu được tạo bằng phương pháp phun ép nhựa, nhựa được chọn là PA6 30% [7] và PA6 0%[8]
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%
STT Packing time Packing Pressure Injection speed Insert Temperature Melt Temperature
Điều kiện mẫu thử
Thông số ép của PA6 30%
Bảng 5.3 Thông số ép của PA6 30%
Bảng 5.4 Thông số sấy nhựa PA6 30%
5.2.1 Thông số đầu vào sản phẩm kéo vật liệu PA6-0%
Nhiệt độ sấy nhựa (PA6_30%)
Yếu tố Mức độ 1 Mức độ 2 Mức độ 3
Phân tích, đánh giá kết quả nhựa PA6 0%
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
Nhiệt độ tấm gia nhiệt ( 0 C) 30 160 268
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 ( 0 C) Thời gian sấy nhựa: 90 phút
Yếu tố Mức độ 1 Mức độ 2 Mức độ 3
Thời gian bão hòa (s) 2,6 3,4 4,2 Áp suất bão áp (MPa) 24 30 36
Nhiệt độ tấm gia nhiệt ( 0 C) 30 160 268
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%
Bảng 5.7: Trung bình giá trị chu kì và giá trị tỷ lệ S/N vât liệu PA6-0%
Thời gian bão hòa (s) Áp suất bão áp (MPa)
Nhiệt độ tấm gia nhiệt ( 0 C)
Giá trị trung bình chu kì
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
Bảng 5.8: Kết quả tỷ lệ giá trị S/N theo từng mức độ sản phẩm kéo vật liệu PA6-0%
Thời gian bão áp A (s) Áp suất bão áp B (MPa)
Nhiệt độ tấm gia nhiệt D
Dựa vào đồ thị thể hiện ảnh hưởng của các tham số đến giá trị chu kỳ, chúng ta có thể xác định bộ tham số tối ưu cho sản phẩm kéo làm từ vật liệu PA6-0%.
- Thời gian bão áp: 3,2 giây
- Áp suất bão áp: 19 MPa
- Nhiệt độ tấm gia nhiệt: 268 ( 0 C)
Phân tích thử nghiệm bằng phương pháp Taguchi cho thấy mức độ tối ưu của các tham số đầu vào ảnh hưởng đến độ bền mỏi của nhựa PA6-0% được xác định là A3, B3, C3, D3, E3 Những tham số này được sử dụng để xây dựng mô hình phụ nhằm dự đoán tỷ lệ S/n từ kết quả thí nghiệm Mô hình cho thấy tổng hiệu ứng của một số yếu tố là tổng của các hiệu ứng riêng lẻ, với tất cả các yếu tố đầu vào đều có ảnh hưởng đáng kể đến giá trị S/n Giá trị S/n dự đoán được tính toán dựa trên các yếu tố này.
- 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
- Ta có giá trị dự đoán ∅ 𝑝𝑟𝑒𝑑𝑖𝑐𝑡 = 62,50 và giá trị tối ưu trong bảng thực nghiệm Taguchi = 62,47
- Áp dụng công thức (4.2) ta có:
Mô hình đã được chứng minh là hiệu quả trong việc dự đoán giá trị của bộ thông số tối ưu (A3, B3, C3, D3, E3) Bảng 5.9 chỉ ra rằng giá trị S/n của vật liệu PA6-0% với bộ thông số ban đầu (A1, B1, C1, D1, E1) là 57,25, trong khi bộ thông số tối ưu dự đoán theo phương pháp Taguchi đạt 62,50 Điều này cho thấy bộ thông số tối ưu đã tăng 8,4% so với bộ thông số ban đầu và tăng 0,05% so với bộ thông số tối ưu nhất trong 27 thí nghiệm.
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
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
Bảng 5.10: Trung bình giá trị chu kì và giá trị tỷ lệ S/N vât liệu PA6-0%
STT Thời gian bão hòa (s) Áp suất bão áp (MPa)
Nhiệt độ tấm gia nhiệt ( 0 C)
Giá trị trung bình chu kì
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
Bảng 5.11: Kết quả tỷ lệ giá trị S/N theo từng mức độ sản phẩm kéo vật liệu PA6-0%
Thời gian bão áp A (s) Áp suất bão áp B (MPa)
Nhiệt độ tấm gia nhiệt D
Dựa trên đồ thị thể hiện ảnh hưởng của các tham số đến giá trị chu kỳ, chúng ta có thể xác định bộ tham số tối ưu cho sản phẩm kéo được làm từ vật liệu PA6-0%.
- Thời gian bão áp: 3,2 giây
- Áp suất bão áp: 19 MPa
- Nhiệt độ tấm gia nhiệt: 268( 0 C)
Sau khi áp dụng phương pháp phân tích Taguchi, chúng tôi xác định rằng mức độ tối ưu của các tham số đầu vào A3, B3, C3, D3, E3 có ảnh hưởng lớn đến độ bền mỏi của nhựa PA6-0% Mô hình phụ này được sử dụng để dự đoán tỷ lệ S/n từ các thí nghiệm Kết quả cho thấy tổng hiệu ứng của các yếu tố đầu vào là tổng của các hiệu ứng riêng lẻ, với tất cả các yếu tố đều có ảnh hưởng đáng kể đến giá trị S/n Giá trị S/n dự đoán được tính toán dựa trên các yếu tố này.
- 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
- Ta có giá trị dự đoán ∅ 𝑝𝑟𝑒𝑑𝑖𝑐𝑡 = 64.24 và giá trị tối ưu trong bảng thực nghiệm Taguchi = 64,95
- Áp dụng công thức (4.2) ta có:
Mô hình dự đoán các giá trị tối ưu cho bộ thông số (A3, B3, C3, D3, E3) cho thấy sự phù hợp cao Bảng 5.12 chỉ ra rằng giá trị S/n của vật liệu PA6-0% với bộ thông số ban đầu (A1, B1, C1, D1, E1) là 57,34, trong khi bộ thông số tối ưu dự đoán theo phương pháp Taguchi đạt 64,24, tăng 10,7% so với bộ thông số ban đầu Tuy nhiên, so với bộ thông số tối ưu nhất trong 27 thí nghiệm, 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
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
Bảng 5.13: Trung bình giá trị chu kì và giá trị tỷ lệ S/N vât liệu PA6-0%
STT Thời gian bão hòa (s) Áp suất bão áp (MPa)
Nhiệt độ tấm gia nhiệt ( 0 C)
Giá trị trung bình chu kì
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
Bảng 5.14: Kết quả tỷ lệ giá trị S/N theo từng mức độ sản phẩm kéo vật liệu PA6-0%
Thời gian bão áp A (s) Áp suất bão áp B (MPa)
Nhiệt độ tấm gia nhiệt D
Dựa vào đồ thị phân tích ảnh hưởng của các tham số đến giá trị chu kỳ, chúng ta có thể xác định bộ tham số tối ưu cho sản phẩm kéo được làm từ vật liệu PA6-0%.
- Thời gian bão áp: 3,2 giây
- Áp suất bão áp: 19 MPa
- Nhiệt độ tấm gia nhiệt: 268 ( 0 C)
Sau khi phân tích thử nghiệm bằng phương pháp Taguchi, mức độ tối ưu của các tham số đầu vào ảnh hưởng đến độ bền mỏi của nhựa PA6-0% được xác định là A3, B3, C3, D3, E3 Những tham số này được sử dụng làm mô hình phụ để dự đoán tỷ lệ S/n thu được từ thí nghiệm Mô hình thí nghiệm cho thấy tổng hiệu ứng từ các yếu tố là tổng của mỗi hiệu ứng riêng lẻ, và tất cả các yếu tố đầu vào đều có ảnh hưởng đáng kể đến giá trị S/n Giá trị S/n dự đoán được tính toán dựa trên những ảnh hưởng này.
- 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
- Ta có giá trị dự đoán ∅ 𝑝𝑟𝑒𝑑𝑖𝑐𝑡 = 64,03 và giá trị tối ưu trong bảng thực nghiệm Taguchi = 63,81
- Áp dụng công thức (4.2) ta có:
Kết quả cho thấy mô hình dự đoán các giá trị tối ưu cho bộ thông số (A3, B3, C3, D3, E3) là phù hợp Bảng 5.15 chỉ ra rằng giá trị S/n của vật liệu PA6-0% với bộ thông số ban đầu (A1, B1, C1, D1, E1) là 58,06, trong khi bộ thông số tối ưu dự đoán theo phương pháp Taguchi đạt 63,81, tương ứng với mức tăng 9,3% So với bộ thông số tối ưu nhất trong 27 thí nghiệm, 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
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
Phân tích, đánh giá kết quả nhựa PA6 30%
Bảng 5.16: Trung bình giá trị độ bền kéo và giá trị tỷ lệ S/N vât liệu PA6-30%
Thời gian bão hòa (s) Áp suất bão áp (MPa)
Nhiệt độ tấm gia nhiệt ( 0 C)
Giá trị trung bình chu kì
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
Bảng 5.17: Kết quả tỷ lệ giá trị S/N theo từng mức độ sản phẩm kéo vật liệu PA6- 30%
A (s) Áp suất bão áp B (MPa)
Nhiệt độ tấm gia nhiệt D ( 0 C)
Dựa vào đồ thị thể hiện ảnh hưởng của các tham số đến độ bền kéo, chúng ta có thể xác định bộ tham số tối ưu cho sản phẩm kéo được làm từ vật liệu PA6-30%.
- Thời gian bão áp: 3,4 giây
- Áp suất bão áp: 36 MPa
- Nhiệt độ tấm gia nhiệt: 268 ( 0 C)
Phân tích thử nghiệm bằng phương pháp Taguchi cho thấy bộ tham số đầu vào tối ưu ảnh hưởng đến độ bền mỏi của nhựa PA6-30% được xác định là A3, B3, C3, D3, E3 Các tham số này được sử dụng làm mô hình phụ để dự đoán tỷ lệ S/n từ thí nghiệm Kết quả cho thấy tổng hiệu ứng của một số yếu tố bằng tổng các hiệu ứng riêng lẻ, và tất cả các yếu tố đầu vào đều có ảnh hưởng đáng kể đến giá trị S/n Giá trị S/n dự đoán được tính toán dựa trên các yếu tố này.
- 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
- Ta có giá trị dự đoán ∅ 𝑝𝑟𝑒𝑑𝑖𝑐𝑡 = 63,85 và giá trị tối ưu trong bảng thực nghiệm Taguchi = 63,45
- Áp dụng công thức (4.2) ta có:
Mô hình đã chứng minh tính khả thi trong việc dự đoán các giá trị của bộ thông số tối ưu (A3, B3, C3, D3, E3) với giá trị S/n của vật liệu PA6-30% là 58,64 cho bộ thông số ban đầu (A1, B1, C1, D1, E1) và 63,85 cho bộ thông số tối ưu dự đoán Sự cải thiện này cho thấy bộ thông số tối ưu tăng 8,2% so với bộ thông số ban đầu và tăng 0,63% so với bộ thông số tối ưu nhất trong 27 thí nghiệm.
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
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
Bảng 5.19: Trung bình giá trị độ bền kéo và giá trị tỷ lệ S/N vât liệu PA6-30%
Thời gian bão hòa (s) Áp suất bão áp (MPa)
Nhiệt độ tấm gia nhiệt ( 0 C)
Giá trị trung bình chu kì
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%
Thời gian bão áp A (s) Áp suất bão áp B (MPa)
Nhiệt độ tấm gia nhiệt D
Dựa vào đồ thị thể hiện ảnh hưởng của các tham số đến độ bền kéo, chúng ta có thể xác định bộ tham số tối ưu cho sản phẩm kéo từ vật liệu PA6-30%.
- Thời gian bão áp: 3,4 giây
- Áp suất bão áp: 36 MPa
- Nhiệt độ tấm gia nhiệt: 268 ( 0 C)
Phân tích thử nghiệm bằng phương pháp Taguchi cho thấy bộ tham số đầu vào tối ưu ảnh hưởng đến độ bền mỏi của nhựa PA6-30% Các tham số tối ưu được xác định là A3, B3, C3, D3, E3, và được sử dụng làm mô hình phụ để dự đoán tỷ lệ S/n từ thí nghiệm Mô hình cho thấy tổng hiệu ứng của các yếu tố là tổng hợp của từng hiệu ứng riêng lẻ, với tất cả các yếu tố đầu vào đều có ảnh hưởng đáng kể đến giá trị S/n Giá trị S/n dự đoán được tính toán dựa trên các yếu tố này.
- 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
- Ta có giá trị dự đoán ∅ 𝑝𝑟𝑒𝑑𝑖𝑐𝑡 = 63,85 và giá trị tối ưu trong bảng thực nghiệm Taguchi = 63,19
- Áp dụng công thức (4.2) ta có:
Kết quả cho thấy mô hình dự đoán các giá trị tối ưu cho bộ thông số là (A3, B3, C3, D3, E3) Bảng 5.21 trình bày giá trị S/n của vật liệu PA6-30% với bộ thông số ban đầu (A1, B1, C1, D1, E1) là 59,39, trong khi bộ thông số tối ưu dự đoán theo phương pháp Taguchi đạt 63,39, tương ứng với mức tăng 6,3% So với bộ thông số tối ưu nhất trong 27 thí nghiệm, bộ thông số tối ưu dự đoán Taguchi cũng ghi nhận mức 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
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
Bảng 5.22: Trung bình giá trị độ bền kéo và giá trị tỷ lệ S/N vât liệu PA6-30%
Thời gian bão hòa (s) Áp suất bão áp (MPa)
Nhiệt độ tấm gia nhiệt ( 0 C)
Giá trị trung bình chu kì
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%
Thời gian bão áp A (s) Áp suất bão áp B (MPa)
Nhiệt độ tấm gia nhiệt D
Dựa vào đồ thị thể hiện ảnh hưởng của các tham số đến độ bền kéo, chúng ta có thể xác định bộ tham số tối ưu cho sản phẩm kéo được làm từ vật liệu PA6-30%.
- Thời gian bão áp: 3,4 giây
- Áp suất bão áp: 36 MPa
- Nhiệt độ tấm gia nhiệt: 268 ( 0 C)
Phân tích thử nghiệm bằng phương pháp Taguchi cho thấy mức độ tối ưu của các tham số đầu vào ảnh hưởng đến độ bền mỏi của nhựa PA6-30% là A3, B3, C3, D3, E3 Những tham số này được sử dụng làm mô hình phụ để dự đoán tỷ lệ S/n thu được từ thí nghiệm Kết quả cho thấy tổng hiệu ứng của một số yếu tố bằng tổng các hiệu ứng riêng lẻ, và tất cả các yếu tố đầu vào đều có ảnh hưởng đáng kể đến giá trị S/n Giá trị S/n dự đoán được tính toán dựa trên những yếu tố này.
- 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
- Ta có giá trị dự đoán ∅ 𝑝𝑟𝑒𝑑𝑖𝑐𝑡 = 63,85 và giá trị tối ưu trong bảng thực nghiệm Taguchi = 63,81
- Áp dụng công thức (4.2) ta có:
Mô hình đã chứng minh tính khả thi trong việc dự đoán các giá trị tối ưu cho bộ thông số (A3, B3, C3, D3, E3) Bảng 5.24 chỉ ra rằng giá trị S/n của vật liệu PA6-30% với bộ thông số ban đầu (A1, B1, C1, D1, E1) là 59,32, trong khi bộ thông số tối ưu dự đoán theo phương pháp Taguchi đạt 64,45, cho thấy sự cải thiện 7,9% So với bộ thông số tối ưu nhất trong 27 thí nghiệm, bộ thông số tối ưu dự đoán Taguchi còn tăng thêm 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
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
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 các nhiệm vụ đề ra, góp phần nâng cao hiệu quả trong việc thử nghiệm vật liệu nhựa và composite.
- 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
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.
Kiến nghị
Vì thời gian có hạn nên nhóm chúng tôi chưa thể nghiên cứu đầy đủ các yếu tố
Nhóm nghiên cứu đã tiến hành thí nghiệm với tần số từ 1Hz đến 2Hz và nếu đủ điều kiện, chúng tôi sẽ tiếp tục nghiên cứu sâu rộng hơn về đề tài này Để phát triển tiềm năng của đề tài, nhóm đã đề xuất một số hướng phát triển mới.
- 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
Chúng tôi hy vọng rằng máy thử độ bền mỏi mà nhóm chúng tôi phát triển sẽ thu hút sự chú ý từ các công ty và xí nghiệp, nhằm ứng dụng vào nghiên cứu độ bền mỏi của vật liệu.
Nhóm chúng tôi mong muốn nhận được sự quan tâm từ Ban giám hiệu nhà trường để nghiên cứu và phát triển thêm các chương trình hỗ trợ, phục vụ tốt hơn cho việc học tập của các tân sinh viên.
[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
[4] Nhựa PA6 30% http://alphachem.com.vn/san-pham/hat-nhua-pa6-30gf-mau-trang.html
[5] Nhựa PA6 0% https://sunwellvina.com/dong-pa6-chong-chay.html
[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