Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Ngành công nghiệp nhựa đóng vai trò then chốt trong chuỗi cung ứng toàn cầu và nền sản xuất hiện đại. Theo số liệu thống kê được tác giả trích dẫn trong văn bản, doanh số tiêu thụ của ngành nhựa chỉ trong 6 tháng đầu năm 2018 đã đạt mức 9,3 tỷ USD, phản ánh nhu cầu sử dụng các sản phẩm nhựa ngày càng tăng cao từ các vật dụng sinh hoạt thường ngày đến các chi tiết kỹ thuật phức tạp. Hầu hết các sản phẩm này đều được chế tạo thông qua công nghệ phun ép nhựa. Khi yêu cầu kỹ thuật đối với sản phẩm nhựa ngày càng khắt khe, chất lượng cơ tính—đặc biệt là độ bền mỏi (fatigue strength)—trở thành tiêu chí cốt lõi quyết định độ tin cậy và tuổi thọ làm việc của chi tiết khi chịu tải trọng lặp theo chu kỳ.

Trong thực tế sản xuất tại các doanh nghiệp, việc thiết lập các thông số công nghệ phun ép (như nhiệt độ nóng chảy, áp suất phun, áp suất nén giữ, thời gian duy trì áp) phần lớn vẫn dựa vào kinh nghiệm của kỹ thuật viên mà chưa được đánh giá định lượng về mức độ ảnh hưởng đến độ bền mỏi của sản phẩm. Mặt khác, các nghiên cứu trong nước trước đây chủ yếu tập trung vào độ bền kéo tĩnh, độ bền uốn hoặc độ bền đường hàn; các khảo sát chuyên sâu về độ bền mỏi xoắn (torsional fatigue) trên các chi tiết cơ cấu mềm linh hoạt (compliant mechanisms) còn rất hạn chế. Xuất phát từ bối cảnh đó, đề tài đồ án tốt nghiệp "Nghiên cứu đặc điểm độ bền mỏi xoắn của chi tiết nhựa" được thực hiện tại Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh nhằm giải quyết các yêu cầu kỹ thuật thực tiễn này.

Mục tiêu tổng quát của đề tài là đánh giá định lượng ảnh hưởng của các thông số công nghệ ép phun và thành phần vật liệu (nhựa nguyên sinh và nhựa gia cường sợi thủy tinh) đến độ bền mỏi xoắn của chi tiết cơ cấu mềm, từ đó thiết lập bộ cơ sở dữ liệu và biểu đồ thực nghiệm làm cơ sở khoa học cho việc tối ưu hóa quy trình gia công.

Nhiệm vụ nghiên cứu được xác định cụ thể gồm 4 nội dung:

  1. Nghiên cứu hệ thống cơ sở lý thuyết, công nghệ phun ép, cơ cấu mềm và các tiêu chuẩn kiểm tra độ bền mỏi cho vật liệu nhựa.
  2. Thiết lập thông số công nghệ và tiến hành gia công ép mẫu thử nghiệm cơ cấu mềm dạng Compliant từ các vật liệu nhựa ABS, PP, PA6 (với tỷ lệ sợi thủy tinh GF từ 0% đến 30%) trên máy ép nhựa Haitian MA 1200 III.
  3. Thiết kế, chế tạo đồ gá chuyên dụng và hệ thống máy đo độ bền mỏi xoắn tích hợp cảm biến đo moment xoắn cùng bộ điều khiển CPU kết nối phần mềm TIA Portal.
  4. Thu thập dữ liệu thực nghiệm, phân tách số liệu và xây dựng biểu đồ mỏi xoắn trên phần mềm Origin nhằm so sánh cơ tính mỏi giữa các nhóm vật liệu.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

  • Đối tượng nghiên cứu: Độ bền mỏi xoắn của chi tiết nhựa (dạng cơ cấu mềm Compliant).
  • Khách thể nghiên cứu: Nhóm vật liệu nhựa nhiệt dẻo gồm ABS, PP, PA6 kết hợp phụ gia sợi thủy tinh (Glass Fiber - GF) từ 0% đến 30%; các thông số công nghệ phun ép gồm nhiệt độ nhựa, áp suất duy trì và thời gian duy trì áp.
  • Phạm vi không gian: Phòng thí nghiệm và xưởng thực hành Khoa Cơ khí Chế tạo máy, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh.
  • Phạm vi thời gian: Học kỳ II năm học 2023 - 2024 (nghiệm thu tháng 2/2024).

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Khóa luận xây dựng hệ thống cơ sở lý thuyết toàn diện xoay quanh bốn trụ cột kỹ thuật: vật liệu polymer, độ bền mỏi vật liệu, công nghệ ép phun - khuôn mẫu, và cơ cấu mềm Compliant.

Về mặt vật liệu, đề tài khảo sát ba nhóm nhựa nhiệt dẻo thông dụng:

  • Nhựa ABS (Acrylonitrile Butadiene Styrene): Polyme tổng hợp cấu tạo từ ba đơn vị monomer mang lại sự cân bằng giữa độ cứng/chịu nhiệt (Acrylonitrile), độ đàn hồi/chống va đập (Butadiene) và độ bóng/khả năng gia công (Styrene).
  • Nhựa PP (Polypropylene): Nhựa bán tinh thể có công thức hóa học $(C_3H_6)_n$, trọng lượng riêng thấp, kháng hóa chất, độ dẻo dai cao và có khả năng chống biến dạng sau nhiều chu kỳ uốn/xoắn lặp lại.
  • Nhựa PA6 (Polyamide 6 / Nylon 6): Nhựa kỹ thuật chứa liên kết amide lặp lại, nhiệt độ nóng chảy cao ($500 - 540\text{ K}$), hệ số ma sát thấp, chịu mài mòn tốt, được phối trộn cùng sợi thủy tinh (GF) với các tỷ lệ 0%, 5%, 10%, 15%, 20%, 25%, 30% nhằm nâng cao độ cứng và khả năng chịu tải.

Về cơ học phá hủy và độ bền vật liệu, văn bản trình bày các khái niệm độ bền kéo, độ bền nén, độ bền uốn, độ dẻo và hiện tượng phá hủy mỏi (fatigue failure). Mỏi được định nghĩa là quá trình tích lũy phá hủy dần dần trong cấu trúc vật liệu dưới tác dụng của ứng suất/tải trọng biến thiên theo chu kỳ, hình thành từ các vết nứt tế vi tại vùng tập trung ứng suất và lan truyền dẫn đến gãy hỏng hoàn toàn. Đề tài vận dụng lý thuyết đường cong mỏi Wöhler ($S-N$) biểu diễn mối quan hệ giữa biên độ ứng suất ($\sigma_a$) hoặc moment xoắn với số chu kỳ phá hủy ($N$), cũng như các tiêu chuẩn thực nghiệm như ASTM D7791-17 (thử mỏi đơn trục cho nhựa nhiệt dẻo) và ISO 527 (thử kéo vật liệu nhựa).

Về công nghệ khuôn mẫu và ép phun, đề tài hệ thống hóa các tham số công nghệ chính (nhiệt độ nhựa nung chảy, nhiệt độ khuôn, tốc độ phun, áp suất phun, áp suất nén giữ và thời gian duy trì áp suất). Về cơ cấu mềm, văn bản phân tích nguyên lý cơ cấu Compliant và cơ cấu đàn hồi song ổn định (bistable mechanism) hoạt động dựa trên mô hình "quả bóng trên đồi" (ba vị trí cân bằng: hai vị trí ổn định và một vị trí bất ổn định), cho phép truyền và biến đổi chuyển động/moment thông qua năng lượng biến dạng đàn hồi tích lũy trong kết cấu.

Phương pháp nghiên cứu kết hợp giữa lý thuyết và thực nghiệm:

  • Phương pháp lý thuyết: Phân tích, tổng hợp tài liệu chuyên ngành, kế thừa các công trình nghiên cứu trong nước (Trần Văn Chứ & Quách Văn Thiêm, 2013; Vũ Viết Chuyên, 2016; Lê Tiến Thành, 2016; Phạm Sơn Minh và cộng sự, 2017; Huỳnh Đỗ Song Toàn, 2019) và quốc tế (S. Nguyen, 1983; Jiang Zhou, 1994; Ming-Hsiung Ho, 2015; Samet Caliskan, 2016; H. Sadeghi, 2017).
  • Phương pháp thực nghiệm: Chế tạo mẫu thực tế bằng công nghệ ép phun trên máy Haitian MA 1200 III; thiết kế và chế tạo đồ gá chuyên dụng cùng hệ thống thử mỏi xoắn tự động; thu thập dữ liệu tải xoắn qua cảm biến moment kết nối bộ điều khiển CPU và phần mềm TIA Portal; xử lý và phân tách dữ liệu đường cong mỏi bằng phần mềm chuyên dụng Origin.

Thiết kế và triển khai hệ thống thực nghiệm kỹ thuật

Do đề tài thuộc nhóm nghiên cứu ứng dụng kỹ thuật cơ khí, nhóm tác giả đã trực tiếp thiết kế, chế tạo và vận hành tổ hợp thiết bị thực nghiệm gồm hai hệ thống chính: hệ thống tạo mẫu ép phun và hệ thống kiểm tra độ bền mỏi xoắn tự động.

Thành phần hệ thống Quy cách / Thiết bị cụ thể Chức năng kỹ thuật trong đồ án
Thiết bị ép phun Máy ép nhựa ngang Haitian MA 1200 III Gia công tạo hình mẫu thử cơ cấu mềm Compliant từ hạt nhựa PP, ABS, PA6 và hỗn hợp PA6 + GF
Khuôn ép mẫu Bộ khuôn kim loại chuyên dụng (phần cố định và phần di động) Định hình biên dạng hình học cơ cấu mềm Compliant phục vụ thử nghiệm mỏi xoắn
Khung máy thử xoắn Khung thép gia công cơ khí vững vững Nâng đỡ toàn bộ cụm truyền động, cụm gá đặt và cơ cấu đo
Cơ cấu truyền động Động cơ điện, bộ căng đai, bộ truyền đai, hộp giảm tốc tỷ lệ truyền $1/50$ Giảm tốc và truyền moment xoắn ổn định với chu kỳ góc quay lặp lại
Cơ cấu kẹp mẫu Mâm cặp định tâm đường kính ngoài $\phi 100\text{ mm}$ Kẹp chặt và định vị cụm đồ gá chi tiết quay
Bộ đồ gá chuyên dụng Đồ gá khoan, đồ gá phần cố định, đồ gá chi tiết quay Định vị chính xác hai đầu chi tiết cơ cấu mềm, loại bỏ hiện tượng trượt khi chịu tải xoắn
Hệ thống đo & Thu thập Cảm biến đo moment xoắn (Torque sensor) Ghi nhận biến thiên giá trị moment xoắn theo thời gian thực
Bộ điều khiển & Phần mềm CPU lập trình điều khiển tích hợp phần mềm TIA Portal Điều khiển chu kỳ vận hành máy, thu nhận và lưu trữ tín hiệu số từ cảm biến
Phần mềm xử lý dữ liệu Origin Phân tách dữ liệu tín hiệu, vẽ đường cong moment - thời gian và chồng biểu đồ so sánh mỏi

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Tổng quan

Chương này tổng thuật toàn diện các công trình nghiên cứu về cơ tính và độ bền mỏi của vật liệu nhựa trong và ngoài nước. Nhóm tác giả điểm qua các nghiên cứu nội địa: công trình của Trần Văn Chứ và Quách Văn Thiêm (2013) về ảnh hưởng của nhiệt độ ($T_1 = 180^\circ\text{C}$), áp suất ép ($P_1 = 9,3\text{ MPa}$) và thời gian ép ($T_g = 33\text{ s}$) đến độ bền kéo ($33,66\text{ MPa}$) và độ bền uốn của gỗ nhựa; nghiên cứu của Vũ Viết Chuyên (2016) trên nhựa PA66 chỉ ra áp suất phun làm tăng độ bền uốn trong khi nhiệt độ nhựa làm giảm độ bền uốn; nghiên cứu của Lê Tiến Thành (2016) trên PA6 + 30% GF khi tăng nhiệt độ khuôn từ $40^\circ\text{C}$ lên $70^\circ\text{C}$; nghiên cứu của Phạm Sơn Minh và cộng sự (2017) về độ bền đường hàn và hệ thống thông hơi kích thước $0,10\text{ mm}$; nghiên cứu của Huỳnh Đỗ Song Toàn (2019) ứng dụng ANOVA chứng minh tỷ lệ sợi thủy tinh và nhiệt độ nóng chảy là hai yếu tố chi phối dịch chuyển mỏi uốn trên PA6.

Ở mảng nghiên cứu quốc tế, chương 1 trích dẫn các nghiên cứu của S. Nguyen (1983) về sự tăng nhiệt trong thử mỏi uốn hợp chất SMC-R65 ở tần số $1000 - 2200\text{ cpm}$; Jiang Zhou (1994) về mỏi uốn 4 điểm; H. Sadeghi (2017) khảo sát ảnh hưởng tần số tải ($1, 10, 50, 100\text{ Hz}$); Ming-Hsiung Ho (2015) về lan truyền vết nứt trên blend PC/ABS (thông số tối ưu: nhiệt độ chảy $260^\circ\text{C}$, khuôn $80^\circ\text{C}$, thời gian phun $2\text{ s}$); Samet Caliskan (2016) thử mỏi ABS theo chuẩn ASTM D7791-17 với các tỷ số ứng suất $R = 0,1; 0,4; 0,7$. Từ khoảng trống nghiên cứu, chương 1 xác lập tính cấp thiết, mục tiêu, đối tượng, nhiệm vụ, giới hạn và phương pháp luận của đề tài.

Chương 2: Cơ sở lý thuyết

Chương 2 trình bày chi tiết bản chất hóa học, cấu trúc phân tử, cơ tính, ưu điểm và ứng dụng của ba loại vật liệu: nhựa ABS (cấu trúc polymer đa thành phần, khả năng chịu va đập, gia công ở nhiệt độ $200 - 280^\circ\text{C}$, khuôn $40 - 85^\circ\text{C}$, áp suất $60 - 180\text{ MPa}$), nhựa PP (cấu trúc $(C_3H_6)_n$, độ dẻo dai, ứng dụng làm bản lề sống và ống tiêm y tế), và nhựa PA6 (nhiệt độ nóng chảy $500 - 540\text{ K}$, khả năng chịu mài mòn và độ rão thấp).

Chương này cũng phân tích lý thuyết độ bền vật liệu (độ bền kéo, nén, uốn, dẻo và mỏi), đường cong mỏi Wöhler ($S-N$), cơ chế suy giảm cơ tính dưới tải trọng lặp. Về công nghệ sản xuất, tác giả phân tích chu trình ép phun, các yếu tố ảnh hưởng (nhiệt độ, tốc độ phun, áp suất phun, áp suất nén giữ, thời gian duy trì áp), cùng phân loại công nghệ khuôn mẫu (khuôn kim loại, khuôn đúc áp lực, khuôn rèn dập, khuôn ép kim loại, khuôn ép phun, khuôn đùn, khuôn thổi, khuôn đúc chân không, khuôn đúc ép chuyển). Cuối cùng, chương 2 làm rõ cấu tạo và nguyên lý làm việc của cơ cấu mềm Compliant, cơ cấu đàn hồi song ổn định (bistable) dựa trên mô hình biến dạng tích lũy năng lượng.

Chương 3: Phương pháp và quy trình thực nghiệm

Chương 3 tập trung vào quy trình triển khai thực nghiệm chế tạo mẫu và đo kiểm mỏi xoắn:

  • Chuẩn bị vật liệu và thông số ép phun: Tác giả lập bảng tính toán tỷ lệ phối trộn và khối lượng hạt nhựa PA6 0% GF và PA6 30% GF để tạo ra các cấp phối $0%, 5%, 10%, 15%, 20%, 25%, 30%\text{ GF}$. Thiết lập bảng thông số phun ép trên máy Haitian MA 1200 III cho từng loại vật liệu (PP, ABS, PA6).
  • Thiết kế và chế tạo máy thử mỏi xoắn: Thiết kế hoàn chỉnh khung máy, bộ căng đai - truyền đai, bộ truyền moment xoắn, hộp giảm tốc với tỷ lệ truyền $1/50$, mâm cặp đường kính ngoài $100\text{ mm}$. Gia công và lắp ráp bộ đồ gá kẹp chuyên dụng gồm đồ gá khoan, đồ gá phần cố định và đồ gá chi tiết quay nhằm định vị chính xác mẫu Compliant trên máy.
  • Tích hợp hệ thống đo và điều khiển: Kết nối cảm biến đo moment xoắn (sensor) với bộ điều khiển CPU, lập trình thu nhận tín hiệu qua phần mềm TIA Portal để giám sát và ghi nhận liên tục sự suy giảm moment xoắn theo chu kỳ làm việc.

Chương 4: Phân tích và so sánh kết quả đo biến dạng

Chương 4 là phần trọng tâm về dữ liệu thực nghiệm. Tác giả xuất và xử lý các đồ thị biến thiên moment xoắn theo thời gian/chu kỳ thu được từ phần mềm TIA Portal, sau đó đưa vào phần mềm Origin để phân tách và chuẩn hóa số liệu:

  • Phân tích đồ thị moment xoắn đơn lẻ của từng mẫu: ABS, PP, PA6 0% GF, PA6 5% GF, PA6 10% GF, PA6 15% GF, PA6 20% GF, PA6 25% GF, và PA6 30% GF.
  • Chồng lớp đồ thị (overlay plots) trên Origin để so sánh trực quan: so sánh giữa ABS và PP; so sánh từng cặp tỷ lệ PA6 (0% GF với 5% GF, 10% GF với 15% GF, PA6 0% GF với PA6 5% GF); so sánh giữa nhựa ABS và PA6 30% GF.
  • Tổng hợp bảng số liệu thống kê thực nghiệm và đánh giá quy luật suy giảm moment xoắn mỏi của từng loại vật liệu dưới chuyển động xoắn chu kỳ.

Chương 5: Kết luận và hướng phát triển

Chương cuối cùng tổng kết các kết quả đạt được về mặt chế tạo thiết bị thử nghiệm, xây dựng quy trình đo kiểm và tập dữ liệu cơ tính mỏi xoắn của các loại vật liệu nhựa; đồng thời chỉ ra các hạn chế kỹ thuật trong quá trình thực nghiệm và đề xuất các định hướng nghiên cứu mở rộng trong tương lai.

Kết quả và đóng góp

Kết quả thực nghiệm chính

Khóa luận đã thu thập và xử lý toàn bộ dữ liệu thực nghiệm về phản ứng moment xoắn mỏi của các chi tiết nhựa dạng cơ cấu mềm Compliant, thể hiện rõ sự khác biệt giữa các dòng polymer và tỷ lệ phụ gia gia cường:

Nhóm vật liệu thử nghiệm Tỷ lệ gia cường sợi thủy tinh (GF) Đặc điểm phản ứng mỏi xoắn & Hành vi cơ tính ghi nhận
Nhựa PP $0%\text{ GF}$ (Nguyên sinh) Độ dẻo dai cao, moment xoắn ban đầu thấp hơn ABS, suy giảm moment ổn định sau nhiều chu kỳ biến dạng
Nhựa ABS $0%\text{ GF}$ (Nguyên sinh) Độ cứng và moment xoắn ban đầu cao hơn PP, phản ứng mỏi thể hiện sự suy giảm biên độ moment rõ rệt dưới tác động chu kỳ
Nhựa PA6 (0% GF) $0%\text{ GF}$ (Nguyên sinh) Độ dẻo tốt, moment xoắn ở mức cơ sở, độ bền mỏi xoắn phụ thuộc chặt chẽ vào nhiệt độ nóng chảy khi ép
Nhựa PA6 (5% - 15% GF) $5%, 10%, 15%\text{ GF}$ Moment xoắn và độ cứng tăng dần theo tỷ lệ phần trăm GF; khả năng chống biến dạng xoắn được cải thiện
Nhựa PA6 (20% - 30% GF) $20%, 25%, 30%\text{ GF}$ Đạt giá trị moment xoắn cực đại cao nhất; độ cứng vững tăng vượt trội so với PA6 nguyên sinh và nhựa ABS

Đóng góp khoa học và thực tiễn

  • Đóng góp khoa học: Cung cấp bộ dữ liệu thực nghiệm có hệ thống về đặc tính mỏi xoắn của chi tiết nhựa cơ cấu mềm Compliant gia công bằng công nghệ ép phun; bổ sung dữ liệu đối chứng định lượng về ảnh hưởng của hàm lượng sợi thủy tinh ($0 - 30%\text{ GF}$) trong nền nhựa PA6 đối với khả năng chịu tải xoắn chu kỳ.
  • Đóng góp thực tiễn: Chế tạo thành công mô hình máy thử nghiệm độ bền mỏi xoắn tự động với chi phí thấp, sử dụng hộp giảm tốc $1/50$, mâm cặp $\phi 100\text{ mm}$, cảm biến moment và phần mềm TIA Portal kết hợp Origin, có khả năng ứng dụng trực tiếp trong nghiên cứu, kiểm tra chất lượng sản phẩm ép phun tại xưởng hoặc phục vụ công tác giảng dạy thực hành cơ khí.
  • Kiến nghị kỹ thuật: Đối với các chi tiết cơ cấu mềm yêu cầu chịu tải xoắn lớn và độ cứng vững cao, việc bổ sung sợi thủy tinh từ $20%$ đến $30%$ vào nền PA6 mang lại hiệu quả vượt trội so với nhựa PP và ABS truyền thống.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

  • Hạn chế của đề tài:
    • Đề tài mới khảo sát trên ba nhóm nhựa thông dụng (ABS, PP, PA6 với dải tỷ lệ GF từ 0% đến 30%) và trên một biên dạng hình học cơ cấu mềm Compliant cụ thể.
    • Các thông số ép phun thực nghiệm được khảo sát trong dải công nghệ nhất định của máy ép Haitian MA 1200 III tại xưởng trường, chưa mở rộng khảo sát đa biến kết hợp đồng thời nhiều thông số môi trường (nhiệt độ làm việc, độ ẩm môi trường thử nghiệm).
  • Hướng nghiên cứu tiếp:
    • Mở rộng phạm vi thử nghiệm trên các chủng loại nhựa kỹ thuật cao khác (như PC, POM, PBT, PEEK) và các tỷ lệ phối trộn composite khác nhau.
    • Khảo sát độ bền mỏi xoắn dưới các điều kiện môi trường khắc nghiệt (nhiệt độ cao, độ ẩm thay đổi) và các dải tần số góc khác nhau.
    • Ứng dụng phương pháp mô phỏng số (CAE/FEA) để phân tích phân bố ứng suất và dự đoán tuổi thọ mỏi của cơ cấu mềm trước khi tiến hành thực nghiệm ép mẫu.

Giá trị tham khảo

Tài liệu khóa luận có giá trị tham khảo chuyên môn hữu ích cho các nhóm đối tượng sau:

  • Sinh viên và học viên ngành Cơ khí Chế tạo máy, Công nghệ Kỹ thuật Cơ khí: Tham khảo quy trình thiết kế, chế tạo đồ gá chuyên dụng và phương pháp tích hợp hệ thống cơ điện tử (hộp giảm tốc, mâm cặp, cảm biến lực, PLC/CPU và phần mềm TIA Portal) phục vụ đo kiểm cơ tính.
  • Kỹ sư công nghệ khuôn mẫu và kỹ thuật chất dẻo/polymer: Tham khảo bảng thông số thiết lập ép phun thực tế trên dòng máy Haitian MA 1200 III và dữ liệu cơ tính so sánh giữa các loại nhựa ABS, PP, PA6 nguyên sinh và PA6 gia cường sợi thủy tinh.
  • Người làm nghiên cứu về độ bền vật liệu và cơ cấu mềm (Compliant Mechanisms): Kế thừa phương pháp luận thực nghiệm đo mỏi xoắn, quy trình xử lý tín hiệu cảm biến và kỹ thuật phân tách, so sánh biểu đồ mỏi bằng phần mềm Origin.

Câu hỏi thường gặp

1. Đề tài khảo sát độ bền mỏi xoắn trên những loại vật liệu nhựa cụ thể nào?

Khóa luận tiến hành thực nghiệm trên ba nhóm vật liệu nhựa nhiệt dẻo gồm: nhựa ABS nguyên sinh, nhựa PP nguyên sinh, và nhựa PA6 với 7 tỷ lệ gia cường sợi thủy tinh khác nhau: $0%, 5%, 10%, 15%, 20%, 25%$, và $30%\text{ GF}$.

2. Thiết bị ép phun nào được sử dụng để gia công các mẫu thử nghiệm trong đề tài?

Các mẫu chi tiết cơ cấu mềm được gia công ép phun trực tiếp trên máy ép nhựa trục ngang Haitian MA 1200 III tại xưởng thực hành Khoa Cơ khí Chế tạo máy.

3. Hệ thống đo moment xoắn mỏi của nhóm tác giả bao gồm những cơ cấu và thiết bị chính nào?

Hệ thống thử nghiệm bao gồm: khung máy cơ khí vững chắc, cụm bộ căng đai và truyền đai, bộ truyền moment xoắn, hộp giảm tốc có tỷ lệ truyền $1/50$, mâm cặp định tâm đường kính ngoài $100\text{ mm}$, bộ đồ gá chuyên dụng (đồ gá khoan, đồ gá phần cố định, đồ gá chi tiết quay), cảm biến đo moment xoắn (torque sensor), và bộ điều khiển CPU kết nối phần mềm TIA Portal.

4. Nhóm tác giả sử dụng phần mềm nào để ghi nhận tín hiệu và xử lý biểu đồ thực nghiệm?

Phần mềm TIA Portal được sử dụng để lập trình điều khiển CPU và thu thập dữ liệu đo trực tiếp từ cảm biến moment xoắn theo thời gian thực; phần mềm Origin được sử dụng để phân tách số liệu, vẽ đường cong suy giảm moment xoắn và chồng các biểu đồ để so sánh đặc tính mỏi giữa các trường hợp vật liệu.

5. Khái niệm cơ cấu mềm dạng Compliant trong khóa luận hoạt động theo nguyên lý nào?

Cơ cấu mềm Compliant hoạt động dựa trên nguyên lý biến dạng đàn hồi của kết cấu để truyền hoặc biến đổi lực và moment (thay vì dùng các khớp nối cứng truyền thống). Trong khóa luận, mẫu thử nghiệm được thiết kế theo nguyên lý cơ cấu đàn hồi song ổn định (bistable mechanism), mô phỏng theo mô hình "quả bóng trên đồi" với hai vị trí cân bằng ổn định và một vị trí bất ổn định.

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp "Nghiên cứu đặc điểm độ bền mỏi xoắn của chi tiết nhựa" đã hoàn thành trọn vẹn mục tiêu nghiên cứu thông qua việc kết hợp giữa cơ sở lý thuyết độ bền vật liệu, công nghệ ép phun và phương pháp thực nghiệm cơ điện tử. Nhóm tác giả đã chế tạo thành công hệ thống máy đo moment xoắn mỏi tự động tích hợp cảm biến và phần mềm TIA Portal, đồng thời thu thập, phân tích chi tiết dữ liệu mỏi xoắn của các mẫu cơ cấu mềm từ nhựa PP, ABS và PA6 gia cường $0 - 30%\text{ GF}$ trên phần mềm Origin. Kết quả nghiên cứu cung cấp cơ sở dữ liệu thực nghiệm có giá trị khoa học và ứng dụng thực tiễn cao cho việc tối ưu hóa thông số ép phun và lựa chọn vật liệu trong thiết kế, chế tạo chi tiết nhựa kỹ thuật.