《體積成形技術(shù)及應(yīng)用》課程教學(xué)大綱

體積成形技術(shù)及應(yīng)用一、課程介紹《體積成形技術(shù)及應(yīng)用》是材料成型及控制工程專業(yè)本科學(xué)生專業(yè)教育課程中鍛壓模塊的一門選修課，本課程是研究金屬材料體積成形原理、方法和質(zhì)量控制的技術(shù)科學(xué)。金屬體積成形技術(shù)是一種重要的金屬材料加工方法，金屬體積材料經(jīng)過(guò)成形工藝過(guò)程后，既能獲得所需零件宏觀外形，又能改善金屬微觀組織性能，在汽車制造、軌道交通、航空航天、船舶重工、國(guó)防軍工、能源電力、冶金建材等行業(yè)應(yīng)用非常廣泛。近年來(lái)，國(guó)家對(duì)裝備制造業(yè)的發(fā)展非常重視，提出了提高基礎(chǔ)工藝、基礎(chǔ)材料、基礎(chǔ)原件研發(fā)水平和系統(tǒng)集成水平等具體要求，并寫入國(guó)家五年發(fā)展計(jì)劃中。金屬體積成形作為基礎(chǔ)工藝，其水平的提高具有重要的戰(zhàn)略意義。該課程實(shí)踐性較強(qiáng)，同時(shí)也是探討理論知識(shí)與生產(chǎn)實(shí)際結(jié)合的一門應(yīng)用技術(shù)。要掌握好這門技術(shù)除須要學(xué)好“材料科學(xué)基礎(chǔ)”、“材料成型原理”、“材料成型工藝與設(shè)備”等有關(guān)理論課程外，還要重視實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)，如課內(nèi)試驗(yàn)、生產(chǎn)實(shí)習(xí)、綜合實(shí)驗(yàn)和畢業(yè)論文等。此外,還應(yīng)重視結(jié)算機(jī)輔助工程等手段，來(lái)輔助金屬體積成形工藝和模具的設(shè)計(jì)，以及缺陷的預(yù)測(cè)和控制。本課程所講述的內(nèi)容有緒論、自由鍛造成形技術(shù)及應(yīng)用、模鍛成形技術(shù)及應(yīng)用、擠壓成形技術(shù)及應(yīng)用、其他體積成形技術(shù)及應(yīng)用等共5章，理論教學(xué)部分共包含24學(xué)時(shí)，實(shí)驗(yàn)8學(xué)時(shí)，以期末閉卷考試形式結(jié)課。Introduction“BulkFormingTechnologyandApplication”isaprofessionalbasicelectivecourseforcollegestudentsmajoringinmaterialprocessingandcontrolengineering.Itisatechnicalsciencewhichconcerningtheprinciple,methodandqualitycontrolduringformingmetals.Bulkformingisanimportantmetallicmaterialsprocessingtechnology.Formingtherequiredmacroprofileandmodifyingthemicrostructure,bulkformingiswidelyusedinmanufacturingindustriesincludingautomobilemaking,railtransportation,aerospace,shipbuilding,nationaldefense,energy,energy,power,metallurgy,constructionalengineeringandsoon.Inrecentyears,Chinahasattachedgreatimportancetothedevelopmentoftheequipmentmanufacturingindustry.Thegovernmentputforwardspecificrequirementsforimprovingthelevelofbasictechnology,basicmaterials,basiccomponentsresearchandsystemintegration,whichhavebeenincludedinthenationalfive-yeardevelopmentplan.Asabasicprocess,metalbulkformingisofstrategicsignificance.Thiscourseisnotonlypractical,butalsodiscussthecombinationoftheoreticalknowledgeandproductionpractice.Inordertomasterthistechnology,studentsneedtolearntheoreticalcoursessuchas"FundamentalsofMaterialsScience","MaterialFormingTheories","MaterialFormingProcessesandEquipment",andfocusonpracticalactivities,suchasexperiments,internshipandgraduationdesign.Inaddition,attentionshouldbepaidtocomputer-aideddesignengineering（CAD/CAE）toassistthedesignofbulkformingprocessandmold,aswellasthepredictionandcontrolofdefects.Thiscoursecoversfivechapters,includingintroduction,freeforgingformingtechnologyandapplication,dieforgingformingtechnologyandapplication,extrusionformingtechnologyandapplication,andotherbulk-formingtechnologyandapplication.Thetheoreticalteachingpartconsistsof24classhours,andtheexperimentalteachingconsistsof8classhours.Classesendbyafinalexamination.課程基本信息課程名稱體積成形技術(shù)及應(yīng)用課程編碼432527英文名稱BulkFormingTechnologyandApplication課程學(xué)時(shí)32課程學(xué)分2課程類別專業(yè)教育課程課程性質(zhì)選修課開(kāi)課學(xué)期第7學(xué)期課內(nèi)實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)8適用專業(yè)材料成型及控制工程開(kāi)課單位材料加工工程系鍛壓教研室選用教材？主要參考書(shū)1.《金屬體積成形工藝及數(shù)值模擬技術(shù)》.機(jī)械工業(yè)出版社.王廣春主編.2.《金屬精密塑性加工工藝與設(shè)備》.冶金工業(yè)出版社.王新云主編.3.《鍛造工藝及模具設(shè)計(jì)》.西北工業(yè)大學(xué)出版社.姚澤坤主編.4.《金屬塑性體積成形有限元模擬QForm軟件應(yīng)用及案例分析》.中國(guó)水利水電出版社.蔣鵬等.二、教學(xué)大綱1、教學(xué)目的“體積成形技術(shù)及應(yīng)用”是材料成型及控制工程專業(yè)本科生的一門專業(yè)教育選修課，是鍛壓方向?qū)I(yè)主干課。開(kāi)設(shè)此課程旨在拓展學(xué)生的視野，掌握體積成形的基礎(chǔ)知識(shí)、基本原理、質(zhì)量控制和數(shù)值模擬實(shí)際應(yīng)用技能，為后續(xù)工作和繼續(xù)求學(xué)做好必要的知識(shí)儲(chǔ)備。2、教學(xué)要求教師要積極備課，認(rèn)真準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)，對(duì)課程內(nèi)容要融會(huì)貫通，切忌照本（幕）宣科。授課在多媒體教室，充分利用多媒體教學(xué)課件和工藝設(shè)備視頻，結(jié)合典型實(shí)用案例和相關(guān)軟件，每章節(jié)都有2學(xué)時(shí)邊授課邊模擬演示教學(xué)。做到授課內(nèi)容與大綱相符，注重平時(shí)成績(jī)（作業(yè)和實(shí)驗(yàn)）積累，成績(jī)?cè)u(píng)價(jià)體系標(biāo)準(zhǔn)真實(shí)、嚴(yán)謹(jǐn)、公平、公正、公開(kāi)，能促使學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。3、預(yù)備知識(shí)或先修課程要求先修課程：《材料科學(xué)基礎(chǔ)》、《材料成型原理》、《材料成型工藝及設(shè)備》4、教學(xué)方式課程由理論課堂和實(shí)驗(yàn)操作引導(dǎo)兩部分組成，采用PPT結(jié)合教學(xué)內(nèi)容視頻和多媒體動(dòng)畫(huà)教學(xué)。理論授課22學(xué)時(shí)，教師講授與課堂討論相結(jié)合；實(shí)驗(yàn)操作引導(dǎo)8學(xué)時(shí)，以學(xué)生操作、設(shè)計(jì)為主，教師引導(dǎo)、答疑為輔，考試2學(xué)時(shí)。5、實(shí)驗(yàn)環(huán)境和設(shè)備（1）硬件環(huán)境：每個(gè)學(xué)生一臺(tái)微型計(jì)算機(jī)及基本設(shè)備（含耳麥）；每個(gè)實(shí)驗(yàn)室要配備打印機(jī)、掃描儀和攝像頭。（2）軟件環(huán)境：Windows10、DEFORM和SIMUFACT等軟件。6、課程教學(xué)內(nèi)容及學(xué)時(shí)分配第1章緒論（2學(xué)時(shí)）1.1體積成形技術(shù)發(fā)展歷程1.2體積成形技術(shù)分類及應(yīng)用1.3體積成形工藝及特點(diǎn)1.4金屬的塑性及其影響因素1.5金屬體積成形有限元模擬1.6金屬體積成形常見(jiàn)缺陷教學(xué)重點(diǎn)：體積成形工藝及特點(diǎn)。難點(diǎn)：金屬的塑性及其影響因素。思考題：①體積成形技術(shù)的特點(diǎn)。②何為塑性既影響塑性的因素。③金屬變形過(guò)程的缺陷有哪些？第2章自由鍛造成形技術(shù)及應(yīng)用（4時(shí)）2.1概述2.2自由鍛基本工序分析 2.3大型自由鍛件鍛造工藝特點(diǎn)2.4自由鍛工藝數(shù)值模擬教學(xué)重點(diǎn)：自由鍛基本工序分析。 難點(diǎn)：鐓粗變形分析。思考題：①自由鍛造工序如何分類？各變形工步有何特點(diǎn)？②平砧拔長(zhǎng)時(shí)，坯料易產(chǎn)生哪些缺陷？是什么原因造成的？③如何提高拔長(zhǎng)效率？④纖維組織是如何形成的？它對(duì)鍛件性能有什么影響？⑤請(qǐng)畫(huà)出芯軸擴(kuò)孔時(shí)變形區(qū)A區(qū)和剛端區(qū)B區(qū)的單元體應(yīng)力-應(yīng)變圖。⑥芯軸拔長(zhǎng)與芯軸擴(kuò)孔變形有何不同。⑦平砧鐓粗時(shí)，坯料的變形與應(yīng)力分布有何特點(diǎn)？不同高徑比的坯料鐓粗結(jié)果有何不同？⑧改善大鍛件內(nèi)部質(zhì)量有哪些措施？第3章模鍛成形技術(shù)及應(yīng)用（6學(xué)時(shí)）3.1概述3.2錘上模鍛方式與變形特征3.3錘鍛模型槽設(shè)計(jì)3.4模鍛件圖和錘鍛模結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)3.5模鍛精度的影響因素3.8模鍛工藝數(shù)值模擬教學(xué)重點(diǎn)：模鍛件圖設(shè)計(jì)，模鍛變形工步的確定。難點(diǎn)：計(jì)算毛坯。思考題：①為何說(shuō)錘上模鍛時(shí)上模型槽比下模型槽易充填飽滿？②開(kāi)式模鍛與閉式模鍛的應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)一樣嗎？③鍛件公差為何不是對(duì)稱分布的？④何謂計(jì)算毛坯圖？⑤除考慮收縮率外，熱鍛件圖與冷鍛件圖完全一致嗎？⑥鍛模設(shè)計(jì)時(shí)，終鍛型槽和預(yù)鍛型槽應(yīng)如何布排？⑦當(dāng)有多個(gè)型槽時(shí)，型槽如何布置？布置不當(dāng)會(huì)造成什么后果？⑧何謂壓入變形？與鐓粗變形的區(qū)別何在？⑨錘上模鍛件常見(jiàn)的缺陷有哪些？如何消除這些缺陷？⑩所有模鍛件都要設(shè)預(yù)鍛型槽嗎？?錘上模鍛鍛模常設(shè)鎖扣，而不用導(dǎo)柱導(dǎo)套是何原因？?錘用鑲塊模有何要求？第4章擠壓成形技術(shù)及應(yīng)用（4學(xué)時(shí)）4.1概述4.2擠壓成形金屬流動(dòng)規(guī)律及成形力的計(jì)算4.3冷擠壓和溫?cái)D壓工藝4.4擠壓工藝數(shù)值模擬教學(xué)重點(diǎn)：等通道轉(zhuǎn)角擠壓工藝。難點(diǎn)：擠壓成形金屬流動(dòng)規(guī)律。思考題：①擠壓工藝的變形方式及工藝特點(diǎn)。②等通道轉(zhuǎn)角擠壓工藝受力分析。③能擠壓異形鍛件嗎？擠壓為何要特別強(qiáng)調(diào)潤(rùn)滑？④型材擠壓生產(chǎn)流程及成形工藝。第5章其他體積成形技術(shù)及應(yīng)用（6學(xué)時(shí)）5.1概述5.2液態(tài)模鍛成形技術(shù)5.3輥鍛成形技術(shù)5.4徑向鍛造成形技術(shù)5.5等溫鍛造成形技術(shù)5.6輾環(huán)成形技術(shù)技術(shù)5.7擺動(dòng)碾壓成形技術(shù)5.8輥鍛和擺動(dòng)碾壓工藝數(shù)值模擬教學(xué)重點(diǎn)：液態(tài)模鍛成形技術(shù)，等溫鍛造成形技術(shù)難點(diǎn)：擺動(dòng)輾壓變形特征和接觸區(qū)域壓力分布思考題：①液態(tài)模鍛與壓鑄有何區(qū)別？②輥鍛模為何壽命長(zhǎng)？輥鍛為何生產(chǎn)效率高？③徑向鍛造技術(shù)的應(yīng)用范圍？④何謂等溫鍛造？等溫鍛造適合在何種應(yīng)變速率下進(jìn)行？等溫鍛為何能改善鍛件的力學(xué)性能？⑤輾環(huán)成形技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域？⑥擺動(dòng)輾壓變形特征和接觸區(qū)域壓力分布第6章考試（2學(xué)時(shí)）7、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目?jī)?nèi)容、學(xué)時(shí)分配、實(shí)驗(yàn)小組序號(hào)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目?jī)?nèi)容提要實(shí)驗(yàn)類型學(xué)時(shí)分配分組人數(shù)實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)教學(xué)要求1基于DEFORM軟件的成形前處理和后處理DEFORM軟件界面操作，工具條使用，前、后處理等設(shè)計(jì)性21材料加工工程實(shí)驗(yàn)室423機(jī)房依據(jù)實(shí)驗(yàn)效果進(jìn)行評(píng)價(jià)：優(yōu)秀、良好、一般、合格及不合格。2DEFORM-2D不同高徑比坯料平砧鐓粗變形模擬模擬不同高徑比坯料平砧鐓粗變形特征、應(yīng)力、應(yīng)變場(chǎng)和溫度場(chǎng)設(shè)計(jì)性213DEFORM-2D等通道轉(zhuǎn)角擠壓模擬前處理等通道轉(zhuǎn)角擠壓建模、定義邊界條件