Thiết kế máy thử mỏi cho ghế nhựa

Đặc điểm công nghệ Quy trình ép phun được thực hiện qua 4 bước chính, cụ thể như sau:  Bước 1: Sử dụng máy ép nhựa để làm nóng chảy nguyên liệu với một nhiệt độ thích hợp Ở bước này,

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

CÔNG TRÌNH NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA SINH VIÊN

THIẾT KẾ MÁY THỬ MỎI CHO GHẾ NHỰA

MÃ SỐ: SV2021-166 CHỦ NHIỆM ĐỀ TÀI: HOÀNG TÙNG

S K C 0 0 7 6 5 8

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TPHCM

BÁO CÁO TỔNG KẾT

ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA SINH VIÊN

THIẾT KẾ MÁY THỬ MỎI CHO GHẾ NHỰA

SV2021-166

Thuộc nhóm ngành khoa học: Khoa học - Ứng dụng

SV thực hiện: Hoàng Tùng (chủ nhiệm đề tài) Nam, Nữ: Nam

Nguyễn Hồng Thái Nam

Dân tộc: Kinh

Lớp, khoa: 17143CL3, khoa đào tạo chất lượng cao

Năm thứ: 4 Số năm đào tạo: 4

Ngành học: Công nghệ chế tạo máy

Người hướng dẫn: Th.s Trần Mai Văn

TP Hồ Chí Minh, 6/2021

Mục lục

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU, NỘI DUNG VÀ MỤC TIÊU ĐỒ ÁN

TỐT NGHIỆP 1

1.1 Sản xuất nhựa bằng công nghệ ép phun 1

1.2 Đặc điểm công nghệ 1

1.3 Máy ép phun 2

1.3.1 Hệ thống hỗ trợ ép phun 2

1.3.2 Hệ thống phun 3

1.3.3 Hệ thống kẹp 6

1.3.4 Hệ thống điều khiển 8

1.3.5 Khuôn ép phun 8

1.4 Các ứng dụng 10

1.5 Giới thiệu hiện tượng phá hủy chi tiết do mỏi 11

1.5.1 Hiện tượng phá hủy mỏi 13

1.5.2 Đường cong mỏi 14

1.5.3 Những Chỉ Tiêu Phá Hủy Mỏi 16

1.5.4 Những Nhân Tố Ảnh Hưởng Đến Độ Bền Mỏi Của Chi Tiết Máy: 16

1.5.5 Biện Pháp Nâng Cao Độ Bền Mỏi Của Chi Tiết Máy 17

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 19

2.1 Tổng hợp các tiêu chuẩn 19

2.1.1 ISO 19

2.1.2 ASTM 19

2.1.3 TCVN 20

2.2 Tiêu chuẩn ASTM D7774 – 12 sẽ sử dụng cho hệ thống kiểm tra độ bền mỏi [5] 20

2.2.1 Phạm vi 20

2.2.2 Tài liệu tham khảo 21

2.2.3 Thuật ngữ 21

2.2.4 Tóm tắt các phương án 22

2.2.5 Ý nghĩa và sử dụng 22

2.2.6 Dụng cụ 23

2.2.7 Lấy mẫu, mẫu thử và đơn vị 23

2.2.8 Số lượng mẫu thử 24

2.2.9 Hiệu chuẩn và tiêu chuẩn hóa 24

2.2.10 Điều kiện 24

2.2.12 Biểu đồ, giải thích kết quả 27

2.2.13 Báo cáo 27

2.2.14 Độ chính xác và sai lệch 28

CHƯƠNG 3 MÔ HÌNH MÁY THỬ ĐỘ BỀN MỎI 29

3.1 Quy trình thiết kế và tính toán 29

3.1.1 Các phương án đề ra 30

3.1.2 Tính toán các thông số 36

3.2 Chức năng các bộ phận 40

3.2.1 Động cơ điện xoay chiều 3 pha 40

3.2.2 Biến tần 41

3.2.3 Cơ cấu dẫn hướng 42

3.3 Mô hình 3D 43

3.4 Bản vẽ thiết kế 47

3.5 Tính bền các chi tiết 55

3.5.1 Tổng quan: 55

3.5.2 Tính toán và mô phỏng 59

CHƯƠNG 4 QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY THỬ ĐỘ BỀN MỎI 72

4.1 Quy trình công nghệ trục thử mỏi chính 72

4.2 Quy trình công nghệ trục xoay chính 75

4.3 Quy trình công nghệ hộp bạc trượt 77

4.4 Quy trình lắp ráp 83

CHƯƠNG 5 QUÁ TRÌNH VÀ KẾT QUẢ THỬ NGHIỆM 84

5.1 Hệ thống điều khiển và hướng dẫn sử dụng máy 84

5.1.1 Giới thiệu máy thử độ bền mỏi cho ghế nhựa 84

5.1.2 Nguyên tắc sử dụng máy 85

5.1.3 Hướng dẫn sử dụng máy 85

5.1.4 Điều chỉnh tốc độ quay 86

5.2 Kết quả 87

CHƯƠNG 6 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 88

6.1 Các kết quả đạt được 88

6.2 Những vấn đề hạn chế 88

6.3 Hướng phát triển 88

Tài liệu tham khảo 89

Dang sách các bảng biểu

Bảng 1.1: Ưu nhược điểm của cụm kìm cùng cơ cấu khuỷu và xylanh thủy lực Bảng 3.1: Số liệu tóm tắt

Bảng 3.2: Tóm tắt các số liệu

Bảng 4.1: Phương án gia công chi tiết trục thử chính

Bảng 4.2: Phương án gia công chi tiết trục xoay

Bảng 4.3: Phương án gia công chi tiết hộp đựng bạc trượt

Bảng 5.1: Bảng tra tốc độ

Bảng 5.2: Kết quả thử mỏi cho ghế nhựa

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TPHCM

THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI

1 Thông tin chung:

- Tên đề tài: Thiết kế máy thử mỏi cho ghế nhựa

- Chủ nhiệm đề tài: Hoàng Tùng Mã số SV: 17143162

- Lớp: 17143CL3 Khoa: Đào tạo chất lượng cao

- Thành viên đề tài:

1 Nguyễn Hồng Thái 17143143 17143CL3 Đào tạo chất lượng cao

2 Đặng Quốc Thái 17143142 17143CL3 Đào tạo chất lượng cao

- Người hướng dẫn: Th.S Trần Mai Văn

2 Mục tiêu đề tài: Mục tiêu của đề tài là đưa ra mẫu máy thử độ bền mỏi cho sản phẩm nhựa cụ thể ở đây

là ghế nhựa để kiểm tra độ bền mỏi Sau quá trình tìm hiểu và nghiên cứu đề tài đã có những kết quả đó là mẫu máy thử có thể xác định được độ bền và chu kỳ mỏi của sản phầm ghế nhựa

3 Tính mới và sáng tạo: Đề tài đã đưa ra được những phương pháp tiếp cận và nghiên cứu mới để thử mỏi cho sản phẩm ghế nhựa, làm mới lại cơ cấu nâng hạ đầu thử mỏi bằng cơ cấu cam

4 Kết quả nghiên cứu: Nghiên cứu đã bước đầu đưa ra được mô hình máy thử mỏi cho sản phẩm ghế nhựa, có thể xác định được mức chuyển vị và chu kỳ mỏi của ghế

5 Đóng góp về mặt giáo dục và đào tạo, kinh tế - xã hội, an ninh, quốc phòng và khả năng áp dụng của đề tài: Đưa ra một mô hình thử mỏi đơn giản và kinh tế hơn so với những mẫu máy trước đây

6 Công bố khoa học của SV từ kết quả nghiên cứu của đề tài (ghi rõ tên tạp chí nếu có) hoặc nhận xét,

đánh giá của cơ sở đã áp dụng các kết quả nghiên cứu (nếu có):

Ngày tháng năm

SV chịu trách nhiệm chính

thực hiện đề tài

(kí, họ và tên)

Nhận xét của người hướng dẫn về những đóng góp khoa học của SV thực hiện đề tài (phần này do

người hướng dẫn ghi):

Ngày tháng năm

Người hướng dẫn

(kí, họ và tên)

LỜI MỞ ĐẦU

Ngày nay, với sự phát triển vượt bậc của khoa học kỹ thuật, đặc biệt là khoa học máy tính

đã làm thay đổi căn bản mọi mặt của đời sống xã hội Từ giữa thế kỷ XX, khi công nghệ máy tính được đưa vào áp dụng trong sản xuất đã góp phần tự động hóa sản xuất, giải phóng sức lao động của con người, tăng năng suất cũng như chất lượng sản phẩm Theo đó là sự

ra đời của các phương thức sản xuất có sự trợ giúp của máy tính và các máy công cụ được

tích hợp bộ điều khiển số

Ở Việt Nam, ngoài công nghệ CAD/CAM đã và đang được phát triển, ứng dụng rộng rãi trong các xí nghiệp, nhà máy Thì vài năm trở lại đây công nghệ ép khuôn (Molding) bước đầu đã được nghiên cứu và ứng dụng ở các viện nghiên cứu, các trung tâm công nghệ cao Công nghệ ép khuôn (Molding) là tổ hợp của CAD, kỹ thuật thiết kế và xử lý số liệu (Ansys)

và quan trọng nhất là tạo mẫu giả lập (Moldex 3D) Kỹ thuật ép khuôn là kỹ thuật tạo nên sản phẩm mới, phù hợp với xu thế hoàn cầu hóa các phương diện thị trường thương mại và sản xuất, đa dạng hóa sản phẩm, đổi mới sản phẩm mẫu mã nhanh, sản xuất công nghệ cao,

phù hợp với tính cạnh tranh của thị trường ngày càng khốc liệt

Tuy nhiên độ bền của mẫu nhựa ép lại là 1 điểm yếu Đề tài “Thiết kế máy thử mỏi cho ghế nhựa” sẽ tập trung nghiên cứu về độ bền mỏi của chi tiết nhựa, cụ thể là ghế nhựa Giúp tìm ra phương án tối ưu nhất để mẫu ép có độ bền mỏi cao nhất

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN TÌNH HÌNH

NGHIÊN CỨU, NỘI DUNG VÀ MỤC TIÊU ĐỒ

ÁN TỐT NGHIỆP

1.1 Sản xuất nhựa bằng công nghệ ép phun

Ép phun là công nghệ truyền thống của ngành sản xuất nhựa Công nghệ này đã được sử dụng phổ biến ở những quốc gia có ngành công nghiệp phát triển như Đức, Hoa kỳ, Nhật Bản, … và hiện đang thâm nhập vào các nước châu Á

Ép phun (công nghệ ép nhựa định hình) là phương pháp đúc để tạo hình sản phẩm thông qua 2 công đoạn phun ( đun nhựa nóng chảy) và ép vào khuôn để tạo nên hình dáng cho sản phẩm Đây là phương pháp gia công chủ yếu được sử dụng trong công nghiệp gia công polymer

Thực trạng hiện nay, những nguyên liệu như sắt, gang, nhôm, đồng thau… đang dần cạn kiệt trong tự nhiên Chính vì vậy mà trong tương lai, việc sử dụng nguyên liệu nhựa sẽ là rất lớn Có thể nói rằng, những sản phẩm nhựa được tạo ra từ công nghệ ép phun đang dần trở thành một phần không thể thiếu trong cuộc sống của chúng ta ngày nay

1.2 Đặc điểm công nghệ

Quy trình ép phun được thực hiện qua 4 bước chính, cụ thể như sau:

 Bước 1: Sử dụng máy ép nhựa để làm nóng chảy nguyên liệu với một nhiệt

độ thích hợp

Ở bước này, những nguyên liệu thô còn đang ở dạng cứng như các loại nhựa tái chế, nhựa nguyên sinh sẽ được đưa vào cổng nguyên liệu của máy ép nhựa Tại đây, nguyên liệu sẽ được trộn đều và đẩy về phía trước để nung nóng chảy bằng hệ thống gia nhiệt

đã được bố trí nằm xung quanh xilanh của máy

 Bước 2: Hệ thống trục vít của máy ép nhựa sẽ tạo ra một áp lực lớn để bơm nhựa đun nóng chảy vào khuôn ở trạng thái đóng

Hệ thống trục vít của máy ép nhựa sẽ đóng vai trò như một pít tông đẩy phần nhựa đã được nung nóng chảy về phía trước bằng một áp lực rất lớn Hệ thống kênh dẫn nhựa

sẽ chứa phần nhựa lỏng Lúc này, lòng khuôn đang ở trạng thái đóng để làm nhiệm vụ tạo hình sản phẩm

 Bước 3: Làm mát bộ phận khuôn để phần nhựa được đun nóng chảy chuyển sang trạng thái rắn

Để có thể lấy được nhựa ra ngoài thì phần nhựa đã được đun nóng chảy bắt buộc phải được làm đông cứng Ở bước này, hệ thống làm mát của máy sẽ hoạt động để làm khuôn nguội đồng thời làm rắn phần nhựa nóng chảy

 Bước 4: Lấy sản phẩm ra ngoài

Đây là bước cuối cùng của quy trình ép phun Hệ thống kim khuôn của máy ép nhựa sẽ kéo ra một nửa khuôn một cách từ từ, để ra một khoảng nhất định để có thể lấy sản phẩm ra bên ngoài Sau đó, lại đóng khuôn để tiếp tục quy trình mới

1.3 Máy ép phun

Máy ép phun có cấu tạo gồm những phần chính như sau:

Hình 1.1: Cấu tạo chung của máy ép phun

1.3.1 Hệ thống hỗ trợ ép phun

Gồm:

 Thân máy (Frame)

 Hệ thống điện (Electrical system)

 Hệ thống thủy lực (Hydraulic system)

 Hệ thống làm nguội (cooling system)

 Phễu cấp liệu (hopper): chứa vật liệu dạng viên để cấp vào khoang trộn

 Khoang chứa liệu (Barrel): chứa nhựa để vis trộn di chuyển qua lại bên trong

nó Khoang trộn được gia nhiệt bằng cách cấp nhiệt Nhiệt độ xung quanh khoang chứa liệu cung cấp khoảng 20-30% nhiệt độ cần thiết để làm chảy nhựa

 Băng gia nhiệt (Heater band): Giúp duy trì nhiệt độ khoang chứa liệu để nhựa

bên trong khoang luôn ở trạng thái chảy dẻo Trên máy có nhiều băng gia nhiệt, cài đặt với nhiệt độ khác nhau, tạo ra các vùng nhiệt độ thích hợp cho quá trình

ép phun

Hình 1.3: Băng gia nhiệt

 Trục vít (screw): có chức năng nén, làm chảy dẻo và tạo áp lực để đẩy nhựa

chảy dẻo vào lòng khuôn

Cấu tạo:

Hình 1.4: Cấu tạo trục vít

 Bộ hồi tự hở (non-return assembly, non-return valve)

Bộ phận này gồm vòng chắn hình nêm, đầu trục vít và seat Chức năng của nó là tạo dòng nhựa bắn vào khuôn

Hình 5: Bộ hồi tự hở Khi trục vít lùi về thì vòng chắn hình nêm di chuyển hướng về vòi phun và cho phép nhựa chảy về phía trước đầu trục vít Còn khí trục vít di chuyển về phía trước thì vòng chắn hình nêm sẽ di chuyển về hướng phễu và đóng kín với seat không cho nhựa chảy ngược về phía sau

Hình 1.6: Các loại bộ hồi tự hở

 Vòi phun (nozzle): có chức năng nối khoáng trộn với cuống phun và phải có

hình dạng đảm bảo bịt kín khoang trộn và khuôn Trong quá trình phun nhựa lỏng vào khuôn, vòi phun phải thẳng hàng với bạc cuống phun và đầu vòi phun nên được lắp kín với phần lõm của bạc cuống phun thông qua vòng định vị để đảm bảo nhựa không bị phun ra ngoài và tránh mất áp

Hình 1.7: Vòi phun

1.3.3 Hệ thống kẹp

Hệ thống kẹp có chức năng đóng, mở khuôn, tạo lực kẹp giữ khuôn trong quá trình làm nguội và đẩy sản phẩm thoát khỏi khuôn khi kết thúc một chu kỳ ép

Gồm:

Cụm đẩy của máy (machine ejectors): tạo ra lực đẩy tác động vào tấm đẩy trên khuôn

để đẩy sản phẩm rời khỏi khuôn

Cụm kìm (clamp cylinders): cung cấp lực để đóng mở khuôn và giữ khuôn trong suốt

quá trình phun

Thường có 2 loại:

Cơ cấu khuỷu

Hình 1.9: Cơ cấu khuỷu

Khó điều chỉnh

Bảng 1.1: Ưu nhược điểm của cụm kìm cùng cơ cấu khuỷu và xylanh thủy lực

1.3.4 Hệ thống điều khiển

Hệ thống điều khiển giúp người vận hành máy theo dõi và điều chỉnh các thông

số gia công như: nhiệt độ, áp suất, tốc độ phun, vận tốc và vị trí trục vis, vị trí của các

bộ phận trong hệ thống thủy lực Hệ thống điều khiển giao tiếp với người vận hành máy qua bảng điều khiển (control panel) và màn hình máy tính (computer screen)

Hình 1.11: Hệ thống điều khiển

1.3.5 Khuôn ép phun

Quá trình ép phun sử dụng khuôn, thường được làm bằng thép hoặc nhôm, làm công cụ tùy chỉnh Khuôn có nhiều thành phần, nhưng có thể được chia thành hai nửa Mỗi nửa được gắn bên trong máy ép phun và nửa phía sau được phép trượt để khuôn có thể được mở và đóng dọc theo đường phân chia của khuôn Hai thành phần chính của khuôn là lõi khuôn và khoang khuôn Khi khuôn được đóng lại, khoảng trống giữa lõi khuôn và khoang khuôn tạo thành khoang phần, sẽ được lấp đầy bằng nhựa nóng chảy

và sau đó được làm mát để tạo ra sản phẩm mong muốn

Khuôn ép nhựa được chia làm 2 phần :

 Phần cố định (Khuôn cái): phần này là phần không di chuyển trong toàn bộ

quá trình ép phun Phần này được gắn chặt vào thành máy cố định máy ép nhựa

và được nối với hệ thống vòi phun nhựa của máy để đưa nhựa nóng chảy vào lòng khuôn thông qua hệ thống vòi phun và kênh dẫn

 Phần di động (Khuôn đực): phần này là phần có chức năng đóng khuôn để ép

sản phẩm và mở khuôn để lấy sản phẩm Phần di động sẽ được gắn chặt vào thành máy di động máy ép nhựa nối với hệ thống lói khuôn nhằm đẩy sản phẩm

ra ngoài thông qua hệ thống pin đẩy được thiết kế trong khuôn

Hình 1.8: Cấu tạo khuôn ép phun nhựa

Chi tiết cấu tạo khuôn ép nhựa :

 Tấm kẹp trên: Tấm này có tác dụng kẹp chặt tấm khuôn trên và tấm kẹp trên

thành một khối và kẹp chặt cả khối này bàn tĩnh của máy ép nhựa

 Tấm khuôn trên: Là bộ phận quan trọng nhất vì nó là hình bao ngoài của sản

phẩm Nó quyết định đến độ chính xác của khuôn cũng như độ chính xác của sản phẩm Bề mặt ngoài của sản phẩm đẹp hay xấu, chính xác hay không là phụ thuộc hoàn toàn vào khi ta gia công tấm khuôn này

 Bạc định vị: Đảm bảo vị trí thích hợp của khuôn với vòi phun

 Bộ định vị: Đảm bảo sự phù hợp giữa phần cố định và phần chuyển động của

khuôn Nó bao gồm chốt định vị và bạc định vị

 Tấm đỡ: Giữ cho mảnh ghép của khuôn không bị rơi ra ngoài

 Thanh kê: Dùng làm phần ngăn giữa tấm đỡ và tấm kẹp phía dưới để cho giàn

đẩy hoạt động được

 Tấm kẹp dưới: Tấm này kẹp toàn bộ cụm khuôn dưới thành một khối và kẹp

khối này vào bàn máy động của máy ép nhựa

 Chốt đẩy: Dùng để đẩy sản phẩm ra khỏi khuôn khi khuôn mở

 Tấm kẹp đẩy: Giữ chốt đẩy, chốt hồi, chốt giật cuống

 Tấm đẩy: Dùng để chặn các chốt lắp trên tấm kẹp đẩy trong quá trình đẩy sản

phẩm ra ngoài không thể rơi các chốt ra được Tấm đẩy và tấm kẹp đẩy được bắt chặt thành một khối và được gọi là giàn đẩy Giàn đẩy nằm phía dưới khuôn dưới và trên tấm kẹp dưới

 Chốt hồi: Làm cho giàn đẩy có thể quay trở về khi khuôn đóng lại

 Trụ kê: Dẫn hướng chuyển động và đỡ cho tấm đẩy, tránh cho tấm khuôn khỏi

bị cong do áp lực đẩy cao, tăng tuổi thọ cho khuôn

 Tấm khuôn dưới: Là một bộ phận cũng rất quan trọng, nó là đường bao quyết

định hình dáng bên trong của sản phẩm Khuôn dưới và khuôn trên kết hợp với nhau để tạo ra hình dáng hoàn chỉnh của chi tiết Khuôn trên là bộ phận đứng yên, khuôn dưới là bộ phận di động

1.4. Các ứng dụng

Công nghệ ép phun được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp, đặc biệt trong ngành sản xuất nhựa, là phương pháp lý tưởng để sản xuất các vật thể lớn có cùng khối lượng Ngoài ra, công nghệ ép phun còn được ứng dụng trong công nghiệp sản xuất bao

bì, nắp chai, phụ tùng ô tô, linh kiện, dây cuộn, nhạc cụ, bàn ghế, chi tiết máy (có cả bánh răng),…

Hình 1.9: Các sản phẩm ứng dụng của ngành công nghệ ép phun

1.5. Giới thiệu hiện tượng phá hủy chi tiết do mỏi

Ảnh hưởng ban đầu do mỏi là những vết nứt hoặc các khuyết tật của các bề mặt

ở trong các bề mặt của mẫu Một cách hiển vi hơn, không có bề mặt vật liệu nào là mượt

và phẳng hoàn hảo cả nhưng có độ nhấp nhô và vết nứt tốt hay những kết luận khác Các nhấp nhô này như các khía là nguyên nhân gây ra việc làm tăng ứng suất với trạng thái áp suất 3 trục phát sinh Những ứng suất này sau đó có thể cao hơn nhiều so với các loại ứng suất 1 trục

Giới hạn đàn hồi sau đó được mở rộng lan ra các vùng lân cận tại các khuyết điểm và những biến dạng vi nhựa xảy ra Các thay đổi vật liệu có thể được gây ra bởi các mặt phẳng trượt bị mất Nghĩa là các thay đổi này thì sẽ để lại các phần phồng(extrusions) và các phần lõm(intrusions) trên bề mặt

Các biến dạng vi mô này lần lượt đóng vai trò như các khía(notches) và tiếp nối trong quá trình hình thành vết nứt(crack formation) ở giai đoạn đầu sự mỏi của vật liệu.(Stage I)

Do các quá trình có tính chu kỳ của các vết nứt do sự thay đổi tải, các vân mỏi (fatigue striations) sẽ xuất hiện bên trong vật liệu suốt quá trình loang ra các các vết nứt (Stage II)

Tuy nhiên, bất cứ khi nào một sự thay đổi lớn nào xảy ra bên trong của ứng suất, các vân mỏi (fatigue striations) vẫn có thể xuất hiện trong giai đoạn 2 này và được gọi

gồ ghề

1.5.1 Hiện tượng phá hủy mỏi

Khái niệm:

Đó là quá trình tích lũy dần dần sự phá hỏng trong bản thân vật liệu dưới tác động của ứng suất thay đổi theo thời gian Ứng suất thay đổi này làm xuất hiện các vết nứt mỏi, 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

Bản chất:

Phần lớn các chi tiết máy làm việc trong trạng thái ứng suất thay đổi theo thời gian, nó có thể bị hỏng khi chịu ứng suất thấp hơn nhiều so với trường hợp ứng suất không thay đổi Tiến hành quan sát sự phá hủy khi chi tiết chịu ứng suất thay đổi người

ta thấy quá trình hỏng vì mỏi bắt đầu từ những vết nứt tế vi sinh ra tại vùng chi tiết máy chịu ứng suất tương đối lớn; khi số chu kỳ làm việc của chi tiết máy tăng lên thì các vết nứt này cũng mở rộng dần, chi tiết máy ngày càng bị yếu và cuối cùng xảy ra gãy hỏng

Đó chính là sự phá hủy do mỏi Khả năng của kim loại cản lại sự phá hủy mỏi được gọi

là độ bền mỏi hay sức bền mỏi

Qua các nghiên cứu về sự phá hủy mỏi của vật liệu, có thể rút ra những kết luận sau đây:

- Vật thể có thể bị phá hủy khi trị số ứng suất lớn nhất smax không những thấp hơn nhiều so với giới hạn bền mà thậm chí có thể thấp hơn giới hạn chảy của vật liệu, nếu như số lần thay đổi ứng suất (số chu kỳ ứng suất) khá lớn

- Đối với một số loại vật liệu, có tồn tại một trị số ứng suất giới hạn tác dụng vào vật liệu với số chu kỳ rất lớn mà không phá hỏng vật liệu

- Sự phá hủy mỏi bao giờ cũng bắt đầu từ những vết nứt rất nhỏ (vết nứt tế vi), không nhìn thấy được bằng mắt thường Các vết nứt này phát triển dần cùng với sự gia tăng số chu trình ứng suất, đến một lúc nào đó chi tiết máy sẽ bị gãy hỏng hoàn toàn

Đặc điểm của bề mặt gãy mỏi:

Sự phá hủy mỏi khác với sự phá hủy do chịu ứng suất tĩnh về bản chất cũng như

về hiện tượng bên ngoài Phá hủy vì ứng suất tĩnh là do tác dụng của ứng suất có trị số khá cao, đối với vật liệu dẻo ứng suất này lớn hơn giới hạn chảy, còn đối với vật liệu giòn thì trị số ứng suất cao hơn giới hạn bền Sự phá hủy tĩnh bao giờ cũng kèm theo xuất hiện biến dạng dẻo rõ rệt, choán cả một vùng chi tiết máy Trái lại sự phá hủy mỏi xảy ra khi trị số ứng suất không lớn lắm Chi tiết máy bị hỏng có thể dưới dạng gãy đứt hoàn toàn hoặc có vết nứt lớn, khiến chi tiết máy không thể làm việc được nữa Sự phá hủy mỏi có tính chất cục bộ, chỉ xảy ra trong một vùng nhỏ của chi tiết, vết nứt mỏi thường phát triển ngấm ngầm và rất khó phát hiện bằng mắt thường Trước khi chi tiết máy bị hỏng hoàn toàn thường không thấy một dấu hiệu báo trước nào, thí dụ như biến

hoặc một vài tiết diện nào đó của chi tiết Tại tiết diện này các vết nứt phát triển khá sâu, làm giảm diện tích phần làm việc tới mức chi tiết không còn đủ khả năng chịu tải nữa

Tóm lại quá trình hỏng vì mỏi xảy ra từ từ và theo trình tự như sau:

- Sau một số chu kỳ ứng suất nhất định, tại những chỗ có tập trung ứng suất trên chi tiết máy sẽ xuất hiện những vết nứt nhỏ

- Vết nứt này phát triển lớn dần lên, làm giảm dần diện tích tiết diện chịu tải của chi tiết máy, do đó làm tăng giá trị ứng suất

- Cho đến khi chi tiết máy không còn đủ sức bền mỏi thì nó bị phá hỏng

Hình dạng chỗ hỏng do mỏi khác hẳn chỗ hỏng do tác dụng của ứng suất tĩnh, đối với vật liệu dẻo xảy ra sự co thắt tại vùng tiết diện bị hỏng, còn đối với vật liệu giòn chỗ đứt có dấu hiệu bị đứt ra Khi quan sát vết gãy, thấy rõ phần chi tiết máy bị hỏng

do mỏi – bề mặt cũ và nhẵn, bề mặt vết gãy thấy rõ hai vùng: Vùng thứ nhất tương đối mịn, hạt nhỏ (giống như chỗ vỡ của mảnh sứ), đó là vùng các vết nứt mỏi dần dà phát triển Vùng thứ hai gồ ghề, có hạt to hoặc có các thớ Vùng này được gọi là vùng hỏng tĩnh, còn vùng thứ nhất gọi là vùng hỏng vì mỏi Cũng có trường hợp trên tiết diện hỏng thấy có ba vùng: Vùng thứ nhất khá mịn, là vùng phát sinh và phát triển vết nứt với tốc

độ chậm, vùng thứ hai thô hơn, tốc độ phát triển vết nứt trong vùng này nhanh hơn, vùng thứ ba gồ ghề là vùng hỏng tĩnh

Xem xét hình dạng bề ngoài của vết gãy ta có thể biết được chi tiết máy đã làm việc quá tải nhiều hay ít Nếu diện tích không hỏng vì mỏi chiếm tỉ lệ khá lớn so với vùng hỏng tĩnh, ta biết là chi tiết máy đã làm việc lâu dài với ứng suất lớn hơn giới hạn mỏi chút ít Nếu diện tích vùng hỏng tĩnh khá lớn, chi tiết máy rõ ràng đã chịu tải quá lớn trong thời gian ngắn với số chu kỳ ứng suất tương đối ít đã bị gãy hỏng

1.5.2 Đường cong mỏi

NO: là số chu kỳ cơ sở

σ r : giới hạn mỏi của vật liệu

m : mũ của đường cong mỏi

Qua đồ thị đường cong mỏi ta có thể thấy:

- Khi ứng suất càng cao thì tuổi thọ càng giảm

- Nếu giảm ứng suất đến một giới hạn sr nào đó đối với một số loại vật liệu, tuổi thọ N có thể tăng lên khá lớn mà mẫu thử không bị gãy hỏng Trị số sr được gọi là giới hạn bền mỏi (dài hạn) của vật liệu

- Hoành độ điểm chuyển tiếp giữa đoạn cong và đoạn nằm ngang gọi là số chu

kỳ cơ sở No của vật liệu (tương ứng là tung độ sr) Số chu kỳ cơ sở No của một số loại thép thông thường có thể ở trong khoảng 106 – 107

Có thể lập đường cong mỏi trong hệ tọa độ s - N hoặc s - lgN hay lgs – lgN Trong thực tế thường dùng hệ tọa độ lgs – lgN hoặc s – lgN vì các hệ tọa độ này cho phép bố trí các trị số tuổi thọ N nhỏ cũng như lớn trong khuôn khổ khá gọn Trong hệ tọa độ loga trong nhiều trường hợp, có thể biểu thị đường cong bởi một đường gãy khúc bằng hai đường thẳng (ở đây không xét trường hợp mỏi ít chu kỳ): Đoạn nằm nghiêng được gọi là nhánh nghiêng của đường cong mỏi, ứng với các trị số ứng suất lớn hơn giới hạn mỏi và đoạn nằm ngang tức là nhánh ngang của đường cong mỏi, ứng với ứng suất bằng giới hạn bền mỏi

Tuy nhiên cần lưu ý là đối với hợp kim màu đường cong mỏi trong hệ tọa độ loga không có nhánh ngang, nghĩa là không có giới hạn bền mỏi dài hạn Thực nghiệm chứng tỏ rằng vật liệu kim loại màu dù làm việc với ứng suất thấp cũng vẫn bị hỏng, sau khi số chu kỳ thay đổi ứng suất đã khá lớn (N > 108)

Phương trình đường cong mỏi có thể viết dưới dạng:

sm N = C (1.2)

Trong đó C và m là hằng số Số mũ m gọi là bậc của đường cong mỏi

Phương trình (1.1) biểu thị quan hệ giữa ứng suất s và tuổi thọ N trong miền ứng suất có trị số nằm ngang trong khoảng giới hạn chảy sch và giới hạn bền mỏi sr của vật liệu

Từ phương trình (1.1) ta có thể xác định được tuổi thọ Nk của vật liệu chịu ứng suất thay đổi sk (sr < sk < sch) Ứng suất sk gọi là giới hạn mỏi ngắn hạn ứng với tuổi thọ

Nk của vật liệu Trong hệ tọa độ loga lgs - lgN, phương trình (1.1) được biểu thị bằng đường thẳng:

1.5.3 Những Chỉ Tiêu Phá Hủy Mỏi

 Chỉ tiêu về ứng suất và biến dạng

 Chỉ tiêu về năng lượng

 Chỉ tiêu về vết nứt mỏi

1.5.4 Những Nhân Tố Ảnh Hưởng Đến Độ Bền Mỏi Của Chi Tiết Máy:

 Bản chất vật liệu và quá trình xử lý nhiệt

 Trạng thái ứng suất

 Kích thước tuyệt đối

 Hình dạng kết cấu

 Công nghệ gia công cơ khí

 Oxi hóa và thoát cacbon

 Rỗ khí, vết lõm, gỉ sét

1.5.5 Biện Pháp Nâng Cao Độ Bền Mỏi Của Chi Tiết Máy.

Để tránh cho chi tiết máy không bị hỏng do mỏi, hoặc để kéo dài tuổi thọ chi tiết máy người ta phải dùng các biện pháp thiết kế và biện pháp công nghệ để nâng cao độ bền mỏi của chi tiết máy

* Trong nhiều trường hợp có thể loại trừ được các nguyên nhân gây tải trọng chu

kỳ hoặc có thể tìm cách hạn chế, một trong những biện pháp cơ bản là tăng tính đàn hồi của chi tiết máy theo hướng tác dụng của tải trọng và dùng các liên kết đàn hồi giữa các chi tiết máy truyền tải trọng và chịu tải trọng

* Dùng các khớp nối đàn hồi giữa các chi tiết máy chịu mô men xoắn có thể làm giảm biên độ dao động của mô men xoắn thay đổi theo chu kỳ Chuyển từ dùng ổ lăn sang dùng ổ trượt như trong các cơ cấu thanh truyền tay quay sẽ làm giảm định tải trọng nhờ tác dụng giảm chấn của lớp dầu trong ổ…

* Các biện pháp góp phần làm giảm trị số ứng suất danh nghĩa tác dụng trong chi tiết máy sẽ làm tăng độ bền mỏi như việc bố trí hợp lý các ổ, loại trừ các trường hợp tải trọng bất lợi, tăng tiết diện chi tiết máy tại phần chịu ứng suất thay đổi, tăng diện tích bề mặt tiếp xúc (trường hợp chi tiết máy chịu ứng suất tiếp xúc thay đổi)

* Trong trường hợp không thể loại trừ được tải trọng chu kỳ hoặc giảm ứng suất thay đổi, thì phải sử dụng các biện pháp về công nghệ để nâng cao độ bền mỏi của chi tiết máy Thực chất của các biện pháp công nghệ là sử dụng các biện pháp gia công đặc biệt, tăng bền cho chi tiết máy nhờ tạo ra cấu tạo tinh thể hạt nhỏ, có độ bền cao, tạo ra lớp bề mặt có ứng suất dư là nén để nâng cao khả năng chịu mỏi của chi tiết Các chi tiết chịu tải trọng uốn và quay nhanh thì dễ bị phá hỏng mỏi do vết nứt phát triển trên lớp bề mặt vì ở đây ứng suất kéo có giá trị lớn nhất Nếu trên lớp bề mặt tạo ứng suất nén thì nó sẽ hạn chế phát triển vết nứt

* Nhiệt luyện và hóa nhiệt luyện thép cho hiệu quả cao, nhất là các chi tiết máy

có tập trung ứng suất Sau đây là một số phương pháp cụ thể để nâng cao độ bền mỏi của chi tiết máy:

lớp bề mặt (làm tinh thể khó trượt hơn), độ rắn bề mặt tăng lên, trong lớp bề mặt có lớp ứng suất dư nén

Người ta cũng dùng rộng rãi các phương pháp nong, chuốt trong gia công lỗ, cán dập để gia công tạo hình chi tiết máy, tạo nên lớp bề mặt chi tiết có độ bền cao Trong trường hợp này, các thớ của vật liệu không bị cắt đứt khi gia công phôi bằng cắt gọt, các thứ được sắp xếp uốn lượn theo biến dạng của yếu tố kết cấu được cán

Các biện pháp thiết kế nhằm nâng cao độ bền mỏi của chi tiết máy chủ yếu là tạo cho kết cấu chi tiết máy có hình dạng hợp lý, giảm được tập trung ứng suất ở những tiết diện chịu tải lớn Mặc dù, không phải bao giờ cũng có thể loại trừ hoàn toàn tập trung ứng suất nhưng về nguyên tắc chung, cần cố gắng thay thế các cấu tạo có tập trung ứng suất cao bằng cấu tạo tập trung ứng suất ít hơn

Đối với các chỗ lượn chuyển tiếp giữa các bậc chi tiết máy, cấu tạo hình dạng hợp lý như thay các chỗ lượn sắc cạnh thành các chỗ lượn tròn bán kính lớn nhất có thể, hoặc chỗ lượn có cung elip

Để tránh oxi hóa và thoát cacbon nên nung trong môi trường có khí quyển bảo

vệ với tỷ lệ khí oxi rất thấp hoặc nung trong môi trường khí quyển trung tính hoặc nung trong môi trường chân không

Nếu trong trường hợp không có các biện pháp bảo vệ trên thì ta có thể dùng các biện pháp khác như: Rải than trên sàn lò, cho chi tiết vào hộp có phủ than, khử oxi triệt

để trong các lò muối Trong trường hợp thép đã bị thoát cacbon trên bề mặt, có thể khôi phục lại lớp đó bằng cách thấm cacbon nhưng chi tiết dễ bị cong vênh do nung nóng, làm nguội nhiều lần và khó đạt được đúng thành phần cacbon cũ

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Tiêu chuẩn này liên hệ tới biên độ thay đổi dưới tác động của chế độ việc kiểm soát lực mà tương ứng với hầu hết các bài thử mỏi có biên độ thay đổi được thực hiện khắp thế giới

Tiêu chuẩn này áp dụng các chế độ tải cơ cấu truyền động đơn tương thích với tải 1 trục trong nhiều trường hợp

2.1.2 ASTM

Các tiêu chuẩn mỏi và gãy đứt của ASTM cung cấp các quy trình riêng cho việc tiến hành các bài thử mỏi, gãy đứt, hay các thí nghiệm liên quan lên các vật liệu chuyên dụng

Các thí nghiệm này được tiến hành để thử và đánh giá các hành vi, khả năng và mức độ chống chịu của vật liệu nhất định đối với lực căng(sharp-notch tension), cắt, mỏi dọc trục, mỏi do biến dạng kiểm soát, sức căng nứt bề mặt, rạn nứt và biến dạng

dư

Ngoài độ dai đứt gãy và độ dốc biến dạng, các tiêu chuẩn này cũng trình bày các quy trình xác định đường cong K-R, dữ liệu độ bền ứng suất và độ bền biến dạng, hệ số cường độ ứng suất ngưỡng và nhiệt độ tham chiếu

Các tiêu chuẩn về độ bền và độ đứt gãy này rất hữu ích cho các nhà sản xuất và những người sử dụng khác có liên quan đến các vật liệu đó trong việc hiểu các cơ chế

ổn định và hỏng hóc của chúng

2.1.3 TCVN

Tiêu chuẩn này quy định điều kiện tiến hành thử mỏi mẫu kim loại bằng đặt lực dọc trục được điều khiển có biên độ không đổi ở nhiệt độ thường, không tạo ra

sự tập trung ứng suất Mục đích của phép thử để đưa ra thông tin về độ bền mỏi, như

mối quan hệ giữa ứng suất tác dụng và số chu trình đạt tới sự phá hủy của vật liệu

đã cho ở các hệ số ứng suất khác nhau

Tiêu chuẩn này mô tả hình dạng, sự chuẩn bị và tiến hành thử nghiệm mẫu

có mặt cắt ngang hình tròn hoặc hình chữ nhật và không bao gồm sự thử bộ phận và

thử các dạng riêng khác

CHÚ THÍCH: Tiêu chuẩn này không bao gồm thử mỏi các mẫu được cắt rãnh do

hình dạng và kích thước của mẫu thử này không được tiêu chuẩn hóa Tuy nhiên,

quy trình thử được mô tả trong tiêu chuẩn này có thể được áp dụng để thử mỏi các

mẫu được cắt rãnh

2.2 Tiêu chuẩn ASTM D7774 – 12 sẽ sử dụng cho hệ thống kiểm

tra độ bền mỏi [5]

2.2.1 Phạm vi

Phương pháp kiểm tra này sẽ bao gồm việc xác định đầy đủ các tính chất của

độ bền mỏi của nhựa Phương pháp này có thể áp dụng cho nhựa cứng và nhựa bán

cứng

Phương pháp được chia thành 2 phương án:

Phương án A: thiết kế hệ thống tác dụng lực 3 điểm để xác định độ bền uốn

Phương án B: thiết kế hệ thống tác dụng lực 4 điểm để xác định độ bền uốn

So sánh giữa hai phương án, tìm ra phương án phù hợp với vật liệu thử nghiệm

Hệ SI là hệ tiêu chuẩn, các giá trị trong ngoặc đơn là dành cho thông tin riêng

Ghi chú: tiêu chuẩn này và tiêu chuẩn ISO 13003 đều bàn về vấn đề giống nhau

nhưng khác nhau về nội dung kỹ thuật và kết quả không thể so sánh trực tiếp giữa

hai phương pháp thử nghiệm này

2.2.2 Tài liệu tham khảo

D618 - Điều kiện nhựa để thử nghiệm

D638 - Phương pháp thử nghiệm cho tính chất bền kéo của nhựa

D792 - Phương pháp thử nghiệm mật độ của khối lượng riêng của vật liệu nhựa bằng

phép dời hình

D883 - Phép gọi tên liên quan đến nhựa

D1505 - Phương pháp thử nghiệm mật độ nhựa bằng kỹ thuật Gradient tỷ trọng

D3479/D3479M - Phương pháp thử nghiệm cho độ bền kéo – độ bền kéo mỏi của

khuôn vật liệu phức hợp polymer

D'4883 - Phương pháp thử nghiệm mật độ của nhựa nhiệt bằng phương pháp siêu

âm

D5947 - Phương pháp thử nghiệm kích thước của khối mẫu thử vật liệu nhựa

D6272 - Phương pháp thử nghiệm đặc tính uốn của nhựa có cốt gia cố và không có

cốt gia cố và vật liệu cách điện đối với cơ cấu uốn 4 điểm

E83 - Kỹ thuật kiểm tra và phân loại hệ thống dụng cụ đo lường độ giãn

E1942 - Hướng dẫn đánh giá hệ thống thu thập dữ liệu sử dụng trong thử nghiệm

chu kỳ mỏi và thử nghiệm cơ học

Tiêu chuẩn ISO: ISO 13003

2.2.3 Thuật ngữ

Definitions – definitions áp dụng cho các phương pháp kiểm tra xuất hiện trong

Terminology D883

Mean strain – trung bình đại số giữa biến dạng cực đại và biến dạng cực tiểu.

Mean stress – trung bình đại số giữa ứng suất cực đại và biến dạng cực tiểu.

R Ratio – tỉ lệ giữa ứng suất cực tiểu và ứng suất cực đại hoặc là tỉ lệ giữa biến dạng

cực tiểu và biến dạng cực đại của mẫu khi chịu tải trọng

Proportional limit - ứng suất đàn hoặc biến dạng cực đại được biểu hiện thông qua

quan sát theo Test Methods D790 (cho phương án A) hoặc Test Methods D6272

(cho phương án B)

2.2.4 Tóm tắt các phương án

Phương án A:

Một mẫu thử hình chữ nhật được cố định bởi cặp gối đỡ và chịu tải giữa cặp gối đỡ Tỷ lệ khoảng cách gối đỡ và chiều sâu là 16:1 Các mẫu được đặt lực theo

chu kỳ theo chiều âm và chiều dương với một tần số xác định cho đến khi vật mẫu

bị phá huỷ hoặc bị cong Từ thử nghiệm, độ bền mỏi có thể được xác định từ số chu

kỳ Ít nhất bốn mức độ ứng suất hay biến dạng khác nhau được thử nghiệm để xây

dựng nền đường cong quan hệ giữa ứng suất với số chu kỳ dẫn đến hư hỏng (S – N)

hay một đường cong giữa biến dạng với số chu kỳ dẫn đến hư hỏng (r – N) nhằm

xác định giới hạn bền mỏi của vật liệu

Phương án B:

Một mẫu thử hình chữ nhật được cố định bởi cặp gối đỡ và chịu tải với khoảng cách bằng nhau từ cặp gối đỡ Tỷ lệ khoảng cách tải trọng và khoảng cách gối đỡ là

1:2 hoặc 1:3 Các mẫu thử được đặt lực theo chu kỳ theo chiều âm và chiều dương

với tần số xác định cho đến khi vật mẫu bị phá huỷ hoặc bi cong Từ những thử

nghiệm, độ bền mỏi có thể được xác định từ số chu kỳ Ít nhất bốn mức độ ứng suất

hay biến dạng khác nhau được thử nghiệm để xây dựng nên một đường cong quan

hệ giữa ứng suất so với số chu kỳ dẫn đến hư hỏng (S – N) hay một đường cong giữa

biến dạng với số chu kỳ dẫn đến hư hỏng (r – N) để xác định giới hạn bền mỏi của

vật liệu

2.2.5 Ý nghĩa và sử dụng

Các thử nghiệm mỏi này được sử dụng để xác định ảnh hưởng của quá trình gia công, tình trạng bề mặt, ứng suất, v.v đến độ bền mỏi của vật liệu dẻo chịu ứng

suất đơn trục với số lượng chu kỳ tương đối lớn Các kết quả cũng có thể được sử

dụng làm tiêu chí cho việc lựa chọn vật liệu nhựa được sử dụng trong điều kiện ứng

suất uốn được lặp đi lặp lại

Các đặc tính có thể thay đổi theo độ sâu của mẫu thử và tần suất thử nghiệm

Tần số kiểm tra có thể là 1-25 Hz nhưng nên sử dụng tần số từ 5 Hz trở xuống

Đặc tính của tất cả các loại vật liệu nhựa khi mỏi không giống nhau Nếu nhựa không thể hiện vùng đàn hồi, nơi biến dạng có thể đảo ngược, thì biến dạng

dẻo sẽ xảy ra trong quá trình thử nghiệm mỏi, làm cho biên độ của tải trọng lập trình

hoặc biến dạng thay đổi trong quá trình thử nghiệm Trong trường hợp này, cần thận

trọng khi sử dụng các kết quả cho thiết kế vì chúng thường không chỉ ra các đặc tính

mỏi thực sự của vật liệu

Các kết quả của các thử nghiệm mỏi này chỉ thích hợp để áp dụng vào thiết

kế khi các điều kiện thử nghiệm mẫu giống với điều kiện thực tế

Quy trình này bao gồm các kỹ thuật chuẩn bị mẫu khác nhau Không thể so sánh kết quả của thí nghiệm này với các kết quả thu được từ các mẫu thử được thực

hiện theo cách thức khác trừ khi chứng minh được sự tương đương

2.2.6 Dụng cụ

Máy thử - máy kiểm tra cơ bản đáp ứng các thông số kỹ thuật của Test Method D790

như mô tả dưới đây:

Sai số hệ thống đo độ võng không quá ±0.5% của độ lệch tối đa Máy sẽ có thể thực

hiện các chương trình tải hoặc lệch hình sin hoặc vuông / hình thang ở tần số kiểm

tra quy định và duy trì sai số + -1% hoặc ít hơn tải trọng hoặc độ lệch tối đa được

lập trình

Thiết bị ghi chép - thiết bị hiệu chuẩn được sử dụng để ghi lại các thông tin sau đây

trong quá trình thử nghiệm ở một tỷ lệ thu thập dữ liệu và bộ lọc phù hợp với Guide

E1942

 Tải theo thời gian

 Lệch so với thời gian

 Số chu kỳ

Micromet - bộ máy áp dụng theo Test Method D5947 sẽ được sử dụng để đo độ

rộng và độ dày của mẫu thử

Cơ cấu uốn:

Tỉ lệ giữa khoảng cách tải trọng đến khoảng cách gối đỡ là 1:2 hoặc 1:3

2.2.7 Lấy mẫu, mẫu thử và đơn vị

Vật mẫu được lấy mẫu đại diện cho chính xác những vật liệu hoặc thiết kế đang được thử nghiệm

Mẫu vật có thể được cắt ra từ tấm, lá, hoặc khuôn mẫu, có thể được đúc để kích thước thành phẩm mong muốn Các kích thước thực tế sử dụng cho tính toán

Phương án A - kích thước mẫu vật, hình dạng, bề mặt, và những hạn chế phải phù

hợp với Test Methods D790 Các mẫu vật phải đủ dài để cho phép nhô ra trên mỗi

đầu tựa ít nhất 10% của gối tựa, nhưng trong mọi trường hợp không ít hơn 12,8 mm

Nhô ra có tác dụng để ngăn chặn các mẫu vật từ trượt ra khỏi gối đỡ

Phương án B - Kích thước mẫu vật, hình dạng, bề mặt, và những hạn chế phải phù

hợp với Test Methods D6272 Phương pháp thử nghiệm này chỉ bao gồm các mẫu

vật với tỉ lệ khoảng cách các tải trọng và khoảng cách các gối đỡ là 1:2 hoặc 1:3

Mẫu vật phải đủ dài để cho phép nhô ra trên mỗi đầu của ít nhất 10% của gối đỡ,

nhưng trong mọi trường hợp không ít hơn 12,8 mm Nhô ra là đủ để ngăn chặn các

mẫu vật từ rớt ra ngoài khỏi gối đỡ

Mẫu vật không tự nhiên không chỉ trong một khoảng thời gian thử nghiệm tải

có thể được làm mỏng hơn trong khu vực đo để thúc đẩy sự thất bại trong một khoảng

tải Việc giảm chiều rộng của mẫu thử được sử dụng để tính toán ứng suất và biến

dạng

Mẫu cắt từ phi - thống nhất phần phần dày đúc được gia công bằng và tối thiểu về cả hai bên để tạo độ dày như nhau trong một khoảng hỗ trợ Phải lưu ý rằng

việc gia công các độ dày của nhựa có thể thay đổi các tính chất cơ học và gây hậu

quả khi áp dụng các kết quả để đưa vào thiết kế

Khuyến cáo rằng các phép đo mật độ được lấy từ mỗi mẫu thử theo Test Method D792, Test Method D1505, Practice D2839, hoặc Test Method D'4883 để

đảm bảo rằng quá trình sử dụng để chế tạo các mẫu vật tạo ra các tài liệu phù hợp và

Trong trường hợp vật liệu đẳng hướng, một hướng duy nhất sẽ được lựa chọn

và duy trì cho tất cả các mức ứng suất và biến dạng

2.2.9 Hiệu chuẩn và tiêu chuẩn hóa

Tất cả các thiết bị phải được hiệu chỉnh phù hợp với thông số kỹ thuật của nhà sản xuất và Practice E4

Mẫu vật cho mỗi lần kiểm tra phải được xử lý giống nhau và chuẩn bị sẵn sàng cho kết quả chính xác

2.2.10 Điều kiện

Chuẩn hóa – điều kiện các mẫu thử nghiệm theo Phương án A của Practice D618 trừ trường hợp khác của hợp đồng hoặc các đặc điểm kỹ thuật vật liệu có liên

quan của ASTM Điều kiện được quy định ở mức tối thiểu Dung sai nhiệt độ và độ

ẩm phải phù hợp với Section 7 của Practice D618 trừ khi được quy định khác bởi

hợp đồng hoặc đặc trưng của vật liệu

Điều kiện thử nghiệm – Tiến hành các thử nghiệm ở cùng nhiệt độ và độ ẩm dùng để chuẩn hóa dung sai theo Section 7 của Practice D618 trừ trường hợp theo

quy định của hợp đồng hoặc đặc điểm kỹ thuật ASTM tài liệu có liên quan

2.2.11 Tiến hành thí nghiệm

Mẫu Đo

Thực hiện đo lường của tất cả các mẫu vật Đo và ghi lại độ sâu và chiều rộng của mẫu vật đến 0,03 mm gần nhất (0.001 in.) Ở trung tâm của nhịp hỗ trợ Đối với

mẫu vật ít hơn 2,54 mm (0,100 in.) Ở độ sâu, đo độ sâu đến 0.003 mm gần nhất

(0.0001 in.) Lấy số đo ba khác nhau của mỗi chiều tại điểm giữa của nhịp hỗ trợ và

tính trung bình các phép đo kết quả Các phép đo phải được thực hiện theo phương

pháp thử D5947

Cài đặt thiết bị.

Phương án A:

Xác định và thiết lập khoảng cách gối đỡ Đo khoảng cách chính xác tới 0,1

mm gần nhất (0.004 in.) cho các khoảng cách dưới 63mm (2.5 in.) Đối với khoảng

cách lớn hơn hoặc bằng 63 mm (2.5 in.), Độ chính xác nhỏ hơn 0,3 mm (0.012 in.)

Sử dụng các khoảng đo thực tế cho tất cả các tính toán

Vị trí ba điểm uốn cong cố định để các điểm tải trọng và trục tải trọng của máy thử nghiệm là đồng trục Điều này đảm bảo rằng không có những thời điểm tạo

ra trên các bộ máy và tải trọng đang được đặt trực tiếp tại trung điểm của vật cố định

Vị trí mẫu thử trên các gối đỡ để các mũi tải và trung điểm của mẫu thử được liên kết và mặt dưới của mẫu vuông góc với trục tải trọng

Phương án B:

Xác định và thiết lập khoảng cách gối đỡ và khoảng cách trục tải Đo nhịp chính xác tới 0,1 mm gần nhất (0.004 in.) cho các khoảng cách ít hơn 63 mm (2.5

in.) Đối với các khoảng cách lớn hơn hoặc bằng 63 mm (2.5 in.), Đo chính xác đến

gần 0,3 mm (0.012 in.) Sử dụng các khoảng cách đo thực tế cho tất cả các tính toán

Vị trí bốn điểm uốn cong cố định để các đường tâm giữa các mũi tải và trục tải trọng của máy thử nghiệm đồng trục Điều này đảm bảo rằng không có thời điểm

được tạo ra trên các bộ máy và có tải trọng đang được áp dụng trực tiếp tại trung

điểm của các vật cố định

Vị trí mẫu thử trên các gối đỡ để các đường trung tâm giữa các mũi tải trọng

và trung điểm của các mẫu thử được liên kết và mặt dưới của mẫu vuông góc với

trục tải

Thiết lập chương trình.

Chương trình máy thử nghiệm theo một tải trọng động (hình sin, vuông, hoặc hình thang) hoặc dạng sóng với biên độ để chọn tải hoặc mức độ biến dạng Trừ các

quy định đặc biệt, các dạng sóng mặc định sẽ là hình sin Mức độ chọn sẽ ở dưới

giới hạn đàn hồi của vật liệu được xác định bởi Test Methods D790 (cho phương án

A) hoặc Test Methods D6272 (đối với phương án B) Tỷ lệ R bằng -1 và có nghĩa là

sức căng (ứng suất) / biến dạng là bằng không vì cả hai phương án A và B sử dụng

hoàn toàn đảo ngược loading Đặt tần số kiểm tra (tối đa 25 Hz)

Lựa chọn mức độ ứng suất - ứng suất không được vượt quá các giới hạn đàn hồi của vật liệu Tải trọng liên quan của việc chọn lựa một mức độ ứng suất có thể

được xác định bằng các phương trình sau đây:

Phương án A:

P = 2𝑆𝑏𝑑23𝐿 (2.1)

Phương án B: 1:3 tải đến gối đỡ

P = 𝑆𝑏𝑑2

𝐿 (2.2)

Phương án B: 1:2 tải đến gối đỡ

P = 4𝑆𝑏𝑑23𝐿 (2.3)

phương trình sau:

Phương án A:

D = 𝑟.𝐿26𝑑 (2.4)

Phương án B: 1: 3 tải đến gối đỡ

Kiểm tra.

Bắt đầu thử nghiệm với vật mẫu không có tải trọng

Kết quả thử nghiệm này được ghi liên tục bằng cách sử dụng một hệ thống ghi dữ liệu trên máy tính trong đó ghi các thông tin phản hồi lực và độ lệch

Tiếp tục thử nghiệm cho đến khi mẫu không theo một trong các tiêu chí sau:

Mẫu thử bị phá huỷ như vỡ, gãy, nứt…

Giới hạn - Đối với các thử nghiệm kiểm soát tải trọng, ngừng mẫu thử nếu độ biến dạng tăng hơn 10% trong thời gian thử nghiệm Đối với các thử nghiệm kiểm

soát biến dạng, ngừng thử nghiệm nếu tải trọng giảm hơn 10% trong thời gian thử

nghiệm

Ngừng thử nghiệm khi đạt số chu kỳ yêu cầu (khoảng 107 chu kỳ)

Lặp lại các bước trong, sử dụng mẫu vật chưa được kiểm tra, ít nhất là ba lần tại một trong bốn mức độ ứng suất hoặc biến dạng Đối với cỡ mẫu khác tham khảo

Table 1 Test Methods D3479 / D3479M

Thử nghiệm lại.

Thử nghiệm phải được lặp đi lặp lại nếu mẫu thử rơi ra bên ngoài khoảng cách gối đỡ hoặc nếu tần số hoặc biên độ không được duy trì ổn định trong suốt thời

gian quá trình các thử nghiệm

2.2.12 Biểu đồ, giải thích kết quả

Đồ thị.

Đường cong S – N: biểu đồ mức độ ứng suất cực đại so với logarit của số chu kỳ

thử nghiệm thất bại (Nf) Biểu đồ tất cả các dữ liệu thử nghiệm và xác định đường

cong S-N bằng cách tạo ra một đường cong phù hợp nhất Chỉ ra trên các đường

cong theo hướng chu kỳ tăng bắt đầu từ điểm xuất phát nơi thử nghiệm không thất

bại

Đường cong r – N: biểu đồ mức độ biến dạng tối đa so với logarit của số chu kỳ thử

nghiệm thất bại (Nf) Biểu đồ tất cả các dữ liệu thử nghiệm và xác định đường cong

r-N bằng cách tạo ra một đường cong phù hợp nhất Chỉ ra trên các đường cong theo

hướng chu kỳ tăng bắt đầu từ điểm xuất phát nơi thử nghiệm không thất bại

Khi số lượng mẫu thử nghiệm tại những mức ứng suất hoặc biến dạng tăng, Biểu đồ xác suất và phân tích thống kê được sử dụng để tạo đường cong S / r-N trung

bình

Giải thích.

Nếu đường cong S – N hoặc r – N trở thành đường ngang tiệm cận đến một ứng suất hoặc biến dạng không đổi, ứng suất hoặc biến dạng này được giải thích như

là giới hạn bền mỏi của thử nghiệm vật liệu

Nếu đường tiệm cận ứng suất hoặc biến dạng không đổi không được quan sát thấy trên đường cong, mức độ ứng suất hoặc biến dạng được thử nghiệm cho đến

khi số chu kỳ đạt lớn hơn số chu kỳ mà vật liệu sẽ được dự kiến sẽ chịu được trong

vòng đời của nó Biên độ, ứng suất hoặc biến dạng, tại số này của chu kỳ sẽ được

hiểu như là giới hạn độ bền của vật liệu này

Nếu thử nghiệm này bị cố tình chấm dứt bởi người khác trước khi các mẫu vật thất bại, giá trị sự ứng suất hoặc biến dạng được xác định từ kết quả đường cong

S – N hoặc đường cong r – N được coi là giới hạn bền mỏi ước tính

2.2.13 Báo cáo

Báo cáo các thông tin sau:

 Xác định toàn bộ vật liệu thử nghiệm, bao gồm loại vật liệu, nguồn gốc, mã

số của nhà sản xuất, hình thức, kích thước chính, và quá trình chế tạo

 Hướng cắt và mẫu thử, bao gồm cả gia công hoặc thay đổi khác mà kết quả

 Phương án truyền thống

 Chiều sâu và chiều rộng của mẫu thử

 Phương án sử dụng

 Chiều dài khoảng cách tải trọng (chỉ dùng cho phương án B)

 Chiều dài gối đỡ

 Tỷ lệ khoảng cách gối đỡ đến chiều sâu

 Tỷ lệ khoảng cách tải đến khoảng cách gối đỡ (chỉ dùng cho phương án B)

 Bán kính mũi đỡ và mũi tải nếu khác với Test Methods D790

có thể liên hệ với người chủ nhiệm của Section D20.10.24, tại trụ sở ASTM Độ lệch

chuẩn lặp lại đã được xác định và được liệt kê trong Bảng 1 Điều kiện ở lặp lại trong

hai - tuần là như sau:

 Phương án A, uốn 3 điểm

 Bề dày mẫu: 0.5in

 Chiều dài gối đỡ: 8in

CHƯƠNG 3 MÔ HÌNH MÁY THỬ ĐỘ BỀN MỎI

3.1. Quy trình thiết kế và tính toán

Quy trình thiết kế máy được tiến hành theo các bước như sau:

Sau khi đã nắm được những mong muốn và yêu cầu của khách hàng, hình dung nên

những ý tưởng về mô hình rồi tiến hành vẽ phác các ý tưởng đó trên máy tính

Bước tiếp theo so sánh từng ý tưởng đã đề rồi lựa chọn ý tưởng tối ưu Sau đó thiết

kế ý tưởng trên máy tính, cho phép điều chỉnh tùy ý giá trị kích thước, vì mô hình là tổ hợp

lắp ráp của nhiều chi tiết vậy nên kích thước của các chi tiết có mối quan hệ chặt chẽ với

nhau, ảnh hưởng đến nhau

Vì vậy, trong quá trình thiết kế từng chi tiết cần đối chiếu, so sánh với các chi tiết

trước đó Đồng thời để thuận tiện cho quá trình thiết kế, có thể vừa vẽ chi tiết vừa lắp ráp

với chi tiết tương quan với nó, sau đó lại quay lại chỉnh sửa kích thước, hình dạng chi tiết

đó cho đến khi hoàn thiện Cách làm này giúp quá trình thiết kế dễ dàng hơn bởi tính trực

quan, giảm thiểu thời gian, công sức tính toán, ước đoán

khớp quay; khi cần nối với giá bằng khớp trượt ta được cơ cấu cam cần đẩy, cần khi

đó sẽ chuyển động tịnh tiến qua lại; khi cần nối với giá bằng khớp quay ta được cơ

cấu cam cần lắc, cần khi đó chuyển động lắc qua lắc lại

Phân loại:

Cơ cấu cam phẳng: các khâu chuyển động trong một mặt phẳng hay trong các mặt

phẳng song song nhau

Theo chuyển động của cam: cam quay, cam tịnh tiến

Theo chuyển động của cần: cần lắc, tịnh tiến, chuyển động song phẳng

Theo dạng đáy của cần: dạng bằng, nhọn, con lăn hoặc biên dạng bất kỳ

Hình 3.2: Các loại cam phẳng

Cơ cấu cam không gian: các khâu chuyển động trong các mặt phẳng không song

song nhau

Hình 3.3: Cam thùng, cam trụ

Ưu và nhược điểm:

Ưu điểm: Dễ chọn biến hình cam theo một quy luật chuyển động cho trước

Nhược điểm: Có khớp cao tiếp xúc theo điểm hay đường trên biên dạng cam dẫn

đến hao mòn nhanh ở bề mặt làm việc, có khuynh hướng tháo khớp, khó khăn trong

việc chế tạo chính xác bề mặt làm việc của cam

Cơ cấu tay quay con trượt

Nguyên lý cơ bản:

Cơ cấu tay quay con trượt là cơ cấu nhiều thanh gồm 4 khâu:

Khâu 1: tay quay chuyển động quanh điểm A

Khâu 2: thanh truyền

Khâu 3: con trượt chuyển động tịnh tiến

Khâu 4: giá

Các biến thể của cơ cấu thanh 4 khâu:

Hình 3.4: Các biến thể cơ cấu thanh 4 khâu