nghiên cứu cải tiến, thiết kế thiết bị kéo mẫu tại phòng thí nghiệm vật liệu học – khoa ckm

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

BÁO CÁO TỔNG KẾT
ĐỀ TÀI KH&CN CẤP TRƯỜNG

NGHIÊN CỨU CẢI TIẾN, THIẾT KẾ THIẾT BỊ
KÉO MẪU TẠI PHÒNG THÍ NGHIỆM
VẬT LIỆU HỌC – KHOA CKM
S

K

C

0

0

3

9

5

9

MÃ SỐ: T2011 - 53

S KC 0 0 3 6 7 1

Tp. Hồ Chí Minh, 2011


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

BÁO CÁO TỔNG KẾT
ĐỀ TÀI KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ CẤP TRƯỜNG

NGHIÊN CỨU CẢI TIẾN, THIẾT KẾ
THIẾT BỊ KÉO MẪU TẠI PHÒNG THÍ
NGHIỆM VẬT LIỆU HỌC – KHOA CKM
MÃ SỐ: T2011 - 53

Chủ nhiệm đề tài:

KS: HOÀNG VĂN HƯỚNG

TP. HỒ CHÍ MINH
Tháng 11 năm 2011


TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY
— —

BÁO CÁO TỔNG KẾT
ĐỀ TÀI KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ CẤP TRƯỜNG

NGHIÊN CỨU CẢI TIẾN, THIẾT KẾ
THIẾT BỊ KÉO MẪU TẠI PHÒNG THÍ
NGHIỆM VẬT LIỆU HỌC – KHOA CKM
MÃ SỐ: T2011 - 53

Chủ nhiệm đề tài:

KS: HOÀNG VĂN HƯỚNG

TP. HỒ CHÍ MINH
Tháng 11 năm 2011


Đề tài KH & CN cấp Trƣờng

MỤC LỤC
CHƢƠNG I: DẪN NHẬP ................................................................................. 5
I. Lý do chọn đề tài .......................................................................................... 5
II. Mục tiêu nghiên cứu .................................................................................... 6
III. Đối tượng nghiên cứu ................................................................................. 6
IV. Thể thức nghiên cứu................................................................................... 6
CHƢƠNG II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT ................................................................ 7
I.

Giới thiệu bài thí nghiệm .......................................................................... 7

II. Thiết bị kéo mẫu tại phòng thí nghiệm .................................................... 11

1. Cấu tạo ............................................................................................... 11
2. Công dụng .......................................................................................... 11
3. Ưu, nhược điểm.................................................................................. 12
CHƢƠNG III: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ THẾT BỊ KÉO MẪU............ 14
I. Mẫu nhôm (Al) ........................................................................................... 14
1. Các đặc tính của nhôm nguyên chất ...................................................... 14
2. Thông số của mẫu nhôm ....................................................................... 16
II. Phân tích cơ cấu kéo mẫu .......................................................................... 17
III. Dụng cụ đo ............................................................................................... 19
IV. Mô hình bản vẽ lắp của thiết bị ................................................................ 23
V. Bảng thống kê chi tiết chính ...................................................................... 24
VI. Các chi tiết của thiết bị kéo mẫu............................................................... 25
1. Thân thiết bị (Hình 3.8)......................................................................... 25
2. Tay quay: GX 15-32(Hình 3.9) ................................................................ 25
3. Ổ bi chà: 20Cr (Hình 3.10).................................................................... 26
4. Thanh ren: Thép C45 (Hình 3.11) ......................................................... 26
5. Tấm gá cơ cấu phải: Thép CT3 (3.12) ................................................... 27
6. Cơ cấu kẹp phải (Hình 3.13) .................................................................27
7. Tay vặn phải: Thép CT3 (Hình 3.14) .................................................... 28
8. Cơ cấu kẹp trái

(Hình 3.15) ............................................................. 28

9. Tay vặn trái: Thép CT3 (Hình 3.16) ...................................................... 29
10. Thanh dẫn hướng: Thép CT3 (Hình 3.17) ........................................... 29
Hoàng Văn Hƣớng

Trang 1

Đề tài KH & CN cấp Trƣờng

11. Thanh chỉnh kích thước: Thép CT3 (Hình 3.18) .................................. 30
12. Đồ gá đồng hồ so (Hình 3.19) ............................................................. 30
VII. Trình tự lắp ráp các chi tiết của thiết bị kéo mẫu ............................... 31
CHƢƠNG IV: THIẾT KẾ QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ GIA CÔNG CHI
TIẾT ................................................................................................................. 32
I. Chọn phôi gia công chi tiết ......................................................................... 33
II. Số thứ tự bề mặt gia công .......................................................................... 33
III. Thiết kế nguyên công ............................................................................... 34
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ......................................................................... 58
I. Kết luận ...................................................................................................... 58
II. Kiến nghị ................................................................................................... 58
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................... 59

Hoàng Văn Hƣớng

Trang 2


Đề tài KH & CN cấp Trƣờng

DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 2.1: Thông số tính toán khi kéo mẫu
Bảng 3-1: Bảng thống kê chi tiết chính của thiết bị kéo mẫu

Hoàng Văn Hƣớng

Trang 3

Đề tài KH & CN cấp Trƣờng

THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU
1. Thông tin chung:
- Tên đề tài: “Nghiên cứu cải tiến, thiết kế thiết bị kéo mẫu tại phòng thí
nghiệm vật liệu – khoa CKM”
- Mã số: T2011 -53
- Chủ nhiệm: Hoàng Văn Hướng
- Cơ quan chủ trì: Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh
- Thời gian thực hiện: từ 12/2010 – 12/2011
2. Mục tiêu:
- Nghiên cứu các loại thiết bị kéo mẫu hiện có tại phòng thí nghiệm
- Cải tiến, thiết kế thiết bị kéo mẫu hoàn chỉnh.
3. Tính mới và sáng tạo:
- Thiết kế được cơ cấu đo mẫu trực tiết, cơ cấu dẫn hướng ổn định khi kéo.
4. Kết quả nghiên cứu:
- Thiết kế thiết bị kéo mẫu hoàn chỉnh.
5. Sản phẩm:
- Bảng thuyết minh.
- Tập bản vẽ.
6. Hiệu quả, phƣơng thức chuyển giao kết quả nghiên cứu và khả năng áp
dụng:
Đã thiết kế được thiết bị kéo mẫu hoàn chỉnh, có thể chế tạo thiết bị rồi
chạy thửa sau đó áp dụng tại Phòng Thí nghiệm vật liệu – Bộ môn CNKL –
Khoa CKM – trường ĐH SPKT TP. HCM & các trường CĐ, ĐH khác đào tạo
ngành cơ khí.

Hoàng Văn Hƣớng

Trang 4


Đề tài KH & CN cấp Trƣờng

CHƢƠNG I: DẪN NHẬP
TỔNG QUAN
Từ tình hình thực tế tại Phòng thí nghiệm vật liệu, việc làm các bài thí
nghiệm vật liệu đạt được chính xác phụ thuộc rất nhiều vào thiết bị làm thí
nghiệm. Trong khi đó việc trang bị thêm thiết bị thí nghiệm đòi hỏi phải có thời
gian và kinh phí. Xuất phát từ yêu cầu thực tế việc nghiên cứu, cải tiến các thiết
bị thí nghiệm đã có để tạo ra thiết bị thí nghiệm mới hoạt động tốt hơn và giá
thành rẻ hơn là một vấn đề cấp bách trong giai đoạn hiện nay.
Đề tài “Nghiên cứu cải tiến, thiết kế thiết bị kéo mẫu tại phòng thí
nghiệm vật liệu – khoa CKM”. Vấn đề đặt ra của đề tài là phải tạo ra thiết bị thí
nghiệm mới đảm bảo các yêu cầu tốt hơn khi làm các bài thí nghiệm, đạt được
kích thước chính xác của mẫu thí nghiệm trong quá trình kéo và thao tác thuận
tiện cho sinh viên, chính vì vậy đòi hỏi việc nghiên cứu cải tiến, thiết kế phải có
những phương pháp tối ưu nhất để khắc phục những nhược điểm của thiết bị thí
nghiệm đã có.
I. Lý do chọn đề tài
Ngành vật liệu học trên thế giới ngày càng phát triển và là lĩnh vực vô
cùng quan trọng, đó là quá trình nghiên cứu tạo ra vật liệu mới. Không chỉ trên
thế giới mà ở nước ta ngành vật liệu học đang từng bước đẩy mạnh sự phát
triển. Ngành vật liệu học phát triển trên cơ sở ngành vật lý và hóa học, do yêu
cầu sử dụng vật liệu kỹ thuật cao trong các thiết bị kỹ thuật tiên tiến, đặc biệt
các màng mỏng kích thước micro trở xuống trong các chất bán dẫn, linh kiện
điện tử, cơ khí, màng quang học,…và công nghệ vật liệu polyme, ceramic, vật
liệu nano hiện có nhu cầu rất cao. Để cho ra những sản phẩm trên cần phải qua
quá trình nghiên cứu phức tạp về tổ chức, cấu tạo của các loại vật liệu.

Trong quá trình phát triển mạnh mẽ của ngành vật liệu học, để phục vụ
tốt cho quá trình nghiên cứu cần có những trang thiết bị hiện đại và có độ
chính xác cao. Chính vì yêu cầu cấp thiết đó, phòng thí nghiệm vật liệu khoa
Hoàng Văn Hƣớng

Trang 5


Đề tài KH & CN cấp Trƣờng

Cơ khí chế tạo máy Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP. HCM cần có
những thiết bị chính xác phục vụ cho quá trình thí nghiệm vật liệu của sinh
viên. Để phục vụ cho quá trình kéo mẫu thí nghiệm đạt độ chính xác về kích
thước thì đòi hỏi cần có một thiết bị kéo mẫu đạt được những yêu cầu trên. Vì
vậy, việc nghiên cứu cải tiến, thiết kế, chế tạo ra thiết bị kéo mẫu phục vụ cho
môn thí nghiệm vật liệu là cần thiết.
II. Mục tiêu nghiên cứu
Đề tài “Nghiên cứu cải tiến, thiết kế thiết bị kéo mẫu tại phòng thí
nghiệm vật liệu – khoa CKM” tiến hành nhằm mục tiêu sau:
- Nghiên cứu các loại thiết bị kéo mẫu hiện có tại phòng thí nghiệm
- Cải tiến, thiết kế thiết bị kéo mẫu hoàn chỉnh
III. Đối tƣợng nghiên cứu
_Thiết kế thiết bị kéo mẫu nhôm.
_Thiết kế và lập qui trình công nghệ cho một bộ phận của thiết bị kéo mẫu.
IV. Thể thức nghiên cứu
Mục tiêu của đề tài là nghiên cứu cải tiến, thiết kế thiết bị kéo mẫu, ngoài
việc sử dụng phương pháp tham khảo tài liệu để tính toán, thiết kế, còn lại sử
dụng phương pháp quan sát dựa trên mô hình thiết bị kéo mẫu đã có tại phòng
thí nghiệm vật liệu để việc thiết kế thiết bị kéo mẫu mới được thực hiện hoàn
thiện và tốt hơn.

Hoàng Văn Hƣớng

Trang 6


Đề tài KH & CN cấp Trƣờng

CHƢƠNG II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
I.

Giới thiệu bài thí nghiệm

Trong đề cương môn học Thí nghiệm vật liệu học, thiết bị kéo mẫu được
sử dụng trong bài thí nghiệm số 4. “ BIẾN DẠNG DẺO VÀ KẾT TINH LẠI”
với các bước thí nghiệm như sau:
Bƣớc 1: Nhận mẫu và đóng số (Hình 2.1)
Mẫu nhôm có kích thước: 120x10x; =0,3; 0,4…

2

10

ab



120

Hình 2.1 - Mẫu nhôm

* Đóng số:
- a: số thứ tự nhóm
- b: độ biến dạng
- 2: chỉ đóng cho mẫu thứ hai có cùng độ biến dạng.
Bƣớc 2: Vạch dấu (Hình 2.2)
Dùng viết chì vạch dấu, lấy khoảng giữa mẫu một đoạn có chiều dài 50 mm

Hình 2.2 - Vạch mẫu
Bƣớc 3: Tiến hành kéo mẫu (Hình 2.4)
Từ các công thức:
Hoàng Văn Hƣớng

Trang 7


Đề tài KH & CN cấp Trƣờng

-

Mức độ biến dạng :



l  l0
 100%
l0

Trong đó: l0 chiều dài ban đầu (mm).
l chiều dài sau khi biến dạng dẻo:
-

Lượng biến dạng ∆l=

Tính toán các thông số

l = lo + ∆l (mm).

50  b
(mm)
100

l, ∆l ta có bảng sau:

Bảng 2.1: Thông số tính toán khi kéo mẫu
Độ biến dạng ()

Chiều dài ban đầu
(l0)

Lượng biến dạng
(∆l)

Chiều dài sau
biến dạng (l)

5%

50

2,5

52,5

6%

50

3,0

53,0

7%

50

3,5

53,5

8%

50

4,0

54,0

9%

50

4,5

54,5

10%

50

5,0

55,0

11%

50

5,5

55,5

12%

50

6,0

56,0

Mẫu được kẹp vào hai ngàm kẹp của thiết bị kéo mẫu (Hình 2.3).

Hình 2.3 - Sơ đồ kéo mẫu
Hoàng Văn Hƣớng

Trang 8


Đề tài KH & CN cấp Trƣờng

Tiến hành kéo mẫu theo lượng biến dạng đã được tính toán cho từng mẫu
cụ thể (Bảng 2.1). Trong quá trình kéo mẫu dùng tay quay đều vòng quay của
thiết bị kéo mẫu để mẫu biến dạng liên tục, đều (dùng thước đo tới khi đạt kích
thước l theo yêu cầu).

Tay quay
kẹp mẫu

Mẫu
Vòng quay
kéo mẫu
Hình 2.4 - Máy kéo mẫu bằng tay
Bƣớc 4: Nung mẫu
Mẫu kéo xong đem nung trong lò nung với hai mức nhiệt độ (Hình 2.5):
+ Nhóm mẫu I (chỉ mẫu thứ 2 có cùng độ biến dạng): đem nung ở nhiệt độ
5500C, thời gian giữ nhiệt là 30 phút, làm nguội bằng không khí.
+ Nhóm mẫu II (các mẫu còn lại): đem nung ở nhiệt độ 6000C, thời gian giữ
nhiệt 30 phút và cũng làm nguội bằng không khí.
Núm cài đặt
nhiệt độ

Đồng hồ cường độ
dòng điện (Ampe)
Đồng hồ
nhiệt độ lò
(0C)

Cửa lò

Hình 2.5 - Lò nung

Hoàng Văn Hƣớng

Trang 9


Đề tài KH & CN cấp Trƣờng

Bƣớc 5: Tẩm thực
Sau khi nung, mẫu được tẩm thực để khử lớp nhôm oxit (Al2O3). Dung
dịch tẩm thực gồm: 30%NaOH trong H2O, thời gian tẩm thực khoảng từ 1 ÷ 3
phút, sau đó rửa sạch mẫu.
Tiếp theo cho mẫu đã rửa sạch vào trong dung dịch nước cường toan
(1HCl+3HNO3 + H2O). Thời gian tẩm thực khoảng từ 30 ÷ 90 giây sau đó rửa
sạch, sấy khô.
Bƣớc 6: Xác định kích thƣớc hạt (Hình 2.6)
Kích thước hạt được đánh giá bằng diện tích trung bình của hạt (m2).
a

b

d

c

Hình 2.6. Xác định kích thước hạt
Tính diện tích trung bình của 1 hạt
Đo: ab = 10mm
ad = (tùy theo mẫu)

S tb 

S abcd
(m2).


X: tổng số hạt trong Sabcd mm2
X=y+½z
trong đó:
y: số hạt không bị cắt trong Sabcd mm2
z: số hạt bị cắt trong Sabcd mm2

Hoàng Văn Hƣớng

Trang 10


Đề tài KH & CN cấp Trƣờng

II. Thiết bị kéo mẫu tại phòng thí nghiệm
1. Cấu tạo

Hiện tại phòng thí nghiệm vật liệu có năm thiết bị kéo mẫu giống nhau
(Hình 2.7)

Hình 2.7: Thiết bị kéo mẫu
Thông số cơ bản của thiết bị kéo mẫu trong phòng thí nghiệm hiện có đều
có cấu tạo như nhau: chiều dài 550mm, chiều rộng 250mm, chiều cao 320mm
và khối lượng khoảng 14kg, xuất sứ Việt Nam.
2. Công dụng
Thiết bị kéo mẫu chỉ dùng để làm thí nghiệm biến dạng dẻo vật liệu nhôm
(Bài thí nghiệm số 4).
Hoạt động của thiết bị khi kéo: mẫu thí nghiệm (nhôm) được kẹp chặt hai
đầu bằng hai ngàm kẹp, một ngàm kẹp được cố định vào thân thiết bị, còn ngàm
kẹp kia được gắn cố định vào trục thanh ren, lực kéo sinh ra từ tay của người
làm thí nghiệm tác động lên tay quay của thiết bị kéo qua trục thanh ren chuyển
động từ từ kéo mẫu dài ra theo yêu cầu thí nghiệm, lúc này mẫu bị biến dạng

Hoàng Văn Hƣớng

Trang 11


Đề tài KH & CN cấp Trƣờng

đều cho tới khi kết thúc kéo (đạt được kích thước l theo yêu cầu). Tháo mẫu
khỏi hai ngàm kẹp và lấy ra.
3. Ƣu, nhƣợc điểm
Ƣu điểm:
- Thiết bị gọn, nhẹ, cứng vững khi kéo.
- Sử dụng đơn giản: chỉ cần dùng tay tác động đều lên tay quay là sinh ra
lực kéo.

- Lực kéo sinh ra từ trục thanh ren nên mẫu được kéo biến dạng từ từ và
đều (đảm bảo yêu cầu làm thí nghiệm).
Nhƣợc điểm:
Các thiết bị kéo mẫu hiện có tại phòng thí nghiệm đều đã được sử dụng
nhiều năm (trên 5 năm), mật độ sinh viên sử dụng trong một năm học rất cao
(khoảng trên 1000 lượt) vì vậy, hiện nay trong quá trình làm thí nghiệm thiết bị
kéo mẫu thường diễn ra các hiện tượng sau:
 Mẫu bị trượt do ngàm kẹp không kẹp chặt được (thường sinh viên phải
chêm mới kẹp được).
 Mẫu hay bị đứt khi kéo tại đầu ngàm kẹp.
 Mẫu kéo bị rung động khi kéo do chỉ có một trục dẫn hướng, sau thời
gian sử dụng trục bị mòn và cong vênh.
 Hai tay quay của ngàm kẹp mẫu thường bị va vào nhau khi kẹp mẫu
(nhiều khi không kẹp được mẫu).
 Chưa có hệ thống đo trực tiếp khi kéo mẫu nên kết quả đo mẫu chưa thực
sự chính xác, còn phụ thuộc nhiều vào sự cẩn thận của sinh viên (phải cầm
thước đo mẫu khi kéo).

Hoàng Văn Hƣớng

Trang 12


Đề tài KH & CN cấp Trƣờng

 Mẫu sau khi kéo biến dạng không đều.
Như vậy việc nghiên cứu cải tiến, thiết kế thiết bị kéo mẫu mới phải phát
huy được các ưu điểm của thiết bị kéo mẫu đã có, đồng thời cần khắc phục
được các nhược điểm nêu trên, có giá thành phù hợp (rẻ tiền hơn thiết bị kéo
mẫu hiện có tại phòng thí nghiệm).

Hoàng Văn Hƣớng

Trang 13


Đề tài KH & CN cấp Trƣờng

CHƢƠNG III: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ THẾT BỊ KÉO MẪU
Trong quá trình tính toán, thiết kế thiết bị kéo mẫu cần đảm bảo các yêu
cầu của thí nghiệm, tính công nghệ cần đơn giản, dễ chế tạo, giá thành phù hợp
nhưng phải đảm bảo độ chính xác của thiết bị kéo, gá lắp nhanh, thao tác đơn
giản, kéo mẫu biến dạng đều.

I. Mẫu nhôm (Al)
1. Các đặc tính của nhôm nguyên chất
Nhôm là kim loại có nhiều đặc tính nổi trội:
- Khối lượng riêng nhỏ (2,7g/cm3), khoảng bằng 1/3 của thép. Chính
nhờ ưu điểm này mà người ta ưu tiên xét sử dụng nó khi phải giảm nhẹ tối đa
khối lượng của hệ thống hay kết cấu (như trong hàng không, vận tải để tiết kiệm
năng lượng phải tìm cách giảm tải trọng không tải, tăng tải trọng có ích).
- Tính chống ăn mòn nhất định trong khí quyển nhờ luôn luôn có lớp
màng ôxyt (Al2O3), xít chặt bám chắc vào bề mặt. Để tăng tính chống ăn mòn
trong khí quyển người ta làm cho lớp bảo vệ này dày lên bằng cách anod hóa,
nhờ đó nhôm và các hợp kim nhôm có thể dùng trong xây dựng, trang trí nội
thất mà không cần bảo vệ.
- Dẫn điện cao, tuy chỉ bằng 62% của đồng nhưng do khối lượng riêng
chưa bằng 1/3 nên với các đặc tính về truyền điện như nhau và truyền dòng điện
có cường độ như nhau, dây dẫn nhôm chỉ nhẹ bằng nửa dây đồng, lại bị nung
nóng ít hơn.

- Tính dẻo rất cao, do kiểu mạng A1 rất dễ biến dạng dẻo nhất là khi kéo
sợi, dây và cán mỏng thành tấm, lá, băng, màng (foil), ép chảy thành các thanh
dài với các biên dạng (profile) phức tạp rất khác nhau.
Ngoài các ưu việt kể trên nó cũng có những đặc tính khác cần phải để ý:
- Nhiệt độ chảy tương đối thấp (660oC) một mặt làm dễ dàng cho nấu
chảy khi đúc, nhưng cũng làm nhôm và hợp kim không sử dụng được ở nhệt độ
cao hơn 3000 - 400oC.
- Độ bền, độ cứng thấp, ở trạng thái ủ σb = 60MPa, σ0,2 = 20MPa, HB 25.
Tuy nhiên do có kiểu mạng A1 (lập phương tâm mặt) nó có hiệu ứng hóa bền
Hoàng Văn Hƣớng

Trang 14


Đề tài KH & CN cấp Trƣờng

biến dạng lớn, nên đối với nhôm và hợp kim nhôm, biến dạng nguội với lượng
ép khác nhau là biện pháp hóa bền thường dùng.
Để ký hiệu mức độ biến cứng đơn thuần (tăng bền nhờ biến dạng nguội)
ở Hoa Kỳ, Nhật và các nước Tây âu thường dùng các ký hiệu H1x, trong đó x là
số chỉ mức tăng thêm độ bền nhờ biến dạng dẻo (x/8):
8 - mức tăng toàn phần (8/8 hay 100%), ứng với mức độ biến dạng rất
lớn (ε = 75%).
1 - mức tăng ít nhất (1/8 hay 12,5% so với mức toàn phần, ứng với mức
độ biến dạng nhỏ.
2, 4, 6 - mức tăng trung gian (2/8, 4/8, 6/8 hay 25%, 50%, 75% so với
mức toàn phần), ứng với mức độ biến dạng tương đối nhỏ, trung bình, lớn.
9 - mức tăng tối đa (bền, cứng nhất) ứng với mức độ biến dạng ε > 75%.
Như thế cơ tính của nhôm và hợp kim ở dạng bán thành phẩm phụ thuộc
rất nhiều vào trạng thái biến dạng này.

Trong sản xuất cơ khí thường dùng các hợp kim nhôm qua nhiệt luyện
và biến dạng dẻo có độ bền không thua kém gì thép cacbon. Do vậy trong công
nghiệp, nhôm nguyên chất được sử dụng chủ yếu để truyền tải điện nhất là ở
các đường trục chính, để tăng độ bền trong dây dẫn người ta thường ghép thêm
dây thép để chịu lực (được gọi là cáp nhôm). Nhôm nguyên chất cũng được sử
dụng nhiều làm đồ gia dụng.

Hoàng Văn Hƣớng

Trang 15


Đề tài KH & CN cấp Trƣờng

2. Thông số của mẫu nhôm
Mẫu nhôm làm thí nghiệm có kích thước 120x10x0,3.

Mẫu nhôm được kẹp chặt mỗi đầu là 15mm, vậy khoảng kích thước còn
lại để khảo sát là 90mm.

NA

Nz

B

A

Nz

Ta có: NA=NB
Xét điều kiện bền của nhôm ta có:
σAB ≤ σchảy
𝑁𝑧
≤ 𝜎
𝐹𝐴𝑙
 𝑁𝑧 ≤ 𝐹𝐴𝑙 . 𝜎
 NZ ≤60N
Ta có:
Tiết diện của mẫu nhôm: FAl = 10x0,3 = 3 mm2
Hoàng Văn Hƣớng

Trang 16


Đề tài KH & CN cấp Trƣờng

Xét điều kiện bền của nhôm: Xét trong trường hợp này ứng suất cho phép
[σ]=σchảy
Chọn giới hạn σchảy = 20N/mm2
Vậy lực kéo cần thiết để đảm bảo mẫu nhôm biến dạng Nz = 60N.
Với lực kéo Nz = 60N.
Xét tính chuyển vị kéo dài mẫu ứng với Nz=60N mà mẫu nhôm vẫn đảm
bảo trong điều kiện bền không bị đứt.
Chuyển vị tại B.
∆𝑙𝐴𝐵 =

𝑁𝐵 . 𝑙0
𝐸. 𝐹

Trong đó:
l 0: Chiều dài của mẫu nhôm cần kéo biến dạng
E: Modun đàn hồi của nhôm
E = 0,75.106 kg/cm2 Trích nguồn

II. Phân tích cơ cấu kéo mẫu
Chiều dài ban đầu của mẫu thí nghiệm l 0=50mm (l 0=70mm, l 0=90mm).
_Trong quá trình kéo mẫu nhôm biến dạng thì trên mẫu sẽ xuất hiện biến dạng
đàn hồi và để làm mất quá trình biến dạng đàn hồi này cần phải có một cơ cấu
kéo hợp lý làm triệt tiêu biến dạng đàn hồi.
_ Để khắc phục hiện tượng đó ta đưa cơ cấu kéo bằng ren vào để hạn chế quá
trình biến dạng đàn hồi lại của mẫu, vì khi kéo mẫu cơ cấu ren sẽ không có sự
dịch chuyển ngược lại do sự biến dạng đàn hồi của mẫu nhôm.

Hoàng Văn Hƣớng

Trang 17


Đề tài KH & CN cấp Trƣờng

+ Với lực kéo F = 60N ta tính sức căng của trục thanh ren chịu được trong lúc
làm việc, ta chọn vật liệu làm trục thanh ren là thép cacbon.
Tính diện tích mặt cắt chịu sức căng:
Tài liệu trích nguồn www.mediafire.com/?iimt3zcttzj
A = 3,14/4.(D-0,938.p)2
Trong đó:
D: Đường kính đỉnh ren với D = 29mm (trục ren của thiết bị cũ)
P: Bước ren với P = 3
A = 3,14/4.(29-0,938.3)2 = 538mm2

Sức căng ren chịu được:
T = A.F = 538.60 = 32.280 N = 3,2 tấn.
_Cơ cấu kẹp mẫu nhôm trong quá trình kéo mẫu: Sử dụng cơ cấu kẹp bằng ren
với M12, với cơ cấu này đảm bảo cho quá trình kẹp chặt và thao tác trên thiết bị
thuận tiện hơn, cơ cấu gọn nhẹ hơn không quá phức tạp trong việc thiết kế và
chế tạo.
_Để tránh hiện tượng trong quá trình kẹp chặt mẫu nhôm mỏng (0,3mm) sẽ
không tránh khỏi quá trình trượt của mẫu. Vì vậy, tại đầu ngàm kẹp làm khía
nhám để tránh hiện tượng trượt mẫu trong quá trình làm thí nghiệm hoặc đệm
miếng cao su.
_Để đảm bảo độ cứng vững của thiết bị thì thân thiết bị được liên kết với nhau
bằng kết cấu hàn.
_Các chi tiết trên thiết bị được liên kết với nhau bằng bulong và đinh tán, kiểu
liên kết này giúp quá trình tháo lắp dễ dàng và thuận tiện.
Hoàng Văn Hƣớng

Trang 18


Đề tài KH & CN cấp Trƣờng

III. Dụng cụ đo
Trong qua trình kéo mẫu phải sử dụng dụng cụ đo liên tục tới khi đạt kích
thược theo yêu cầu, vì thế dụng cụ đo phải dễ dàng khi đo và đảm bảo chính
xác. Ta co thể: Chế tạo các bộ dưỡng đo có kích thước bằng với chiều dài chi
tiết cần đo (kích thước sau khi kéo mẫu l ) hay sử dụng các dụng cụ đo như:
Phƣơng án 1: Sử dụng thƣớc lá (Hình 3.1)
_Đây là dụng cụ đo chiều dài có phạm vi đo rất lớn.
_Sử dụng rất thuận tiện và dễ thao tác cho người sử dụng.
_Thước có phạm vi đo rất lớn từ vài trăm mm đến hàng chục m. Độ chính xác

của thước là 0,5mm.
_Nhưng trong việc sử dụng dùng để đo kích thước mẫu nhôm trên thiết bị kéo
mẫu không đem lại kết quả tối ưu cho quá trình thí nghiệm, vì độ chính xác
của thước không cao nên việc xác định kích thước không đảm bảo chính xác.

Hình 3.1: Thước lá
Phƣơng án 2: Sử dụng thƣớc kẹp
_Thước kẹp là thiết bị dùng để đo đường kính ngoài, đường kính trong, đo độ
sâu, độ dài của vật thể.
_Bộ phận quan trọng nhất của thước là du xích: nhờ du xích mà thước có thể đo
với độ chính xác cao.
_Trên thị trường có 3 loại thước kẹp thông dụng:

Hoàng Văn Hƣớng

Trang 19


Đề tài KH & CN cấp Trƣờng

Thước kẹp thông thường (Hình 3.2):

Hình 3.2: Thước kẹp thông thường
Thước kẹp có đồng hồ số (Hình 3.3):

Hình 3.3: Thước kẹp có đồng hồ so
Thước kẹp điện tử (Hình 3.4):

Hình 3.4: Thước kẹp điện tử

Hoàng Văn Hƣớng

Trang 20


Đề tài KH & CN cấp Trƣờng

_Thước kẹp đo kích thước với độ chính xác cao, nhưng trong trường hợp gá đặt
trên thiết bị kéo mẫu sẽ khó khăn, không thuận tiện trong quá trình kéo.
Phƣơng án 3: Sử dụng đồng hồ so
_Đồng hồ so là thiết bị dùng để đo độ song song, độ thẳng, độ thẳng, độ tròn,
độ côn, ngoài ra đồng hồ so dùng để đo kích thước chiều dài của vật thể,…
_Đồng hồ so được sử dụng với độ chính xác cao, số vạch được thể hiện trên
vòng tròn lớn là 100 vạch tương ứng với mỗi vạch là 0,01mm. Tuỳ theo thước
mà số vạch trên thước nhỏ ứng với giá trị mà nó đo được, tương ứng với mỗi
vạch là 1mm.
_Về việc gá đặt đồng hồ so trên thiết bị kéo thuận tiện hơn nhờ cơ cấu của nó
đơn giản.
Đồng hồ so điện tử (Hình 3.5)

Hình 3.5: Đồng hồ so điện tử

Hoàng Văn Hƣớng

Trang 21


Đề tài KH & CN cấp Trƣờng

Đồng hồ so cơ (Hình 3.6)

Hình 3.6: Đồng hồ so cơ
Như vậy, từ ba phương án lựa chọn thiết bị đo cho thiết bị kéo mẫu trên
ta chọn phương án dùng hệ thống đo là đồng hồ so (đồng hồ so cơ) vì:
_Đây là thiết bị đo có độ chính xác cao, cơ cấu lại đơn giản.
_Thuận tiện trong quá trình gá đặt.
_Dễ thao tác trong quá trình thực hiện thí nghiệm.
_Giá cả phù hợp.
_ Đo được mọi kích thước l khi kéo mẫu trong quá trình làm thí nghiệm
theo các yêu cầu khác nhau về độ biến dạng ().
Hoàng Văn Hƣớng

Trang 22