工程导论与学科(专业)介绍-2012课件

1、工程导论与学科（专业）介绍 樊自田教授（博导，副院长）E-Mail: Tel:容提要1、学科（专业）及课程概述（樊自田）“材料加工”学科、“材料成形”专业、课程2、材料（金属）液态成形方向（樊自田）（思考题）3、材料（金属）塑性成形与模具技术方向（李建军）4、材料（金属）连接成形方向（刘顺洪）本课程结束，提交一个学习报告！1、学科（专业）及课程概述工程：“工程”、“材料成形加工工程”学科：“材料加工工程”，材料科学与工程专业：“材料成型及控制工程”工程的主要依据是数学、物理、化学，及其产生的材料科学、固体力学、流体力学、热力学、输运过程和系统分析等。依照工程（Eng

2、ineering）对科学(Science)的关系，工程的所有各分支领域都有如下主要职能： 1）研究: 应用数学和自然科学概念、原理、实验技术等，探求新的工作原理和技术方法。 2）开发: 把研究成果应用于实际过程中，解决遇到的各种问题。 3）设计: 选择不同的方法、特定的材料，确定符合技术要求和性能规格的设计方案，以满足结构或产品的要求。 4）施工: 包括准备场地、材料存放、选定，既经济又安全，并能达到质量要求的工作步骤，以及人员的组织和设备利用。 5）生产: 考虑人和经济因素情况下，选择工厂布局、生产设备、工具、材料、元件和工艺流程，进行产品的试验和检查。 6）操作: 管理机器、设备以及动力供

3、应、运输和通信，使各类设备经济可靠地运行。 7）管理及其他 职能。 （2）材料是用于制造有用物件的物质。根据材料的组成结构，可分成金属材料、无机非金属材料、高分子材料和复合材料；根据材料的性能特征，可分成结构材料和功能材料。材料工程（Materials Engineering），是研究、开发、生产和应用金属材料、无机非金属材料、高分子材料和复合材料的工程领域。 材料科学（Materials Science），是研究材料的组织结构、性质、生产流程和使用效能，以及它们之间相互关系的科学。材料科学是多学科交叉与结合的结晶，是一门与工程技术密不可分的应用科学 。材料科学与工程历史证明，材料是社会进步的

4、物质基础和先导，是人类进步的里程碑，例如“石器时代”、“铜器时代”、“铁器时代”等；在近代，钢铁材料的发展对于工业革命进程起了决定性的作用；半导体材料的发展把人类带入了信息时代。当今，人们把材料、信息、能源作为现代文明的三大支柱。新材料技术更成为三大高新技术之一。 （3）材料加工工程：将原料、原材料（含各种添加剂、助剂或改性材料）加工转变成实用材料或制品的工程技术。可以分为金属材料加工工程和非金属材料加工工程。 （4）材料成型及控制工程：研究热加工改变材料的微观结构、宏观性能和表面形状，研究热加工过程中的相关工艺因素对材料的影响，解决成型工艺开发、成型设备、工艺优化的理论和方法；研究模具设计理

5、论及方法，研究模具制造中的材料、热处理、加工方法等问题。由原来铸造、锻压、焊接、热处理等专业组成。金属材料加工工程1）铸造成型及控制；2）压力加工及控制 ； 3）焊接成型及控制；4）模具设计与制造。非金属材料加工工程：陶瓷、玻璃、橡胶等制品加工成形。材料成型及控制工程属于“机械制造行业及领域”！（5）举例大型30万吨油轮三峡电站水轮机千吨级核电反应器大型飞机材料成型及控制工程，“本科专业”名称我们学院现有的本科专业：“材料成型与控制工程”、“材料科学与工程”， “电子封装技术”、“功能材料” 材料加工工程，“研究生专业及学科”名称我们学院现有的研究生专业：“材料加工工程”、“材料学”，“数字化

6、材料成形”、“纳米科学与技术”“材料科学与工程”，一级学科“材料加工工程”、“材料学”、“材料物理化学”，二级学科（2）集中性实践教学环节周数与学分 实践教学环节名称课程性质周数/学分占实践教学环节学分比例（）军事训练必修2/25.9公益劳动必修1/12.9机械基础工程训练必修3/38.8金工实习必修4/411.8电工实习必修2/25.9专业社会实践必修1/12.9生产实习必修3/38.8专业课程设计必修3/38.8毕业设计（论文）必修16/1644.2合计35/35100（4）主要课程 a.通识教育基础课程： 政治、哲学、文史、英语、体育、数学、物理化学、计算机基础等b.学科基础课程（学科大

7、类基础）： 制图、力学、机械设计与制造、检测与控制、材料科学基础、传热学、流体传动等c.学科基础课程（学科专业基础）： 工程化学、材料成型原理、微机原理、CAD技术基础、材料制备及组织性能等 d.专业课程（专业核心 ） 材料加工工程、材料成型装备及自动化、模具设计方法等e.专业课程（专业方向） 金属的液态-半固态-固态成形、快速成形、塑料成形、模具技术（5）主要实践教学环节（含专业实验）军事训练（Military Training）金工实习（Metal Working Practice）电工实习(Electrical Engineering Practice) 机械基础工程训练(Mechani

8、cal Engineering Training) 专业社会实践(Professional Social Practice)生产实习(Engineering Internship) 专业课程设计(Course Project) 毕业设计（论文）Undergraduate Thesis 卓越工程师（含启明班）：四年本科（31）、两年硕士（11）、三年博士（12）本科生、硕士生、博士生的实践环节时间分别为1年、1年、2年以上。卓越工程师（启明班）本科生的实践课程包括（约1年）：企业认识实习 （第2学期，1周）；工程专题讲座（第4学期，2周）；工程创新实践 （第6学期，3周）；科技写作（第7学期，1

9、周）；专业实习（生产实习，第7学期，4周）；工程综合训练（课程设计，第7学期，3周）；毕业设计与论文 （第8学期，16周） 。金工实习（4周）、电工实习（2周）、机械基础工程训练（4周）等。172010年6月23日，教育部召开“卓越工程师教育培养计划”启动大会，批准了全国61所高等学校实施该计划。依据是我国急需国际公认的“合格工程师” 。经研究后参照法国体制。卓越计划包括：工科的本科生、硕士研究生、博士研究生三个层次，培养现场工程师、设计开发工程师和研究型工程师等类型的工程师后备人才。面向工业界、面向世界、面向未来，培养造就一大批创新能力强、适应经济社会发展需要的高质量各类型工程技术人才。 卓

10、越工程师教育培养计划18卓越工程师的培养包括大学教育和岗位培养两个阶段。高校任务（1）金属液态成形的基本概念金属液态成形（俗称“铸造”），是指将室温中为液态但不久后将固化的物质倒入特定形状的铸模待其凝固成形的加工方式。被铸造的物质多为金属（例：铜、铁、铝、镁等，原为固态、加热后可成液态）。铸模的材料可以是砂、金属、陶瓷等，故又称砂型铸造、金属型铸造、陶瓷型铸造等。不同要求、不同材料，使用的方法也不相同。铸造是人类掌握比较早的一种金属热加工工艺，已有约6000年的历史。中国约在公元前1700前1000年之间已进入青铜铸件的全盛期，工艺上已达到相当高的水平。金属的液态成形仍是金属零件的主要成形方法

11、之一，适应性广（各类金属、大小、形状），尤其适应复杂零件的大量成形。1）汽车典型零部件（2）铸件举例风力发电零件高速车铝合金支架机床床身（铸铁）机车摇枕侧架（铸钢）曾侯乙编钟 嵌绿松石铜神兽（春秋）五牛铜针线盒（西汉）曾候乙墓中的青铜器尊和盘（3）金属液态成形技术的主要内容1）金属材料及熔炼技术2）铸造模型（具）材料与铸模制造技术3）金属凝固与过程控制技术4）铸造工艺方法及设计5）铸造装备及自动化6）计算机在铸造过程中的应用 1）金属材料及熔炼技术金属材料的种类与特性：黑色金属：钢、铁，Fe-C合金有色金属：铝合金、镁合金、铜合金、锌合金、钎合金、锡合金等。熔炼（熔化）技术及装备：电炉：感应炉

12、、电弧炉、电阻炉等燃料炉：冲天炉、焦碳炉等3）金属凝固与过程控制技术金属凝固的方式与速度不同，可以得到不同的组织与性能；普通凝固：砂型铸造（较慢）、金属型铸造（较快）组织：等轴晶、柱状晶快速凝固：常规工艺的冷却速度不超过102/S，快速凝固的冷却速度104109/S。极细小的组织。定向凝固：定向散热，柱状组织。航空发动机叶片。组织越细小、性能越好！a) 全柱状组织（穿晶）b) 典型组织c) 全等轴组织4）铸造工艺方法及设计工艺方法与方案的确定、浇冒口系统的开设与设计等铸造工艺设计，根据铸造零件的结构特点、技术要求、生产批量和生产条件等，确定铸造方案和工艺参数，绘制铸造工艺图，编制工艺卡等技术文

13、件的过程。5）铸造装备及自动化6）计算机在铸造过程中的应用缺陷缺陷计算机模拟仿真技术（4）现代液态金属技术与方法1）高性能铸造合金材料铸铁（球铁、灰铁、蠕铁）、铸钢、有色合金（Al、Mg、Cu、Ti）2）先进铸造成形工艺方法及装备消失模铸造技术、半固态铸造技术、真空压力铸造技术、等等3）绿色铸造型（芯）材料4）自动化检测仪器及装备5）其它1）高性能铸造合金材料铸铁是由铁、碳和硅组成的合金的总称。又称“Fe-C-Si合金”。工业铸铁一般含碳量为24%。还含有13%的硅，及锰、磷、硫等元素。合金铸铁还含有镍、铬、钼、铝、铜、硼、钒等元素。铸铁可分为：.灰口铸铁HT。含碳量较高2.7%4.0%，碳主

14、要以片状石墨形态存在，断口呈灰色。抗压强度和硬度接近碳素钢，减震性好。用于制造机床床身、箱体等。 .球墨铸铁QT。将灰口铸铁铁水经球化处理后获得，析出的石墨呈球状。比灰口铸铁有较高强度、较好韧性和塑性。用于制造内燃机、汽车零部件等。 .蠕墨铸铁RT。将灰铁铁水经蠕化处理后获得，析出石墨呈蠕虫状。力学性能与球墨铸铁相近，铸造性能介于灰铁与球铁之间。用于制造汽车的零部件。 灰铁球铁蠕铁可锻铁.白口铸铁。碳、硅含量较低，碳主要以渗碳体形态存在，断口呈银白色。硬度高，脆性大，不能承受冲击载荷。多用作可锻铸铁的坯件和制作耐磨损件。 .可锻铸铁。由白口铸铁退火处理后获得，石墨呈团絮状。其组织性能均匀，耐磨

15、损，有良好的塑性和韧性。用于制造形状复杂、能承受强动载荷的零件。.合金铸铁。普通铸铁加入适量合金元素（如硅、锰、磷、镍、铬、钼、铜等）获得。合金元素使基体组织发生变化，获得较好的耐热、耐磨、耐蚀、电磁等特性。铸钢：含C量低于2.0%，在凝固过程中不经历共晶转变的铸件的鉄基合金的总称。含C0.2%的为低碳钢，含C0.2%0.5%的为中碳钢，含C0.5%的为高碳钢 。与铸铁比较，铸钢的强度高、韧性好，是受力结构件的常用材料。高强度、高韧性、特殊性能的钢铁材料（零部件）是现代工业的发展要求。超强钢铁材料及零件！高温铸钢零件普通铸钢件有色金属及其合金（Al、Mg、Cu、Ti）：铝合金压铸铝合金砂铸镁合

16、金压铸高性能的轻合金材料及复杂零件，广泛应用于航空航天、汽车、军工等行业。2）先进铸造成形工艺方法及装备消失模铸造技术高温金属液使泡沫模样热解气化“消失”，占据泡沫模的空间而获得铸件。半固态铸造成形技术 在液态金属凝固过程中，进行强烈的搅动，使普通凝固结晶易形成的树枝晶网络骨架被打碎，形成分散的颗粒状组织形态，制得半固态金属液，然后将其压铸或挤压成坯料或铸件。真空压力铸造技术在高压作用下将液态或半液态金属快速压入金属铸型中，并在压力下凝固而获得铸件的方法。广泛有色金属小型、薄壁、形状复杂件的大批量生产。压铸件内部常存在气孔、缩孔和缩松等缺陷，不能热处理强化。发展趋向：高真空压铸技术与装备。3）

17、绿色铸造型（芯）材料铸型（芯）材料：原砂（石英砂）、粘结剂、辅助材料、涂料、脱模剂等；砂型铸造的粘结剂：化学树脂（酚醛、呋喃）、膨润土（粘土）、水玻璃、硅溶胶等； 涂料（砂型芯用）：水基涂料、醇基涂料等； 脱模剂（金属铸型用）：油基、石墨基、水基等。技术发展的要求是：无毒无味、绿色环保，无机材料。粘结剂无机矿物材料（可选）催化剂INOTEC 无机粘结剂系统组成（取代冷芯盒工艺）硅酸盐混合料包括添加剂矿物质造型材料增加强度改善出砂性改善铸件表面质量液态矿物催化剂改善流动性增加强度改善砂芯在高湿度下的稳定性改善铸件表面质量环境友好型粘结剂！废气净化污水处理旧砂再生回用工业“三废”：再生利用、无害排放。4）自动化检测仪器及装备 电化学测氢仪 FAST-3D-