《粉末材料的成型》 课程教学大纲

PAGEPAGE10《粉末材料的成型》课程教学大纲一、课程名称（中英文）中文名称：粉末材料的成型英文名称：TheFormingTechnologyofthePowderMaterials二、课程代码及性质课程代码:0809772课程性质:专业选修课,选修课三、学时与学分总学时：24（理论学时：24学时；实践学时：0学时）学分：1.5四、先修课程材料科学基础、热处理原理与工艺、工程材料学、金属材料学，陶瓷材料学、陶瓷工艺学五、授课对象本课程面向材料科学与工程专业学生开设六、课程教学目的（对学生知识、能力、素质培养的贡献和作用）本课程的教学目的:1.系统掌握粉末材料成型相关理论与技术方面的专业知识，并具备应用这些知识分析、解决粉末材料成型与制备中的理论与实际问题的能力；2.掌握各种不同典型粉末材料的成型方法及其基本理论，具备独立进行粉末材料成型工艺的制定及其分析能力；3.了解粉末材料成型技术与理论的发展前沿，掌握其发展特点与动向。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科学与工程复杂问题的数学基础知识。1.2掌握了用于解决材料科学与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科学与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科学与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科学与工程复杂问题。课程目标1、课程目标2、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：复杂的模具失效分析。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。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、材料科学与工程问题特征，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）针对复杂材料科学与工程问题的解决方案，具备设计（开发）满足特定材料科学与工程需求的系统、单元（部件）或工艺流程的能力。课程目标23.3在设计（开发）过程中，具有追求材料科学与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掌握材料科学原理及特点，能够采用科学方法，具备合理设计材料科学与工程复杂实验、开展科学研究的能力。4.2掌握材料科学与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科学与工程综合实验，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，具备对复杂的材料科学与工程实验结果进行正确分析能力。4.4了解常见的材料科学与工程常用设备、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了解材料科学与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科学与工程实践的能力。5.4掌握复杂材料科学与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了解材料科学与工程专业特点及其对社会、健康、安全、法律以及文化的影响，能够正确评价复杂材料科学与工程问题解决方案的优劣。6.3能正确认识材料科学与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了解材料科学与工程的专业特征、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。课程目标37.2能正确理解和评价材料科学与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在解决复杂的材料科学与工程的实际问题中，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了解材料科学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：粉末材料成型中的基本理论与成型方法以及现代粉末成型新进展。教学难点：不同粉末材料成型方法的应用范围以及它们之间的异同点。八、教学方法与手段：教学方法：(1)以课堂讲授为主,阐述粉末材料的主要成型理论知识以及不同的成型方法与相关设备,保证主要教学内容的完成;(2)安排适量的课堂讨论环节,使学生通过课下的资料查阅而掌握基本的专业资料获取方法、途径、整理归纳和讲演能力。教学手段：(1)运用现代教学工具,在课堂上通过利用PPT将与粉末成型技术相关的装备及过程展示给学生，同时结合黑板板书讲授相关的粉末材料成型理论推演过程,实现图文并茂,形象直观;(2)收集典型的粉末材料成型实物,在课堂上进行针对性讲授。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粉末材料成型概论222粉末材料的压制成型的理论433粉末材料的扎制成型理论与技术334粉末材料的挤压成型方法与理论335流法成型方法与理论446粉末的注射成型即理论447粉末成型技术的新进展44（2）具体内容各章节的具体内容如下：第一章概论(4学时)粉末烧结材料粉末的基本性能粉末成型技术及其应用第二章粉末的压制成型及其理论(4学时)2.1粉末的压制过程2.2粉末压制过程的力学分析2.3粉末的压制理论2.4粉末的压制成型工艺及其参数的制定2.5粉料性能对压制成型的影响2.6粉末的磁场压制成型2.7粉末的等静压压制成型第三章轧制成型及其理论(4学时)3.1轧制成型原理3.2轧制成型工艺与设计3.3粉末的热轧工艺3.4粉料性能对轧制工艺及制品的影响3.5粉末的轧膜成型方法与工艺3.6粉末的楔型压制方法与工艺第四章粉末的挤压成型技术(4学时)4.1粉末的挤压成型原理4.2挤压成型工艺与设计4.2.1挤压成型模头的设计4.2.2挤压连续方程4.2.3挤压成型工艺4.2.4挤压装备的简介4.2.5粉末挤压成型方法的应用4.3其它可塑法成型方法4.3.1手动挤压成型方法4.3.2模印成型方法4.3.3雕塑（泥塑）成型方法4.3.4挤压装备的简介4.3.5粉末挤压成型方法的应用第五章粉末的流法成型技术及其应用(4学时)5.1什么是粉末的流法成型5.2注浆成型方法5.3常见注浆成型方法5.4注浆成型用模具材料5.5粉末材料的流延成型方法第六章粉末的注射成型(4学时)6.1粉末成型原理6.2喂料的制备技术及其影响因数6.3粉末注射成型模具的设计6.4粉末注射成型工艺参数6.5粉末的热压（低压）注成型工艺6.6粉末成型坯的脱脂方法及其工艺6.7粉末注射成型的应用第七章粉末成型技术的新进展7.1粉末材料的3D成型技术7.2典型3D成型技术介绍7.2.1分层实体制造（laminatedobjectmanufacturing，简称LOM）7.2.2液态光敏树脂选择性固化（Stereolithographyapparatus，SLA）7.2.3粉末材料选择性烧结（Selectedlasersintering，简称SLS）7.2.4三维打印成型（three-dimensionalprinting，简称TDP）7.2.5熔化沉积成型（fuseddepositionmodeling，简称FDM）7.3其他成型方法7.3.1电泳沉积成型（electrophoreticdeposition，简称EPD或ED）7.3.2自蔓延技术（self-propagatinghigh-temperaturesynthesis，简称SHS）（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.模具材料的分类有哪些?2.模具失效分析的步骤有哪些?3.影响模具寿命的因素有哪些?第2章思考题：1．根据不同类型（塑性或脆性）粉料的压缩曲线（压力与压坯密度曲线），叙述粉末压制过程三个阶段，粉末的压制过程。2、下图为两种不同粉末在不同压力条件下压坯空隙率与压制压力之间的关系，请分析两者不同的原因。3、什么是粉末压制的弹性后效？请叙述影响粉末压制弹性后效的主要因素有哪些？4、陶瓷粉体的压制压力较低，一般在50—120MPa范围，钢铁粉体的成型压力一般在300—750MPa,而屈服强度较低的铝、铜、锡等粉体的成型压力一般小于300MPa。请说明其原因。5、在采用压模方法成形具有台阶形状的粉末材料时，为什么必须要满足等压缩比原则和等压缩速率原则？6、下表为不同粉末材料压制成形条件下，在不同压坯相对密度时所实测得的侧压系数，请从表中数据得出影响粉末侧压系数的影响因素，并解释其原因。第6题不同材料的侧压系数7．干压成型对坯料有何要求？8.为何要造粒？有哪些造粒方法？9.解释干压成型压力与坯体与密度间的关系曲线。10.什么是弹性后效？其产生原因是什么？有何危害？如何减少弹性后效？11.干压成型坯密度不均匀形成原因是什么？12.什么叫单向压、双向压、等静压？试比较它们所生产型坯的密度分布特点。13.等静压有哪些可能的传压介质，它们的特点各是什么？14.等静压型坯中存在密度差吗？为何等静压型坯的密度比普通压制要高、要均匀？15.球形制品在等静压成型时的“薄壳拱顶”结构是如何形成的？第3章思考题：3.7思考题1）何为粉末轧制、轧膜成型、楔型压制？它们的工艺原理、流程各是什么？2）解释：咬入角、咬入厚度、压制系数、压实系数、延伸系数、料柱高度、供料厚度及供料角、回弹值、负缝距、热轧、冷轧。3）以水平轧制为例，说明供料方式对轧坯厚度与密度的影响。4）热轧较冷轧有何优点？5）粉末的性能如何影响轧坯性能？6）陶瓷粉如何实现粉末轧制？7）轧膜成型应该如何控制轧坯厚度？8）楔型压制特点是什么？第4章思考题：1．挤压嘴设计原则？2.挤压成型的原理是什么？3.如何评价泥料的可塑性？4.粘土塑化原理是什么？5.何种条件选用热挤压而不选用冷挤压？第5章思考题：1．影响玻璃模具使用寿命的主要因素有哪些？2．对玻璃模具材料有哪些性能要求？3．试述玻璃模具失效的主要形式及其原因。4．简述4Cr13Ni钢制作玻壳模具时的制造工艺及热处理工艺。5．陶瓷模具有哪些特点？常选用哪些材料？6．试论述常见陶瓷模具材料的热处理工艺规范？第6章思考题：1．什么叫粉末注射成型？其工艺流程是什么？2．粉末注射成型为什么可以制备形状复杂的型坯？3．粉末注射成型喂料主要组成是什么？其选择原则如何？4．粉末注射成型喂料主要性能是什么？5．粉末注射成型适合制造什么样的坯体？第7章思考题：1．什么是FDM成型方法？2、什么是SLS成型方法？其成型原理是什么？3、什么是陶瓷LOM成型方法？4、什么是电泳成型方法？其原理是什么？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