ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ ТОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АРХИТЕКТУРНО-СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования
ТОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АРХИТЕКТУРНО-СТРОИТЕЛЬНЫЙ
УНИВЕРСИТЕТ
Кафедра ОБЩЕЕ МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ
И ТЕХНОЛОГИЯ КОМПОЗИЦИОННЫХ
МАТЕРИАЛОВ
«УТВЕРЖДАЮ»
Проректор по учебной работе
проф.____________ В.В. Дзюбо
«_____»_______________2008 г.
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА
ТЕХНОЛОГИЯ КОНСТРУКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ
(ОПД.Ф.03.02)
Направление подготовки дипломированного специалиста:
190600 – Эксплуатация наземного транспорта и транспортного оборудования
Специальность:
190601 - Автомобили и автомобильное хозяйство
Квалификация:
Инженер
Срок обучения 5 лет
Томск 2008
Рабочая программа составлена в соответствии c Государственными требованиями
образовательного стандарта высшего профессионального образования к минимуму
содержания и уровня подготовки выпускников по специальности 190601 - Автомобили и
автомобильное хозяйство, введенным в действие с 1 сентября 2000 года и на основании
примерной программы учебно-методического объединения по высшему образованию,
утвержденной_________________________
Составитель: Кондратюк А.А.
Рецензент:
Першин В.П.
Рабочая программа обсуждена на заседании кафедры «Общее материаловедение и
технология композиционных материалов».
Протокол № ____ от «___» _________________ 2008 г.
Заведующий кафедрой ______________________ Лычагин Д.В.
(ф.и.о., подпись)
Программа одобрена методической комиссией Механического факультета
Протокол № _____ от «____» ____________________2008 г.
Председатель комиссии ________________________
(ф.и.о., подпись)
Введена в действие "_____"___________________2008 г.
Декан факультета ________________________Мирошниченко А.Н.
(ф.и.о., подпись)
1. Распределение учебной нагрузки по учебному плану
курс
2
семестр
3
к-во
недель
Нагрузка в семестре
лекци
и
34
прак.
лабор.
раб.
17
сам.раб.
40
Курсовое
проектирование
КП
КР
Отчётность
экз
зач
Э
2. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ДИСЦИПЛИНЫ. ЕЁ МЕСТО В УЧЕБНОМ ПРОЦЕССЕ
Целью преподавания курса «Технология конструкционных материалов»
является вооружение студентов знаниями и умениями, позволяющими при ремонте и
эксплуатации транспортных средств обоснованно выбирать материалы и форму
изделия, учитывая при этом требования технологичности, а также влияние
технологических методов получения и обработки заготовок на качество деталей.
Основная задача курса – изучение студентами физико-химических основ и
технологических особенностей процессов получения и обработки материалов,
принципов устройства типового оборудования, инструментов и приспособлений,
технико-экономических и экологических характеристик технологических процессов и
оборудования, а также областей их применения.
В результате изучения данного курса студент должен
Знать:
 Сущность методов получения основных металлических и неметаллических
материалов;
 Технологические особенности методов формообразования и обработки
заготовок для изготовления деталей заданной формы и качества.
Уметь:
 Выбирать рациональный материал и способ получения и обработки заготовок,
исходя из заданных эксплуатационных требований к детали;
 Разрабатывать с учетом заданной формы детали, материала и выбранного
технологического процесса оптимальную технологическую форму заготовок.
3. Перечень дисциплин с указанием разделов, усвоение которых необходимо
студентам для изучения данной дисциплины (составляется на основе программ по
предшествующим дисциплинам и ГОС по специальности).
№
1.
2.
3.
Наименование дисциплин
Физика
Химия
Материаловедение и ТКМ
Наименование разделов (тем)
Механические свойства материалов
Неорганические материалы
Весь курс
4. СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
4.1 Наименование лекционных занятий, их содержание, объем в часах.
№
п/п
Наименование темы, ее содержание
Кол-во
часов
Введение, основные положения
1
Роль и место дисциплины в конструкторско-технологической подготовке
специалиста. Вклад технологий в развитие новых видов производства,
повышение их экономической эффективности, обеспечение качества
промышленной продукции.
Понятие о технологии как о рациональной совокупности методов получения
материалов, заготовок, деталей и их обработки. Принципы выбора
материалов и технологических процессов изготовления деталей на стадии их
проектирования. Способы интенсификации процессов получения и обработки
материалов, механизации и автоматизации производства, разработки
экологически чистых и безотходных технологий.
2
Материалы, применяемые в машиностроении и основные методы
получения твердых тел.
2
Классификация материалов по агрегатному состоянию: твердые, жидкие,
газообразные.
Природные источники материалов.
Основы металлургического производства.
Пиро-, гидро, электрометаллургия. Исходные материалы для плавки: руда,
топливо, флюсы, раскислители, модификаторы, легирующие элементы,
шлаки предыдущих плавок.
Производство чугуна. Продукты доменной плавки.
Производство стали. Кислородно-конверторная, мартеновская и электроплавка. Непрерывная разливка стали.
Методы получения стали и сплавов особо высокого качества: двойной (в том
числе вакуумный) переплав; электро-шлаковый переплав (ЭШП); электроннолучевой переплав (ПДП); обработка стали в ковше синтетическим шлаком.
2
Основы порошковой металлургии и напыление материалов.
3
Механические и физико-химические способы получения порошков.
Предварительная обработка порошков: отжиг, рассев на фракции,
смешивание. Формование порошков, методы формования. Спекание и
дополнительная обработка спеченных изделий. Твердофазное и жидкофазное
спекание, пропитка. Термообработка спеченных изделий и их калибровка.
Методы напыления. Структура и свойства напыляемой поверхности. Области
применения напыляемых материалов и покрытий.
2
Классификация способов получения заготовок.
4
Классификация способов по физико-механическому состоянию материала; по
форме энергии, затрачиваемой при проведении технологического процесса;
по виду материала инструмента и оснастки; по характеру нагрева заготовок;
по агрегатному состоянию реакционной среды. Основные методы получения
заготовок: литье, пластическое деформирование, спекание.
Производство заготовок способом литья.
Сущность технологического способа литья.
Физические основы литейного производства. Условия затвердевания отливок.
Продолжительность затвердевания отливок. Литейные свойства сплавов:
жидкотекучесть, усадка, ликвация, склонность к поглощению газов.
2
Образование напряжений в отливках.
Технологические основы литейного производства. Литейная форма.
Классификация способов литья по материалу литейных форм. Специальные
способы литья.
Принципиальные схемы, технологические особенности и возможности
способов литья.
Производство заготовок пластическим деформированием.
5
Сущность процесса пластического деформирования материалов.
Характеристики основных схем напряженных и деформированных состояний
при различных способах обработки металлов давлением.
Нагрев при обработке металлов давлением. Цели и способы нагрева.
Виды нагревательных устройств.
Применение защитных газов.
Формообразование машиностроительных профилей. Сущность процессов
прокатки, прессования, волочения. Основные группы профилей, понятие о
сортаменте (согласно Государственным стандартам). Особенности получения
сортового проката, бесшовных и сварных труб, периодических профилей.
Гнутые профили. Разновидности листового проката.
2
Процессы получения заготовок деталей из полуфабрикатов
обработкой давлением.
6
Разделительные процессы, их виды: резка, штамповка-вырезка, вырубкапробивка в жестких штампах, прошивка.
Процессы
формообразования
заготовок
деталей
из
объемных
полуфабрикатов. Ковка, основные операции. Горячая объемная штамповка.
Штамповка в открытых и закрытых штампах. Холодная объемная штамповка.
Схемы и сущность холодного выдавливания, высадки, объемной формовки.
Специальные процессы получения заготовок пластической деформацией
(накатывание зубчатых колес, раскатывание колец).
Основное и вспомогательное оборудование для обработки металлов
давлением. Выбор способа изготовления заготовок.
2
Изготовление полуфабрикатов и деталей из композиционных
материалов.
7
Физико-технологические основы получения композиционных материалов.
Требования, предъявляемые к армирующим и матричным материалам.
Изготовление изделий из металлических композиционных материалов.
Методы получения металлических, органических и других волокон.
Особенности получения деталей из композиционных порошковых
материалов. Изготовление полуфабрикатов и изделий из эвтектических
композиционных материалов. Получение волокнистых и пластинчатых
структур эвтектических композиционных материалов на основе алюминия,
никеля, кобальта, ниобия, тантала, полупроводниковых и ферромагнитных
материалов. Применяемое оборудование.
2
Изготовление деталей из полимерных композиционных
материалов.
8
Полимеры, используемые в качестве матрицы. Порошкообразные и
волокнистые наполнители. Методы получения полимерных композиционных
металлов и переработки их в изделия: прессование, штамповка, литье под
давление, экструзия, намотка, напыление и др. технологические особенности
дополнительной механической обработки заготовок из композиционных
материалов. Области применения материалов и технологии.
2
Изготовление резинных деталей и полуфабрикатов.
9
Состав и свойства технических резиновых материалов. Технологические
этапы изготовления резиновых изделий. Способы их формования:
каландрирование (получение листовой и профилированной резины, промазка
тканей) и экструзия (получение профилей круглого, квадратного и сложного
сечений). Используемое оборудование. Области применения резиновых
изделий.
2
Производство неразъемных соединений.
10
Понятие неразъемного соединения. Способы получения неразъемных
соединений: сварка, пайка, склеивание, клепка.
Сварочное производство.
Физико-химические основы получения сварного соединения. Определение
понятия сварки. Свариваемость металлов и сплавов. Основные критерии
свариваемости. Напряжения и деформации при сварке. Способы защиты
расплавленного металла от взаимодействия с атмосферой. Структура
сварного соединения. Сварочные источники теплоты.
2
Термические способы сварки (сварка плавлением).
11
Электродуговая сварка (ручная); автоматическая дуговая сварка под флюсом;
электрошлаковая; сварка в защитных газах: аргонодуговая, сварка в
углекислом газе, плазменная сварка, сварка в вакууме полым электродом;
лучевые виды сварки: лазерная, световым и электронным лучом. Газовая
сварка.
Термомеханические способы сварки. Электрическая контактная сварка:
точечная, шовная, стыковая, рельефная.
Механические способы сварки.
Термические способы резки, наплавка, напыление. Сущность процессов,
область применения.
2
Технологические особенности сварки различных материалов.
12
Особенности сварки конструкционных и инструментальных сталей, чугунов,
алюминиевых, магниевых, медных, титановых и никелевых сплавов,
неметаллических и композиционных материалов. Дефекты сварных
соединений выбор способа уменьшения сварочных деформаций и
напряжений. Контроль качества сварных соединений, методы контроля.
Выбор способа сварки.
2
Пайка материалов.
13
Физическая сущность процессов пайки. Условия растекания и смачивания.
Способы пайки.
Особенности технологии пайки. Подготовка поверхностей под пайку, сборка
деталей. Укладка припоя. Нанесение флюса. Пайка. Обработка деталей после
пайки. Рекомендуемые припои (мягкие и твердые) и флюсы для сталей,
сплавов и керамики. Дефекты паяного соединения. Требования к качеству
паяного соединения, методы контроля.
2
Получение неразъемных соединений склеиванием.
14
15
Физико-химические основы склеивания. Влияние состава клеев и
температурно-временных режимов формирования клеевых соединений на их
прочность и физико-химические свойства при комнатной и повышенных
температурах. Дефекты склеивания и методы их контроля.
Формообразование
поверхностей
деталей
резанием,
электрофизическими и электрохимическими способами обработки.
Кинематические и геометрические параметры процесса резания.
Основные понятия и определения, применяемые для описания процессов
2
2
обработки резанием. Элементы режима резания, геометрические параметры
срезаемого слоя. Геометрические параметры резца.
Физико-химические основы резания.
Процессы деформирования и разрушения материалов при резании. Трение,
изнашивание и стойкость инструмента при резании. Влияние геометрических
параметров режущего инструмента и вибраций на процесс резания и качество
обработанной поверхности.
Обработка лезвийным инструментом.
16
17
Основные способы обработки: точение, растачивание, сверление,
фрезерование, строгание. Особенности их применения при обработке
типовых деталей машин. Инструмент и оборудование. Особенности
лезвийной обработки заготовок из различных материалов. Управление
показателями качества. Способы контроля. Требования к заготовкам.
2
Обработка поверхностей деталей абразивным инструментом.
Условие непрерывности и самозатачиваемости. Режим и силы резания.
Основные схемы шлифования. Особенности круглого, наружного,
внутреннего шлифования заготовок из различных сплавов. Методы
отделочной обработки поверхностей.
Электрофизические и электрохимические методы обработки поверхностей
заготовок.
Сущность процессов. Факторы, влияющие на эффективность электрофизических способов обработки. Выбор способа обработки.
Всего:
2
34
4.2 Темы лабораторных занятий, их содержание и объем в часах.
№
п/п
1
2
3
4
5
6
7
8
Наименование лабораторных занятий
Разработка технологического процесса изготовления и отливки в песчаные
формы
Разработка технологического процесса изготовления отливки по
выплавляемым моделям
Определение литейных дефектов алюминиевых литейных сплавов
Изучение технологических процессов обработки металлов давлением
(волочением)
Кинематики коробки скоростей
Выбор режима обработки в зависимости от геометрии и материала
заготовки
Классификация и геометрия режущего инструмента
Классификация сварных соединений и их дефекты
Всего:
Кол-во
часов
2
2
2
2
2
3
2
2
17
4.3 Реферат, его характеристика.
В процессе изучение предмета «Технология конструкционных материалов» предусмотрено составление реферата по одному из вопросов тематики курса (по усмотрению
преподавателя). Целью выполнения реферативной работы является привитие студентам
навыков самостоятельной работы с научной литературой и практика письменного
изложения усвоенного материала.
4.4 Самостоятельная работа, ее содержание, объем в часах.
№
п/п
1
2
3
4
5
6
7
8
9
Вид самостоятельной работы
Технико-экономические показатели способов получения и обработки
материалов. Пути обеспечения техники безопасности и санитарных норм
при проведении технологических процессов. Исторический аспект развития
технологии материалов. Вклад отечественных ученых в становление
технологической науки, основные перспективные направления ее развития
на современном этапе.
Кристаллизация.
Факторы,
обусловливающие
формирование
кристаллической структуры металла слитка. Взаимосвязь состава сплава,
металлургических способов его получения с характером кристаллизации,
микро- и макроструктурой слитка.
стеклообразование (твердение сплавов). Изменение свойств трудно
кристаллизующихся жидкостей. Определение понятия «стекло». Факторы,
обусловливающие процесс стеклообразования. Получение аморфных
металлических материалов.
Особенности производства цветных металлов (меди, алюминия и др.).
металлургия меди: пирометаллургическое получение меди из руд и
концентратов; плавка медных руд и концентратов в электрических и других
печах; выделение металлической меди и конвертирование медных штейнов;
рафинирование меди.
металлургия алюминия: сырье, производство глинозема, получение
металлического алюминия, рафинирование алюминия.
Влияние теплового, химического и механического взаимодействия металла
и литейной формы на возникновение дефектов в отливках: усадочных
раковин, пор, трещин, недоливов, искажений формы отливок. Методы
устранения дефектов.
Механизация и автоматизация литейного производства. Использование
Катковых, центробежных и лопастных смесителей при изготовлении
формовочных смесей, автоматических линий безопочной формовки на базе
пескодувно-прессового уплотнения и линий получения отливок с
применением челночных автоматов, промышленных манипуляторов и
роботов для съема отливок с выбивных решеток, при сборке форм, заливке
металла, газовой резке отливок и т.д.
Литейная технологическая оснастка.
Модели, модельные материалы.
Литниковая система и ее разновидности. Формовка, способы ее
осуществления (ручная и машинная формовка, изготовление форм на
автоматических формовочных линиях и др.). Свойства, составы, метода
приготовления формовочных и стержневых смесей. Песчано-глинистые и
специальные формовочные смеси.
Термическая
обработка
металлических
заготовок,
полученных
пластическим деформированием. Показатели качества изделий и его
контроль. Техника безопасности и охрана окружающей среды при обработке
металлов давлением.
Импульсные способы формоизменения, их технологические возможности.
Инструмент и оборудование для штамповки.
Техника безопасности при производстве заготовок способом литья и
пластическим деформирование в горячем и холодном состоянии.
Кол-во
часов
2
2
2
2
2
2
2
2
2
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
Виды межфазного взаимодействия в системе «матрица-волокно», роль
смачивания и диффузии. Твердофазные, жидкофазные и молекулярные
способы получения металлических композиционных материалов.
Методы контроля качества композиционных и резиновых полуфабрикатов и
деталей, техника безопасности при их производстве.
Классификация способов сварки по физическим и технологическим
признакам. Классификация способов сварки по
форме энергии,
используемой для образования сварного соединения: термические,
термомеханические и механические способы. Технологичность сварки.
Показатели качества сварных соединений.
Механизация и автоматизация сварочного производства. Использование
кондукторов, позиционеров, вращателей, кантователей, манипуляторов,
поточных линий с частичной или комплексной механизацией и
автоматизацией. Применение промышленных роботов в сварочном
производстве. Технико-экономические характеристики различных способов
сварки. Обеспечение техники безопасности и экологической чистоты
производства.
Выбор рационального способа сварки на основе учета свойств материала,
формы, габаритных размеров и пространственного положения свариваемых
заготовок, серийности производства, технологических возможностей
способов сварки, требований к качеству сварного соединения. Обозначение
сварных сведений на чертежах по государственным стандартам.
Классификация способов пайки: по методу удаления оксидной пленки, по
характеру кристаллизации паянного шва, по методу получения припоя, по
методу заполнения зазора, по виду источника нагрева. Техникоэкономическая характеристика способов пайки.
Принципы выбора способов пайки с учетом материала, формы и размеров
соединяемых деталей, характера их взаимодействия с припоем, серийности
производства, требований к качеству соединения.
Техника безопасности и обеспечение экологической чистоты при
реализации процесса пайки и получения металлических композиционных
материалов.
Технико-экономические характеристики клеевых соединений. Методы
выбора состава клея и режима формирования соединений в зависимости от
материала соединяемых деталей, условий работы и требований к прочности
и свойствам соединения, серийности и экологической чистоты
производства. Области применения процессов склеивания.
технико-экономические характеристики процессов электроискровой,
импульсной, электроимпульсной, электроконтактной, ультразвуковой,
светолучевой, анодно-механической обработки. Обеспечение техники
безопасности и экологической чистоты технологических процессов.
Выбор способа или рационального сочетания способов обработки заготовок
резанием, методами электрофизического и электрохимического воздействия
с учетом массы, размеров и сложности формы детали, свойств ее материала,
требований по качеству поверхности, серийности производства,
технических возможностей и производительности оборудования, степени
автоматизации процессов.
Всего:
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
40
5. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ.
5.1. Рекомендуемая литература
а) основная литература:
1. Материаловедение и технология металлов: Учебник для студентов машиностроительных специальностей ВУЗов. Под ред. Г. П. Фетисова. – М.: Высшая школа,
2001, 2002.
2. Дальский А.М. Технология конструкционных материалов. – М.: Машиностроение, 1992.
3. Некрасов С.С. Практикум по технологии конструкционных материалов и
материаловедению. – М.: Колос, 1998.
4. Некрасов С.С. Обработка материалов резанием. М.: Колос, 1997.
б) дополнительная литература:
1. Мотовилин Г.В. и др. Автомобильные материалы: Справочник. М.: Транспорт,
1989.
2. Фетисов Г.П., Карпман М.Г. и др. Материаловедение и технология
конструкционных материалов. – М.: Металлургия, 1999.
3. Марочник сталей и сплавов. Под ред. В.Г. Сорокина. – М.: Машиностроение,
1989.
4. Кочергин К.А. Контактная сварка. – Л.: Машиностроение, 1997.
5. Миличенко С.С. и др. Сварка и свариваемые материалы: Справочник в 2-х т.
(т. 2). – М.: Изд. МГТУ им. Н.Э.Баумана, 1996.
6. Петруха П.Г. Технология обработки конструкционных материалов. – М.:
Высшая школа, 1991.
5.2. Средства обеспечения освоения дисциплины.
Наглядные пособия (плакаты, модели и пр.).
Раздаточный материал по тематике дисциплины.
Компьютерные программы.
6. МАТЕРИАЛЬНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ.
6.1. Аудитория для проведения лекционных и практических занятий,
оборудованная в соответствии с нормативами, утвержденными Минобразования
РФ.
6.2. Специализированные лаборатории:
- Лаборатория сварки, оборудованная сварочными установками для ручной
дуговой сварки.
- Специализированная лаборатория по металлорежущим станкам со станочным
оборудованием.
- Лаборатория по курсу «Технология конструкционных материалов».
Минимальный набор лабораторного оборудования для освоения дисциплины:









1. Макеты элементов литниковой системы.
2. Модельный комплект.
3. Оборудование ручной электродуговой сварки:
сварочный трансформатор типа ТС – 500;
сварочный преобразователь типа ПД – 502.У2.
4. Оборудование ручной ацетиленокислородной сварки:
кислородный баллон;
сварочная горелка ГС;
кислородный редуктор;
5. Сварочная машина для точечной сварки.
6. Установка для прессования металлических порошков;
7. Пресс-оснастка;
8. Порошки железа, меди, алюминия;
9. Комплект металлорежущего инструмента (резцы, фрезы, сверла);
10. Металлорежущие станки:
токарно-винторезные типа 1К625;
вертикально-сверлильный типа 2А125;
вертикально-фрезерный типа 6Р81;
поперечно-строгальный типа 7Б35.
7. Дополнения и изменения в рабочей программе на 200__ / 200__ учебный год.
В рабочую программу вносятся следующие изменения:
Рабочая программа одобрена на заседании кафедры «____»______________200_ г.
Заведующий кафедрой
Внесённые изменения утверждаю:
Проректор по учебной работе (декан)
«_____»_________________200__г.
Лычагин Д.В.