《材料成型装备及自动化》课程大纲.docx
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《材料成型装备及自动化》课程大纲
《材料成型装备及自动化》课程教学大纲
一、课程名称（中英文）
中文名称：
材料成形装备及自动化
英文名称：
MaterialFormingEquipmentandAutomation
二、课程编码及性质
课程编码：
0809571
课程性质：
专业核心课，必修课
三、学时与学分
总学时：
48
学分：
3.0
四、先修课程
机械原理、机械设计、工程控制基础、液压传动、材料加工工程
五、授课对象
本课程面向材料成型及控制工程专业学生开设，也可以供材料科学与工程专业和电子封装技术专业学生选修。
六、课程教学目的（对学生知识、能力、素质培养的贡献和作用）
本课程是本专业的核心课程之一，其教学目的主要包括：
1.系统全面掌握材料成形装备及自动化方向的专业知识，具备应用这些知识分析、解决材料成型及控制工程专业中的成形装备及其自动化控制复杂问题的能力；
2.掌握各种类材料成形设备的工作原理、结构特点、应用范围、控制方法等，具备操作、调控设备及仪器参数，进行测控和维护的能力；
3.理解不同材料的成型特点与共性问题，掌握金属材料成形（含铸、锻、焊）、高分子塑料成形、快速成形等典型工艺装备及其自动化控制系统，具备针对不同需求设计研发各类材料成型新设备的能力；
4．了解材料成形装备及自动化技术的发展前沿，掌握其发展特点与动向，具备研发高端材料成型装备及控制系统的基础与能力。
表1课程目标对毕业要求的支撑关系
毕业要求及其指标点
本课程目标对毕业要求的支撑关系
毕业要求
指标点
毕业要求1：
工程知识
能够将数学、自然科学、工程基础和专业知识用于解决复杂工程问题。
1.1掌握了用于解决材料成型及控制工程复杂问题的数学基础知识。
1.2掌握了用于解决材料成型及控制工程复杂问题的物理、化学等自然科学基础知识。
1.3掌握了用于解决材料成型及控制工程复杂问题的工程力学基础知识。
1.4掌握了用于解决材料成型及控制工程复杂问题的工程检测与控制基础知识。
1.5系统掌握了专业知识，能够将所学知识用于解决材料成型及控制工程复杂问题。
课程目标1、
课程目标3
毕业要求2：
问题分析
能够应用数学、自然科学和工程科学的基本原理，识别、表达、并通过文献研究分析复杂工程问题，以获得有效结论。
2.1能够应用工程数学基本原理，识别、表达、并通过文献研究分析复杂工程问题，以获得有效结论。
如：
复杂的模具设计。
2.2能够应用物理、化学基本原理，识别、表达、并通过文献研究分析复杂工程问题，获得有效结论。
如：
物理综合实验。
2.3能够应用力学基本原理，识别、表达、并通过文献研究分析复杂工程问题，获得有效结论。
如：
工程力学综合实验。
2.4能够应用工程科学基本原理，识别、表达、并通过文献研究分析复杂工程问题，获得有效结论。
如：
工程控制实验中的建模与分析。
毕业要求3：
设计/开发解决方案
能够设计针对复杂工程问题的解决方案，设计满足特定需求的系统、单元（部件）或工艺流程，并能够在设计环节中体现创新意识，考虑法律、健康、安全、文化、社会以及环境等因素。
3.1了解机械工程、材料成型及控制工程问题特征，掌握解决复杂工程问题的设计方法。
3.2在考虑法律、健康、安全、文化、社会以及环境等制约因素的前提下，能够设计（开发）针对复杂材料成型及控制工程问题的解决方案，具备设计（开发）满足特定材料成型及控制工程需求的系统、单元（部件）或工艺流程的能力。
课程目标3、
课程目标4
3.3在设计（开发）过程中，具有追求材料成型及控制工程复杂问题创新解决的态度和意识，掌握了基本的创新方法，清楚创新方向及领域。
毕业要求4：
研究
能够基于科学原理并采用科学方法对复杂工程问题进行研究，包括设计实验、分析与解释数据、并通过信息综合得到合理有效的结论。
4.1掌握材料热加工成形原理及特点，能够采用科学方法，具备合理设计材料成型及控制工程（模具）复杂实验、开展科学研究的能力。
4.2掌握材料成型及控制工程原理及主要工艺，能够采用科学方法，正确构建并实施材料成型及控制工程综合实验，得出正确结果的能力。
4.3能正确使用和处理实验数据，通过信息综合处理，具备对复杂的材料成型及控制工程实验结果进行正确分析能力。
4.4了解常见的材料成型及控制工程常用设备、实验仪器及实验方法，具备调控设备及仪器参数，进行测控和维护的能力。
课程目标2、
课程目标4
毕业要求5：
使用现代工具
能够针对复杂工程问题，开发、选择与使用恰当的技术、资源、现代工程工具和信息技术工具，包括对复杂工程问题的预测与模拟，并能够理解其局限性。
5.1掌握文献检索、资料查询、现代网络搜索工具的使用方法。
5.2了解材料成型及控制工程专业重要资料来源及获取方法。
5.3具备应用各类文献、信息及资料进行复杂材料成型及控制工程实践的能力。
5.4掌握复杂材料成型及控制工程问题的预测与模拟方法，理解其局限性。
毕业要求6：
工程与社会
能够基于工程相关背景知识进行合理分析，评价专业工程实践和复杂工程问题解决方案对社会、健康、安全、法律以及文化的影响，并理解应承担的责任。
6.1了解与工程相关的国家方针、政策与法律法规，能够评价工程实践对社会、健康、安全、法律以及文化的影响。
6.2了解材料成型及控制工程专业特点及其对社会、健康、安全、法律以及文化的影响，能够正确评价复杂成型及控制工程问题解决方案的优劣。
6.3能正确认识材料成型及控制工程各种复杂工艺对于客观世界和社会的影响，理解并能够承担的相应工程和社会责任。
毕业要求7：
环境和可持续发展
能够理解和评价针对复杂工程问题的工程实践对环境、社会可持续发展的影响。
7.1了解材料成型及控制工程的专业特征、学科前沿和发展趋势，正确认识本专业对于社会发展的重要性。
7.2能正确理解和评价材料成型及控制工程复杂问题实施对环境保护及社会可持续发展等的影响。
7.3在解决复杂的材料成型及控制工程的实际问题中，能够正确理解并考虑工程实践对环境、社会可持续发展的影响。
毕业要求8：
职业规范
具有人文社会科学素养、社会责任感，能够在工程实践中理解并遵守工程职业道德和规范，履行责任。
8.1具有人文社会科学素养，理解世界观、人生观的基本意义及其影响。
8.2了解中国国情，理解中国可持续科学发展道路以及个人的做人规范，具有较高的社会责任感。
8.3在工程实践中，理解工程师的职业性质、职业责任,具备工程师的职业道德
8.4具有健康的体质和良好的心理素质，能较好地履行责任。
毕业要求9：
个人和团队
能够在多学科背景下的团队中承担个体、团队成员以及负责人的角色。
9.1具备较宽广的本学科基础知识和较高的个人素质，能够在多学科背景下，承担个人及团队成员的作用。
9.2具备良好的团队协作精神，善于和团队其它成员协作、互补、交往。
9.3能够承担团队负责人角色，具备综合团队成员意见和建议，进行合理决策之领导能力。
毕业要求10：
沟通
能够就复杂工程问题与业界同行及社会公众进行有效沟通和交流，包括撰写报告和设计文稿、陈述发言、清晰表达或回应指令。
并具备一定的国际视野，能够在跨文化背景下进行沟通和交流。
10.1较好地掌握了一门外语，了解不同文化的差异，具有一定的跨文化交流能力。
10.2了解本专业领域及其相关行业的国内外的技术现状，具有较强的业务沟通能力与竞争能力。
10.3能够应用现代工具撰写报告、设计文稿、陈述发言、清晰表达或回应指令，就复杂的专业工程问题进行有效沟通和交流。
毕业要求11：
项目管理
理解并掌握工程管理原理与经济决策方法，并能在多学科环境中应用。
11.1了解机械及材料工程管理和经济决策的基本知识，理解并掌握工程管理原理与经济决策方法。
11.2具备应用工程管理和经济决策知识实践的工作能力，具有一定的组织、管理及领导能力，能够较好地通过口头或书面方式表达自己的想法。
11.3具有较强的综合归纳能力，能在多学科环境中加于应用。
毕业要求12：
终身学习
具有自主学习和终身学习的意识，有不断学习和适应发展的能力。
12.1对终身学习的重要性，有自觉的意识和正确的认识。
12.2能够采用合适的方法，自我学习、提高的能力。
12.3能够适应社会进步与发展，与时代同步。
七、教学重点与难点：
教学重点：
1）材料的种类繁多，成形方法及装备各异，本课程以介绍材料的成形装备为主体、以讲述成形装备的自动化为重点；
2）在全面了解与掌握材料成形装备种类及结构特点的基础上，重点学习金属材料成形、高分子塑料成形、快速成形等装备及其自动化技术；
3）课程将重点或详细介绍各种材料成形装备及方法中的主要设备和自动化程度较高的新型设备，而对次要设备或较旧式设备只作简要介绍或自学。
4）重点学习的章节内容包括：
第2章“金属液态成形装备及自动化”（8学时）、第3章“金属塑性成形装备及自动化”（8学时）、第4章“金属连接成形装备及自动化”（8学时）、第6章“快速成形装备及控制”（6学时）。
教学难点：
1）装备及自动化课程是实践性极强的课程之一，本课程将密切结合学生的生产实习、课程设置、实验课等实践环节，培养学生对材料成形加工设备与自动化系统的认识及设计能力，提高授课质量与效果。
2）通过本课程学习，要求掌握各种材料成形工艺中的主要设备和新型设备的工作原理、结构特点、应用范围、控制方法等，具备合理选择及使用相关材料成型设备并实现自动控制实践的能力。
八、教学方法与手段：
教学方法：
（1）采用现代化教学方法（含PPT演示，设备照片，影像资料等），讲授各类成型装备的工作原理、结构组成及应用特点，以提高教学效果及效率；
（2）采用课堂教学与学生PPT汇报、交流讨论等方式，进行课堂互动，吸引学生的注意力、激发学生的学习热情，提高学生的学习效果。
教学手段：
（1）以常见的、典型（重要）材料成形装备及其控制系统为讲解对象，深入分析成形工艺及装备的性能要求、结构及控制特点，使学生具备设计（开发）满足特定材料成型及控制工程需求的设备及控制系统的能力；
（2）结合本专业生产实习单位的材料成形装备及自动化生产实际，有的放矢地做好课堂教学前的设备样机（可借助图片、影像等手段）展示教学；再结合必要的实验教学与实践环节，加深学生对材料成形加工设备与自动化系统的理解与掌握，提高授课质量与效果；
（3）尽量采用小班教学，要求每一位学生根据自己的兴趣，完成准备1种典型成形装备的工作原理及结构特点介绍，并能用PPT展示汇报（大班教学时采用抽签等形式确定汇报的学生）；汇报展示后，全体学生进行讨论交流，提高课堂互动频率与水平。
九、教学内容与学时安排
（1）总体安排
教学内容与学时的总体安排，如表2所示。
表2基本教学内容与学时安排
序号
课程内容
课堂（学习、讨论）学时
课外（准备、复试、实践）学时
1
绪论
2
2
2
金属液态成形装备及自动化
8
8
3
金属塑性成形装备及自动化
8
8
4
金属连接成形装备及自动化
8
8
5
高分子材料成形设备及自动化
4
4
6
快速成形装备及控制
6
6
7
其它材料成形装备
4
4
8
热处理工业炉及其控制
4
4
9
材料加工中的环境保护装备
4
4
（2）具体内容
各章节的具体内容如下：
第1章绪论（2学时）
1.1材料成形装备概述
1.2装备在材料成形加工中的作用
1.3工业自动化的含义
1.4本课程的知识基础及主要内容
第2章金属液态成形装备及自动化（8学时）
2.1概述
2.2金属熔化及浇注装备
2.3造型设备及自动化生产线
2.4砂处理装备及自动检测系统
2.5铸件清理自动化
2.6压力铸造装备及自动化
2.7消失模精密铸造装备及生产线
2.8半固态成形装备
第3章金属塑性成形装备及自动化（8学时）
3.1概述
3.2液压成形装备
3.3精冲压力机
3.4多工位压力机
3.5数控冲压装备
3.6伺服成形装备
3.7塑性成形自动化技术
第4章金属连接成形装备及自动化（8学时）
4.1概述
4.2弧焊设备及自动化
4.3点焊装备及自动化
4.4钎焊装备
4.5激光焊接装备
4.6焊接机器人工作站
第5章高分子材料成形设备及自动化（4学时）
5.1概述
5.2塑料注射机
5.3橡胶成形装备及自动化
5.4其它高分子材料成形装备
第6章快速成形装备及控制（6学时）
6.1快速成形原理及其方法概述
6.2CAD图形与快速成形（RP）系统的接口
6.3快速成形技术的数据处理
6.4三维实体扫描及重构系统
6.5典型快速成形系统（SLS）
6.6金属板材数控无模单点成形系统
6.7真空注型装备
6.8快速成形装备的控制系统
第7章其它材料成形装备（4学时）
7.1陶瓷成形装备
7.2粉末材料成形装备
7.3玻璃成形装备
第8章 热处理工业炉及其控制（4学时）
8.1热处理工业炉的种类及特点
8.3连续式渗碳炉及控制
8.3密封箱式多用炉及控制
8.4等温退火炉及控制
第9章 材料加工中的环境保护装备（4学时）
9.1环境保护的意义及国家的环境保护法
9.2除尘装备
9.3隔音、消音、减振装备
9.4污水处理装备
9.5废气净化装备
9.6固体废弃物的再生利用
10.参考配套的实验课（6学时，学时另计）
10.1压力铸造装备及过程控制实验（实验设备：
小型压铸机）
10.2自动焊接机器人实验（实验设备：
焊接机器人）
10.3快速成形装备及自动控制实验（实验设备：
SLS快速成形机）
（3）各章节的课后思考题（作业）及讨论要求
思考题（课后作业）：
第1章思考题：
1、材料有哪些种类，常用的金属材料有哪几种？
2、金属材料有哪些常见的成形方法，举例说明其特点。
3、举例说明，不同的材料及成形工艺的主要设备及其作用。
4、阐述工业装备在材料成形加工中的作用。
5、概述工业自动化的定义、组成及主要内容。
第2章思考题：
1、简述液态金属成形常用熔化装备的原理、特点及适用场合，实现熔化过程自动化控制的意义。
2、简述常用浇注装备的种类及控制原理，实现浇注自动化对提高铸件生产质量的作用。
3、比较震击、压实、射砂、气冲、静压等型（芯）砂紧实方法的工作原理、特点和应用。
4、比较碾轮式混砂机与转子式混砂机，在混砂机构和混砂原理上的不同。
5、砂处理系统的自动化应主要包括哪些内容？
简要说明其工艺过程。
6、简述压铸机、低压铸造机的结构组成及工艺特点。
7、消失模铸造的主要装备有哪些，简述它们的工作原理。
8、简述新流变（半固态）铸造法的工艺原理及自动化生产线的组成与特点。
9、采用两台振动电机驱动的设备有：
振动输送机、振动落砂机、振动紧实台，用图示方法分析表述它们在工作原理及振动力作用方向上的区别。
第3章思考题：
1、举例说明液压成形装备的基本组成、工作原理及特点。
2、简要介绍精冲压力机的工作有原理及特点。
3、多工位压力机送料机构有哪些类型？
4、简述数控转塔冲床的基本组成、工作原理及应用特点。
5、什么是伺服压力机？
比较它与传统压力机在结构组成、工作原理及特点上的区别。
6、分析概述多工位压力机的工作原理及使用特点。
7、板材冲裁加工、拉深成形工艺各适合用什么类型的压力机？
分别简述原因。
8、分别简述伺服压力机、传统机械曲柄压力机和液压机各有哪些特点？
能否将传统曲柄压力机改造成伺服压力机，如果可以改，需要改哪些部件？
9、分析液压机的控制原理与特点（以图1为例）。
图1
第4章思考题：
1、弧焊过程的稳定性主要取决于什么的稳定性？
它与哪两个特性相关？
2、熔化极弧焊时，有几种送丝控制系统？
各要求采用什么样的电源外特性与电弧静特性相配合？
3、埋弧焊时，为什么要采用反抽引弧？
而CO2气体保护焊时，为了提高引弧成功率、减少过程飞溅及收弧时的焊丝末端去小球环节，控制系统应从哪些方面着手？
4、钨极氩弧焊设备中为什么要设置引弧器？
而稳弧器是对什么电源设置的？
5、等离子焊是靠什么器件产生的？
而由它产生了哪三种作用？
6、次级整流点焊机有哪些特点？
7、试述一下固体激光焊机和气体激光焊机的组成特点。
8、焊接机器人主要分哪两类？
它们各主要组成部件有哪些？
9、电阻点焊的简单循环程序包含哪些内容，试画出电阻点焊的简单循环程序图。
第5章思考题：
1、简述高分子材料成形方法及成形设备特点。
2、塑料注射机由哪些部分组成？
其主要性能参数为哪些？
3、简述塑料注射成形的工艺过程及电气控制原理。
4、简述橡胶挤出机的结构原理及控制系统特点。
5、比较高分子材料压制成形、压延成形的区别。
第6章思考题：
1、快速成形技术基于什么成形原理？
可应用于哪些领域？
2、概述采用振镜扫描方式的立体光刻成形技术的工作原理。
3、概述选择性激光烧结成形技术的工作原理。
4、概述熔丝沉积成形技术的工作原理。
5、概述薄材叠层成形技术的工作原理。
6、STL文件有几种格式？
7、STL格式文件描述的是什么结构的三维数据模型？
8、概述金属板材数控渐进成形技术的工作原理。
第7章思考题：
1、概述陶瓷成形装备的种类、特点。
2、简述陶瓷件施釉、装饰的目的，其主要设备的原理与特点。
3、概述玻璃成形的工艺过程及其主要加工设备。
4、以玻璃制瓶机生产线为例，概述其工艺过程及设备特点。
5、简述粉末冶金加工工艺过程及主要设备原理。
6、比较粉末材料压力成形装备与其它压力成形机的异同。
第8章思考题：
1、简述工业炉的种类及特点，工业炉通常由哪几部分组成。
2、概述热处理工艺特点，举例说明热处理工业炉的结构原理及系统组成。
3、简述气体渗碳淬火自动线的组成原理与特点。
4、简述室式锻造加热炉的组成与特点。
5、常用的测温方法有哪几种？
简述炉温自动控制系统的组成。
第9章思考题：
1、简述可持续发展与绿色制造的意义。
2、常用的除尘设备有哪几种？
简述它们的优缺点。
3、简述噪声控制的原理与方法。
压力加工设备的隔振装置由哪几部分的组成？
4、概述工业废气的排放标准及其净化方法。
5、概述材料成形工业污水的特点及常用的处理方法。
6、简述旧砂再生回用方法、特点及适应范围。
讨论（思考题及作业）要求：
1、每章节学习结束后，学生都要按上课教师的具体要求以书面的形式做一定数量的思考题，作为平时的作业成绩（按约10%计入课程总成绩）。
2、每位学生，根据自己的兴趣，完成1种典型的成形装备的原理、特点及结构进行介绍，用PPT展示汇报（时间不超过10分钟），其它同学对该学生的汇报情况进行评价与交流。
汇报表现与成绩，按约10%计入课程总成绩。
3、学生也可以结合本课程的内容与自己的兴趣，设计一种材料成型装备及控制系统作为讨论与交流的内容，供同学及上课老师评定。
十、教学参考书及文献
1、《材料成形装备及自动化》，机械工业出版社，2006年，樊自田等编；
2、《材料成形装备控制技术》，机械工业出版社，2008年，吴丰顺等编；
3、《材料成形设备及自动化》，高等教育出版社，2010年，王敏等编。
十一、课程成绩评定与记载考核方式
1、课程考核及评价细则
课程考核及评价细则，详见表3。
表3课程考核及评价细则
成绩组成
考核/评价环节
分值
考核/评价细则
对应的教学目标
平时成绩
30%
上课表现
10
根据学生平时上课的出勤率、课堂表现及互动情况，视其对课程学习的态度及积极程度，按10%计入课程总成绩。
1、2、3、4
平时作业
10
根据学生的课后作业的完成情况及质量，视其对课程知识理解、掌握情况，最后按10%计入课程总成绩。
3、4
讨论交流（读书报告PPT展示等）
10
每位学生，根据自己的兴趣，完成1种典型成形装备的原理、特点及结构介绍，用PPT展示汇报，成绩按10%计入课程总成绩。
3、4
考试成绩
70%
考试的卷面分数
70
主要考核液态成型装备、塑性成型装备、连接成型装备、快速成型、热处理工业炉等内容，以卷面成绩的70%计入总成绩。
1、2、3、4
2、终结性考试形式：
根据考试试题的难度，可以实施开卷或闭卷考试，以卷面成绩的70%计入总成绩。
撰稿：
《材料成型装备及自动化》课程组（主笔：
樊自田）
审核：
材料科学与工程学院本科教学指导委员会
2015－11－26
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