材料成型技术基础大纲.doc

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《非金属材料成型》课程教学大纲课程名称：材料成形技术基础（TechnicalBasisofMaterialForming）课程编号：课程性质：选修课学时：总学时（理论课学时，实验课学时）学分：考核方式：适用对象：车辆工程前修课程：理论力学、材料力学、工程材料基础建议开课学期：第学期一、课程性质、目的与任务：本课程是机械工程、材料科学与工程与航空航天工程学科的一门技术基础课。通过本课程的教学，使学生掌握各种材料成形技术的基本原理和工艺方法，具有一定的综合分析和处理材料成形实际问题的能力；在更大范围内拓宽学生的知识面，开阔视野，激发创造性思维，适应人才市场的需求。课程的任务是：将材料成形理论与工艺融为一体，阐明各种材料成形技术的基本原理、工艺和技术要点，适当介绍反映当代科技在材料成形领域的新成就。二、教学基本要求：1.要求学生掌握材料成形所涉及的基本理论问题，包括材料成形的热过程、金属凝固理论、塑性成形的物理和力学基础，以及有关表面成形、粉末冶金和塑料成型的理论基础。2.要求学生初步了解有关凝固成形、塑性成形和焊接成形的基本工艺方法、技术要点和相关的工艺装备和模具结构。三、课程内容与学时分配 内容学时第一章绪论2第二章材料凝固理论8第三章材料成形热过程2第四章塑性成形理论基础6第五章凝固成形技术6第六章塑性成形技术6第七章焊接成形技术5第八章表面成形及强化技术2第九章粉末合金及陶瓷成形技术1第十章塑料成形技术3总学时41第一章绪论　（2学时）【教学目标】使学生了解材料加工的一些基本问题和发展概况；明确本课程的地位、性质、任务、发展方向和学习方法。主要内容:材料成形过程概述、材料成形的基本问题和发展概况、课程的主要内容和要求。第一节、材料加工概述　　　　（0.75学时）1．机器制造一般过程2．材料加工的基本要素和流程第二节、材料成形的一些基本问题和发展概况　（1学时）1．凝固成形的基本问题和发展概况2．塑性成形的基本问题和发展概况3．焊接成形的基本问题和发展概况第三节、材料成形技术基础课程的性质和任务（0.25）第二章材料凝固理论　（8学时）【教学目标】了解材料凝固在材料加工工业中的地位；重点学习凝固的热力学基础，理解各种热力学函数的意义及函数间的关系，判定凝固过程自发进行的热力学条件；重点学习凝固形核过程的基本规律及描述方法，掌握形核的几种方式及影响规律 ；重点学习凝固生长过程的几种基本生长方式，了解不同界面生长方式对凝固过程的影响；重点学习凝固过程中溶质再分配规律，掌握平衡分配系数的物理意义、平衡杠杆定律、Scheil方程的导出步骤及应用技巧；掌握共晶合金的凝固方式，规则共晶和不规则共晶凝固的特点；掌握金属及合金的凝固方式、收缩特点及凝固过程的控制原则。【重点难点】凝固形核过程的基本规律及描述方法，凝固过程中溶质再分配规律，共晶合金的凝固方式，金属及合金的凝固方式、收缩特点及凝固过程的控制原则；难点：凝固形核过程，溶质再分配。第一节、材料凝固概述　　　　（0.25学时）1．凝固的概念2．凝固过程中材料的物理性质与晶体结构的变化第二节、凝固的热力学基础　　　　　　　　　（0.25学时）1．状态函数的概念2．状态函数间的关系3．自发过程3．界面张力第三节、形核　　　　　　　　　　　　（1.5学时）1．金属凝固的热力学条件2．自发形核3．非自发形核4．形核剂第四节、生长（1学时）1.固——液界面的结构2.生长方式3.生长速度第五节、溶质再分配　　　　　　　　　　　（1.5学时）1.溶质再分配与平衡分配系数2.非平衡凝固时的溶质再分配3.成分过冷与晶体生长形态4.微观偏析5.宏观偏析　　　　　　　　　　　　　第六节、共晶合金的凝固　　　　　　　　　　（1学时）1．概述2．共晶合金凝固的方式 第七节、金属及合金的凝固方式　　　　　　　　　（1学时）1．概述2．凝固方式与质量的关系3．凝固动态曲线与凝固方式4．凝固方式的影响因素第八节、凝固成形的应用　　　　　　　　　　（1.5学时）1．铸造生产中的凝固过程控制2．焊接生产中的凝固过程控制3．陶瓷及粉末合金制备过程中的凝固现象第三章材料成形热过程（2学时）　【教学目标】重点学习材料成形热过程温度场的表达及数学模型，掌握材料成形热过程的基本特点、材料加热过程的热效率，了解焊接热循环过程及影响因素。【重点难点】材料成形热过程的基本特点；材料加热过程的热效率。第一节、材料成形热过程的基本特点　　　　（0.5学时）1．焊接热过程的基本特点2．凝固成形热过程的基本特点3．塑性成形热过程的基本特点第二节、材料加热过程的热效率　　　　　　　　（1学时）1.材料加热过程中的热效率2.焊接成形加热过程的热效率3．凝固成形加热过程的热效率4．塑性成形加热过程的热效率第三节、温度场　　　（0.25学时）1.焊接温度场2．凝固成形温度场3．塑性成形温度场第四节、焊接热循环　（0.25学时）1．焊接热循环的意义2．焊接热循环的主要参数 3．多层焊热循环的特点4．影响焊接热循环的因素第四章塑性成形理论基础（6学时）【教学目标】重点掌握材料成形过程中应力状态与应变状态分析、屈服准则；掌握真实应力应变曲线的概念、近似数学表达式及影响因素；了解材料在冷态与热态下的塑性变形。【重点难点】真实应力应变曲线的概念、近似数学表达式及影响因素；材料成形过程中应力状态与应变状态分析。第一节、金属冷态下的塑性变形　　　　　　　　　　　（1学时）1．冷塑性变形机理2．冷塑性变形的特点3．冷塑性变形对金属组织和性能的影响第二节、金属热态下的塑性变形（1学时）1．热塑性变形时的软化过程2．热塑性变形机理3．热塑性变形对金属组织和性能的影响第三节、应力状态和应变状态分析（1学时）1．点的应力状态分析2．点的应变状态分析第四节、屈服准则（1学时）1．屈雷斯加屈服准则2．密塞斯屈服准则3.屈雷斯加屈服准则和密塞斯屈服准则的比较第五节、应力状态对塑性和变形抗力的影响　（1.5学时）1．应力状态对塑性的影响2．应力状态对变形抗力的影响第六节、真实应力-应变曲线　（0.5学时）1．用拉伸试验绘制真实应力-应变曲线2．真实应力-应变曲线的近似数学表达式3．变形温度和应变速率对真实应力-应变曲线的影响第五章凝固成形技术（6学时） 【教学目标】掌握凝固成形常用金属材料的种类、牌号及性能；掌握凝固成形件的设计原则；了解液态金属获得的方法及凝固成形方法；了解计算机在凝固成形中的应用。【重点难点】凝固成形常用金属材料的种类、牌号及性能；难点：凝固成形件的设计原则。第一节、凝固成形用金属材料（1学时）1．铸铁合金2．铸钢3．铸造非铁合金第二节、液态金属的获得　　　　　　　　　（1学时）1．铸铁合金的熔炼2．铸钢的熔炼3．非铁合金的熔炼第三节、凝固成形方法（1学时）1.砂型铸造2．金属型铸造3．压力铸造4．低压铸造5.熔模铸造第四节、凝固成形件的结构设计　　（2学时）1．铸造工艺对铸件结构的要求2．合金的铸造性能对铸件结构的要求第五节、计算机在凝固成形中的应用　（1学时）1．凝固成形中的计算机辅助设计2．凝固成形过程的数值模拟第六章、塑性成形技术（6学时）【教学目标】掌握板料及体积成形的方法和工艺特点；掌握板料及体积成形模具的特点；了解计算机在塑形成形中的应用。【重点难点】板料及体积成形的方法和工艺特点；掌握板料及体积成形模具的特点；难点：板料及体积成形的方法。第一节、板料成形方法及其模具（2学时） 1．冲裁2．弯曲3．拉伸4．胀形5．翻边6．冲压工艺与模具设计第二节、体积成形方法及其模具　　　　　　　　（2学时）1．锻造2．挤压3．典型体积成形模具结构及模具设计第三节、计算机在塑性成形中的应用（2学时）1.塑料成形过程的计算机模拟2．模具CAD/CAM第七章焊接成形技术（5学时）【教学目标】掌握典型弧焊方法、压力焊及钎焊过程本质特点、原理，以及适用范围；掌握典型金属材料焊接性和焊接工艺的特点；了解焊接应力与变形的产生机理，残余应力、变形的分布规律，熟悉预防、消除和降低焊接残余应力和变形的措施，了解焊接结构脆性断裂、疲劳断裂以及应力腐蚀的基本原理及预防措施。【重点难点】典型弧焊方法、压力焊及钎焊过程本质特点、原理，以及适用范围；典型金属材料焊接性和焊接工艺的特点；难点：焊接结构脆性断裂、疲劳断裂以及应力腐蚀的基本原理及预防措施。第一节、典型弧焊方法（1学时）1．手工电弧焊2．埋弧自动焊3．钨极氩弧焊4．熔化极气体保护焊第二节、压力焊及钎焊　　　　　　　　　（1学时）1．电阻焊2．磨擦焊 3．钎焊4．钎焊方法选择第三节、常用金属材料焊接（1.5学时）1.结构钢的焊接2．不锈钢的焊接3．有色金属的焊接4．工序的集中与分散第四节、焊接力学　（1.5学时）1．焊接应力与变形2．焊接结构强度第八章表面成形及强化技术（2学时）【教学目标】通过学习表面工程的分类及失效方式，了解表面工程各种工艺的特点，懂得实际生产中选择表面工艺的基本原则；概括讲解化学气相沉积、物理气相沉积、热喷涂工艺、电镀、化学镀以及堆焊、表面形变强化、表面化学热处理强化、高能束表面强化和铸渗技术，了解表面成形技术的种类和工艺特点。【重点难点】实际生产中选择表面工艺的基本原则。第一节、金属表面的物理化学特点（0.5学时）1．固体的界面2．金属表面的结构特征3．金属的表面能及表面张力4．表面吸附5．表面扩散6．金属表面的钝化与活化第二节、金属的表面失效　　　　　　　　（0.5学时）1．磨损失效2．疲劳失效3．腐蚀失效第三节、热喷涂及表面堆焊成形（0.5学时）1.热喷涂的物理、化学、冶金过程 2．热喷涂层的形成及其结合机理3．热喷涂层质量控制及应用4．表面堆焊第四节、表面强化原理及应用　（0.5学时）1．固态表面强化2．液态表面强化第九章粉末合金及陶瓷成形技术（1学时）【教学目标】概括介绍粉末合金及陶瓷成形过程，使学生了解粉末合金及陶瓷的特点和大致的制备方法；通过介绍粉末的基本特点、原材料加工、粉末成形、烧结过程的工艺和步骤，使学生能够系统了解粉末合金及陶瓷结构材料制备的基本工艺原理，以启发学生创新精神，开拓学生视野。【重点难点】粉末合金及陶瓷的特点和大致的制备方法；难点：粉末合金及陶瓷结构材料制备的基本工艺原理。第一节、粉末合金及陶瓷成形过程概论（0.5学时）第二节、原材料加工　　　　　　　　　（0学时）第三节、粉末成形（0学时）第四节、烧结　　（0学时）第五节、粉末合金及陶瓷成形技术的新发展　（0.5学时）1．电火花烧结2．喷射成形3．粉末锻造第十章塑料成形技术（3学时）【教学目标】掌握塑料成形的粘弹性、流变性特点及成形过程的物理化学现象；了解塑料成形工艺过程、塑料模具构成、分型面确定、模具结构的分析方法及简单设计；了解塑料焊接成形方法及可焊性。【重点难点】塑料成形的粘弹性、流变性特点及成形过程的物理化学现象；难点：塑料成形工艺过程、塑料模具构成、分型面确定、模具结构的分析方法及简单设计。第一节、塑料的组成、分类及主要成型方法（1学时） 1．塑料的组成及结构特点2．塑料的分类3．塑料的可加工性及主要成型方法第二节、塑料成型理论基础　　　　　　　　　（0.5学时）1．塑料的粘弹性2．塑料的流变性3．塑料成型过程的物理和化学变化第三节、注射成型及其模具（1学时）1.注射成型过程2．注射模具结构及模具设计第四节、塑料的焊接　　（0.5学时）1．塑料的可焊接性2．塑料的焊接成型方法四、参考书及图书资料[1]王启平.机械制造工艺学.哈尔滨；哈尔滨工业大学出版社，1999年；[2]吉卫喜.机械制造技术.北京；机械工业出版社，2001年。大纲主撰人：张春燕大纲审核人：