工程導(dǎo)論與學(xué)科(專業(yè))介紹-2012課件

1、工程導(dǎo)論與學(xué)科（專業(yè)）介紹 樊自田教授（博導(dǎo)，副院長）E-Mail: Tel:容提要1、學(xué)科（專業(yè)）及課程概述（樊自田）“材料加工”學(xué)科、“材料成形”專業(yè)、課程2、材料（金屬）液態(tài)成形方向（樊自田）（思考題）3、材料（金屬）塑性成形與模具技術(shù)方向（李建軍）4、材料（金屬）連接成形方向（劉順洪）本課程結(jié)束，提交一個學(xué)習報告！1、學(xué)科（專業(yè)）及課程概述工程：“工程”、“材料成形加工工程”學(xué)科：“材料加工工程”，材料科學(xué)與工程專業(yè)：“材料成型及控制工程”工程的主要依據(jù)是數(shù)學(xué)、物理、化學(xué)，及其產(chǎn)生的材料科學(xué)、固體力學(xué)、流體力學(xué)、熱力學(xué)、輸運過程和系統(tǒng)分析等。依照工程（Eng

2、ineering）對科學(xué)(Science)的關(guān)系，工程的所有各分支領(lǐng)域都有如下主要職能： 1）研究: 應(yīng)用數(shù)學(xué)和自然科學(xué)概念、原理、實驗技術(shù)等，探求新的工作原理和技術(shù)方法。 2）開發(fā): 把研究成果應(yīng)用于實際過程中，解決遇到的各種問題。 3）設(shè)計: 選擇不同的方法、特定的材料，確定符合技術(shù)要求和性能規(guī)格的設(shè)計方案，以滿足結(jié)構(gòu)或產(chǎn)品的要求。 4）施工: 包括準備場地、材料存放、選定，既經(jīng)濟又安全，并能達到質(zhì)量要求的工作步驟，以及人員的組織和設(shè)備利用。 5）生產(chǎn): 考慮人和經(jīng)濟因素情況下，選擇工廠布局、生產(chǎn)設(shè)備、工具、材料、元件和工藝流程，進行產(chǎn)品的試驗和檢查。 6）操作: 管理機器、設(shè)備以及動力供

3、應(yīng)、運輸和通信，使各類設(shè)備經(jīng)濟可靠地運行。 7）管理及其他 職能。 （2）材料是用于制造有用物件的物質(zhì)。根據(jù)材料的組成結(jié)構(gòu)，可分成金屬材料、無機非金屬材料、高分子材料和復(fù)合材料；根據(jù)材料的性能特征，可分成結(jié)構(gòu)材料和功能材料。材料工程（Materials Engineering），是研究、開發(fā)、生產(chǎn)和應(yīng)用金屬材料、無機非金屬材料、高分子材料和復(fù)合材料的工程領(lǐng)域。 材料科學(xué)（Materials Science），是研究材料的組織結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、生產(chǎn)流程和使用效能，以及它們之間相互關(guān)系的科學(xué)。材料科學(xué)是多學(xué)科交叉與結(jié)合的結(jié)晶，是一門與工程技術(shù)密不可分的應(yīng)用科學(xué) 。材料科學(xué)與工程歷史證明，材料是社會進步的

4、物質(zhì)基礎(chǔ)和先導(dǎo)，是人類進步的里程碑，例如“石器時代”、“銅器時代”、“鐵器時代”等；在近代，鋼鐵材料的發(fā)展對于工業(yè)革命進程起了決定性的作用；半導(dǎo)體材料的發(fā)展把人類帶入了信息時代。當今，人們把材料、信息、能源作為現(xiàn)代文明的三大支柱。新材料技術(shù)更成為三大高新技術(shù)之一。 （3）材料加工工程：將原料、原材料（含各種添加劑、助劑或改性材料）加工轉(zhuǎn)變成實用材料或制品的工程技術(shù)。可以分為金屬材料加工工程和非金屬材料加工工程。 （4）材料成型及控制工程：研究熱加工改變材料的微觀結(jié)構(gòu)、宏觀性能和表面形狀，研究熱加工過程中的相關(guān)工藝因素對材料的影響，解決成型工藝開發(fā)、成型設(shè)備、工藝優(yōu)化的理論和方法；研究模具設(shè)計理

5、論及方法，研究模具制造中的材料、熱處理、加工方法等問題。由原來鑄造、鍛壓、焊接、熱處理等專業(yè)組成。金屬材料加工工程1）鑄造成型及控制；2）壓力加工及控制 ； 3）焊接成型及控制；4）模具設(shè)計與制造。非金屬材料加工工程：陶瓷、玻璃、橡膠等制品加工成形。材料成型及控制工程屬于“機械制造行業(yè)及領(lǐng)域”?。?）舉例大型30萬噸油輪三峽電站水輪機千噸級核電反應(yīng)器大型飛機材料成型及控制工程，“本科專業(yè)”名稱我們學(xué)院現(xiàn)有的本科專業(yè)：“材料成型與控制工程”、“材料科學(xué)與工程”， “電子封裝技術(shù)”、“功能材料” 材料加工工程，“研究生專業(yè)及學(xué)科”名稱我們學(xué)院現(xiàn)有的研究生專業(yè)：“材料加工工程”、“材料學(xué)”，“數(shù)字化

6、材料成形”、“納米科學(xué)與技術(shù)”“材料科學(xué)與工程”，一級學(xué)科“材料加工工程”、“材料學(xué)”、“材料物理化學(xué)”，二級學(xué)科（2）集中性實踐教學(xué)環(huán)節(jié)周數(shù)與學(xué)分 實踐教學(xué)環(huán)節(jié)名稱課程性質(zhì)周數(shù)/學(xué)分占實踐教學(xué)環(huán)節(jié)學(xué)分比例（）軍事訓(xùn)練必修2/25.9公益勞動必修1/12.9機械基礎(chǔ)工程訓(xùn)練必修3/38.8金工實習必修4/411.8電工實習必修2/25.9專業(yè)社會實踐必修1/12.9生產(chǎn)實習必修3/38.8專業(yè)課程設(shè)計必修3/38.8畢業(yè)設(shè)計（論文）必修16/1644.2合計35/35100（4）主要課程 a.通識教育基礎(chǔ)課程： 政治、哲學(xué)、文史、英語、體育、數(shù)學(xué)、物理化學(xué)、計算機基礎(chǔ)等b.學(xué)科基礎(chǔ)課程（學(xué)科大

7、類基礎(chǔ)）： 制圖、力學(xué)、機械設(shè)計與制造、檢測與控制、材料科學(xué)基礎(chǔ)、傳熱學(xué)、流體傳動等c.學(xué)科基礎(chǔ)課程（學(xué)科專業(yè)基礎(chǔ)）： 工程化學(xué)、材料成型原理、微機原理、CAD技術(shù)基礎(chǔ)、材料制備及組織性能等 d.專業(yè)課程（專業(yè)核心 ） 材料加工工程、材料成型裝備及自動化、模具設(shè)計方法等e.專業(yè)課程（專業(yè)方向） 金屬的液態(tài)-半固態(tài)-固態(tài)成形、快速成形、塑料成形、模具技術(shù)（5）主要實踐教學(xué)環(huán)節(jié)（含專業(yè)實驗）軍事訓(xùn)練（Military Training）金工實習（Metal Working Practice）電工實習(Electrical Engineering Practice) 機械基礎(chǔ)工程訓(xùn)練(Mechani

8、cal Engineering Training) 專業(yè)社會實踐(Professional Social Practice)生產(chǎn)實習(Engineering Internship) 專業(yè)課程設(shè)計(Course Project) 畢業(yè)設(shè)計（論文）Undergraduate Thesis 卓越工程師（含啟明班）：四年本科（31）、兩年碩士（11）、三年博士（12）本科生、碩士生、博士生的實踐環(huán)節(jié)時間分別為1年、1年、2年以上。卓越工程師（啟明班）本科生的實踐課程包括（約1年）：企業(yè)認識實習 （第2學(xué)期，1周）；工程專題講座（第4學(xué)期，2周）；工程創(chuàng)新實踐 （第6學(xué)期，3周）；科技寫作（第7學(xué)期，1

9、周）；專業(yè)實習（生產(chǎn)實習，第7學(xué)期，4周）；工程綜合訓(xùn)練（課程設(shè)計，第7學(xué)期，3周）；畢業(yè)設(shè)計與論文 （第8學(xué)期，16周） 。金工實習（4周）、電工實習（2周）、機械基礎(chǔ)工程訓(xùn)練（4周）等。172010年6月23日，教育部召開“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”啟動大會，批準了全國61所高等學(xué)校實施該計劃。依據(jù)是我國急需國際公認的“合格工程師” 。經(jīng)研究后參照法國體制。卓越計劃包括：工科的本科生、碩士研究生、博士研究生三個層次，培養(yǎng)現(xiàn)場工程師、設(shè)計開發(fā)工程師和研究型工程師等類型的工程師后備人才。面向工業(yè)界、面向世界、面向未來，培養(yǎng)造就一大批創(chuàng)新能力強、適應(yīng)經(jīng)濟社會發(fā)展需要的高質(zhì)量各類型工程技術(shù)人才。 卓

10、越工程師教育培養(yǎng)計劃18卓越工程師的培養(yǎng)包括大學(xué)教育和崗位培養(yǎng)兩個階段。高校任務(wù)（1）金屬液態(tài)成形的基本概念金屬液態(tài)成形（俗稱“鑄造”），是指將室溫中為液態(tài)但不久后將固化的物質(zhì)倒入特定形狀的鑄模待其凝固成形的加工方式。被鑄造的物質(zhì)多為金屬（例：銅、鐵、鋁、鎂等，原為固態(tài)、加熱后可成液態(tài)）。鑄模的材料可以是砂、金屬、陶瓷等，故又稱砂型鑄造、金屬型鑄造、陶瓷型鑄造等。不同要求、不同材料，使用的方法也不相同。鑄造是人類掌握比較早的一種金屬熱加工工藝，已有約6000年的歷史。中國約在公元前1700前1000年之間已進入青銅鑄件的全盛期，工藝上已達到相當高的水平。金屬的液態(tài)成形仍是金屬零件的主要成形方法

11、之一，適應(yīng)性廣（各類金屬、大小、形狀），尤其適應(yīng)復(fù)雜零件的大量成形。1）汽車典型零部件（2）鑄件舉例風力發(fā)電零件高速車鋁合金支架機床床身（鑄鐵）機車搖枕側(cè)架（鑄鋼）曾侯乙編鐘 嵌綠松石銅神獸（春秋）五牛銅針線盒（西漢）曾候乙墓中的青銅器尊和盤（3）金屬液態(tài)成形技術(shù)的主要內(nèi)容1）金屬材料及熔煉技術(shù)2）鑄造模型（具）材料與鑄模制造技術(shù)3）金屬凝固與過程控制技術(shù)4）鑄造工藝方法及設(shè)計5）鑄造裝備及自動化6）計算機在鑄造過程中的應(yīng)用 1）金屬材料及熔煉技術(shù)金屬材料的種類與特性：黑色金屬：鋼、鐵，F(xiàn)e-C合金有色金屬：鋁合金、鎂合金、銅合金、鋅合金、釬合金、錫合金等。熔煉（熔化）技術(shù)及裝備：電爐：感應(yīng)爐

12、、電弧爐、電阻爐等燃料爐：沖天爐、焦碳爐等3）金屬凝固與過程控制技術(shù)金屬凝固的方式與速度不同，可以得到不同的組織與性能；普通凝固：砂型鑄造（較慢）、金屬型鑄造（較快）組織：等軸晶、柱狀晶快速凝固：常規(guī)工藝的冷卻速度不超過102/S，快速凝固的冷卻速度104109/S。極細小的組織。定向凝固：定向散熱，柱狀組織。航空發(fā)動機葉片。組織越細小、性能越好！a) 全柱狀組織（穿晶）b) 典型組織c) 全等軸組織4）鑄造工藝方法及設(shè)計工藝方法與方案的確定、澆冒口系統(tǒng)的開設(shè)與設(shè)計等鑄造工藝設(shè)計，根據(jù)鑄造零件的結(jié)構(gòu)特點、技術(shù)要求、生產(chǎn)批量和生產(chǎn)條件等，確定鑄造方案和工藝參數(shù)，繪制鑄造工藝圖，編制工藝卡等技術(shù)文

13、件的過程。5）鑄造裝備及自動化6）計算機在鑄造過程中的應(yīng)用缺陷缺陷計算機模擬仿真技術(shù)（4）現(xiàn)代液態(tài)金屬技術(shù)與方法1）高性能鑄造合金材料鑄鐵（球鐵、灰鐵、蠕鐵）、鑄鋼、有色合金（Al、Mg、Cu、Ti）2）先進鑄造成形工藝方法及裝備消失模鑄造技術(shù)、半固態(tài)鑄造技術(shù)、真空壓力鑄造技術(shù)、等等3）綠色鑄造型（芯）材料4）自動化檢測儀器及裝備5）其它1）高性能鑄造合金材料鑄鐵是由鐵、碳和硅組成的合金的總稱。又稱“Fe-C-Si合金”。工業(yè)鑄鐵一般含碳量為24%。還含有13%的硅，及錳、磷、硫等元素。合金鑄鐵還含有鎳、鉻、鉬、鋁、銅、硼、釩等元素。鑄鐵可分為：.灰口鑄鐵HT。含碳量較高2.7%4.0%，碳主

14、要以片狀石墨形態(tài)存在，斷口呈灰色?？箟簭姸群陀捕冉咏妓劁摚瑴p震性好。用于制造機床床身、箱體等。 .球墨鑄鐵QT。將灰口鑄鐵鐵水經(jīng)球化處理后獲得，析出的石墨呈球狀。比灰口鑄鐵有較高強度、較好韌性和塑性。用于制造內(nèi)燃機、汽車零部件等。 .蠕墨鑄鐵RT。將灰鐵鐵水經(jīng)蠕化處理后獲得，析出石墨呈蠕蟲狀。力學(xué)性能與球墨鑄鐵相近，鑄造性能介于灰鐵與球鐵之間。用于制造汽車的零部件。 灰鐵球鐵蠕鐵可鍛鐵.白口鑄鐵。碳、硅含量較低，碳主要以滲碳體形態(tài)存在，斷口呈銀白色。硬度高，脆性大，不能承受沖擊載荷。多用作可鍛鑄鐵的坯件和制作耐磨損件。 .可鍛鑄鐵。由白口鑄鐵退火處理后獲得，石墨呈團絮狀。其組織性能均勻，耐磨

15、損，有良好的塑性和韌性。用于制造形狀復(fù)雜、能承受強動載荷的零件。.合金鑄鐵。普通鑄鐵加入適量合金元素（如硅、錳、磷、鎳、鉻、鉬、銅等）獲得。合金元素使基體組織發(fā)生變化，獲得較好的耐熱、耐磨、耐蝕、電磁等特性。鑄鋼：含C量低于2.0%，在凝固過程中不經(jīng)歷共晶轉(zhuǎn)變的鑄件的鉄基合金的總稱。含C0.2%的為低碳鋼，含C0.2%0.5%的為中碳鋼，含C0.5%的為高碳鋼 。與鑄鐵比較，鑄鋼的強度高、韌性好，是受力結(jié)構(gòu)件的常用材料。高強度、高韌性、特殊性能的鋼鐵材料（零部件）是現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展要求。超強鋼鐵材料及零件！高溫鑄鋼零件普通鑄鋼件有色金屬及其合金（Al、Mg、Cu、Ti）：鋁合金壓鑄鋁合金砂鑄鎂合

16、金壓鑄高性能的輕合金材料及復(fù)雜零件，廣泛應(yīng)用于航空航天、汽車、軍工等行業(yè)。2）先進鑄造成形工藝方法及裝備消失模鑄造技術(shù)高溫金屬液使泡沫模樣熱解氣化“消失”，占據(jù)泡沫模的空間而獲得鑄件。半固態(tài)鑄造成形技術(shù) 在液態(tài)金屬凝固過程中，進行強烈的攪動，使普通凝固結(jié)晶易形成的樹枝晶網(wǎng)絡(luò)骨架被打碎，形成分散的顆粒狀組織形態(tài)，制得半固態(tài)金屬液，然后將其壓鑄或擠壓成坯料或鑄件。真空壓力鑄造技術(shù)在高壓作用下將液態(tài)或半液態(tài)金屬快速壓入金屬鑄型中，并在壓力下凝固而獲得鑄件的方法。廣泛有色金屬小型、薄壁、形狀復(fù)雜件的大批量生產(chǎn)。壓鑄件內(nèi)部常存在氣孔、縮孔和縮松等缺陷，不能熱處理強化。發(fā)展趨向：高真空壓鑄技術(shù)與裝備。3）

17、綠色鑄造型（芯）材料鑄型（芯）材料：原砂（石英砂）、粘結(jié)劑、輔助材料、涂料、脫模劑等；砂型鑄造的粘結(jié)劑：化學(xué)樹脂（酚醛、呋喃）、膨潤土（粘土）、水玻璃、硅溶膠等； 涂料（砂型芯用）：水基涂料、醇基涂料等； 脫模劑（金屬鑄型用）：油基、石墨基、水基等。技術(shù)發(fā)展的要求是：無毒無味、綠色環(huán)保，無機材料。粘結(jié)劑無機礦物材料（可選）催化劑INOTEC 無機粘結(jié)劑系統(tǒng)組成（取代冷芯盒工藝）硅酸鹽混合料包括添加劑礦物質(zhì)造型材料增加強度改善出砂性改善鑄件表面質(zhì)量液態(tài)礦物催化劑改善流動性增加強度改善砂芯在高濕度下的穩(wěn)定性改善鑄件表面質(zhì)量環(huán)境友好型粘結(jié)劑！廢氣凈化污水處理舊砂再生回用工業(yè)“三廢”：再生利用、無害排放。4）自動化檢測儀器及裝備 電化學(xué)測氫儀 FAST-3D-