工程材料与材料成型技术教案.docx
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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）
2010～2011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
晏丽琴
职称
讲师
专业班级
焊接091本
学生
人数
43
课程
名称与代码
材料成形技术基础
课程
类别
必修
考核
方式
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
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
2．1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。
2．2铸件形成理论基础
2．2．1金属的充型
2．2．2铸件的温度场
2．2．3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
2．3砂型铸造工艺分析
2．3．1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
2．3．2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
2．3．3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
2．4铸件的结构设计
2．5砂型铸造方法
2．5．1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
2．5．2高压造型
1．多触头高压造型
2．垂直分型无箱造型
2．5．3真空密封造型
2．5．4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
2．5．5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
2．5．6冷冻造型
2．6特种铸造
2．6．1金属型铸造
2．6．2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
2．6．3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
2．6．4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
2．6．5熔模铸造
2．6．6壳型铸造
2．6．7陶瓷型铸造
2．6．8磁型铸造
2．6．9石墨型铸造
2．6．10真空吸铸
1．工艺过程
2．铸造原理
3．铸造特点
4．应用范围
2．6．11差压铸造
2．6．12半固态金属铸造
2．6．13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
2．6．14铸造成形过程数值模拟
2．6．15铸造工程中的并行工程
2．6．16常用铸造方法的比较
2．7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。
3．1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。
3．1．1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
3．1．2金属及合金的锻造性
1．材料的本质
2．变形条件
3．2锻造
3．2．1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
3．2．2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
3．2．3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
3．3板料冲压
3．3．1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
3．3．2冲模种类
1．简单模
2．连续模
3．复合模
3．4锻压新技术
3．4．1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
3．4．2精密总裁
3．4．3回转成型
1．辊锻
2．轧制
3．摆动碾压
3．4．4多向模锻
3．4．5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
3．4．6高能率高成形
1．爆炸成形
2．电液成形
3．电磁成形
3．4．7粉未冶金及粉未锻造
1．粉末冶金
2．粉末锻造
3．4．8液态模锻
1．液态模锻的工艺流程
2．液态模锻的特点应用
3．4．9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
3．4．10粉末冶金温压成形技术
3．4．11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
4．1焊接成形
4．1．1焊接技术的发展
4．1．2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
4．2熔化焊接
4．2．1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
4．2．2埋弧自动焊
4．2．3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。
4．2．4电渣焊
4．3．压力焊和钎焊
4．3．1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
4．3．2摩擦焊
4．3．3钎焊
4．4焊接冶金过程和接头组织转变
4．4．1焊接冶金过程
1．熔焊液相冶金的特点。
2．保证焊缝质量措施
4．4．2焊接接头的组织转变
1．熔池结晶的特点和结晶
2．结晶焊接接头的组织和性能
4．5焊接结构工艺性
4．5．1焊接应力与变形
1．焊接残余应力与变形产生的原因
2．焊接变形的基本形式
3．焊接应力和变形对焊接结构的影响。
4．焊接变形的控制
5．焊接变形的矫正方法
6．减少和消除焊接残余应力的措施
4．5．2焊接结构的设计
1．常见的焊接结构设计、
2．焊接接头与坡口
3．焊缝位置设计
4．6焊接性和常用金属材料的焊接
4．6．1金属焊接性的概念
4．6．2常用金属材料的焊接
1．低碳钢的焊接
2．低合金结构钢的焊接
3．中碳钢的焊接
4不锈钢的焊接
5．铸铁的焊接
6．铝合金的焊接
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