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 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
.
Thép: ; nhôm: .
Giảm: . 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
- Hợp kim sắt – carbon chứa 0,45% carbon là thép hay gang?
Xem đáp án
Thép (hàm lượng carbon không quá 2,14%).
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
Làm 10 câu luyện tập về cơ khí chế tạo và xem lời giải ngay sau mỗi câu.
Đề có câu hỏi về chủ đề này
Đề sát cấu trúc đề thi thật: hệ thống điện quốc gia, lò sấy ba pha nối sao – tam giác, mạng điện phòng học và thiết bị bảo vệ, op-amp khuếch đại tín hiệu cảm biến nhiệt độ, mạch logic điều khiển máy bơm; kèm cơ khí lớp 11 và vẽ kĩ thuật lớp 10.
Đề cơ bản củng cố kiến thức nền: điện áp lưới, cầu chì – aptomat – công tơ, kí hiệu linh kiện và cổng logic; phần đúng/sai gồm chiếu sáng xưởng may ba pha, căn hộ có bình nóng lạnh, mạch đèn tự động dùng quang điện trở và mạch báo động kho hàng.
Đề nâng cao, nhiều câu tính toán và thiết kế: hao phí truyền tải, sự cố đứt dây pha, động cơ ba pha, chọn aptomat và dây dẫn cho ngôi nhà, mạch báo khí gas hai tầng op-amp, mạch biểu quyết chỉ dùng cổng NAND; kèm truyền lực ô tô và hình chiếu trục đo.