Giáo Trình Mô Đun Nguyên Lý Cắt Gọt Kim Loại

Giáo trình nghiên cứu nguyên lý cắt nghề cắt gọt kim loại cđlt, trình bày lý thuyết rõ ràng, minh họa ví dụ thực tế, phù hợp sinh viên .

• Tác giả: Trương Thị Ngọc Thư
• Trường học: Trường Cao Đẳng Cơ Giới
• Chuyên ngành: Cắt Gọt Kim Loại
• Đề tài: Giáo Trình Nguyên Lý Cắt Gọt Kim Loại Cho Sinh Viên Cao Đẳng
• Loại tài liệu: Giáo Trình
• Địa điểm: Quảng Ngãi

Mục lục chi tiết

• LỜI GIỚI THIỆU
• 1. CHƯƠNG 1: VẬT LIỆU LÀM DAO
• 1.1. Vật liệu làm thân dao
• 1.2. Vật liệu làm phần cắt
• 2. CHƯƠNG 2: KHÁI NIỆM VỀ TIỆN VÀ DAO TIỆN
• 2.1. Hình dáng và kết cấu dao tiện. Sự thay đổi góc dao khi làm việc. Các loại dao tiện
• 3. CHƯƠNG 3: QUÁ TRÌNH CẮT KIM LOẠI
• 3.1. Sự hình thành phoi và các loại phoi. Biến dạng kim loại trong quá trình cắt. Các biểu hiện của biến dạng. Các hiện tượng xảy ra trong quá trình cắt. Sự tưới nguôi
• 4. CHƯƠNG 4: LỰC CẮT KHI TIỆN
• 4.1. Phân tích và tổng hợp lực. Tác dụng của lực lên dao, máy, vật. Các nhân tố ảnh hưởng đến lực. Công thức tính lực và thực hành tính lực
• 5. CHƯƠNG 5: NHIỆT CẮT VÀ SỰ MÒN DAO
• 6. CHƯƠNG 6: CHỌN CHẾ ĐỘ CẮT KHI TIỆN
• 6.1. Trình tự chọn chế độ cắt. Tính chế độ cắt. Chọn chế độ cắt bằng bảng số
• 7. CHƯƠNG 7: BÀO VÀ XỌC
• 7.1. Công dụng và đặc điểm. Cấu tạo dao bào và dao xọc. Yếu tố cắt khi bào và xọc. Lựa chọn chế độ cắt
• 8. CHƯƠNG 8: KHOAN, KHOÉT, DOA
• 8.1. Công dụng và đặc điểm
• 9. CHƯƠNG 9: PHAY
• 9.1. Các loại dao phay và công dụng. Cấu tạo dao phay mặt trụ và dao phay mặt đầu. Yếu tố cắt khi phay. Lực cắt khi phay. Đường lối chọn chế độ cắt khi phay bằng bảng số. Ví dụ về chọn chế độ cắt
• 10. CHƯƠNG 10: CHUỐT
• 10.1. Cấu tạo của dao chuốt
• 10.2. Yếu tố cắt khi chuốt
• 10.3. Chọn chế độ cắt khi chuốt
• 11. CHƯƠNG 11: CẮT BÁNH RĂNG
• 11.1. Các phương pháp cắt răng. Cấu tạo dao phay lăn răng và xọc răng. Các yếu tố cắt khi lăn và xọc răng. Lựa chọn chế độ cắt khi phay lăn răng và xọc răng
• 12. CHƯƠNG 12: CẮT REN
• 12.1. Các phương pháp gia công ren. Tarô và bàn ren
• 13. CHƯƠNG 13: MÀI
• 13.1. Đặc điểm phương thức và các phương pháp mài. Các loại đá mài và ứng dụng. Cấu tạo đá mài và ứng dụng. Yếu tố cắt. Chọn chế độ cắt
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về Giáo Trình Nguyên Lý Cắt Gọt Kim Loại

Giáo trình Nguyên lý cắt gọt kim loại là tài liệu quan trọng cho sinh viên cao đẳng ngành cơ khí. Tài liệu này không chỉ cung cấp lý thuyết mà còn hướng dẫn thực hành, giúp sinh viên nắm vững các khái niệm cơ bản về cắt gọt kim loại. Nội dung giáo trình được biên soạn dựa trên chương trình khung đào tạo, đảm bảo tính ứng dụng cao trong thực tế.

1.1. Mục tiêu của giáo trình Nguyên lý cắt gọt kim loại

Giáo trình nhằm trang bị cho sinh viên kiến thức về các loại vật liệu làm dao, quy trình cắt gọt và các phương pháp gia công cơ khí. Sinh viên sẽ hiểu rõ hơn về cách chọn chế độ cắt tối ưu và ứng dụng thực tiễn trong ngành cơ khí.

1.2. Cấu trúc của giáo trình Nguyên lý cắt gọt kim loại

Giáo trình được chia thành nhiều chương, mỗi chương tập trung vào một khía cạnh cụ thể của cắt gọt kim loại, từ vật liệu làm dao đến các phương pháp gia công khác nhau. Điều này giúp sinh viên dễ dàng theo dõi và nắm bắt kiến thức.

II. Vấn đề và Thách thức trong Nguyên lý Cắt Gọt Kim Loại

Trong quá trình học tập và ứng dụng nguyên lý cắt gọt kim loại, sinh viên thường gặp phải nhiều thách thức. Những vấn đề này có thể liên quan đến việc chọn lựa vật liệu, chế độ cắt, và các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm. Việc hiểu rõ các thách thức này sẽ giúp sinh viên có giải pháp hiệu quả hơn.

2.1. Các vấn đề thường gặp khi cắt gọt kim loại

Sinh viên có thể gặp khó khăn trong việc xác định các thông số cắt phù hợp, dẫn đến chất lượng sản phẩm không đạt yêu cầu. Ngoài ra, việc lựa chọn vật liệu làm dao cũng là một thách thức lớn.

2.2. Tác động của các yếu tố đến quá trình cắt

Nhiệt độ, lực cắt và độ cứng của vật liệu là những yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến quá trình cắt. Việc không kiểm soát tốt các yếu tố này có thể dẫn đến hư hỏng dụng cụ và giảm hiệu suất làm việc.

III. Phương pháp và Giải pháp trong Cắt Gọt Kim Loại

Để giải quyết các vấn đề trong cắt gọt kim loại, cần áp dụng các phương pháp và giải pháp hiệu quả. Việc lựa chọn đúng chế độ cắt và vật liệu làm dao là rất quan trọng. Các phương pháp này không chỉ giúp nâng cao hiệu suất mà còn đảm bảo chất lượng sản phẩm.

3.1. Các phương pháp cắt gọt kim loại hiệu quả

Có nhiều phương pháp cắt gọt kim loại như tiện, phay, khoan, và mài. Mỗi phương pháp có ưu điểm và nhược điểm riêng, cần được lựa chọn dựa trên yêu cầu cụ thể của sản phẩm.

3.2. Giải pháp tối ưu hóa chế độ cắt

Việc tối ưu hóa chế độ cắt bao gồm việc điều chỉnh tốc độ, lượng cắt và áp lực cắt. Điều này giúp giảm thiểu mài mòn dụng cụ và nâng cao hiệu suất gia công.

IV. Ứng dụng Thực tiễn của Nguyên lý Cắt Gọt Kim Loại

Nguyên lý cắt gọt kim loại có ứng dụng rộng rãi trong ngành cơ khí. Từ sản xuất linh kiện máy móc đến chế tạo sản phẩm tiêu dùng, kiến thức về cắt gọt kim loại là rất cần thiết. Việc áp dụng lý thuyết vào thực tiễn sẽ giúp sinh viên phát triển kỹ năng và nâng cao khả năng cạnh tranh.

4.1. Ứng dụng trong sản xuất công nghiệp

Nguyên lý cắt gọt kim loại được áp dụng trong nhiều lĩnh vực sản xuất, từ chế tạo máy móc đến sản xuất linh kiện điện tử. Việc hiểu rõ nguyên lý này giúp nâng cao chất lượng sản phẩm và giảm chi phí sản xuất.

4.2. Kết quả nghiên cứu và ứng dụng thực tiễn

Nhiều nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc áp dụng đúng nguyên lý cắt gọt kim loại có thể cải thiện đáng kể hiệu suất làm việc và chất lượng sản phẩm. Các kết quả này đã được chứng minh qua nhiều dự án thực tế.

V. Kết luận và Tương lai của Nguyên lý Cắt Gọt Kim Loại

Nguyên lý cắt gọt kim loại là một lĩnh vực quan trọng trong ngành cơ khí. Tương lai của ngành này sẽ phụ thuộc vào sự phát triển của công nghệ và các phương pháp gia công mới. Việc cập nhật kiến thức và kỹ năng là rất cần thiết để đáp ứng yêu cầu của thị trường.

5.1. Tương lai của ngành cắt gọt kim loại

Với sự phát triển của công nghệ, ngành cắt gọt kim loại sẽ tiếp tục có những bước tiến mới. Các công nghệ như CNC và tự động hóa sẽ ngày càng phổ biến, tạo ra nhiều cơ hội cho sinh viên.

5.2. Cơ hội nghề nghiệp cho sinh viên

Sinh viên tốt nghiệp ngành cắt gọt kim loại sẽ có nhiều cơ hội việc làm trong các công ty sản xuất, chế tạo máy móc và các lĩnh vực liên quan. Kiến thức vững vàng về nguyên lý cắt gọt sẽ là lợi thế lớn trong thị trường lao động.

Nội dung chính

Tổng quan về giáo trình

Giáo trình Nguyên lý cắt (Mã số mô đun: MH09) là tài liệu giảng dạy chuyên môn thuộc chương trình đào tạo nghề Cắt gọt kim loại ở trình độ Cao đẳng liên thông, được ban hành theo quyết định của Trường Cao đẳng Cơ giới Quảng Ngãi (Chủ biên: Trương Thị Ngọc Thư). Trong cấu trúc chương trình đào tạo nghề gồm 38 môn học/mô đun với tổng thời lượng 900 giờ (41 tín chỉ), MH09 giữ vị trí học phần kỹ thuật cơ sở bắt buộc với tổng thời lượng 45 giờ (34 giờ lý thuyết, 8 giờ bài tập/thảo luận, 3 giờ kiểm tra). Môn học được bố trí giảng dạy sau khi sinh viên đã hoàn thành các học phần kỹ thuật nền tảng bao gồm: Vẽ kỹ thuật, Vật liệu cơ khí, Cơ lý thuyết, Sức bền vật liệu, AutoCAD và Dung sai – đo lường kỹ thuật. Kết quả học tập của mô đun này là điều kiện tiên quyết để người học tiếp thu các mô đun công nghệ chuyên sâu tiếp theo như Máy cắt và máy điều khiển theo chương trình số (MĐ10), Đồ gá (MĐ11), Công nghệ chế tạo máy – Thiết kế quy trình công nghệ (MĐ12), Doa lỗ trên máy doa vạn năng (MĐ13), Tiện chi tiết có gá lắp phức tạp (MĐ14), và Lập chương trình gia công trên máy phay CNC (MĐ15).

Mục tiêu học tập của giáo trình tập trung vào việc cung cấp hệ thống kiến thức toàn diện về bản chất cơ lý của quá trình cắt gọt kim loại, cấu tạo và thông số hình học của các loại dụng cụ cắt, quy luật biến dạng, quy luật phát sinh lực cắt, nhiệt cắt và cơ chế mài mòn dao. Đồng thời, giáo trình trang bị phương pháp luận giúp người học tính toán và lựa chọn chế độ cắt tối ưu ($V, s, t$) cho từng phương pháp gia công cơ khí cụ thể.

Cấu trúc giáo trình bao gồm 13 chương được biên soạn theo phương pháp tiếp cận từ lý thuyết cơ sở đại cương đến các ứng dụng gia công định hình cụ thể trong ngành chế tạo máy. Điểm đặc sắc của tài liệu là sự tích hợp giữa các công thức phân tích giải tích cơ học và hệ thống bảng số tra cứu chế độ cắt thực nghiệm, phục vụ trực tiếp cho công tác đào tạo thực hành nghề nghiệp.

---

Nội dung kiến thức cốt lõi

                             GIÁO TRÌNH NGUYÊN LÝ CẮT (MH09)
[LÝ THUYẾT CƠ SỞ CẮT GỌT]          [CƠ HỌC VÀ NHIỆT CẮT GỌT]           [CÁC PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG]
                                                                            cắt răng, ren, mài

Các chương/chủ đề chính

• Chương 1: Vật liệu làm dao: Phân tích yêu cầu kỹ thuật đối với vật liệu làm thân dao (chịu lực uốn, độ cứng bề mặt cao; sử dụng thép CT5, C35, 35Cr, 40Cr) và vật liệu làm phần cắt (độ cứng $60-65\text{ HRC}$, độ bền cơ học, tính chịu nóng $700-800^\circ\text{C}$, tính chịu mài mòn và tính công nghệ). Trình bày hệ thống các nhóm vật liệu: thép carbon dụng cụ (như Y10A có hàm lượng carbon $0{,}95-1{,}09%$), thép hợp kim dụng cụ (9CrSi, CrWMn), thép gió (P9, P18 chịu nhiệt đến $600^\circ\text{C}$, tốc độ cắt $25-35\text{ m/ph}$), hợp kim cứng thiêu kết luyện kim bột (nhóm 1 carbide WC-Co ký hiệu BK/K dùng cho vật liệu giòn; nhóm 2 carbide WC-TiC-Co ký hiệu TK/P dùng cho vật liệu dẻo; nhóm 3 carbide WC-TiC-TaC-Co ký hiệu TTK/M; cùng các lớp phủ màng mỏng TiC, TiN chịu nhiệt $1000^\circ\text{C}$ với tốc độ cắt $V > 300\text{ m/ph}$), và kim cương nhân tạo tổng hợp từ graphite.
• Chương 2: Khái niệm về tiện và dao tiện: Định nghĩa các chuyển động cắt gồm chuyển động chính (quay tròn của phôi), chuyển động chạy dao (ngang, dọc) và chuyển động phụ. Xác lập các yếu tố chế độ cắt: vận tốc cắt $V_c = \frac{\pi D n}{1000}\text{ (m/ph)}$, chiều sâu cắt $t = \frac{D-d}{2}\text{ (mm)}$, lượng chạy dao $S\text{ (mm/vòng)}$. Khảo sát cấu tạo hình học dao tiện (mặt trước, mặt sau chính, mặt sau phụ, lưỡi cắt chính/phụ/nối tiếp) và sự thay đổi góc độ dao khi làm việc thực tế do gá đặt dao lệch tâm máy ($\theta = \arcsin\frac{H}{R}$) hoặc do ảnh hưởng của chuyển động chạy dao ngang.
• Chương 3: Quá trình cắt kim loại: Mô tả bản chất biến dạng đàn hồi và biến dạng dẻo tạo phoi, cơ chế hình thành vết nứt phá hủy; hiện tượng co rút phoi theo chiều dài và chiều ngang; hiện tượng lẹo dao bám dính mặt trước dao; hiện tượng rung động cưỡng bức và tự rung trong hệ thống công nghệ Máy – Gá – Dao – Chi tiết (MGDC); các chỉ tiêu đo độ nhám bề mặt ($Ra, Rz, R_{max}, h_q$); tác dụng làm nguội và bôi trơn của dung dịch tưới nguội (nhũ tương, nước pha xút, axit béo, dầu thực vật).
• Chương 4: Lực cắt khi tiện: Phương pháp phân tích lực cắt không gian thành ba thành phần vuông góc: lực tiếp tuyến $P_z$ (lực cắt chính lớn nhất, dùng để tính công suất cắt $N_c = \frac{P_z \cdot V}{1000}$ và mô men xoắn trục chính $M_c = P_z \cdot \frac{D}{2}$), lực hướng kính $P_y$ (gây uốn võng chi tiết $y = \frac{P_y \cdot l^3}{k E I} \le [y]$), và lực dọc trục $P_x$ (tác dụng lên cơ cấu chạy dao). Phân tích các nhân tố ảnh hưởng và công thức giải tích tính lực.
• Chương 5: Nhiệt cắt và sự mòn dao: Cân bằng nhiệt năng $Q = Q_F + Q_d + Q_c + Q_{mt}$ (nhiệt truyền vào phoi $75-80%$, vào dao $15-20%$, vào chi tiết $4%$, và môi trường). Bốn nguyên nhân mài mòn theo lý thuyết của Summer Smith và Delepiereux (ma sát cơ học, khối lẹo dao xuất hiện và mất đi liên tục, khuếch tán thẩm thấu tại vùng tiếp xúc, nứt tế vi). Khảo sát 3 giai đoạn mòn dao (bắt đầu, mòn bình thường, mòn khốc liệt tới hạn) và 5 dạng mòn đặc trưng (mòn mặt sau, mòn mặt trước, mòn lưỡi liềm, mòn mũi dao, mòn cùn lưỡi cắt).
• Chương 6 đến Chương 13: Quy trình tính toán và tra cứu bảng số chế độ cắt cho nguyên công tiện và mở rộng phân tích thông số hình học, lực cắt, công suất cắt cho các phương pháp gia công: Bào và xọc (Chương 7); Khoan, khoét, doa (Chương 8); Phay mặt phẳng, phay mặt trụ, phay mặt đầu (Chương 9); Chuốt (Chương 10); Cắt bánh răng bằng phay lăn răng và xọc răng (Chương 11); Cắt ren bằng ta-rô và bàn ren (Chương 12); Gia công mài với cấu tạo, độ hạt đá mài và các phương pháp mài (Chương 13).

[Tiến trình phát triển nội dung]:
Vật liệu phần cắt & thân dao (C1)

Kiến thức nền tảng được xây dựng

• Lý thuyết nền tảng (Fundamental theories): Lý thuyết biến dạng dẻo trượt tinh thể kim loại dưới tác dụng của ứng suất cắt vượt quá giới hạn bền; lý thuyết cân bằng và truyền nhiệt trong vùng cắt cơ khí; lý thuyết mài mòn tiếp xúc và khuếch tán kim loại ở nhiệt độ cao của Summer Smith và Delepiereux.
• Nguyên lý cốt lõi (Core principles): Nguyên lý phân tích và tổng hợp hệ lực cắt ba chiều trong hệ tọa độ Descartes ($P_x, P_y, P_z$); nguyên lý động học chuyển động cắt tương đối giữa dao và chi tiết; nguyên lý chuyển đổi góc độ tĩnh sang góc độ làm việc thực tế của dụng cụ cắt khi gá đặt lệch tâm máy.
• Khung phân loại thiết yếu (Essential frameworks): Khung phân loại vật liệu hợp kim cứng theo tiêu chuẩn quốc tế ISO (nhóm P cắt phoi dây, nhóm K cắt phoi vụn, nhóm M vạn năng) song song với hệ thống tiêu chuẩn GOST (BK, TK, TTK); khung hệ thống công nghệ toàn diện Máy – Gá – Dao – Chi tiết (MGDC).

Kỹ năng phát triển

• Kỹ năng kỹ thuật (Technical skills): Kỹ năng tính toán các thông số chế độ cắt ($V, s, t$); tính toán lực cắt chính $P_z$, mô men cắt $M_c$, công suất cắt $N_c$ và công suất động cơ máy $N_{dc}$; tính toán độ võng đàn hồi $y$ của chi tiết gia công; kỹ năng dựng hình và vẽ các góc độ hình học của dao cắt.
• Kỹ năng phân tích (Analytical skills): Khả năng phân tích nguyên nhân gây rung động cưỡng bức và tự rung trong quá trình gia công để xác định biện pháp triệt tiêu dao động; khả năng chuẩn đoán các dạng mài mòn dao để hiệu chỉnh thông số cắt; phân tích định lượng độ nhám bề mặt qua các chỉ số $Ra, Rz$.
• Năng lực thực tiễn (Practical competencies): Kỹ năng lựa chọn chính xác mác vật liệu làm thân dao và phần cắt phù hợp với từng nhóm vật liệu gia công; kỹ năng gá đặt dao đúng tâm máy; tra cứu thành thạo bảng số chế độ cắt phục vụ thiết lập quy trình công nghệ tiện, phay, bào, chuốt, mài trên các máy công cụ công nghiệp.

---

Phương pháp giảng dạy và học tập

Giáo trình định hướng áp dụng phương pháp dạy học tích cực nhằm phát triển năng lực tự chủ và kỹ năng giải quyết vấn đề kỹ thuật của người học. Quá trình dạy và học được tổ chức kết hợp giữa thuyết trình ngắn, diễn giảng lý thuyết, phương pháp nêu vấn đề và thảo luận nhóm nhỏ.

                  CƠ CẤU ĐÁNH GIÁ MÔN HỌC NGUYÊN LÝ CẮT (MH09)

Về điều kiện cơ sở vật chất, môn học yêu cầu phòng học chuyên môn chuẩn được trang bị máy chiếu (projector), máy vi tính, bảng, tranh vẽ kỹ thuật, giáo trình, mô hình thực hành và mẫu dụng cụ cắt trực quan.

Trong quá trình tổ chức bài tập và thảo luận (chiếm 8 giờ trong chương trình), giảng viên phân chia lớp thành các nhóm nhỏ từ 2 đến 3 người học. Nhóm trưởng phân công các thành viên tìm hiểu nội dung bài học, tiến hành tính toán các bài tập thiết kế chế độ cắt, phân tích lực cắt, xác định góc gá dao, sau đó tổng hợp kết quả để viết báo cáo và trình bày trước lớp.

Quy trình kiểm tra và đánh giá học phần được thực hiện theo Quy chế đào tạo Cao đẳng hệ chính quy ban hành kèm theo Thông tư số 09/2017/TT-BLĐTBXH ngày 13/3/2017 của Bộ Lao động – Thương binh và Xã hội, với cách phân bổ trọng số cụ thể:

• Điểm kiểm tra thường xuyên và định kỳ (Trọng số 40%): Gồm 01 cột kiểm tra thường xuyên (hệ số 1, hình thức hỏi miệng hoặc thuyết trình sau 3 giờ học, đánh giá chuẩn đầu ra A1, C1, C2) và 03 cột kiểm tra định kỳ (hệ số 2, hình thức tự luận, trắc nghiệm hoặc thực hành sau 8 giờ học, đánh giá chuẩn đầu ra A2, B1, C1, C2).
• Điểm thi kết thúc môn học (Trọng số 60%): Tổ chức sau 45 giờ học bằng hình thức thi vấn đáp kết hợp thực hành trên mô hình, đánh giá tổng hợp toàn bộ các chuẩn đầu ra (A1, A2, A3, B1, B2, C1, C2). Điểm môn học chấm theo thang điểm 10, làm tròn đến một chữ số thập phân và quy đổi sang điểm chữ theo quy chế đào tạo tín chỉ.

Đối với người học, giáo trình quy định rõ trách nhiệm chuẩn bị bài, nghiên cứu giáo trình và tài liệu tham khảo trước khi lên lớp, tham gia tối thiểu 70% tổng thời lượng môn học (người học vắng quá 30% thời lượng bắt buộc phải học lại mô đun mới đủ điều kiện dự thi).

---

Điểm nổi bật và cập nhật

• Biên soạn bám sát khung chương trình chuẩn quốc gia: Giáo trình được hội đồng giảng viên Trường Cao đẳng Cơ giới Quảng Ngãi trực tiếp biên soạn theo đúng chương trình khung đào tạo Cao đẳng liên thông nghề Cắt gọt kim loại, đảm bảo tính liên kết chặt chẽ với các học phần kỹ thuật cơ sở và mô đun chuyên ngành.
• Cập nhật hệ thống chuẩn hóa vật liệu dụng cụ cắt: Song song với việc trình bày hệ thống ký hiệu mác thép và hợp kim theo tiêu chuẩn Liên Xô cũ (P9, P18, 9XC, BK8, T15K6, TT7K12), giáo trình cập nhật đầy đủ bảng phân loại hợp kim cứng theo tiêu chuẩn quốc tế ISO (các nhóm P, M, K). Đồng thời, tài liệu cung cấp dữ liệu kỹ thuật về các loại mảnh dao hợp kim cứng phủ lớp màng mỏng TiC, TiN dày vài micromet, nâng cao độ cứng lên trên $91\text{ HRA}$, chịu nhiệt tới $1000^\circ\text{C}$ và cho phép gia công ở dải tốc độ $V > 300\text{ m/ph}$.
• Tích hợp ứng dụng vật liệu siêu cứng: Bổ sung nội dung phân tích cơ tính và phạm vi ứng dụng của kim cương nhân tạo tổng hợp từ graphite dưới nhiệt độ và áp suất cao, có độ cứng vi mô gấp 5–6 lần hợp kim cứng, ứng dụng làm đá mài dụng cụ hợp kim cứng và dao gia công tinh kim loại màu, gang.
• Gắn kết trực tiếp với thực nghiệm sản xuất: Giáo trình không dừng lại ở mô hình lý thuyết thuần túy mà tích hợp trực tiếp các công thức tính toán kiểm nghiệm công suất máy, độ võng chi tiết gia công, phương pháp chọn tuổi bền kinh tế của dao, và giải pháp kỹ thuật triệt tiêu rung động trong hệ thống công nghệ MGDC.

---

Đối tượng sử dụng giáo trình

• Học viên và sinh viên: Đối tượng đào tạo chính là sinh viên trình độ Cao đẳng và Cao đẳng liên thông thuộc nghề Cắt gọt kim loại, Công nghệ kỹ thuật cơ khí và Chế tạo máy.
• Yêu cầu kiến thức tiên quyết (Prerequisites): Người học cần hoàn thành các học phần nền tảng:
  • Vẽ kỹ thuật & AutoCAD: Kỹ năng đọc hiểu bản vẽ chi tiết, góc độ hình học và quy ước ký hiệu.
  • Vật liệu cơ khí: Kiến thức về cấu trúc kim loại, độ cứng (HB, HRC, HRA), tính nhiệt luyện và chuyển biến pha.
  • Cơ lý thuyết & Sức bền vật liệu: Kỹ năng phân tích hệ lực không gian, tính toán mô men, ứng suất uốn/kéo/nén và biến dạng đàn hồi của vật thể.
  • Dung sai – Đo lường kỹ thuật: Khái niệm về sai số gia công và các chỉ tiêu nhám bề mặt ($Ra, Rz$).
• Giảng viên chuyên ngành: Sử dụng làm tài liệu giảng dạy chuẩn để xây dựng đề cương bài giảng, tổ chức các giờ học lý thuyết (34 giờ) và hướng dẫn bài tập (8 giờ), đồng thời làm căn cứ biên soạn ngân hàng đề thi kiểm tra thường xuyên, định kỳ và đề thi vấn đáp kết thúc môn học.
• Kỹ thuật viên và cán bộ kỹ thuật: Tài liệu lưu hành nội bộ phục vụ tra cứu thông số vật liệu dao, góc độ dao cắt và định mức chế độ cắt trong các xưởng cơ khí gia công thực tế.

---

Câu hỏi thường gặp

1. Giáo trình này phù hợp với đối tượng đào tạo nào?

Giáo trình được thiết kế chuẩn mực cho sinh viên hệ Cao đẳng và Cao đẳng liên thông nghề Cắt gọt kim loại, đồng thời là tài liệu tham khảo cho sinh viên các ngành kỹ thuật cơ khí chế tạo máy.

2. Sinh viên cần chuẩn bị kiến thức nền tảng nào trước khi học mô đun này?

Sinh viên cần tích lũy đầy đủ kiến thức từ các môn học tiên quyết gồm: Vẽ kỹ thuật, Vật liệu cơ khí, Cơ lý thuyết, Sức bền vật liệu, AutoCAD và Dung sai – đo lường kỹ thuật để có khả năng tính toán cơ học và đọc hiểu thông số kỹ thuật.

3. Điểm khác biệt của giáo trình này so với các tài liệu lý thuyết cắt gọt chung là gì?

Tài liệu được kết cấu theo chuẩn mô đun nghề (MH09), kết hợp chặt chẽ giữa lý thuyết vật lý cắt gọt cơ bản với 13 nhóm nguyên công thực tế (tiện, phay, bào, xọc, khoan, chuốt, mài, cắt răng, cắt ren), kèm theo hệ thống bảng số liệu tra cứu chế độ cắt thực tế.

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

Người học cần nghiên cứu nội dung lý thuyết trước mỗi buổi học, thực hiện đầy đủ các bài tập tính lực cắt và tra bảng số ở cuối mỗi chương, đồng thời tham gia thảo luận nhóm (2–3 người) để giải quyết các bài toán công nghệ thực tế.

5. Giáo trình dẫn chiếu từ những nguồn tài liệu tham khảo nào?

Nội dung giáo trình được tổng hợp và tham khảo từ các tài liệu chuyên ngành:

• Sổ tay gia công cơ – PGS.TS Trần Văn Địch (NXB Khoa học và Kỹ thuật).
• Chế độ cắt gia công cơ khí – Nguyễn Ngọc Đào, Hồ Viết Bình, Trần Thế San.
• Giáo trình Nguyên lý cắt và dụng cụ cắt – Phạm Đình Tân (NXB Hà Nội, 2005).

---

Kết luận

Giáo trình Nguyên lý cắt (MH09) của Trường Cao đẳng Cơ giới Quảng Ngãi là tài liệu học thuật cơ sở hệ thống hóa toàn bộ các nguyên lý vật lý, cơ học và công nghệ của quá trình gia công cắt gọt kim loại. Tài liệu cung cấp cơ sở dữ liệu khoa học giúp người học hiểu rõ bản chất biến dạng, lực cắt, nhiệt cắt và cơ chế mòn dao, từ đó làm chủ kỹ năng xác lập chế độ cắt tối ưu trên các thiết bị gia công cơ khí.

Lộ trình học tập đề xuất cho người học là hoàn thành toàn diện 13 chương của mô đun MH09 làm bàn đạp vững chắc trước khi tiếp cận các mô đun công nghệ chuyên môn tiếp theo như MĐ10 (Máy cắt và máy CNC), MĐ11 (Đồ gá), MĐ12 (Công nghệ chế tạo máy) và MĐ17 (Thực tập sản xuất). Người học nên kết hợp tra cứu giáo trình cùng các tài liệu bổ trợ chuyên sâu của PGS.TS Trần Văn Địch và các tác giả chuyên ngành để nâng cao năng lực giải quyết các bài toán công nghệ cơ khí trong thực tế sản xuất.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1: VẬT LIỆU LÀM DAO Giới thiệu: Bài học này giúp cho người học biết được các loại vật liệu làm dao cắt (phần cán và phần lưỡi). Thông qua bài học, người học biết được các tính năng của từng loại vật liệu làm dao và chọn được vật liệu làm dao hợp lý Mục tiêu: - Trình bày được tính năng, công dụng của các loại vật liệu làm dao. - Chọn được vật liệu làm dao phù hợp điều kiện gia công (phần thân dao và lưỡi cắt). - Rèn luyện tính kỷ luật, kiên trì, cẩn thận, nghiêm túc, chủ động và tích cực sáng tạo trong học tập.

Phương pháp giảng dạy và học tập - Đối với người dạy: Sử dụng phương pháp giảng giảng dạy tích cực (diễn giảng, vấn đáp, dạy học theo vấn đề); - Đối với người học: Chủ động đọc trước giáo trình trước buổi học Điều kiện thực hiện bài học - Phòng học chuyên môn hóa/nhà xưởng: Phòng học chuyên môn - Trang thiết bị máy móc: Máy chiếu và các thiết bị dạy học khác - Học liệu, dụng cụ, nguyên vật liệu: Chương trình môn học, giáo trình, tài liệu tham khảo, giáo án, phim ảnh, và các tài liệu liên quan. - Các điều kiện khác: Không có Kiểm tra và đánh giá bài học - Nội dung:  Kiến thức: Kiểm tra và đánh giá tất cả nội dung đã nêu trong mục tiêu kiến thức  Kỹ năng: Đánh giá tất cả nội dung đã nêu trong mục tiêu kĩ năng.  Năng lực tự chủ và trách nhiệm: Trong quá trình học tập, người học cần: + Nghiên cứu bài trước khi đến lớp + Chuẩn bị đầy đủ tài liệu học tập. + Tham gia đầy đủ thời lượng môn học.

+ Nghiêm túc trong quá trình học tập. - Phương pháp:  Điểm kiểm tra thường xuyên: 1 điểm kiểm tra (hình thức: hỏi miệng)  Kiểm tra định kỳ lý thuyết: không có 13 Nội dung chính: 1. Vật liệu làm thân dao 1. Quá trình cắt gọt thân dao chịu tác dụng của các lực cơ học, sự biến dạng thân dao ảnh hưởng lớn đến góc độ đầu dao, do đó có các yêu cầu sau: - Thân dao: Bị lực cắt gây uốn, kéo, xoắn, nén.chủ yếu là uốn, do đó thân dao phải có khả năng chống uốn.

-Khi kẹp do lực kẹp nên mặt thân dao bị biến dạng nên thân dao phải có độ cứng bề mặt cao. Các loại vật liệu và phạm vi ứng dụng. Khi bề mặt có yêu cầu kĩ thuật không cao, sử dụng các loại thép: CT5, CT61, C35. Khi bề mặt có yêu cầu kĩ thuật thông thường, sử dụng các loại thép: 35Cr, 40Cr 2.

Vật liệu làm phần cắt.Độ cứng: Thường vật liệu cần gia công trong chế tạo cơ khí là thép, gang… có độ cứng cao, do đó để có thể cắt được, vật liệu làm dao phần cắt dụng cụ phải có độ cứng cao hơn (60 – 65HRC) b.Độ bền cơ học: Dụng cụ cắt thường phải làm việc trong điều kiện rất khắc nghiệt : tải trọng lớn không ổn định, nhiệt độ cao, ma sát lớn, rung động…. Dễ làm lưỡi cắt của dụng cụ sứt mẻ. Do đó vật liệu làm phần cắt dụng cụ cần có độ bền cơ học (sức bền uốn, kéo, nén, va đập…) cang cao càng tốt.Tính chịu nóng: Ở vùng cắt, nơi tiếp xúc giữa dụng cụ và chi tiết gia công dụng cụ và chi tiết gia công, do kim loại bị biến dạng, ma sát…nên nhiệt độ rất cao (700 – 800 oC), có khi đạt đến hàng ngàn độ (khi mài). Ở nhiệt độ này vật liệu làm dụng cụ cắt có thể bị thay đổi cấu trúc do chuyển biến pha làm cho các tính năng cắt giảm xuống.

Vì vậy vật liệu phần cắt dụng cụ cần có tính chịu nóng cao nghĩa là vẫn giữ được tính cắt ở nhiệt độ cao trong một thời gian dài.Tính chịu mài mòn: Làm việc trong điều kiện nhiệt độ cao, ma sát lớn thì sự mòn dao là điều thường xảy ra. Thông thường vật liệu càng cứng thì tính chống mài mòn càng cao. Tuy nhiên ở điều kiện nhiệt độ cao khi cắt (700 – 800 0C) thì hiện tuợng mài mòn cơ học không còn là chủ yếu nữa, mà ở đây sự mài mòn chủ yếu do hiện tượng chảy dính (bám dính giữa vật liệu gia công và vật liệu làm dụng cụ cắt) là cơ bản. Ngoài ra do việc giảm độ cứng ở phần cắt do nhiệt độ cao khiến cho lúc này hiện tượng mòn xảy ra càng khốc liệt.

Vì vậy, vật liệu làm phần cắt dụng cụ phải có tính chịu mòn cao.Tính công nghệ: 14 Vật liệu làm dụng cụ cắt phải dể chế tạo: dễ rèn, cán, dễ tạo hình bằng cắt gọt, có tính thấm tôi cao, dễ nhiệt luyện… Ngoài các yêu cầu chủ yếu nêu trên, vật liệu làm phần cắt dụng cụ phải có tính dẫn nhiệt tốt, độ dai chống va đập cao và giá thành rẻ. Các loại vật liệu và phạm vi ứng dụng. Thép dụng cụ. Thép Cacbon dụng cụ: Để đạt được độ cứng, tính chịu nhiệt và chịu mài mòn, lượng C trong thép Cacbon dụng cụ không thể được dưới 0,7% (thường từ 0,7- 1,3%)và lượng P, S thấp (P< 0,035%, S < 0,025%) Độ cứng sau khi tôi và ram đạt HRC = 60 - 62.

-Sau khi ủ độ cứng đạt đượckhoảng HB = 107-217 nên dễ gia công cắt và gia công bằng áp lực. -Độthấm tôi nên thường tôi trong nước do đó dễ gây ra nứt vỡ nhất là những dụng cụ có kích thước lớn. -Tính chịu nóng kém, độ cứng giảm nhanh khi nhiệt độ đạt đến 200o – 300oC ứng với tốc độ cắt 4-5 m/ph. -Khó mài và dễ biến dạng khi nhiệt luyện do đó ít dùng để chế tạo những dụng cụ định hình, cần phải mài theo prôphin khi chế tạo.

Dưới đây là bản nêu thành phần hóa học, cơ lý tính và phạm vi ứng dụng của một số mác thép Cácbon dụng cụ thường gặp. Giả sử ta có nhãn hiệuY10A -Chữ Y: kí hiệu của Cácbon. -Chữ A:kí hiệu của chất lượng tốt(hàm lượng P,S <0,03%) -Số10: giá trị trung bình của cácbon trong thép(0,95- 1,09%) Ngoài ra còn có các nhãn hiệu khác như Y7,Y8…Y10,Y12 nhưng chất lượng kém hơn(không có chữ A) nên hiện nay ít dùng 2.Thép hợp kim dụng cụ: Thép hợp kim dụng cụ là loại thép có hàm lượng Cacbon cao, ngoài ra còn có thêm một số nguyên tố hợp kim với hàm lượng nhất định ( 0.5 – 3%) Các nguyên tố hợp kim như: Cr, W, Co, V có tác dụng: - Làm tăng tính thấm tôi của thép - Tăng tính chịu nóng đến 300oC, tương ứng với tốc độ cắt cao hơn thép cacbon dụng cụ khoảng 20%. Thành phần hoá học của một số nhãn hiệu thép hợp kim dụng cụ % Nhóm Nhãn Kí hiệu hiệu Liên C Mn Si Cr W V xô cũ I Thép 12,5- 0,2-0,4 <0,35 0,04- - - 15 Cr05 1,1 0,06 85CrV XB 0,3-0,6 <0,35 0,45- - 0,15- 0,8-,0, 0,7 0,3 9 II Cr X 0,95- <0,4 <0,35 1,3-,1, - - 9CrSi 9XC 1,1 0,3-0,6 1,2-1,6 6 - - 0,85- 0,95-,1 0,95 ,25 III CrMn X 1,3-1,5 0,45- <0,35 1,3-1,6 - - CrWMn XB 0,9-1,0 0,7 0,15- 0,9-1,2 1,2-1,6 - 0,8-1,0 0,35 IV CrW5 XB5 1,25-,1 <0,3 <0,3 0,4-0,7 4,5-5,5 0,15- ,5 0,30 Chú thích: C – cacbon, Mn – mangan, Si – silic, Cr – crôm, W – vonram, V – vanadi.

Ký hiệu của liên xô cũ: X – Crôm, T – mangan, B – vôngam Thép hợp kim dụng cụ nhóm I thường dùng chủ yếu để chế tạo các loại dụng cụ dùng để gia công gỗ. Thép hợp kim dụng cụ nhóm II do có lượng Crôm lớn ( 1 – 1.5 %) nên có tính thấm tôi và cắt gọt tốt hơn. Loại này chịu nhiệt khoảng 220 – 300oC. Thép hợp kim dụng cụ nhóm III có độ thám tôi cao, iýt thay đổi kích thước khi nhiệt luyện, nên thường chế tạo các loại dụng cụ cắt có độ chính xác cao và hình dáng phức tạp: mũi doa, ta rô, dao chuốt và các loại dụng cụ đo… Thép hợp kim dụng cụ nhóm IV có hàm lượng Vonfram lớn, hạt mịn nênđộ cứng cao, tuy nhiên độ độ thâm tôi thấp dùng để chế tạop6 các loại dụng cụ cắt cần có lưỡi cắt sắc bén.

Tuổi bền cao và để gia công các loại vật liệu cứng. Nhìn chung, thép hop75 kim dụng cụ chủ yếu được dùng dùng để chế tạo các laọi dụng cụ cầm tay và gia công ở tốc độ thấp. Thép gió có tính cắt cao hơn hẳn các loại thép nên trên, do đó từ khi thép gió ra đời, nó đã tạo ra một cuộc cách mạng về cắt gọt và năng suất gia công, làm xuất hiện một thế hệ các máy bán tự động và tự đông tốc độ cao. Nền cơ bản của thép gió vẫn là thép cacbon, nhưng có hàm lượng Cacbon cao hơn, đặc biệt hàm lượng các nguyên tố hợp kim Crôm, Vônfram, Côban, Vana di tăng lên đáng kể nhất là wonfram.

Những nguyên tố hợp kim này hợp với Cácbon tạo thành các cacbít kim loại có độ cứng cao, chịu mòn tốt, trong đó cácbít wonfram (WC) đóng vai trò nòng cốt. Các 16 cácbít này ở nhiệt độ nhỏ hơn 600oC sẽ không thoát ra khỏi mạng máctensit nên vật liệu vẫn giữ được tính cắt tốt. Tác dụng chủ yếu của Crôm là tăng độ thấm tôi, Vanadi tạo thành cacbít Vanadi có độ cứng cao, chịu mòn tốt , Côban không tạo thành cacbít mà hoà tan vào sắt, khi lượng Cácbon lớn hơn 5% thì tính chịu nhiệt của thép gió nâng cao. Ngoài ra còn có các loại thép gió có năng suất cao Ngoài ra, chất lượng thép gió phụ thuộc rất nhiều vào nhiệt luyện.

Vì vậy khi nhiệt luyện thép gió cần chú ý một số điểm chủ yếu sau: Không nung nóng thép gió đột ngột đến nhiệt độ cao, (nhiệt độ tôi khoảng 1300oC) mà phải tăng nhiệt độ dần dần từ 650 oC, vì thép gió có độ dẫn nhiệt kém. Thông thường thép gió được nung nóng qua ba lò với nhiệt độ lần lượt 650 oC, 850 o C,và 1300oC Phải ram sau khi tôi nhiều lần (3 lần) mổi lần trong 1 giờ ( nhiệt độ ram 560 oC. Sau mỗi lần ram phải để nguội đến nhiệt độ thường. Những tính năng cơ bản của thép gió là: -Độ thấm tôi lớn, sau khi tôi đạt độ cứng HRC = 63 – 66.

-Độ chịu nhịêt khoảng 600oC tương ứng với tốc độ cắt V = 25 - 35m/ph. So sánh giữa P18 và P9: -Năng suất gia công khác nhau không đáng kể. -P9 rẻ hơn P18 (vì hàm lượng W chỉ bằng một nửa) -P18 chịu mòn tốt hơn, dể mài sắc, mài bóng hơn và có tính bền cao hơn P9. Hợp kim cứng.

Từ năm 1915-1925 ở Mỹ và Đức đã tiến hành thử nghiệm chế tạo hợp kim cứng. Ơ Liên Xô cũ, hợp kim cứng ra đời vào những năm 1930-1935.