Đồ án tốt nghiệp: Khảo sát độ dai va đập của thép carbon chế tạo bằng phương pháp WAAM layer

• Tác giả: Nguyễn Đức Nguyên
• Người hướng dẫn: TS. Nguyễn Văn Thức
• Trường học: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Kỹ Thuật Cơ Khí
• Đề tài: Khảo sát độ dai va đập của thép carbon 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
• TÓM TẮT
• ABSTRACT
• 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
• 1.2.1. Ý nghĩa khoa học
• 1.2.2. Ý nghĩa thực tiễn
• 1.3. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài
• 1.4. Đối tượng, phạm vi nghiên cứu
• 1.4.1. Đối tượng nghiên cứu
• 1.4.2. Phạm vi nghiên cứu
• 1.5. Phương pháp nghiên cứu
• 1.5.1. Nghiên cứu lý thuyết
• 1.5.2. Nghiên cứu thực nghiệm
• 1.6. Giới hạn của đề tài
• 2. CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI
• 2.1. Công nghệ gia công đắp lớp AM
• 2.1.1. Khái niệm chung
• 2.1.2. Phân loại công nghệ đắp lớp AM
• 2.2. Công nghệ đắp lớp bằng hồ quang WAAM
• 2.2.1. Công nghệ hàn hồ quang GMAW
• 2.2.1.1. Khái niệm chung
• 2.2.2. Vật liệu sử dụng trong in 3D kim loại
• 2.3. Vật liệu sử dụng trong quá trình thí nghiệm
• 2.3.1. Kiểm tra tổ chức tế vi
• 2.3.2. Phương pháp đo độ dai va đập
• 3. CHƯƠNG 3: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
• 3.1. Công nghệ CNC 3 trục
• 3.1.1. Mô hình khái quát máy CNC 3 trục
• 3.1.2. Mô hình máy CNC 3 trục
• 3.1.3. Các điểm quy chiếu trên máy CNC 3 trục
• 3.2. Máy hàn MIG kết hợp công nghệ CNC 3 trục
• 3.2.1. Cấu tạo của máy hàn MIG
• 3.2.2. Những thành phần và phụ kiện đi kèm với máy hàn MIG
• 3.2.3. Nguyên lý hoạt động của máy hàn MIG
• 3.2.4. Các thông số hàn
• 3.2.5. Ưu, nhược điểm và ứng dụng của máy hàn MIG
• 4. CHƯƠNG 4: CHẾ TẠO MÔ HÌNH THỰC NGHIỆM
• 4.1. Máy kiểm tra độ dai va đập
• 4.2. Nguyên lý hoạt động
• 4.3. Chế tạo mẫu thử
• 4.3.1. Chuẩn bị phôi hàn
• 4.3.2. Gia công mẫu thử va đập
• 4.3.3. Tiến hành thử nghiệm
• 5. CHƯƠNG 5: THỰC NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ MẪU
• 5.1. Phân tích kết quả đo
• 5.1.1. Vật liệu nguyên khối (material)
• 5.1.2. Số liệu thí nghiệm
• 5.2. Ảnh hưởng của bề dày lớp hàn
• 5.2.1. Số liệu thí nghiệm
• 5.3. Ảnh hưởng của tốc độ hàn
• 5.3.1. Số liệu thí nghiệm
• 5.4. Ảnh hưởng của độ dày tấm ghép
• 5.4.1. Số liệu thí nghiệm
• 5.5. Vật liệu nguyên gốc (material)
• 5.6. Kết luận tối ưu cho quá trình tạo sản phẩm
• 5.7. Thử nghiệm đo tổ chức tế vi đối với mẫu vật liệu hàn
• 5.8. Phương Pháp Thử Nghiệm
• 5.9. Kết quả đo và phân tích
• 5.9.1. Mẫu nguyên khối thép Ct3 (năng lượng va đập 197 J)
• 5.9.2. Mẫu Hàn với Bề Dày Lớp Hàn 2 mm (Năng Lượng Va Đập 223)
• 5.9.3. Mẫu Hàn với Độ Dày Tấm Ghép 2 mm (Năng Lượng Va Đập 179)
• 6. CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• DANH MỤC BẢNG BIỂU
• DANH SÁCH CÁC HÌNH ẢNH BIỂU ĐỒ
• DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

I. Giới thiệu về thép carbon và phương pháp WAAM

Thép carbon là vật liệu phổ biến trong ngành kỹ thuật cơ khí nhờ độ bền và khả năng chịu lực cao. Phương pháp WAAM (Wire Arc Additive Manufacturing) là công nghệ đắp lớp kim loại dựa trên nguyên lý hàn, tạo ra các lớp vật liệu từ sợi kim loại được hàn trực tiếp lên nền. Đề tài này tập trung vào việc khảo sát độ dai va đập của thép carbon được chế tạo bằng phương pháp WAAM, nhằm đánh giá tính chất cơ học và ứng dụng thực tiễn của vật liệu này.

1.1. Tính cấp thiết của đề tài

Công nghệ WAAM đang được ứng dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp nặng và chế tạo thép. Tuy nhiên, việc nghiên cứu độ dai va đập của thép carbon chế tạo bằng phương pháp WAAM vẫn còn hạn chế. Đề tài này nhằm cung cấp cơ sở khoa học để tối ưu hóa quy trình chế tạo và nâng cao chất lượng sản phẩm.

1.2. Mục tiêu nghiên cứu

Mục tiêu chính của đề tài là khảo sát độ dai va đập của thép carbon chế tạo bằng phương pháp WAAM, đồng thời phân tích ảnh hưởng của các yếu tố như cường độ dòng hàn, tốc độ hàn, và độ dày lớp hàn đến tính chất cơ học của vật liệu.

II. Cơ sở lý thuyết và công nghệ WAAM

Công nghệ WAAM là phương pháp đắp lớp kim loại dựa trên nguyên lý hàn hồ quang, sử dụng máy CNC để điều khiển quá trình chế tạo. Phương pháp này cho phép tạo ra các sản phẩm có độ phức tạp cao với chi phí thấp hơn so với các phương pháp truyền thống.

2.1. Nguyên lý hoạt động của WAAM

WAAM sử dụng sợi kim loại được hàn trực tiếp lên nền, tạo ra các lớp vật liệu liên tiếp. Quá trình này được điều khiển bởi máy CNC, đảm bảo độ chính xác và đồng nhất của sản phẩm.

2.2. Vật liệu sử dụng trong WAAM

Thép carbon là vật liệu chính được sử dụng trong nghiên cứu này. Vật liệu này có độ bền cao và khả năng chịu lực tốt, phù hợp với các ứng dụng trong ngành kỹ thuật cơ khí.

III. Phương pháp nghiên cứu và thử nghiệm va đập

Nghiên cứu được thực hiện thông qua hai phương pháp chính: nghiên cứu lý thuyết và nghiên cứu thực nghiệm. Thử nghiệm va đập được tiến hành để đánh giá độ dai va đập của thép carbon chế tạo bằng phương pháp WAAM.

3.1. Chuẩn bị mẫu thử

Các mẫu thử được chế tạo từ thép carbon bằng phương pháp WAAM, với các thông số hàn khác nhau. Mẫu thử được gia công theo tiêu chuẩn để đảm bảo độ chính xác trong quá trình thử nghiệm va đập.

3.2. Phương pháp thử nghiệm va đập

Thử nghiệm va đập được thực hiện bằng máy chuyên dụng để đo năng lượng hấp thụ của mẫu thử khi chịu tác động va đập. Kết quả được phân tích để đánh giá độ dai va đập của vật liệu.

IV. Kết quả và phân tích độ dai va đập

Kết quả nghiên cứu cho thấy thép carbon chế tạo bằng phương pháp WAAM có độ dai va đập tương đương hoặc cao hơn so với thép carbon sản xuất bằng phương pháp truyền thống. Điều này khẳng định tiềm năng ứng dụng của công nghệ WAAM trong ngành kỹ thuật cơ khí.

4.1. Ảnh hưởng của các thông số hàn

Các thông số như cường độ dòng hàn, tốc độ hàn, và độ dày lớp hàn có ảnh hưởng đáng kể đến độ dai va đập của thép carbon. Kết quả phân tích cho thấy việc tối ưu hóa các thông số này có thể cải thiện đáng kể tính chất cơ học của vật liệu.

4.2. Ứng dụng thực tiễn

Kết quả nghiên cứu có thể được ứng dụng trong việc phát triển các sản phẩm kim loại có yêu cầu cao về độ bền và khả năng chịu lực, đặc biệt trong các ngành công nghiệp nặng và chế tạo máy.

V. Kết luận và đề xuất

Đề tài đã khẳng định tiềm năng của phương pháp WAAM trong việc chế tạo thép carbon với độ dai va đập cao. Kết quả nghiên cứu cung cấp cơ sở khoa học để tối ưu hóa quy trình chế tạo và mở rộng ứng dụng của công nghệ WAAM trong ngành kỹ thuật cơ khí.

5.1. Kết luận

Thép carbon chế tạo bằng phương pháp WAAM có độ dai va đập tương đương hoặc cao hơn so với phương pháp truyền thống, khẳng định hiệu quả của công nghệ này.

5.2. Đề xuất

Cần tiếp tục nghiên cứu để tối ưu hóa các thông số hàn và mở rộng ứng dụng của công nghệ WAAM trong các ngành công nghiệp khác.