Tổng quan về giáo trình

Giáo trình Gia công trên máy mài (Mã mô đun: CG19MĐ06) là tài liệu đào tạo chuyên môn nghề bắt buộc thuộc chương trình đào tạo nghề Cắt gọt kim loại trình độ Cao đẳng, do Trường Cao đẳng Dầu khí (Tập đoàn Dầu khí Quốc gia Việt Nam) ban hành kèm theo Quyết định số 186/QĐ-CĐDK ngày 25 tháng 03 năm 2020. Tài liệu do nhóm tác giả gồm Trần Thanh Ngọc (Chủ biên), Lê Anh Dũng và Đỗ Văn Thọ biên soạn với phạm vi lưu hành nội bộ, phục vụ trực tiếp công tác đào tạo nhân lực kỹ thuật cơ khí phục vụ các ngành kinh tế và công nghiệp dầu khí.

Về vị trí trong khung đào tạo, mô đun có khối lượng 5 tín chỉ (tổng thời lượng 120 giờ) và được bố trí giảng dạy sau khi sinh viên đã hoàn thành các môn học lý thuyết cơ sở cùng các mô đun chuyên ngành tiên quyết như: Gia công phay 1 (CG19MĐ04), Gia công tiện 1 (CG19MĐ02), Gia công phay CNC 1 (CG19MĐ05) và Cơ sở công nghệ gia công kim loại (CG19MH03).

Mục tiêu học tập của giáo trình được thiết kế tương thích với các chuẩn đầu ra cụ thể:

  • Về kiến thức (A1–A3): Trang bị cơ sở lý thuyết về quá trình cắt gọt khi mài, đặc tính và ký hiệu đá mài, phương pháp thử nghiệm, cân bằng tĩnh - động, kỹ thuật rà sửa đá; phân tích nguyên lý vận hành máy mài phẳng, máy mài tròn vạn năng; xác định nguyên nhân và biện pháp xử lý các dạng sai hỏng hình học và độ nhám bề mặt.
  • Về kỹ năng (B1–B3): Hình thành năng lực lựa chọn, gá lắp, cân bằng và rà sửa đá mài đạt độ đồng tâm chính xác (sai lệch $\le 0{,}05,\text{mm}$); vận hành chuẩn xác máy mài phẳng ACRA và máy mài tròn vạn năng; thực hiện mài mặt phẳng, mài 6 mặt định hình, mài mặt trụ ngoài và mài mặt côn ngoài theo quy trình công nghệ.
  • Về năng lực tự chủ và trách nhiệm (C1–C6): Rèn luyện tác phong công nghiệp, tuân thủ nghiêm ngặt quy chuẩn an toàn lao động, vệ sinh công nghiệp và khả năng tổ chức làm việc nhóm.

Cấu trúc giáo trình tiếp cận theo mô hình kết hợp lý thuyết cơ sở với thực hành định lượng. Đặc điểm kỹ thuật của tài liệu là tích hợp trực tiếp các bảng tra cứu thông số theo tiêu chuẩn Việt Nam (TCVN-C11-64) và tiêu chuẩn quốc tế (ГОСТ 3060-55), gắn liền việc tính toán chế độ cắt với thiết bị gia công cơ khí thực tế.

Nội dung kiến thức cốt lõi

Các chương và chủ đề chính

Nội dung giáo trình được cấu trúc thành 9 bài học theo trình tự logic kỹ thuật từ cấu tạo dụng cụ, chuẩn bị thiết bị đến thực thi gia công chi tiết:

  1. Bài 1: Quá trình cắt gọt khi mài và các phương pháp mài (8 giờ): Phân tích bản chất bóc tách phoi vụn (mạc kim loại) dưới tác động của vô số hạt mài vi mô; so sánh đặc tính động học giữa mài với tiện, phay, bào. Thiết lập sơ đồ và nguyên lý 4 phương pháp mài cơ bản: mài tiến dọc ($S_d$), mài tiến ngang ($S_n$), mài quay tròn ($S_v$) và mài phối hợp.
  2. Bài 2: Cấu tạo và ký hiệu các loại đá mài (4 giờ): Phân loại các nhóm hạt mài nhân tạo ($\text{Al}_2\text{O}_3$, $\text{SiC}$, $\text{B}_4\text{C}$, $\text{CBN}$, Kim cương); khảo sát 8 nhóm chất kết dính (Gốm Kêramic G, Vuncanic V, Bakêlit B, Thủy tinh biến tính, Nhựa dẻo, Cao su, Shellac, Kim loại); quy chuẩn độ hạt (hạt, bột, phấn), mật độ (cấp 1–12), độ cứng theo TCVN-C11-64 và ký hiệu hình học đá mài (V1, V2, V4, V5, V6, V7, V8).
  3. Bài 3: Phương pháp thử và cân bằng đá mài (4 giờ): Kỹ thuật thử nghiệm độ bền chịu tải cơ học (vận tốc thử lớn gấp 1,5 lần vận tốc làm việc; chạy không tải $\ge 60$ phút) và quy trình cân bằng tĩnh trên giá đỡ có thanh lăn tiết diện tròn/tam giác bằng 3 đối trọng A, B, C lệch góc $120^\circ$ theo tiêu chuẩn ГОСТ 3060-55.
  4. Bài 4: Lắp và sửa đá mài (8 giờ): Yêu cầu kỹ thuật gá lắp mặt bích thép ($D_{\text{bích}} = \frac{1}{3} D_{\text{đá}}$), đệm lót đàn hồi, thứ tự xiết ốc chéo tâm 1–2–3–4–5–6; quy trình rà sửa bề mặt đá bằng bút kim cương đặt nghiêng góc $5^\circ \div 15^\circ$ theo chiều quay và $20^\circ \div 30^\circ$ theo phương chạy dao.
  5. Bài 5: Vận hành máy mài phẳng (8 giờ): Khảo sát thông số máy mài phẳng ACRA (động cơ $1{,}5,\text{kW}$, $3000,\text{v/p}$, hành trình bàn $470,\text{mm}$); chức năng mâm từ tính, hệ thống cấp nguồn thủy lực và bảng điều khiển.
  6. Bài 6: Mài mặt phẳng trên máy mài phẳng (24 giờ): Kỹ thuật định vị, gá đặt phôi trên bàn từ, quy trình mài thô, mài tinh bề mặt và gia công hoàn thiện chi tiết 6 mặt; phân tích nguyên nhân cong vênh, cháy bề mặt và giải pháp xử lý.
  7. Bài 7: Vận hành máy mài tròn (8 giờ): Cấu tạo máy mài tròn vạn năng, nguyên lý phối hợp chuyển động giữa ụ trục chính, ụ phôi và bàn máy di chuyển tịnh tiến.
  8. Bài 8: Mài mặt trụ ngoài trên máy mài tròn (24 giờ): Thiết lập thông số công nghệ mài chi tiết dạng trục có tâm và vô tâm; phương pháp kiểm soát sai lệch độ tròn, độ côn và độ nhám.
  9. Bài 9: Mài mặt côn ngoài trên máy mài tròn (32 giờ): Kỹ thuật xoay bàn máy trên hoặc xoay ụ đá để gia công bề mặt côn ngoài ngắn và dài; kiểm tra góc côn bằng calip dưỡng và đồng hồ so.

Kiến thức nền tảng được xây dựng

Giáo trình thiết lập hệ thống cơ sở lý thuyết nhiệt - cơ học trong gia công cắt gọt:

  • Động học quá trình tách phoi: Phân tích 3 giai đoạn tiếp xúc giữa hạt mài và bề mặt kim loại: Giai đoạn trượt $\rightarrow$ Giai đoạn nén (biến dạng dẻo) $\rightarrow$ Giai đoạn tách phoi. Toàn bộ chu trình bóc tách phoi diễn ra trong khoảng thời gian cực ngắn từ $0{,}0001$ đến $0{,}00005$ giây kèm theo lượng nhiệt ma sát rất lớn tại vùng cắt.
  • Tính toán lực cắt và công suất:
    • Lực cắt tiếp tuyến xác định theo mô hình thực nghiệm: $$P_z = C_p \cdot 10 \quad (\text{N})$$ (với hệ số vật liệu $C_p = 2{,}2$ áp dụng cho thép đã tôi, thép chưa tôi và gang).
    • Mối quan hệ giữa lực hướng kính và lực cắt: $P_y = (1 \div 3) P_z$, làm cơ sở đánh giá độ cứng vững hệ thống công nghệ và khả năng biến dạng đàn hồi của chi tiết dạng trục mảnh.
    • Công thức tính công suất động cơ trục đá mài ($N_{\text{đá}}$) và công suất dẫn động chi tiết ($N_{\text{ct}}$) với hiệu suất truyền dẫn $\eta = 0{,}75 \div 0{,}85$ cùng hệ số an toàn tải trọng $k = 1{,}2 \div 1{,}5$.
  • Cơ sở vật liệu hạt mài và chất kết dính: Nguyên lý tương tác hóa học và cơ tính giữa vật liệu hạt mài với vật liệu phôi (ví dụ: hạt oxit nhôm $\text{Al}_2\text{O}_3$ chiếm $75%$ ứng dụng cho thép tôi; hạt $\text{SiC}$ xanh $97%$ dùng cho hợp kim cứng; hạt CBN chịu nhiệt đến $1371^\circ\text{C}$; hạn chế dùng kim cương gia công thép chứa Coban/Niken do hiện tượng khuếch tán Cacbon).

Kỹ năng phát triển

  • Kỹ năng kỹ thuật (Technical skills): Nhận diện chính xác ký hiệu đá mài theo chuẩn kỹ thuật; thao tác kiểm tra nứt bằng sóng âm (gõ búa kiểm tra âm vang); thực hiện cân bằng tĩnh đạt trị số mất cân bằng giới hạn theo cấp 1–4 (chuẩn ГОСТ 3060-55); gá đặt đá mài đạt độ đảo mặt đầu và hướng kính $\le 0{,}05,\text{mm}$; hiệu chỉnh mũi rà kim cương với chiều sâu rà thô ($0{,}02 \div 0{,}03,\text{mm}$) và rà tinh ($0{,}01,\text{mm}$).
  • Kỹ năng phân tích (Analytical skills): Đo lường và xác định nguyên nhân gây sai hỏng cơ học (hiện tượng cháy bề mặt do chọn đá quá cứng hoặc thiếu chất làm mát; độ nhám bề mặt không đạt do đá bị trơ lỳ hoặc rung động mất cân bằng; sai số hình học do lực hướng kính $P_y$ tác động).
  • Năng lực thực hành nghề nghiệp (Practical competencies): Vận hành độc lập máy mài phẳng ACRA và máy mài tròn vạn năng; gá kẹp phôi chắc chắn trên mâm từ tính; thiết lập cữ hành trình tự động đảm bảo khoảng cách tâm đá vượt quá mặt đầu phôi $30 \div 50,\text{mm}$; bảo dưỡng định kỳ hệ thống bôi trơn máy bằng dầu công nghiệp nhãn hiệu M.

Phương pháp giảng dạy và học tập

Giáo trình được triển khai theo mô hình sư phạm kỹ thuật kết hợp giữa thuyết giảng tích cực và thực hành huấn luyện trực tiếp tại xưởng cơ khí:

  • Phương pháp sư phạm của giảng viên:
    • Giảng dạy lý thuyết: Áp dụng phương pháp nêu vấn đề, giải thích sơ đồ động lực học mài, phân tích bản vẽ kỹ thuật máy, hướng dẫn quy trình tra cứu tiêu chuẩn đá mài.
    • Hướng dẫn thực hành: Thực hiện thao tác mẫu theo quy chuẩn an toàn; phân chia nhóm học tập nhỏ ($8 \div 10$ sinh viên) để thảo luận kỹ thuật, giao bài tập tình huống xử lý sự cố thiết bị và hướng dẫn tự học có định hướng.
  • Tổ chức thực hành và bài tập tình huống: Thời lượng thực hành chiếm tỷ trọng chủ đạo trong mô đun ($87/120$ giờ, tương đương $72{,}5%$). Sinh viên được trực tiếp thao tác các bài thực hành mài phẳng tấm, mài 6 mặt vuông góc, mài trục bậc, mài mặt côn bằng phương pháp xoay bàn máy hoặc xoay đầu đá.
  • Phương pháp và hình thức đánh giá: Quy trình đánh giá tích lũy kết quả học tập tuân thủ Quy chế đào tạo Cao đẳng hệ chính quy (Thông tư 09/2017/TT-LĐTBXH) và quy định nội bộ của Trường Cao đẳng Dầu khí:
    • Kiểm tra thường xuyên (Hệ số 1): Đánh giá sau 15 giờ học bằng hình thức viết, vấn đáp hoặc báo cáo thảo luận (Chuẩn đầu ra A1, A2, A3, B1, B2, B3, C1, C2).
    • Kiểm tra định kỳ (Hệ số 2): Đánh giá sau 45 giờ học thông qua bài kiểm tra lý thuyết tổng hợp hoặc bài thực hành kỹ năng (Chuẩn đầu ra A4, B4, C3).
    • Tổng điểm đánh giá quá trình: Chiếm trọng số $40%$ tổng điểm mô đun.
    • Thi kết thúc môn học: Chiếm trọng số $60%$, tổ chức sau khi hoàn thành 120 giờ bằng hình thức viết tự luận kết hợp trắc nghiệm lý thuyết và thực hành thao tác gia công sản phẩm hoàn chỉnh. Thang điểm 10 được làm tròn đến một chữ số thập phân và quy đổi sang thang điểm chữ/thang điểm 4.
  • Quy định tự học và chuyên cần: Sinh viên bắt buộc tham dự tối thiểu $70%$ thời lượng lý thuyết và $100%$ các bài giảng thực hành tại xưởng (người học vắng quá $30%$ số tiết lý thuyết phải học lại mô đun). Hoạt động tự học bao gồm việc đọc trước giáo trình, hoàn thành bảng câu hỏi trắc nghiệm/tình huống cuối mỗi bài học và chuẩn bị báo cáo kỹ thuật theo phân công nhóm.

Điểm nổi bật và cập nhật

  • Tính quy chuẩn hóa theo chương trình đào tạo 2020: Giáo trình được phê duyệt chính thức theo Quyết định số 186/QĐ-CĐDK ngày 25/03/2020, tích hợp khung chuẩn năng lực nghề Cắt gọt kim loại hiện đại, thay thế các tài liệu giảng dạy phân mảnh trước đây.
  • Tích hợp thông số thiết bị công nghiệp cụ thể: Toàn bộ nội dung hướng dẫn vận hành mài phẳng được xây dựng chi tiết trên hệ máy mài phẳng ACRA công nghiệp, cung cấp đầy đủ thông số kích thước gia công cực đại ($450 \times 150 \times 200,\text{mm}$), đường kính đá mài lớn nhất ($250,\text{mm}$), vận tốc quay trục chính ($3000,\text{v/p}$) và cơ chế điều khiển thủy lực.
  • Cập nhật công nghệ dụng cụ mài tiên tiến: Giáo trình cập nhật cấu trúc và phạm vi ứng dụng của các dòng hạt mài hiện đại như Boron Nitride thể lập phương (CBN) chịu nhiệt độ vùng cắt tới $1371^\circ\text{C}$, đá mài kim cương nhân tạo, kỹ thuật rà sửa biên dạng bằng đầu rà kim cương đơn tinh thể và đa tinh thể.
  • Hệ thống hóa bảng tra định lượng: Tài liệu cung cấp hệ thống bảng tra cứu kỹ thuật đồng bộ, bao gồm:
    • Bảng đối chiếu ký hiệu chất kết dính giữa 4 tiêu chuẩn (Việt Nam, Liên Xô, Trung Quốc, Tiệp Khắc).
    • Bảng phân cấp độ cứng đá mài theo TCVN-C11-64.
    • Bảng giới hạn mất cân bằng đá mài theo ГОСТ 3060-55 quy định chi tiết khối lượng mất cân bằng cho phép (từ 7 đến 465 gam) tương ứng với 4 cấp chất lượng, chiều cao đá ($<25,\text{mm}$ đến $200,\text{mm}$) và đường kính đá ngoài ($250,\text{mm}$ đến $1100,\text{mm}$).
    • Bảng hướng dẫn lựa chọn hạt mài, độ hạt, độ cứng và chất kết dính cho hơn 15 nhóm vật liệu kỹ thuật khác nhau (thép đã tôi, thép gió, thép không rỉ, gang xám, gang rèn, hợp kim cứng, đồng thau, nhôm, than đá, sành sứ).

Đối tượng sử dụng giáo trình

  • Sinh viên chuyên ngành: Tài liệu phục vụ bắt buộc cho sinh viên theo học trình độ Cao đẳng nghề Cắt gọt kim loại tại Trường Cao đẳng Dầu khí và các cơ sở giáo dục nghề nghiệp đào tạo khối ngành cơ khí chế tạo máy.
  • Yêu cầu kiến thức tiên quyết (Prerequisites): Người học cần hoàn thành khối kiến thức cơ sở bao gồm: Vẽ kỹ thuật 1 & 2 (CK19MH01, CK19MH02), Cơ kỹ thuật (CK19MH03), Vật liệu cơ khí (CK19MH04), Dung sai lắp ghép và đo lường (CK19MH05), An toàn - vệ sinh lao động (ATMT19MH01), Autocad (CG19MH01), Gia công nguội cơ bản (CG19MĐ01), Cơ sở công nghệ gia công kim loại (CG19MH03), Gia công tiện 1 (CG19MĐ02), Gia công phay 1 (CG19MĐ04) và Gia công phay CNC 1 (CG19MĐ05).
  • Giảng viên và cán bộ hướng dẫn thực hành: Sử dụng giáo trình làm khung chuẩn để xây dựng đề cương chi tiết, bài giảng tích hợp, giáo án xưởng, lập phiếu phân tích bước công việc và thiết kế ngân hàng đề kiểm tra đánh giá định kỳ/kết thúc mô đun.
  • Kỹ thuật viên và công nhân cơ khí: Làm tài liệu tra cứu kỹ thuật tại các nhà máy, xưởng chế tạo cơ khí về thông số chọn đá mài, quy chuẩn an toàn gá lắp đá, quy trình cân bằng động - tĩnh và kỹ thuật sửa đá mài định hình.

Câu hỏi thường gặp

1. Giáo trình này được biên soạn phù hợp với đối tượng người học nào?

Giáo trình được biên soạn chuyên biệt cho sinh viên trình độ Cao đẳng chuyên ngành 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 kỹ thuật cho công nhân kỹ thuật gia công cơ khí chính xác tại các doanh nghiệp chế tạo.

2. Người học cần đáp ứng những điều kiện tiên quyết nào trước khi học mô đun này?

Sinh viên cần tích lũy các môn học đại cương và cơ sở nghề gồm Vẽ kỹ thuật, Dung sai, Cơ kỹ thuật, Vật liệu cơ khí, An toàn lao động cùng các mô đun thực hành gia công cơ bản như Gia công nguội, Gia công tiện 1, Gia công phay 1 và Gia công phay CNC 1.

3. Cấu trúc nội dung giáo trình có điểm gì khác biệt so với các tài liệu lý thuyết cắt gọt chung?

Tài liệu tập trung chuyên sâu vào công nghệ gia công mài với tỷ trọng thực hành chiếm $72{,}5%$ ($87/120$ giờ). Nội dung đi sâu vào các quy chuẩn thao tác an toàn kỹ thuật thực nghiệm: kiểm tra nứt bằng âm thanh, cân bằng tĩnh trên giá đỡ 3 đối trọng theo chuẩn ГОСТ 3060-55, gá lắp mặt bích đúng tỷ lệ $\frac{1}{3}$, rà sửa đá bằng mũi kim cương và vận hành trực tiếp dòng máy mài phẳng ACRA và máy mài tròn vạn năng.

4. Phương pháp tự học giáo trình như thế nào để đạt hiệu quả cao?

Người học cần nghiên cứu nội dung lý thuyết và trả lời hệ thống câu hỏi thảo luận cuối mỗi bài trước khi đến lớp; tuân thủ hướng dẫn tự học nhóm ($8 \div 10$ người); đối chiếu thường xuyên các thông số chế độ cắt với bảng tra cứu lựa chọn đá mài (Bảng 2.4) và quy tắc an toàn vận hành xưởng thực hành.

5. Giáo trình có những tài liệu bổ trợ và quy chuẩn tham khảo nào đi kèm?

Giáo trình trích dẫn và kế thừa dữ liệu từ các tài liệu tham khảo chuyên ngành:

  • Kỹ thuật mài – Tác giả: Nguyễn Văn Tính, Trường CNKT I Hà Nội (1996).
  • Thực hành cơ khí tiện - phay - bào - mài – Nhóm tác giả: Trần Thế San, Hoàng Trí, Nguyễn Thế Hùng, Nhà xuất bản Đà Nẵng (2000).
  • Hệ thống tiêu chuẩn kỹ thuật: Tiêu chuẩn độ cứng đá mài Việt Nam (TCVN-C11-64) và Tiêu chuẩn độ mất cân bằng đá mài Liên Xô (ГОСТ 3060-55).

Kết luận

Giáo trình Gia công trên máy mài (Mã mô đun: CG19MĐ06) do Trường Cao đẳng Dầu khí ban hành năm 2020 cung cấp hệ thống kiến thức toàn diện và có cấu trúc chặt chẽ về công nghệ gia công mài kim loại. Tài liệu xác lập lộ trình đào tạo rõ ràng từ nguyên lý nhiệt - cơ học trong quá trình bóc tách phoi vụn, phương pháp lựa chọn và xử lý dụng cụ mài (thử nghiệm, cân bằng, gá lắp, rà sửa) đến kỹ năng vận hành máy mài phẳng ACRA và máy mài tròn vạn năng để gia công các dạng bề mặt phẳng, mặt trụ và mặt côn. Với cấu trúc bài học gắn liền các tiêu chuẩn kỹ thuật thực nghiệm (TCVN-C11-64, ГОСТ 3060-55) và danh mục tài liệu tham khảo chuẩn mực của các tác giả Nguyễn Văn Tính, Trần Thế San, giáo trình là tài liệu học thuật định lượng, đáp ứng đầy đủ yêu cầu đào tạo kỹ thuật viên cắt gọt kim loại trình độ cao đẳng.