工程材料与材料成型技术教案

工程材料与材料成型技术教案 教案（理论课）xxxx学年第2学期课程名称工程材料与成形技术基础教学系机械工程系授课班级焊接091主讲教师晏丽琴职称讲师培黎工程技术学院二一一年二月课程基本情况主讲教师专业班级课程名称与代码考核方式晏丽琴职称讲师焊接091本学生人数43材料成形技术基础课程类别必修考试学分2总学时30学时讲授28学时实践实验2学时课程性质（属于人文素质、基础科学素质、专业素质、职业技能、实践能力等培养模块）教学大纲名称编者使用教材教材名称工材料成形技术基础主编方亮出版社高等教育出版社版本主要参考资料 1、鞠鲁粤.工程材料与成形技术基础.高等教育出版社 2、胡亚民.材料成形技术基础.重庆大学出版社主要内容第1章绪论第2章材料凝固理论第3章材料成形热过程第4章塑性成形理论基础第5章凝固成形技术第6章塑性成形技术第7章焊接成形技术第8章表面成形及强化技术第9章粉末合金及陶瓷成形技术第10章塑料成形技术第1章绪论教学目的了解材料的加工技术的基本理论掌握材料成形理论基础应用材料成形加工技术主要包括凝固成形技术、塑性成形技术、焊接成形技术、塑料成型技术等。 教学重点材料成形理论基础教学难点常用材料加工方法存在问题教学方法与手段教学方法讲解教学手段多媒体教学内容第一节材料加工概述 一、材料加工概述 二、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 一、凝固成形的基本问题和发展概况 二、塑性成形的基本问题和发展概况 三、焊接成形的基本问题和发展概况 四、表面成形的基本问题和发展概况第三节本课程的性质和任务作业及思考题材料加工的基本流程以及注意问题？系主任年月日目录第一章绪论第一节材料加工概述 一、材料加工概述 二、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 一、凝固成形的基本问题和发展概况 二、塑性成形的基本问题和发展概况 三、焊接成形的基本问题和发展概况 四、表面成形的基本问题和发展概况第三节本课程的性质和任务绪论学习思考问题材料加工的基本要素和流程是什么？材料成形存在的基本问题是什么?本课程的性质和基本任务是什么? 一、材料加工概述任何机器或设备，都是由许许多多的零件装配而成的。 这些零件所用材料有金属材料，也有非金属材料。 零件或材料的加工方法多种多样，归纳起来有以下4类 (1)成形加工用来改变材料的形状尺寸，或兼有改变材料的性能。 主要有凝固成形、塑性成形、焊接成形、粉末压制和塑料成形等。 (2)切除加工用于改变材料的形状尺寸，主要有车、铣、刨、钻、磨等传统的切削加工，以及直接利用电能、化学能、声能、光能进行的特殊加工，如电火花加、电解加工、超声加工和激光加工等。 (3)表面成形加工用来改变零件的表面状态和(或)性能，如表面形变及淬火强化、化学热处理、表面涂(镀)层和气相沉积镀膜等。 (4)热处理加工用来改变材料或零件的性能，如退火、正火、淬火和回火等。 根据零件的形状尺寸特征、工作条件及使用要求、生产批量和制造成本等多种因素，选择零件的加工方法，以达到技术上可行、质量可靠和经济上合理。 零件制成后再经过检验、装配、调试，最终得到整机产品。 二、材料加工的基本要素和流程材料加工方法的种类虽然繁多，但通过对每种材料加工方法的过程分析表明，它们都可以用建立在少数几个基本参数基础上的统一模式来描述。 该模式便于对各种加工方法进行综合分析和横向比较。 任何一种材料的加工过程，都是为了达到材料的形状尺寸或性能的变化。 而为了产生这种变化，必须具备三个基本要素材料、能量和信息（图1.2）。 因而材料的加工过程，可以用相关材料流程、能量流程和信息流程来描述。 三大流程1.材料流程表征加工过程特点的类型；要改变形状尺寸和性能的材料状态；能够用来实现这种形状尺寸和性能变化的基本过程；2.能量流程包括机械过程的能量流程，热过程能量电能、化学能、机械能3.信息流程形状信息、性能信息第2章材料凝固理论教学目的了解材料的加工技术的基本理论掌握材料凝固成形理论基础应用铸造成形加工技术教学重点自发形核与非自发形核的热力学和动力学条件固液界面的生长方式非平衡杠杆定律成分过冷的判据教学难点溶质分配规律成分过冷与晶体生长形态凝固动态曲线的绘制教学方法与手段教学方法讲解教学手段多媒体教学内容第一节材料加工概述 一、材料加工概述 二、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 一、凝固成形的基本问题和发展概况 二、塑性成形的基本问题和发展概况 三、焊接成形的基本问题和发展概况 四、表面成形的基本问题和发展概况第三节本课程的性质和任务作业及思考题材料加工的基本流程以及注意问题？第一节材料凝固概述第二节凝固的热力学基础 一、状态函数的概念 二、状态函数间的关系 三、自发过程 四、界面张力第三节形核 一、凝固的热力学条件 二、自发形核 三、非自发形核 四、形核剂第四节生长 一、固液界面的结构 二、生长方式 三、生长速度第五节溶质再分配 一、溶质再分配与平衡分配系数 二、非平衡凝固时的溶质再分配 三、成分过冷判据 四、成分过冷与晶体生长形态 五、微观偏析 六、宏观偏析第六节共晶合金的凝固第七节金属及合金的凝固方式 一、凝固区特性与凝固质量的关系 二、凝固动态曲线与凝固方式 三、凝固方式的影响因素第八节凝固成形的应用 一、铸造生产过程中的凝固控制 二、焊接生产中的凝固过程控制 三、陶瓷与粉末合金制备过程中的凝固现象思考与练习第三章材料成形热过程第一节焊接成形过程 一、焊接热过程特点 二、焊接过程热效率第二节焊接温度场 一、焊接传热形式及传导基本方程 二、焊接湿度场的数学表述法数学解析的假定条件 三、瞬时热源的热传导过程 四、影响焊接温度场的因素第三节焊接热循环 一、焊接热循环的主要参数 二、多层焊热循环 三、影响焊接热循环的因素第四节凝固成形热过程 一、凝固成形热过程特点及热效率 二、凝固成形热温度场第五节塑性成形热过程特点及温度场 一、塑性成形热过程的基本特点 二、塑性成形加热过程的热效率 三、塑性成形的温度场思考与练习第四章塑性成形理论基础第一节金属冷态下的塑性变形 一、冷塑性变形机理 二、冷塑性变形特点 三、冷塑性变形对金属组织和性能的影响铸造成形21概述铸造是液态金属成形的方法铸造过程是熔炼金属，制造铸型，并将熔融金属在重力、压力、离心力、电磁力等处力场的作用下充满铸型，凝固后获得一定形状与性能铸件的生产过程，是生产金属零件和毛坯的主要方式之一。 22铸件形成理论基础221金属的充型222铸件的温度场223金属的凝固1）逐层凝固方式2）体积凝固方式3）中间凝固方式1合金的收缩及影响因素1）收缩铸件在凝固和冷却过程中，其体积和尺寸减小的现象称为收缩。 金属从浇注温度冷却到室温要经历三个互相联系的收缩阶段 （1）液态收缩 （2）凝固收缩 （3）固态收缩2）影响收缩的因素 （1）化学成分的影响 （2）浇注温度的影响 （3）铸件结构和铸3）缩孔及缩松2铸造应力及变形1）热应力2）收缩应力3）铸件的变形3缩孔、缩松、应力和变形的防止方法23砂型铸造工艺分析231浇注位置和分型面的确定1浇注位置选定原则2分型面的选择原则232主要工艺参数的确定1铸件尺寸公差2铸件质量公差3铸件加工余量4铸造收缩率5铸件模样起模斜度6最小铸出孔（不铸孔）和槽233铸造工艺图的制定1铸造工艺图2铸造工艺设计实例 （1）铸件结构及铸造工艺性分析 （2）造型方法 （3）铸型种类 （4）分型面的确定 （5）浇冒口位置的确定3铸造工艺图分析比较24铸件的结构设计25砂型铸造方法251气动微振压实造型1）紧实效果好2）式作适应性3）生产率较高4）对机器地基要求较低252高压造型1多触头高压造型2垂直分型无箱造型253真空密封造型254气流冲击造型气流冲击造型简称气冲造型，是一种新的造型方法。 其原理是利用气流冲击，使预填在砂箱内的型砂在极短的时间内完成冲击坚实过程。 1、气冲紧实原理 2、气冲造型紧实度255消失模造型 1、铸造原理和工艺过程 2、铸造特点和应用范围 3、消失模铸造的新发展256冷冻造型26特种铸造261金属型铸造262离心铸造的分类离心铸造是将金属液浇入旋转的铸型中，在离心力作用下填充铸型而凝固成形的一种铸造方法。 1、离心铸造的分类 2、离心铸造的特点 3、离心铸造应用范围263压力铸造 1、铸造原理和工艺循环2压铸造机分类与比较3铸造特点4压铸模5压力铸造的发展264低压铸造1铸造原理和工艺过程2铸造工艺过程3铸造特点和应用范围265熔模铸造266壳型铸造267陶瓷型铸造268磁型铸造269石墨型铸造2610真空吸铸1工艺过程2铸造原理3铸造特点4应用范围2611差压铸造2612半固态金属铸造2613现代整体精铸造及快速凝固成型技术1现代整体精铸造成形技术2快速凝固成形技术2614铸造成形过程数值模拟2615铸造工程中的并行工程2616常用铸造方法的比较27铸造技术的发展趋势1）机械化、自动化技术的发展2）特种铸造工艺的发展3）特殊性能合金进入应用4）微电子技术进入使用5）新的造型材料的开发和应用。 31锻压成形锻压是对坯料施加外力，利用金属的塑性变形，改变坯料的尺寸和形状并改善其内部组织和力学性能，获得所需毛坯或零件的成形加工方法。 它是锻造和冲压成形的总称。 311金属的塑性变形1金属的塑性变形金属材料通常情况下都是由开数小晶粒构成的多晶体。 多晶体的变形与各个晶粒的变形行为有很大的关系。 2冷塑性变形对金属组织与性能的影响1）冷塑性变形对金属组织与性能的影响2）冷塑性变形对金属组织的影响3）产生残余应力3冷变形金属的回复与再结晶1）回复2）再结晶4金属材料的热塑性变形312金属及合金的锻造性1材料的本质2变形条件32锻造321自由锻1自由锻的主要设备2自由锻的工序3自由锻工艺设计1）坯料质量2）坯料尺寸3）确定锻造工序4）锻造设备4自由锻锻件的结构工艺性322模锻1锤上模锻1）模锻锤2）锤上模锻的过程3）锻模模膛4）模锻图的绘制5）模锻工序的选择6）模锻件的结构工艺性2压力机上模锻323胎模锻1胎模锻锻模的种类、结构及用途2典型锻件的胎模锻锻造过程3胎模锻的特点33板料冲压331板料冲压的基本工序1板料冲压的基本工序2常见的分离工序及变形工序1）总裁2）弯曲将金属材料沿弯曲线弯成一定的形状的工艺方法称为弯曲。 3）拉深将平面板料冲压成各种空心开口件的冲压工序称为拉深。 4）起伏5）缩口6）胀型7）翻边3板料冲压的特点及应用范围332冲模种类1简单模2连续模3复合模34锻压新技术341精密模锻1精密模锻的工艺流程2精密模锻的特点及应用342精密总裁343回转成型1辊锻2轧制3摆动碾压344多向模锻345超塑性成形1超塑性成型的基本概念2超塑性成型的特点3超塑性成形的应用346高能率高成形1爆炸成形2电液成形3电磁成形347粉未冶金及粉未锻造1粉末冶金2粉末锻造348液态模锻1液态模锻的工艺流程2液态模锻的特点应用349半固态金属塑性成形1触变模锻工艺过程2工艺特点3适用范围3410粉末冶金温压成形技术3411数字化塑性成形技术1设计数字化技术2数字化分析技术3数字化制造技术41焊接成形411焊接技术的发展412焊接特点和分类1实现焊接的原理2焊接热源的种类及特征3焊接方法分类42熔化焊接421焊条电弧焊1焊接电弧电弧是一种气体导电现象。 所谓气体导电，是指两电极存在电位差时，电荷通过两电极之间气体空间的一种导电现象。 2电弧的主要作用力电弧在焊接过程中不仅是热源，而且也是力源。 焊接力对于熔池和焊缝的形成，以及焊条端部金属熔滴的过渡都都有重要的影响。 3电弧的极性及其选择方法。 4熔滴过渡5焊接电弧的静特性。 6焊缝形成过程422埋弧自动焊423气体保护焊1二氧化碳气体保护焊2氩弧焊氩弧焊是用氩气作为保护气体的一种气体保护焊方法。 424电渣焊43压力焊和钎焊431电阻焊电阻焊是利用接触电阻热将接头加热到塑性或熔化状态，再通过电极施加压力，形成原子间结合的焊接方法。 1点焊在被焊工件上焊出单独的焊点。 2缝焊（滚焊）3凸焊4对焊432摩擦焊433钎焊44焊接冶金过程和接头组织转变441焊接冶金过程1熔焊液相冶金的特点。 2