Giáo trình Nguyên lý cắt dụng cụ cắt cho các trường trung học chuyên nghiệp

Giáo trình nguyên lý cắt dụng cụ cắt cung cấp kiến thức cần thiết cho sinh viên các trường trung học chuyên nghiệp trong ngành cơ khí.

• Đề tài: Nguyên Lý Cắt Dụng Cụ Cắt Cho Trường Trung Học Chuyên Nghiệp

Mục lục chi tiết

• LỜI MỞ ĐẦU
• 1. Chương 1: Vật liệu làm dao
• 1.1. Vật liệu làm thân dao
• 1.2. Vật liệu làm phần cắt gọt
• 1.2.1. Đặc điểm
• 1.2.2. Các loại vật liệu làm phần cắt gọt
• 1.2.2.1. Nhóm thép
• 1.2.2.2. Nhóm không thép
• 2. Chương 2: Khái niệm về tiện và dao tiện
• 3. Chương 3: Quá trình cắt gọt kim loại
• 4. Chương 4: Lực cắt khi tiện
• 5. Chương 5: Nhiệt cắt và sự mòn dao
• 6. Chương 6: Tốc độ cắt cho phép - Lựa chọn thông số cắt
• 7. Chương 7: Bào và xọc
• 8. Chương 8: Khoan - Khoét - Doa
• 9. Chương 9: Phay
• 10. Chương 10: Truốt
• 11. Chương 11: Mài
• Tài liệu tham khảo

Tóm tắt

I. Tổng quan Nguyên lý cắt dụng cụ cắt cho trường học chuyên nghiệp

Nguyên lý cắt dụng cụ cắt là nền tảng cho việc gia công kim loại trong môi trường giáo dục nghề. Đầu tiên, lực cắt phải đủ để phá vỡ cấu trúc tinh thể nhưng không quá lớn gây mòn dao. Tiếp theo, tốc độ cắt và chiều sâu quyết định năng suất và chất lượng bề mặt. Vật liệu dao thường là thép tốc độ cao, chịu nhiệt và ăn mòn. Khi áp dụng trong trường trung học chuyên nghiệp, giáo viên cần cân nhắc độ an toàn, chi phí bảo trì và khả năng tái sử dụng. Các lớp học thực hành thường sử dụng máy tiện, máy phay và dao cắt đa dạng. Việc hiểu rõ các thông số cắt giúp học sinh nắm bắt nhanh quá trình gia công, giảm lỗi và nâng cao kỹ năng thực tiễn. Đồng thời, kiến thức này hỗ trợ xây dựng chương trình giảng dạy chuẩn, đáp ứng yêu cầu của Bộ Giáo dục và Đào tạo.

1.1. Định nghĩa và mục tiêu của nguyên lý cắt

Nguyên lý cắt đề cập đến mối quan hệ giữa lực cắt, tốc độ và vật liệu. Mục tiêu là đạt được độ chính xác cao, bề mặt mịn và tiêu thụ năng lượng tối ưu. Trong môi trường học, mục tiêu còn bao gồm việc truyền đạt kiến thức an toàn và thực tiễn cho học sinh.

1.2. Vai trò của dụng cụ cắt trong đào tạo nghề

Dụng cụ cắt là công cụ thực hành chính. Chúng giúp học sinh nắm vững quy trình chuẩn, từ chuẩn bị vật liệu đến hoàn thiện chi tiết. Khi dụng cụ được bảo quản và bảo dưỡng đúng cách, thời gian học tập giảm, hiệu quả giảng dạy tăng.

II. Phân tích vấn đề Nguyên lý cắt dụng cụ cắt ở trường học

Trong nhiều trường trung học chuyên nghiệp, việc áp dụng nguyên lý cắt còn gặp nhiều khó khăn. Đầu tiên, thiếu hiểu biết sâu về các thông số cắt dẫn đến lỗi gia công, như gờ, vết nứt hoặc dao mòn nhanh. Thứ hai, ngân sách hạn chế khiến trường không đầu tư máy móc hiện đại hoặc dao chất lượng cao. Thứ ba, không có quy trình bảo trì thường xuyên, dẫn đến hỏng hóc thiết bị và nguy cơ an toàn. Ngoài ra, giáo viên đôi khi chưa được đào tạo cập nhật các công nghệ mới, khiến nội dung giảng dạy lạc hậu. Những vấn đề này gây giảm hiệu quả học tập, giảm động lực học sinh và tăng chi phí sửa chữa. Đánh giá kỹ lưỡng các nguyên nhân giúp đề ra giải pháp phù hợp, nâng cao chất lượng đào tạo.

2.1. Thiếu kiến thức về thông số cắt

Nhiều giáo viên chưa nắm rõ mối quan hệ giữa tốc độ cắt, lực cắt và chiều sâu. Khi thiết lập thông số không hợp lý, dao nhanh mòn, chi tiết bị lỗi, làm học sinh mất thời gian sửa chữa.

2.2. Hạn chế về ngân sách và thiết bị

Máy móc cũ, dao kém chất lượng làm giảm tốc độ sản xuất và tăng chi phí bảo trì. Khi nguồn lực tài chính không đủ, trường khó mua thiết bị hiện đại, gây hậu quả lâu dài cho chương trình đào tạo.

III. Giải pháp và phương pháp Nguyên lý cắt dụng cụ cắt cho trường nghề

Để khắc phục các vấn đề, trường nên xây dựng một lộ trình cải tiến toàn diện. Đầu tiên, tổ chức đào tạo lại cho giáo viên về thông số cắt, cách lựa chọn dao và thiết lập máy. Thứ hai, thiết lập quy trình bảo dưỡng định kỳ, bao gồm kiểm tra độ mòn dao, làm sạch hệ thống làm mát và thay dầu nhờn. Thứ ba, tìm nguồn tài trợ hoặc hợp tác với doanh nghiệp để nâng cấp thiết bị, mua dao thép tốc độ cao có tuổi thọ dài. Thứ tư, áp dụng phần mềm mô phỏng cắt để học sinh thử nghiệm trước khi vào thực tế, giảm thiểu lỗi. Cuối cùng, xây dựng tài liệu chuẩn hoá, bao gồm bảng thông số đề xuất cho từng loại vật liệu và công đoạn. Khi các giải pháp này được thực hiện đồng bộ, năng suất và chất lượng giảng dạy sẽ tăng đáng kể.

3.1. Đào tạo lại giáo viên và học sinh

Các khóa học ngắn hạn tập trung vào lý thuyết và thực hành. Học viên học cách tính lực cắt, chọn tốc độ phù hợp và điều chỉnh máy sao cho an toàn.

3.2. Đầu tư thiết bị và vật tư chất lượng

Mua dao thép tốc độ cao, hệ thống làm mát nước hoặc khí nén. Đảm bảo máy có khả năng điều chỉnh tốc độ và lực cắt, đáp ứng đa dạng yêu cầu gia công.

IV. Kết luận và ứng dụng Nguyên lý cắt dụng cụ cắt trong giáo dục

Nguyên lý cắt dụng cụ cắt không chỉ là kiến thức kỹ thuật mà còn là nền tảng cho sự phát triển nghề nghiệp của học sinh. Khi được giảng dạy đúng cách, học sinh nắm vững cách chọn công cụ, thiết lập thông số và bảo trì thiết bị. Điều này giúp giảm thiểu rủi ro, tăng hiệu suất và nâng cao chất lượng đào tạo. Ứng dụng thực tiễn bao gồm dự án thực hành, cuộc thi gia công và hợp tác với doanh nghiệp để thực hiện các nhiệm vụ thực tế. Nhờ đó, học sinh có thể chuyển đổi nhanh sang môi trường công nghiệp, đáp ứng nhu cầu thị trường lao động. Trường trung học chuyên nghiệp cần duy trì việc cập nhật kiến thức, đầu tư thiết bị và duy trì quy trình bảo trì để duy trì lợi thế cạnh tranh và chuẩn bị nguồn nhân lực chất lượng cao cho ngành công nghiệp.

4.1. Lợi ích dài hạn cho học sinh và nhà trường

Học sinh có kỹ năng thực tế, tự tin tham gia vào các dự án công nghiệp. Trường nâng cao uy tín, thu hút học sinh và nguồn tài trợ.

4.2. Hướng phát triển tương lai

Kết hợp công nghệ số, mô phỏng 3D và tự động hoá vào quy trình cắt. Điều này mở ra cơ hội học tập mới, tăng tính sáng tạo và chuẩn bị cho xu hướng công nghiệp 4.0.

Nội dung chính

Tổng quan về giáo trình

Giáo trình Nguyên lý cắt & Dụng cụ cắt là tài liệu giảng dạy chuyên môn cơ sở ngành cơ khí, được biên soạn theo khung chương trình đã được Hội đồng thẩm định của Bộ Giáo dục và Đào tạo thông qua ngày 12/4/2002. Cuốn sách do Trường Trung học Công nghiệp Hà Nội tổ chức biên soạn dưới sự chỉ đạo của Sở Giáo dục và Đào tạo Hà Nội, do kỹ sư Phạm Đình Tân làm chủ biên, Nhà xuất bản Hà Nội ấn hành. Bối cảnh xuất bản của giáo trình gắn liền với chương trình mục tiêu giai đoạn 2005–2010 của ngành giáo dục Hà Nội nhằm chuẩn hóa bộ học liệu giảng dạy và đào tạo nhân lực kỹ thuật cho ngành "Sửa chữa, khai thác thiết bị cơ khí", chuyên ngành Cắt gọt kim loại và Sửa chữa.

Về vị trí đào tạo, môn học được bố trí giảng dạy ở phần đầu khối kiến thức chuyên môn kỹ thuật của hệ đào tạo trung học chuyên nghiệp và công nhân kỹ thuật. Môn học tiếp nối các học phần cơ sở kỹ thuật (Toán học, Vật lý, Vẽ kỹ thuật, Dung sai, Vật liệu cơ khí, Cơ kỹ thuật, Sức bền vật liệu) và cung cấp cơ sở dữ liệu tính toán cho các môn học chuyên sâu tiếp theo như Máy cắt kim loại, Công nghệ chế tạo máy, Đồ gá, Thiết kế xưởng và Đồ án tốt nghiệp.

Mục tiêu học tập của giáo trình là trang bị cho người học bản chất vật lý của quá trình cắt gọt kim loại (biến dạng dẻo, lực cắt, nhiệt cắt, ma sát, rung động), các thông số hình học của dụng cụ cắt, quy luật biến đổi góc cắt trong trạng thái tĩnh và động. Đồng thời, giáo trình rèn luyện phương pháp tính toán và tra cứu chế độ cắt tối ưu (tốc độ cắt $v$, bước tiến dao $S$, chiều sâu cắt $t$) nhằm đảm bảo độ chính xác kích thước, độ bóng bề mặt và năng suất gia công.

Cách tiếp cận của giáo trình đi từ việc phân tích các quy luật vật lý cơ bản trong phương pháp tiện—phương pháp gia công cắt gọt điển hình chiếm 50–60% tổng số máy cắt kim loại—sau đó khái quát hóa và vận dụng vào các phương pháp gia công khác như bào, xọc, khoan, khoét, doa, phay, chuốt và mài. Tài liệu được thiết kế với thời lượng 45 tiết học, cấu trúc ngắn gọn, định lượng rõ ràng thông qua hệ thống bảng tra số liệu và bài tập tính toán kỹ thuật.

---

Nội dung kiến thức cốt lõi

Các chương/chủ đề chính

Toàn bộ nội dung giáo trình được phân bổ trong 11 chương cùng phần mở đầu và danh mục tài liệu tham khảo:

• Chương 1: Vật liệu làm dao (1,5 tiết): Phân loại và phân tích yêu cầu kỹ thuật của vật liệu chế tạo thân dao (thép CT51, CT61, C35, C40, C45, 35Cr, 40Cr) và phần cắt gọt. Khảo sát chi tiết hai nhóm vật liệu làm phần cắt:
  • Nhóm thép: Thép cacbon dụng cụ theo tiêu chuẩn TCVN ($CDxx$) và tiêu chuẩn Liên Xô cũ ($Y7A$ đến $Y11A$); Thép hợp kim dụng cụ ($X05$, $85X\Phi$, $9XC$, $XI$, $XBT$); Thép gió ($P9$, $P18$, $P9K10$, $P18\Phi2$); Hợp kim cứng luyện kim bột gồm nhóm 1 cacbit ($BK2$ đến $BK25$), nhóm 2 cacbit ($T30K4$, $T15K6$, $T14K8$, $T5K10$), nhóm 3 cacbit ($TT7K12$, $TT10K8B$) và bảng đối chiếu nhóm hợp kim theo tiêu chuẩn quốc tế ISO ($K$, $P$, $M$).
  • Nhóm không thép: Vật liệu sứ gốm kỹ thuật ($L\text{Ơ}M\ 332$), kim cương tự nhiên và nhân tạo, vật liệu siêu cứng Nitrit Bo lập phương (Elbor/Borazon).
• Chương 2: Khái niệm về tiện và dao tiện (5 tiết): Phân tích các chuyển động cơ bản của máy tiện (chuyển động chính quay tròn $v_c$, chuyển động tiến dao dọc $S_d$, ngang $S_n$); các yếu tố cắt ($v, S, t$), diện tích lớp cắt ($F_0 = S \cdot t = a \cdot b$) và thời gian máy ($T_m$). Khảo sát kết cấu hình học của dao tiện gồm thân dao, phần cắt, các mặt phẳng tọa độ (mặt cắt, mặt đáy, tiết diện chính, tiết diện phụ). Xác định hệ thống góc dao: góc trước $\gamma$, góc sau $\alpha$, góc sắc $\beta$, góc cắt $\delta$, góc lệch chính $\varphi$, góc lệch phụ $\varphi_1$, góc nâng lưỡi cắt $\lambda$. Khảo sát sự thay đổi góc dao thực tế do điều kiện gá lắp (gá cao/thấp hơn tâm máy, gá xiên trục) và do chuyển động tiến dao; phân loại các loại dao tiện ngoài, dao tiện lỗ, dao rãnh, dao cắt đứt và dao định hình.
• Chương 3: Quá trình cắt gọt kim loại (6 tiết): Cơ chế hình thành phoi qua miền tạo phoi $AOE$ và góc trượt $\beta$; đặc điểm của 3 dạng phoi (phoi xếp, phoi dây, phoi vụn); phân biệt biến dạng tổng cộng ($BDTC$) và biến dạng bình quân ($BDBQ$). Khảo sát hiện tượng co phoi (hệ số $K = L/L_1 = a_1/a$), hiện tượng lẹo dao (phoi bám), hiện tượng biến cứng bề mặt (chiều sâu hóa cứng đến 2 mm). Nghiên cứu hiện tượng rung động (rung động cưỡng bức và tự chấn), độ nhám bề mặt ($Ra, Rz$) theo 14 cấp nhẵn và 20 cấp chính xác tiêu chuẩn ($IT$). Quy chuẩn sử dụng dung dịch trơn nguội (nước pha phụ gia, nhũ tương émunxi, dầu pha lưu huỳnh), phương pháp và lưu lượng tưới.
• Chương 4: Lực cắt khi tiện (3 tiết): Phân tích hợp lực cắt $R$ thành ba thành phần không gian trực giao: lực tiếp tuyến $P_z$ (lực cản chính sinh công cắt), lực hướng kính $P_y$, lực chạy dao dọc trục $P_x$. Công thức thực nghiệm tính lực cắt: $$P_z = C_{Pz} \cdot t^{X_{Pz}} \cdot S^{Y_{Pz}} \cdot v^{N_{Pz}} \cdot K_{Pz}$$ Tác động cơ học của các thành phần lực lên độ võng cán dao, độ biến dạng trục chính máy cắt và độ uốn cong của chi tiết gia công. Công thức kiểm nghiệm công suất cắt ($N_{cg} \le N_{đc} \cdot \eta$).
• Chương 5: Nhiệt cắt và sự mòn dao (2 tiết): Nguồn gốc sinh nhiệt từ công biến dạng dẻo và công ma sát; phương trình cân bằng nhiệt lượng: $$Q = \frac{P_z \cdot v}{427} = Q_{phoi} + Q_{chi\ tiết} + Q_{dao} + Q_{khong\ khi}$$ Khảo sát quy luật tác động của thông số cắt ($v, S, t$) và cơ lý tính vật liệu phôi đến sự phân bố nhiệt độ trên dao; các dạng mòn và tiêu chuẩn mòn của dụng cụ cắt.
• Các chương mở rộng (Chương 6 đến Chương 11):
  • Chương 6: Tốc độ cắt cho phép và thuật toán lựa chọn thông số chế độ cắt tối ưu.
  • Chương 7: Nguyên lý và dụng cụ gia công Bào và Xọc.
  • Chương 8: Dụng cụ và chế độ cắt khi Khoan – Khoét – Doa.
  • Chương 9: Động học cắt và kết cấu dao Phay.
  • Chương 10: Nguyên lý gia công Chuốt.
  • Chương 11: Quá trình gia công Mài và đặc tính đá mài.

Kiến thức nền tảng được xây dựng

Giáo trình thiết lập nền tảng lý thuyết cắt gọt kim loại dựa trên các nguyên lý vật lý và cơ học ứng dụng:

1. Lý thuyết biến dạng dẻo trong vùng cắt: Mô hình hóa quá trình trượt tinh thể kim loại theo các mặt phẳng trượt $OA, OB, OC, OD, OE$ trong miền tạo phoi $AOE$. Xác lập quan hệ giữa góc trượt $\beta$ với biến dạng trượt và độ co rút phoi.
2. Cơ học tiếp xúc và cân bằng lực cắt: Phân tích hệ vector lực ma sát và lực pháp tuyến trên mặt trước và mặt sau của chêm cắt. Xây dựng mô hình phân rã hợp lực $R$ sang ba phương trục tọa độ của máy công cụ ($P_z, P_y, P_x$).
3. Nhiệt động học cắt gọt: Ứng dụng đương lượng cơ nhiệt ($E = 427\ \text{kGm/kcal}$) để chuyển đổi công cơ học của máy thành năng lượng nhiệt, xác lập cơ chế phân bố thông lượng nhiệt vào phoi, dao và chi tiết gia công.
4. Quy chuẩn vật liệu dụng cụ cắt: Cung cấp tiêu chuẩn hóa thành phần hóa học, độ cứng (HB, HRC, HRA), độ bền uốn ($\sigma_u$) và tính chịu nhiệt (tính cứng nóng) của vật liệu làm dao theo tiêu chuẩn Việt Nam, Liên Xô cũ và ISO.

Kỹ năng phát triển

Thông qua nội dung các bài học và ví dụ tính toán, giáo trình phát triển ba nhóm năng lực kỹ thuật:

• Kỹ năng tính toán chế độ gia công cơ khí: Tính toán các thông số tốc độ cắt $v$, số vòng quay trục chính $n$, bước tiến dao $S$, thời gian gia công cơ bản $T_m$, lực cắt tiếp tuyến $P_z$, lực chạy dao $P_x$ và kiểm toán cân bằng công suất máy cắt.
• Kỹ năng phân tích thông số hình học dụng cụ cắt: Đọc và phân tích bản vẽ kết cấu dao tiện, dao phay, mũi khoan; xác định trị số góc dao trên các mặt cắt cơ bản; tính toán sai lệch góc cắt thực tế khi gá dao lệch tâm máy ($\Delta h$) hoặc khi thân dao bị uốn dưới tác dụng của lực cắt.
• Kỹ năng lựa chọn vật liệu và điều kiện công nghệ: Tra bảng lựa chọn mác thép, hợp kim cứng phù hợp với từng loại phôi liệu (gang, thép cacbon, thép hợp kim, kim loại màu); xác định loại dung dịch trơn nguội và chế độ phun tưới thích hợp cho từng phương pháp gia công.

---

Phương pháp giảng dạy và học tập

Giáo trình được thiết kế theo phương pháp sư phạm kỹ thuật truyền thống: kết hợp giữa thuyết minh cơ chế vật lý vi mô (tổ chức kim loại, cơ chế biến dạng tinh thể) với các công thức thực nghiệm vĩ mô đã được kiểm chứng trong công nghiệp chế tạo máy. Nội dung mỗi chương được bố trí rõ ràng giữa hai phần: Mục đích (yêu cầu đầu ra về mặt nhận thức) và Yêu cầu (yêu cầu kỹ năng thực hành và tính toán của học sinh).

Phương pháp học tập và đánh giá được triển khai qua các hình thức cụ thể:

• Bài toán kỹ thuật mẫu (Case studies): Điển hình là bài toán tính toán chế độ cắt khi tiện dọc chi tiết trục thép cacbon kết cấu ($\sigma_b = 75\ \text{kG/mm}^2$) có đường kính gia công $D = 50\ \text{mm}$, lượng dư cắt $t = 2\ \text{mm}$, chiều dài $L = 300\ \text{mm}$ trên máy tiện $1A62$, sử dụng dao hợp kim cứng $T5K10$. Bài giải hướng dẫn học sinh kiểm toán đầy đủ 5 bước: chọn chiều sâu cắt $t$, tính bước tiến dao $S$ theo sức bền cán dao và sức bền cơ cấu chạy dao ($P_m = 350\ \text{kG}$), tính tốc độ cắt $v$ và số vòng quay $n$, xác định các thành phần lực cắt ($P_z = 107\ \text{kG}, P_y = 117\ \text{kG}, P_x = 89\ \text{kG}$), và kiểm tra công suất cắt tiêu thụ ($N_{cg} = 2,14\ \text{kW}$).
• Hệ thống câu hỏi ôn tập định kỳ: Cuối mỗi chương đều có danh mục câu hỏi yêu cầu giải thích hiện tượng và chứng minh công thức (ví dụ: giải thích điều kiện hình thành và phá vỡ lẹo dao, ảnh hưởng của góc nghiêng chính $\varphi$ đến lực cắt, các phương pháp xác định hệ số co phoi $K$).
• Phương pháp tự học và tra cứu: Hướng dẫn học sinh phương pháp sử dụng bảng số liệu kỹ thuật từ sổ tay chế độ cắt gọt công nghệ (ký hiệu viết tắt trong sách: CĐCKGCC), rèn luyện kỹ năng kết hợp giữa phương pháp tính toán giải tích và phương pháp tra bảng số liệu định hình.

---

Điểm nổi bật và cập nhật

Nội dung giáo trình phản ánh các đặc điểm kỹ thuật và bối cảnh chuẩn hóa giáo dục kỹ thuật tại thời điểm biên soạn:

• Tính đồng bộ theo chương trình chuẩn quốc gia: Giáo trình được xây dựng bám sát khung chương trình trung học chuyên nghiệp đã được Hội đồng thẩm định của Bộ Giáo dục và Đào tạo thông qua ngày 12/4/2002, giúp thống nhất chương trình đào tạo giữa các trường công lập, bán công và dân lập trên địa bàn Hà Nội.
• Hệ thống chuyển đổi tiêu chuẩn đa dạng: Giáo trình cập nhật việc chuyển giao ký hiệu kỹ thuật từ tiêu chuẩn Liên Xô cũ (tiêu chuẩn $OCT$) sang tiêu chuẩn Việt Nam ($TCVN$) và tiêu chuẩn quốc tế ($ISO$). Cụ thể, tài liệu lập bảng đối chiếu mác hợp kim cứng theo nhóm cắt gọt ISO ($K, P, M$) tương ứng với các mác hợp kim truyền thống như $BK6, BK8, T15K6, T5K10, TT7K12$, đồng thời cập nhật ký hiệu nhám bề mặt theo cấp chính xác $IT$ và thông số $Ra, Rz$ song song với hệ thống cấp nhẵn $V_1 - V_{14}$ trước đây.
• Cập nhật vật liệu dụng cụ tiên tiến: Bên cạnh các loại thép cắt gọt truyền thống, giáo trình đã đưa vào tài liệu giảng dạy các vật liệu mới như: hợp kim cứng phủ bề mặt bằng các lớp cacbit titan ($TiC$), nitrit titan ($TiN$) có chiều dày từ 3 đến 15 $\mu\text{m}$; vật liệu gốm sứ kỹ thuật oxit nhôm thiêu kết ($L\text{Ơ}M\ 332$ chịu nhiệt $1200^\circ\text{C}$); kim cương nhân tạo tổng hợp từ graphit ở áp suất $100.000\ \text{atm}$; và Nitrit Bo lập phương (Elbor/Borazon chịu nhiệt tới $2000^\circ\text{C}$).
• Dữ liệu thực nghiệm gắn liền với cơ sở sản xuất: Giáo trình trích xuất trực tiếp các công thức pha chế dung dịch trơn nguội đang được áp dụng tại các dây chuyền gia công thực tế của Nhà máy Cơ khí Hà Nội (ví dụ: công thức pha dầu nhũ tương émunxi kết hợp $CaCO_3$ và $NaNO_2$ cho các nguyên công mài, tiện, phay).

---

Đối tượng sử dụng giáo trình

Giáo trình Nguyên lý cắt & Dụng cụ cắt phục vụ các nhóm đối tượng cụ thể trong hệ thống giáo dục nghề nghiệp và kỹ thuật cơ khí:

• Học sinh, sinh viên các trường chuyên nghiệp: Học sinh hệ trung học chuyên nghiệp, trung cấp nghề và sinh viên cao đẳng kỹ thuật thuộc ngành "Sửa chữa, khai thác thiết bị cơ khí", chuyên ngành Cắt gọt kim loại, Công nghệ chế tạo máy và Sửa chữa cơ khí. Giáo trình là tài liệu bắt buộc phục vụ việc hoàn thành học phần 45 tiết và làm căn cứ tính toán cho Đồ án môn học Công nghệ chế tạo máy, Đồ án Đồ gá và Đồ án tốt nghiệp.
• Điều kiện tiên quyết đối với người học: Để tiếp thu đầy đủ nội dung tài liệu, học sinh cần hoàn thành các môn học khoa học tự nhiên và cơ sở kỹ thuật, bao gồm: Toán học (giải tích cơ bản, hình học lượng giác), Vật lý (cơ học, nhiệt học), Vẽ kỹ thuật cơ khí, Sức bền vật liệu, Dung sai và lắp ghép, Vật liệu học cơ khí.
• Giảng viên và cán bộ đào tạo: Làm tài liệu chuẩn để soạn đề cương bài giảng lý thuyết và giáo án thực hành xưởng; làm căn cứ ra đề thi, đề kiểm tra đánh giá môn học.
• Kỹ thuật viên và công nhân kỹ thuật: Công nhân lành nghề, kỹ thuật viên làm việc tại các phân xưởng cơ khí sử dụng tài liệu để tra cứu chế độ cắt, góc mài dao hợp lý, quy trình pha chế dung dịch bôi trơn làm nguội và xử lý các sự cố công nghệ như rung động máy, lẹo dao hoặc mòn dao nhanh.

---

Câu hỏi thường gặp

1. Giáo trình này được biên soạn cho cấp bậc đào tạo nào?

Giáo trình được biên soạn phục vụ chương trình đào tạo bậc trung học chuyên nghiệp và công nhân kỹ thuật lành nghề thuộc khối ngành Cơ khí (ngành Sửa chữa, khai thác thiết bị cơ khí). Tuy nhiên, khối lượng kiến thức lý thuyết về cơ học cắt và phương pháp tính toán lực, nhiệt trong sách vẫn đáp ứng tốt yêu cầu làm tài liệu tham khảo cho sinh viên hệ cao đẳng và đại học chuyên ngành chế tạo máy.

2. Cần hoàn thành những môn học nào trước khi học giáo trình này?

Theo Bài mở đầu của giáo trình, người học cần hoàn thành các môn học cơ sở: Vẽ kỹ thuật (để đọc bản vẽ dao và góc dao), Dung sai – Đo lường (để hiểu cấp nhẵn bề mặt và độ nhám $Ra, Rz$), Vật liệu cơ khí (để nắm vững cấu chức tế vi và cơ lý tính của phôi và dao), Cơ kỹ thuật và Sức bền vật liệu (để giải các bài toán uốn dao, xoắn trục và biến dạng dẻo).

3. Giáo trình phân loại vật liệu làm phần cắt gọt của dao như thế nào?

Vật liệu cắt gọt được phân chia thành 2 nhóm lớn:

• Nhóm thép: Gồm thép cacbon dụng cụ ($CDxx$, $Yxx$), thép hợp kim dụng cụ ($9XC, XI, XBT$), thép gió ($P9, P18, P9K10$), và hợp kim cứng thiêu kết (nhóm $BK$, nhóm $TK$, nhóm $TTK$, đối chiếu theo hệ chuẩn ISO là nhóm $K, P, M$).
• Nhóm không thép: Gồm vật liệu gốm sứ ($L\text{Ơ}M\ 332$), kim cương (tự nhiên và nhân tạo) và Nitrit Bo lập phương (Elbor/Borazon).

4. Phương pháp tính toán chế độ cắt trong giáo trình được thực hiện theo nguyên tắc nào?

Chế độ cắt được xác định kết hợp qua hai phương pháp: tính toán theo công thức thực nghiệm và tra cứu bảng số liệu. Khi tiện, chiều sâu cắt $t$ được chọn theo lượng dư gia công; bước tiến $S$ được tính toán và kiểm tra theo độ bền cán dao, độ bền cơ cấu chạy dao của máy và yêu cầu độ nhẵn bóng; tốc độ cắt $v$ được xác định dựa trên công thức hàm số phụ thuộc vào tuổi bền dao $T$, chiều sâu $t$, lượng chạy dao $S$ và các hệ số hiệu chỉnh $K_v$.

5. Hiện tượng lẹo dao (phoi bám) được giải thích và xử lý như thế nào trong tài liệu?

Lẹo dao là lớp kim loại bị biến dạng dẻo mãnh liệt bám chặt lên mặt trước dao kề lưỡi cắt, có độ cứng cao gấp 2,5 đến 3,5 lần vật liệu gia công. Hiện tượng này xuất hiện khi lực ma sát giữa phoi và mặt trước lớn hơn lực cản trượt nội bộ của kim loại phoi ($T > S_1 + Q$). Để khắc phục lẹo dao khi gia công tinh, giáo trình nêu các biện pháp: tăng góc trước $\gamma$, mài bóng mặt trước của dao, sử dụng dung dịch tưới nguội, hoặc chọn dải tốc độ cắt nằm ngoài vùng hình thành lẹo dao (đối với thép: chọn tốc độ cắt $v > 60 - 70\ \text{m/phút}$).

---

Kết luận

Giáo trình Nguyên lý cắt & Dụng cụ cắt do Trường Trung học Công nghiệp Hà Nội biên soạn là tài liệu học thuật cơ sở kỹ thuật tiêu biểu, cung cấp hệ thống lý thuyết về bản chất vật lý của quá trình cắt gọt kim loại kết hợp các phương pháp tính toán công nghệ thực nghiệm. Giá trị cốt lõi của tài liệu nằm ở tính thực hành kỹ thuật cao, hệ thống hóa chi tiết các thông số hình học của dụng cụ cắt, bảng đối chiếu mác vật liệu theo tiêu chuẩn quốc tế và quy trình tính toán công suất, lực cắt rõ ràng.

Để tiếp thu kiến thức một cách khoa học, lộ trình học tập khuyến nghị là:

1. Nắm vững tính năng cơ lý của các nhóm vật liệu làm dao và hình học góc dao ở trạng thái tĩnh tại Chương 1 và Chương 2.
2. Phân tích các hiện tượng vật lý bản chất (biến dạng, phoi, lẹo dao, nhiệt và lực) tại Chương 3, 4, 5.
3. Vận dụng giải các bài toán thực hành chế độ cắt mẫu, sau đó mở rộng nghiên cứu nguyên lý cắt cho các phương pháp gia công phức tạp hơn từ Chương 6 đến Chương 11.

Người học có thể tham khảo song song các cuốn cẩm nang công nghệ được trích dẫn trong bài giảng, đặc biệt là bộ Sổ tay Chế độ cắt gọt kim loại (CĐCKGCC) và hệ thống Tiêu chuẩn Việt Nam ($TCVN$) để hoàn thiện các bài tập tính toán và đồ án chuyên ngành.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương i : Vật liệu làm dao https://www.com/ Gém 2 loai: - Kim cuong thién nhién. - Kim cương nhân tạo: tổng hợp từ graphít ở áp suất cao ( 100.000 atm ) Ø cao = 25000 C, độ cứng kim cương nhân tạo gấp 5 + 6 lần độ cứng của hợp kim cứng. * Tính chất: Độ cứng kim cương cao, độ chịu mòn lớn gấp 10 lần so với hợp kim cứng, chịu được t° = 10 000°C Nhược điểm: giòn, khả năng chịu nhiệt thấp. * Cong dung: Chủ yếu dùng chế tạo đá mài Dao cắt kim cương ( tiện ) dùng để gia công tinh hợp kim cứng, kim loại màu, vật liệu phi kim loại tốc độ cao.

d) Nitrit Bo lap phương: ( Còn goi 1a: El - bo hay Bo - ra - zon ) * Tính chất: tương tự kim cương nhưng độ chịu nhiệt cao hơn, t° lam việc có thể chịu 2000 °%C So sánh tốc độ cắt gọt của các loại vật liệu làm phần cắt gọt ta thấy Nếu dao có lưỡi cắt bằng thép các bon dụng cụ vận tốc là = 1 thì V thép gió =4 V hợp kim cứng l các bít =36 V hợp kim cứng 2 các bít = 60 V Vật liệu sứ =110 CAU HOI ON TAP CHUONG 1 1. Hãy trình bày vị trí môn học, tính chất, yêu cầu môn học nguyên lý cắt, dụng cụ cắt. Nêu các loại vật liệu làm thân dao. Các loại vật liệu làm thân dao có tính chất, đặc điểm gì? Yêu cầu của vát liệu làm lưỡi cắt, các loại vật liệu làm lưỡi cắt thường dùng?.

So sánh các loại vật liệu thông dụng làm luối cắt. ^ 15 Nguyên lý cắt & Dụng cụ cắt. Chương 2 : Khái niệm vé tién va dabttas://www.com/ CHƯƠNG 2 Bài 2 KHÁI NIỆM VỀ TIỆN VÀ DAO TIỆN (5 tiết ) 1. Mục đích: + Giới thiệu về dao, thông số cắt, những thành phần cơ bản về gia công cắt gọt bằng phương pháp tiện.

Yêu cau: + Vẽ được các góc dao. + Hiểu được chế độ cắt. + Tính được thời gian g1a công. NỘI DUNG: Tiện là một phương pháp gia công phổ biến, đóng vai trò quan trọng trong các phân xưởng cơ khí vì tỷ lệ máy tiện chiếm tỷ lệ (50 + 60 ) % tổng số máy cắt kim loại.

Phương pháp tiện là phương pháp gia công điển hình đã được nghiên cứu hoàn chỉnh để vận dụng cho các phương pháp gia công khác.1 Khái niệm về phương pháp tiện 2.1! Khái niệm về tiện: Phương pháp tiện dùng để gia công các mặt trụ tròn xoay (trong và ngoài) các mặt định hình tiết diện tròn, gia công ren các loại, với phương pháp tiện độ chính xác bé mặt chi tiết có thể đạt tới cấp 2 khi tiện nhãn, độ bóng có thể đạt Rz10 Rz3,2 2,5 0,63 cấp nhám bề mặtV6+V8 cũ, cấp chính xác IT8§, IT6 ( VY, VY, X⁄, ⁄ mới. Để thống nhất cách ký hiệu, chúng ta sẽ nghiên cứu theo tiêu chuẩn mới trên cơ sở so sánh với các ký hiệu tiêu chuẩn cũ.2/ Các chuyển động cơ bẩn của máy tiện : - Chuyển động chính : Chuyển động xoay tròn của mâm cặp (v,). - Chuyển động tiện: Là chuyển động của bàn dao gồm : + Chuyển động dọc Sd ( chuyển động dọc theo đường tâm chỉ tiết gia công ). 16 Nguyên lý cắt & Dụng cụ cắt.

Chương 2 : Khái niệm vé tién va dabttas://www.com/ + Chuyển động ngang Sn (chuyển động .L với đường tâm chỉ tiết gia công).3! Các yếu tố cắt khi tiện: mộ _ VỊ ] Vo 5 H2.1: Các yếu tố khi tiện 2.1 Tốc độ cắt v: Tốc độ cắt v là khoảng dịch chuyển tương đối của lưỡi cắt đối với bề mặt chỉ tiết gia công trong một đơn vị thời gian, nói cách khác là khoảng dịch chuyển tương đối giữa dao và vật theo hướng chuyển động chính trong đơn vị thời gian. Theo định nghĩa thì: V=Vb+Vs vụ: Vectơ vận tốc chuyển động chính v,: Vectơ vận tỗc chuyển động tiến Nhưng thực tế Vs quá nhỏ nên ta coi như v z vụ từ v ta tính được số ZlDn 1000 Ph) n: Vòng quay chuyển động chính (v/ph) D: Đường kính lớn nhất của chỉ tiết trước gia công(mm) 2.2 Bước tiến S: Là khoảng dịch chuyển tương đối giữa dao và vật sau một vòng quay theo hướng tiến dao.3 Chiêu sâu cắt t: Là khoảng cách giữa bề mặt đã gia công và bề mặt chưa gia công. t= lnm) D: Đường kính chi tiết trước khi gia công. 17 Nguyên lý cắt & Dụng cụ cắt.

Chương 2 : Khái niệm vé tién va dabttas://www.com/ d: Đường kính chi tiết sau gia công. Tập hợp các yếu tố: v, S, t gọi là chế độ cắt.4 Diện tích lớp cắt: Diện tích cắt được xác định trên mặt phẳng chứa lưỡi cắt chính cắt qua vùng cắt gọt khi lưỡi cắt song song với mặt phẳng ngang ( I- 0 ) thể hiện trên hình vẽ H2. Diện tích đó tính như sau: Fo =S *t = a*b (mnv) Trong đó: - b: chiều rộng cắt ( chiều rộng b chính là chiều dài lưỡi đao làm việc). b= — sing - a: Chiểu dày lớp cắt là khoảng cách giữa hai vị trí lưỡi dao cắt khi dao thực hiện 1 bước S a=Ssin @.3 Thời gian chạy máy: Thời gian chạy máy là một thành phần chính của thời gian gia công một chỉ tiết (viết tắt) Tm còn gọi là thời gian đao thực hiện gia công phoi.

Thời gian chạy máy tính như sau: Tm = _a i A.s Trong đó: A: Khoảng chạy tớ A=tcotgO ẩM——=——— = y: Khoang chay qua y= t.tg@, LZ L © ca i: số lất cắt | H2.2: So dé tinh thoi gian chay may L : Chiều dài hành trình L = l + i(A +y) Chú ý: Khi tiện ngang : _ D-Do 2 t 2.4/ Hình dáng kết cấu dao tiện 18 Nguyên lý cắt & Dụng cụ cắt. Chương 2 : Khái niệm vé tién va dabttas://www.com/ lưỡi cất phụ mặt trước lưỡi cất chính mũi dao mặt sau phụ mặt sau chính H2.3 : Kết cấu dao tiện 2.1 Các bộ phận của dao tiện: Dao tiện chia làm hai phần: Phần làm việc và thân dao. a)Phần làm việc: Phần làm việc ( phần cắt ) do các mặt sau tạo nên: * Mặt trước: Là mặt theo đó phoi thoát ra trong quá trình cắt, là mặt luôn tiếp xúc với phôi trong qúa trình cắt gọt. Mặt sau chính: Mặt dao đối diện với bề mặt đang gia công của chỉ tiết.

Mặt sau phụ : Mặt dao đối diện với bề mặt đã gia công của chỉ tiết. Chú ý: Mặt sau và mặt trước không nhất thiết là mặt phẳng, nó có thể là mặt cong hoặc gấp khúc tuỳ theo yêu câu quá trình cắt. Giao tuyến các mặt phẳng tạo ra các lưỡi cắt của dao, ta có: * Lưỡi cắt chính: Giao tuyến mặt trước và mặt sau chính có nhiệm vụ cắt chủ yếu trong quá trình cắt gọt. Luỡi cắt phụ: Giao tuyến của mặt trước và mặt sau phụ.

Mũi dao: là phần nối tiếp giữa lưỡi cắt chính và lưỡi cắt phụ. Mũi dao có thể nhọn r = 0, hoặc cé ban kinh r=( 0,1 +2) mm. b) Than dao Để thống nhất cách nhận ra các góc của dao và sự ảnh hưởng của chúng tới quá trình cắt ta cần biết các mặt phẳng có liên quan tới quá trình cắt. Mặt phẳng cắt: ( Mặt cắt ) là mãt phẳng tạo thành bởi lưỡi cắt chính và véctơ tốc độ cắt tại điểm xét của lưỡi cắt.

Nếu lưỡi cắt chính cong mặt cắt tạo bởi đường tiếp tuyến với lưỡi cắt chính tại điểm đang xét với véctơ tốc độ tại điểm đó cũng cong. + + 19 Nguyên lý cắt & Dụng cụ cắt. Chương 2 : Khái niệm vé tién va dabttas://www.com/ Mặt cắt Mặt đáy H2.4: Các mặt làm việc dao tiện * Mặt đáy: Là mặt phẳng vuông với véctơ tốc độ cắt ( tại điểm xét ) do đó mặt đáy luôn vuông góc với mặt cắt. Dao bào, dao tiện mặt đáy song song với mặt tỳ của thân dao.

* Tiết diện chính: Là mặt phẳng vuông góc với hình chiếu lưỡi cắt chính trên mặt đáy. * Tiết diện phụ: Là mặt phẳng vuông góc với hình chiếu của lưỡi cắt phụ trên mặt đáy.2 Các góc của dao: a) Các góc của lưỡi dao Các góc của lưỡi dao được xác định trên mặt phẳng đáy ( mặt phẳng cơ bản ) bằng các vết của mặt phẳng chiếu lên nó:. Xác định các góc @, @ ¡, @ Mat day H2.5: Các góc dao ọ : Góc lệch chính là góc hợp bởi hình chiếu lưỡi cắt chính trên mặt đáy và hướng tiến của dao. Nguyên lý cắt & Dụng cụ cắt.

Chương 2 : Khái niệm vé tién va dabttas://www.com/ ọ„, : Góc lệch phụ là góc hợp bởi hình chiếu lưỡi cắt phụ trên mặt đáy với hướng trên dao, thực tế dao tiện có @ = 30+ 90° @;, =5°+ 451, N-N vết tiếp diện chính H2.6 Các góc dao biểu diễn trên các mặt tiếp xúc X-X H2.7 : Các góc làm việc của dao "_ Góc lấy trên mặt phẳng tiết diện chính : ta cần xác định các géc y, a, B, ồ. 21 Nguyên lý cắt & Dụng cụ cắt. Chương 2 : Khái niệm vé tién va dabttas://www.com/ * Góc trước y ( góc thoát ) : Góc giữa mặt trước và mặt đáy thông thường y=(6+20)" *. Góc sau Œ : góc giữa mặt cắt và mặt sau.

Góc sắc : góc giữa mặt trước và mặt sau. Góc cắt ö: góc giữa mặt trước và mặt cắt Góc lấy trên mặt phẳng tiết diện phụ ta được các góc + ,, 0, B,, 5, Trong đó ta chỉ cần lưu ý œ,là góc có ảnh hưởng đến lực cắt và chất lượng bề mặt thường Œ¡ = Oo. "_ Góc lấy trên mặt phẳng cắt ( mặt cắt ) ⁄⁄⁄ { Ke] dol A<I NI H2.8: Géc nâng của dao tiện * Góc nâng À: Là góc góc nghiêng của lưỡi cắt chính hợp bởi lưỡi cắt chính với mặt đáy đi qua mũi dao, quy ước nếu: Lưỡi cắt nằm trên ( Góc (lưỡi cắt và véctơ vận tốc) < 900) A>1. Lưỡi cắt nằm dưới (Góc (lưỡi cắt và véctơ vận tốc) >90)_ ^A,< 1.

Góc À thông thường = (+15) — (-159). "_ Góc lấy trên mặt phẳng dọc và ngang trục đao: Trong quá trình chế tạo cũng như mài sửa đao do chuyển động điều chỉnh của máy mài chuyên dùng khi gá dao người ta cần biết các góc không trên mặt phẳng đọc và ngang (trục dao) xx,yy. Ta cần xác định œạ„, Yạ„, œ„, y„. Quan hệ giữa góc œ, + trên mặt phẳng chính với mặt phẳng dọc và ngang như sau: tg⁄4 = f9Cos@ #fgÄsin@ tgy, =tgysing t tgdcosp cotga, = cotgacosQ Ft tgAsing cotga, = cotgasing t tgdAcos@ Dấu trên ứng với giá trị À > 0, dấu dưới ứng với À < 0 2.