Ôn Thi Đại Họcby ToanKhonTech
Kiến thức trọng tâmLớp 11

Cơ khí chế tạo

Ôn vật liệu cơ khí (thép, gang, kim loại màu, phi kim, vật liệu mới), gia công không phoi và cắt gọt, quy trình chế tạo, tự động hóa sản xuất.

Cơ khí chế tạo thuộc chương trình lớp 11, thường có khoảng 1–2 câu ở phần I. Câu hỏi chủ yếu ở mức biết – hiểu: nhận ra vật liệu, chọn phương pháp gia công phù hợp với chi tiết, xác định chuyển động cắt, hiểu vai trò của máy CNC, robot và in 3D trong sản xuất.

Kiến thức trọng tâm

Vai trò của cơ khí chế tạo

Cơ khí chế tạo tạo ra máy móc, thiết bị, dụng cụ cho mọi ngành sản xuất và đời sống — vì vậy được coi là nền tảng của công nghiệp hóa. Các nhóm nghề tiêu biểu: thiết kế cơ khí, chế tạo (gia công, lắp ráp), vận hành máy CNC và robot, bảo trì, sửa chữa máy.

Quy trình chế tạo một sản phẩm cơ khí (khái quát): tìm hiểu bản vẽ và yêu cầu kĩ thuật → chế tạo phôi → gia công chi tiết → xử lí bề mặt, nhiệt luyện (nếu cần) → lắp ráp → kiểm tra, hoàn thiện (sơn, đóng gói).

Tính chất của vật liệu cơ khí

Nhóm tính chất Nội dung Ví dụ
Cơ tính Độ bền, độ cứng, độ dẻo, độ dai Độ cứng đo theo các thang HB, HRC, HV
Lí tính Khối lượng riêng, nhiệt độ nóng chảy, tính dẫn điện, dẫn nhiệt Nhôm nhẹ, đồng dẫn điện tốt
Hóa tính Khả năng chống ăn mòn, chịu tác dụng hóa học Thép không gỉ chống ăn mòn tốt
Tính công nghệ Khả năng đúc, rèn, hàn, gia công cắt gọt Gang dễ đúc nhưng không rèn được

Một số vật liệu thông dụng

Vật liệu Thành phần, đặc điểm Ứng dụng
Thép Hợp kim sắt – carbon, hàm lượng carbon không quá 2,14%; bền, dẻo, rèn và hàn được; thép hợp kim có thêm Cr, Ni, Mn... Trục, bánh răng, khung kết cấu, dụng cụ cắt
Gang Hợp kim sắt – carbon, carbon trên 2,14%; cứng, giòn, chịu nén tốt, dễ đúc Thân máy, vỏ hộp số, bệ máy
Nhôm và hợp kim nhôm Nhẹ, dẫn điện, dẫn nhiệt tốt, chống ăn mòn Khung cửa, chi tiết máy bay, vỏ động cơ
Đồng và hợp kim đồng Dẫn điện rất tốt; đồng thau (Cu – Zn), đồng thanh (Cu – Sn) chống mài mòn Dây điện, bạc lót trục, van
Nhựa nhiệt dẻo Hóa mềm khi nung nóng, nguội lại thì cứng; tái chế được Vỏ thiết bị, ống, chi tiết ép phun
Nhựa nhiệt rắn Hóa rắn sau khi gia nhiệt lần đầu, không chảy mềm lại Tay cầm dụng cụ, vỏ cách điện, keo dán
Cao su Đàn hồi, cách điện, giảm chấn Lốp xe, đệm giảm chấn, gioăng làm kín
Gốm kĩ thuật (ceramic) Rất cứng, chịu nhiệt, cách điện, giòn Mảnh dao cắt, sứ cách điện, chi tiết chịu nhiệt
Vật liệu composite Gồm vật liệu nền và vật liệu cốt (sợi thủy tinh, sợi carbon) Thân tàu, cánh quạt gió, khung xe đạp thể thao

Vật liệu mới có tính năng vượt trội: composite nhẹ mà bền; vật liệu nano; hợp kim nhớ hình (trở lại hình dạng ban đầu khi được nung nóng) dùng trong thiết bị y tế, cơ cấu tự động.

Các phương pháp gia công cơ khí

Gia công cơ khí Gia công không phoi Gia công cắt gọt (có phoi) Đúc Gia công áp lực (rèn, dập) Hàn Tiện Phay Khoan Bào Mài
Phân loại các phương pháp gia công cơ khí.

Gia công không phoi — không tạo ra phoi:

Phương pháp Bản chất Ưu điểm Nhược điểm
Đúc Rót kim loại lỏng vào khuôn, để nguội đông đặc Tạo được chi tiết hình dạng phức tạp, khối lượng lớn Dễ có rỗ khí, rỗ xỉ, nứt, độ chính xác thấp
Gia công áp lực (rèn, dập, cán, kéo) Dùng ngoại lực làm kim loại biến dạng dẻo theo hình dạng mong muốn Cơ tính tốt, tiết kiệm vật liệu Chỉ dùng cho vật liệu dẻo; khó làm chi tiết quá phức tạp
Hàn Nối các chi tiết bằng cách nung nóng chỗ nối đến trạng thái chảy (có thể thêm vật liệu hàn), để nguội tạo mối hàn Mối nối bền, kín; tiết kiệm kim loại Dễ cong vênh, nứt do ứng suất nhiệt

Gia công cắt gọt — lấy đi lớp vật liệu thừa (phoi) bằng dụng cụ cắt, đạt độ chính xác và độ nhẵn cao:

Phương pháp Chuyển động cắt chính Chuyển động chạy dao Bề mặt gia công
Tiện Phôi quay tròn Dao tịnh tiến dọc, ngang Mặt trụ, mặt côn, mặt đầu, ren, lỗ
Phay Dao phay quay tròn Phôi tịnh tiến theo bàn máy Mặt phẳng, rãnh, bánh răng
Khoan Mũi khoan quay tròn Mũi khoan tịnh tiến dọc trục Lỗ
Bào Dao (hoặc phôi) tịnh tiến khứ hồi Phôi dịch chuyển sau mỗi hành trình Mặt phẳng, rãnh thẳng
Mài Đá mài quay tròn Phôi hoặc đá mài dịch chuyển Bề mặt cần độ chính xác, độ nhẵn rất cao

Tự động hóa trong cơ khí chế tạo

  • Máy CNC: máy công cụ điều khiển số bằng máy tính; gia công theo chương trình nên chính xác, đồng đều, làm được chi tiết phức tạp.
  • Robot công nghiệp: gồm tay máy, bộ điều khiển, cơ cấu chấp hành (tay kẹp, mỏ hàn, đầu phun sơn) và cảm biến; làm việc nặng, độc hại, lặp lại như hàn, sơn, bốc xếp.
  • Dây chuyền sản xuất tự động, hệ thống sản xuất linh hoạt: kết hợp máy CNC, robot, băng tải dưới sự điều khiển của máy tính; có thể đổi sang sản phẩm khác bằng cách đổi chương trình.
  • CAD/CAM và in 3D: thiết kế trên máy tính rồi chuyển thành chương trình gia công; in 3D đắp vật liệu từng lớp, làm mẫu thử nhanh.

Dạng bài thường gặp trong đề thi

Dạng 1: Nhận biết vật liệu và tính chất

Xem lời giải

3,2% > 2,14% nên đây là gang. Gang chịu nén tốt, dễ đúc, giảm rung nhưng giòn → phù hợp làm thân bệ máy tiện. Trục khuỷu chịu uốn, xoắn, va đập nên cần thép có độ bền, độ dai cao.

Dạng 2: Chọn phương pháp gia công phù hợp

Xem lời giải

(1) Đúc — hình dạng phức tạp, vật liệu gang dễ đúc. (2) Tiện — trục là mặt trụ tròn xoay. (3) Khoan — gia công lỗ. (4) Hàn — nối các thanh thành khung.

Dạng 3: Xác định chuyển động cắt

Xem lời giải

Máy phay: dao phay quay tròn là chuyển động cắt chính, phôi gá trên bàn máy tịnh tiến là chuyển động chạy dao.

Máy tiện thì ngược lại: phôi quay tròn là chuyển động chính, dao tịnh tiến là chuyển động chạy dao.

Dạng 4: Tính toán đơn giản khi chọn vật liệu

Xem lời giải

V=0,2⋅0,1⋅0,01=2⋅10−4 m3V = 0{,}2\cdot 0{,}1\cdot 0{,}01 = 2\cdot 10^{-4}\,\text{m}^3.

Thép: m=7850⋅2⋅10−4=1,57 kgm = 7850\cdot 2\cdot 10^{-4} = 1{,}57\,\text{kg}; nhôm: m=2700⋅2⋅10−4=0,54 kgm = 2700\cdot 2\cdot 10^{-4} = 0{,}54\,\text{kg}.

Giảm: 1,57−0,541,57⋅100%≈65,6%\dfrac{1{,}57 - 0{,}54}{1{,}57}\cdot 100\% \approx 65{,}6\%. Vì vậy hợp kim nhôm được dùng nhiều khi cần giảm khối lượng (ô tô, máy bay), dù độ bền kém thép.

Lỗi thường gặp

Mẹo làm bài

Tự kiểm tra nhanh

  1. Hợp kim sắt – carbon chứa 0,45% carbon là thép hay gang?
Xem đáp án

Thép (hàm lượng carbon không quá 2,14%).

  1. Vì sao gang không được gia công bằng phương pháp rèn?
Xem đáp án

Gang giòn, tính dẻo kém nên dễ nứt vỡ khi chịu lực đập, không biến dạng dẻo được.

  1. Khi khoan lỗ, chuyển động cắt chính là gì?
Xem đáp án

Chuyển động quay tròn của mũi khoan; mũi khoan tịnh tiến dọc trục là chuyển động chạy dao.

  1. Nêu một điểm khác nhau cơ bản giữa nhựa nhiệt dẻo và nhựa nhiệt rắn.
Xem đáp án

Nhựa nhiệt dẻo chảy mềm lại khi nung nóng nên tái chế được; nhựa nhiệt rắn sau khi hóa rắn thì không chảy mềm lại.

  1. Một xưởng muốn chuyển nhanh từ sản xuất loại chi tiết này sang loại khác mà không thay máy. Nên dùng hệ thống nào?
Xem đáp án

Hệ thống sản xuất linh hoạt gồm máy CNC, robot điều khiển bằng máy tính: chỉ cần thay đổi chương trình.

Kiểm tra lại kiến thức vừa ôn

Làm 10 câu luyện tập về cơ khí chế tạo và xem lời giải ngay sau mỗi câu.

Luyện tập ngay

Đề có câu hỏi về chủ đề này