Cắt: Công nghệ cắt chính xác trong sản xuất thép

Định nghĩa và khái niệm cơ bản

Cắt là một quy trình sản xuất cắt vật liệu bằng cách áp dụng ứng suất cắt vượt quá sức bền cắt cực đại của vật liệu, dẫn đến tách vật liệu. Đây là hoạt động tạo hình kim loại cơ bản, trong đó vật liệu được tách ra mà không tạo thành phoi hoặc sử dụng phương pháp đốt hoặc nấu chảy.

Trong khoa học và kỹ thuật vật liệu, cắt là rất quan trọng để chuẩn bị vật liệu dự trữ theo kích thước mong muốn trước các hoạt động xử lý tiếp theo. Quá trình này liên quan đến chất thải vật liệu tối thiểu và có thể được thực hiện ở nhiệt độ phòng (cắt lạnh) hoặc ở nhiệt độ cao (cắt nóng).

Trong ngành luyện kim, cắt giữ vị trí then chốt như một phương pháp chế tạo chính và là một cân nhắc về tính chất cơ học. Hiểu được hành vi cắt là điều cần thiết để dự đoán hiệu suất vật liệu trong điều kiện tải phức tạp và để thiết kế các hoạt động cắt hiệu quả trong các quy trình sản xuất.

Bản chất vật lý và cơ sở lý thuyết

Cơ chế vật lý

Ở cấp độ vi cấu trúc, cắt liên quan đến sự dịch chuyển của các mặt phẳng nguyên tử so với nhau khi có đủ lực tác dụng. Sự dịch chuyển này xảy ra dọc theo các mặt phẳng trượt, là các mặt phẳng tinh thể có mật độ nguyên tử cao nhất và khoảng cách giữa các mặt phẳng lớn nhất.

Quá trình cắt gây ra biến dạng dẻo nghiêm trọng trong một vùng cục bộ, tạo ra các sai lệch di chuyển qua mạng tinh thể. Khi các sai lệch này nhân lên và tương tác, chúng gây ra sự làm cứng trong vùng bị ảnh hưởng bởi cắt, cuối cùng dẫn đến sự khởi đầu và lan truyền vết nứt.

Mô hình lý thuyết

Lý thuyết cổ điển về cắt kim loại được phát triển bởi Tresca và von Mises, những người đã thiết lập tiêu chuẩn về độ bền kéo để dự đoán thời điểm vật liệu bắt đầu biến dạng dẻo dưới ứng suất cắt. Lý thuyết ứng suất cắt cực đại (tiêu chuẩn Tresca) nêu rằng độ bền kéo bắt đầu khi ứng suất cắt cực đại đạt đến giá trị tới hạn.

Theo lịch sử, hiểu biết về cắt đã phát triển từ các quan sát thực nghiệm thành các mô hình tinh vi kết hợp tính dẻo của tinh thể. Những người thợ kim loại đầu tiên dựa vào kinh nghiệm, trong khi các phương pháp tiếp cận hiện đại tích hợp lý thuyết lệch vị trí và phân tích phần tử hữu hạn.

Các mô hình đương đại bao gồm các phương trình cấu thành phụ thuộc vào tốc độ tính đến các hiệu ứng tốc độ biến dạng, đặc biệt quan trọng trong các hoạt động cắt tốc độ cao. Các mô hình Johnson-Cook và Zerilli-Armstrong thường được sử dụng để dự đoán hành vi vật liệu trong điều kiện cắt động.

Cơ sở khoa học vật liệu

Hành vi cắt có liên quan mật thiết đến cấu trúc tinh thể, với cấu trúc lập phương tâm khối (BCC) và lập phương tâm mặt (FCC) thể hiện phản ứng cắt khác nhau do hệ thống trượt riêng biệt của chúng. Các ranh giới hạt hoạt động như rào cản đối với chuyển động trật khớp, ảnh hưởng đến cường độ cắt tổng thể.

Cấu trúc vi mô ảnh hưởng đáng kể đến hiệu suất cắt, với vật liệu hạt mịn thường đòi hỏi lực cắt cao hơn so với vật liệu hạt thô. Phân bố pha trong thép nhiều pha tạo ra đường cắt phức tạp, với pha cứng hơn chống biến dạng trong khi pha mềm hơn thích ứng với ứng suất.

Cắt liên quan đến các nguyên lý cơ bản của biến dạng dẻo, biến dạng cứng và cơ học gãy. Sự cân bằng giữa hành vi dẻo và giòn trong quá trình cắt phụ thuộc vào nhiệt độ, tốc độ biến dạng và các đặc điểm cấu trúc vi mô kiểm soát tính di động của sự sai lệch.

Biểu thức toán học và phương pháp tính toán

Công thức định nghĩa cơ bản

Phương trình ứng suất cắt cơ bản được biểu thị như sau:

$$\tau = \frac{F}{A}$$

Ở đâu:
- $\tau$ = ứng suất cắt (MPa hoặc psi)
- $F$ = lực tác dụng song song với diện tích mặt cắt ngang (N hoặc lbf)
- $A$ = diện tích mặt cắt chịu lực cắt (mm² hoặc in²)

Công thức tính toán liên quan

Lực cần thiết để cắt vật liệu có thể được tính toán bằng cách sử dụng:

$$F = L \times t \times \tau_{max}$$

Ở đâu:
- $F$ = lực cắt (N hoặc lbf)
- $L$ = chiều dài của vết cắt (mm hoặc in)
- $t$ = độ dày vật liệu (mm hoặc in)
- $\tau_{max}$ = cường độ cắt cực đại của vật liệu (MPa hoặc psi)

Đối với các hoạt động cắt góc, lực có thể được giảm bằng cách:

$$F_{góc} = F \times \frac{t}{\tan(\theta)}$$

Ở đâu:
- $F_{angular}$ = lực cần thiết với lưỡi dao góc cạnh
- $\theta$ = góc của lưỡi cắt

Điều kiện và giới hạn áp dụng

Các công thức này giả định các đặc tính vật liệu đồng nhất trên toàn bộ mặt cắt ngang và chính xác nhất đối với các hoạt động cắt lạnh ở tốc độ biến dạng vừa phải. Chúng chủ yếu áp dụng cho các vật liệu dẻo trải qua biến dạng dẻo trước khi gãy.

Các mô hình trở nên kém chính xác hơn đối với các vật liệu rất mỏng, nơi hiệu ứng uốn chiếm ưu thế hoặc đối với các phần rất dày, nơi ma sát dọc theo bề mặt cắt ảnh hưởng đáng kể đến yêu cầu lực. Các hiệu ứng nhiệt độ không được tính đến trong các công thức cơ bản này.

Giả định bao gồm các cạnh cắt sắc, khoảng cách thích hợp giữa các lưỡi dao và tác động không đáng kể từ tốc độ biến dạng. Đối với các hoạt động tốc độ cao hoặc cắt nóng, các yếu tố bổ sung phải được kết hợp để tính đến các thay đổi về hành vi của vật liệu.

Phương pháp đo lường và đặc tính

Thông số kỹ thuật thử nghiệm tiêu chuẩn

ASTM B831: Phương pháp thử tiêu chuẩn để thử cắt các sản phẩm hợp kim nhôm mỏng - Bao gồm các quy trình xác định tính chất cắt của tấm và tấm nhôm.

ISO 12996: Nối cơ học - Kiểm tra phá hủy mối nối - Kích thước mẫu và quy trình thử nghiệm để kiểm tra lực cắt kéo của mối nối đơn - Cung cấp các phương pháp chuẩn hóa để đánh giá cường độ cắt của mối nối cơ học.

ASTM A370: Phương pháp thử nghiệm tiêu chuẩn và định nghĩa cho thử nghiệm cơ học của sản phẩm thép - Bao gồm các quy trình thử nghiệm cắt cho nhiều sản phẩm thép khác nhau.

ASTM D732: Phương pháp thử tiêu chuẩn về độ bền cắt của nhựa bằng dụng cụ đột - Mặc dù chủ yếu áp dụng cho nhựa, phương pháp này đôi khi cũng được áp dụng cho các tấm kim loại mỏng.

Thiết bị và nguyên tắc thử nghiệm

Máy thử cắt thường có hai lưỡi dao hoặc đầu đục đối diện nhau tác dụng lực lên mẫu vật. Máy thử vạn năng có thể được trang bị đồ gá thử cắt chuyên dụng để thực hiện các thử nghiệm tiêu chuẩn.

Nguyên lý này bao gồm việc áp dụng một lực song song với mặt phẳng cắt dự định trong khi hạn chế vật liệu để ngăn chặn tải uốn hoặc kéo. Các cảm biến lực đo lực tác dụng, trong khi các đầu dò dịch chuyển theo dõi chuyển động của các phần tử cắt.

Thiết bị tiên tiến có thể bao gồm máy ảnh tốc độ cao để thử nghiệm cắt động hoặc máy thử va đập có dụng cụ để mô tả đặc điểm tốc độ biến dạng cao. Hệ thống hình ảnh nhiệt có thể theo dõi những thay đổi nhiệt độ trong quá trình cắt.

Yêu cầu mẫu

Các mẫu thử cắt tiêu chuẩn thường có mặt cắt hình chữ nhật với kích thước được gia công chính xác. Đối với vật liệu dạng tấm, chiều rộng thông thường từ 25-50mm với chiều dài đủ để kẹp chặt.

Yêu cầu chuẩn bị bề mặt bao gồm các cạnh gờ và đảm bảo độ phẳng để ngăn ngừa hỏng sớm do tập trung ứng suất. Độ nhám bề mặt phải được kiểm soát và thống nhất trên các mẫu thử nghiệm.

Mẫu vật phải không có biến dạng trước đó hoặc vùng bị ảnh hưởng bởi nhiệt có thể làm thay đổi các đặc tính vật liệu cục bộ. Đối với vật liệu dị hướng, hướng mẫu vật so với hướng cán phải được ghi lại.

Thông số thử nghiệm

Thử nghiệm tiêu chuẩn thường được tiến hành ở nhiệt độ phòng (20-25°C) trong điều kiện độ ẩm được kiểm soát. Đối với các ứng dụng chuyên biệt, thử nghiệm có thể được thực hiện ở nhiệt độ cao hoặc trong môi trường cụ thể.

Tốc độ tải cho thử nghiệm bán tĩnh thường dao động từ 0,5-5 mm/phút, trong khi thử nghiệm động có thể liên quan đến tốc độ vượt quá 1 m/giây. Tốc độ tải phải được chỉ định vì nó ảnh hưởng đáng kể đến các đặc tính cắt được đo.

Các thông số quan trọng bao gồm khoảng hở lưỡi dao (thường là 5-10% độ dày vật liệu), tình trạng cạnh lưỡi dao và áp suất kẹp để ngăn mẫu vật di chuyển trong quá trình thử nghiệm.

Xử lý dữ liệu

Dữ liệu lực-biến dạng được thu thập liên tục trong suốt quá trình thử nghiệm. Lực tối đa trước khi phá hủy, chia cho diện tích cắt, xác định cường độ cắt cực đại.

Phân tích thống kê thường bao gồm việc thử nghiệm nhiều mẫu (tối thiểu năm mẫu) và tính toán giá trị trung bình và độ lệch chuẩn. Các giá trị ngoại lệ có thể được xác định bằng cách sử dụng tiêu chuẩn Chauvenet hoặc các phương pháp thống kê tương tự.

Giá trị cuối cùng được tính toán sau khi hiệu chỉnh độ tuân thủ của máy và bất kỳ lỗi hệ thống nào. Sự hấp thụ năng lượng trong quá trình cắt có thể được tính toán bằng cách tích hợp diện tích bên dưới đường cong lực-biến dạng.

Phạm vi giá trị điển hình

Phân loại thép	Phạm vi giá trị điển hình	Điều kiện thử nghiệm	Tiêu chuẩn tham khảo
Thép cacbon thấp (AISI 1018)	275-350MPa	Nhiệt độ phòng, bán tĩnh	Tiêu chuẩn ASTMA370
Thép cacbon trung bình (AISI 1045)	380-450MPa	Nhiệt độ phòng, bán tĩnh	Tiêu chuẩn ASTMA370
Thép cacbon cao (AISI 1095)	450-550MPa	Nhiệt độ phòng, bán tĩnh	Tiêu chuẩn ASTMA370
Thép không gỉ (304)	505-575MPa	Nhiệt độ phòng, bán tĩnh	Tiêu chuẩn ASTMA370

Sự khác biệt trong mỗi phân loại chủ yếu là do sự khác biệt trong xử lý nhiệt, kích thước hạt và sự khác biệt nhỏ về thành phần. Vật liệu gia công nguội thường có giá trị cường độ cắt cao hơn so với vật liệu ủ.

Trong các ứng dụng thực tế, các giá trị này giúp xác định lực cần thiết cho hoạt động cắt và lựa chọn thiết bị phù hợp. Hệ số an toàn 1,2-1,5 thường được áp dụng khi thiết kế thiết bị cắt.

Xu hướng chung cho thấy độ bền cắt tăng theo hàm lượng cacbon và các nguyên tố hợp kim. Tuy nhiên, vật liệu có độ bền cao hơn thường có độ dẻo kém hơn, có khả năng dẫn đến các đặc điểm gãy khác nhau trong quá trình cắt.

Phân tích ứng dụng kỹ thuật

Những cân nhắc về thiết kế

Các kỹ sư thường sử dụng 50-60% độ bền kéo làm ước tính cho độ bền cắt khi không có dữ liệu cắt cụ thể. Cách tiếp cận bảo thủ này đảm bảo biên độ an toàn đầy đủ trong tính toán thiết kế.

Hệ số an toàn cho thiết kế thiết bị cắt thường nằm trong khoảng từ 1,5-2,0, với các giá trị cao hơn được sử dụng cho các ứng dụng quan trọng hoặc khi các đặc tính vật liệu cho thấy sự thay đổi đáng kể. Khoảng hở lưỡi cắt thường được đặt ở mức 5-10% độ dày vật liệu.

Quyết định lựa chọn vật liệu cân bằng các yêu cầu về độ bền cắt so với các đặc tính khác như khả năng tạo hình, khả năng hàn và chi phí. Đối với sản xuất khối lượng lớn, khả năng chống mài mòn của dụng cụ trở thành yếu tố quan trọng cần cân nhắc khi lựa chọn vật liệu cho cả phôi và dụng cụ.

Các lĩnh vực ứng dụng chính

Ngành công nghiệp ô tô sử dụng rộng rãi các hoạt động cắt để cắt các tấm thân xe và các thành phần cấu trúc. Kiểm soát chính xác chất lượng cạnh cắt là điều cần thiết cho các hoạt động tạo hình tiếp theo và hình thức bộ phận cuối cùng.

Trong chế tạo kết cấu thép, cắt là yếu tố cơ bản để chuẩn bị các tấm và mặt cắt trước khi lắp ráp. Quy trình này phải đảm bảo độ chính xác về kích thước đồng thời giảm thiểu các khuyết tật cạnh có thể là điểm bắt đầu nứt.

Sản xuất thiết bị dựa vào các hoạt động cắt tốc độ cao để xử lý các thành phần kim loại tấm mỏng. Các ứng dụng này đòi hỏi chất lượng cạnh tuyệt vời với sự hình thành gờ tối thiểu để giảm các hoạt động hoàn thiện thứ cấp.

Đánh đổi hiệu suất

Độ bền cắt thường xung đột với yêu cầu về độ dẻo. Các vật liệu được tối ưu hóa để có khả năng chịu cắt cao thường có khả năng định hình thấp hơn, tạo ra thách thức khi các thành phần yêu cầu cả hai đặc tính.

Chất lượng cạnh và tốc độ sản xuất là một sự đánh đổi quan trọng khác. Tốc độ cắt cao hơn làm tăng năng suất nhưng thường dẫn đến chất lượng cạnh kém hơn, đòi hỏi phải cân bằng dựa trên các yêu cầu ứng dụng cuối cùng.

Các kỹ sư phải cân bằng khả năng về độ dày vật liệu với công suất và chi phí của thiết bị. Trong khi vật liệu dày hơn có thể đơn giản hóa thiết kế, chúng đòi hỏi thiết bị cắt lớn hơn đáng kể, làm tăng đầu tư vốn và chi phí vận hành.

Phân tích lỗi

Mài mòn lưỡi dao là một chế độ hỏng hóc phổ biến trong các hoạt động cắt, dẫn đến tăng hình thành gờ và chất lượng cạnh giảm sút. Sự mài mòn tiến triển tạo ra khoảng hở ngày càng tăng giữa các lưỡi dao, cuối cùng dẫn đến kết quả không thể chấp nhận được.

Sự cố thường tiến triển từ việc bo tròn cạnh ban đầu đến tích tụ vật liệu trên bề mặt cắt, sau đó là sự mài mòn tăng tốc và khả năng sứt mẻ hoặc gãy các cạnh cắt. Các cơ chế này trở nên trầm trọng hơn do cài đặt khoảng hở không phù hợp hoặc bôi trơn không đủ.

Các chiến lược giảm thiểu bao gồm lựa chọn vật liệu lưỡi dao phù hợp, quy trình xử lý nhiệt được tối ưu hóa, cài đặt khoảng hở phù hợp và lịch bảo trì thường xuyên. Các công cụ cắt được phủ có thể kéo dài đáng kể tuổi thọ sử dụng trong các hoạt động khối lượng lớn.

Các yếu tố ảnh hưởng và phương pháp kiểm soát

Ảnh hưởng của thành phần hóa học

Hàm lượng cacbon ảnh hưởng đáng kể đến hành vi cắt, với hàm lượng cacbon cao hơn làm tăng độ bền nhưng làm giảm độ dẻo. Điều này ảnh hưởng đến cơ chế gãy trong quá trình cắt, chuyển từ rách dẻo sang tách giòn hơn.

Các nguyên tố vi lượng như lưu huỳnh và phốt pho có thể tác động đáng kể đến hiệu suất cắt. Lưu huỳnh cải thiện khả năng gia công nhưng có thể tạo ra các đặc tính cắt dị hướng, trong khi phốt pho làm tăng độ bền nhưng có thể thúc đẩy hành vi giòn.

Tối ưu hóa thành phần thường liên quan đến việc cân bằng tỷ lệ mangan-lưu huỳnh để kiểm soát hình dạng và sự phân bố tạp chất. Sản xuất thép hiện đại thường sử dụng phương pháp xử lý canxi để sửa đổi tạp chất, cải thiện đặc tính cắt ngang.

Ảnh hưởng của cấu trúc vi mô

Kích thước hạt mịn hơn thường cải thiện cường độ cắt theo mối quan hệ Hall-Petch, trong đó cường độ tăng theo tỷ lệ nghịch với căn bậc hai của đường kính hạt. Tuy nhiên, hạt cực mịn có thể thúc đẩy sự lan truyền vết nứt dọc theo ranh giới hạt.

Phân bố pha ảnh hưởng đáng kể đến hành vi cắt, với thép đa pha thể hiện phản ứng phức tạp. Cấu trúc ferit-pearlit thường cho khả năng cắt tốt, trong khi martensite làm tăng độ bền nhưng có thể gây mòn dụng cụ và nứt cạnh.

Các tạp chất phi kim loại hoạt động như chất tập trung ứng suất trong quá trình cắt, có khả năng gây nứt sớm. Kích thước, hình dạng, sự phân bố và hướng của chúng so với hướng cắt có thể ảnh hưởng đáng kể đến hiệu suất và chất lượng cạnh.

Xử lý ảnh hưởng

Xử lý nhiệt ảnh hưởng đáng kể đến hành vi cắt bằng cách thay đổi cấu trúc vi mô và độ cứng. Ủ cải thiện khả năng cắt nhưng làm giảm độ bền, trong khi làm nguội và ram tăng độ bền nhưng đòi hỏi lực cắt lớn hơn.

Các quy trình gia công nguội như cán tạo ra các đặc tính dị hướng, với cường độ cắt thường cao hơn theo hướng vuông góc với hướng cán so với hướng song song với hướng cán. Sự phụ thuộc theo hướng này phải được xem xét khi thiết kế các hoạt động cắt.

Tốc độ làm mát trong quá trình sản xuất ảnh hưởng đến kích thước hạt và phân bố pha, tác động trực tiếp đến tính chất cắt. Các chiến lược làm mát được kiểm soát có thể tối ưu hóa cấu trúc vi mô cho các yêu cầu cắt cụ thể, cân bằng độ bền và chất lượng cạnh.

Các yếu tố môi trường

Nhiệt độ ảnh hưởng đáng kể đến hiệu suất cắt, với hầu hết các vật liệu thể hiện độ bền cắt giảm ở nhiệt độ cao. Hoạt động cắt nóng tận dụng hiệu ứng này để giảm lực cần thiết và kích thước thiết bị.

Môi trường ăn mòn có thể làm giảm hiệu suất của dụng cụ cắt thông qua sự tấn công hóa học của các cạnh cắt. Việc lựa chọn vật liệu và xử lý bề mặt thích hợp cho dụng cụ là điều cần thiết trong những điều kiện như vậy.

Tiếp xúc kéo dài với tải trọng tuần hoàn có thể gây ra hư hỏng do mỏi ở thiết bị cắt, đặc biệt là trong môi trường sản xuất khối lượng lớn. Lịch trình kiểm tra và bảo trì thường xuyên giúp giảm thiểu những tác động phụ thuộc vào thời gian này.

Phương pháp cải tiến

Hợp kim vi mô với các nguyên tố như vanadi, niobi và titan tạo ra các chất kết tủa mịn giúp tăng cường vật liệu trong khi vẫn duy trì khả năng cắt tốt. Các nguyên tố này tạo thành cacbua và nitrua hạn chế sự phát triển của hạt trong quá trình xử lý.

Tối ưu hóa khoảng hở của lưỡi dao là một thông số xử lý quan trọng để cải thiện chất lượng cạnh cắt. Khoảng hở thường nằm trong khoảng từ 5-10% độ dày vật liệu, với vật liệu mỏng hơn yêu cầu dung sai chặt chẽ hơn.

Cải tiến thiết kế bao gồm kết hợp các kỹ thuật cắt tiến triển trong đó đường cắt tiến triển trên vật liệu thay vì đồng thời. Phương pháp này làm giảm lực cần thiết và cải thiện chất lượng cạnh, đặc biệt là đối với vật liệu dày hơn.

Các điều khoản và tiêu chuẩn liên quan

Các thuật ngữ liên quan

Cắt phôi là một quá trình cắt có liên quan chặt chẽ, trong đó phần cắt (phôi) là sản phẩm mong muốn, chứ không phải phế liệu. Quá trình này tuân theo các nguyên tắc cơ học tương tự nhưng đòi hỏi độ chính xác cao hơn và kiểm soát chất lượng cạnh.

Đục lỗ là hoạt động cắt tạo ra các lỗ trên vật liệu tấm bằng cách ép một cú đục xuyên qua phôi và vào khuôn. Cơ chế quy trình phản ánh cơ chế cắt nhưng có đường viền khép kín.

Độ bền cắt biểu thị ứng suất cắt tối đa mà vật liệu có thể chịu được trước khi bị hỏng, trực tiếp xác định yêu cầu về lực cho hoạt động cắt. Nó thường dao động từ 50-60% độ bền kéo của vật liệu.

Tiêu chuẩn chính

ASTM A370 cung cấp các phương pháp chuẩn hóa để thử nghiệm cơ học các sản phẩm thép, bao gồm các quy trình thử nghiệm cắt. Tiêu chuẩn này chỉ định việc chuẩn bị mẫu, điều kiện thử nghiệm và phương pháp phân tích dữ liệu để có kết quả nhất quán.

EN 10149 bao gồm các thông số kỹ thuật của Châu Âu đối với các sản phẩm phẳng cán nóng làm từ thép cường độ cao để tạo hình nguội, bao gồm các đặc tính cắt và yêu cầu về chất lượng cạnh.

JIS G3135 nêu chi tiết các tiêu chuẩn của Nhật Bản đối với tấm và dải thép cán nguội, với các điều khoản cụ thể về hiệu suất cắt và đánh giá chất lượng cạnh, khác đôi chút so với các tiêu chuẩn của phương Tây.

Xu hướng phát triển

Thép cường độ cao tiên tiến (AHSS) đặt ra những thách thức mới cho hoạt động cắt, thúc đẩy nghiên cứu về vật liệu và hình dạng công cụ mới. Các phát triển bao gồm các cạnh cắt có cấu trúc nano và lớp phủ chuyên dụng để chịu được ứng suất cao hơn.

Công nghệ cắt hỗ trợ bằng laser đang nổi lên, trong đó gia nhiệt cục bộ làm giảm lực cắt cần thiết trong khi vẫn duy trì chất lượng cạnh. Phương pháp kết hợp này cho thấy triển vọng trong việc xử lý vật liệu có độ bền cực cao.

Mô hình tính toán của quá trình cắt tiếp tục phát triển, với các mô hình nhiệt cơ học kết hợp cung cấp thông tin chi tiết về cơ học biến dạng, sinh nhiệt và mài mòn dụng cụ. Các mô hình này ngày càng kết hợp sự tiến hóa của cấu trúc vi mô để dự đoán các đặc tính và hiệu suất của cạnh.