材料成型及控制工程

1SpecialtyGuide主讲人：米国发材料科学与工程学院2材料科学与工程学院专业概况第一部分SpecialtySummary3材料科学与工程学院1、研究材料成型的工艺及工艺参数一、材控专业的研究内容：2、材料成型过程的质量控制3、成型过程所需装备的设计及选型4材料科学与工程学院1、研究材料成型的工艺及工艺参数液态成形：将液态金属在重力或外力作用下充填到型腔中，待其凝固冷却后，获得所需形状和尺寸的毛坯或零件的方法。塑性成形：在外力作用下金属材料通过塑性变形，获得具有一定形状、尺寸和力学性能的零件或毛坯的加工方法。液态成形塑性成形连接成形成型工艺连接成形：包括焊接和粘结。5材料科学与工程学院液态成形：熔化方式冲天炉、感应电炉、电弧炉等。6材料科学与工程学院7材料科学与工程学院液态成形：砂型铸造、熔模铸造、金属型铸造、压力铸造、低压铸造、离心铸造、陶瓷型铸造、实型铸造、挤压铸造。铸铁管离心铸造铸造方式8材料科学与工程学院液态成形：新工艺、新技术：1、模具快速成形技术：利用材料堆积法制造实物产品。2、半固态成形：在金属凝固过程中，进行强烈搅拌，使普通铸造易于形成的树枝晶网络被打碎，得到一种液态金属母液中均匀悬浮着一定颗粒状固相组分的固—液混合浆料，称为金属的半固态加工。3、近终形状铸造：包括薄板坯连铸、带钢连铸以及喷雾沉积等技术。4、计算机数值模拟技术。9材料科学与工程学院焊接成形：焊接方式：手工电弧焊、埋弧自动焊、气体保护焊、气焊、电渣焊、电子束焊、激光焊、电阻焊、摩擦焊、扩散焊、钎焊等。10材料科学与工程学院11材料科学与工程学院12材料科学与工程学院焊接成形：电流大小、电压高低、焊接速度、焊接层数、坡口形状等。熔池保护方式：工艺参数：药料保护、气体保护、不需保护等。13材料科学与工程学院2、材料成型过程的质量控制：材料的组织、性能控制零件的形状、尺寸控制质量控制14材料科学与工程学院模锻件例如：热变形可使夹杂物沿变形方向拉长呈流线分布，也称纤维组织。σb(MPa)σs(MPa)Ψ%δ%Ak/J纵向70046062.817.554.7横行65843131.010.026.545钢力学性能与流线方向15材料科学与工程学院16材料科学与工程学院17材料科学与工程学院18材料科学与工程学院19材料科学与工程学院3、成型过程所需装备的设计及选型；包括自动控制系统专用设备的设计、制造；生产线的设计、设备选型；生产线的自动控制；包括模具的设计与制造；20材料科学与工程学院热压铸机21材料科学与工程学院TLP扩散连接设备22汽车焊接生产线材料科学与工程学院23材料科学与工程学院专业的特点（2）该专业是以成型技术为手段、以材料为加工对象、以过程控制为质量保证措施、以实现产品制造为目的的专业。（1）该专业是集材料制备、机械与自动控制为一体的多学科交叉的综合性学科。（3）该专业隶属于机械学科，又具有材料学科的特征。随着科学技术的发展和学科交叉，本专业紧密的依赖机械学、微电子、计算机、控制论、材料科学、及管理学等各门学科。24材料科学与工程学院材控专业学生的知识能力要求：1、材控专业学生要求具有机械学、材料学和自动控制及计算机方面的基础知识；2、本专业重点培养学生的能力：（1）材料加工工艺规划设计和试验研究能力；（2）机电气液一体化新型装备的设计与研制能力；（3）材料组织性能分析研究的能力等。涉及范围比较宽泛。重视实际动手、创新等综合能力的锻炼和培养。25材料科学与工程学院二、材料加工大有作为：1、材料的发展史，就是人类社会的进步史；2、材料机械零件，必须经过材料加工。26材料科学与工程学院材料的四要素成份Synthesis加工+processing组织Structure服役状态Performance/Application性能Properties•Physical•Biological27材料的发展史，就是人类社会的发展史人类历史的划分石器时代陶器时代青铜器时代铁器时代。现代社会三大支柱能源、信息和材料（1998）生物工程，信息技术和新材料材料科学与工程学院2829材料科学与工程学院30长江上的三座桥武汉大桥50年代碳素结构钢强度低主跨128米南京大桥60年代主跨160米16Mn较碳钢节约20％九江大桥80年代主跨216米15MnVN较16Mn节约20％材料科学与工程学院工业技术的进步，依赖于材料的发展31材料科学与工程学院武汉长江大桥32材料科学与工程学院南京长江大桥33材料科学与工程学院九江长江大桥34推重比20发动机*涡轮进口温度2400～2500K*总增压比～60*加力及喷口温度～2700K根据航空发动机的发展趋势，预计未来发动机的主要技术指标可能为推重比10发动机*涡轮进口温度（平均）1850K峰值温度：1988K*总增压比25*加力及喷口温度（平均）2050K峰值温度：2100K*热端部件寿命2000hr推重比15发动机*涡轮进口温度（平均）2000K*总增压比30*加力及喷口温度（平均）2200K材料科学与工程学院35材料科学与工程学院36摩托车发动机材料科学与工程学院37材料科学与工程学院38材料科学与工程学院传统的砂型铸造成形，因锅底部残存浇口痕疤，既不美观，又影响使用，甚至产生渗漏，且铸锅的壁厚不能太薄，故较粗笨。而改用挤压铸造新工艺生产，是定量浇入铁水，不用浇口，直接由上型向下挤压铸造成形，铸出的铁锅外形美观、壁薄、精致轻便、不渗漏、质量好、使用寿命长，并可节约铁水，便于组织机械化流水线生产。39材料科学与工程学院直径10.07米，高5.4米，净重416吨40材料科学与工程学院三、材控专业的历史沿革：材控专业为教育部1998年进行高等院校专业调整时新设立的一个专业，同时取消了“铸造工程”、“焊接工程”、“锻压工程”、“金属材料及热处理”四个专业。本次专业调整，改变了我国本科教育按行业、岗位、甚至按产品设置专业的情况，使得材控专业成为一个业务领域宽、知识范围广的名副其实的宽口径专业。目前国内有百余所高等学校设立有该专业。我省的河南理工大学、郑州大学、河南科技大学、中原工学院、华北水利水电学院等高校设立有该专业。1、材控专业的由来：41材料科学与工程学院2、国内材控专业的现状：目前，国内材料成型与控制工程专业大体有三种主要的培养模式：一、以原热加工类专业为基础，在拓宽基础的前提下，为适应国内人才需求的行业特色，采用分专业方向的培养模式；二、以原热加工类专业为基础，但取消专业方向，加强基础知识，扩展适应领域，进行宽口径的通才式培养模式；三、以原机械类专业为基础，涵盖热加工领域，形成机械工程及自动化类型的专业人才培养模式。分别隶属“材料学院”和“机械学院”42材料科学与工程学院我校于1999年成立材料成型及控制工程专业，已招收9届学生，毕业五届学生，培养出近500名高素质的专业人才。我校材控专业的毕业生，主要求职去向：一是企业，包括机械制造、冶金、有色金属加工、汽车制造和其它加工企业，从事技术和管理工作；二是考研，占15－20％；三是从事教育和其它职业。四、我校材控专业的历史及现状：1、专业的历史及学生就业情况：43材料科学与工程学院2、我校该专业的师资设备状况：材料加工系已经拥有一支适合学科建设和专业发展需要的师资队伍，教研室现有教师23人，其中中国工程院院士二人，教授6人，副教授13人，博士、硕士学位的教师占96%，具有副高级职称以上的教师占78%。材料加工专业有两个硕士点：材料加工、材料物理化学；实验设备：物理冶金研究所；材料加工实验室一个；实验设备现有近千万元，近期达到2000万元。44材料科学与工程学院真空中频炉45材料科学与工程学院真空热压烧结炉46材料科学与工程学院真空退火炉47材料科学与工程学院真空甩带机48材料科学与工程学院非自耗真空电弧炉49材料科学与工程学院五、材控专业的培养目标：能力：本专业培养的学生应具备先进制造、材料工程和控制工程等学科领域宽厚基础理论知识与较强的技术应用、创新能力；工作内容：成为能胜任结构设计、成型加工工艺、过程自动控制及智能化、性能及质量的检测与控制；工作性质：试验研究、技术管理和经营等方面工作的高素质、全面发展的科学研究和高级工程技术人才。50材料科学与工程学院1、系统的掌握本专业领域的理论基础，包括：力学、机械学、材料学、电子及电力电子学、自动控制理论、计算机应用技术和企业管理等基础知识；2．具有本专业必需的制图、计算、测试、文献检索和基本工艺操作等基本技能及较强的计算机和外语应用能力；3．具有本专业领域内某个专业方向所必需的专业知识，了解学科前沿及发展趋势；4．具有较强的自学能力、创新意识和较高的综合素质。5．具有扎实的自然科学基础，较好的人文、艺术和社会科学基础及正确运用本国语言、文字的表达能力；对毕业生的知识和能力要求：51材料科学与工程学院六、材控专业的教学计划：1、主要课程：工程图学、理论力学、材料力学、电工与电子、机械设计基础、材料成型原理与工艺、微机原理及应用、材料科学与工艺、机械制造基础、材料加工CAD/CAM、模具设计、塑料成型工艺、检测技术及控制工程、材料成型过程及其自动化。2、主要实践性教学环节：军训、金工实习、电工电子实习、认识实习、生产实习、社会实践、课程设计、毕业设计（论文）等。52材料科学与工程学院课程类别课程性质课程名称学分课程类别课程性质课程名称学分学科大类基础课程必修画法几何与工程制图3锻压方向必修塑性成型原理3必修理论力学3.5必修冲压工艺学3必修材料力学4必修锻造工艺学3必修电工与电子技术4.5必修模具设计及制造3必修材料科学基础3.5专业选修课选修塑性成型基础3必修机械设计基础5选修焊接工程基础3必修金属工艺学2选修铸造工程基础3必修材料加工CAD/CAM基础3选修焊接方法与设备2必修材料分析与测试技术2.5选修先进连接技术2选修工程材料2.5选修新材料连接技术2选修模具数控加工2选修无损检测2选修材料加工冶金传输原理3选修模具制造工艺2选修生物工程2选修表面工程学2选修材料力学性能3选修互换性与技术测量2选修材料成型计算机模拟2选修特种塑性成形2选修企业管理2选修计算机在材料成形中的应用2选修技术经济分析2选修粉末冶金2选修现代模具设计2选修电弧焊与电渣焊2铸造方向必修铸造工艺学3选修弹塑性力学4必修铸件成型理论4选修专业英语2必修铸造合金及其熔炼3选修特种铸造1必修造型材料2选修铸造过程中的模拟与仿真3焊接方向必修焊接冶金学3选修铸造车间设计2必修焊接结构3必修弧焊电源3必修金属焊接性3河南理工大学教学计划一览表53材料科学与工程学院人才培养的教育内容和知识结构：。（1）通识教育内容包括：自然科学、人文社会科学、经济管理、外语、计算机信息技术、体育、实践训练等知识体系；（2）专业教育内容包括：力学、电学、机械学、材料科学、控制理论、本专业理论、专业实践训练等知识体系；（3）综合教育内容包括：、思想教育、学术与科技活动、文艺活动、体育活动、自选活动等知识体系。教育内容由通识教育内容、专业教育内容和综合教育内容三部分组成：54材料科学与工程学院制定培养方案的指导思想和原则1、专业建设要服从于经济发展要求和市场需求；制定培养方案时，应根据市场对人才素质的需求。分方向的培养模式：一方面铸、锻、焊专业向材控转型时，难以摆脱原有的专业痕迹；另一方面，市场不适应专业调整的变化，仍按行业特征招聘人才。两种模式：即淡化专业方向模式和强化专业方向模式。“通才”教育，在宽的范围进行基础教育，对专业知识一般了解。优点：就业面宽，选择余地大；缺点：胜任专业工作的启动时间较长。55材料科学与工程学院2、贯彻“厚基础、宽专业、重能力”的思想；（1）兼顾了材料成型的主要内容，设置了三个专业方向；铸造方向、锻压方向、焊接方向。（2）必需考虑材料成型过程中组织性能和形状尺寸两大内容；《材料科学基础》、《工程材料》、《材料分析与测试技术》、《材料力学性能》《铸造合金及其熔炼》等课程，强化了材料成型过程中组织性能变化的课程内容（3）专业教