工程導(dǎo)論與學(xué)科(專業(yè))介紹-2012

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:

fanzt@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(xí)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”（1）工程是將自然科學(xué)原理應(yīng)用到工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)部門中去而形成各學(xué)科的總稱。

“工程”是科學(xué)和數(shù)學(xué)的某種應(yīng)用。通過這一應(yīng)用，使自然界的物質(zhì)和能源的特性能夠通過各種結(jié)構(gòu)、機器、產(chǎn)品、系統(tǒng)和過程，是以最短的時間和精而少的人力做出高效、可靠且對人類有用的東西。

“工程”已逐漸發(fā)展為一門獨立的學(xué)科和技藝。工程又分成：材料工程、機械工程、建筑工程、化學(xué)工程等等。從事工程的人，工人、工程師。

從知識結(jié)構(gòu)的角度看：

數(shù)學(xué)是物理、化學(xué)的基礎(chǔ)；物理、化學(xué)是科學(xué)的基礎(chǔ)；材料是工程的基礎(chǔ)。語言文字是人類文明與交流的基礎(chǔ)。A、學(xué)科（專業(yè)）名稱定義工程的主要依據(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（Engineering）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(zhǔn)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（MaterialsEngineering），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)（MaterialsScience），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(dāng)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（1）課程體系學(xué)時與學(xué)分課程類別課程性質(zhì)學(xué)時/學(xué)分占課程體系學(xué)分比例（％）通識教育基礎(chǔ)課程必修1208/75.547.1選修160/106.3學(xué)科基礎(chǔ)課程學(xué)科大類基礎(chǔ)課程必修592/3723.1學(xué)科專業(yè)基礎(chǔ)課程必修232/14.59.1專業(yè)課程專業(yè)核心課程必修200/12.57.8專業(yè)方向課程選修168/10.56.6合

計2560/160100課程安排指導(dǎo)思想：“厚基礎(chǔ)、寬口徑、重能力”

B、課程概述（普通班）（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(xí)必修4/411.8電工實習(xí)必修2/25.9專業(yè)社會實踐必修1/12.9生產(chǎn)實習(xí)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（3）課外學(xué)分

序號課外活動名稱課外活動和社會實踐的要求課外學(xué)分1社會實踐活動提交社會調(diào)查報告，通過答辯者1個人被校團委或團省委評為社會實踐活動積極分子者，集體被校團委或團省委評為優(yōu)秀社會實踐隊者22英語及計算機考試全國大學(xué)英語六級考試考試成績達到學(xué)校要求者2全國計算機等級考試獲二級以上證書者2全國計算機軟件資格、水平考試獲程序員證書者2獲高級程序員證書者3獲系統(tǒng)分析員證書者43競賽校級獲一等獎?wù)?獲二等獎?wù)?獲三等獎?wù)?省級獲一等獎?wù)?獲二等獎?wù)?獲三等獎?wù)?全國獲一等獎?wù)?獲二等獎?wù)?獲三等獎?wù)?4論文在全國性刊物發(fā)表論文每篇論文2~35科研視參與科研項目時間與科研能力每項1~36實驗視創(chuàng)新情況每項1~3（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（MilitaryTraining）金工實習(xí)（MetalWorkingPractice）電工實習(xí)(ElectricalEngineeringPractice)機械基礎(chǔ)工程訓(xùn)練(MechanicalEngineeringTraining)

專業(yè)社會實踐(ProfessionalSocialPractice)生產(chǎn)實習(xí)(EngineeringInternship)專業(yè)課程設(shè)計(CourseProject)畢業(yè)設(shè)計（論文）UndergraduateThesis

卓越工程師（含啟明班）：四年本科（3＋1）、兩年碩士（1＋1）、三年博士（1＋2）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(xí)（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周）；專業(yè)實習(xí)（生產(chǎn)實習(xí)，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(xí)（4周）、電工實習(xí)（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(zhǔn)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)2、材料（金屬）液態(tài)成形方向

華中科技大學(xué)“材料成型及控制工程”專業(yè)的特點，是以金屬材料成形加工為主，以非金屬材料（塑料、陶瓷、玻璃等）成形加工為輔。主要內(nèi)容包括：

1）鑄造成形及控制；2）壓力加工成形及控制；

3）焊接成形及控制；4）成形模具的設(shè)計與制造；

5）計算機技術(shù)在金屬材料成形加工中的應(yīng)用。下面介紹金屬材料液態(tài)成形（鑄造）學(xué)科方向的有關(guān)情況。（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(dāng)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22汽車發(fā)動機鑄件齒輪室飛輪殼油底殼進氣管機冷卻器殼制動室活塞皮帶輪旋壓風(fēng)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）熔模精密鑄造大型結(jié)構(gòu)件旋流框架典型的鈦合金精密鑄件定向凝固葉片葉輪曾侯乙編鐘

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、電弧爐、電阻爐等燃料爐：沖天爐、焦碳爐等2）鑄造模型（具）材料與鑄模制造技術(shù)砂（模）型：－－砂型鑄造（各類金屬）粘土砂、水玻璃砂、樹脂砂等金屬（模）型：－－有色金屬金屬型（重力）鑄造、壓力鑄造、離心鑄造等殼型及其它（復(fù)合材料）：殼型鑄造、熔模精密鑄造、消失模鑄造、低壓鑄造等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104~109℃/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