Trong nhiều trường hợp thì in 3D giúp gia tăng hiệu suất sản xuất do công nghệ này có thể tối ưu được quy trình sản xuất với khả năng tạo ra các chi tiết phức tạp mà không thể chế tạo bằ
GIỚ I THI Ệ U
Lý do ch ọn đề tài
Việc chọn đề tài “Thực nghiệm quá trình in 3d kim loại theo phương pháp hàn TIG” cho báo cáo đồ án tốt nghiệp của tôi không chỉ là một quyết định ngẫu nhiên mà còn là kết quả của sự hứng thú và niềm đam mê cháy bỏng về công nghệ sản xuất hiện đại Với xuất thân là các sinh viên đến từ Khoa Cơ khí Chế tạo máy và cụ thể hơn là ngành CNKT
Cơ khí thì niềm đam mê với các phương pháp gia công là một thứ gì đó luôn tồn tại trong tiềm thức Ngoài việc gia công truyền thống là sử dụng các phương pháp tiện, phay, cắt, thì in 3D cũng là một phương pháp tạo hình vật liệu không những nhanh mà còn hiện đại In 3D kim loại không chỉ là một cách tiếp cận mới trong việc sản xuất, mà còn đại diện cho sự sáng tạo và tính ứng dụng của công nghệ trong ngành công nghiệp kim loại
Hiểu rõ về những thách thức mà ngành công nghiệp in 3D kim loại đang phải đối mặt là một yếu tố quan trọng Nhóm tin rằng việc tìm hiểu và đối mặt với những thách thức này sẽ giúp nhóm phát triển kỹnăng nghiên cứu và giải quyết vấn đề Hơn hết thì những phương pháp in 3D kim loại hiện nay đều đang phát triển để tìm đến phương hướng tối ưu nhất có thể Với đề tài lần này là việc sử dụng hồ quang hàn TIG để làm nguồn nhiệt chính hy vọng có thể mang lại hiệu quả và góp phần vào sự phát triển của nền công nghiệp của nước nhà cũng như quốc tế.
Tính c ấ p thi ế t c ủa đề tài
Ngày càng nhiều ngành công nghiệp đang chuyển đổi và hiện đại hóa quy trình sản xuất của mình bằng cách tích hợp công nghệ in 3D kim loại Trong nhiều trường hợp thì in 3D giúp gia tăng hiệu suất sản xuất do công nghệ này có thể tối ưu được quy trình sản xuất với khả năng tạo ra các chi tiết phức tạp mà không thể chế tạo bằng các phương pháp truyền thống hoặc các phương pháp truyền thống có thể chế tạo được nhưng tốn rất nhiều thời gian và vật liệu Bên cạnh đó đây cũng là cơ hội để nghiên cứu cho các bạn sinh viên cũng như giảng viên của Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM.
Ý nghĩa khoa họ c th ự c ti ễ n
Với phương pháp này người sản xuất sẽ có thể tăng cường được hiệu suất đáng kể và có thể tự do sáng tạo trong việc thiết kế sản phẩm Bên cạnh đó với việc tìm hiểu, nghiên cứu đề tài lần này cũng giúp cho sinh viên hiểu rõ hơn về các khía cạnh liên quan đến in 3D truyền thống cũng như in 3D kim loại
Cung cấp thêm tài liệu nghiên cứu, học tập về phương pháp in 3D kim loại cho sinh viên các ngành kỹ thuật.
M ụ c tiêu nghiên c ứ u
Mục tiêu nghiên cứu của đề tài:
- Nghiên cứu tổng quan về công nghệ in 3D kim loại
- Thực nghiệm tạo mẫu in 3D với các thông số in khác nhau
Đối tượ ng và ph ạ m vi nghiên c ứ u
Nghiên cứu tổng quan về phương pháp in 3D kim loại theo phương pháp hàn TIG bù dây
- Đề tài tập trung nghiên cứu, thử nghiệm kéo bền các mẫu được in với ba thông số: cường độ dòng hàn TIG, tốc độ bàn máy CNC, tốc độ ra dây
- Vật liệu mẫu hàn: thép C45
- Vật liệu dây: hợp kim.
Phương pháp nghiên cứ u
Các phương pháp nghiên cứu được sử dụng trong quá trình thực hiện đồ án có thể kể đến như:
- Phương pháp thu thập số liệu
- Phương pháp phân tích tổng kết kinh nghiệm.
K ế t c ấ u c ủa ĐATN
ĐATN bao gồm 6 chương, trong đó:
- Chương 1: Giới thiệu đề tài
- Chương 3: Thực nghiệm tạo mẫu in
- Chương 5: Tổng hợp kết quả sau kiểm bền
TỔ NG QUAN
T ổ ng quan v ề in 3D kim lo ạ i
2.1.1 In 3D kim lo ạ i là gì?
Công nghệ in 3D đã ra đời từ khá lâu, nhưng chủ yếu chúng được sử dụng trên vật liệu nhựa nhằm tạo ra những sản phẩm dưới dạng mô hình Tuy nhiên, nhược điểm của phương pháp in này đó là sản phẩm có sức bền và sức chịu nhiệt kém
Sau đó, công nghệ in 3D kim loại ra đời Và đúng với tên gọi của mình, công nghệ này tạo ra các sản phẩm bằng kim loại và khắc phục những nhược điểm của công nghệ in 3D truyền thống trước đó, tạo nên những sản phẩm có độ bền cao Bên cạnh đó, chúng còn giúp đẩy nhanh quá trình sản xuất, từ đó tiết kiệm được thời gian lẫn chi phí cho doanh nghiệp
Hiện nay công nghệ in 3D kim loại có 2 dạng chính là DMLS và SLM Về căn bản, các phương pháp này khá giống nhau Trong khuôn khổ quá trình nghiên cứu lần này, nhóm sử dụng phương pháp là lợi dụng nhiệt từ hồquang hàn TIG đểđốt nóng chảy kim loại Từ đó tạo thành từng lớp vật liệu
2.1.2 Công ngh ệ in 3D kim lo ạ i SLM và DMLS: a) Nguyên lý của công nghệ in 3D kim loại:
DMLS áp dụng cho nhiều hợp kim khác nhau, cho phép các nguyên mẫu có độ cứng bằng với vật liệu tạo ra sản phẩm Bởi vì các chi tiết được in theo từng lớp, có thể thiết kế hình dáng linh hoạt, các kết cấu bên trong và các hình dạng đặc biệt mà không thể tạo ra được bằng phương pháp đúc hoặc gia công truyền thống Sản phẩm DMLS kim loại có độ cứng, độ bền cao do đó có thể được sử dụng làm nguôn mẫu hoặc làm thành phẩm
Quá trình này bắt đầu bằng cách cắt file hình ảnh CAD 3D thành các lớp, thường có độ dày từ 20 đến 100 micromet, tạo thành các lớp hình ảnh 2D Định dạng tệp này là tệp stl theo tiêu chuẩn của ngành được sử dụng trên hầu hết các công nghệ in 3D hoặc công nghệ stereolithography hiện nay Tập tin này sau đó được nạp vào một phần mềm chuyển đổi để gán các tham số, giá trị và hỗ trợ vật lý cho phép tệp được chuyển thành chương trình điều khiển và được in bởi các loại máy in 3D khác nhau
Với SLM, các lớp kim loại mỏng, mịn, đồng đều được phủ lên một tấm đế kim loại, tấm đế này được gắn chặt vào bàn máy di chuyển theo trục thẳng đứng (Z) Quá trình in dìn ra bên trong một buồng chứa khí trơ được kiểm soát chặt chẽ, hoặc argon hoặc nitơ có nồng độ dưới 5/10000 Khi một lớp vật liệu được phủ lên, các lớp cắt 2D của chi tiết sẽ được liên kết với nhau bằng cách làm nóng chảy bột Điều này được thực hiện với một chùm tia laser công suất cao, thường là laser sợi ytterbium với hàng trăm watt Tia laser được hướng theo trục X và Y với hai gương quét tần số cao Năng lượng laser đủ mạnh để cho phép sự nóng chảy của các hạt kim loại rắn dìn ra hoàn toàn Quá trình này được lặp lại từ lớp này đến lớp khác cho đến khi hoàn thiện sản phẩm
Máy DMLS sử dụng laser quang Yb-fiber công suất 200W Bên trong buồng in, có một đếđỡ vật liệu bột và một đế đỡ sản phẩm cùng với một con lăn được sử dụng để đẩy bột mới trên vùng in Công nghệ này sử dụng tia laser làm nóng chảy cục bộ bột kim loại theo mặt cắt 2D của sản phẩm, từ đó làm cho các hạt bột bị nóng chảy và hòa vào nhau tạo thành một thể đồng nhất Các chi tiết được in theo từng lớp, thường có độ dày khoảng 20 micromet b) Vật liệu sử dụng trong công nghệ in 3D kim loại:
Với SLM: Vật liệu sử dụng gần như tối đa, vật liệu in 3D kim loại sau khi in xong, một phần được tái sử dụng giúp bạn tiết kiệm được nhiều vật liệu hơn so với gia công truyền thống Các vật liệu có thể kể đến như: thép không gỉ, thép hiệu suất cao, hợp kim titan, hợp kim nhôm, hợp kim Co-Cr, Ni-base Superalloy, Đồng crom…
Với DMLS: In 3D công nghệ DMLS dùng các vật liệu như:
- Thép không ghỉ hoặc tương đương
- Hợp kim siêu bền Coban-Molipden-Crom
- Hợp kim titan, nhôm, nikel (inconel) c) Ứng dụng của in 3D kim loại:
Với SLM: Quy trình SLM rất có lợi cho những người cần sản xuất các bộ phận kim loại của họ để tạo mẫu hoặc sản xuất một cách nhanh chóng Nó cũng cho phép tạo ra các thiết kế phức tạp và có độ chi tiết cao mà bất kỳ công nghệ nào khác không thể thực hiện được do những hạn chế của quy trình sản xuất truyền thống Công nghệ in 3D SLM có các ứng dụng:
- Các thành phân công nghiệp hàng không vũ trụ
- Thiết bị nha khoa và thiết bị y tế (cấy ghép, bộ phận giả, )
- Các thành phần chịu áp suất cao cho kỹ thuật cơ khí/ hoá học
- Phụ tùng thay thế cho các ứng dụng ô tô
- Các kênh làm mát trong bộ chèn công cụ sản xuất và nhiều hơn nữa Với DMLS: Các sản phẩm của công nghệ in 3D ngày càng được ứng dụng nhiều Đặc biệt việc thay thế và chế tạo mới các lớp vỏ cho điện thoại và xe hơi Nhờ công nghệ DMLS, các công ty có thế chế tạo được các mẫu nhanh chóng và không quá tốn kém Cụ thể, sản phẩm được sử dụng trong các lĩnh vực:
- Y học, khi chế tạo thử và cấy ghép răng giả
- Hàng không vũ trụ, để chế tạo các chi tiết với các chức năng đầy đủ của động cơ và tuabin
- Sản xuất loạt (nhỏ): trong kỹ thuật robot và nghiên cứu khoa học, công nghệ này cho phép tăng đáng kể tốc độ sản xuất các chi tiết thường được sử dụng nhiều
2.1.3 V ậ t li ệ u s ử d ụ ng trong in 3D kim lo ạ i:
Một vài loại vật liệu in 3D thường sử dụng phổ biến trong in kim loại như sau: a) Vật liệu thép:
Thép là một vật liệu phổ biến sử dụng trong in 3D Với đặc tính linh hoạt, ứng dụng tuyệt vời và được sử dụng rộng rãi trong cơ khí chính xác làm cho vật liệu thép in 3D trở thành lựa chọn hàng đầu để tạo ra các bộ phận, chi tiết chất lượng cao Một vài ưu điểm nổi bật của thép khi sử dụng để in 3D:
- Có độ cứng và độ bền cao
- Đặc tính của vật liệu linh hoạt và phong phú
- Có thể xử lý ở nhiệt độ cao
Hầu hết các kim loại được làm từ thép đều có thể in được, nhưng có 2 loại được sử dụng phổ biến nhất là thép công cụ và thép không gỉ
Các tính chất vật lý của thép có liên quan đến tính chất vật lý của vật liệu, chẳng hạn như mật độ, độ dẫn nhiệt, mô đun đàn hồi, tỷ lệ Poison Một số giá trị tiêu biểu cho tính chất vật lý của thép là:
- Khối lượng riệng ρ = 7.7 ÷ 8.1 [kg/dm3]
- Khả năng truyền nhiệt κ = 11.2 ÷ 48.3 [W/mK]
- Khả năng dãn nở vì nhiệt α = 9 ÷27 [10-6 / K] b) Siêu hợp kim:
Công nghệ in 3D kim loại tạo ra sự khác biệt lớn nhờ khả năng chế tạo ra các loại hợp kim có giá trị khá cao với chi phí tương đối thấp Nếu thiết kế và sản xuất theo phương pháp gia công truyền thống thường sẽ gặp khó khăn và tốn kém nhiều hơn thì in 3D sẽ giúp cho các công ty sản xuất các bộ phận, chi tiết hiệu suất cao với chi phí hợp lý
Ưu điể m c ủ a in 3D kim lo ạ i
In 3D kim loại có rất nhiều ưu điểm như:
- Tốc độ tạo ra sản phẩm nhanh hơn so với công nghệ in khác.
- Trong lĩnh vực tạo mẫu nhanh thì chi phí đầu tư sở hữu của công nghệ in 3D kim loại là thấp nhất.
- Chi phí sản xuất cũng như chi phí nguyên vật liệu thấp.
- Vật liệu cho quá trình chế tạo và khả năng ứng dụng rất đa dạng.
- Có khả năng in các sản phẩm với cấu tạo hình học phức tạp mà không cần sự hỗ trợ của giá đỡ.
- D̀ dàng để chuẩn bị, sử dụng cũng như bảo trì, bảo dưỡng.
- Có khả năng tạo mẫu với đa dạng màu sắc, lên đến hàng triệu màu.
- Cho phép người dùng chế tạo ra các sản phẩm đa dạng từ các vật liệu khác nhau cùng khối lượng, kích thước với các tỷ lệ khác nhau, màu sắc đa dạng so với chi tiết hoặc sản phẩm thật.
Bên cạnh những ưu điểm mà công nghệ in 3D kim loại thì chúng còn một vài hạn chế gây khó khăn cho người dùng như sau:
- Bị hạn chế trong việc ứng dụng lắp ghép chi tiết phức tạp vì độ chính xác chưa cao, đòi hỏi bề mặt sản phẩm in không có độ mịn và khả năng chịu lực đồng đều
- Kích thước của đối tượng được in hạn chế
- Chi tiết hoặc độ phân giải của sản phẩm được in còn giới hạn
- Chi phí vật liệu còn cao, ở trong một vài trường hợp, độ bền chắc của sản phẩm được in cũng hạn chế.
So sánh sự khác biệt giữa gia công cắt gọt với công nghệ in 3D vật liệu
Liên quan đến sản xuất trừ lùi (gia công cắt gọt), sản xuất phụ gia (in 3D vật liệu) cho phép người dùng sản xuất các mặt hàng nhanh hơn và linh hoạt hơn Trên hết, nó sử dụng phần mềm và các công thức cụ thể để tăng độ chính xác và giảm lãng phí, cải thiện chất lượng thành phẩm của bạn với chi phí thấp hơn so với sản xuất trừ lùi
Dưới đây là tóm tắt về sự khác biệt giữa sản xuất phụ gia và sản xuất trừ lùi:
Bảng 1: So sánh gia công cắt gọt và in 3D kim loại
Thêu kết vật liệu Bóc tách vật liệu
- Tạo ra sản phẩm bằng cách thêm từng lớp vật liệu
- Quy trình bao gồm sản xuất trực tiếp từ dữ liệu 3D bằng máy in 3D thêu kết vật liệu theo lớp
- Vận hành bởi máy tính và các hệ thống in 3D chuyên dụng
- Các lớp để lại bề mặt thô và yêu cầu xử lý bề mặt
- Các vật thể phức tạp hay rỗng được sản xuất d̀ dàng
- Phù hợp các sản phẩm có kích thước nhỏ và số lượng ít.
- Chi phí cho sản phẩm đơn chiếc là rất thấp, nhưng lại quá cao cho sản xuất hàng loạt
- Bóc tách vật liệu để tạo hình sản phẩm
- Quy trình bao gồm sử dụng máy tay, máy CNC tiện phay và bắn điện
- Vận hành bằng cả máy tính và robot để hỗ trợ quá trình gia công truyền thống
- Chất lượng bề mặt có thể kiểm soát
- Các vật thể phức tạp khó tạo hình do móc ngược
- Phù hợp cho các sản phẩm có kích thước từ vừa đến to, sản xuất số lượng lớn
- Chi phí sản phẩm đơn chiếc là cao, nhưng lại hiệu quả cho sản xuất hàng loạt
Do đó, nhiều nhà sản xuất hiện đang sử dụng sản xuất phụ gia để tạo mẫu và sản xuất quy mô nhỏ, và thực tế có rất nhiều công nghệ in 3D mà người ta có thể lựa chọn.
Xác định nguyên lý phương pháp in 3D dùng phương pháp hàn TIG
Hàn TIG là quá trình hàn hồ quang bằng điện cực Vonfram trong môi trường bảo vệ là khí trơ, mối hàn được khí trơ bảo vệ tránh khỏi sự xâm nhập của không khí bên ngoài Kim loại nóng chảy được là nhờ nhiệt lượng do hồ quang tạo ra giữa điện cực Vonfram và vật hàn Cũng như các quá trình hàn MIG và hàn trong khí bảo vệ khác, hàn TIG có thể sử dụng khí trơ hoặc hỗn hợp khí trơ
Cấu tạo chính của bộ hàn TIG bao gồm: máy hàn chính, bình khí bảo vệ, mỏ hàn TIG, kẹp mass, Sơ đồ cấu tạo các bộ phận chính của bộ hàn TIG:
Hình 2 1: Sơ đồ cấu tạo chính của bộ hàn TIG
Các bộ phận của bình khí bảo vệ:
Hình 2 2: Sơ đồ các bộ phận của bình khí bảo vệ
Bộ biến dòng giúp tạo dòng điện cường độ lớn với điện áp thấp, có sơ đồ cơ bản sau:
Hình 2 3: Sơ đồcơ bản của bộ biến dòng
Bộ biến dòng có hồi tiếp:
Hình 2 4: Sơ đồ bộ biến dòng có hồi tiếp
Bộ biến dòng theo kiểu Inverter:
Hình 2 5: Sơ đồ biến dòng theo kiểu Inverter
Bên cạnh đó là mỏ hàn TIG và kẹp mass, đây được xem là bộ phận quan trọng ở tất cả các dòng máy hàn điện Nó quyết định trực tiếp đến chất lượng đường hàn vì thế phải đảm bảo đượcyêu cầu kỹ thuật của nhà sản xuất đưa ra Bên trong mỏ hàn TIG có rất nhiều chi tiết phức tạp, cụ thể thiết bị này có cấu tạo như sau:
Hình 2 6: Sơ đồ mỏ hàn TIG làm mát bằng nước
Hình 2 7: Cấu tạo cơ bản kẹp nối đất/ kẹp hàn
Ngoài những bộ phận trên máy hàn còn có các bộ phận khác, như:
Trong hàn điện tử, hàn TIG kim loại được hợp nhất với nhau bằng cách nung nóng chúng bằng một dòng điện được thiết lập giữa điện cực vonfram và phôi Một kim loại phụ có thể không được sử dụng tùy thuộc vào kích thước mối hàn Các kim loại nóng chảy, điện cực vonfram và vùng hàn được bảo vệ khỏi bầu khí quyển
(không khí xung quanh nó) bằng một dòng khí trơ qua mỏ hàn Các mối hàn kết quả có tính toàn vẹn hóa học giống như kim loại cơ bản ban đầu
Hàn TIG được sử dụng để có thể được thực hiện ở bất kỳ vị trí hàn và trong chế độ bằng tay, bán tự động và tự động; các phương pháp được sử dụng phụ thuộc vào các trang thiết bị và ứng dụng
Thường dùng các khí argon, heli hay hỗn hợp helium và argon
Hình 2 8: Sơ đồ hàn TIG
2.4.2 Áp dụng công nghệ TIG vào in 3D
Cách lợi dụng nguồn nhiệt từ hồ quang hàn TIG để đốt chảy kim loại cũng giống như cách mà máy in 3D sử dụng vật liệu nhựa đã áp dụng từ trước Về cơ bản thì đây cũng lợi dụng một nguồn nhiệt lớn, đạt đến điểm nóng chảy của kim loại để in thành từng lớp vật liệu Nhưng đối với việc sử dụng kim loại thay cho nhựa sẽ nảy sinh ra nhiều vấn đề, có thể kể đến như sau:
- Nhiệt độ nóng chảy của kim loại cao hơn rất nhiều so với nhựa Do đó để làm nóng chảy được kim loại và tạo thành lớp vật liệu là tương đối khó
- Do sử dụng hồ quang từ súng hàn TIG, thì việc canh thời gian chuẩn xác giữa lúc xuất hiện hồ quang với lúc dây cấp bù ra đến điểm in là cực kỳ quan trọng Bởi nếu hồ quang xuất hiện trước mà dây cấp chưa kịp đến điểm in thì sẽ không có lớp vật liệu tạo thành Ngược lại nếu dây cấp đã đến điểm cần tạo vật liệu mà hồ quang chưa xuất hiện sẽ dẫn đến hiện tượng trượt dây trên bàn máy, khi đó nếu hồ quang xuất hiện sẽ đốt chảy phần giữa đoạn dây gây ra hiện tượng dư dây trên bàn máy
- Với việc xuất hiện hồ quang từ súng hàn TIG quá lâu sẽ dẫn đến việc kim hàn TIG bị hao hụt Do đó lúc đầu khi canh chỉnh bàn máy thì hồ quang vừa đủ để phóng đến bề mặt, nhưng sau một khoảng cách nhất định do nhiệt sinh ra trên kim hàn là quá lớn gây nên hiện tượng nóng chảy kim hàn làm cho nó ngắn đi so với lúc ban đầu Điều này gây nên hồ quang quá dài làm cho nhiệt từ súng TIG sẽ không gây nóng chảy lên đúng điểm in mà sẽ phóng đi nơi khác có trở kháng thấp hơn
- Để bảo vệ kim hàn hạn chế bị hao hụt thì khí cấp vào súng hàn TIG là rất quan trọng, nhưng việc canh chỉnh áp lực và thời gian tr̀ khí cũng gây ra một số khó khăn.
Chỉ cần khắc phục được những khó khăn nói trên thì chúng ta có thể tạo ra một thiết bị có thể in 3D kim loại Ở đây sản phẩm tạo ra sẽ có bề mặt thô nên cần phải gia công cắt gọt lại để tạo nên sản phẩm sau cùng hoàn hảo Điều này giúp cắt giảm được vật liệu trong vài trường hợp mà gia công cắt gọt sẽ hao phí hơn, người sản xuất có thể lựa chọn áp dụng phương pháp này vào chế tạo để tiết kiệm được chi phí.
Quy trình các bước thực hiện đồ án
Nhìn chung để hoàn thành quá trình nghiên cứu và thực nghiệm lần này, nhóm cần phải trải qua 10 bước được liệt kê trong hình bên dưới:
Nhận đồ án Chế tạo thiết bị cấp dây Tìm nguồn hàn TIG Thực nghiệm hàn mẫu
Gia công bề mặt Cắt mẫu theo biên dạng Kéo mẫu
Tổng hợp mẫu đã kéo
Kết luận Thiết kế chế tạo đồ gá
Hình 2 9: Quy trình các bước thực hiện đồ án
THỰC NGHIỆM TẠO MẪU IN
Chế tạo thiết bị cấp dây
3.1.1 Xác định thiết bị cấp dây Để lựa chọn được thiết bị cấp dây cho việc in 3D phù hợp, chúng ta cần hiểu rõ về nó để có thể tiết kiệm được chi phí cũng như tạo nên hiệu quả nhất có thể Về nguyên lý hoạt động của thiết bị cấp dây thì việc đẩy dây hàn ra đến đầu cấp dây có thể sử dụng nhiều cách khác nhau, có thể kể đến như sử dụng động cơ để đẩy dây hoặc đẩy dây sử dụng xung nhịp
Hình 3 1: Đẩy dây sử dụng động cơ và đẩy dây sử dụng xung nhịp Đối với sử dụngcách thứ 2 chúng ta có thể thấy nó khá phức tạp cũng như không phù hợp để áp dụng vào công nghệ in 3D, bởi phương pháp này hầu hết áp dụng cho việc cấp bù dây TIG thủ công Do đó việc sử dụng con lăn để cấp dây trong trường hợp này sẽ hợp lý hơn, nó giúp tiết kiệm về chi phí cũng như tính khả thi khi áp dụng thực tế
Sau khoảng thời gian tìm kiếm, nhóm cũng lựa chọn ra được một số thiết bị đáp ứng được yêu cầu: a) Motor cấp dây hàn SS-5A
Hình 3 2: Motor cấp dây hàn SS – 5A
Bảng 2: Thông số motor cấp dây hàn SS – 5A
Feed Roller Size (OD x ID x H)
Remark: Motor can be optional refer to technical datas of ZYT – 79 magnet motor series on P02 b) Bộ cấp dây rùa hàn CO 2 đầu ra
Hình 3 3: Bộ cấp dây rùa hàn
Bảng 3: Thông số bộ cấp dây rùa hàn - CO 2 đầu ra
Current Feeding Speed Diameter of
Remark: Motor can be optional refer to technical datas of 120SN – J print motor series on P04 c) Motor cấp dây hàn SS– 21:
Bảng 4: Thông số motor cấp dây hàn SS – 21
Feed Roller Size (OD x ID x H)
Remark: Motor can be optional refer to technical datas of ZYT – 73 magnet motor series on P02
Hình 3 4: Motor cấp dây hàn SS – 21
Weight Size Diameter of Wire Wire
9.5 kg 480 x 205 x 300 mm Φ0.8 ~ Φ1.6 mm Solid/ Flux ~ core wire d) Bộ cấp dây rùa hàn - CO 2 đầu ra Binzel:
Hình 3 5: Bộ cấp dây rùa hàn Binzel
Bảng 5: Thông số bộ cấp dây rùa hàn - CO 2 đầu ra Binzel
Current Feeding Speed Diameter of
Reel Shaft Width of Reel Max Wire
Remark: Motor can be optional refer to technical datas of 120SN – J print motor series on P05 e) Motor cấp dây hàn SS – 17
Hình 3 6: Motor cấp dây hàn SS – 17
Weight Size Diameter of Wire Wire
9.5 kg 480 x 205 x 300 mm Φ0.8 ~ Φ1.6 mm Solid/ Flux ~ core wire
Bảng 6: Thông số motor cấp dây hàn SS - 17
Feed Roller Size (OD x ID x H)
Remark: Motor can be optional refer to technical datas of ZYT – 73 magnet motor series on P02/technical datas of ZYT73S magnet motor series on P03
Sau cùng nhóm quyết định lựa chọn thiết bị số 2 (Bộ cấp dây rùa hàn CO2 đầu ra) do vừa đáp ứng được nhu cầu sử dụng với các thông số tương đối phù hợp, cùng với đó là giá thành hợp lý giúp nhóm tiết kiệm được chi phí thực hiện
Hình 3 7: Bộ cấp dây hàn nhóm lựa chọn
Vấn đề cản trở tiếp theo đó chính là việc thiết bị cấp dây này chỉ hoạt động được khi được kết nối với nguồn hàn TIG chính Vì thế nhóm cần phải cải tạo lại bộ cấp dây này để phù hợp cho việc cấp dây trong in 3D
3.1.2 Cải tạo thiết bị a) Nguyên lý bộ phận đùn dây: Để có thể biến từ một thiết bị cấp dây hàn thành thiết bị cấp dây cho máy in 3D, trước hết ta phải hiểu rõ về cách vận hành của bộ phận cấp dây trên máy in 3D nhựa, bởi phương pháp cấp dây hàn này cũng gần tương tự như cấp dây nhựa trên máy in 3D
Hình 3 8: Bộđùn dây nhựa trong in 3D nhựa
Về nguyên tắc đùn nhựa trên máy in 3D nhựa thì dây cấp sẽ được đi qua hai hoặc nhiều con lăn có nhiều rãnh trên bề mặt nhằm tăng khả năng ma sát giữa con lăn và dây nhựa Cùng với đó là một động cơ điện, ví dụ ở hình bên trên có thể thấy người ta sử dụng động cơ bước để điều khiển con lăn, ngoài động cơ bước thì chúng ta cũng có thể sử dụng động cơ một chiều (DC Motor) hay động cơ Servo (Servo Motor) để tăng tính chính xác cho dây cấp b) Yêu cầu đùn dây: Để thiết bị có thể đùn dây ra theo đúng yêu cầu thì ta cần phải điều khiển được tốc độ của động cơ Cụ thể động cơ của thiết bị này là loại động cơ một chiều 24V – 5.5A Do đây là thiết bị bên ngoài, nếu muốn điều khiển được thì phải cần trạm hàn chính nhưng điều này không cần thiết bởi nếu làm vậy sẽ rất tốn kém và không mang lại quá nhiều lợi ích
Hình 3 9: Máy hàn KRII – 500 Đầu tiên để có thể điều khiển được động cơ thì nguồn cấp vào là không thể thiếu, do động cơ là động cơ một chiều 24V – 5.5A nên ta có thể sử dụng nguồn có khả năng chịu tải trên con số này là chấp nhận được Hiện nay trên thị trường có rất nhiều loại nguồn 24V có nhiều mẫu mã và cách hoạt động khác nhau, ở đây nhóm chọn loại nguồn tổ ong 24V – 10A có thông số kỹ thuật như sau:
Bảng 7: Thông số kỹ thuật nguồn tổ ong Điện áp đầu vào AC 220V ( chân L và N ) Điện áp đầu ra DC 24V – 10A
Công suất 240W Điện áp ra điều chỉnh +/-10%
Phạm vi điện áp đầu vào 85 ~ 132VAC / 180 ~ 264VAC
Nhiệt độ hoạt động và độẩm -10 ℃ ~ + 60 ℃, 20% ~ 90% Rh
Nhiệt độ bảo quản và độẩm - 20 ℃ ~ + 85 ℃, 10% ~ 95Rh
Sở dĩ nhóm chọn nguồn có khả năng chịu tải 10A để cho hệ thống hoạt động ổn định và nếu có vấn đề phát sinh trong quá trình thực hiện đồ án (ví dụ như thêm thiết bị vào mạch điện), thì nguồn cũng đáp ứng được nhu cầu
Hình 3 10: Nguồn tổ ong thực tế c) Các phươngpháp điều khiển động cơ:
Các biện pháp dùng để điều khiển động cơ có thể áp dụng trong trường hợp này có thể kể đến như:
- Sử dụng dimmer để điều khiển động cơ:
Biện pháp này giúp ta có thể thay đổi tốc độ động cơ thay đổi theo ý muốn, làm cho dây hàn ra chậm hơn hoặc nhanh hơn Kết hợp với dimmer thì cần phải có một công tắc hành trình và một role để có thể đóng/ngắt mạch điện Nếu không kết hợp với hai thiết bị này thì động cơ sẽ luôn luôn hoạt động sau khi được cấp nguồn, điều này sẽ làm cho dây hàn ra liên tục và không thể kiểm soát được
Motor - Motor + Power - Power + Điều tốc động cơ Rơ -le
Hình 3 11: Điều tốc động cơ và Role 24V.
Bất lợi của phương pháp này là mỗi khi muốn dây hàn ra chúng ta phải nhấn công tắc hành trình và để dây ra đều đặn thì yêu cầu đối với người thao tác phải nhấn chính xác vào những thời điểm nhất định Điều này rất khó để thực hiện và có vẻ biện pháp này không thật sự khả thi để áp dụng vào đồ án
Hình 3 12: Điều khiển động cơ bằng điều tốc và role
- Sử dụng Arduino để điều khiển:
Arduino tảng vi mạch thiết kế mở phần cứng (Open-source hardware) và phần mềm (Open-source software) Phần cứng Arduino là những bộ vi điều khiển bo mạch đơn (Single-board microcontroller) được tạo ra tại thị trấn Ivrea ở Ý, nhằm xây dựng các ứng dụng tương tác với nhau hoặc với môi trường được thuận lợi hơn Phần cứng bao gồm một board mạch nguồn mở được thiết kế trên nền tảng vi xử lý AVR Atmel 8bit, hoặc ARM Atmel 32- bit Những model hiện tại được trang bị gồm 1 cổng giao tiếp USB, 6 chân đầu vào analog, 14 chân I/O kỹ thuật số tương thích với nhiều board mở rộng khác nhau
Hình 3 13: Một số loại Arduino trên thịtrường hiện nay Để điều khiển được tốc độ động cơ DC thông qua Arduino ta có thể xuất ra một trong các chân của arduino một xung có giá trị nhất định Để có thể cấp dây được thì xung này cần phải chớp tắt liên tục để điều khiển dây ra rồi ngừng trong một khoảng thời gian và lặp đi lặp lại quá trình này
Hình 3 14: Mô tảxung PWM trong điều khiển
Kết hợp với Arduino là một mạch cầu H điều khiển động cơ đảo chiều BTS7960 – 43A để điều khiển được động cơ, bởi chúng ta không thể nào kết nối trực tiếp từ arduino ra động cơ được
Hình 3 15: Module mạch cầu H điều khiển động cơ công suất cao
Trong trường hợp này do yêu cầu chỉ cần động cơ quay theo một chiều duy nhất Vì thế ta chỉ cần sử dụng một trong hai chân (RPWM hoặc LPWM) để điều khiển Hai chân R_IS và L_IS kết hợp với điện trở dùng để giới hạn dòng điện qua cầu H khi động cơ quay thuận hoặc quay nghịch Trong tình huống này do dòng động cơ cấp dây tối đa chỉ có 10A, trong khi dòng tối đa của mạch có thể chịu được là 15A nên hai chân này chúng ta có thể bỏ qua nhằm đơn giản phần chương trình trong arduino và đơn giản đi phần mạch điện bên ngoài thiết bị
Các chân VCC và GND trên mạch lần lượt là chân cấp nguồn dương và âm hiệu điện thế là 5V Nhưng để có nguồn 5V ổn định thì trong trường hợp này nhóm quyết định sử dụng một module hạ áp từ 24V của nguồn tổ ong xuống 5V là module LM2596 Do module này có các thông số kỹ thuật phù hợp với nhu cầu sử dụng
Hình 3 16: Module buck DC – DC LM2596 3A
Hình 3 17: Sơ đồ các chân trên module LM2596
Lựa chọn dây cấp bù
Dây cấp bù trong trường hợp này mang vai trò quan trọng bởi nó quyết định đến thành phần vật liệu khi in, cũng như liên quan đến độ bền của chi tiết Có nhiều sự lựa chọn đối với vật liệu hàn có thể kể đến như: thép, nhôm, đồng, Mỗi vật liệu đều có ưu, nhược điểm riêng và hoàn cảnh áp dụng của chúng trong mỗi trường hợp là khác nhau Các loại dây hàn MIG/MAG phổ biến trên thị trường hiện nay:
Hình 3 25: Một số loại dây hàn phổ biến hiện nay Đường kính dây hàn cũng là phần quan trọng ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm, hiện nay trên thị trường có những loại dây có đường kính đa dạng, trải dài đường kính dây từ 0.8mm đến 1.6mm với đa dạng các thương hiệu từ trong nước đến nước ngoài
Trong quá trình nghiên cứu lần này nhóm quyết định sử dụng cỡ dây hàn có đường kính 1.0mm để thực hiện, do đây là cỡ dây vừa phải để mối hàn trở nên đẹp, không gây ra tình trạng quá dày vật liệu cũng như quá ít vật liệu ngay tại điểm nóng chảy dây Vật liệu của dây hàn là thép, do để tối ưu về chi phí nên nhóm đã mua lại cuộn dây hàn đã qua sử dụng để thực hiện
Hình 3 26: Cuộn dây hàn thực tế.
Lựa chọn đầu ra dây hàn
Trên thị trường hiện nay có rất nhiều các sản phẩm liên quan đến việc cấp bù dây hàn cho hàn TIG, những sản phẩm chính hãng từ các thương hiệu uy tín vẫn có nhưng giá thành rất cao so với mặt bằng chung và nhóm nghiên cứu cũng không cần thiết phải sử dụng những thiết bị này để tối ưu nhất có thể về mặt chi phí
Hình 3 27: Một số loại đầu cấp dây hàn
Trong trường hợp này nhóm quyết định sử dụng bộ đầu súng hàn MIG để làm bộ cấp dây cho máy, bởi đây là thiết bị được thiết kế cho đầu cấp dây, khi mua về chỉ cần lắp vào và tinh chỉnh, không cần phảithiết kế lại
Hình 3 28: Bộ cấp dây hàn thực tế Để tối ưu được những chi tiết không cần thiết, nhóm đã tháo phần nhựa trên tay cầm của đầu súng MIG do chi tiết này không cần thiết Vì khi gá đầu cấp dây lên máy ta không cần giữ thiết bị nên phần nhựa để cầm nắm được tháo ra để tối ưu về khối lượng cũng như sẽ d̀ gá hơn Bên cạnh đó nút nhấn trên đầu cấp dây cũng được loại bỏ vì thiết bị hiện giờ được điều khiển bằng arduino nên nút này không cần dùng đến nữa
Hình 3 29: Đầu cấp dây hàn sau khi đã cải tạo
Do đầu cấp dây có một chi tiết để bảo vệ dây khi hàn, chi tiết này có việc giữ cho khí có thể bảo vệ được mối hàn Nhưng ở đây nhóm sử dụng khí ở đầu súng TIG nên chi tiết này có thể sử dụng hay không cũng không ảnh hưởng đến kết quả Nhưng nếu không có chi tiết này dây hàn sẽ rất d̀ dính điểm cuối của đầu súng vì nhiệt độ ở ngay đây là rất cao và việc này sẽ làm cho dây bị kẹt, dây sẽ không ra được nữa ảnh hưởng đến kết quả Nên chi tiết này vần được sử dụng
Giờ đây nhóm đã có đủ thiết bị cấp dây cho việc hàn in 3D Việc tiếp theo là tìm một nguồn hàn TIG tạo nên hồ quang hàn để nung chảy dây.
Nguồn hàn TIG
Nguồn hàn để tạo nên hồ quang cho nghiên cứu lần này được nhóm sử dụng công nghệ hàn TIG Nguồn máy hàn TIG do phía GVHD hỗ trợ nhóm thực hiện, máy hàn mang thương hiệu JASIC với thông số kỹ thuật như sau:
- Máy 2 chức năng hàn TIG và hàn que
- Dòng hàn tối đa 200A, thích hợp hàn vật liệu có độ dày từ 0.5- 5mm
- Công nghệ biến tần IGBT, dòng hàn êm, ổn định, tiết kiệm điện
- Có núm điều chỉnh dòng hàn, thời gian tr̀ khí sau
- Có chế độ bảo vệ quá tải, quá nhiệt Tăng độ toàn cho máy
Hình 3 30: Nguồn hàn TIG tạo hồ quang
Nguồn điện vào AC220V±15% 50 Hz
Công suất TIG 6.6 KVA /MMA7.2KVA
Phạm vi điều chỉnh dòng hàn TIG 10-200A / MMA:10-180A Chu kỳ tải tại dòng tối đa (trong điều kiện 40°C) 30% / MMA: 20% Điện áp không tải 60V
Thời gian trễ khí 1- 10 giây
Phương pháp mồ hồ quang HF
Kích thước đóng gói 525*270*380 mm
T rọng lượng đóng gói 11.2 kg
Bảng 8: Thông số kỹ thuật nguồn hàn TIG
Quy tắc an toàn quan trọng nhất mà nhóm biết được đó là nếu chưa hiểu rõ về cách vận hành thiết bị thì tuyệt đối không được sử dụng, chỉ được vận hành khi đã được hướng dẫn, hoặc đã tìm hiểu tất cả về quy chuẩn an toàn và quy định vận hành máy Đối với nguồn hàn TIG cũng không ngoại lệ
Các lưu ý khi sử dụng máy hàn TIG: để tiến hành hàn các vật liệu với máy hàn TIG, người thao tác cần phải tiến hành theo các bước sau:
Bước 1: Xác định vật liệu hàn để lựa chọn que hàn phù hợp
Trước khi tiến hành hàn, người thợ cần xác định vật liệu hàn là sắt, thép hay nhôm để lựa chọn que hàn cho phù hợp Trên thị trường có 2 loại que hàn là que hàn nhôm và que hàn các vật liệu còn lại Que hàn nhôm có đặc điểm nhận dạng là trên thân mũi hàn có sơn màu xanh còn que hàn cho các vật liệu còn lại thì có màu đỏ Tùy vào từng mục đích sử dụng mà người thợ hàn cần phải lựa chọn cho mình những que hàn phù hợp
Bước 2: Điều chỉnh dòng hàn cho phù hợp
Trước khi bật máy, người thợ hàn cần phải điều chỉnh các thông số về lưu lượng khí làm mát, lưu lượng khí bảo vệ và dòng hồ quang cho phù hợp với yêu cầu công việc Bạn có thể điều chỉnh các thông số này trên bảng điều khiển của máy hoặc bộ điều khiển từ xa.
Bước 3: Kiểm tra các phụ kiện nối với máy
Có nhiều mối nối giữa các thiết bị cung cấp, máy hàn và mỏ hàn bên trong máy hàn TIG Khi nối các thiết bị này thì người thợ cần tuân theo một số nguyên tắc:
- Van giảm áp và lưu lượng kế đo khí bảo vệ phải được nối giống như nối van giảm áp trong máy hàn khí
- Đảm bảo máy đã tắt và các van đã đóng hoàn toàn trước khi tiến hành nối thiết bị
- Các mối nối điện cần phải đảm bảo sạch và kín
- Cáp dẫn điện cần phải được bố trí ở vị trí an toàn, tránh tia lửa hồ quang và không gây vướng cho người thợ
- Kiểm tra tất cả các bước trên ít nhất 2 lần để đảm bảo an toàn
Bước 4: Các thao tác cơ bản trước khi hàn
- Vật hàn và mỏ hàn cần được cách nhau một khoảng cách để tránh tạo ra tia hồ quang khi mới bật máy
- Mở van nước làm mát
- Mở van khí một cách từ từ để tránh làm hỏng van giảm áp
- Cầm mỏ hàn trong tay trước khi bắt đầu bật máy
- Khi máy đã chạy, kiểm tra đường nước trở về để đảm bảo là nước làm mát đã chảy ra, kiểm tra luồng argon bằng cách bật tắt van khí, điều chỉnh lưu lượng kế để có được lưu lượng như yêu cầu
Sau khi đã hoàn thành các bước trên thì lúc này đã có thể gây hồ quang và bắt đầu hàn.
Bước 5: Thực hiện quá trình hàn
Sau khi chuẩn bị xong, người thợ hàn bắt đầu gây hồ quang và bắt đầu hàn Có 3 phương pháp để gây hồ quang là quẹt, chạm nhấc và mồi hồ quang cao tần Người thợ hàn có thể lựa chọn cho mình phương pháp phù hợp để thực hiện
Bước 6: Tắt máy sau khi kết thúc quá trình sử dụng
Sau khi hàn xong, người thợ hàn cần tắt máy một cách an toàn như sau:
- Đặt mỏ hàn vào vị trí an toàn
- Dùng tay đóng chặt van khí bảo vệ
- Tắt công tắc trên máy hoặc ngắt nguồn điện.
Máy CNC
Một thiết bị không thể thiếu trong quá trình nghiên cứu công nghệ in 3D lần này đó chính là máy CNC Thiết bị này giúp chạy tự động đường hàn tạo ra được những đường hàn đẹp, chính xác mà thủ công khó có thể làm được Máy CNC mà nhóm thực hiện lần này cũng là do nhà trường hỗ trợ, đây là máy CNC 4 trục nhưng nhóm chỉ sử dụng 3 trục chuyển động tịnh tiến do yêu cầu của đề tài chỉ cần chuyển động ngang, dọc và theo phương thẳng đứng
Hình 3 31: Máy CNC tại xưởng Để vận hành máy CNC, điều đầu tiên ta cần biết về các quy chuẩn thao tác an toàn để tránh những trường hợp ngoài ý muốn có thể đến với người vận hành và những người xung quanh bất cứ lúc nào Đó có thể là tai nạn đối với con người và cũng có thể là gây ra những sự cố làm hư hỏng máy Sau đây là một vài lưu ý khi sử dụng máy CNC:
Hình 3 32: An toàn khi sử dụng máy CNC
- Các thiếu sót trên máy chính và thiếu sót trang thiết bị cần thiết cho công việc phải lập tức được thông báo
- Lối thoát hiểm phải luôn được để trống
- Không mang các vật bén nhọn trong quần áo trên người
- Tháo đồng hồ và nhẫn khi làm việc
- Che chắn và đánh dấu các vị trí nguy hiểm
- Tất cả các thiết bị an toàn và các biển chỉ dẫn không được phép tháo bỏ hoặc bị tê liệt
- Các bộ phận chuyển động hoặc đang giao vào nhau phải được che chắn
- Phải mặc quần áo bảo hộ lao động để tránh các tia lửa
- Để bảo vệ mắt phải đeo kính bảo hộ hoặc mặt nạ bảo hộ
- Các dây cáp điện bị hỏng, hở không được phép sử dụng
- Cơ bản việc điều chỉnh được tiến hành khi máy đã tắt, trừ trường hợp ngoại lệ yêu cầu phải làm việc khi máy đang mở, ví dụ, khi rà chi tiết gia công với dao
- Người vận hành máy không nên dừng lại ở vùng quay lắc hoặc vùng làm việc của máy, vì máy có thể thực hiện các chuyển động quay đầu Revolve tự động hoặc chuyển động tịnh tiến của bàn máy
- Phải tuân thủ các chỉ dẫn an toàn của nhà chế tạo máy
- Ngoài ra, cần chú ý tới các yêu cầu kỹ thuật an toàn sau đây:
- Phải cài chốt an toàn tránh việc gia công các chi tiết được đặt sai hoặc kẹp không đủ chặt, tránh văng các chi tiết chuyển động và tránh việc thực hiện tự động một bước công việc nào đó trước khi công việc hiệu chỉnh kết thúc
- Khoá các thiết bị cặp chi tiết gia công trên máy công cụ CNC
- Giữ khoảng cách an toàn giữa các bộ phận nhô ra xa của các máy CNC cạnh nhau trong hệ thống mạng máy CNC
- Tránh phoi văng cũng như tia phun của dung dịch trơn nguội
- Hút bụi không khí trong gian máy
Các bước vận hành máy CNC tại xưởng trường:
Bước 1: Mở MCCB để cấp nguồn cho hệ thống điện Mở tủ điện → Bật MCCB lên trạng thái ON
Hình 3 33: Bước 1 khi thao tác máy CNC
Bước 2:Mở MCCB nhỏ →Cắm điện để cấp nguồn cho máy CNC.
Hình 3 34: Bước 2 khi thao tác máy CNC Ấn nút khởi động
Hình 3 35: Bước 3 khi thao tác máy CNC
Bước 3: Khởi động máy CNC → Thao tác thiết lập máy
Sau khi đã biết được những quy tắc về an toàn và đã khởi động, thiết lập máy, tiếp theo là việc thao tác trên phần mềm máy CNC Phần mềm được sử dụng trên thiết bị này là Mach3 CNC, được thao tác trực tiếp trên máy CNC,
Vùng chương trình Vùng trạng thái
Nút Reset Nút khởi động
Chế độ tay Tải chương trình
Hình 3 36: Giao diện phần mềm Mach3 CNC Để máy CNC hoạt động thì phần lập trình điều khiển được nhóm viết trực tiếp trên máy CNC chứ không sử dụng USB để nạp chương trình vào Phần mềm được sử dụng là Notepad, đây là ứng dụng ghi chú trên có hầu hết các thế hệ của hệ điều hành Windows Ở đây nhóm thực hiện từng đường hàn theo chiều ngang của mẫu, tức là mỗi một lần chạy như vậy sẽ cho ra một đường hàn từ trái qua phải trên bề mặt mẫu Sau khi hoàn thành một đường hàn, nhóm sẽ di chuyển bàn máy sao cho đường hàn mới nằm cạnh bên đường hàn vừa hoàn thành Tiếp tục thực hiện cho đến khi đường hàn kín một mặt mẫu thì quay mẫu lại và hàn cho đến khi kín cả hai bề mặt của mẫu là hoàn thành
Hình 3 37: Nạp chương trình vào phần mềm CNC.
Thiết kế, chế tạo đồ gá
Từ những yêu cầu về thiết bị được nêu ở các phần trước, thì các thiết bị cần phải cố định bao gồm: đầu súng cấp dây hàn và súng hàn TIG
Sau khi đã xác định được những chi tiết cần cố định thì tiếp theo là phần thiết kế đồ gá Nhóm sử dụng phần mềm SOLIDWORKS để thiết kế bản 3D Yêu cầu về đồ gá là phải đảm bảo cho đầu cấp dây hàn phải cấp vào đúng vị trí mà hồ quang hàn TIG xuất hiện, nếu không dây sẽ không được đốt nóng và sẽ gây ra hiện tượng thừa dây trên bàn máy
Việc thiết kế cả hai thiết bị cùng cố định trên đồ gá mà không thể điều chỉnh vị trí là không khả thi, bởi khi này sẽ rất khó để đo kích thước thực tế của hai thiết bị là đầu cấp dây hàn và súng hàn TIG Vì thế nhóm ưu tiên chọn phương án là thiết kế sao cho cả hai thiết bị đều có thể tăng chỉnh được, việc này sẽ làm cho việc thiết kế đơn giản đi phần nào bởi khi này sẽ không cần phải thực hiện quá nhiều các phép đo về kích thước của đầu cấp dây và súng hàn TIG
Hình 3 38: Thiết kếđồ gá hoàn thiện
Ban đầu nhóm thiết kế đồ gá hoàn toàn sử dụng kim loại và chủ yếu là nhôm để có thể giảm được trọng lượng và gia công d̀ dàng hơn Nhưng sau đó được sự hướng dẫntừ thầy Uyên, thì nhóm có sử dụng thêm một vài chi tiết bằng vật liệu nhựa để có thể cách điện được tốt nhất, bởi nếu điện bị rò rỉ ở đầu súng hàn TIG thì hồ quang sẽ không xuất hiện đúng chỗ mà còn gây sự cố về an toàn điện cho người thao tác cũng như những người xung quanh Ở đây nhóm sử dụng nhựa POM để có thể tiết kiệm chi phí mà vẫn mang lại hiệu quả tốt nhất Độ dày của chi tiết cách điện này được yêu cầu độ dày tối thiểu là 10mm để tránh trường hợp phóng điện giữa các chi tiết dẫn điện với nhau
Bảng 9: Đặc điểm của nhựa POM
Hấp thụ độ ẩm (ở 20°C) 0,2% Độ bền kéo 70N/mm 2 Độ dãn phá hủy 40%
Nhiệt độ làm việc thấp nhất -60°C
Nhiệt độ làm việc cao nhất 100°C
Một vài ưu điểm khi sử dụng nhựa POM có thể kể đến như sau:
- Hệ số ma sát thấp
- Khả năng chịu nhiệt cao
- Tính chất điện và điện môi tốt
- Khả năng hấp thụ nước thấp
Sau khi đã hoàn thiện phần thiết kế 3D trên phần mềm và xuất bản vẽ ra, việc tiếp theo là biến từ bản vẽ trên giấy thành những chi tiết thực bên ngoài
Hình 3 40: Bản vẽ chi tiết đỡ
Hình 3 41: Bản vẽ chi tiết đỡdưới
Hình 3 42: Bản vẽ chi tiết đỡ trên
3.6.3 Gia công cơ khí Để có thể gia công chính xác các chi tiết, nhóm đã tìm nơi có các thiết bị gia công tự động CNC để có thể hoàn thiện tốt nhất các sản phẩm mà nhóm đã thiết kế Đối với những chi tiết sử dụng nhôm, do đây là vật liệu có độ cứng vừa phải nên việc gia công cũng đơn giản đi được phần nào
Bên cạnh việc gia công thì trong bản thiết kế có sử dụng hai chi tiết bulong M12x1.75 và 4 đai ốc M12 Có nhiều sự lựa chọn để thiết kế đối với các chi tiết này, từ vật liệu cho đến loại bulong Bulong M12 là loại bu lông có đường kính ngoài của ren theo tiêu chuẩn ISO 965 là 11.73 – 11.96mm Đây là loại bulong được sử dụng khá phổ biến trong nhiều lĩnh vực Tùy theo mục đích và yêu cầu sử dụng mà nó có kích thước chiều dài khác nhau như: 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90,
100, cho đến 200 mm.Ở đây nhóm chọn bu lông có chiều dài là 100mm.
- Chiều cao phần mũ k = 7.5 mm
- Chiều rộng đầu bu lông s = 19mm
- Bước ren của bu lông M12 P = 1.75
- Bu lông M12 sẽ được sản xuất từ nguyên liệu thép cacbon thường CT3, SS400, Q235…, thép cacbon cường độ cao C45, S45C, SCM440, 40Cr… hay hợp kim thép không gỉ như SS304, SS316…
Hình 3 43: Tiêu chuẩn kích thước bulong Đối với các chi tiết này thì trên thị trường hiện nay có sẵn rất nhiều và nhóm chọn theo tiêu chuẩn được quy ước nên việc tìm mua rất d̀ dàng
Các chi tiết sau khi đã gia công cơ khí:
Hình 3 44: Đồ gá thực tế
Hình 3 45: Đồ gá khi gắn lên máy CNC
Sau khi đã hoàn thành việc thiết kế và gia công đồ gá thì tiếp theo nhóm thực hiện việc thử nghiệm trên máy CNC để có thể đánh giá khả năng hoạt động tổng thể của các thiết bị bao gồm: đầu cấp dây hàn, súng hàn TIG tạo hồ quang và khả năng cố định của đồ gá
Hình 3 46: Lắp đặt thử nghiệm đồ gá
Quá trình đánh giá bao gồm:
- Đánh giá khả năng chịu tải của đồ gá khi lắp đặt đầu cấp dây hàn và đầu súng hàn TIG, xem khi đã lắp đặt đủ thiết bị đồ gá có chắc chắn hay không
- Đánh giá tính chính xác của việc dây cấp, xem dây cấp có ra đúng vị trí hồ quang hàn xuất hiện hay không.
- Đánh giá khả năng ổn định của đồ gá khi hoạt động, đảm bảo không xảy ra rung lắc ảnh hưởng đến kết quả thử nghiệm
- Quan sát khả năng chịu nhiệt của phần nhựa cách nhiệt, xem việc hàn trong khoảng thời gian dài có làm nóng chảy hay không
Sau khi đã xác nhận được những yêu cầu trên đối với đồ gá, việc tiếp theo cần thực hiện là tạo ra những mẫu in để thử nghiệm thiết bị và sau đó là in với các thông số khác nhau.
Tạo mẫu in
Sau khi đã có những thiết bị cần thiết và đã đảm bảo được các thiết bị này hoạt động một cách ổn định, việc tiếp theo ta cần phải tạo những mẫu in thí nghiệm ban đầu để quan sát và đánh giá khả năng tạo đường hàn cũng như kết quả cho ra có được như mong đợi hay không
Hình 3 47: Hàn với một vài thông số khác nhau
Kết quả thử nghiệm với các thông số in cho thấy rằng:
- Cường độ dòng điện tối thiểu để có thể tạo ra mẫu in lý tưởng là ≥80A
- Tốc độ ra dây tối thiểu phải đạt 22 mm/s trở lên
Khi các thông số đạt được giá trị tối thiểu, thiết bị sẽ có thể tạo ra đường hàn thẳng đều và không bị ngắt quãng
Hình 3 48: Đường hàn trên mẫu thử
3.7.2 In với các thông số khác nhau Đối với yêu cầu từ GVHD về các thông số in thì trong khuôn khổ nghiên cứu lần này ta có tổng cộng ba biến cần xem xét a) Cường độ dòng hàn:
Thông số đầu tiên là cường độ dòng hàn TIG (Ampe), đây là yếu tố quyết định đến nhiệt độ tại điểm xuất hiện hồ quang và cũng quyết định được khả năng làm nóng chảy dây hàn.
Hình 3 49: Ảnh hưởng của cường độdòng điện đến đường hàn
Cách điều chỉnh dòng điện trong hàn TIG:
- Mức độ lớn nhỏ của dòng điện hàn chịu ảnh hưởng bởi độ dày chi tiết và loại vật liệu cần hàn Tốc độ hàn và thành phần khí bảo vệ cũng ảnh hưởng đến cường độ dòng điện hàn
- Các thực nghiệm cho thấy, cường độ dòng điện hàn thích hợp nhất là 1A cho 0.0001 inch chiều dày vật hàn (tức là khoảng 40A/1mm)
- Thường thì hàn thủ công rất khó đạt được tốc độ này Vì vậy, nếu tốc độ hàn chậm hơn thì dòng điện hàn cũng phải giảm tương ứng
- Nói chung, nếu điện cực nhỏ trong khi điện cực lớn sẽ làm điện cực quá nguội, hồ quang không ổn định
- Mặt khác kích thước vùng chảy tăng lên làm giảm mật độ nhiệt khiến cho độ ngấu giảm trong khi tốc độ nguội nhanh sẽ d̀ gây ra khuyết tật mối hàn
Sau nhiều lần hàn thử nghiệm nhóm rút ra được thông số hàn tối ưu đối với kích cỡ dây bù hàn là 1.0 mm nằm trong khoảng từ 80A ~ 120A
Bảng 10: Cường độ dòng hàn TIG
Thông số thứ hai được nêu ra đó là tốc độ ra dây của thiết bị cấp dây (Vdây), với biến này được nhóm quy ước theo đơn vị mm/s Việc đo đạc tốc độ ra dây được nhóm thực hiện bằng phương pháp thủ công với con số gần chính xác
Hình 3 50: Ảnh hưởng của tốc độra dây đối với đường hàn
Nhóm sử dụng đồng hồ bấm thời gian và sẽ bấm cùng lúc khi dây bắt đầu chuyển động, mỗi khi dây dừng lại nhóm sử dụng một dụng cụ để đánh dấu lại, để biết được độ dài dây ra trong mỗi xung nhịp Và trong khoảng thời gian 10 giây nhóm sẽ đồng thời ngưng đồng hồ và thiết bị cấp dây, sau đó đo lại khoảng dây đã ra và ghi chú lại Lấy độ dài dây vừa ghi nhận được và chia cho thời gian là 10 giây ta sẽ tính được gần đúng tốc độ ra dây.
Sau quá trình hàn thử nghiệm thu thập các thông số, cuối cùng nhóm nhận giá trị của V dây nằm trong khoảng 22 ~ 30 mm/s Khi dây hàn đạt được tốc độ trong giới hạn này thì chất lượng mối hàn sẽ được tối ưu nhất
Bảng 11: Tốc độ ra dây khi hàn
Thông số cuối cùng được quyết định bởi thiết bị CNC, đó là tốc độ di chuyển của bàn máy (Vhàn) Chủ yếu trong nghiên cứu lần này bàn máy CNC di chuyển theo phương ngang do yếu tố này phụ thuộc vào mẫu thí nghiệm Tốc độ bàn máy ở đây được xác định dựa trên biến số F trên phần mềm CNC, đây có thể hiểu là tốc độ tiến dao khi gia công cắt gọt
Qua nhiều lần thí nghiệm trên nhiều mẫu và tốc độ bàn máy khác nhau, kết quả ghi nhận lại cho thấy rằng với tốc độ bàn máy nằm trong giới hạn 120 ~ 180 (theo thông số F trên máy CNC) thì mẫu hàn cho ra đạt yêu cầu nhất, không xảy ra hiện tượng thừa hoặc thiếu dây bù hàn
Hình 3 51: Ảnh hưởng tốc độ dịch chuyển đến đường hàn
Thông số về tốc độ bàn máy tối ưu:
Bảng 12: Tốc độ bàn máy khi hàn
Sau khi đã xác định được những biến cần thay đổi, việc kế tiếp là lập ra một bảng thống kê để ghi chú lại quá trình hàn.Bảng này giúp nhóm có thể phân biệt được các sản phẩm của từng hạng mục và xem xét, đánh giá chúng một cách khách quan, cụ thể
Bảng 13: Bảng thông số thực nghiệm
STT Ampe (A) V dây (mm/s) V hàn (mm/ph)
Sau khi lập ra bảng đơn biến cho các mẫu in, tiếp theo là thực hiện in Nhận thấy có 3 mẫu trùng thông số với nhau đó là mẫu số 3, mẫu số 8 và mẫu số 13, vì thế nhóm gộp những mẫu này lại cho ra bảng thông số mới với 13 mẫu cần thực hiện.
Bảng 14: Thông số 13 mẫu cần thực hiện hàn
STT Ampe (A) V dây (mm/s) V hàn (mm/ph)
3.7.3 Quá trình in: a) Thiết lập máy hàn TIG và bộ cấp dây:
Máy hàn TIG được sử dụng theo các bước như sau:
Kiểm tra bình khí bảo vệ → Kết nối ống khí vào máy TIG → Kết nối đầu súng hàn TIG và kẹp hàn → Mở van ở bình khí → Kết nối dây cắm điện và bật công tắc
Hình 3 52: Lắp ống dẫn khí bảo vệ kim hàn
Tiếp theo là vận hành thiết bị cấp dây, do đây là thiết bị đã được cải tạo lại nên quy trình vận hành khác với thiết bị nguyên bản Bên dưới là quy trình thao tác để có để vận hành được thiết bị cấp dây: Điều chỉnh tốc độ ra dây
Tốc độ ra dây tối đa
Hình 3 53: Thiết lập máy cấp dây hàn Đầu tiên cần phải kết nối đầu ra dây vào thiết bị → Gắn cuộn dây lên thiết bị và cho dây vào con lăn → Cấp điện cho máy cấp dây → Ấn nút cho động cơ chạy, cho đến khi dây ra đến đầu trên súng cấp dây → Kết nối mạch arduino trên máy cấp dây với máy tính để kiểm tra và chỉnh sửa lại phần lập trình b) Dùng hàn TIG để hàn cố định: Ở đây nhóm sử dụng hàn ghép những thanh kim loại có kích thước 3.5x7.0x200 mm, mỗi mẫu gồm 10 thanh ghép lại với nhau
THỬ NGHIỆM MẪU
Gia công m ẫ u
Trước khi thực hiện các thử nghiệm mẫu, việc trước tiên là nhóm phải đi gia công cắt gọt bề mặt mẫu Có nhiều phương pháp để thực hiện việc này, có thể kể đến như: phay, tiện, mài, Tùy thuộc vào chi phí gia công cũng như phương pháp nào sẽ tối ưu về mặt thời gian (bao gồm thời gian gia công và thời gian di chuyển đến xưởng gia công) thì nhóm sẽ ưu tiên lựa chọn Việc gia công chủ yếu để làm phẳng bề mặt, nên chỉ dừng lại ở gia công thô để tối ưu về thời gian và chi phí
Sau khoảng thời gian tìm kiếm, nhóm quyết định gia công theo phương pháp tiện Đây có thể nói là phương pháp tiết kiệm thời gian nhất bởi người thao tác chỉ cần thiết lập mâm cặp theo kích thước của mẫu và sau đó có thể thao tác hàng loạt những chi tiết còn lại
Hình 4 1: Gia công bề mặt mẫu
Với quy mô công nghiệp thì quy trình tiện mẫu dìn ra khá nhanh chóng, chỉ mất khoảng thời gian ngắn để hoàn thành gia công 13 mẫu
Hình 4 2: Tổng hợp mẫu sau khi gia công bề mặt
Sau khi hoàn thiện gia công bề mặt, tiếp theo để thuận tiện cho việc thử nghiệm độ bền kéo của các mẫu, ta cần phải gia công mẫu theo biên dạng có sẵn để có thể d̀ dàng kéo trên thiết bị của nhà trường
Hình 4 3: Biên dạng mẫu cắt Để có thể gia công mẫu ra được biên dạng như hình trên, cũng có nhiều phương án để lựa chọn, chẳng hạn như phay, cắt laser, cắt dây tia lửa điện, Trong quá trình tìm kiếm nhóm nhờ sự giới thiệu của giáo viên hướng dẫn nên đã lựa chọn phương án cắt dây lửa điện để gia công biên dạng này
Cắt dây tia lửa điện (Wirecut electric discharge machining – WEDM) được giới thiệu vào cuối thập niên 1960 Lúc đó nó là công nghệ mang tính đột phá và độc nhất vô nhị Thời điểm đó, mặc dù nó thể hiện được khả năng gia công các vật liệu cứng nhưng độ chính xác không vượt trội Do vậy, phương pháp gia công này không thu hút được nhiều sự quan tâm Trong vài chục năm trở lại đây, công nghệ WEDM đã có những sự phát triển vượt bậc Các máy WEDM ngày càng tinh vi hơn và ngày càng thể hiện tính hiệu quả cao và khảnăng đạt độ chính xác cao a) Nguyên lý gia công:
Gia công tia lửa điện (Electrical discharge machining) hay ăn mòn điện là sự ăn mòn kim loại bằng tia lửa điện Trong gia công bằng tia lửa điện, dụng cụ và chi tiết là hai điện cực, trong đó dung cụ là Cathod và chi tiết là Anod Hai điện cực này được đặt trong dung dịch cách điện luôn có các ion di chuyển tự do Khi điện áp tăng lên thì từ bề mặt âm có điện tử phóng ra, tiếp tục tăng điện áp thì chất lỏng giữa hai điện cực bị ion hóa làm cho khoảng chất lỏng đó trở nên dẫn điện
Hiện tượng này gọi là hiện tượng đánh thủng điện.Dòng điện tiếp tục chạy chừng nào điện áp chưa đạt trị số bằng “trị số tắt”, ởđó quá trình phóng điện không duy trì được nữa
Do thời gian phóng điện ngắn (khoảng 10’4 đến 10’8 giây) nên nhiệt truyền tới chi tiết gia công ít và không sâu chù yếu tập trung trên bề mặt với nhiệt độ rất cao làm chày và bốc hơi kim loại trong vùng này Phoi của quá trình gia công là các gọt kim loại bị tách khỏi các điện cực và đông đặc lại thành những hạt nhỏ dạng hình cầu Khi các hạt bị đẩy ra khỏi vùng gia công, khe hở giữa hai điện cực lớn lên và sự phóng điện không còn nữa Để tiếp tục gia công cần điều chình hai điện cực lại gần nhau và quá trình trên được lặp lại liên tục
Trong quá trình gia công có sự ăn mòn ở cả hai điện cực (chi tiết gia công và dụng cụ) nhưng sự ăn mòn nay không đối xứng Bằng cách lựa chọn các thông số như : độ phân cực, tính dẫn nhiệt, nhiệt độ nóng chảy của vật liệu, thời gian kéo dài cường độ xung điện một cách thích hợp ta có thể đạt được độ mòn 99,5% cho điện cực chi tiết và 0,5% cho điện cực dụng cụ
Cắt dây tia lửa điện là một hình thức đặc biệt của gia công tia lửa điện Điểm khác nhau cơ bản giữa cắt dây tia lửa điện và xung điện (Die-sinker EDM) là thay vì sử dụng những điện cực thỏi có hình dạng phức tạp thì trong WEDM điện cực là một sợi dây có đường kính từ 0.1 – 0.3mm Dây này được cuốn liên tục và chạy theo một biên dạng cho trước, cắt được bề mặt 2D và 3D phức tạp
Chuyển động của dây cắt được điều khiển theo một đường bao nằm trong hệ tọa độ XY Thường thì bàn máy được điều khiển CNC để tạo ra chuyển động theo các phương X và Y Kết hợp dịch chuyển phụ đầu dẫn dây trên và dưới theo trục
U, V tạo ra các góc nghiêng giây giúp máy gia công cắt được các góc côn từ 20-
30 0 tùy thuộc vào chiều dầy phôi gia công
Hình 4 4: Sơ đồ nguyên lý cắt dây
Chuyển động được điều khiển này tạo thành một đường liên tục với độ chính xác khoảng 0.001mm và chuyển động này phải được lập trình bằng các phần mềm CAD/CAM có modul cho máy cắt dây Cũng có thể lập trình bằng tay cho các ứng dụng đơn giản
Dây cắt được dẫn hướng thông qua hai cơ cấu dẫn hướng (wire guilde) bằng kim cương Tùy vào đường kính của dây mà đường kính trong của lỗ cơ cấu dẫn hướng dây có giá trị phù hợp Thường nhà cung cấp kèm theo máy chính một số bộcơ cấu dẫn hướng thích hợp cho vài loại cỡđường kính dây cắt
Phần lớn các máy cắt dây đời mới đều đều trang bị hệ thống xỏ dây tự động (Auto wire threading – AWT) b) Máy cắt dây tia lửa điện:
Máy cắt dây tia lửa điện thường được chia thành 4 phần :
- Hệ thống cơ khí: thân máy, bàn máy, hệ thống dẫn dây
- Hệ thống điện môi gồm: thùng chứa điện môi, hệ thống lọc, hệ thống trao đổi ion
- Hệ điều khiển số CNC
Hình 4 5: Máy cắt dây ALN400G c) Dây cắt:
Các dây cắt thường chỉ sử dụng một lần, nhưng cũng có loại được sử dụng nhiều lần Đối với gia công cắt dây, vật liệu làm điện cực phải có các tính chất sau:
- Có nhiệt độ nóng chảy cao
- Có độ giãn dài cao
- Có tính dẫn nhiệt tốt
Dựa vào thành phần của dây cắt người ta chia ra làm hai loại là loại không có lớp phủ (đơn thành phần) và loại có lớp phủ (đa thành phần)
Th ử nghi ệ m m ẫ u
Để có thể kiểm tra được độ bền của mẫu ta dùng phương pháp kéo, sử dụng máy kéo có sẵn tại xưởng trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Máy kéo sử dụng thủy lực để tác dụng lực nên có thể kéo tới giới giạn của mẫu, làm mẫu đứt và tìm ra được lực kéo lớn nhất khi thử nghiệm
Hình 4 8: Máy kéo tại xưởng trường
Các bước sử dụng máy kéo theo sự hướng dẫn của giáo viên phụ trách được thực hiện theo quy trình sau:
Bước 1: Mở MCCB → Kiểm tra sơ bộ.
Hình 4 9: Mở MCCB và kiểm tra sơ bộ máy kéo
Bước 2: Ấn 2 nút khởi động máy.
Hình 4 10: Ấn nút khởi động máy kéo
Bước 3: Mở phần mềm trên máy tính → Tạo file thí nghiệm mới.
Vào phần mềm trên máy tính
Chờ phần mềm khởi động
Giao diện Tạo mẫu kéo mới
Hình 4 11: Tạo file thí nghiệm kéo mới trên phần mềm
Bước 4: Kẹp mẫu thí nghiệm lên máy. Đóng/ mở ngàm kẹp trên Đóng/ mở ngàm kẹp dưới
Hình 4 12: Thực hiện kéo mẫu
Bước 5: Thực hiện kéo mẫu:
Van xả dầu thủy lực Van đóng dầu thủy lực
Hình 4 13: Vặn van để kéo mẫu
Trên thiết bị có hai van đểđiều khiển dòng chất lỏng chảy vào xi-lanh thủy lực để máy có thể nén hoặc kéo tùy trường hợp người tao tác điều chỉnh Van bên trái có tác dụng xả dầu thủy lực từ xi-lanh về bình chứa, ngược lại van bên phải có tác dụng bơm dầu thủy lực từ bồn chứa lên xi-lanh Để có thể thao tác ta cần phải khóa hẳn van bên trái và đồng thời mở van bên phải, tại thời điểm này dòng chất lỏng bơm lên xi-lanh giúp máy có thể kéo mẫu
Bước 6: Ghi nhận kết quả
Kết quả sau khi kéo 13 mẫu xong được nhóm ghi nhận lại phục vụ cho việc nghiên cứu sau này Hai yếu tố cần quan tâm khi kéo mẫu trong đề tài này là lực kéo và ứng suất lớn nhất khi kéo mẫu, hai yếu tố này giúp nhóm có thể xác định được thông số hàn nào là tối ưu nhất và thông số hàn nào là chưa bền để rút ra được nhận xét và tổng kết sau cùng.
TỔNG HỢP KẾT QUẢ
Tiết diện mẫu kéo
Thông số này được xác định là kích thước giữa chiều rộng (a) và chiều dày (b) ở phần giữa của mẫu Việc xác định hai kích thước này giúp ta tính toán ra được tiết diện của mẫu (A) và cùng với lực kéo (F), ta có thể tìm ra ứng suất kéo giới hạn của mẫu
Hình 5 1: Tiết diện mặt cắt giữa mẫu Ứng suất kéo luôn thể hiện khả năng liên kết các vi tinh thể của vật liệu Khi vật liệu bị kéo bằng hai lực ngược chiều nhau, thì phần lớn các vật liệu sẽ bị đứt ở một giới hạn ứng suất nào đó Tại thời điểm vật liệu bị kéo đứt, thông số ứng suất đó được ghi nhận và được xem như độ bền kéo của vật liệu đó
Từ việc đo đạc các kích thước (a) và (b) nhóm đã tổng hợp lại được bảng thông số gồm các giá trị tiết diện của 13 mẫu hàn Từ bảng này có thể d̀ dàng tra cứu ra đượcnhững tiết diện của từng mẫu
Bảng 15: Tổng hợp tiết diện của mẫu.
Lực kéo mẫu
Lực kéo mẫu là lực lớn nhất được máy kéo ghi nhận lại, lúc này mẫu chịu tải tối đa và đứt ra thành những mảnh nhỏ Lực này được đo bằng đơn vị kN, với tiêu chuẩn của thép C45 được nhóm thử nghiệm trên máy kéo thì lực tối đa mà mẫu thử chịu được là
42,3 kN (với tiết diện mặt cắt giữa mẫu A = 70,68 mm 2 và có cùng biên dạng với 13 mẫu kéo còn lại)
STT Ampe V dây (mm/s) V hàn Tiết diện (mm 2 )
Bảng 16: Tổng hợp lực kéo của mẫu
Ứng suất kéo
Ứng suất đơn được dìn giải theo công thức:
Trong đó F là lực (N) tác động lên vùng A (mm²) Vùng bị tác động có thể xảy ra các trường hợp: biến dạng và không biến dạng tuỳ thuộc vào ứng suất thiết kế hoặc ứng suất thực áp đặt
STT Ampe V dây (mm/s) V hàn Force (N)
Hình 5 3: : Ứng suất khi kéo vật liệu
Bảng 17: Tổng hợp giá trịứng suất khi kéo mẫu
STT Ampe V dây (mm/s) V hàn (mm/ph) Stress (MPa)
Kết quả ảnh hưởng các điều kiện đến chất lượng của mẫu
5.4.1 Ảnh hường CĐD H đế n l ự c kéo:
Lực kéo của mẫu hàn ứng với cường độ dòng điện Lực kéo của mẫu hàn
Hình 5 4: Ảnh hưởng của cường độdòng hàn đến lực kéo 5.4.2 Ảnh hưở ng c ủa CĐD H đế n ứ ng su ấ t: Ứng suất của mẫu hàn ứng với cường độ dòng điện Ứng suất kéo của mẫu so sánh
Hình 5 5: Ảnh hưởng của cường độdòng hàn đến ứng suất kéo
5.4.3 Ảnh hưở ng c ủ a t ốc độ ra dây đế n l ự c kéo:
Hình 5 6: Ảnh hưởng của tốc độ ra dây với lực kéo
5.4.4 Ảnh hưở ng c ủ a t ốc độ ra dây đế n ứ ng su ấ t:
Hình 5 7: Ảnh hưởng của tốc độra dây đến ứng suất kéo
5.4.5 Ảnh hườ ng c ủ a t ốc độ hàn đế n l ự c kéo:
Hình 5 8: Ảnh hưởng của tốc độhàn đến lực kéo
5.4.6 Ảnh hưở ng c ủ a t ốc độ hàn đế n ứ ng su ấ t:
Hình 5 9: Ảnh hưởng của tốc độhàn đến ứng suất kéo
Lựa chọn thông số tối ưu
Hình 5 10: Mẫu tối ưu – mẫu số 3
Qua biểu đồ các yếu tố ảnh hưởng đến ứng suất kéo và lực kéo, chọn ra được thông số tối ưu:
Bảng 18: Thông số tối ưu của mẫu số 3
Lực kéo (kN) Ứng suất kéo (MPa)
Với các thông số trên, ta có thể thấy lực kéo và ứng suất kéo của mẫu hàn so với mẫu dùng để so sánh có sự chênh lệch nhỏ Vì thế, mẫu được hàn với các thông số trên có độ bền gần bằng so với mẫu so sánh là vật liệu thép nguyên khối.
Kết luận
Với CĐDH, có thể thấy mẫu hàn dùng dòng hàn 90A sẽ có sự chênh lệch khá lớn so với mẫu dùng để so sánh Đối với mẫu hàn dùng dòng hàn 100A sẽ cho ra kết quả không có sự chênh lệch nhiều so với mẫu so sánh:
Bảng 19: So sánh chênh lệch giữa các mẫu khác thông sốCĐDH
Lực kéo (kN) Ứng suất kéo (Mpa)
Hình 5 11: Chênh lệch giữa mẫu 2 và mẫu 3
Với tốc độ ra dây, mẫu hàn dùng tốc độ 22 mm/s sẽ cho ra kết quả thấp hơn khá nhiều so với mẫu so sánh Ngược lại, mẫu dùng tốc độ 26 mm/s sẽ cho ra kết quả không có sự chênh lệnh nhiều so với mẫu so sánh:
Bảng 20: So sánh chênh lệch giữa các mẫu khác thông số tốc độ ra dây
Lực kéo (kN) Ứng suất kéo (Mpa)
Hình 5 12: Chênh lệch giữa mẫu 3 và mẫu 6
Với tốc độ hàn, mẫu hàn dùng tốc độ 3.7mm/s sẽ cho ra kết quả khá thấp Ngược lại, mẫu hàn dùng tốc độ 4.7mm/s sẽ cho kết quả khá sát so với mẫu so sánh Thậm chí, với mẫu hàn dùng tốc độ 5.7mm/s, lực kéo của mẫu hàn còn lớn hơn so với mẫu so sánh:
Bảng 21: So sánh chênh lệch giữa các mẫu khác thông số tốc độ bàn máy
Lực kéo (kN) Ứng suất kéo (Mpa)
Hình 5 13: So sánh các mẫu 3, 6, 10.