工程材料及热加工

2020/2/51工程材料及热加工2020/2/521、本课程校内发展的历史沿革材料是人类文明生活的物质基础。人类历史所谓石器时代、青铜器时代和铁器时代就是按生产活动中起主要作用的工具材料来划分的。可见材料的发展对社会的进步起着极为重要的作用。工程材料及热加工包括工程材料及热加工工艺两部分。它是机械类和近机械类专业的一门专业基础课。作为一名机械制造的技术人员，在设计和制造零件时，必须熟悉各类材料的牌号，懂得材料的成分、组织和性能之间的关系，对零件毛坯选用的热加工工艺应有相当的了解。周朝青铜器商代青铜兽2020/2/532、内容机械工程系飞机制造技术专业、模具设计与制造专业、机械制造与自动化专业、机电一体化专业（五年制）开设了《工程材料及热加工》这门课程，该课程是机械类专业的一门专业基础课，要求学生掌握制造机械零件所必备的有关工程材料及毛坯热加工方面的知识。该课程的内容包括工程材料基础和热加工工艺基础两部分曲轴整体热处理大炉2020/2/54机械工程材料基础包括以下内容：金属的力学性能：介绍材料室温时的力学性能。金属的晶体结构与结晶：介绍常见金属的晶体结构。铁碳相图：介绍铁碳合金相图中典型合金的结晶过程，铁碳合金的组织和力学性能的关系、相图在选材方面的应用钢的热处理：介绍钢在加热和冷却时的组织转变，过冷奥氏体转变产物的组织、形态和性能，以及热处理工艺的目的、方法、和应用。金属材料：介绍常用金属材料（铸铁、碳钢、合金钢、轴承合金、铝合金等）的种类、成份、牌号、热处理、性能特点及其应用。2020/2/55热加工工艺基础铸造：铸造工艺基础，铸造方法，铸造合金的性能，铸件结构设计等。锻压：介绍金属的可段性、模锻、自由锻及板料冲压。焊接：电弧焊，其它常用焊接方法，常用金属材料的焊接，焊接结构工艺性。2020/2/563、教学内容组织方式与目的以合金渗碳钢为例1、性能要求(1)表面渗碳层硬度高，以保证优异的耐磨性和接触疲劳抗力，同时具有适当的塑性和韧性。(2)心部具有高的韧性和足够高的强度。(3)有良好的热处理工艺性能。2、成分特点(1)低碳：碳含量一般为0.10%～0.25%。(2)加入提高淬透性的合金元素：常加入Cr、Ni、Mn、B等。(3)加入阻碍奥氏体晶粒长大的元素：Ti、V、W、Mo等。3、常见钢种及牌号20Cr低淬透性合金渗碳钢。20CrMnTi中淬透性合金渗碳钢。18Cr2Ni4WA和20Cr2Ni4A高淬透性合金渗碳钢。2020/2/574、热处理和组织性能合金渗碳钢的热处理工艺一般都是渗碳后直接淬火，再低温回火。热处理后，表面渗碳层的组织为合金渗碳体+回火马氏体+少量残余奥氏体组织，硬度为60HRC～62HRC。心部组织与钢的淬透性及零件截面尺寸有关，完全淬透时为低碳回火马氏体，硬度为40HRC～48HRC；多数情况下是屈氏体、回火马氏体和少量铁素体，硬度为25HRC～40HRC。心部韧性一般都高于700KJ/m2。5、用途主要用于制造汽车、拖拉机中的变速齿轮，内燃机上的凸轮轴、活塞销等机器零件。变速齿轮拨叉2020/2/58以熔模铸造为例一、熔模铸造的工艺过程二、熔模铸造的特点及应用范围2020/2/59熔模铸造有以下优点:1)由于铸型精密,没有分型面,型腔表面极光洁,故铸件的精度及表面质量均优。同时,铸型在热态浇注,可以生产出形状复杂的薄壁铸件。2)由于型壳是由耐火材料制成,可以适应各种合金的生产,对于生产高熔点合金及难切削加工合金,更显出其独特的优越性。3)生产批量不受限制,除常用于成批、大量生产外,也可用于单件生产。熔模铸造的主要缺点是:材料昂贵、工序多、生产周期长,不宜生产大件等。熔模铸造广泛应用于电器仪表、刀具、航空等制造部门。例如,汽轮机和涡轮发动机的叶片,汽车、拖拉机上的小型零件等,已成为少或无切削加工中最重要的工艺方法。2020/2/5104、教学条件（教材的使用与建设）该课程在近几年的教学中曾使用过原金工教研室金南威主编的《工程材料及热加工基础》，该教材的内容较多，不适应现在的课时压缩要求；选用丁德全主编《金属工艺学》教材，该教材分为三篇内容：工程材料篇、热加工工艺篇、机械加工工艺篇。机械加工工艺篇与选用的《金工实习》教材内容发生冲突。2006年选用西安电子科技大学出版社程晓宇主编、我校参编的《工程材料及热加工技术》这门教材。该教材具有以下特点：该教材适应教学总学时的压缩，以必须够用为度，以掌握概念、强化应用为教学重点。以材料与毛坯选择为目标，以材料应用为主线，将理论教学与实训教学进行全方位的整合，形成新的课程内容体系，把对学生技术应用能力的培养贯穿到教材内容的各个部分。注重企业生产技术实际案例。将企业实际发生的一些材料方面的技术案例引入到到该教材，让学生一开始就注意理论与实践结合，提高学生分析问题的能力。2020/2/511以齿轮为例齿轮类零件选材1.齿轮的工作条件(1)由于传递扭矩，齿根承受很大的交变弯曲应力；(2)换挡、启动或啮合不均时，齿部承受一定冲击载荷；(3)齿面相互滚动或滑动接触，承受很大的接触压应力及摩擦力的作用。2.齿轮的失效形式(1)疲劳断裂主要从根部发生。(2)齿面磨损由于齿面接触区摩擦，使齿厚变小。(3)齿面接触疲劳破坏，在交变接触应力作用下，齿面产生微裂纹，微裂纹的发展，引起点状剥落。(4)过载断裂主要是冲击载荷过大造成的断齿。2020/2/5123.齿轮的性能要求(1)高的弯曲疲劳强度;(2)高的接触疲劳强度和耐磨性;(3)较高的强度和冲击韧性。齿轮材料一般选用低、中碳钢或其合金钢，经表面强化处理后，表面强度和硬度高，心部韧性好，工艺性能好，经济上也较合理。2020/2/513典型齿轮选材举例1.机床齿轮机床变速箱齿轮担负传递动力，改变运动速度和方向的任务。载荷不大，运动平稳，工作条件好。一般可选中碳钢(45钢)制造，为了提高淬透性，也可选用中碳合金钢(40Cr钢)。工艺路线为：下料→锻造→正火→粗加工→调质→精加工→轮齿高频淬火及回火→精磨。冲击载荷小的低速齿轮也可采用HT250、HT350、QT500-5、QT600-2等铸铁制造。2020/2/5142.汽车齿轮汽车齿轮主要分装在变速箱和差速器中。工作较为繁重，比机床齿轮要求高。一般用合金渗碳钢20Cr或20CrMnTi制造。渗碳齿轮的工艺路线为：下料→锻造→正火→切削加工→渗碳、淬火及低温回火→喷丸→磨削加工2020/2/515制作的在线学习内容丰富，图文并茂，动画生动，极大地提高了学生学习的兴趣及积极性。举例（非合金钢）电子教案：自制的电子教案及采集的视频，教师可以在多媒体进行授课，将生产的实际情况带到课堂，缩短了课堂与企业生产的距离，增强学生的感性认识。课程组设计与制作的《金属工艺学》多媒体课件在2004年我校青年教师多媒体课件竞赛中获一等奖；该课件在2005年陕西省现代教育技术应用研究成果评选活动中获二等奖，在陕西省高校青年教师多媒体课件竞赛中获优秀奖。2020/2/5165、工学结合教师纯粹在黑板上画饼，没有实践教学，不能适应高职教育的发展的要求。本课程教学人员积极组织工学结合教学研究，建设双师素质和双师结构的教学团队。我校机械制造与自动化专业、机电一体化专业、飞机制造技术专业、模具设计与制造专业等在基础课教学方面开设了工程材料及热加工课程。在实践教学方面有计划的开展校内实习工厂的钳工实习、机工实习，将理论教学与实践教学融为一体。校内工厂为工学结合创造了教学条件。为培养学生职业素质，使学生有机会进行岗位体验，各专业在教学设计方面安排了认识实习。学校企业紧密联系，建立了深度融合的校企合作关系。稳定的校外实训基地有多处，如庆安公司、远东公司、西安发动机公司、西安飞机制造公司等。近几年来，全体教师在课程教学实践中积极探索工学结合方式，提高学生的专业技能和就业竞争力，取得了很好的教学效果。其结果使机械系毕业生就业率一直稳定在96%以上。现在毕业生主要就业在航空航天系统、国企、合资企业、外资企业等，有的学生已经取得了可喜的成绩。2020/2/5176、课程特色1.本课程具有实践性强的特点，在教学过程中重视学生在校学习与实际工作的一致性，充分利用校内外实训基地资源，采用“理论教学——课内模拟实验——金工实习——认识实习这种工学结合的教学模式，实现抽象知识与岗位实用技能的转化，提高学生的技能水平。2.充分利用信息时代的教育技术，以教材内容为基础，将课程知识点，制作成融文字、图片、动画、声音为一体的多媒体课件。所制作的课件生动形象，插图醒目清楚，易于学生理解和掌握，教学效果显著。组织观看辅助教学电教片，使学生了解现代制造技术及其发展趋势，扩大知识面，掌握相关学科的发展前沿3.采用讨论式、互动式教学方法，引导学生将理论知识与工程实例相结合，增强学生的求知欲及工程意识。定期收集学生对于教学过程及教学方法的反馈意见，不断改进教学方法和教学手段。2020/2/5187、教学队伍王巧云：西工大双师型韩敏健：西安电子科技大学在职硕士研究生。张康熙：工程师校办工厂室主任实践教学2020/2/5198、教学效果原金工教研室主任金南威的评价工程材料与热加工在我校办专科期间曾经是金属工艺学系列课程中一门重要的课程，该课程在多年的教学实践和教学改革中取得了很好的教学效果，特别是近几年来，形成了独具特色的教学模式和教学风格。在学时不断压缩的情况下，能整合教学内容，形成了一定特色的教学内容体系。注重材料学理论知识的传授与实际动手能力的培养相结合，着重培养学生分析问题、解决问题的能力。教学质量不断提高，且受到了同行专家和学生的一致好评，2020/2/520机械基础教研室刘书华老师的评价工程材料与热加工作为一门技术基础课，课程内容跨越材料工程和机械工程两大学科，授课难度很大。该课程授课教师很好地把握了两大学科内容之间的关系，建立了完善的课程内容体系。授课教师态度端正，备课认真，内容熟练，教学方法灵活，善于运用现代教学手段，板书、多媒体课件、录像、教学模型交替使用，学生喜欢，效果较好。2020/2/521机械基础教研室韩敏建老师的评价该课程的课堂授课既使用了多媒体教学，又有板书配合，教学手段运用得当，灵活生动。课堂教学中注意了教师与学生的互动交流，注意了启发式教学，收到了较好的效果。教师授课内容熟练，层次清晰，重点突出，语言流畅。课堂教学录像资料基本上反映了金属工艺学课堂教学的实际情况。2020/2/522学生评价结果：金属工艺学课堂教学为大课，一般为100人左右，学生评价如下：2005～2006学年第一学期主讲教师平均分数：93分；2006～2007学年第二学期主讲教师平均分数：90分；2007～2008学年第一学期主讲教师平均分数：95分。