第12章材料及成形工艺选用

材料成型工艺MaterialFormingTechnology课程编号：07310060学分：6学时：90(其中：讲课学时：78实验学时：12上机学时：0)先修课程：材料成型原理、金属学及热处理、机械设计基础适用专业：材料成型及控制工程教材：《金属材料液态成型工艺》贾志宏编化学工业出版社2008年2月第1版《金属材料焊接工艺》雷玉成主编化学工业出版社，2006年8月第1版《冲压工艺与模具设计》牟林、胡建华主编.北京大学出版社2010年3月第2版开课学院：材料科学与工程学院一、课程的性质与任务：本课程是材料成型与控制工程专业的一门主要专业基础课。

本课程的任务是掌握金属液态成型工艺的方法、金属板料成形技术、焊接电弧及焊接方法等三大部分知识。

通过本课程的学习，了解常见的液态成型、板料成形、焊接工艺方法。

为学习有关专业课程、从事生产技术工作和管理工作打好热加工工艺知识基础；了解热加工的新工艺、新技术、新方法和发展趋势。

二、课程的基本内容及要求第一篇液态成型工艺绪论1基本内容金属液态成型工艺发展历史，液态成型工艺流程。

2教学要求了解铸造产业的发展概况；了解铸造生产的基本流程和工艺种类。

3重难点液态成型工艺的基本类型、流程及发展趋势。

第一章零件结构的铸造工艺性分析1基本内容(1)常用铸造方法的选择；(2)砂型铸造零件结构的工艺性分析；(3)特种铸造零件结构的工艺性分析。

2教学要求(1)了解各种铸造方法的特点；熟悉铸造方法选用的依据(2)掌握砂型铸造零件结构的工艺性分析方法；(3)熟悉特种铸造零件结构的工艺性分析方法。

3重难点铸造工艺性分析的方法和思路。

第二章砂型铸造工艺方案的确定1基本内容(1)工艺设计内容及流程；(2)砂型铸造工艺方案确定的基本原理；2教学要求(1)熟悉铸造工艺设计的依据、内容及流程；(2)掌握砂型铸造工艺方案制定的原理及方法。

3重难点(1)生产纲领、生产条件对工艺方案制定的影响；(2)分型面及浇注位置的确定。

中国海洋大学本科生课程大纲课程属性：公共基础/通识教育/学科基础/专业知识/工作技能，课程性质：必修、选修_、课程介绍1. 课程描述：本课程是机械类专业的技术基础课，为机械设讣、机械制造工艺学等机械类专业课程提供工程材料及其成型技术等方面的基本知识。

本课程的主要内容如下：（1）常用材料的成分、组织性能与成型工艺之间的关系及其用途。

（2）金属材料热处理（如：退火、正火、淬火、回火）和零件表面热处理的工艺特点及应用。

（3）常用工程材料的种类、牌号、性能及用途。

（4）常用工程材料成型工艺的种类、特点及其应用。

（5）典型机械零件材料及成型工艺的选用。

本课程学生应掌握材料与成型技术的基本原理、基本知识和工程应用的能力，了解工业产品的设讣、选材、加工三者之间的关系。

为后续专业课学习和毕业后从事机械设计•和制造方面的工作打下一定的工程材料选择和应用的基础。

2. 设讣思路：本课程以工程材料及其成型工艺为研究对象，用绕机械零部件设计和制造中的选材和成型两个主要环节，讲授工程材料及其成型工艺的基本知识，并将其应用到机械零部件的设讣和加工工艺中。

实践环节以金属材料的硬度实验、铁碳合金平衡组织的金相分析实验、碳钢的热处理实验为主。

通过学习本课程，使机械专业大学生了解工程材料的一般知识，了解常用材料的成分、组织性能与成型工艺之间的关系，培养学生具有使用和选择工程材料及成型工艺的能力，掌握制造金属零件基本成型工艺的基本知识。

开课依据：对毕业要求的能力支撑矩阵。

本课程是培养本科生从事机械设计和机械制造等领域丄作的专业基础课程，为达成机械设计制造及其自动化专业毕业生能力矩阵1.4、1.6、2.1、2.2、2.3、2.5项要求见下课程内容包括五个模块：工程材料的基础知识（工程材料的结构与性能、金属材料的凝固与固态相变）、金属材料热处理、金属材料、丄程材料的成型工艺、典型零件的材料及成型工艺选择。

（1）工程材料的基础知识本模块内容为本课程的理论基础，重点讲授两部分内容：1）工程材料的结构与性能：从丄程材料的微观结构探索其宏观性能，主要讲授原子（或分子）的相互作用、晶体材料和非晶态材料的原子排列等，并介绍工程材料的性能，为在机械设计中选择材料打下基础。

材料加工和成型工艺课程名称：材料加工和成型工艺课程代码：0934第一部分课程性质与目标一、课程性质与特点材料加工和成型工艺是高等教育自学考试工业设计专业所开设的专业基础课程之一，它是一门理论联系实际、理论性较强的课程。

本课程使考生全面了解工业造型材料的种类、性能、质感和工艺对产品造型设计的阻碍，以及常用材料的选用、加工技术和工艺。

应用于产品造型设计中材料和加工工艺的选用，以便实现设计的目的和要求。

二、课程目标与差不多要求设置本课程，为了使考生能够熟悉造型设计与材料的关系，把握各种材料的性能特点及其加工工艺，了解新型材料，从而运用设计手段，充分利用材料的内在功能和表面特点，制造出功能好、技术性能高、款式新颖的工业产品通过本课程的学习，要求考生把握产品开发设计中有关材料和加工工艺的差不多知识、差不多原理和方法，把握产品造型设计材料与工艺的学习方法及理论联系实际方法，提高分析问题和解决问题能力。

三、与本专业其它课程的关系材料加工和成型工艺是工业设计专业大学专科学生必修的专业基础课，它与工业设计专业的许多其它课程有着紧密的关系，是产品改良设计、产品开发设计的先导课程。

第二部分考核内容与考核目标第一章概论一、学习目的与要求通过本章学习，了解造型设计与材料和工艺性的关系，以及造型材料的差不多概念，明白得质感设计的形式、原那么和作用，对造型材料有一个差不多的认识。

二、考核知识点与考核目标〔一〕产品造型设计与材料〔重点〕识记：造型材料的特性、应用与进展明白得：材料与造型造型材料的种类与差不多性能造型材料应具备的特性造型材料的应用与进展〔二〕工业造型材料的美学基础〔重点〕明白得：质感的概念质感设计在造型设计中的作用应用：造型质感设计形式与原那么〔三〕产品造型设计与工艺性〔次重点〕明白得：造型设计与加工工艺造型设计与装配工艺造型设计与装饰工艺第二章金属材料及其加工技术一、学习目的与要求通过本章学习，明白得金属材料是最重要、应用最广泛的工业造型材料，把握常用金属的差不多知识，能够依照设计需要正确选用金属材料。

材料成型工艺课程设计一、教学目标本课程旨在让学生掌握材料成型工艺的基本知识、原理和应用，培养学生的实践能力和创新精神。

通过本课程的学习，学生应达到以下目标：1.知识目标：•了解材料成型工艺的分类、特点和应用领域。

•掌握材料成型工艺的基本原理和方法。

•熟悉常见材料的成型性能和成型工艺参数。

2.技能目标：•能够分析材料成型过程中出现的问题，并提出解决方案。

•具备一定的材料成型工艺设计和优化能力。

•能够运用所学知识进行材料成型工艺的实验操作和数据分析。

3.情感态度价值观目标：•培养学生的科学精神，提高对材料科学和工程实践的兴趣。

•培养学生的团队合作意识和沟通能力，增强集体荣誉感。

•培养学生对创新和实践的积极态度，提高解决问题的能力。

二、教学内容本课程的教学内容主要包括以下几个方面：1.材料成型工艺概述：介绍材料成型工艺的分类、特点和应用领域，让学生对材料成型工艺有一个整体的认识。

2.材料成型工艺原理：讲解材料成型工艺的基本原理，包括塑性变形、弹性变形、断裂等，使学生了解材料成型过程中的物理现象。

3.材料成型工艺方法：介绍常见的材料成型工艺方法，如铸造、锻造、焊接、热处理等，让学生掌握各种成型工艺的实施方法和注意事项。

4.材料成型性能及工艺参数：分析常见材料的成型性能，如塑性、韧性、硬度等，讲解成型工艺参数的选择和调整方法。

5.材料成型工艺实例分析：通过案例分析，使学生了解材料成型工艺在工程实际中的应用，培养学生的实践能力。

本课程采用多种教学方法，以激发学生的学习兴趣和主动性：1.讲授法：讲解材料成型工艺的基本概念、原理和工艺方法，使学生掌握相关知识。

2.讨论法：学生进行课堂讨论，培养学生的思考能力和团队合作意识。

3.案例分析法：分析实际工程案例，让学生了解材料成型工艺在实际中的应用和解决问题的方式。

4.实验法：安排材料成型工艺实验，让学生动手操作，培养学生的实践能力和实验技能。

四、教学资源为了支持教学内容和教学方法的实施，我们将使用以下教学资源：1.教材：选用权威、实用的教材，为学生提供系统、全面的知识体系。

教案
20 07~ 20 08学年第1学期
学院、系室机械工程系
课程名称材料与成型技术专业、年级、班级工业工程06级主讲教师庄哲峰
福建农林大学
教案编写说明
教案又称课时授课计划,是任课教师的教学实施方案。

任课教师应遵循专业教学计划制订的培养目标，以教学大纲为依据，在熟悉教材、了解学生的基础上，结合教学实践经验，提前编写设计好每门课程每个章、节或主题的全部教学活动。

教案可以按每堂课（指同一主题连续1~4节课）设计编写。

教案编写说明如下：
1、编号：按施教的顺序标明序号。

2、教学课型表示所授课程的类型，请在理论课、实验课、习题课、实践课及其它栏内选择打“√”。

3、题目：标明章、节或主题。

4、教学内容：是授课的核心。

将授课的内容按逻辑层次，有序设计编排，必要时标以“*”、“#”“？”符号分别表示重点、难点或疑点。

5、教学方式、手段既教学方法，如讲授、讨论、示教、指导等。

教学媒介指教科书、板书、多媒体、模型、标本、挂图、音像等教学工具。

6、讨论、思考题和作业：提出若干问题以供讨论，或作为课后复习时思考，亦可要求学生作为作业来完成，以供考核之用。

7、参考书目：列出参考书籍、有关资料。

8、日期的填写系指本堂课授课的时间。

福建农林大学教案
编号：1
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福建农林大学教案
编号：3
福建农林大学教案
图2.17. 六种典型合金的结晶过程分析
福建农林大学教案
福建农林大学教案
福建农林大学教案
福建农林大学教案
福建农林大学教案
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福建农林大学教案。

材料加工和成型工艺绪论1.材料、能源、信息现代技术和现代文明的三大支柱。

2.材料:指那些能够用于制造结构、器件或其它有用产品的物质。

3.工程材料分类，据组成与结构特点分为：金属材料、无机非金属材料、有机高分子材料、复合材料；据性能特征分为：结构材料、功能材料；据用途分为：建筑材料、能源材料、机械工程材料、电子工程材料。

4.结构材料:是以力学性能为主的工程材料的统称，主要用于制造工程建筑中的构件、机械装备中的支撑件、连接件、运动件、传动件、紧固件、弹性件及工具、模具等。

5.功能材料:是指以物理性能为主的工程材料，即指在电、磁、声、光、热等方面有特殊性能或在其作用下表现出特殊功能材料。

6.材料加工:指材料的成型加工及强化、改性和表面技术的应用等。

7.材料的加工和改性是挖掘材料性能的潜力和充分发挥材料效能的主要手段。

8.表面技术:指通过施加覆盖层或改变表面形貌、化学组分、相组成、微观结构、缺陷状态，达到提高材料抵御环境作用的能力或赋予材料表面某种功能特性的材料工艺技术。

第一章材料的力学行为和性能1.材料的性能包括使用性能和工艺性能。

2.使用性能分为物理性能、化学性能、力学性能。

3.物理性能:包括材料的密度、熔点、热膨胀性、导电性、导热性及磁性等；化学性能:指材料在不同条件下表现出来的各种性能，如化学稳定性、抗氧化性、耐蚀性等；力学性能:材料在力的作用下表现出来的各种性能，主要是弹性、塑性、韧性和强度。

4.工艺性能:指材料对某种加工工艺的适应性，包括铸造性能、压力加工性能、焊接性能、热处理工艺性和切削加工性等。

5.工程构件、机械零件在使用过程中的主要功能是传递各种力和能。

6.力学行为:材料在载荷作用下的表现。

7.弹性变形:当物体所受外力不大而变形处于开始阶段时，若去除外力，物体发生的变形会完全消失，并恢复到原始状态，这种变形称为弹性变形。

8.塑性变形（残余变形）:当外力增加到一定书之后再去除时，物体发生的变形不能完全消失而一部分被保留下来，这是材料进入塑性变形阶段，所保留的变形称塑性变形或残余变形。

第1章1.陶的发明是人类文明历史上的里程碑。

2.工艺是指材料的成型加工工艺、连接工艺和表面处理工艺，是人们认识、利用和改造材料并实现产品造型的技术手段。

3.材料与工艺是设计的物质技术条件，是产品设计的前提，它与产品的功能、形态构成了产品设计的三大要素。

4.设计材料的分类1)按材料的来源分类：第一代的天然材料；第二代的加工材料；第三代的合成材料；第四代的复合材料；第五代的智能材料或应变材料。

2)按材料的物质结构分类：设计材料金属材料黑色金属（铸铁、碳钢、合金钢等）有色金属（铜、铝及合金等）无机材料（石材、陶瓷、玻璃、石膏等）有机材料（木材、皮革、塑料、橡胶等）复合材料（玻璃钢、碳纤维复合材料）3)按材料的形态分类：线状材料（线材）；板状材料（面材）；块状材料（块材）。

5.材料特性包括两方面：一是材料的固有特性，及材料的物理特性和化学特性，如力学性能、热性能、电磁性能、光学性能和防腐性能等；二是材料的派生特性，它是由材料的固有特性派生而来的。

第2章6.材料的连接工艺：机械连接（是采用机制螺钉、螺栓、螺母、自攻丝螺钉、铆钉等机械紧固件，将需连接的零部件连接成为一个整体的过程）；焊接（是将两个或两个以上的零件或组件固定连接于一体的一种工艺方法，主要是采用热熔的方法，将连接部分加热至融合或焊缝间填以焊料进行连接）；粘接技术；静连接；动连接7.表面被覆：镀层被服；涂层被覆；珐琅被覆；表面覆贴第3章8.材料感觉特性包含两个基本属性：生理心里属性（人的触觉和视觉系统）；物理属性（知觉系统）9.材料感觉特性按人的感觉可分为触觉质感和视觉质感，按材料本身的构成特性可分为自然质感和人为质感。

10.质感设计的形式美法则：调和与对比法则（调和与对比法则的普遍原则是变化中统一（对比而不零乱），统一中求变化（调和而不单调），追求设计效果的和谐完美。

）；主从法则（主从法则实际上就是强调在产品的质感设计上要有重点。

）11.材料的抽象表达是将材料的某些特征（色彩、光泽、肌理、质地、形态等）加以提炼、升华为具有某种审美价值的意象。

第12 章Insert molding 成型案例分析12.1 Insert molding 成型原理Inset molding 成型是指在模具型腔内装入预先准备的insert，然后合模进行塑胶的注射。

熔融的塑胶材料充满insert 以外的型腔空间，凝固后和insert 成为一体，开模后作为整体一起被顶出。

从insert molding 的成型工艺可以看出，insert 在塑胶制品内必须有牢固的定位，才不至于从塑胶制品上脱落。

Insert 的材质多为金属。

Inset molding 成型利用塑料的易成型性、弯曲性与金属的刚性、强度及耐热性相互组合补充可结实地制成复杂精巧的金属塑料一体化制品，如图12-1 所示。

本案例中insert材质采用铝合金。

图 12-1 insert molding 成型原理12.2 Insert molding 分析前处理Insert molding成型案例采用3D 网格进行模拟分析。

在生成最终的3D 网格前，系统必须先在产品模型表面生成初始表面网格，并按照修补表面网格的程序消除一切表面网格缺陷，然后再转化成3D网格。

需要注意的是，3D网格不能像表面网格那样可以直接删除再进行修补动作。

如果必须删除模型里的3D 网格，需先删除所有3D 网格，之后将“网格类型”由3D 转换成表面网格，如图12-2 所示，从源档模型重新划分表面网格并修补网格缺陷。

在表面网格完好的情况下再将“网格类型”设置成3D，再次利用“生成网格”指令生成3D 网格。

所以对一个3D 执行删除，就必须对整个模型重新进行网格划分。

一般不建议这么做。

因此建议用户在表面网格段一次性消除网格缺陷，不要遗留问题网格，否则即使不影响3D网格的划分，也会影响3D网格的质量，修改起来很麻烦。

图12-2 转化网格类型12.2.1 导入并添加模在 insert molding 成型分析中，系统不仅分析熔融塑胶在型腔内的流动，同时计算腔内塑胶和insert 及模具这三者之间热量传递对塑胶制品和insert 成型效果的影响。

《材料成型理论基础》课程教学大纲一、课程名称（中英文）中文名称：材料成型理论基础英文名称：Fundamentals for Materials Processing二、课程编码及性质课程编码：0809554课程性质：专业核心课，必修课三、学时与学分总学时：56学分：3.5四、先修课程工程材料学、传热学、流体力学、材料成形工艺基础五、授课对象本课程面向材料成型及控制工程专业学生开设，也可以供材料科学与工程专业和电子封装技术专业学生选修。

六、课程教学目的（对学生知识、能力、素质培养的贡献和作用）本课程是本专业的核心课程之一，其教学目的主要包括：1．让学生对液态成形、连接成形、固态塑性成形及高分子材料成形的基本过程有较全面、深入的理解，掌握其基本原理和规律。

2．了解液态金属的结构和性质；掌握液态金属凝固的基本原理，冶金处理及其对产品性能的影响。

3．掌握材料成形中化学冶金基本规律和缺陷的形成机理、影响因素及防止措施。

4．掌握塑性成形过程中的应力与应变的基础理论，金属流动的基本规律及其应用。

5．了解高分子材料的组织转变及流动、成形的基本规律。

表1 课程目标对毕业要求的支撑关系七、教学重点与难点：教学重点：1）本课程以材料成形工艺的理论基础为主线，根据成形加工过程中材料所处或经历的状态，分为液态凝固成形、固态塑性成形、连接成形、塑料注射成形等几类，学习材料在成形过程中的组织结构、性能、形状随外在条件的不同而变化的规律性知识。

2）本课程着重利用前期所学的物理、化学等基础理论，以及传热学、流体力学等专业基础理论知识，学习液态成形、塑性成形、连接成形等基本材料成形技术的内在规律和物理本质，包括共性原理，同时也要注重个性规律性认识。

3）课程将重点或详细介绍三种主要材料成形方法中的主要基础理论和专门知识，阐述这些现象的本质，揭示变化的规律。

而对次要成形方法的基本原理或发展状况等只作简要介绍或自学。

4）重点学习的章节内容包括：第4章“单相合金与多相合金的凝固”（6学时）、第5章“铸件凝固组织的形成与控制”（6学时）、第7章“焊缝及其热影响区的组织和性能”（6学时）、第8章“成形过程的冶金反应原理”（6学时）、第11章“应力与应变理论”（4学时）、第12章“屈服准则”（6学时）。