工程材料及熱加工

1、工程材料及熱加工9/16/20221第1頁，共27頁，2022年，5月20日，4點9分，星期三課程整體情況介紹本課程校內(nèi)發(fā)展的歷史沿革本課程的內(nèi)容教學(xué)內(nèi)容組織方式與目的教學(xué)條件（教材的使用與建設(shè)）工學(xué)結(jié)合課程特色教學(xué)隊伍教學(xué)效果9/16/20222第2頁，共27頁，2022年，5月20日，4點9分，星期三1、本課程校內(nèi)發(fā)展的歷史沿革 材料是人類文明生活的物質(zhì)基礎(chǔ)。人類歷史所謂石器時代、青銅器時代和鐵器時代就是按生產(chǎn)活動中起主要作用的工具材料來劃分的?？梢姴牧系陌l(fā)展對社會的進步起著極為重要的作用。 工程材料及熱加工包括工程材料及熱加工工藝兩部分。它是機械類和近機械類專業(yè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課。作為一名

2、機械制造的技術(shù)人員，在設(shè)計和制造零件時，必須熟悉各類材料的牌號，懂得材料的成分、組織和性能之間的關(guān)系，對零件毛坯選用的熱加工工藝應(yīng)有相當(dāng)?shù)牧私狻Ｖ艹嚆~器 商代青銅獸 9/16/20223第3頁，共27頁，2022年，5月20日，4點9分，星期三 本校以前招生是五年制大專生，沒有一套合適的教材，上課所用的是參考教材。要講授的內(nèi)容包括鐵碳合金、合金鋼、熱處理、壓力加工、鑄造、鑄焊等方面，它的內(nèi)容涉及的比較廣，每個方面在各大院校都是一門獨立的專業(yè)。1994年原金工教研室主任金南威根據(jù)原航空航天工業(yè)部批準的“工程材料及金屬熱加工基礎(chǔ)”課程教學(xué)大綱要求，主編了一本適合工科中專學(xué)校的教材。該教材課時多，

3、對五年制大專生分兩個學(xué)期教學(xué)。工程材料部分在第一學(xué)期作為考試課程，熱加工工藝部分在第二學(xué)期作為考查課程。該課程設(shè)有實驗課，包括金相組織的觀察和熱處理實驗等。9/16/20224第4頁，共27頁，2022年，5月20日，4點9分，星期三 根據(jù)學(xué)校發(fā)展的要求，對實驗室及實習(xí)工廠進行改建，其課程的教學(xué)也需要進行改革?，F(xiàn)在學(xué)校招生是三年制大專生，教材的選用是程曉宇主編的面向21世紀高職高專規(guī)劃教材工程材料及熱加工技術(shù)，對課程進行了以下方面的改革：（1）鑒于現(xiàn)在課程改革和課時緊張的情況，將熱處理實驗內(nèi)容改為認識實習(xí)期間參觀熱處理車間，將金相組織的觀察實驗改為在教師的指導(dǎo)下運用課件進行。9/16/2022

4、5第5頁，共27頁，2022年，5月20日，4點9分，星期三（2）在教學(xué)過程中，配合理論教學(xué)，為了使學(xué)生對熱加工和材料應(yīng)用方面有一定的感性認識，采用多媒體課件、采集的視頻等教學(xué)方式，提高了教學(xué)效果。（3）改變了傳統(tǒng)的以教師為中心的教學(xué)方法，充分調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，采用互動式、課堂討論式教學(xué)，收到了很好的教學(xué)效果。（4）加強過程管理，改1次期末考試為“平時成績作業(yè)期末考試”綜合考核評定成績。板條馬氏體 鐵素體 9/16/20226第6頁，共27頁，2022年，5月20日，4點9分，星期三2、本課程的內(nèi)容 機械工程系飛機制造技術(shù)專業(yè)、模具設(shè)計與制造專業(yè)、機械制造與自動化專業(yè)、機電一體化專業(yè)（五年

5、制）開設(shè)了工程材料及熱加工這門課程，該課程是機械類專業(yè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課，要求學(xué)生掌握制造機械零件所必備的有關(guān)工程材料及毛坯熱加工方面的知識。該課程的內(nèi)容包括工程材料基礎(chǔ)和熱加工工藝基礎(chǔ)兩部分曲軸整體熱處理大爐 9/16/20227第7頁，共27頁，2022年，5月20日，4點9分，星期三機械工程材料基礎(chǔ)包括以下內(nèi)容：金屬的力學(xué)性能：介紹材料室溫時的力學(xué)性能。金屬的晶體結(jié)構(gòu)與結(jié)晶：介紹常見金屬的晶體結(jié)構(gòu)。鐵碳相圖：介紹鐵碳合金相圖中典型合金的結(jié)晶過程，鐵碳合金的組織和力學(xué)性能的關(guān)系、相圖在選材方面的應(yīng)用鋼的熱處理：介紹鋼在加熱和冷卻時的組織轉(zhuǎn)變，過冷奧氏體轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的組織、形態(tài)和性能，以及熱處理工

6、藝的目的、方法、和應(yīng)用。金屬材料：介紹常用金屬材料（鑄鐵、碳鋼、合金鋼、軸承合金、鋁合金等）的種類、成份、牌號、熱處理、性能特點及其應(yīng)用。9/16/20228第8頁，共27頁，2022年，5月20日，4點9分，星期三熱加工工藝基礎(chǔ)鑄造：鑄造工藝基礎(chǔ)，鑄造方法，鑄造合金的性能，鑄件結(jié)構(gòu)設(shè)計等。鍛壓：介紹金屬的可段性、模鍛、自由鍛及板料沖壓。焊接：電弧焊，其它常用焊接方法，常用金屬材料的焊接，焊接結(jié)構(gòu)工藝性。9/16/20229第9頁，共27頁，2022年，5月20日，4點9分，星期三3、教學(xué)內(nèi)容組織方式與目的以合金滲碳鋼為例1、性能要求(1)表面滲碳層硬度高，以保證優(yōu)異的耐磨性和接觸疲勞抗力，同

7、時具有適當(dāng)?shù)乃苄院晚g性。 (2)心部具有高的韌性和足夠高的強度。(3)有良好的熱處理工藝性能。2、成分特點(1)低碳：碳含量一般為0.10%0.25%。 (2)加入提高淬透性的合金元素：常加入Cr、Ni、Mn、B等。(3)加入阻礙奧氏體晶粒長大的元素：Ti、V、W、Mo等。3、常見鋼種及牌號20Cr 低淬透性合金滲碳鋼。 20CrMnTi 中淬透性合金滲碳鋼。18Cr2Ni4WA和20Cr2Ni4A 高淬透性合金滲碳鋼。9/16/202210第10頁，共27頁，2022年，5月20日，4點9分，星期三4、熱處理和組織性能 合金滲碳鋼的熱處理工藝一般都是滲碳后直接淬火，再低溫回火。 熱處理后，表

8、面滲碳層的組織為合金滲碳體+回火馬氏體+少量殘余奧氏體組織，硬度為60HRC62HRC。心部組織與鋼的淬透性及零件截面尺寸有關(guān)，完全淬透時為低碳回火馬氏體，硬度為40HRC48HRC；多數(shù)情況下是屈氏體、回火馬氏體和少量鐵素體，硬度為25HRC40HRC。心部韌性一般都高于700KJ/m2。5、用途 主要用于制造汽車、拖拉機中的變速齒輪，內(nèi)燃機上的凸輪軸、活塞銷等機器零件。變速齒輪撥叉9/16/202211第11頁，共27頁，2022年，5月20日，4點9分，星期三以熔模鑄造為例一、熔模鑄造的工藝過程二、熔模鑄造的特點及應(yīng)用范圍9/16/202212第12頁，共27頁，2022年，5月20日，

9、4點9分，星期三熔模鑄造有以下優(yōu)點:1)由于鑄型精密,沒有分型面,型腔表面極光潔,故鑄件的精度及表面質(zhì)量均優(yōu)。同時,鑄型在熱態(tài)澆注,可以生產(chǎn)出形狀復(fù)雜的薄壁鑄件。2)由于型殼是由耐火材料制成,可以適應(yīng)各種合金的生產(chǎn),對于生產(chǎn)高熔點合金及難切削加工合金,更顯出其獨特的優(yōu)越性。3)生產(chǎn)批量不受限制,除常用于成批、大量生產(chǎn)外,也可用于單件生產(chǎn)。 熔模鑄造的主要缺點是:材料昂貴、工序多、生產(chǎn)周期長,不宜生產(chǎn)大件等。 熔模鑄造廣泛應(yīng)用于電器儀表、刀具、航空等制造部門。例如,汽輪機和渦輪發(fā)動機的葉片,汽車、拖拉機上的小型零件等,已成為少或無切削加工中最重要的工藝方法。 9/16/202213第13頁，共2

10、7頁，2022年，5月20日，4點9分，星期三4、教學(xué)條件（教材的使用與建設(shè)） 該課程在近幾年的教學(xué)中曾使用過原金工教研室金南威主編的工程材料及熱加工基礎(chǔ)，該教材的內(nèi)容較多，不適應(yīng)現(xiàn)在的課時壓縮要求；選用丁德全主編金屬工藝學(xué)教材，該教材分為三篇內(nèi)容：工程材料篇、熱加工工藝篇、機械加工工藝篇。機械加工工藝篇與選用的金工實習(xí)教材內(nèi)容發(fā)生沖突。2006年選用西安電子科技大學(xué)出版社程曉宇主編、我校參編的工程材料及熱加工技術(shù)這門教材。該教材具有以下特點：該教材適應(yīng)教學(xué)總學(xué)時的壓縮，以必須夠用為度，以掌握概念、強化應(yīng)用為教學(xué)重點。以材料與毛坯選擇為目標(biāo)，以材料應(yīng)用為主線，將理論教學(xué)與實訓(xùn)教學(xué)進行全方位的整

11、合，形成新的課程內(nèi)容體系，把對學(xué)生技術(shù)應(yīng)用能力的培養(yǎng)貫穿到教材內(nèi)容的各個部分。注重企業(yè)生產(chǎn)技術(shù)實際案例。將企業(yè)實際發(fā)生的一些材料方面的技術(shù)案例引入到到該教材，讓學(xué)生一開始就注意理論與實踐結(jié)合，提高學(xué)生分析問題的能力。9/16/202214第14頁，共27頁，2022年，5月20日，4點9分，星期三以齒輪為例齒輪類零件選材1.齒輪的工作條件 (1)由于傳遞扭矩，齒根承受很大的交變彎曲應(yīng)力；(2)換擋、啟動或嚙合不均時，齒部承受一定沖擊載荷；(3)齒面相互滾動或滑動接觸，承受很大的接觸壓應(yīng)力及摩擦力的作用。2.齒輪的失效形式(1)疲勞斷裂主要從根部發(fā)生。(2)齒面磨損由于齒面接觸區(qū)摩擦，使齒厚變小

12、。(3)齒面接觸疲勞破壞，在交變接觸應(yīng)力作用下，齒面產(chǎn)生微裂紋，微裂紋的發(fā)展，引起點狀剝落。(4)過載斷裂主要是沖擊載荷過大造成的斷齒。9/16/202215第15頁，共27頁，2022年，5月20日，4點9分，星期三3.齒輪的性能要求(1)高的彎曲疲勞強度;(2)高的接觸疲勞強度和耐磨性;(3)較高的強度和沖擊韌性。 齒輪材料一般選用低、中碳鋼或其合金鋼，經(jīng)表面強化處理后，表面強度和硬度高，心部韌性好，工藝性能好，經(jīng)濟上也較合理。9/16/202216第16頁，共27頁，2022年，5月20日，4點9分，星期三典型齒輪選材舉例1.機床齒輪 機床變速箱齒輪擔(dān)負傳遞動力，改變運動速度和方向的任務(wù)

13、。載荷不大，運動平穩(wěn)，工作條件好。一般可選中碳鋼(45鋼)制造，為了提高淬透性，也可選用中碳合金鋼(40Cr鋼)。 工藝路線為：下料鍛造正火粗加工調(diào)質(zhì)精加工輪齒高頻淬火及回火精磨。 沖擊載荷小的低速齒輪也可采用HT250、HT350、QT500-5、QT600-2等鑄鐵制造。9/16/202217第17頁，共27頁，2022年，5月20日，4點9分，星期三2.汽車齒輪 汽車齒輪主要分裝在變速箱和差速器中。工作較為繁重，比機床齒輪要求高。一般用合金滲碳鋼20Cr或20CrMnTi制造。 滲碳齒輪的工藝路線為： 下料鍛造正火切削加工滲碳、淬火及低溫回火噴丸磨削加工9/16/202218第18頁，共

14、27頁，2022年，5月20日，4點9分，星期三制作的在線學(xué)習(xí)內(nèi)容豐富，圖文并茂，動畫生動，極大地提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣及積極性。舉例（非合金鋼）電子教案：自制的電子教案及采集的視頻，教師可以在多媒體進行授課，將生產(chǎn)的實際情況帶到課堂，縮短了課堂與企業(yè)生產(chǎn)的距離，增強學(xué)生的感性認識。課程組設(shè)計與制作的金屬工藝學(xué)多媒體課件在2004年我校青年教師多媒體課件競賽中獲一等獎；該課件在2005年陜西省現(xiàn)代教育技術(shù)應(yīng)用研究成果評選活動中獲二等獎，在陜西省高校青年教師多媒體課件競賽中獲優(yōu)秀獎。9/16/202219第19頁，共27頁，2022年，5月20日，4點9分，星期三5、工學(xué)結(jié)合 教師純粹在黑板上畫餅

15、，沒有實踐教學(xué)，不能適應(yīng)高職教育的發(fā)展的要求。本課程教學(xué)人員積極組織工學(xué)結(jié)合教學(xué)研究，建設(shè)雙師素質(zhì)和雙師結(jié)構(gòu)的教學(xué)團隊。我校機械制造與自動化專業(yè)、機電一體化專業(yè)、飛機制造技術(shù)專業(yè)、模具設(shè)計與制造專業(yè)等在基礎(chǔ)課教學(xué)方面開設(shè)了工程材料及熱加工課程。在實踐教學(xué)方面有計劃的開展校內(nèi)實習(xí)工廠的鉗工實習(xí)、機工實習(xí)，將理論教學(xué)與實踐教學(xué)融為一體。校內(nèi)工廠為工學(xué)結(jié)合創(chuàng)造了教學(xué)條件。為培養(yǎng)學(xué)生職業(yè)素質(zhì)，使學(xué)生有機會進行崗位體驗，各專業(yè)在教學(xué)設(shè)計方面安排了認識實習(xí)。學(xué)校企業(yè)緊密聯(lián)系，建立了深度融合的校企合作關(guān)系。穩(wěn)定的校外實訓(xùn)基地有多處，如慶安公司、遠東公司、西安發(fā)動機公司、西安飛機制造公司等。 近幾年來，全體教

16、師在課程教學(xué)實踐中積極探索工學(xué)結(jié)合方式，提高學(xué)生的專業(yè)技能和就業(yè)競爭力，取得了很好的教學(xué)效果。其結(jié)果使機械系畢業(yè)生就業(yè)率一直穩(wěn)定在96%以上。現(xiàn)在畢業(yè)生主要就業(yè)在航空航天系統(tǒng)、國企、合資企業(yè)、外資企業(yè)等，有的學(xué)生已經(jīng)取得了可喜的成績。9/16/202220第20頁，共27頁，2022年，5月20日，4點9分，星期三6、課程特色本課程具有實踐性強的特點，在教學(xué)過程中重視學(xué)生在校學(xué)習(xí)與實際工作的一致性，充分利用校內(nèi)外實訓(xùn)基地資源，采用“理論教學(xué)課內(nèi)模擬實驗金工實習(xí)認識實習(xí)這種工學(xué)結(jié)合的教學(xué)模式，實現(xiàn)抽象知識與崗位實用技能的轉(zhuǎn)化，提高學(xué)生的技能水平。充分利用信息時代的教育技術(shù)，以教材內(nèi)容為基礎(chǔ)，將課

17、程知識點，制作成融文字、圖片、動畫、聲音為一體的多媒體課件。所制作的課件生動形象，插圖醒目清楚，易于學(xué)生理解和掌握，教學(xué)效果顯著。組織觀看輔助教學(xué)電教片，使學(xué)生了解現(xiàn)代制造技術(shù)及其發(fā)展趨勢，擴大知識面，掌握相關(guān)學(xué)科的發(fā)展前沿采用討論式、互動式教學(xué)方法，引導(dǎo)學(xué)生將理論知識與工程實例相結(jié)合，增強學(xué)生的求知欲及工程意識。定期收集學(xué)生對于教學(xué)過程及教學(xué)方法的反饋意見，不斷改進教學(xué)方法和教學(xué)手段。9/16/202221第21頁，共27頁，2022年，5月20日，4點9分，星期三7、教學(xué)隊伍王巧云：西工大 雙師型韓敏?。涸诼毚T士研究生。 王永鋒:研究生曹靜:研究生王栓強:研究生9/16/202222第22

18、頁，共27頁，2022年，5月20日，4點9分，星期三教學(xué)隊伍整體結(jié)構(gòu) 教師隊伍屬于中青年結(jié)合，以中年教師為核心，青年教師為主體，梯隊層次清晰合理?，F(xiàn)有專職教師5人，其中講師3人，助講2人，碩士研究生3人，碩士研究生在讀1人，教師知識結(jié)構(gòu)涵蓋各層次，符合教學(xué)要求。教師隊伍中“雙師型”教師1人；畢業(yè)后分配到工廠進行實踐，后來調(diào)到教師崗位的教師有2名，他們具有參與實際工程的經(jīng)歷和豐富的教學(xué)實踐經(jīng)驗。教師隊伍的專職教師均為核心教學(xué)人員，自入校以來一直在教學(xué)一線工作，承擔(dān)著主要課程的教學(xué)工作，具有豐富的教學(xué)經(jīng)驗，教學(xué)效果良好。近幾年，新畢業(yè)的年輕教師利用假期到生產(chǎn)第一線進行培訓(xùn)，受到了很好的效果。今后隨著課程改革的不斷完善，將培養(yǎng)年輕教師迅速成長，以形成結(jié)構(gòu)更加合理、素質(zhì)更加優(yōu)秀的教師隊伍。9/16/202223第23頁，共27頁，2022年，5月20日，4點9分，星期三8、教學(xué)效果 原金工教研室主任金南威的評價 工程材料與熱加工在我校辦?？破陂g曾經(jīng)是金屬工藝學(xué)系列課程中一門重要的課程，該課程在多年的教學(xué)實踐和教學(xué)改革中取得了很好的教學(xué)效果，特別是近幾年來，形成了獨具特色的教學(xué)模式和教學(xué)風(fēng)格。在學(xué)時不斷壓縮的情況下，能整合教學(xué)內(nèi)容，形成了一定特色的教學(xué)內(nèi)容體系。注重材料學(xué)理論知識的傳授與實際動手能力的培養(yǎng)相結(jié)合，著重培養(yǎng)學(xué)生分析問