(Luận văn thạc sĩ hcmute) nghiên cứu phân bố độ bền kéo giữa các lớp in 3d kim loại theo phương pháp hàn đắp

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ
ÐỒNG TUẤN HƯNG

NGHIÊN CỨU PHÂN BỐ ÐỘ BỀN KÉO GIỮA CÁC LỚP
IN 3D KIM LOẠI THEO PHƯƠNG PHÁP HÀN ÐẮP

NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ – 62520103

S K C0 0 5 9 6 2

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 10/2018

Luan van


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ
ĐỒNG TUẤN HƯNG

NGHIÊN CỨU PHÂN BỐ ĐỘ BỀN KÉO GIỮA CÁC LỚP
IN 3D KIM LOẠI THEO PHƯƠNG PHÁP HÀN ĐẮP

NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ - 62520103

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 10 năm 2018

Luan van


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN THẠC SỸ
ĐỒNG TUẤN HƯNG

NGHIÊN CỨU PHÂN BỐ ĐỘ BỀN KÉO GIỮA CÁC LỚP
IN 3D KIM LOẠI THEO PHƯƠNG PHÁP HÀN ĐẮP

NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ - 62520103
Hướng dẫn khố học:
TS. PHẠM SƠN MINH

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 10 năm 2018

Luan van


Luan van


LÝ LỊCH KHOA HỌC
I. LÝ LỊCH SƠ LƯỢC:
Họ & tên: Đồng Tuấn Hưng

Giới tính: Nam

Ngày, tháng, năm sinh: 19/06/1990

Nơi sinh: Nam Định

Quê quán: Nam Định

Dân tộc: Kinh

Địa chỉ liên lạc: 1257 Bùi Văn Hồ, Long Bình, Biên Hồ, Đồng Nai
Điện thoại cơ quan:

Điện thoại nhà :

Fax:

E-mail:

II. QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO:
1. Trung học chuyên nghiệp:
Hệ đào tạo:

Thời gian đào tạo từ ……/… đến …/ …

Nơi học (trường, thành phố):
Ngành học:
2. Đại học:
Hệ đào tạo: Chính quy

Thời gian đào tạo từ 10/2008 đến 06/2013

Nơi học (trường, thành phố): Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP. HCM
Ngành học: Cơ khí chế tạo máy
Mơn thi tốt nghiệp:
III. Q TRÌNH CƠNG TÁC CHUN MƠN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP
ĐẠI HỌC:
Thời gian

Nơi cơng tác

Cơng việc đảm nhiệm

i

Luan van


LỜI CAM ĐOAN
Tơi cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của tôi.
Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai
công bố trong bất kỳ cơng trình nào khác
Tp. Hồ Chí Minh, ngày 01 tháng 10 năm 2018

Đồng Tuấn Hưng

ii

Luan van

LỜI CẢM ƠN
Trải qua hai năm học tập và nghiên cứu chương trình đào tạo sau đại học tại
trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp. Hồ Chí Minh, em đã đúc kết được nhiều kiến
thức bở ích cho chun mơn của mình. Trong luận văn thạc sĩ của mình, em đã vận
dụng những kiến thức mà mình đã được trang bị để bước đầu nghiên cứu nguyên lý
làm việc của máy in kim loại 3D. Bước chân vào nghiên cứu và giải quyết vấn đề
hoàn toàn mới dựa trên cơ sở lý thuyết hàn đắp nên trong thời gian đầu tiếp cận em
đã gặp rất nhiều bỡ ngỡ và khó khăn. Cho đến nay, luận văn của em đã đạt được
những kết quả như mong muốn.
Đến đây, cho phép em gửi lời cảm ơn chân thành đến :
- Ban giám hiệu trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp.Hồ Chí Minh.
- Thầy TS. Phạm Sơn Minh – Khoa Cơ Khí - Trường Đại học Sư phạm Kỹ
thuật Tp. Hồ Chí Minh đã tận tình hướng dẫn em trong thời gian vừa qua.
- Thầy TS. Trần Minh Thế Uyên – Khoa Cơ Khí - Trường Đại học Sư phạm
Kỹ thuật Tp. Hồ Chí Minh đã giúp đỡ em rất nhiều về vấn đề mẫu thí nghiệm.
- Quý thầy cơ khoa Cơ Khí Máy – Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp. Hồ
Chí Minh.
- Sự giúp đỡ nhiệt tình bên Cơng ty cổ phần tư vấn kiểm định Sài Gịn Á Châu.
- Gia đình bạn bè.
Một lần nữa, em xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ, sự hỗ trợ, động viên quý
báu của tất cả mọi người. Xin trân trọng cảm ơn!
Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 10 năm 2018
Học viên thực hiện luận văn

iii

Luan van

TÓM TẮT
Ngày nay khái niệm Hàn nói chung, Hàn Đắp nói riêng khơng phải là
phương pháp gì mới xa lạ. Với phương pháp Hàn Đắp không chỉ là một quá trình
đem phủ lên bề mặt chi tiết một lớp kim mà cịn có thể dùng để phục hồi các chi tiết
bị mài mòn, hoặc bị hư hỏng như gãy, vỡ, nứt... Ngồi ra phục hồi bằng Hàn Đắp
cịn có thể cải thiện được tính chất cơ lý của chi tiết làm tăng t̉i thọ của nó và
cũng có thể sử dụng để chế tạo chi tiết mới.
Vì những ưu điểm vượt trội như vậy nên phương pháp này ngày càng sử dụng
phở biến trong các lĩnh vực cơ khí luyện kim. Để hiểu rõ hơn các tính chất cơ tính của
các mối, chi tiết Hàn Đắp. Bằng cách thay đổi các thông số máy hàn và hướng hàn
khác nhau từ đó để kiểm tra các thông số độ bền kéo của chi tiết hàn có đạt được nhưng
yêu cầu đề ra hay khơng. Từ đó ta chọn được các ví trí hướng hàn cũng như thơng số
hàn để có các mối hàn, chi tiết có những tính chất hợp lý cao nhất.
Để “Nghiên cứu phân bố độ bền kéo giữa các lớp in 3D kim loại theo
phương pháp hàn đắp”. Em kết hợp giữa công nghệ hàn MAG và máy CNC để tạo
ra các mẫu thử nghiệm theo tiêu chuẩn TCVN 197. Bằng cách này ta tạo được các
khối hàn có hình dạng và kích thước theo u cầu của mẫu cần chế tạo.
Để kiểm tra độ bền kéo của chi tiết Hàn Đắp, em chọn phương pháp kiểm tra
bằng phá hủy ở nhiệt độ phòng. Phương pháp này được ứng dụng rộng rãi trong các
ngành sản xuất kim loại, chế tạo cơ khí, đúc luyện kim và kiểm định vật liệu… Ở
nước ta cũng đã được sử dụng từ rất lâu, thuận lợi cho mọi người có thể nghiên cứu.
Từ đó ta có được các số liệu phụ vụ cho mục đích sau này.

iv

Luan van


ABSTRACT

Today, the concept of Welding in general, Build-up Welding in particular is not
a new strange method. With welding method, not only is a process of covering the
surface with a layer of metal, but also can be used to repair abrasive or damaged parts
such as broken, cracked or broken. Reinforced welding can also improve the
mechanical properties of parts that increase its life span and can also be used to
fabricate new details.
Because of such outstanding advantages, this method is increasingly used in the
field of metallurgical engineering. To better understand the mechanical properties of
termites, details of welding. By changing the parameters of the welding machine and
the different welding direction from which to check the tensile parameters of the
welding parts have achieved the required requirements or not. From this we can choose
the welding direction as well as welding parameters to have the welds, the details are
the most reasonable properties.
To "Study the distribution of tensile strength between 3D metal layers by buildup welding method". I combine MAG welding technology and CNC machine to create
test samples according to TCVN 197 standards. In this way, we create welding blocks
in the shape and size required by the sample to be fabricated.
To check the tensile strength of this welding part, you select the test method by
destroying at room temperature. This method is widely applied in the metal
manufacturing, mechanical manufacturing, metallurgical molding and material
testing... In our country has also been used for a long time, convenient for people to
study. From there we get the metrics for the purpose later.

v

Luan van


DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
δ

Độ bền N/mm².

𝑒̇

Tốc độ biến dạng

I
P
Ṙ

Cường độ dịng điện A.
Lực tác động N.

S

Diện tích mm².

t

Thời gian

V
AC
ASTME

Vận tốc mm/s
Nguồn điện xoay chiều.
American Society for Testing and Materials.

AWS

American welding society.

CNC
Công nghệ 3DP
Công nghệ FDM

Computer numerical control.
3Dimensional Printing Techniques.
Fused Deposition Modeling.

Công nghệ LOM
Công nghệ SLS
DC
DCEP
DT
GMAW
Hàn TIG
KTKPH
KTPH

Laminated Object Manufacturing.
Selective Laser Sintering.
Nguồn điện một chiều.
Dây hàn nối với cực dương của nguồn điện.
Destructive testing.
Gas Metal Arc Welding.
Tungsten Inert Gas.
Kiểm tra không phá hủy.
Kiểm tra phá hủy.

MAG
MIG
Nhựa ABS
Nhựa PLA
SLM
TCVN 197
Tiêu chuẩn ISO

Metal Active Gas.
Metal Inert Gas.
Acrylonitrile butadiene styrene.
Polylactic axit.
Selective Laser Melting.
Tiêu chuẩn Việt Nam 197.
International Organization for standardization

Tốc độ ứng suất

vi

Luan van

s.


MỤC LỤC
LÝ LỊCH KHOA HỌC ................................................................................................ i
LỜI CAM ĐOAN .......................................................................................................ii
LỜI CẢM ƠN ........................................................................................................... iii

TÓM TẮT .................................................................................................................. iv
ABSTRACT ................................................................................................................ v
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ........................................................................... vi
MỤC LỤC .................................................................................................................vii
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU .............................................................................. xi
DANH MỤC CÁC HÌNH .........................................................................................xii
CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN ........................................................................................ 1
1.1 Đặt vấn đề .......................................................................................................... 1
1.2 Nội dung nghiên cứu ......................................................................................... 2
1.3 Nhiệm vụ nghiên cứu và giới hạn đề tài ............................................................ 2
1.4 Phương pháp nghiên cứu ................................................................................... 2
1.5 Điểm mới của luận văn ...................................................................................... 3
1.6 Giá trị thưc tiễn của luận văn ............................................................................. 3
1.7 Các nghiên cứu trong và ngoài nước ................................................................. 4
CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ LUẬN ................................................................................. 5
2.1 Lý thuyết về độ bền kéo..................................................................................... 5
2.1.1 Khái niệm độ bền kéo .................................................................................. 5
2.1.1.1 Độ bền .................................................................................................... 5
2.1.1.2 Độ bền kéo ............................................................................................. 5
2.1.2 Phương pháp thử độ bền kéo ....................................................................... 5
2.1.3 Ý nghĩa ......................................................................................................... 6
2.2 Hàn hồ quang nóng chảy trong mơi trường khí bảo vệ (GMAW) .................... 7
2.2.1 Giới thiệu chung về công nghệ Hàn GMAW .............................................. 7
2.2.1.1 Khái niệm cơ bản ................................................................................... 7
2.2.1.2 Đặc điểm của hàn GMAW..................................................................... 8

vii

Luan van

2.2.1.3 Ưu nhược điểm của hàn GMAW ........................................................... 9
2.2.2 Vật liệu và thiết bị hàn GMAW ................................................................. 10
2.2.2.1 Vật liệu hàn .......................................................................................... 10
2.2.2.2 Thiết bị hàn .......................................................................................... 14
2.2.3 Các kiểu chuyển dịch giọt kim loại trong hàn MAG và MIG ................... 16
2.2.3.1 Chuyển dịch tia .................................................................................... 16
2.2.3.2 Chuyển dịch cầu................................................................................... 17
2.2.3.3 Chuyển dịch ngắn mạch ....................................................................... 18
2.2.3.4 Chuyển dịch tia vừa (chuyển dịch hỗn hợp) ........................................ 19
2.2.4 Hàn GMAW xung ...................................................................................... 20
2.3 Công nghệ hàn đắp kim loại ............................................................................ 20
2.3.1 Các tính chát chung trong kỹ thuật hàn đắp............................................... 20
2.3.1.1 Khái niệm ............................................................................................. 20
2.3.1.2 Tính chất của kim loại lớp đắp ............................................................ 21
2.3.1.3 Tính hàn của kim loại và hợp kim ....................................................... 21
2.3.2 Phân loại các phương pháp hàn đắp........................................................... 22
2.3.2.1 Hàn đắp hồ quang tay bằng que hàn .................................................... 22
2.3.2.2 Hàn đắp tự động dưới lớp thuốc .......................................................... 25
2.3.2.3 Hàn đắp tự động bằng dây hàn lõi bột ................................................. 26
2.3.2.4 Hàn đắp tự động trong mơi trường khí bảo vệ..................................... 28
2.3.2.5 Hàn đắp tự động hồ quang rung........................................................... 33
2.3.2.6 Hàn đắp điện xỉ .................................................................................... 39
2.3.2.7 Hàn đắp bằng hồ quang Plasma ........................................................... 41
2.4 Phương pháp kiểm tra bằng phá hủy ............................................................... 42
2.4.1 Điều kiện thử. ............................................................................................. 44
2.4.2 Tốc độ thử dựa trên điều khiển tốc độ biến dạng (𝑒𝐿𝑐) - Phương pháp A 44
2.4.3 Tốc độ thử dựa trên tốc độ ứng suất (phương pháp B) .............................. 48
2.4.4 Lựa chọn phương pháp và tốc độ............................................................... 50
2.4.5 Tài liệu và các điều kiện thử được lựa chọn .............................................. 50

viii

Luan van


2.4.6 Xác định giới hạn chảy trên ....................................................................... 51
2.4.7 Xác định giới hạn chảy dưới ...................................................................... 52
2.4.8 Xác định giới hạn dẻo, độ giãn dẻo ........................................................... 52
2.4.9 Xác định giới hạn dẻo, độ giãn dài tổng .................................................... 54
2.4.10 Phương pháp kiểm định giới hạn bền quy ước ........................................ 54
2.4.11 Xác định độ giãn tương đối tại điểm chảy ............................................... 55
2.4.12 Xác định độ giãn dẻo tương đối ở lực lớn nhất ....................................... 56
2.4.13 Xác định độ giãn dài tương đối tổng ở lực lớn nhất ................................ 57
2.4.14 Xác định độ giãn dài tương đối tổng khi đứt ........................................... 57
2.4.15 Xác định độ giãn dài tương đối sau đứt ................................................... 57
2.4.16 Xác định độ thắt tương đối ...................................................................... 59
CHƯƠNG 3 CÔNG NGHỆ IN 3D ........................................................................... 60
3.1 Khái niệm......................................................................................................... 60
3.2 Phân loại vật liệu sử dụng cho công nghệ in 3D ............................................. 61
3.2.1 Nhóm vật liệu in 3D bằng nhựa ................................................................. 61
3.2.2 Nhóm vật liệu in 3D bằng kim loại............................................................ 63
3.2.3 Nhóm vật liệu in 3D bằng chất hữu cơ ...................................................... 64
3.3 Công nghệ in 3D thông dụng hiện nay ............................................................ 65
3.3.1 Công nghệ in SLA (Stereolithography) ..................................................... 65
3.3.2 Công nghệ in SLS (Selective Laser Sintering) ......................................... 66
3.3.3 Công nghệ in LOM (Laminated Object Manufacturing) .......................... 67
3.3.4 Công nghệ in 3DP (3Dimensional Printing Techniques) ......................... 68
3.4.5 Công nghệ in FDM (Fused Deposition Modeling) .................................... 69
3.4 Công nghệ in 3D kim loại ................................................................................ 70

3.4.1 Khái niệm ................................................................................................... 70
3.4.2 Quy trình in 3D kim loại bằng công nghệ SLM (Selective Laser Melting) ... 71
CHƯƠNG 4 THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MẪU THỬ KÉO VÀ TIẾN HÀNH THÍ
NGHIỆM ................................................................................................................... 72
4.1 Cơ sở lý luận .................................................................................................... 72

ix

Luan van


4.1.1 Hình dạng và kích thước ............................................................................ 72
4.1.2 Loại mẫu thử .............................................................................................. 73
4.1.3 Xác định diện tích mặt cắt ngang ban đầu ................................................. 73
4.1.4 Đánh dấu chiều dài cữ ban đầu .................................................................. 74
4.2 Thiết kế mẫu thử. ............................................................................................. 74
4.2.1 Kích thước mẫu thử. .................................................................................. 74
4.2.2 Dung sai mẫu thử. ...................................................................................... 75
4.2.3 Vị trí lấy mẫu thử. ...................................................................................... 76
4.3 Q trình chế tạo mẫu thử ............................................................................... 78
4.3.1 Chuẩn bị dụng cụ, thiết bị. ......................................................................... 78
4.3.2 Q trình gia cơng. ..................................................................................... 78
4.4 Quá trình thử kéo ............................................................................................. 85
4.4.1 Chuẩn bị dụng cụ. ...................................................................................... 85
4.4.2 Chuẩn bị thí nghiệm. .................................................................................. 87
4.4.3 Tiến hành thí nghiệm ................................................................................. 87
CHƯƠNG 5 PHÂN TÍCH, ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM ................... 88
A – Kết quả ............................................................................................................... 88
5.1 Cách ký hiệu các mẫu thử ................................................................................ 88
5.2 Bảng thống kê đánh giá kiểm tra độ bền kéo cho chi tiết hàn đắp. ................. 89

B – Nhận xét.............................................................................................................. 91
5.3 Nhận xét kết quả sau kéo và rút ra kết luận. .................................................... 91
TÀI LIỆU THAM KHẢO......................................................................................... 96
PHỤ LỤC .................................................................................................................. 97

x

Luan van


DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
Trang
Bảng 2.1: Mối liên hệ giữa đường kính dây và cường độ dịng điện [3]. ...............30
Bảng 2.2: Mối liên hệ giữa đường kính dây và tầm với điện cực [3]. .....................31
Bảng 2.3: Tốc độ ứng suất [4] .................................................................................49
Bảng 4.1: Tiêu chuẩn cho mẫu thử [4]. ....................................................................73
Bảng 4.2: Cơ tính mối hàn [3]: .................................................................................78
Bảng 4.3: Thành phần hóa học của dây hàn (%): .....................................................78
Bảng 5.1: Kết quả kiểm tra độ bền kéo. ...................................................................89

xi

Luan van


DANH MỤC CÁC HÌNH
Trang
Hình 2.1 - Mẫu thử và sơ đồ nguyên lý máy thử kéo – nén [4]. ................................5
Hình 2.2 - Biểu đồ quan hệ giữa lực kéo và biến dạng khi kéo [4]............................6
Hình 2.3 – Cơ cấu hàn [6] ..........................................................................................8

Hình 2.4 – Hình dạng mối hàn trên tấm nhơm [3] .....................................................9
Hình 2.5 – Hình dạng mối hàn của kim loại ngấu với hỡn hợp khí Ar và Oxy [3] ...9
Hình 2.6 – Ứng dụng của khí bảo vệ với kim loại hàn [3] .........................................9
Hình 2.7 - Thiết bị phương pháp hàn GMAW cơ bản .............................................14
Hình 2.8 - Súng hàn bán tự động dùng khí làm mát [7] ..........................................15
Hình 2.9 - Chuyển dịch dạng tia [3] .........................................................................16
Hình 2.10 - Chuyển dịch dạng cầu [3] .....................................................................17
Hình 2.11 - Chuyển dịch ngắn mạch [3] ..................................................................18
Hình 2.12 - Chuyển dịch dạng tia vừa (chủn dịch hỡn hợp) [3] ...........................19
Hình 2.13 – Hàn GMAW xung [3]...........................................................................20
Hình 2.14 - Nguyên lý hàn hồ quang tay [6] ............................................................22
Hình 2.15 - Ảnh hưởng của Mn (a) và Cr (b) đối với độ cứng của thép [3] ............24
Hình 2.17 - Sơ đồ nguyên lý hàn đắp tự động trong khí bảo vệ [6]. ........................28
Hình 2.18 - Sơ đồ máy hàn TIG [6] .........................................................................31
Hình 2.19 - Cơ cấu mỏ hàn TIG [6] .........................................................................32
Hình 2.20 - Sơ đồ thiết bị hàn đắp điện rung [3]......................................................34
Hình 2.21 - Sơ đồ nguyên lý hàn điện xỉ [3] ............................................................39
Hình 2.22 - Hàn hồ quang Plasma [7] ......................................................................41
Hình 2.23 - Hình minh họa các tốc độ biến dạng được sử dụng trong thử kéo, nếu
ReH, ReL, Rp, Rt, Rm, Ag, Agt, A, At và Z được xác định [4]. ......................................46
Hình 2.24 - Ví dụ về các giới hạn chảy trên và dưới cho các kiểu đường cong khác nhau
[4] ..............................................................................................................................51
Hình 2.25 - Giới hạn dẻo, độ giãn dẻo, Rp [4] ..........................................................52
Hình 2.26 - Giới hạn dẻo, độ giãn dẻo, Rp phương pháp lựa chọn [4].....................53

xii

Luan van

Hình 2.27 - Giới hạn dẻo, độ giãn dài tởng, Rt [4] ..................................................54
Hình 2.28 - Giới hạn bền quy ước, Rr [4] .................................................................55
Hình 2.29 - Các phương pháp đánh giá khác nhau về độ giãn của điểm chảy tương
đối, Ae [4] ..................................................................................................................56
Hình 3.1 - Charles Hull người phát minh ra chiếc máy in 3D đầu tiên năm 1986...60
Hình 3.2 - Các loại vật liệu nhựa phổ biến trong công nghệ in 3D [8] ....................62
Hình 3.3 - Các loại vật liệu kim loại phở biến trong cơng nghệ in 3D [8]...............63
Hình 3.4 – Vật liệu bằng chất hữu cơ [8] ................................................................64
Hình 3.5 - Cơng nghệ SLA [8] .................................................................................65
Hình 3.6 - Cơng nghệ SLS [8] ..................................................................................66
Hình 3.7 - Cơng nghệ LOM [8] ................................................................................67
Hình 3.8 - Nguyên lý làm việc của 3DP [8] .............................................................68
Hình 3.9 - Cơng nghệ FDM [8] ................................................................................70
Hình 3.10 – Sản phẩm được chế tạo bằng phương pháp SLM [8] ...........................71
Hình 4.1 - Mẫu thử kéo ............................................................................................75
Hình 4.2 - Thơng số khối A ......................................................................................76
Hình 4.3 - Thơng số mẫu B ......................................................................................77
Hình 4.4 - Thơng số mẫu C ......................................................................................77
Hình 4.5 - Gá tấm đế lên tấm gá...............................................................................79
Hình 4.6 - Vị trí ban đầu của khối A trên tấm đế. ....................................................79
Hình 4.7 - Vị trí ban đầu của khối B trên tấm đế. ....................................................80
Hình 4.8 - Vị trí ban đầu của khối C trên tấm đế. ....................................................80
Hình 4.9 - Hàn lớp thứ 1..........................................................................................81
Hình 4.10 - Phay bỏ lớp 1. .......................................................................................81
Hình 4.11 - Quá trình hàn tiếp lớp 2. .......................................................................82
Hình 4.12 - Sản phẩm khối A sau khi hàn................................................................82
Hình 4.13 - Sản phẩm khối B sau khi hàn. ...............................................................82
Hình 4.14 - Sản phẩm khối C sau khi hàn. ...............................................................83
Hình 4.15 - Phay bỏ 4 mặt bên. ................................................................................83

xiii

Luan van


Hình 4.16 - Sản phẩm sau khi phay biên dạng hồn tất. ..........................................83
Hình 4.17 - Gá đặt các khối vào máy cưa ................................................................84
Hình 4.18 - Cưa các khối thành những khối nhỏ hơn. .............................................84
Hình 4.19 - Quá trình phay đĩa. ................................................................................84
Hình 4.20 - Sản phẩm sau khi phay đĩa. ...................................................................85
Hình 4.21 - Phay biên dạng đúng kích thước mẫu thử .............................................85
Hình 4.22 - Sản phẩm sau khi phay. .........................................................................85
Hình 4.23 - Máy thử vạn năng 1000kN điện tử Jingyuan WEW-1000B điều khiển
vi xử lý điện tử. .........................................................................................................86
Hình 4.24 - Gàm gá đặt mẫu thử. .............................................................................87
Hình 4.25 - Máy kiểm tra độ bền kéo lúc đang kéo. ................................................87
Hình 5.1 - Vị trí lấy mẫu kéo của khối A .................................................................88
Hình 5.2 - Vị trí lấy mẫu kéo của khối B .................................................................88
Hình 5.3 - Vị trí lấy mẫu kéo của khối C .................................................................89
Hình 5.4 - Mẫu thử trước và sau khi thử kéo ...........................................................90
Hình 5.5 - Ảnh hưởng của hướng hàn tới độ bền kéo ..............................................92
Hình 5.6 - Ảnh hưởng thứ tự cụm I,II,III tới độ bền kéo trong khối A....................92
Hình 5.7 - Ảnh hưởng thứ tự cụm tới độ bền kéo trong khối B ...............................92
Hình 5.8 - Ảnh hưởng thứ tự cụm tới độ bền kéo trong khối C ...............................93
Hình 5.9 - Ảnh hưởng thứ tự lớp 1,2,3 tới độ bền kéo trong khối A .......................93
Hình 5.10 - Ảnh hưởng thứ tự lớp 1,2,3 tới độ bền kéo trong khối B .....................93
Hình 5.11 - Ảnh hưởng thứ tự lớp 1,2,3 tới độ bền kéo trong khối C .....................94
Hình 5.12 - Biểu đồ lực của mẩu A.I.1 ....................................................................97
Hình 5.13 - Biểu đồ lực của mẫu A.I.2 ....................................................................97
Hình 5.14 - Biểu đồ lực của mẩu A.I.3 ....................................................................98

Hình 5.15 - Biểu đồ lực của mẫu A.II.1 ...................................................................98
Hình 5.16 - Biểu đồ lực của mẩu A.II.2 ...................................................................99
Hình 5.17 - Biểu đồ lực của mẫu A.II.3 ...................................................................99
Hình 5.18 - Biểu đồ lực của mẩu A.III.1 ................................................................100

xiv

Luan van


Hình 5.19 - Biểu đồ lực của mẫu A.III.3 ................................................................100
Hình 5.20 - Biểu đồ lực của mẩu B.I.1 ...................................................................101
Hình 5.21 - Biểu đồ lực của mẫu B.I.2 ...................................................................101
Hình 5.22 - Biểu đồ lực của mẩu B.I.3 ...................................................................102
Hình 5.23 - Biểu đồ lực của mẫu B.II.1 .................................................................102
Hình 5.24 - Biểu đồ lực của mẩu B.II.2 .................................................................103
Hình 5.25 - Biểu đồ lực của mẫu B.II.3 .................................................................103
Hình 5.26 - Biểu đồ lực của mẩu B.III.1 ................................................................104
Hình 5.27 - Biểu đồ lực của mẫu B.III.2 ................................................................104
Hình 5.28 - Biểu đồ lực của mẩu B.III.3 ................................................................105
Hình 5.29 - Biểu đồ lực của mẫu C.I.1 ...................................................................105
Hình 5.30 - Biểu đồ lực của mẩu C.I.2 ...................................................................106
Hình 5.31 - Biểu đồ lực của mẫu C.I.3 ...................................................................106
Hình 5.32 - Biểu đồ lực của mẩu C.II.1 .................................................................107
Hình 5.33 - Biểu đồ lực của mẫu C.II.2 .................................................................107
Hình 5.34 - Biểu đồ lực của mẩu C.II.3 .................................................................108
Hình 5.35 - Biểu đồ lực của mẫu C.III.1 ................................................................108
Hình 5.36 - Biểu đồ lực của mẩu C.III.2 ................................................................109
Hình 5.37 - Biểu đồ lực của mẫu C.III.3 ................................................................109

xv

Luan van


CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN
1.1 Đặt vấn đề
Công nghệ sản xuất đắp dần, hay cịn gọi là cơng nghệ in 3D, đã trở nên
quan trọng trên toàn thế giới. Theo nhiều nhà phân tích, ứng dụng cơng nghệ in 3D
là “chìa khố” công nghệ cho tương lai mà bất cứ doanh nghiệp nào, bất cứ ngành
công nghiệp sản xuất nào và bất cứ quốc gia nào đều phải chú ý.
Trong đó, máy in 3D kim loại đang được biết đến như một ứng dụng thực tiễn
nhất của công nghệ in 3D vào cuộc sống và công nghiệp. Nếu máy in 3D kim loại tiếp
tục tăng số lượng, chất lượng và tốc độ tạo ra sản phẩm, thì nó sẽ là độc tơn của công
nghệ in 3D. Cũng như làm thay đổi đến 50% phương pháp gia công truyền thống.
Việc nghiên cứu ảnh hưởng của thông số in 3D kim loại tới độ bền của sản
phẩm trên thể giới đã có những thành tựu nhất định. Còn ở nước ta hiện nay đề tài
này vẫn còn khá mới mẻ, nhưng đây là vấn đề cần thiết vì nó giúp chúng ta hiểu rõ
hơn về khả năng ứng dụng của sản phẩm, thuận lợi cho việc gia công và nghiên cứu
sau này. Từ đó tăng tuổi thọ, giảm giá thành sản phẩm phục vụ cho các ngành khoa
học, ứng dụng vào các lĩnh vực cơng nghiệp.
Vì tính chất cấp bách phát triển cơng nghệ in 3D kim loại ở nước ta, đề tài
nghiên cứu ảnh hưởng của một số yếu tố công nghệ đến độ bền của sản phẩm sử
dụng công nghệ in 3D kim loại có một ý nghĩa thực tiễn khá quan trọng.
Phương pháp thử kéo kim loại ở nhiệt độ môi trường được ứng dụng rộng rãi
trong các ngành sản xuất kim loại, chế tạo cơ khí, đúc luyện kim và kiểm định vật
liệu…ở nước ta cũng đã được sử dụng từ rất lâu, thuận lợi cho mọi người có thể
nghiên cứu. Do đó, với sự định hướng và giúp đỡ của thầy TS. Phạm Sơn Minh nên
em chọn lĩnh vực này làm cơ sở để nghiên cứu và thực hiện đề tài:

“Nghiên cứu phân bố độ bền kéo giữa các lớp in 3D kim loại theo phương
pháp hàn đắp”

1

Luan van


1.2 Nội dung nghiên cứu
 Tìm hiểu một số đặc trưng cơ bản của công nghệ in 3D kim loại.
 Các phương pháp và ứng dụng của công nghệ in 3D kim loại.
 Nghiên cứu độ bền của sản phẩm sử dụng công nghệ in 3D bằng phương
pháp thử độ bền kéo.
 Những thành tựu về nghiên cứu công nghệ in 3D kim loại hiện nay.
1.3 Nhiệm vụ nghiên cứu và giới hạn đề tài
a. Nhiệm vụ nghiên cứu:
 Thực nghiệm đo đạc trên máy thử kéo - nén.
 Phân tích kết quả thực tế
b. Giới hạn đề tài:
 Do thời gian thực hiện đề tài còn hạn chế, vật liệu thí nghiệm cịn ít. Máy
móc thiết bị thí nghiệm cịn phụ thuộc vào “Cơng ty cở phần tư vấn kiểm
định Sài Gòn Á Châu” nên chỉ nghiên cứu đối với đối tượng mẫu thử là
thép và sử dụng TCVN 197.
 Do thời gian hạn chế và yêu cầu của chuyên đề nên ta chỉ nghiên cứu một
số thông số in 3D cơ bản: hướng bồi đắp, liên kết giữa các lớp bồi đắp.
1.4 Phương pháp nghiên cứu
 Dựa trên cơ sở lý thuyết, các tài liệu hiện có trên thế giới về lý thuyết độ
bền kéo để áp dụng vào thử nghiệm và tính tốn số liệu bằng mẫu thử thép.
 Tạo mẫu thử bằng công nghệ in 3D kim loại, tiến hành thử độ bền kéo tại
“Công ty cở phần tư vấn kiểm định Sài Gịn Á Châu” để thu thập số liệu

thực nghiệm sau đó dựa vào lý thuyết để tính tốn độ bền kéo của mẫu thử.
 Tham khảo tài liệu trên thế giới có liên quan đến việc tính độ bền kéo.
 Các định thức, ma trận, các bài báo khoa học.

2

Luan van


1.5 Điểm mới của luận văn
 Trong thực tế, việc tính tốn độ bền kéo của kim loại khơng cịn mới mẻ ở
nước ta. Rất nhiều bài báo và công trình khoa học đã thực hiện nghiên cứu
này. Nhưng những nghiên cứu này chỉ đối với các mẫu kim loại được tạo
phôi theo phương pháp truyền thống.
 Công nghệ in 3D kim loại ở Việt Nam hiện nay, dịch vụ này còn chưa phát
triển mạnh, các nghiên cứu về lĩnh vực này cịn ít. Các nghiên cứu chỉ dừng
lại ở việc thiết kế và chế tạo máy chứ chưa quan tâm sâu vào tính chất, cơ
tính của vật liệu.
 Vì vậy đề tài này sẽ thực hiện nghiên cứu tính tốn độ bền kéo của mẫu kim
loại được tạo phơi bằng phương pháp in 3D, khác với phương pháp tạo phôi
truyền thống. Làm cơ sở cho việc nghiên cứu sau này ở nước ta.
1.6 Giá trị thưc tiễn của luận văn
 Có rất nhiều các chi tiết kim loại, thiết bị làm việc trong môi trường chịu
các lực kéo như vỏ tàu đi biển, vỏ tàu phi thuyền, máy bay, …. Các chi tiết
này cần phải có các chỉ tiêu về độ cứng, độ bền, …. phải được kiểm soát
nghiêm ngặt. Chính vì vậy việc xác định độ bền kéo của vật liệu thép được
chế tạo bằng phương pháp in 3D là một phương pháp giúp kiểm soát độ bền
rất tốt. Kết quả của đề tài có thể áp dụng cho việc kiểm định, tính tốn ứng
suất, t̉i thọ của các chi tiết được chế tạo bằng phương pháp in 3D.
 Phân loại các phương pháp in 3D: đặc trưng, ứng dụng và ưu nhược điểm

của các phương pháp in 3D.
 Tính tốn độ bền kéo kim loại được chế tạo bằng phương pháp in 3D hiện
nay ở nước ta vẫn còn khá mới mẻ. Chưa được chú ý nhiều nên đề tài này
sẽ tạo cơ sở cho các thí nghiệm sau này ở nước ta. Hoặc làm tài liệu nghiên
cứu, tham khảo cho cho sinh viên và các nghiên cứu viên của các chuyên
ngành có liên quan.

3

Luan van


1.7 Các nghiên cứu trong và ngoài nước
a. Các nghiên cứu trong nước:
 “Nghiên cứu hàn đắp thép dụng cụ bằng công nghệ hàn TIG” luận văn
Thạc Sỹ của Bùi Thị Tuyết Nhung đã nghiên cứu và xây dựng quy trình cơng
nghệ Hàn Đắp bằng cơng nghệ hàn TIG.
b. Các nghiên cứu ngoài nước:
 “Welding makes major impact on 3D printing technology” của trường
Cranfield University Mỹ đã ứng dụng phương pháp hàn hồ quang kết hợp
với cánh tay robot để tạo các mẫu in 3D kim loại có cơ tính và độ chính xác
cao.
 “Ability3D's Innovative 3D printer uses MIG welding and CNC milling to
create sturdy metal parts” bài báo trên tạp chí Digital Trends posted on
January 4, 2017 chế tạo thành công máy in 3D kim loại có tên “888 3D
printer” kết hợp giữa công nghệ Hàn MIG và máy phay CNC cho giá thành

rẻ.


“Applications of Open Source GMAW-Based Metal 3-D Printing”

nghiên cứu của trường Michigan Technological University về ứng dụng công
nghệ hàn GMAW kết hợp với nguồn mở như: máy CNC 3 trục hoặc kết hợp
với máy in 3D polymer, …. để có một chiếc máy in 3-D kim loại có chi phí
thấp. Đáp ứng được nhu cầu của cá nhân, phịng thí nghiệm nhỏ, …

4

Luan van


CHƯƠNG 2
CƠ SỞ LÝ LUẬN
2.1 Lý thuyết về độ bền kéo
2.1.1 Khái niệm độ bền kéo
2.1.1.1 Độ bền
Độ bền (ký hiệu: δ) [1] là đặc tính cơ bản của vật liệu. Người ta định nghĩa
độ bền như là khả năng chịu đựng không bị nứt, gãy, phá hủy dưới tác động của
ngoại lực lên vật thể. Độ bền có thể hiểu rộng hơn, vì vậy người ta chia ra thành các
đặc tính về độ bên theo cách tác động ngoại lực khác nhau: độ bền nén, độ bền cắt,
độ bền uốn, độ bền mỏi, độ bền va đập, giới hạn chảy...
2.1.1.2 Độ bền kéo
Độ bền kéo là đặc tính chịu được lực kéo đứt vật liệu. Đơn vị tính thơng
thường là Kg/cm², hay N/mm².
2.1.2 Phương pháp thử độ bền kéo
Để xác định được giá trị độ bền kéo của kim loại và hợp kim trước tiên phải
chế tạo mẫu của vật liệu đó. Mẫu được chế tạo theo tiêu chuẩn của từng nước. Ở
Việt Nam mẫu thử có tiết diện hình trịn hoặc hình chữ nhật (Hình 2.1 – a, b). Sau
đó mẫu được kẹp trên máy kéo nén vạn năng được trùn động bằng cơ khí hoặc

thủy khí (Hình 2.1 – c).
Khi tiến hành kéo mẫu trên máy, máy sẽ vẽ biểu đồ quan hệ giữa lực kéo và
biến dạng của mẫu. Tùy theo tính chất của vật liệu là vật liệu dẻo (thép, đồng,
nhơm…) hay vật liệu dịn (gang) mà ta có các dạng biểu đồ tương ứng (Hình 2.2).

Hình 2.1 - Mẫu thử và sơ đồ nguyên lý máy thử kéo – nén [4].
a, b. Mẫu

c. Máy thử kéo – nén

5

Luan van


Hình 2.2 - Biểu đồ quan hệ giữa lực kéo và biến dạng khi kéo [4].
a. Vật liệu dẻo

b. Vật liệu giòn

 Trên biểu đồ quan hệ lực kéo và biến dạng của mẫu làm bằng vật liệu dẻo ta
thấy có các giai đoạn như sau:
OA: Giai đoạn đàn hồi, quan hệ giữa lực và biến dạng là quan hệ bậc nhất lực
kéo lớn nhất gọi là lực tỉ lệ P­tl.
Giới hạn tỉ lệ :

𝜎𝑡𝑙 =

𝑃𝑡𝑙

(2.1)

𝐹0

[1]

Trong đó 𝐹0 là diện tích ban đầu của mặt cắt ngang.
AC: giai đoạn chảy, lực không tăng nhưng biến dạng tăng, giá trị lực là lực
chảy.
Giới hạn chảy :

𝜎𝑐ℎ =

𝑃𝑐ℎ

(2.2)

𝐹0

[1]

CBD: giai đoạn củng cố (tái bền). Giới hạn bền được tính:
𝜎𝐵 =

𝑃𝐵

(2.3)

𝐹0

[1]

 Riêng đối với vật liệu dòn ta thấy mẫu bị đứt khi biến dạng còn bé, vật liệu chỉ
có giới hạn bền.
𝜎𝑏𝑘 =

𝑃𝐵

(2.4)

𝐹0

[1]

2.1.3 Ý nghĩa
- Nhờ các chỉ tiêu phản ánh độ bền của kim loại và hợp kim mà ta đánh giá được
khả năng sử dụng của kim loại và hợp kim đó.

6

Luan van