南京航空航天大学《工程材料与热加工基础》课程设计④

工程材料及热成型工艺课程设计1. 背景工程材料及热成型工艺是现代制造工业中极其重要的一部分，涉及到各行业各领域的制造和生产。

在工程离散制造过程中，这两个领域必不可少。

作为当今制造业的核心技术之一，热成型加工在不同的行业中都具有广泛的应用，如冶金、机械、航空航天等工业部门。

2. 课程设计目的本课程设计旨在深入了解相关基础知识和实际应用技术，达到以下目的：•了解不同种类的工程材料和它们的物理和化学性质。

•学习热成型加工的基本原理和其在不同工业部门中的应用。

•了解工程材料和热成型加工相互作用的影响，并学习如何优化制造过程。

•学习如何设计和选择最适合的加工工艺和设备，以满足不同的生产需求。

3. 课程内容3.1 工程材料3.1.1 材料结构和性质•基本元素和晶体结构•物理性质、机械性能和化学性质•缺陷分析和强度评估3.1.2 材料应用和选择•材料来源和加工方法•材料选型原则和应用环境•日常护理和维护3.2 热成型工艺3.2.1 加热和冷却•加热方式和设备•相变和热力学过程•冷却速率和材料变形加工3.2.2 热成型加工和应用•压力工艺和模具设计•热挤压、热轧、热拉伸和热淬火•各行业热成型加工的应用3.3 课程实践本课程将分为两个实践环节。

第一个环节将关注材料表征和机械性能测试，包括拉伸试验、压缩试验、冲击试验等。

第二个实践环节将关注热成型加工过程仿真和模拟，以及材料性能和加工过程之间的关系。

4. 课程评估•成绩占比：70% 期末考试, 20% 课程作业, 10% 实践报告•期末考试：理论知识，考试时间120分•课程作业：每周一次，与课程内容相关，张贴在学生选定的博客里，提交课程学习的总结，字数不少于500字。

•实践报告：与课程实践相关，对学生的实验和模拟结果进行评估和总结。

2020年工程材料及热加工基础实验指导书精品版工程材料及热加工基础实验指导学生实验守则1.实验前认真做好预习，明确本次实验的目的，了解实验内容、步骤及注意事项。

2.实验不迟到，无故迟到三次者实验成绩记为不及格。

病假、事假需有医生或班主任证明，无故旷课者，该次成绩记以零3.实验时必须听从辅导教师及实验工作人员的指导，严格遵守设备操作，注意人身安全及设备安全，不得随意动用与本次实验无关的设备仪器，不准打闹。

4.损坏设备、仪器根据情节轻重按学校规定须进行全部或部分赔5.实验完毕，整理好仪器、设备，清理桌面及场6.认真做好实验报告，按时上交。

实验一碳钢及铸铁平织一、实验的目的1.观察识别碳钢及白口平衡状态下的显微组织。

2.了解含碳量对钢组织的影响。

3.了解金相显微镜的构造及使用方法。

二、实验基本原理从铁碳合金状态图可知，含碳量小于0.01%的铁碳合金称为工业纯铁，含碳量小于2.11%（大于0.01%）的铁碳合金称为钢；含碳量大于2.11%（小于6.69%）的铁碳合金称为铸铁。

碳钢的显微镜组织因其成份，热处理工艺不同而有很大的差别。

本次实验只研究铁碳合金在平衡状态下的显微组织，即在极缓慢冷却条件下（按铁碳相图变化）得到的组织，不同的组织对酸的耐蚀性不同,将热处理后的各试样制成金相试样,再将金相用4%的硝酸酒精进行腐蚀,使不同相得到不同腐蚀深度,并用金相显微镜对试样表面进行观察,判定各试样的组织。

三、主要仪器设备及耗材金相显微镜、各种金相试样。

四、实验内容同学分为三人一组，每组使用一台显微镜，仔细观察下列碳钢及铸铁组织，显微镜的放大倍数为450。

五、实验步骤1.插上金相显微镜电源；2.对金相显微镜的光学系统进行调试；3.将金相试样放到显微镜的载物台上；4.对金相显微镜进行粗调；5.对金相显微镜进行细调；6.记录试样的成分，观察试样的金相组织，并绘制示意图。

六、实验报告要求1.简述实验目的和内容。

2.绘出带*号的试样的显微组织示意图，并用箭头和符号指示图中的各种组织，图下指明牌号、处理方法、腐蚀剂、放大倍数及组织名称。

南京航空航天大学《工程材料与热加工基础》课程设计说明书学院______航空宇航学院________专业____飞行器设计与工程______学号______011210112___________姓名________窦兆起____________指导教师_____陈文华___________完成日期__2014年_6月_17日____第一篇任务书一、课程设计的目的《工程材料与热加工基础》课程是工程类专业的必修技术基础课，其内容包括：工程材料学、铸造、锻压、焊接等。

为了提高学生的工程实践能力和综合运用所学知识的能力，在学习该课程后进行为期一周的课程设计，其目的是：（1）通过课程设计的实践，使学生进一步加深了解和巩固课程所学的有关知识，提高学生综合运用所学知识的能力。

（2）通过课程设计使学生初步达到在一般机械设计中，能合理选择材料、选择毛坯生产方法，并能合理安排典型零件的热处理工艺、零件制造工艺流程及结构工艺性分析。

二、课程设计的任务及要求课程设计的指导思想应力求在提高产品质量、降低产品成本、提高生产效率的原则下，使工艺方案尽量简化、操作方便。

1.仔细读题、明确自己的任务。

2.对零件制造的总体方案进行论证与选定，包括：毛坯制造方案的可行性分析与比较。

主要表面机械加工方案分析与选择。

3.毛坯生产工艺方案的分析，包括:工艺性综合分析。

生产方法的确定。

工艺参数的确定及其他工艺问题的分析。

工艺图的绘制。

4.机械加工工艺方案的分析，包括：零件机械加工工艺的分析及工艺基准的选定。

工艺过程的拟定及工艺文件的编制。

各工序机床、加工余量、工、夹、量具的选定。

刀具的设计与应用。

绘制机械加工过程中所需的工艺图。

5.完成全部工艺绘制工作。

6.撰写一份完整的说明书。

要求理论鲜明、论证严密、文理通顺、字迹清楚。

7.编写参考文献。

第二篇零件设计一、轴座设计（铸造零件）1.1 零件名称——轴座1.2 零件简图：1.3 零件技术要求与生产性质：（1）技术要求：σb≥200MPa，支撑轴件，承受振动。

工程材料与热加工基础
工程材料是指用于工程结构、机械零部件和设备制造的材料，它们的性能直接
影响着工程产品的质量和性能。

热加工是指利用热能对金属材料进行塑性变形的加工方法，包括锻造、轧制、挤压等。

工程材料与热加工基础是工程技术人员必须掌握的基础知识，下面将就工程材料和热加工的相关内容进行介绍。

首先，工程材料主要包括金属材料、非金属材料和复合材料。

金属材料是指主
要由金属元素组成的材料，具有良好的导热性、导电性和机械性能，常见的金属材料有铁、铝、铜、钛等。

非金属材料包括塑料、橡胶、陶瓷等，它们具有轻质、耐腐蚀等特点。

复合材料是由两种或两种以上的材料组成的材料，具有综合性能优异的特点。

其次，热加工是金属材料加工的重要方法之一。

锻造是利用铸锤或压力机对金
属材料进行塑性变形的加工方法，常用于生产大型零部件。

轧制是通过轧机对金属材料进行塑性变形，可以生产各种形状的材料。

挤压是将金属材料加热至一定温度后，通过挤压机对其进行塑性变形，常用于生产管材和型材。

最后，工程材料与热加工基础的学习对于工程技术人员来说至关重要。

掌握各
种材料的性能特点和适用范围，能够正确选择材料，保证产品的质量和性能。

同时，了解热加工的原理和方法，能够合理选择加工工艺，提高生产效率和产品质量。

总之，工程材料与热加工基础是工程技术人员必须掌握的基础知识，它涉及到
工程产品的质量和性能，对于提高产品质量、降低生产成本具有重要意义。

希望通过本文的介绍，能够对读者有所帮助，增强对工程材料与热加工基础的理解和掌握。

南京航空航天大学《工程材料与热加工基础》课程设计学院：航空宇航学院专业：飞行器设计与工程学号：姓名:指导教师：完成日期：2013年6月27日任务书3目录任务书 (2)一、铸造课程设计（支座） (6)1、零件名称 (6)2、技术要求和生产性质 (6)3、选材分析 (7)4、毛坯选择分析 (8)5、工艺选择 (9)6、铸造工艺图 (10)二、锻造课程设计（传动轴） (11)1、零件名称 (11)2、技术要求和生产性质 (11)3、选材分析 (12)4、毛坯选择分析 (13)5、锻造结构工艺性分析及锻造方法的选择 (14)6、工艺路线的制定和分析 (15)三、焊接课程设计设计（钢制压力容器） (16)1、零件名称 (16)2、技术要求和生产性质 (16)3、选材分析 (17)4、毛坯选择分析 (18)5、焊接结构设计 (18)6、工艺流程 (19)课程设计感想与体会 (20)参考资料 (20)5铸造课程设计1、零件名称：支座2、技术要求和生产性质3、选材分析（1）功能支座属于箱体类支承零件，是机器中的基础零件。

轴和齿轮等零件安装在箱体中固定位置并与其它零件协调运动，机器上的各个零部件的重量都由箱体和支承件承担，因此，支座主要受压应力，部分受一定的弯曲应力。

此外，支座还要承受工作时的动载荷以及稳定在机架或基础上的紧固力，承受振动。

（2）性能要求根据支承类零件的作用和载荷情况，它应具备如下性能：有足够的强度和刚度，良好的减震性及尺寸稳定性。

由于支座形状较复杂，体积较大，具有中空壁薄的特点，选用的材料应具有良好的加工性能，以利于加工成型。

根据零件的工作条件，选材方案如下：方案一：铸钢铸钢是一种重要的铸造合金。

按照化学成分不同，铸钢可分为铸造碳钢和铸造合金钢，其中铸造碳钢应用较广，约占铸钢总产量的80%以上。

优点：承受较大载荷和较强冲击的箱体支承类部件经常采用铸钢制造，其中ZG35Mn和ZG40Mn应用最多。

《工程材料及热加工工艺基础》课程教学大纲一、课程基本信息课程编号Z5903B001 课程名称工程材料及热加工工艺基础课程英文名称Basic Engineering Materials Termal Machining总学时数56授课学时50实践学时实验学时6习题课学时设计学时学分 3开课单位机电工程学院适用专业机械设计制造及自动化专业先修课程工程制图（Ⅰ）、工程训练（Ⅰ）、公差与技术测量课程类别专业主干课选用教材或参考资料教材：1. 工程材料及机械制造基础——工程材料（第二版）东南大学戴枝荣、张远明主编高等教育出版社2. 《金属工艺学》（上册、第五版）高等教育出版社邓文英主编参考书：1. 《机械制造基础》（上）清华大学出版社京玉海、罗丽萍主编2. 《机械制造基础学习指导与习题》重庆大学出版社京玉海主编本课程任务和目的本课程是一门实践性很强的技术基础课，其任务和目的是使学生获得常用工程材料及热加工工艺的基础知识，培养工艺实践的初步能力，为学习其他有关课程，并为以后从事涉及机械设计和加工制造方面的工作奠定必要的基础。

制订单位机电工程学院工程训练中心制订时间2008年课程组成员罗丽萍、京玉海、郑志强、郭烈恩、朱政强审核人批准人二、课程内容及基本要求㈠绪论1、了解机械制造的一般概念2、了解机械零件加工过程3、了解工程材料及热加工基础的任务、目的和要求4、了解课程的性质、特点和学习方法5、了解机械制造的发展趋势㈡工程材料1、工程材料概述⑴了解材料发展概况和工程材料的分类；⑵熟悉金属材料各项力学性能（强度、硬度、塑性、韧性等）的具体指标的物理意义及表示符号等；⒀一般了解金属材料的物理性能、化学性能、工艺性能的含义。

2、晶体结构与结晶⑴了解晶体的三大特点，熟悉三种常见金属晶体结构的分类、原子数、致密度、原子半径；⑵理解结晶的基本概念，清楚金属结晶的一般规律；⑶熟悉晶粒大小对金属性能的影响和控制晶粒大小的措施；⑷了解金属同素异晶转变的概念与结晶的区别，熟悉纯铁在不同温度下的晶体结构；⑸熟悉三种合金的结构，含分类、晶格类型特点及力学性能特点；⑹了解相图、相、合金及组元的概念。

一轴类零件1、零件名称：C6132车床主轴2、零件图：3、选材1、技术要求和生产性质（1）技术要求：在滚动轴承中运转，承受交变弯曲和扭转应力，σb ≥800Mpa，δ≥9%，α≥0.6MJ/m2，内锥孔和外锥体硬度40～45HRC，其余部位220～250HBS（2）生产性质：大批生产2、选材分析（1）工作条件车床主轴，带动工件旋转，并能承受一定的载荷。

它在滚动轴承中运转，还需要承受摩擦。

因而其工作条件为：a．传递扭矩，承受拉、压载荷；b．轴颈承受较大的摩擦；c．承受一定的冲击载荷。

（2）失效形式轴被轴承支承的部分成为轴颈。

主轴在工作时由于轴颈和轴承的接触会产生摩擦，导致表面发热、磨损。

同时交变载荷长期作用也会是轴疲劳断裂。

所以车床主轴的主要失效形式有：a.疲劳破坏造成断裂b. 过度磨损导致失效（3）综合分析C6132车床主轴需要承受较大的抗拉强度，具有较大的冲击韧性，对局部锥孔需要进行另外热处理，其余部位的硬度也有一定要求，而且要大批量生产，选用的材料应比较常用且较便宜。

（4）选材方案方案一：从碳钢中选择。

一般车床主轴多用45钢，其价格相对较便宜，在调质处理后力学性能有所改善。

45钢在热处理后σb为650～800Mpa，αk≥450J/m2，硬度可达到220～250HBS。

而此处要求σb ≥800Mpa，αk≥0.6MJ/m2。

45钢硬度能满足要求，但其抗拉强度和冲击韧性太低，不满足要求。

方案二：从合金钢中选择。

选择40Cr这种中碳合金调质钢。

它的价格要比普通的45钢高。

但性能更好。

其力学性能：σb≥1000Mpa，αk≥600 J/m2，调质后硬度达220～250HBS，局部淬硬，表面硬度可达46～55HRC。

因此它具有较高的疲劳强度，能抵抗一定程度的变形。

同时合金钢中Cr的加入可有效提高淬透性，整体力学性能较好。

结论：综上所述，应选择40Cr作为C6132车床主轴的材料。

4、零件毛坯生产车床主轴承受重载，交变载荷，并高速旋转，适合采用锻件。