CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 1.1 Tính cấp thiết của đề tài Trong nền kinh tế hiện đại, việc thiết kế và đánh giá chất lượng của sản phẩm công nghiệp là vô cùng quan trọng. Nó là một bước không thể thiếu trong bất kể ngành nghề nào trước khi đưa vào sản xuất hàng loạt. Nhằm đưa ra những tiêu chuẩn nhất định để sàng lọc chất lượng của chi tiết một cách tối ưu nhất. Và việc nghiên cứu hiện tượng mỏi do xoắn của chi tiết máy cũng là một bước để kiểm tra và đánh giá khả năng chịu tải của các linh kiện và vật liệu trong sản xuất.
Thực tế trong sản xuất có rất nhiều nguyên nhân dẫn đến hư hỏng chi tiết máy như ma sát, ăn mòn, làm việc quá tải, bị nóng trong nền nhiệt cao,…Và hiện tượng mỏi là một trong những nguyên nhân đó. Phá hủy do mỏi chiếm tỉ lệ lớn trong các hư hỏng trong các hệ thống công nghiệp cơ khí, ảnh hưởng lớn đến sự an toàn của hệ thống máy móc, hiệu quả sản xuất và sức khỏe con người. Nghiên cứu hiện tượng mỏi do xoắn của chi tiết máy trong quá trình làm việc sẽ giúp ta nắm được những thông số tối ưu của vật liệu. Từ đó cải thiện chất lượng sản xuất và độ tin cậy của sản phẩm.
Đóng góp quan trọng vào việc nghiên cứu và phát triển vật liệu mới để nâng cao độ bền cơ học cho chi tiết máy.2 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 1.1 Ý nghĩa khoa học Nghiên cứu hiện tượng mỏi xoắn của chi tiết máy có thể giúp chúng ta hiểu sâu sắc hơn về bản chất của hiện tượng này. Từ đó, có thể xây dựng những mô hình lý thuyết chính xác hơn để mô tả hiện tượng mỏi xoắn. Những mô hình lý thuyết này được sử dụng để dự đoán khả năng chịu mỏi xoắn của các chi tiết máy, từ đó giúp thiết kế, chế tạo chi tiết máy có độ bền mỏi cao hơn.2 Ý nghĩa thực tiễn Việc nghiên cứu hiện tượng mỏi xoắn của chi tiết máy có ý nghĩa thực tiễn quan trọng như: Xác định giới hạn bền mỏi của chi tiết máy. Nắm được các yếu tố ảnh hưởng đến độ bền mỏi của chi tiết máy bao gồm: vật liệu, ứng suất xoắn, nhiệt độ, tần suất, chu kỳ ứng suất, môi trường,.
Để giúp 1 chúng ta có thể chọn vật liệu, thiết kế chi tiết máy, và điều kiện vận hành phù hợp để tăng độ bền mỏi của chi tiết máy. Phát triển các phương pháp cải thiện độ bền mỏi của chi tiết máy như sử dụng vật liệu có độ bền mỏi cao, gia công bề mặt chi tiết máy, ứng dụng các kỹ thuật gia công bề mặt tiên tiến. Việc nghiên cứu các phương pháp này giúp chúng ta có thể cải thiện độ bền mỏi của chi tiết, giảm thiểu sự cố kỹ thuật, và nâng cao hiệu quả sử dụng chi tiết máy. Mục tiêu nghiên cứu Mục tiêu nghiên cứu của đề tài "Nghiên cứu hiện tượng mỏi do xoắn của chi tiết máy" là tạo ra một bộ thông số để chế tạo chi tiết máy.
Sau đó sẽ chạy thử nghiệm trên máy xoắn mỏi để thu thập dữ liệu momen xoắn mỏi từ cảm biến. Từ cơ sở dữ liệu đã lấy được, ta tiến hành phân tích thông qua đồ thị, biểu đồ để xác định được độ bền xoắn của các nhóm vật liệu đã tạo ra. Giúp ta tìm được những thông số tối ưu nhất trong việc sản xuất, chế tạo chi tiết máy.4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 1.1 Đối tượng nghiên cứu Hiện tượng mỏi trên chi tiết chịu tải dạng xoắn Các bộ thông số của chi tiết in 3D Số liệu sau khi chạy thử nghiệm 1.2 Phạm vi nghiên cứu Thiết kế và chế tạo mẫu thử in 3D Lựa chọn và tích hợp cảm biến: lựa chọn các cảm biến phù hợp để đo lường momen xoắn trong quá trình thử nghiệm. Cảm biến sẽ được tích hợp vào mô hình máy thử xoắn để ghi nhận và truyền thông tin momen xoắn.
Phát triển đơn vị điều khiển: Nghiên cứu sẽ phát triển một đơn vị điều khiển thông minh và linh hoạt cho mô hình máy thử xoắn. Đơn vị điều khiển sẽ điều chỉnh và kiểm soát quá trình thử nghiệm, cung cấp giao diện người dùng và hiển thị kết quả đo lường. Thử nghiệm và phân tích vật liệu: Nghiên cứu sẽ thực hiện các thử nghiệm xoắn trên các mẫu vật liệu nhựa để đánh giá độ bền và tính chất cơ học của chúng. Sau đó sẽ tiến hành phân tích trên phần mềm mô phỏng.5 Phương pháp nghiên cứu Nghiên cứu, phân tích lý thuyết dựa trên việc tham khảo, tìm kiếm các tài liệu liên quan đến mỏi xoắn và in 3D.
Tiến hành các thí nghiệm với các mẫu in 3D và đưa ra biểu đồ để giải quyết những vấn đề sau: Phân tích và đánh giá kết quả: Dữ liệu thu thập từ quá trình thử nghiệm sẽ được phân tích và đánh giá để xác định độ bền xoắn của các mẫu vật liệu. Tiến hành phân tích kết quả của mẫu thử trên phần mềm để so sánh kết quả thử nghiệm đã thu được với mẫu thử sau cùng.6 Kết cấu của ĐATN Đồ án tốt nghiệp bao gồm 5 chương với các nội dung chính như sau: Chương 1: Tổng quan về đề tài Chương 2: Cơ sở lý thuyết Chương 3: Nghiên cứu hiện tượng mỏi do xoắn của chi tiết máy Chương 4: Ứng dụng Chương 5: Kết luận và hướng phát triển của đề tài 3 CHƯƠNG II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Khái quát về hiện tượng mỏi 2.1 Khái niệm Mỏi là quá trình tích lũy dần dần sự phá hỏng trong bản thân vật liệu dưới tác động của ứng suất thay đổi tuần hoàn theo thời gian. Ứng suất thay đổi này làm xuất hiện các vết nứt mỏi ở mức tế vi, sau đó các vết nứt mỏi đó phát triển và dẫn tới sự phá hủy của vật liệu. Sự phá hủy như vậy được gọi là sự phá hủy vì mỏi.2 Nguyên nhân gây mỏi Có ba yếu tố chính gây ra mỏi: Ứng suất lặp đi lặp lại hoặc dao động: Đây là yếu tố quan trọng nhất gây ra mỏi.
Ứng suất càng cao và số chu kỳ tải càng nhiều thì khả năng xảy ra mỏi càng cao. Tập trung ứng suất: Các điểm tập trung ứng suất, chẳng hạn như các rãnh, khía và lỗ, có thể làm giảm tuổi thọ mỏi của chi tiết máy. Đặc tính vật liệu: Một số vật liệu, chẳng hạn như thép và hợp kim, dễ bị mỏi hơn các vật liệu khác, chẳng hạn như nhựa và gốm sứ.3 Các giai đoạn của mỏi Quá trình mỏi xảy ra theo ba giai đoạn: 1. Khởi đầu vết nứt: Giai đoạn này bắt đầu với sự hình thành các vết nứt trên bề mặt vật liệu.
Các vết nứt này thường hình thành các điểm tập trung ứng suất. Tăng trưởng vết nứt: Trong giai đoạn này, các vết nứt nhỏ sẽ tiếp tục phát triển dưới tác dụng của ứng suất lặp đi lặp lại. Gãy vỡ: Giai đoạn này xảy ra khi vết nứt phát triển đến kích thước tới hạn và chi tiết máy bị gãy.2 Cơ sở lý thuyết mỏi Mỏi là hiện tượng phá hủy dần dần của vật liệu dưới tác dụng của tải trọng lặp đi lặp lại với cường độ nhỏ hơn giới hạn bền tĩnh của vật liệu. Hiện tượng mỏi có thể xảy ra ở tất cả các loại vật liệu, bao gồm kim loại, phi kim loại và vật liệu tổng hợp.
4 Có nhiều lý thuyết khác nhau về cơ chế của hiện tượng mỏi, nhưng hai lý thuyết chính là: Lý thuyết nứt: Lý thuyết này cho rằng mỏi bắt đầu từ sự hình thành và phát triển các vết nứt nhỏ trên bề mặt vật liệu. Các vết nứt này phát triển dần dần dưới tác dụng của tải trọng lặp đi lặp lại, cuối cùng dẫn đến gãy vỡ vật liệu. Lý thuyết biến dạng: Lý thuyết này cho rằng mỏi là do sự tích tụ của biến dạng dẻo trong vật liệu dưới tác dụng của tải trọng lặp đi lặp lại. Biến dạng dẻo này cuối cùng dẫn đến sự phá hủy của vật liệu.
Ngoài hai lý thuyết chính trên, còn có một số lý thuyết khác về cơ chế mỏi, như: Lý thuyết hóa học: Lý thuyết này cho rằng mỏi có liên quan đến các quá trình hóa học xảy ra trên bề mặt vật liệu. Lý thuyết vật lý: Lý thuyết này cho rằng mỏi có liên quan đến các quá trình vật lý xảy ra trong cấu trúc vi mô của vật liệu. Các yếu tố ảnh hưởng đến độ bền mỏi của vật liệu bao gồm: Loại vật liệu: Các loại vật liệu khác nhau có độ bền mỏi khác nhau. Cường độ tải trọng: Cường độ tải trọng càng cao, độ bền mỏi càng thấp.
Tần số tải trọng: Tần số tải trọng càng cao, độ bền mỏi càng thấp. Môi trường: Môi trường ăn mòn có thể làm giảm độ bền mỏi của vật liệu. Kích thước và hình dạng chi tiết: Kích thước và hình dạng chi tiết có thể ảnh hưởng đến độ bền mỏi của vật liệu.3 Công nghệ in 3D 2.1 Tổng quan về công nghệ in 3D. Cách đây khoảng 40 năm về trước, những ai lần đầu tiên nghe tiếng phát ra trên radio, nhìn thấy hình mình trên 1 tấm giấy, hay xem những con người bé tí chạy nhảy trong chiếc hộp vuông thì ta đã thấy công nghệ đó thật hiện đại.
Ngày nay khoa học công nghệ phát triển vượt bậc, đi bất cứ đâu chúng ta cũng nghe thấy TV 3D, phim 3D, âm thanh 3D, hình 3D. Tất cả những cụm từ trên dùng để chỉ những công nghệ tạo ảo giác hình khối lên thị giác và thính giác của con người, nhằm mô phỏng lại những gì ta có thể thấy và nghe được. Nhưng 3D trong công nghệ in 3D là một định nghĩa hoàn toàn khác với 3D mang tính mô phỏng mà ta đã nói như ở trên. In 3D ở đây là sản phẩm thật, vật thể thật mà ta có thể cầm trên tay, quan sát một cách chính xác, 3D ở đây là mọi thứ xung quanh ta, mà từ nguyên thủy đến hiện nay ta vẫn tiếp xúc hàng ngày, quá quen thuộc mà ta chẳng gọi nó là 3D làm gì.
5 Thế nào là in 3D? In 3D là in ấn ra một vật thể theo không gian ba chiều (Dài- Rộng-Cao) mà ta có thể cầm nắm, quan sát hay sử dụng nó như: mô hình xe hơi, máy bay, lọ hoa, giày, quần áo. thậm chí là một ngôi nhà, đôi giày, cái chụp đèn ngủ.