《冷挤压成型工艺及模具设计》课程大纲.docx

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《冷挤压成型工艺及模具设计》课程大纲

《冷挤压成型工艺及模具设计》课程教学大纲

一、课程名称（中英文）

中文名称：

冷挤压成型工艺及模具设计

英文名称：

ColdExtrusionProcessesandDieDesign

二、课程编码及性质

课程编码：

0817761

课程性质：

选修课

三、学时与学分

总学时：

24

学分：

1.5

四、先修课程

机械设计、材料成形工艺、金属学及热处理和材料成形原理等

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）

本课程是第七学期开设的一般选修课，其教学目的主要包括：

1、掌握金属材料冷挤压的变形性质和成型规律，以及冷挤压模具设计的方法；

2、掌握冷挤压成型工艺及模具设计的特点及国内外发展概况，查找并掌握冷挤压技术及模具设计发展前沿的新技术的特性；

3、掌握挤压成形的各种方法，能独立编制工艺规程和设计冷挤压模具，分析和解决冷挤压生产问题，具有今后从事冷挤压成型工艺和复杂模具开发与设计的能力。

表1课程目标对毕业要求的支撑关系

毕业要求及其指标点

本课程目标对毕业要求的支撑关系

毕业要求

指标点

毕业要求1：

工程知识

能够将数学、自然科学、工程基础和专业知识用于解决复杂工程问题。

1.1掌握了用于解决材料成型及控制工程复杂问题的数学基础知识。

1.2掌握了用于解决材料成型及控制工程复杂问题的物理、化学等自然科学基础知识。

1.3掌握了用于解决材料成型及控制工程复杂问题的工程力学基础知识。

1.4掌握了用于解决材料成型及控制工程复杂问题的工程检测与控制基础知识。

1.5系统掌握了专业知识，能够将所学知识用于解决材料成型及控制工程复杂问题。

毕业要求2：

问题分析

能够应用数学、自然科学和工程科学的基本原理，识别、表达、并通过文献研究分析复杂工程问题，以获得有效结论。

2.1能够应用工程数学基本原理，识别、表达、并通过文献研究分析复杂工程问题，以获得有效结论。

如：

复杂的模具设计。

2.2能够应用物理、化学基本原理，识别、表达、并通过文献研究分析复杂工程问题，获得有效结论。

如：

物理综合实验。

2.3能够应用力学基本原理，识别、表达、并通过文献研究分析复杂工程问题，获得有效结论。

如：

工程力学综合实验。

2.4能够应用工程科学基本原理，识别、表达、并通过文献研究分析复杂工程问题，获得有效结论。

如：

工程控制实验中的建模与分析。

毕业要求3：

设计/开发解决方案

能够设计针对复杂工程问题的解决方案，设计满足特定需求的系统、单元（部件）或工艺流程，并能够在设计环节中体现创新意识，考虑法律、健康、安全、文化、社会以及环境等因素。

3.1了解机械工程、材料成型及控制工程问题特征，掌握解决复杂工程问题的设计方法。

3.2在考虑法律、健康、安全、文化、社会以及环境等制约因素的前提下，能够设计（开发）针对复杂材料成型及控制工程问题的解决方案，具备设计（开发）满足特定材料成型及控制工程需求的系统、单元（部件）或工艺流程的能力。

3.3在设计（开发）过程中，具有追求材料成型及控制工程复杂问题创新解决的态度和意识，掌握了基本的创新方法，清楚创新方向及领域。

毕业要求4：

研究

能够基于科学原理并采用科学方法对复杂工程问题进行研究，包括设计实验、分析与解释数据、并通过信息综合得到合理有效的结论。

4.1掌握材料热加工成形原理及特点，能够采用科学方法，具备合理设计材料成型及控制工程（模具）复杂实验、开展科学研究的能力。

4.2掌握材料成型及控制工程原理及主要工艺，能够采用科学方法，正确构建并实施材料成型及控制工程综合实验，得出正确结果的能力。

4.3能正确使用和处理实验数据，通过信息综合处理，具备对复杂的材料成型及控制工程实验结果进行正确分析能力。

4.4了解常见的材料成型及控制工程常用设备、实验仪器及实验方法，具备调控设备及仪器参数，进行测控和维护的能力。

毕业要求5：

使用现代工具

能够针对复杂工程问题，开发、选择与使用恰当的技术、资源、现代工程工具和信息技术工具，包括对复杂工程问题的预测与模拟，并能够理解其局限性。

5.1掌握文献检索、资料查询、现代网络搜索工具的使用方法。

5.2了解材料成型及控制工程专业重要资料来源及获取方法。

课程目标1、课程目标2

5.3具备应用各类文献、信息及资料进行复杂材料成型及控制工程实践的能力。

5.4掌握复杂材料成型及控制工程问题的预测与模拟方法，理解其局限性。

毕业要求6：

工程与社会

能够基于工程相关背景知识进行合理分析，评价专业工程实践和复杂工程问题解决方案对社会、健康、安全、法律以及文化的影响，并理解应承担的责任。

6.1了解与工程相关的国家方针、政策与法律法规，能够评价工程实践对社会、健康、安全、法律以及文化的影响。

6.2了解材料成型及控制工程专业特点及其对社会、健康、安全、法律以及文化的影响，能够正确评价复杂成型及控制工程问题解决方案的优劣。

6.3能正确认识材料成型及控制工程各种复杂工艺对于客观世界和社会的影响，理解并能够承担的相应工程和社会责任。

毕业要求7：

环境和可持续发展

能够理解和评价针对复杂工程问题的工程实践对环境、社会可持续发展的影响。

7.1了解材料成型及控制工程的专业特征、学科前沿和发展趋势，正确认识本专业对于社会发展的重要性。

7.2能正确理解和评价材料成型及控制工程复杂问题实施对环境保护及社会可持续发展等的影响。

7.3在解决复杂的材料成型及控制工程的实际问题中，能够正确理解并考虑工程实践对环境、社会可持续发展的影响。

课程目标3

毕业要求8：

职业规范

具有人文社会科学素养、社会责任感，能够在工程实践中理解并遵守工程职业道德和规范，履行责任。

8.1具有人文社会科学素养，理解世界观、人生观的基本意义及其影响。

8.2了解中国国情，理解中国可持续科学发展道路以及个人的做人规范，具有较高的社会责任感。

8.3在工程实践中，理解工程师的职业性质、职业责任,具备工程师的职业道德

8.4具有健康的体质和良好的心理素质，能较好地履行责任。

毕业要求9：

个人和团队

能够在多学科背景下的团队中承担个体、团队成员以及负责人的角色。

9.1具备较宽广的本学科基础知识和较高的个人素质，能够在多学科背景下，承担个人及团队成员的作用。

9.2具备良好的团队协作精神，善于和团队其它成员协作、互补、交往。

9.3能够承担团队负责人角色，具备综合团队成员意见和建议，进行合理决策之领导能力。

毕业要求10：

沟通

能够就复杂工程问题与业界同行及社会公众进行有效沟通和交流，包括撰写报告和设计文稿、陈述发言、清晰表达或回应指令。

并具备一定的国际视野，能够在跨文化背景下进行沟通和交流。

10.1较好地掌握了一门外语，了解不同文化的差异，具有一定的跨文化交流能力。

10.2了解本专业领域及其相关行业的国内外的技术现状，具有较强的业务沟通能力与竞争能力。

10.3能够应用现代工具撰写报告、设计文稿、陈述发言、清晰表达或回应指令，就复杂的专业工程问题进行有效沟通和交流。

毕业要求11：

项目管理

理解并掌握工程管理原理与经济决策方法，并能在多学科环境中应用。

11.1了解机械及材料工程管理和经济决策的基本知识，理解并掌握工程管理原理与经济决策方法。

11.2具备应用工程管理和经济决策知识实践的工作能力，具有一定的组织、管理及领导能力，能够较好地通过口头或书面方式表达自己的想法。

11.3具有较强的综合归纳能力，能在多学科环境中加于应用。

毕业要求12：

终身学习

具有自主学习和终身学习的意识，有不断学习和适应发展的能力。

12.1对终身学习的重要性，有自觉的意识和正确的认识。

12.2能够采用合适的方法，自我学习、提高的能力。

12.3能够适应社会进步与发展，与时代同步。

七、教学重点与难点：

教学重点：

1）本课程以介绍冷挤压成型工艺与模具为主体、以讲述两者的设计为重点；

2）在全面了解与掌握挤压成形的材料原理及力学原理的基础上，重点学习冷挤压加工工序和模具的设计；

3）重点学习的章节内容包括：

第2章“挤压基本原理”（6学时）、第5章“冷挤压加工工序设计”（4学时）、第6章“冷挤压模具设计”（6学时）。

教学难点：

1）冷挤压成型工艺及模具设计是实践性极强的课程之一，本课程将密切结合学生的生产实习、课程设计、实验课等实践环节，培养学生对冷挤压成型工艺及模具的认识及设计能力，提高授课质量与效果。

2）通过本课程学习，要求掌握冷挤压成型工艺的变形特点、应用范围、质量控制方法等，具备合理设计冷挤压成型工艺和复杂模具的实践能力。

八、教学方法与手段：

教学方法：

（1）采用现代化教学方法（含PPT演示，工艺动画，视频资料等），讲授冷挤压工艺的变形特点及应用领域，以提高教学效果及效率；

（2）采用课堂教学与学生PPT汇报、交流讨论等方式，进行课堂互动，吸引学生的注意力、激发学生的学习热情，提高学生的学习效果。

教学手段：

（1）以常见的、典型冷挤压工艺为讲解对象，深入分析工艺变形特点及模具结构特点，使学生具备设计满足特定挤压需求的工艺和模具的能力；

（2）结合本专业生产实习单位的冷挤压工艺及模具设计实际，有的放矢地做好课堂教学中的展示教学（借助图片、影像等手段）；再结合必要的实验教学与实践环节，加深学生对冷挤压成型工艺与模具的理解与掌握，提高授课质量与效果。

九、教学内容与学时安排

（1）总体安排

教学内容与学时的总体安排，如表2所示。

表2基本教学内容与学时安排

序号

课程内容

课堂（学习、讨论）学时

课外（准备、复试、实践）学时

1

绪论

2

0

2

挤压基本原理

6

0

3

冷挤压材料及挤压前准备

4

0

4

冷挤压力及冷挤压设备

2

0

5

冷挤压加工工序设计

4

0

6

冷挤压模具设计

6

0

（2）具体内容

各章节的具体内容如下：

第一章绪论

（2）

1.1挤压技术的特点及应用；

1.2挤压技术的历史、现状及发展；

1.3挤压工艺的分类及各自特点；

1.4本课程的性质、要求、主要内容及学习方法。

第二章挤压基本原理（6）

2.1各种挤压方法的金属流动规律；

2.2金属的化学成分和组织状态对挤压变形的影响；

2.3挤压变形的应力与应变；

2.4挤压变形的附加应力与残余应力；

2.5挤压对金属组织和力学性能的影响。

第三章冷挤压材料及挤压前准备（4）

3.1挤压用原材料；

3.2挤压毛坯的制备及表面处理；

3.3挤压毛坯的软化处理；

3.4挤压毛坯的润滑。

第四章冷挤压力及冷挤压设备

（2）

4.1挤压力与压力机行程的关系；

4.2影响挤压力的主要因素；

4.3挤压力的理论计算法；

4.4挤压力的经验公式计算法和图算法；

4.5挤压设备的选择。

第五章冷挤压加工工序设计（4）

5.1挤压件的常见缺陷；

5.2挤压的许用变形程度和不同挤压方法的一次成型范围；

5.3冷挤压的加工精度及适宜挤压加工的零件形状；

5.4挤压工序与金属流动的关系；

5.5挤压工艺方案的确定。

第六章冷挤压模具设计（6）

6.1挤压模具的结构特点及分析；

6.2模具工作部分的设计；

6.3组合凹模的应力分析及优化设计；

6.4其他挤压模具零件的设计；

6.5挤压用模具材料及选用方法。

（3）各章节的课后思考题（作业）及讨论要求

思考题（课后作业）：

第1章思考题：

1、挤压的分类有哪几种？

2、试论述基本的挤压方法及其特点？

3、冷挤压中的主要问题有哪些？

试思考其解决措施。

第2章思考题：

1、根据正挤压实心件的坐标网格的变化情况，分析实心件正挤压的金属流动特点。

2、反挤压进入稳定挤压阶段，可将坯料的变形情况分为几个区域？

试绘图表示并分析。

3、三向压应力为何可以提高被挤压材料的塑性？

4、什么是挤压变形的附加应力？

它是如何形成的？

5、什么是残余应力？

附加应力和残余应力有何危害性？

6、分析正挤压、反挤压缩孔产生的原因。

7、挤压分别对金属组织和力学性能有何影响？

第3章思考题：

1、冷挤压常用原材料的形态有哪几种？

各使用在哪些场合？

2、冷挤压坯料为何要进行软化处理？

3、碳钢和合金钢坯料冷挤压前采用何种表面处理？

这种表面处理为何能提高冷挤压零件的表面质量和模具使用寿命？

4、奥氏体不锈钢和硬铝坯料在冷挤压前要进行何种表面处理？

第4章思考题：

1、计算冷挤压力有何意义与作用？

2、影响单位冷挤压力的主要因素有哪些？

影响情况如何？

3、用08钢生产缝纫机螺钉，如下图。

请分别用理论计算法、公式计算法、图算法计算单位挤压力和总挤压力，并对计算结果进行分析与比较。

4、反挤压16Mn材料的汽车万向节轴承套，如下图。

请分别用理论计算法、公式计算法、图算法计算单位挤压力和总挤压力，并对计算结果进行分析与比较。

5、冷挤压工艺对压力机的特殊要求有哪些？

选择冷挤压设备的原则是什么？

第5章思考题：

1、如图所示的两种冷挤压件，材料为20钢，请设计出三种可能的冷挤压工艺方案，并给出其坯料尺寸及工序示意图。

2、试对图中所示的实心杆形件（10钢），设计出三种可能的、具有不同成形工序的加工方案，并分别画出工序示意草图？

3、图中所示杯-杆型零件为联轴器中联接轴，材料为20钢，请分别计算上杯和下杆部分的断面缩减率，分析其流动的倾向性并设计中间坯料形状及尺寸。

第6章思考题：

1、冷挤压模具具有哪些特点？

2、为何要采用预应力组合凹模？

其有什么优点？

3、组合凹模的压合工艺有哪几种？

如何选取？

4、对冷挤压模工作零件有哪些要求？

5、冷挤压模工作零件常用的材料有哪些？

讨论（思考题及作业）要求：

1、每章节学习结束后，学生都要按上课教师的具体要求以书面的形式做一定数量的思考题，作为平时的作业成绩（按约20%计入课程总成绩）。

2、学生也可以结合本课程的内容与自己的兴趣，设计一种零件的冷挤压成型工艺方案作为讨论与交流的内容，供同学及上课老师讨论。

十、教学参考书及文献

1、《挤压工艺及模具》，机械工业出版社，2006，贾俐俐编；

2、《冷挤压技术》，上海人民出版社，1976年，上海交通大学《冷挤压技术》编写组编；

3、《挤压工艺及模具设计》，机械工业出版社，1996年，洪慎深编。

十一、课程成绩评定与记载考核方式

1、课程考核及评价细则

课程考核及评价细则，详见表3。

表3课程考核及评价细则

成绩组成

考核/评价环节

分值

考核/评价细则

对应的教学目标

平时成绩

30%

上课表现

10

根据学生平时上课的出勤率、课堂表现及互动情况，视其对课程学习的态度及积极程度，按10%计入课程总成绩。

1、2

平时作业

20

根据学生的课后作业的完成情况及质量，视其对课程知识理解、掌握情况，最后按20%计入课程总成绩。

1、2

考试成绩

70%

考试的卷面分数

70

主要考核挤压力的理论计算方法、不同挤压方法的应力、应变分析和组合式凹模的受力分析。

1、2、3

2、终结性考试形式

根据考试试题的难度，可以实施开卷或闭卷考试，以卷面成绩的70%计入总成绩。

撰稿：

《冷挤压成型工艺及模具设计》课程组（主笔：

邓磊）

审核：

材料科学与工程学院本科教学指导委员会

2015－12－10