A. Lý thuyết trọng tâm

I. Gia công cơ khí

Gia công cơ khí là quá trình chế tạo ra sản phẩm cơ khí từ vật liệu ban đầu. Trong quá trình này, người thực hiện sử dụng máy móc, công cụ, công nghệ kết hợp với việc áp dụng các nguyên lí vật lí để biến phôi liệu thành các thành phẩm đạt yêu cầu kĩ thuật.

Ngày nay, có rất nhiều phương pháp gia công cơ khí khác nhau, chẳng hạn như: đúc, hàn, rèn, khoan, tiện, phay, cắt laser… Tuỳ thuộc vào yêu cầu kĩ thuật cụ thể của sản phẩm mà người ta có thể áp dụng một phương pháp đơn lẻ hoặc kết hợp nhiều phương pháp khác nhau.

II. Phân loại gia công cơ khí

Có nhiều cách phân loại các phương pháp gia công cơ khí. Hai cách phổ biến nhất là:

Phân loại theo công nghệ gia công gồm hai nhóm: gia công cơ khí không phoi và gia công cơ khí có phoi (còn gọi là gia công cắt gọt).

Phân loại theo lịch sử phát triển công nghệ gồm: gia công cơ khí truyền thống và gia công cơ khí hiện đại.

1. Gia công cơ khí không phoi

Khái niệm: Gia công cơ khí không phoi là quá trình gia công mà trong đó khối lượng vật liệu được giữ nguyên – nghĩa là không có phần vật liệu thừa nào bị thải ra bên ngoài. Vật liệu chỉ thay đổi về hình dạng, kích thước chứ không bị cắt bỏ bớt.

Các phương pháp tiêu biểu: Nhóm gia công không phoi bao gồm nhiều phương pháp đa dạng như: đúc, rèn, dập nóng, dập nguội, cán, kéo, ép, hàn…

Đặc điểm sản phẩm: Sản phẩm tạo ra từ phương pháp gia công không phoi phần lớn là phôi – tức sản phẩm mới chỉ được tạo hình ở mức sơ bộ, với kích thước còn thô và độ nhẵn bề mặt chưa cao. Tuy nhiên, cũng có không ít phương pháp gia công không phoi cho ra sản phẩm đạt độ chính xác cũng như độ nhẵn bề mặt cao, điển hình như đúc áp lực, đúc chính xác theo mẫu nóng chảy, rèn khuôn chính xác…

Ví dụ sản phẩm thực tế: Lan can cầu thang sắt (hàn), thanh thép xây dựng (cán), thép tấm (cán), chuông chùa (đúc), dao, lưỡi cuốc (rèn)…

2. Gia công cơ khí có phoi

Khái niệm: Gia công cơ khí có phoi là quá trình gia công trong đó một lượng vật liệu nhất định bị cắt gọt bỏ đi – phần vật liệu bị loại bỏ này được gọi là phoi. Đây chính là lí do phương pháp này còn có tên gọi khác là gia công cắt gọt.

Nguyên tắc hoạt động: Dụng cụ cắt sẽ tác động vào phôi, cắt gọt đi một lớp kim loại ở bên ngoài hoặc bên trong cho đến khi chi tiết đạt được hình dạng, kích thước và độ nhẵn bề mặt theo yêu cầu thiết kế.

Các phương pháp tiêu biểu: Tiện, phay, bào, xọc, khoan, doa, mài… Quá trình gia công được thực hiện trên các máy cắt kim loại hoặc bằng công cụ cầm tay như cưa, dũa, cạo…

Đặc điểm sản phẩm: Sản phẩm của phương pháp gia công có phoi là các chi tiết cơ khí được chế tạo theo đúng bản thiết kế, đạt độ chính xác cao về kích thước lẫn độ nhẵn bề mặt.

Ví dụ sản phẩm thực tế: Các chi tiết máy, mặt bích, trục xe, bánh răng…

Kết nối nghề nghiệp: Nghề cắt gọt kim loại sử dụng các máy cắt kim loại (máy tiện cơ/CNC, máy phay cơ/CNC, máy khoan, máy mài…) cùng các dụng cụ cắt để chế tạo chi tiết, thiết bị cơ khí. Đây là nghề thường gặp tại các nhà máy, xí nghiệp sản xuất và chế tạo trong lĩnh vực cơ khí.

3. Gia công cơ khí khác

Bên cạnh hai nhóm truyền thống kể trên, ngành chế tạo máy hiện nay còn phát triển thêm nhiều phương pháp gia công mới hoạt động dựa trên các nguyên tắc khác biệt. Có thể kể đến: gia công bằng tia lửa điện, gia công bằng tia nước, gia công bằng siêu âm, gia công bằng tia laser…

Các phương pháp này có những khả năng đặc biệt mà gia công truyền thống khó đạt được, tuy nhiên phạm vi ứng dụng của chúng chỉ tập trung ở một số công việc nhất định. Sản phẩm tạo ra có thể là các chi tiết cơ khí trung gian hoặc là thành phẩm hoàn chỉnh, tuỳ thuộc vào yêu cầu cụ thể.

Đặc biệt, khi cần cắt các sản phẩm có vật liệu là phi kim loại (nhựa, gỗ, vải, đá…), hai phương pháp phù hợp nhất trong nhóm này là cắt laser và cắt bằng tia nước – vì chúng không đòi hỏi vật liệu phải dẫn điện như phương pháp tia lửa điện hay cắt dây.

B. Phương pháp giải các dạng bài tập

Dạng 1: Nhận biết phương pháp gia công cơ khí qua hình ảnh

Phương pháp giải:

• Nắm rõ đặc điểm nhận dạng của từng phương pháp gia công (không phoi: vật liệu giữ nguyên khối lượng; có phoi: có phoi kim loại bị cắt ra; gia công khác: sử dụng tia laser, tia nước, xung điện…).
• Quan sát hình ảnh → xác định dấu hiệu đặc trưng → gọi tên phương pháp.

Bài tập 5 (Kết nối năng lực – SGK): Em hãy cho biết khi cắt sản phẩm có vật liệu là phi kim loại nên chọn phương pháp nào trong các phương pháp được giới thiệu trong Hình 7.5.

Hướng dẫn trả lời:

Khi cắt sản phẩm làm từ vật liệu phi kim loại (nhựa, gỗ, vải, cao su, đá…), nên chọn hai phương pháp: cắt laser và cắt bằng tia nước.

Lí do: Phương pháp cắt dây và xung điện đều yêu cầu vật liệu gia công phải dẫn điện, do đó không thể áp dụng cho vật liệu phi kim loại. Trong khi đó, cắt laser sử dụng năng lượng nhiệt của chùm tia laser và cắt tia nước sử dụng áp lực nước cực cao – cả hai đều không phụ thuộc vào tính dẫn điện của vật liệu nên hoàn toàn phù hợp.

Bài tập 6 (Vận dụng – SGK): Quan sát sản phẩm cơ khí ở nhà, ở trường,… hãy cho biết sản phẩm cơ khí đó được chế tạo bằng phương pháp gia công cơ khí nào.

Hướng dẫn trả lời:

Học sinh tự quan sát và liên hệ thực tế, có thể tham khảo các gợi ý sau:

• Cổng sắt, lan can cầu thang, khung cửa sắt: Chế tạo bằng phương pháp hàn (gia công không phoi) – nối các thanh thép lại với nhau.
• Chìa khoá, ổ khoá: Chế tạo bằng phương pháp đúc (không phoi) kết hợp phay, khoan (có phoi) để gia công chi tiết chính xác.
• Bu lông, đai ốc: Phôi được tạo hình bằng rèn hoặc dập (không phoi), sau đó tiện ren (có phoi) để hoàn thiện.
• Chậu inox, nồi nhôm: Chế tạo bằng phương pháp dập (không phoi) từ tấm kim loại.
• Bánh răng trong đồng hồ, xe máy: Chế tạo bằng phương pháp phay răng (có phoi).
• Bảng tên, biển hiệu kim loại có hoa văn phức tạp: Có thể chế tạo bằng cắt laser (gia công khác).

C. Sơ đồ tư duy

                                       ┌─ Khái niệm: Khối lượng VL giữ
                                       │  nguyên, không có phoi thải ra
                      ┌─ 1. GIA CÔNG  ─┼─ Phương pháp: Đúc, rèn, dập
                      │    KHÔNG PHOI   │  nóng/nguội, cán, kéo, ép, hàn
                      │                 ├─ Sản phẩm: Chủ yếu là phôi
                      │                 │  (kích thước thô, độ nhẵn thấp)
                      │                 └─ Ngoại lệ: Đúc áp lực, rèn khuôn
                      │                    CX → SP độ chính xác cao
                      │
  GIA CÔNG CƠ KHÍ    │                 ┌─ Khái niệm: Có lượng VL bị cắt
  (Quá trình chế     │                 │  gọt bỏ đi → gọi là phoi
  tạo SP cơ khí      ├─ 2. GIA CÔNG  ─┼─ Phương pháp: Tiện, phay, bào,
  từ vật liệu        │    CÓ PHOI     │  xọc, khoan, doa, mài
  ban đầu, sử        │                ├─ Nguyên tắc: Cắt gọt lớp KL
  dụng máy móc       │                │  đến khi đạt hình dạng, kích
  + nguyên lí        │                │  thước, độ nhẵn cần thiết
  vật lí)            │                ├─ Dụng cụ: Máy cắt KL, CNC
                      │                │  hoặc công cụ tay (cưa, dũa…)
                      │                └─ Sản phẩm: Chi tiết CK chế tạo
                      │                   theo bản thiết kế, độ CX cao
                      │
                      │                 ┌─ Phương pháp: Tia lửa điện,
                      └─ 3. GIA CÔNG  ─┤  tia nước, siêu âm, laser…
                         KHÁC          ├─ Đặc điểm: Khả năng đặc biệt,
                                       │  phạm vi ứng dụng chuyên biệt
                                       ├─ Sản phẩm: Chi tiết trung gian
                                       │  hoặc thành phẩm
                                       └─ Lưu ý: Cắt phi kim loại →
                                          dùng laser hoặc tia nước

ThS. Hồ Thị Thư

(Người kiểm duyệt, ra đề)

Chức vụ: Trưởng ban biên soạn môn Công Nghệ THPT

Trình độ: Cử nhân Sư phạm Công nghệ, Chứng chỉ hạng II, Chứng chỉ STEM, Ngoại ngữ B1

Kinh nghiệm: 10+ năm kinh nghiệm tại Trường THPT Hoàng Hoa Thám