Nghiên cứu thiết kế dụng cụ hàn chốt hàn ma sát khuấy cho tấm nhôm

LÝ LỊCH KHOA HỌC

LỜI CAM ĐOAN

LỜI CẢM ƠN

TÓM TẮT

ABSTRACT

1. CHƯƠNG MỞ ĐẦU

1.1. Tính cấp thiết

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 đề tài

1.3.1. Mục tiêu chung

1.3.2. Mục tiêu cụ thể

1.4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

1.4.1. Phạm vi nghiên cứu

1.5. Kết cấu luận văn

2. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

2.1. Hàn ma sát khuấy

2.1.1. Lịch sử phát triển

2.1.2. Thiết bị hàn ma sát khuấy

2.1.2.1. Máy hàn ma sát khuấy

2.1.2.2. Dụng cụ hàn ma sát khuấy

2.1.3. Các nghiên cứu trong và ngoài nước

2.1.3.1. Nghiên cứu trong nước

2.1.3.2. Nghiên cứu ngoài nước

3. CHƯƠNG 2: NỘI DUNG, PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

3.1. Nội dung nghiên cứu

3.2. Phương pháp nghiên cứu

3.2.1. Phương pháp kế thừa

3.2.2. Phương pháp thu thập thông tin

3.3. Phương pháp tính toán thiết kế

3.4. Phương pháp thực nghiệm

4. CHƯƠNG 3: CƠ SỞ LÝ THUYẾT THIẾT KẾ CHỐT HÀN CHO HÀN MA SÁT KHUẤY

4.1. ĐẶC ĐIỂM QUÁ TRÌNH HÀN MA SÁT KHUẤY

4.1.1. Đặc điểm chung

4.1.2. Đặc điểm quá trình sinh nhiệt

4.2. CÁC YÊU CẦU CHUNG VỀ CHỐT HÀN

4.2.1. Khả năng chịu tải của chốt hàn

4.2.2. Những khuyết tật thường gặp khi hàn ma sát khuấy

4.2.3. Độ bền chốt hàn so với hiệu quả chi phí

4.2.4. Giải pháp khắc phục

4.3. CƠ SỞ LÝ THUYẾT THIẾT KẾ CHỐT HÀN

4.3.1. Tiêu chí chọn vật liệu làm dao

4.3.2. Một số vật liệu chế tạo chốt hàn phổ biến

4.3.2.1. Thép dụng cụ

4.3.2.2. Kim loại, hợp kim chịu nhiệt

4.3.2.3. Hợp kim gốc Niken và hợp kim gốc Coban (Co)

4.3.2.4. Hợp kim cứng

4.3.2.5. So sánh vật liệu làm dao

4.3.3. Kết cấu chốt hàn ma sát khuấy

4.3.3.1. Các dạng vai chốt của dụng cụ

4.3.3.2. Các dạng đầu chốt hàn của dụng cụ

4.3.3.3. Các dạng mẫu chốt hàn thiết kế, tổng hợp bằng phương pháp Taguchi

4.3.3.4. Tính toán thiết kế chốt hàn

4.4. Các bước thiết kế chốt hàn

4.4.1. Bước 1 - Xác định đặc tính của vật liệu hàn

4.4.2. Bước 2: Tính toán các kích thước sơ bộ của chốt hàn

4.4.3. Bước 3 - Tính toán nhiệt lượng sinh ra khi hàn

5. CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU

5.1. Thiết kế chốt hàn

5.1.1. Yêu cầu thiết kế

5.1.2. Thiết kế kết cấu dụng cụ hàn ma sát khuấy

5.2. Đề xuất công nghệ chế tạo chốt hàn

5.2.1. Công nghệ chế tạo vai

5.2.2. Công nghệ chế tạo chốt

5.2.3. Công nghệ nhiệt luyện

5.2.4. Kiểm tra chất lượng

5.3. Thiết bị thực nghiệm

5.3.1. Máy hàn ma sát khuấy

5.3.2. Vật liệu mẫu

5.3.3. Đồ gá hàn ma sát khuấy

5.3.4. Các thông số ảnh hưởng đến chất lượng mối hàn

5.3.5. Thiết kế thực nghiệm

5.3.6. Phương pháp thực nghiệm

5.3.7. Qui trình thực nghiệm

5.4. Kết quả thực nghiệm dụng cụ hàn

5.4.1. Kết quả thực nghiệm dụng cụ hàn T1

5.4.2. Kết quả thực nghiệm dụng cụ hàn T2

5.4.3. Kết quả thực nghiệm dụng cụ hàn T3

5.4.4. Kết quả thực nghiệm dụng cụ hàn T4

5.5. Đánh giá chất lượng mẫu hàn bằng phương pháp trực quan

5.5.1. Đánh giá mẫu hàn dụng cụ T1

5.5.2. Đánh giá mẫu hàn dụng cụ T2

5.5.3. Đánh giá mẫu hàn dụng cụ T3

5.5.4. Đánh giá mẫu hàn dụng cụ T4

5.6. Đánh giá chất lượng mẫu hàn bằng phương pháp kiểm tra độ bền kéo

5.6.1. Chuẩn bị mẫu kéo

5.6.2. Máy kiểm tra phổ quát (UTM-Universal Testing Machine)

5.6.3. Phương pháp Taguchi

6. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Giới thiệu về hàn ma sát khuấy

Hàn ma sát khuấy (hàn chốt) là một phương pháp hàn tiên tiến, hoạt động ở trạng thái rắn, cho phép nối các vật liệu mà không cần đến nhiệt độ nóng chảy. Phương pháp này đặc biệt hiệu quả trong việc hàn các vật liệu khó hàn như nhôm với nhôm. Đặc điểm nổi bật của hàn ma sát khuấy là khả năng tạo ra mối hàn có độ bền cao, đồng thời giảm thiểu các khuyết tật thường gặp trong các phương pháp hàn truyền thống. Theo nghiên cứu, các thông số như tốc độ trục chính và hình dáng dụng cụ có ảnh hưởng lớn đến chất lượng mối hàn. Việc thiết kế dụng cụ hàn phù hợp là rất quan trọng để đạt được hiệu suất hàn tối ưu.

1.1. Tính cấp thiết của nghiên cứu

Trong bối cảnh công nghiệp hiện đại, nhu cầu về các phương pháp hàn hiệu quả và tiết kiệm chi phí ngày càng tăng. Dụng cụ hàn hiện tại chủ yếu phải nhập khẩu với chi phí cao, gây khó khăn cho các nhà sản xuất trong nước. Nghiên cứu này nhằm phát triển một hệ thống dụng cụ hàn có thể sản xuất trong nước, từ đó giảm thiểu chi phí và nâng cao khả năng cạnh tranh cho sản phẩm hàn nhôm. Việc phát triển dụng cụ hàn trong nước không chỉ giúp tiết kiệm chi phí mà còn tạo ra cơ hội cho các nghiên cứu và phát triển công nghệ hàn trong tương lai.

II. Thiết kế dụng cụ hàn

Quá trình thiết kế dụng cụ hàn (hàn ma sát khuấy) bao gồm nhiều bước quan trọng. Đầu tiên, cần xác định các yêu cầu kỹ thuật cho chốt hàn như khả năng chịu tải và độ bền. Các thiết kế được phát triển dựa trên phần mềm Autodesk Inventor, cho phép mô phỏng và tối ưu hóa hình dáng của dụng cụ hàn. Nghiên cứu đã đề xuất bốn thiết kế chốt hàn khác nhau, bao gồm chốt ren trụ và chốt ren côn, mỗi loại đều có những ưu điểm riêng trong quá trình hàn. Việc lựa chọn vật liệu chế tạo cho dụng cụ hàn cũng rất quan trọng, với các vật liệu như thép SKD 61 được sử dụng để đảm bảo độ bền và khả năng chịu nhiệt.

2.1. Các yêu cầu thiết kế

Các yêu cầu thiết kế cho dụng cụ hàn bao gồm khả năng chịu tải, độ bền và khả năng chống mài mòn. Đặc biệt, hình dáng của chốt hàn cần phải được tối ưu hóa để đảm bảo hiệu suất hàn tốt nhất. Nghiên cứu đã chỉ ra rằng các thiết kế khác nhau của chốt hàn có thể ảnh hưởng đến chất lượng mối hàn. Việc áp dụng phương pháp Taguchi trong thiết kế giúp xác định các thông số tối ưu cho quá trình hàn, từ đó nâng cao độ bền kéo của mối hàn.

III. Kết quả nghiên cứu

Kết quả nghiên cứu cho thấy rằng việc áp dụng các thiết kế dụng cụ hàn mới đã mang lại những cải tiến đáng kể trong chất lượng mối hàn. Các mẫu thử nghiệm được thực hiện trên máy hàn ma sát khuấy cho thấy độ bền kéo của mối hàn đạt tiêu chuẩn ISO 6892-1. Phương pháp Taguchi đã được sử dụng để phân tích ảnh hưởng của các thông số hàn đến độ bền kéo, từ đó xác định được các yếu tố quan trọng nhất. Kết quả cho thấy rằng tốc độ trục chính và tốc độ tiến dụng cụ là hai yếu tố có ảnh hưởng lớn nhất đến chất lượng mối hàn.

3.1. Đánh giá chất lượng mối hàn

Đánh giá chất lượng mối hàn được thực hiện thông qua các phương pháp trực quan và kiểm tra độ bền kéo. Kết quả cho thấy rằng các mẫu hàn sử dụng dụng cụ hàn mới có độ bền kéo cao hơn so với các mẫu hàn truyền thống. Điều này chứng tỏ rằng việc thiết kế và phát triển dụng cụ hàn trong nước không chỉ giúp tiết kiệm chi phí mà còn nâng cao chất lượng sản phẩm hàn, đáp ứng được yêu cầu khắt khe của thị trường.

Luận văn thạc sĩ: Nghiên cứu thiết kế dụng cụ hàn chốt hàn ma sát khuấy ứng dụng cho tấm nhôm