《材料成型原理》课程教学大纲

《材料成型原理》课程教学大纲一、课程简介课程中文名材料成型原理课程英文名Principleofmaterialsforming双语授课□是否课程代码24112043课程学分3.5总学时数56（含实践0）课程类别□通识教育课程□公共基础课程专业教育课程□综合实践课程□教师教育课程课程性质必修□选修□其他课程形态□线上线下□线上线下混合式□社会实践□虚拟仿真实验教学考核方式□闭卷开卷□课程论文□课程作品□汇报展示□报告课堂表现阶段性测试平时作业□其他（可多选）开课学院材料科学与工程开课系(教研室)材料加工系面向专业材料成型与控制工程专业开课学期第四学期先修课程材料科学基础，材料力学，大学物理，普通化学等。后续课程液态成型工艺及模具设计，冲压工艺及模具设计，增材制造材料基础，材料连接原理与技术，材料成型装备及自动化，模具制造工艺及设备，毕业设计等。选用教材吴树森柳玉起.材料成形原理（第3版）[M].北京:机械工业出版社,2019.参考书目1.祖方遒.材料成形基本原理（第3版）[M].北京:机械工业出版社,2016.2.王忠堂，张玉妥，刘爱国.材料成型原理[M].北京:北京理工大学出版社,2019.课程资源中国大学MOOC《材料成型理论基础》课程简介本课程是材料成型及控制工程专业一门重要的专业基础课。主要任务是在所学的数理及专业基础理论知识基础上学习金属液态成型、塑性成形、连接成形以及材料在成形过程中的物理和化学冶金或缺陷产生等基本内在规律和物理本质，使学生能够学到材料成型的主要分析方法和基本原理，具备分析材料成型过程中的组织演化与阐明材料成型过程中影响产品性能的因素及缺陷形成的机理的基本知识，养成从组织结构、性能、工艺及其相互关系分析及研究材料成型过程的素质和对材料成形过程中所出现的实际问题的把握和有效解决的能力。通过本课程的学习，学生具备了学习材料成型工艺、材料成型装备及自动化、金属材料综合性实验、铸造/焊接/锻造专业方向选修课程等后续课程的坚实基础。二、课程目标表1课程目标序号具体课程目标课程目标1解释和说明液态成型、塑性成形和熔焊成形三种成形的基本原理和内在规律。解释和说明液态金属凝固的基本规律，概述冶金处理方法对铸造、焊接和塑性加工产品性能的影响；说明和计算金属在塑性成形过程中的应力与应变，解释和说明金属流动的基本规律以及提高金属塑性成形能力的方法；解释和阐述材料焊接成型过程中物理与化学冶金基本规律。课程目标2能应用材料成型过程中涉及的力、热、物理化学及冶金基本原理和内在规律对金属材料在铸造、焊接和塑性成型过程中的组织、性能进行分析和识别，判断金属件成型工艺的合理性及分辨加工缺陷的形成原因。课程目标3把马克思主义立场、观点、方法与科学精神结合起来，具备综合应用材料成形工艺涉及到的热、力和冶金等基础科学知识的能力。能够用这些科学原理结合参阅文献和模拟试验，提出工艺方案和改进措施来解决材料成形出现的问题和针对新产品开发新工艺，并能将生产和设计过程发现和解决的科学问题通过科研论文、专利等技术文件进行交流和推广。表2-1课程目标与毕业要求对应关系毕业要求指标点课程目标毕业要求2：问题分析【H】2.2能基于相关科学原理和数学模型方法正确表达材料成型工艺与制造过程中的复杂工程问题。1毕业要求2：问题分析【H】2.4能运用基本原理，借助文献研究，并从可持续发展的角度分析材料成型工艺工程活动过程的影响因素，获得有效结论。2毕业要求4：研究【L】4.1能够基于科学原理，通过文献研究或相关方法，调研和分析材料成型工艺过程中复杂工程问题的解决方案。3三、课程学习内容与方法（一）理论学习内容及要求表3-1课程目标、学习内容和教学方法对应关系序号课程模块学习内容学习任务课程目标学习重点难点教学方法学时1绪论1.材料成形的重要意义及主要方法1.拓展阅读：材料加工进展及发展趋势相关论文2.线上学习：中国大学MOOC《材料成型理论基础》1，2重点：材料成形原理的研究对象及其发展概况难点：无讲授法：针对所有知识点12.材料成形原理的研究对象及其发展概况1，33.本课程的任务1，22液态成形理论基础一、液态金属的结构和性质1.1材料的固液转变1.预习整章2.线上学习：中国大学MOOC《材料成型理论基础》3.个人作业：液态金属的性质1，2重点：1.材料的固液转变2.液态金属的性质3.半固态金属的流变性及表观粘度难点：液态金属的粘度1.讲授法：针对所有知识点2.案例教学：1.3,1.4,2.4,3.3,4.3和全部第五章3.视频学习：3.3，5.2等。4.自主学习：主要针对1.4，4.3部分内容5.讨论法：主要是针对第五章31.2液态金属的结构与分析1，21.3液态金属的性质1，21.4半固态金属的流变性及表观粘度1，2二、液态成形中的流动与传热1.5液体金属的流动性与充型能力1.预习整章2.线上学习：中国大学MOOC《材料成型理论基础》3.个人作业：液体金属的流动性与充型能力基本概念与原理1，2重点：1.液体金属的流动性与充型能力2.凝固过程中的热量传输难点：1.凝固过程液相区的液态流动2.凝固传热的数学模型42.1凝固过程中的液体流动1，2，32.2凝固过程中的热量传输1，2，32.3铸件的凝固时间1，2，3三、液态金属的凝固形核及生长方式3.1凝固的热力学条件1.预习整章2.线上学习：中国大学MOOC《材料成型理论基础》3.个人作业：形核与异与长大方式基本概念与原理及计算1，3重点：1.均质形核与异质形核2.纯金属晶体的长大方式难点：形核过程的定量处理33.2均质形核与异质形核1，23.3纯金属晶体的长大方式1，2四、单相合金与多相合金的凝固4.1单相合金的凝固1.预习整章2.线上学习：中国大学MOOC《材料成型理论基础》3.个人作业：凝固基本概念与原理，凝固成分计算1，2，3重点：1.单相合金的凝固2.共晶合金的凝固难点：1.凝固过程溶质分配的定量处理2.成分过冷64.2共晶合金的凝固1，2，34.3包晶合金的凝固1，2五、铸件凝固组织的形成与控制5.1铸件宏观凝固组织的特征及形成机理1.预习整章2.线上学习：中国大学MOOC《材料成型理论基础》3.个人作业：各种铸造缺陷基本概念与原理4.文献查阅：各种铸造缺陷造成的问题及危害案例1，2，3重点：1.铸件宏观凝固组织的特征及形成机理2.逐渐宏观凝固组织的控制3.气孔与夹杂的形成机理及控制4.缩孔及缩松的形成原理难点：1.气孔的形成原理2.成分偏析65.2铸件宏观凝固组织的控制1，2，35.3气孔与夹杂的形成机理及控制1，2，35.4缩孔及缩松的形成原理1，2，35.5化学成分的偏析1，2，35.6变形与裂纹1，2，33连接成形理论及基础六、焊缝及其热影响区的组织和性能6.1焊接及其冶金特点1.预习整章2.线上学习：中国大学MOOC《材料成型理论基础》3.个人作业：焊缝组织基本概念与原理1，2重点：1.焊接及其冶金特点2.焊缝金属的组织及性能难点：1.焊接温度场2.焊缝金属的组织1.讲授法：针对所有知识点2.案例教学：6.3和第八章。3.视频学习：7.4，8.2。4.自主学习：主要针对8.3部分内容5．讨论法：针对7.2和8.1和8.256.2焊缝金属的组织及性能1，26.3焊接热影响区的组织与性能1，2七、成形过程的冶金反应原理7.1成形工艺的冶金反应特点1.预习整章2.线上学习：中国大学MOOC《材料成型理论基础》3.个人作业：焊接冶金反应基本概念与原理1，2重点：1.液态金属与气体的界面反应2.液态金属与熔渣的反应3.焊缝金属的合金化及成分控制难点：液态金属与气体的反应67.2液态金属与气体的界面反应1，27.3液态金属与熔渣的反应1，27.4焊缝金属的合金化及成分控制1，2八、焊接缺陷的产生机理及防止措施8.1内应力1.预习整章2.线上学习：中国大学MOOC《材料成型理论基础》3.个人作业：焊接缺陷基本概念与原理4.文献查阅：各种焊接缺陷造成的问题及危害案例1，2，3重点：1.内应力2.裂纹难点：1.焊接应力与变形2.各种裂纹的形成机理88.2焊接变形1，2，38.3裂纹1，2，38.4焊缝中的气孔与夹杂物1，2，38.5焊缝中的化学成分不均匀性1，2，34金属塑性加工力学基础九、应力与应变理论9.1应力空间1.预习整章2.线上学习：中国大学MOOC《材料成型理论基础》3.个人作业：：应力与应变基本概念与计算1，2重点：应力分析难点：1.张量知识2.应力分析3.小应变几何方程和应变协调方程1.讲授法：针对所有知识点2.案例教学：9.1，10.2，12.23.视频学习：10.14.自主学习：主要针对9.2，12.2部分内容5.练习法：9.1，9.2，10.289.2应变空间1，2十、塑性与屈服准则10.1塑性1.预习整章2.线上学习：中国大学MOOC《材料成型理论基础》3.个人作业：屈服准则基本原理与计算1，2重点：屈服准则难点：两种屈服准则的定量处理210.2屈服准则1，2十一、本构方程11.1塑性变形时应力应变关系的特点1.预习整章2.线上学习：中国大学MOOC《材料成型理论基础》3.个人作业：应力与应变关系的计算1，2重点：1.塑性变形时应力应变关系的特点2.塑性变形的增量理论难点：1.增量理论2.全量理论211.2塑性变形的增量理论1，211.3塑性变形的全量理论1，2十二、金属塑性成形解析方法12.1塑性成形问题的解与化简1.预习整章2.线上学习：中国大学MOOC《材料成型理论基础》3.个人作业：主应力法基本原理1，2重点：1.塑性成形问题的解与化简2.主应力法难点：塑性成形问题的简化212.2主应力法1，2，3四、课程考核（一）考核内容与考核方式表4-1课程目标、考核内容与考核方式对应关系课程目标考核内容所属学习模块/项目考核占比考核方式课程目标1材料的固液转变液态成型理论基础53.5%期末开卷考试，期中考试，课程作业，学习过程表现液态金属的性质液体金属的流动性与充型能力均质形核与异质形核纯金属晶体的长大方式单相合金的凝固共晶合金的凝固铸件宏观凝固组织的特征及形成机理铸件宏观凝固组织的控制化学成分的偏析焊接及其冶金特点连接成型理论及基础焊缝金属的组织及性能成形工艺中的冶金反应特点内应力裂纹应力空间金属塑性加工力学基础应变空间塑性成型问题的解与化简19.主应力法课程目标2液态金属的结构及其对合金性能的关系液态成型理论基础38%各种因素对液态金属的流动与传热的影响规律3.金属的均质形核4.金属的宏观与微观长大机理5.单相和多相合金的组织与凝固条件的关系6.凝固组织及缺陷形成机理及调控方法连接成型理论及基础7.焊接热影响区的组织形成机理与性能8.焊缝金属的成分、组织和性能形成机理及控制9.各种焊接缺陷的形成机理、对性能的性能及控制措施10.金属材料在变形过程中的应力与应变分析金属塑性加工力学基础11金属塑性及其表征课程目标3分析凝固过程中的液体流动、充型及组织和缺陷的形成与控制液态成型理论基础8.5%焊接接头的熔化、凝固、相变过程及其对成分组织和性能的影响规律与调控连接成型理论及基础塑性成型问题的解与化简分析材料内部的应力、应变场金属塑性加工力学基础表4-2课程目标与考核方式矩阵关系课程目标考核方式考核占比期末考试成绩比例60%课堂表现比例10%期中考试成绩比例10%平时作业比例20%课程目标160%40%45%45%50.5%=60×60%+10×40%+10×45%+20×45%课程目标240%40%30%35%32%=60×40%+10×40%+10×30%+20×35%课程目标320%25%20%17.5%=10×20%+10×25%+20×20%（二）成绩评定1.平时成绩评定（1）课堂表现（×25%）：通过学生在课堂上的表现情况、发言与提问情况、与课堂互动答题及案例讨论分析正确率，来评价学生相关的能力。（2）作业完成情况（×50%）：围绕课程的学习目标进行作业的设计。如让学生简述对知识的认识，考核学生对于概念的理解情况，帮助学生将定义和概念转化为自己的理解，将分散的知识点转化为综合分析问题的能力。（3）阶段性测验（×25%）：学生在期中测验中掌握课程的情况。2.期末成绩评定开卷考试。课终考查主要考察学生对基本概念和基本公式的理解和应用，要求学生除了对液态成型、焊接成形和塑性成形中的热、力和冶金知识有较好的理解和体现外，还要求他们对这些知识能综合应用，具备一定的分析和解决复杂问题从而综合应用知识的能力。考试通过试卷命题进行。3.总成绩评定总成绩（100%）=平时成绩（40%）+期末成绩（60%）课程目标考核方式总分值期末考试（60%）平时成绩（40%）课堂表现（10%）期中考试（10%）平时作业（20%）课程目标136%4%4.5%9%53.5课程目标224%4%3%7%38课程目标30%2%2.5%4%8.5（三）评分标准各项目评分以下表4-3为准。阶段性测试和期末考试以试卷参考答案及评分细则为准。作业部分按照作业的分值和评分细则为准。表4-3评分标准（非试卷考核项目）考核项目评分标准优秀(100>x≥90)良好(90>x≥80)中等(80>x≥70)及格(70>x≥60)不及格(x<60)课堂表现能够积极发言、回答问题，互动效果良好，问题回答正确，对案例的研判有独到见解。能够积极发言、回答问题，互动效果良好，问题回答较为正确。能较正确地分析案例。课堂发言、回答问题不够积极，互动效果较好，问题回答基本正确。基本正确地分析案例。课堂发言、回答问题不够积极，互动效果一般，问题回答不正确。虽能分析案例，但存在不足。课堂没有发言，从不参与课堂互动。不能正确分析案例。平时作业概念正确、清晰，分析得当；能运用材料加工的热、力也冶金原理和基础知识，借助文献研究，围绕题目进行深入分析，并得出正确的结论；内容全面、完整，答题规范。主要概念正确、清晰，分析得当；能较好地运用所学知识和原理，借助文献研究，题目进行较深入的分析，并得出正确的结论；内容较全面、完整，答题较规范。主要概念正确、清晰，部分分析有误；基本能运用所学知识和原理，借助文献研究，围绕题目进行简单分析，得出结论基本正确，但存在一些问题；内容较全面、完整，规范性差。部分概念正确、清晰，分析中有明显的错误；基本能运用所学知识和原理，借助文献研究，围绕题目进行一定的分析，并得出结论，但存在较多问题；内容基本合格，答题不规范。概念不正确、不清晰，分析错误不能运用所学知识和原理，借助文献研究，围绕题目进行分析，不能得出正确的结论；内容不全面、不完整，