Tổng quan về giáo trình

Giáo trình Cơ sở công nghệ gia công kim loại (Mã môn học: CG19MH03) là tài liệu học tập chuyên môn nghề thuộc khối kiến thức chuyên ngành của chương trình đào tạo nghề Cắt gọt kim loại ở trình độ Cao đẳng và Trung cấp. Tài liệu được ban hành kèm theo Quyết định số 186/QĐ-CĐDK ngày 25 tháng 03 năm 2020 của Hiệu trưởng Trường Cao đẳng Dầu khí (thuộc Tập đoàn Dầu khí Quốc gia Việt Nam), do nhóm tác giả gồm Đào Thị Phương Hoa (Chủ biên), Trần Thanh Ngọc và An Đình Quân biên soạn.

Trong kết cấu khung chương trình đào tạo nghề Cắt gọt kim loại, môn học có tổng thời lượng 60 giờ (tương đương 3 tín chỉ), bao gồm 28 giờ lý thuyết, 29 giờ thực hành/thảo luận và 3 giờ kiểm tra. Môn học được bố trí giảng dạy sau khi người học đã hoàn thành các môn học và mô-đun cơ sở như Hình học họa hình (CK19MH10), Vẽ kỹ thuật 1 (CK19MH01), Vật liệu cơ khí (CK19MH04), Dung sai (CK19MH05) và Gia công nguội cơ bản (CG19MĐ01).

Mục tiêu học tập của giáo trình được thiết lập trên ba phương diện chuẩn đầu ra:

  • Về kiến thức (A1 - A4): Cung cấp các định nghĩa, khái niệm cơ bản về công nghệ chế tạo máy; phân tích bản chất của chuẩn và phương pháp chọn chuẩn; trình bày thành phần của quy trình công nghệ gia công chi tiết; phân tích nguyên tắc định vị, kẹp chặt và kết cấu đồ gá.
  • Về kỹ năng (B1 - B3): Rèn luyện năng lực lựa chọn chi tiết định vị, chi tiết kẹp; tính toán sai số chuẩn, lực kẹp; vận dụng lý thuyết để giải quyết các thông số công nghệ và lựa chọn đồ gá phù hợp trên máy công cụ.
  • Về năng lực tự chủ và trách nhiệm (C1 - C3): Rèn luyện tính kỷ luật, cẩn thận, phương pháp làm việc độc lập và tính chủ động xử lý kỹ thuật tại vị trí gia công.

Cấu trúc giáo trình gồm 09 chương, tiếp cận theo logic từ các khái niệm sản xuất vĩ mô, cơ sở nhiệt học và cơ học cắt gọt, phương pháp tạo phôi và gia công cơ bản, đến việc kiểm soát chất lượng bề mặt, độ chính xác gia công, và kết thúc ở kỹ thuật thiết kế chuẩn, đồ gá định vị - kẹp chặt. Điểm đặc sắc của giáo trình là sự kết hợp giữa hệ thống hóa lý thuyết cắt gọt kinh điển và việc chuẩn hóa các thông số vật liệu theo Tiêu chuẩn Việt Nam (TCVN 8285-2009).


Nội dung kiến thức cốt lõi

Các chương/chủ đề chính

Nội dung giáo trình gồm 09 chương chuyên đề:

  • Chương 1: Những khái niệm cơ bản về công nghệ chế tạo máy (2 giờ lý thuyết): Trình bày định nghĩa về quá trình sản xuất, quá trình công nghệ (chế tạo phôi, gia công cơ, nhiệt luyện, lắp ráp) và các thành phần của quy trình công nghệ gồm: nguyên công, lần gá, vị trí, bước, đường chuyển dao và động tác. Phân loại 3 dạng sản xuất: sản xuất đơn chiếc, sản xuất hàng loạt (nhỏ, vừa, lớn) và sản xuất hàng khối dựa trên sản lượng, tính ổn định và mức độ chuyên môn hóa.
  • Chương 2: Cơ sở lý thuyết cắt gọt kim loại (12 giờ: 8 LT, 3 TH/TL, 1 KT): Phân tích các chuyển động trên máy công cụ (chuyển động chính tạo vận tốc cắt $V_c$, chuyển động chạy dao $S$, chuyển động phụ); các thông số lớp cắt (chiều dày cắt $a$, chiều rộng cắt $b$, chiều sâu cắt $t$); hình học dụng cụ cắt (mặt trước $A_\gamma$, mặt sau chính $A_\alpha$, mặt sau phụ $A'_\alpha$, lưỡi cắt chính, lưỡi cắt phụ, mũi dao); vật liệu dụng cụ cắt (thép cacbon dụng cụ, thép hợp kim, thép gió HSS); hiện tượng vật lý trong quá trình cắt (sự hình thành phoi vụn, phoi xếp, phoi dây; hiện tượng lẹo dao; biến dạng nhiệt của máy - dao - chi tiết; rung động cưỡng bức và tự rung; 3 giai đoạn mòn dao).
  • Chương 3: Các phương pháp gia công cơ (12 giờ: 4 LT, 8 TH): Phân tích các phương pháp chế tạo phôi (đúc trong khuôn cát, đúc trong khuôn kim loại; gia công áp lực gồm cán, rèn tự do, dập thể tích, dập tấm; phôi hàn) và công nghệ gia công chuẩn bị phôi (cắt bavia, đậu rót, đậu ngót, làm sạch phôi). Phân tích khả năng công nghệ của các phương pháp cắt gọt: tiện, bào, xọc, phay (phay mặt phẳng, phay rãnh then, then hoa, phay ren), khoan, khoét, doa, taro và mài (mài tròn ngoài, mài không tâm, mài lỗ).
  • Chương 4: Chất lượng bề mặt chi tiết máy (12 giờ: 4 LT, 7 TH, 1 KT): Khảo sát các yếu tố đặc trưng của chất lượng bề mặt (độ nhám, sóng bề mặt, độ cứng và chiều sâu lớp biến cứng), ảnh hưởng của chất lượng bề mặt tới khả năng làm việc của chi tiết và các biện pháp công nghệ nâng cao chất lượng bề mặt.
  • Chương 5: Độ chính xác gia công (6 giờ: 2 LT, 4 TH): Các phương pháp đạt kích thước trên máy công cụ (cắt thử từng chi tiết, tự động đạt kích thước trên máy đã điều chỉnh trước); nguyên nhân gây sai số (biến dạng đàn hồi của hệ thống công nghệ, độ mòn dao, biến dạng nhiệt, sai số điều chỉnh) và phương pháp điều chỉnh máy.
  • Chương 6: Chuẩn và kích thước công nghệ (4 giờ: 2 LT, 2 TH): Định nghĩa và phân loại chuẩn (chuẩn thiết kế, chuẩn công nghệ gồm chuẩn gia công, chuẩn đo lường, chuẩn lắp ráp); quá trình gá đặt; sai số gá đặt ($\varepsilon_{gd} = \sqrt{\varepsilon_{c}^2 + \varepsilon_{k}^2 + \varepsilon_{dg}^2}$); nguyên tắc chọn chuẩn thô, chuẩn tinh và chuỗi kích thước công nghệ.
  • Chương 7: Khái niệm chung về đồ gá (4 giờ: 2 LT, 2 TH): Định nghĩa, công dụng và phân loại đồ gá; kết cấu các bộ phận chính của đồ gá trên máy tiện, máy phay (trục gá cứng, trục gá đàn hồi, ống kẹp đàn hồi, đồ gá phay mặt phẳng).
  • Chương 8: Phương pháp định vị và các chi tiết định vị (4 giờ: 2 LT, 2 TH): Nguyên tắc định vị 6 điểm trong hệ tọa độ Descartes để khống chế 6 bậc tự do; kết cấu các chi tiết định vị chuẩn (chốt tỳ cố định, phiến tỳ, chốt tỳ điều chỉnh, chốt tỳ tự lựa, chốt tỳ phụ, chốt trụ, chốt trám, mũi tâm, trục gá) và phương pháp tính sai số định vị $\varepsilon_{đv}$.
  • Chương 9: Phương pháp kẹp chặt và cơ cấu kẹp chặt (4 giờ: 2 LT, 1 TH, 1 KT): Nguyên tắc xác định phương, chiều và điểm đặt của lực kẹp; cấu tạo và tính toán các cơ cấu kẹp chặt thông dụng (kẹp bằng chêm, ren vít, ren vít - đòn, bánh lệch tâm đường cong Archimedes/Assimet, cơ cấu thanh truyền).

Kiến thức nền tảng được xây dựng

  • Các lý thuyết cơ bản: Lý thuyết biến dạng đàn hồi và trượt dẻo của kim loại khi hình thành phoi; lý thuyết nhiệt cắt và cân bằng nhiệt trong hệ thống công nghệ; lý thuyết mài mòn dụng cụ cắt qua 3 giai đoạn (giai đoạn mòn ban đầu $IO$, giai đoạn mòn bình thường $IK$, và giai đoạn mòn khốc liệt sau điểm mòn tới hạn $K$).
  • Các nguyên lý cốt lõi: Nguyên lý định vị 6 điểm trong không gian 3 chiều; nguyên tắc chọn chuẩn (chọn chuẩn thô một lần, chọn chuẩn tinh là mặt có độ chính xác cao và diện tích đủ lớn); nguyên tắc cân bằng công nghệ giữa các nguyên công.
  • Khung cấu trúc phân loại: Phân định rõ ràng các cấp độ cấu thành của quy trình công nghệ (Quá trình sản xuất $\rightarrow$ Quá trình công nghệ $\rightarrow$ Nguyên công $\rightarrow$ Gá $\rightarrow$ Vị trí $\rightarrow$ Bước $\rightarrow$ Đường chuyển dao $\rightarrow$ Động tác).

Kỹ năng phát triển

  • Kỹ năng kỹ thuật (Technical skills): Tính toán các thông số chế độ cắt cơ bản như vận tốc cắt $V_c = \frac{\pi \cdot D \cdot n}{1000}$ (m/ph), chiều sâu cắt $t = \frac{D - d}{2}$ (mm), lượng chạy dao $S$ (mm/vg); tính toán lực kẹp cho cơ cấu ren vít và bánh lệch tâm.
  • Kỹ năng phân tích (Analytical skills): Phân tích hình thái phoi (phoi vụn, phoi xếp, phoi dây) để chẩn đoán chế độ cắt; phân tích các nguồn gốc gây rung động (rung động cưỡng bức do mất cân bằng hoặc sai số truyền động; tự rung do quá trình cắt); đánh giá sai lệch định vị $\varepsilon_{đv}$.
  • Năng lực thực hành nghề nghiệp (Practical competencies): Tra cứu mác vật liệu làm dao theo tiêu chuẩn (thép cacbon C45U - C120U, thép hợp kim, thép gió HSS); lựa chọn phương pháp gá đặt (trên mâm cặp 3 chấu tự định vị, mâm cặp 4 chấu, trên hai mũi tâm có tốc truyền lực, hoặc trên trục gá); thiết lập sơ đồ định vị và kẹp chặt hợp lý cho từng dạng chi tiết gia công.

Phương pháp giảng dạy và học tập

Phương pháp sư phạm

Giáo trình định hướng áp dụng phương pháp dạy học tích cực nhằm kết hợp giữa việc truyền thụ lý thuyết chuyên môn và phân tích tình huống kỹ thuật:

  • Giảng dạy lý thuyết: Sử dụng phương pháp thuyết trình ngắn, đặt vấn đề kỹ thuật (problem-based learning), kết hợp câu hỏi vấn đáp trực tiếp tại lớp để giải thích các hiện tượng vật lý phức tạp (như lẹo dao, biến cứng bề mặt, rung động cắt gọt).
  • Thảo luận và bài tập nhóm: Tổ chức người học thành các nhóm nhỏ (từ 8 đến 10 học viên). Nhóm trưởng phân công các thành viên nghiên cứu từng phần của chủ đề được giao trước buổi học, tiến hành thảo luận, tổng hợp và lập báo cáo nhóm.

Bài tập, tình huống và bài tập thực hành

Hệ thống bài tập trong giáo trình gắn liền với thực tế công nghệ tại xưởng:

  • Bài tập phân tích quy trình: Phân chia nguyên công, lần gá, bước và đường chuyển dao cho các chi tiết điển hình (ví dụ: chi tiết trục bậc gia công trên máy tiện vạn năng).
  • Bài tập gá đặt: Phân tích sơ đồ khống chế số bậc tự do theo nguyên tắc 6 điểm trên các chi tiết dạng hộp, dạng tấm, dạng trục; xác định hiện tượng siêu định vị hoặc thiếu định vị.
  • Bài tập tính toán: Xác định sai số gá đặt, tính toán lực kẹp cho cơ cấu nêm, cơ cấu ren vít - đòn kẹp và cơ cấu lệch tâm theo biên dạng cong Archimedes.

Phương pháp đánh giá

Quy trình đánh giá môn học tuân thủ Quy chế đào tạo hệ chính quy ban hành kèm theo Thông tư số 09/2017/TT-BLĐTBXH của Bộ Lao động - Thương binh và Xã hội, cụ thể:

  • Điểm kiểm tra thường xuyên và định kỳ (Trọng số 40%):
    • Kiểm tra thường xuyên (Hệ số 1): Thực hiện sau 15 giờ học bằng hình thức viết, vấn đáp hoặc báo cáo thảo luận nhóm (đánh giá chuẩn đầu ra A1, A2, A3, B1, B2, B3, C1, C2).
    • Kiểm tra định kỳ (Hệ số 2): Thực hiện sau 45 giờ học bằng bài kiểm tra viết tự luận hoặc trắc nghiệm (đánh giá chuẩn đầu ra A4, B4, C3).
  • Điểm thi kết thúc môn học (Trọng số 60%): Bài thi tổng hợp viết tự luận kết hợp trắc nghiệm khách quan thực hiện sau khi kết thúc toàn bộ thời lượng 60 giờ, đánh giá toàn diện các chuẩn đầu ra A, B, C.
  • Quy đổi điểm: Điểm thành phần và điểm tổng kết chấm theo thang điểm 10 (làm tròn đến một chữ số thập phân), sau đó quy đổi sang điểm chữ và thang điểm 4 theo quy chế tín chỉ.

Hướng dẫn tự học

  • Nghiên cứu trước nội dung tài liệu, giáo trình và bài giảng trước khi đến lớp.
  • Đảm bảo thời lượng chuyên cần: Tham dự tối thiểu 70% số giờ lý thuyết và 100% số giờ thực hành/thảo luận (người học vắng quá 30% lý thuyết không đủ điều kiện dự thi và phải học lại môn học).
  • Hoàn thành đầy đủ các bài tập tình huống cá nhân và bài tập nhóm được giao; chủ động liên hệ tìm hiểu cấu tạo máy và thiết bị gia công tại các cơ sở sản xuất cơ khí.

Điểm nổi bật và cập nhật

  • Chuẩn hóa thông số vật liệu dụng cụ cắt: Giáo trình tích hợp số liệu thành phần hóa học, độ cứng sau ủ, nhiệt độ tôi và độ cứng sau khi tôi - ram của nhóm thép cacbon gia công nguội không hợp kim căn cứ trực tiếp theo Tiêu chuẩn Quốc gia TCVN 8285-2009 do Bộ Khoa học và Công nghệ công bố (Bảng 2.2 và Bảng 2.3).
  • Phân loại ứng dụng mác thép cụ thể: Nêu rõ phạm vi ứng dụng của từng mác thép dụng cụ: nhóm C45U đến C90U dùng cho dụng cụ chịu va đập (búa, đục, mũi doa); riêng C80U làm mũi dao cạo; C105U làm dụng cụ cắt vật liệu mềm (dũa, mũi khoan nhỏ); C120U làm dao tiện, dụng cụ đo và khuôn kéo dây.
  • Mô tả chi tiết các cơ cấu công nghệ chuyên dùng: Cung cấp bản vẽ nguyên lý và phân tích kết cấu đồ gá chi tiết từ Hình 1.1 đến Hình 9.10, bao gồm các loại trục gá (trục gá cứng hình trụ, trục gá đàn hồi, trục gá với lò xo đĩa), các dạng chốt định vị (chốt tỳ cố định, chốt tỳ điều chỉnh, chốt tỳ tự lựa, phiến tỳ), và cơ cấu kẹp chặt chuyên biệt (kẹp bằng ren vít - đòn, bánh lệch tâm).
  • Kế thừa các công trình nghiên cứu cơ khí uy tín: Nội dung giáo trình được biên soạn dựa trên sự chọn lọc và trích dẫn các tài liệu chuyên ngành của các chuyên gia cơ khí chế tạo máy tại Việt Nam:
    1. GS.TS. Trần Văn Địch, PGS.TS. Nguyễn Trọng Bình, Công nghệ chế tạo máy, NXB Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội, 2003.
    2. GS.TS. Trần Văn Địch, Đồ gá, NXB Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội, 2004.
    3. Nguyễn Ngọc Đào, Trần Thế San, Chế độ cắt gia công cơ khí, NXB Đà Nẵng, 2002.
    4. Nguyễn Tiến Lưỡng, Trần Sỹ Túy, Giáo trình cơ sở kỹ thuật cắt gọt kim loại, NXB Giáo dục, 2007.

Đối tượng sử dụng giáo trình

  • Sinh viên/Học viên đào tạo nghề: Giáo trình phục vụ trực tiếp cho sinh viên trình độ Cao đẳng và học sinh trình độ Trung cấp chuyên ngành Cắt gọt kim loại, Công nghệ kỹ thuật cơ khí thuộc hệ thống giáo dục nghề nghiệp.
  • Yêu cầu môn học tiên quyết (Prerequisites): Người học cần hoàn thành các môn học cơ sở kỹ thuật trong khung chương trình gồm:
    • Hình học họa hình (Mã: CK19MH10 - 120 giờ)
    • Vẽ kỹ thuật 1 (Mã: CK19MH01 - 45 giờ)
    • Vật liệu cơ khí (Mã: CK19MH04 - 45 giờ)
    • Dung sai (Mã: CK19MH05 - 45 giờ)
    • Gia công nguội cơ bản (Mã: CG19MĐ01 - 75 giờ)
  • Giảng viên và cán bộ giảng dạy: Tài liệu là căn cứ chuẩn hóa phân phối chương trình, đề cương chi tiết môn học, xây dựng ngân hàng đề thi tự luận - trắc nghiệm và kế hoạch bài giảng lý thuyết/thực hành nghề cơ khí.
  • Kỹ thuật viên và công nhân kỹ thuật: Tài liệu đóng vai trò sổ tay tra cứu về nguyên tắc định vị 6 điểm, cấu tạo các chi tiết định vị, phương pháp tính lực kẹp và xử lý các sai hỏng trong quá trình cắt gọt (như khắc phục hiện tượng lẹo dao, khử rung động máy).

Câu hỏi thường gặp

1. Giáo trình này được biên soạn phục vụ cho ai?

Tài liệu được biên soạn phục vụ trực tiếp cho người học trình độ Cao đẳng và Trung cấp nghề Cắt gọt kim loại theo chương trình đào tạo của Trường Cao đẳng Dầu khí, đồng thời có thể dùng làm tài liệu tham khảo cho các ngành kỹ thuật cơ khí chế tạo máy liên quan.

2. Cần chuẩn bị những kiến thức nền tảng nào trước khi học?

Người học cần hoàn thành khối kiến thức cơ sở ngành gồm: đọc hiểu bản vẽ kỹ thuật cơ khí (Vẽ kỹ thuật 1), tính toán dung sai lắp ghép và độ nhám bề mặt (Dung sai), hiểu cấu tổ chức và cơ lý tính của thép, gang, kim loại màu (Vật liệu cơ khí), và kỹ năng thao tác cơ bản (Gia công nguội cơ bản).

3. Điểm khác biệt về mặt nội dung của giáo trình là gì?

Nội dung giáo trình tập trung làm rõ mối liên hệ giữa các hiện tượng vật lý trong quá trình cắt gọt (lực cắt, nhiệt cắt, rung động, sự hình thành lẹo dao) với việc giải quyết các bài toán công nghệ chế tạo cụ thể: chọn chuẩn, tính sai số gá đặt và thiết lập kết cấu đồ gá định vị - kẹp chặt trên máy tiện, phay, khoan, mài.

4. Phương pháp tự học giáo trình này như thế nào cho hiệu quả?

Người học cần chủ động nghiên cứu trước nội dung lý thuyết từng chương, làm việc nhóm từ 8 - 10 người để thảo luận và giải quyết các bài tập tình huống gá đặt. Cần đối chiếu các công thức tính toán chế độ cắt, sai số định vị với sơ đồ hình vẽ thực tế (Hình 1.1 đến 9.10) được cung cấp trong giáo trình.

5. Có những tài liệu bổ trợ nào được nêu trong giáo trình?

Người học có thể tham khảo các công trình chuyên sâu về Công nghệ chế tạo máyĐồ gá của GS.TS. Trần Văn Địch, Chế độ cắt gia công cơ khí của Nguyễn Ngọc Đào - Trần Thế San, Cơ sở kỹ thuật cắt gọt kim loại của Nguyễn Tiến Lưỡng - Trần Sỹ Túy, cùng các tiêu chuẩn quốc gia như TCVN 8285-2009.


Kết luận

Giáo trình Cơ sở công nghệ gia công kim loại (CG19MH03) cung cấp hệ thống kiến thức toàn diện và có cấu trúc chặt chẽ về lý thuyết cắt gọt kim loại, chất lượng bề mặt gia công, kỹ thuật chọn chuẩn và thiết kế đồ gá định vị - kẹp chặt. Tài liệu đóng vai trò là cầu nối kiến thức trọng yếu, chuyển tiếp từ các môn học cơ sở (Vẽ kỹ thuật, Dung sai, Vật liệu cơ khí) sang các mô-đun thực hành tay nghề chuyên sâu trên máy công cụ như: Gia công trên máy tiện 1 (CG19MĐ02), Gia công trên máy phay 1 (CG19MĐ04), Gia công trên máy tiện CNC 1 (CG19MĐ03), Gia công trên máy phay CNC 1 (CG19MĐ05) và Gia công trên máy mài (CG19MĐ06). Người học có thể khai thác tài liệu kết hợp cùng hệ thống Tiêu chuẩn Việt Nam và các giáo trình chuyên khảo về máy cắt kim loại để hoàn thiện năng lực chuyên môn nghề nghiệp.