Khảo Sát Độ Bền Kéo Chi Tiết Dạng Trục Chế Tạo Bằng Phương Pháp WAAM - Đồ Án Tốt Nghiệp Công Nghệ Kỹ Thuật Cơ Khí

• Tác giả: Lê Minh Tú
• Người hướng dẫn: PGS. TS Phạm Sơn Minh
• Trường học: Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Công nghệ Kỹ thuật Cơ khí
• Đề tài: Khảo sát độ bền kéo chi tiết dạng trục được chế tạo bằng phương pháp WAAM Layer
• Loại tài liệu: đồ án tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2024
• Địa điểm: Thành phố Hồ Chí Minh

• LỜI CAM KẾT
• LỜI CẢM ƠN
• 1. CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU
• 1.1. Tính cấp thiết của đề tài
• 1.2. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
• 1.3. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài
• 1.4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
• 1.5. Phương pháp nghiên cứu
• 1.6. Kết cấu của ĐATN
• 2. CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI
• 2.1. Phân loại công nghệ WAAM
• 2.2. Các nghiên cứu liên quan đến đề tài
• 2.3. Các nghiên cứu ngoài nước
• 2.4. Các nghiên cứu trong nước
• 2.5. Các tồn tại của công nghệ WAAM
• 2.6. Giải pháp cho các vấn đề còn thiếu sót
• 2.7. Công nghệ hàn GMAW
• 2.8. Công nghệ hàn MIG
• 2.9. Thiết bị sử dụng trong hàn MIG
• 2.10. Thiết bị cấp khí bảo vệ
• 2.11. Súng hàn MIG
• 2.12. Ưu điểm và nhược điểm của hàn MIG
• 2.13. Mẫu thử kéo
• 3. CHƯƠNG 3: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
• 3.1. Lý thuyết về độ bền kéo
• 3.2. Modul đàn hồi
• 3.3. Độ dẻo vật liệu
• 3.4. Độ giãn dài khi kéo
• 3.5. Phương pháp thử độ bền kéo
• 3.6. Ý nghĩa của độ bền kéo
• 3.7. Phương pháp Taguchi
• 3.8. Các bước áp dụng phương pháp Taguchi
• 3.9. Ứng dụng của phương pháp Taguchi
• 3.10. Mạng thần kinh nhân tạo ANN
• 3.11. Các loại mạng thần kinh nhân tạo ANN
• 3.12. Cách hoạt động của mạng Nơ ron nhân tạo ANN
• 3.13. Các chiến lược học máy ANN
• 3.14. Ứng dụng của mạng thần kinh nhân tạo ANN
• 4. CHƯƠNG 4: CHUẨN BỊ CÔNG NGHỆ
• 4.1. Thiết bị hỗ trợ in 3D kim loại bằng phương pháp WAAM của chi tiết dạng trục
• 4.2. Thiết bị hỗ trợ đo độ bền kéo
• 4.3. Phần mềm hỗ trợ tính toán và xử lí số liệu
• 5. CHƯƠNG 5: NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MẪU KÉO
• 5.1. Thông số thiết kế mẫu kéo
• 5.2. Kích thước của mẫu
• 5.3. Thiết kế phôi nền
• 5.4. Điều chỉnh thông số máy đi kèm
• 5.5. Thiết lập bảng thông số
• 5.6. Chọn 5 thông số để khảo sát mẫu kéo
• 5.7. Bảng thông số mẫu kéo thiết lập theo phương pháp Taguchi
• 5.8. Minh họa các thông số khi hàn
• 5.9. Vận tốc mỏ hàn
• 5.10. Cường độ dòng điện
• 5.11. Khoảng cách giữa các đường hàn (Offset)
• 5.12. Chiều dày lớp hàn
• 5.13. Thiết lập chế độ hàn bằng G-code
• 5.14. Gia công mẫu kéo
• 6. CHƯƠNG 6: THỰC NGHIỆM - ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ
• 6.1. Dữ liệu thu được thì máy kéo
• 6.2. Hình ảnh mẫu kéo
• 6.3. Biểu đồ Stress-Strain thu được từ kết quả kéo
• 6.4. Tiến hành train mạng ANN (Artificial Neural Network)
• 6.5. Bộ dữ liệu training ANN
• 6.6. Độ chính xác của công cụ train ANN
• 6.7. Tìm và đánh giá bộ thông số tối ưu
• KẾT LUẬN – ĐỀ NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Giới thiệu

Khảo sát độ bền kéo chi tiết trục chế tạo bằng WAAM là một nghiên cứu quan trọng trong lĩnh vực cơ khí và công nghệ chế tạo. WAAM (Wire Arc Additive Manufacturing) là công nghệ in 3D kim loại tiên tiến, sử dụng hồ quang điện để tạo ra các chi tiết kim loại lớn với chi phí thấp và thời gian ngắn. Nghiên cứu này tập trung vào việc tối ưu hóa các thông số quy trình sản xuất để cải thiện độ bền kéo của các chi tiết trục. Mục tiêu chính là đánh giá tính chất cơ học của các mẫu thử được chế tạo bằng WAAM, đồng thời áp dụng các phương pháp như Taguchi và ANN (Artificial Neural Network) để phân tích và tối ưu hóa kết quả.

1.1 Tính cấp thiết của đề tài

Công nghệ WAAM đang được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp, nhưng nghiên cứu về độ bền kéo của các sản phẩm chế tạo bằng phương pháp này tại Việt Nam còn hạn chế. Việc khảo sát độ bền kéo của các chi tiết trục không chỉ giúp hiểu rõ hơn về tính chất cơ học của vật liệu mà còn mở ra hướng nghiên cứu mới trong lĩnh vực công nghệ chế tạo. Nghiên cứu này sử dụng phương pháp Taguchi để thiết lập các thông số thí nghiệm và ANN để phân tích dữ liệu, từ đó tìm ra các thông số tối ưu cho quy trình sản xuất.

1.2 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

Nghiên cứu này không chỉ cung cấp thông tin chi tiết về độ bền kéo của các chi tiết trục mà còn áp dụng AI để tối ưu hóa các thông số quy trình. Điều này giúp giảm thiểu thời gian và chi phí thí nghiệm, đồng thời mở rộng khả năng nghiên cứu và phát triển trong lĩnh vực công nghệ in 3D kim loại. Kết quả nghiên cứu có thể được ứng dụng trong các ngành công nghiệp sản xuất, đặc biệt là trong việc chế tạo các chi tiết có yêu cầu cao về tính chất cơ học.

II. Tổng quan nghiên cứu

Nghiên cứu này tập trung vào việc phân tích độ bền kéo của các chi tiết trục được chế tạo bằng WAAM. Các phương pháp nghiên cứu bao gồm thí nghiệm kéo, phân tích độ bền, và mô hình hóa bằng ANN. Các thông số chính được khảo sát bao gồm cường độ dòng điện, vận tốc mỏ hàn, khoảng cách giữa các đường hàn, và chiều dày lớp hàn. Kết quả thí nghiệm được phân tích để đánh giá sự ảnh hưởng của các thông số này đến độ bền kéo của sản phẩm.

2.1 Công nghệ WAAM và ứng dụng

WAAM là công nghệ in 3D kim loại sử dụng hồ quang điện để tạo ra các chi tiết kim loại lớn. Công nghệ này có ưu điểm là chi phí thấp và thời gian sản xuất ngắn. Nghiên cứu này tập trung vào việc tối ưu hóa các thông số quy trình để cải thiện độ bền kéo của các chi tiết trục. Các ứng dụng của WAAM bao gồm chế tạo các chi tiết lớn trong ngành hàng không, ô tô, và công nghiệp nặng.

2.2 Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng phương pháp Taguchi để thiết lập các thông số thí nghiệm và ANN để phân tích dữ liệu. Các mẫu thử được chế tạo bằng WAAM và sau đó được thử nghiệm kéo trên máy kéo vạn năng. Kết quả thí nghiệm được phân tích để đánh giá độ bền kéo, giới hạn chảy, và độ dãn dài của các mẫu thử. Phương pháp ANN được sử dụng để tối ưu hóa các thông số quy trình và dự đoán kết quả thí nghiệm.

III. Kết quả và phân tích

Kết quả nghiên cứu cho thấy độ bền kéo của các chi tiết trục chế tạo bằng WAAM phụ thuộc nhiều vào các thông số quy trình như cường độ dòng điện, vận tốc mỏ hàn, và chiều dày lớp hàn. Phương pháp ANN đã giúp tối ưu hóa các thông số này, từ đó cải thiện tính chất cơ học của sản phẩm. Kết quả cũng cho thấy tiềm năng ứng dụng của WAAM trong các ngành công nghiệp đòi hỏi độ chính xác và độ bền cao.

3.1 Đánh giá độ bền kéo

Các mẫu thử được thí nghiệm kéo để đánh giá độ bền kéo, giới hạn chảy, và độ dãn dài. Kết quả cho thấy các thông số quy trình có ảnh hưởng đáng kể đến tính chất cơ học của sản phẩm. Phương pháp ANN đã giúp dự đoán chính xác các kết quả thí nghiệm và tối ưu hóa các thông số quy trình.

3.2 Ứng dụng thực tiễn

Nghiên cứu này mở ra hướng ứng dụng mới cho WAAM trong các ngành công nghiệp đòi hỏi độ bền và độ chính xác cao. Kết quả nghiên cứu có thể được sử dụng để cải thiện quy trình sản xuất và nâng cao chất lượng sản phẩm trong các ngành công nghiệp như hàng không, ô tô, và công nghiệp nặng.