工程導(dǎo)論與學(xué)科(專業(yè))介紹-2012

工程導(dǎo)論與學(xué)科（專業(yè)）介紹

樊自田教授（博導(dǎo)，副院長）E-Mail:

fanzt@Tel容提要1、學(xué)科（專業(yè)）及課程概述（樊自田）

“材料加工”學(xué)科、“材料成形”專業(yè)、課程2、材料（金屬）液態(tài)成形方向（樊自田）（思考題）3、材料（金屬）塑性成形與模具技術(shù)方向（李建軍）4、材料（金屬）連接成形方向（劉順洪）本課程結(jié)束，提交一個(gè)學(xué)習(xí)報(bào)告！1、學(xué)科（專業(yè)）及課程概述工程：“工程”、“‘材料成形加工’工程”學(xué)科：“材料加工工程”，材料科學(xué)與工程專業(yè)：“材料成型及控制工程”（1）工程是將自然科學(xué)原理應(yīng)用到工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)部門中去而形成各學(xué)科的總稱。

“工程”是科學(xué)和數(shù)學(xué)的某種應(yīng)用。通過這一應(yīng)用，使自然界的物質(zhì)和能源的特性能夠通過各種結(jié)構(gòu)、機(jī)器、產(chǎn)品、系統(tǒng)和過程，是以最短的時(shí)間和精而少的人力做出高效、可靠且對人類有用的東西。

“工程”已逐漸發(fā)展為一門獨(dú)立的學(xué)科和技藝。工程又分成：材料工程、機(jī)械工程、建筑工程、化學(xué)工程等等。從事工程的人，工人、工程師。

從知識結(jié)構(gòu)的角度看：

數(shù)學(xué)是物理、化學(xué)的基礎(chǔ)；物理、化學(xué)是科學(xué)的基礎(chǔ)；材料是工程的基礎(chǔ)。語言文字是人類文明與交流的基礎(chǔ)。A、學(xué)科（專業(yè)）名稱定義工程的主要依據(jù)是數(shù)學(xué)、物理、化學(xué)，及其產(chǎn)生的材料科學(xué)、固體力學(xué)、流體力學(xué)、熱力學(xué)、輸運(yùn)過程和系統(tǒng)分析等。依照工程（Engineering）對科學(xué)(Science)的關(guān)系，工程的所有各分支領(lǐng)域都有如下主要職能：

1）研究:應(yīng)用數(shù)學(xué)和自然科學(xué)概念、原理、實(shí)驗(yàn)技術(shù)等，探求新的工作原理和技術(shù)方法。

2）開發(fā):把研究成果應(yīng)用于實(shí)際過程中，解決遇到的各種問題。

3）設(shè)計(jì):選擇不同的方法、特定的材料，確定符合技術(shù)要求和性能規(guī)格的設(shè)計(jì)方案，以滿足結(jié)構(gòu)或產(chǎn)品的要求。

4）施工:包括準(zhǔn)備場地、材料存放、選定，既經(jīng)濟(jì)又安全，并能達(dá)到質(zhì)量要求的工作步驟，以及人員的組織和設(shè)備利用。

5）生產(chǎn):考慮人和經(jīng)濟(jì)因素情況下，選擇工廠布局、生產(chǎn)設(shè)備、工具、材料、元件和工藝流程，進(jìn)行產(chǎn)品的試驗(yàn)和檢查。

6）操作:管理機(jī)器、設(shè)備以及動(dòng)力供應(yīng)、運(yùn)輸和通信，使各類設(shè)備經(jīng)濟(jì)可靠地運(yùn)行。

7）管理及其他職能。（2）材料是用于制造有用物件的物質(zhì)。根據(jù)材料的組成結(jié)構(gòu)，可分成金屬材料、無機(jī)非金屬材料、高分子材料和復(fù)合材料；根據(jù)材料的性能特征，可分成結(jié)構(gòu)材料和功能材料。

材料工程（MaterialsEngineering），是研究、開發(fā)、生產(chǎn)和應(yīng)用金屬材料、無機(jī)非金屬材料、高分子材料和復(fù)合材料的工程領(lǐng)域。

材料科學(xué)（MaterialsScience），是研究材料的組織結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、生產(chǎn)流程和使用效能，以及它們之間相互關(guān)系的科學(xué)。材料科學(xué)是多學(xué)科交叉與結(jié)合的結(jié)晶，是一門與工程技術(shù)密不可分的應(yīng)用科學(xué)

。材料科學(xué)與工程歷史證明，材料是社會進(jìn)步的物質(zhì)基礎(chǔ)和先導(dǎo)，是人類進(jìn)步的里程碑，例如“石器時(shí)代”、“銅器時(shí)代”、“鐵器時(shí)代”等；在近代，鋼鐵材料的發(fā)展對于工業(yè)革命進(jìn)程起了決定性的作用；半導(dǎo)體材料的發(fā)展把人類帶入了信息時(shí)代。當(dāng)今，人們把材料、信息、能源作為現(xiàn)代文明的三大支柱。新材料技術(shù)更成為三大高新技術(shù)之一。（3）材料加工工程：將原料、原材料（含各種添加劑、助劑或改性材料）加工轉(zhuǎn)變成實(shí)用材料或制品的工程技術(shù)。可以分為金屬材料加工工程和非金屬材料加工工程。（4）材料成型及控制工程：研究熱加工改變材料的微觀結(jié)構(gòu)、宏觀性能和表面形狀，研究熱加工過程中的相關(guān)工藝因素對材料的影響，解決成型工藝開發(fā)、成型設(shè)備、工藝優(yōu)化的理論和方法；研究模具設(shè)計(jì)理論及方法，研究模具制造中的材料、熱處理、加工方法等問題。由原來鑄造、鍛壓、焊接、熱處理等專業(yè)組成。金屬材料加工工程

1）鑄造成型及控制；2）壓力加工及控制；

3）焊接成型及控制；4）模具設(shè)計(jì)與制造。非金屬材料加工工程：陶瓷、玻璃、橡膠等制品加工成形。材料成型及控制工程屬于“機(jī)械制造行業(yè)及領(lǐng)域”?。?）舉例大型30萬噸油輪三峽電站水輪機(jī)千噸級核電反應(yīng)器大型飛機(jī)材料成型及控制工程，“本科專業(yè)”名稱我們學(xué)院現(xiàn)有的本科專業(yè)：“材料成型與控制工程”、“材料科學(xué)與工程”，“電子封裝技術(shù)”、“功能材料”

材料加工工程，“研究生專業(yè)及學(xué)科”名稱我們學(xué)院現(xiàn)有的研究生專業(yè)：“材料加工工程”、“材料學(xué)”，“數(shù)字化材料成形”、“納米科學(xué)與技術(shù)”“材料科學(xué)與工程”，一級學(xué)科“材料加工工程”、“材料學(xué)”、“材料物理化學(xué)”，二級學(xué)科（1）課程體系學(xué)時(shí)與學(xué)分課程類別課程性質(zhì)學(xué)時(shí)/學(xué)分占課程體系學(xué)分比例（％）通識教育基礎(chǔ)課程必修1208/75.547.1選修160/106.3學(xué)科基礎(chǔ)課程學(xué)科大類基礎(chǔ)課程必修592/3723.1學(xué)科專業(yè)基礎(chǔ)課程必修232/14.59.1專業(yè)課程專業(yè)核心課程必修200/12.57.8專業(yè)方向課程選修168/10.56.6合

計(jì)2560/160100課程安排指導(dǎo)思想：“厚基礎(chǔ)、寬口徑、重能力”

B、課程概述（普通班）（2）集中性實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)周數(shù)與學(xué)分實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)名稱課程性質(zhì)周數(shù)/學(xué)分占實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)學(xué)分比例（％）軍事訓(xùn)練必修2/25.9公益勞動(dòng)必修1/12.9機(jī)械基礎(chǔ)工程訓(xùn)練必修3/38.8金工實(shí)習(xí)必修4/411.8電工實(shí)習(xí)必修2/25.9專業(yè)社會實(shí)踐必修1/12.9生產(chǎn)實(shí)習(xí)必修3/38.8專業(yè)課程設(shè)計(jì)必修3/38.8畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）必修16/1644.2合計(jì)35/35100（3）課外學(xué)分

序號課外活動(dòng)名稱課外活動(dòng)和社會實(shí)踐的要求課外學(xué)分1社會實(shí)踐活動(dòng)提交社會調(diào)查報(bào)告，通過答辯者1個(gè)人被校團(tuán)委或團(tuán)省委評為社會實(shí)踐活動(dòng)積極分子者，集體被校團(tuán)委或團(tuán)省委評為優(yōu)秀社會實(shí)踐隊(duì)者22英語及計(jì)算機(jī)考試全國大學(xué)英語六級考試考試成績達(dá)到學(xué)校要求者2全國計(jì)算機(jī)等級考試獲二級以上證書者2全國計(jì)算機(jī)軟件資格、水平考試獲程序員證書者2獲高級程序員證書者3獲系統(tǒng)分析員證書者43競賽校級獲一等獎(jiǎng)?wù)?獲二等獎(jiǎng)?wù)?獲三等獎(jiǎng)?wù)?省級獲一等獎(jiǎng)?wù)?獲二等獎(jiǎng)?wù)?獲三等獎(jiǎng)?wù)?全國獲一等獎(jiǎng)?wù)?獲二等獎(jiǎng)?wù)?獲三等獎(jiǎng)?wù)?4論文在全國性刊物發(fā)表論文每篇論文2~35科研視參與科研項(xiàng)目時(shí)間與科研能力每項(xiàng)1~36實(shí)驗(yàn)視創(chuàng)新情況每項(xiàng)1~3（4）主要課程

a.通識教育基礎(chǔ)課程：

政治、哲學(xué)、文史、英語、體育、數(shù)學(xué)、物理化學(xué)、計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)等b.學(xué)科基礎(chǔ)課程（學(xué)科大類基礎(chǔ)）：制圖、力學(xué)、機(jī)械設(shè)計(jì)與制造、檢測與控制、材料科學(xué)基礎(chǔ)、傳熱學(xué)、流體傳動(dòng)等c.學(xué)科基礎(chǔ)課程（學(xué)科專業(yè)基礎(chǔ)）：工程化學(xué)、材料成型原理、微機(jī)原理、CAD技術(shù)基礎(chǔ)、材料制備及組織性能等

d.專業(yè)課程（專業(yè)核心）

材料加工工程、材料成型裝備及自動(dòng)化、模具設(shè)計(jì)方法等e.專業(yè)課程（專業(yè)方向）

金屬的液態(tài)-半固態(tài)-固態(tài)成形、快速成形、塑料成形、模具技術(shù)（5）主要實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)（含專業(yè)實(shí)驗(yàn)）軍事訓(xùn)練（MilitaryTraining）金工實(shí)習(xí)（MetalWorkingPractice）電工實(shí)習(xí)(ElectricalEngineeringPractice)機(jī)械基礎(chǔ)工程訓(xùn)練(MechanicalEngineeringTraining)

專業(yè)社會實(shí)踐(ProfessionalSocialPractice)生產(chǎn)實(shí)習(xí)(EngineeringInternship)專業(yè)課程設(shè)計(jì)(CourseProject)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）UndergraduateThesis

卓越工程師（含啟明班）：四年本科（3＋1）、兩年碩士（1＋1）、三年博士（1＋2）本科生、碩士生、博士生的實(shí)踐環(huán)節(jié)時(shí)間分別為1年、1年、2年以上。卓越工程師（啟明班）本科生的實(shí)踐課程包括（約1年）：企業(yè)認(rèn)識實(shí)習(xí)（第2學(xué)期，1周）；工程專題講座（第4學(xué)期，2周）；工程創(chuàng)新實(shí)踐（第6學(xué)期，3周）；科技寫作（第7學(xué)期，1周）；專業(yè)實(shí)習(xí)（生產(chǎn)實(shí)習(xí)，第7學(xué)期，4周）；工程綜合訓(xùn)練（課程設(shè)計(jì)，第7學(xué)期，3周）；畢業(yè)設(shè)計(jì)與論文（第8學(xué)期，16周）。金工實(shí)習(xí)（4周）、電工實(shí)習(xí)（2周）、機(jī)械基礎(chǔ)工程訓(xùn)練（4周）等。172010年6月23日，教育部召開“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”啟動(dòng)大會，批準(zhǔn)了全國61所高等學(xué)校實(shí)施該計(jì)劃。依據(jù)是我國急需國際公認(rèn)的“合格工程師”。經(jīng)研究后參照法國體制。卓越計(jì)劃包括：工科的本科生、碩士研究生、博士研究生三個(gè)層次，培養(yǎng)現(xiàn)場工程師、設(shè)計(jì)開發(fā)工程師和研究型工程師等類型的工程師后備人才。面向工業(yè)界、面向世界、面向未來，培養(yǎng)造就一大批創(chuàng)新能力強(qiáng)、適應(yīng)經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展需要的高質(zhì)量各類型工程技術(shù)人才。

卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃18卓越工程師的培養(yǎng)包括大學(xué)教育和崗位培養(yǎng)兩個(gè)階段。高校任務(wù)2、材料（金屬）液態(tài)成形方向

華中科技大學(xué)“材料成型及控制工程”專業(yè)的特點(diǎn)，是以金屬材料成形加工為主，以非金屬材料（塑料、陶瓷、玻璃等）成形加工為輔。主要內(nèi)容包括：

1）鑄造成形及控制；2）壓力加工成形及控制；

3）焊接成形及控制；4）成形模具的設(shè)計(jì)與制造；

5）計(jì)算機(jī)技術(shù)在金屬材料成形加工中的應(yīng)用。下面介紹金屬材料液態(tài)成形（鑄造）學(xué)科方向的有關(guān)情況。（1）金屬液態(tài)成形的基本概念金屬液態(tài)成形（俗稱“鑄造”），是指將室溫中為液態(tài)但不久后將固化的物質(zhì)倒入特定形狀的鑄模待其凝固成形的加工方式。被鑄造的物質(zhì)多為金屬（例：銅、鐵、鋁、鎂等，原為固態(tài)、加熱后可成液態(tài)）。鑄模的材料可以是砂、金屬、陶瓷等，故又稱砂型鑄造、金屬型鑄造、陶瓷型鑄造等。不同要求、不同材料，使用的方法也不相同。鑄造是人類掌握比較早的一種金屬熱加工工藝，已有約6000年的歷史。中國約在公元前1700～前1000年之間已進(jìn)入青銅鑄件的全盛期，工藝上已達(dá)到相當(dāng)高的水平。金屬的液態(tài)成形仍是金屬零件的主要成形方法之一，適應(yīng)性廣（各類金屬、大小、形狀），尤其適應(yīng)復(fù)雜零件的大量成形。

1）汽車典型零部件（2）鑄件舉例22汽車發(fā)動(dòng)機(jī)鑄件齒輪室飛輪殼油底殼進(jìn)氣管機(jī)冷卻器殼制動(dòng)室活塞皮帶輪旋壓風(fēng)力發(fā)電零件高速車鋁合金支架機(jī)床床身（鑄鐵）機(jī)車搖枕側(cè)架（鑄鋼）熔模精密鑄造大型結(jié)構(gòu)件旋流框架典型的鈦合金精密鑄件定向凝固葉片葉輪曾侯乙編鐘

嵌綠松石銅神獸（春秋）五牛銅針線盒（西漢）曾候乙墓中的青銅器尊和盤（3）金屬液態(tài)成形技術(shù)的主要內(nèi)容1）金屬材料及熔煉技術(shù)2）鑄造模型（具）材料與鑄模制造技術(shù)3）金屬凝固與過程控制技術(shù)4）鑄造工藝方法及設(shè)計(jì)5）鑄造裝備及自動(dòng)化6）計(jì)算機(jī)在鑄造過程中的應(yīng)用…………1）金屬材料及熔煉技術(shù)金屬材料的種類與特性：黑色金屬：鋼、鐵，F(xiàn)e-C合金有色金屬：鋁合金、鎂合金、銅合金、鋅合金、釬合金、錫合金等。熔煉（熔化）技術(shù)及裝備：電爐：感應(yīng)爐、電弧爐、電阻爐等燃料爐：沖天爐、焦碳爐等2）鑄造模型（具）材料與鑄模制造技術(shù)砂（模）型：－－砂型鑄造（各類金屬）粘土砂、水玻璃砂、樹脂砂等金屬（模）型：－－有色金屬金屬型（重力）鑄造、壓力鑄造、離心鑄造等殼型及其它（復(fù)合材料）：殼型鑄造、熔模精密鑄造、消失模鑄造、低壓鑄造等3）金屬凝固與過程控制技術(shù)金屬凝固的方式與速度不同，可以得到不同的組織與性能；普通凝固：砂型鑄造（較慢）、金屬型鑄造（較快）組織：等軸晶、柱狀晶快速凝固：常規(guī)工藝的冷卻速度不超過102℃/S，快速凝固的冷卻速度104~109℃/S。極細(xì)小的組織。定向凝固：定向散熱，柱狀組織。航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片。組織越細(xì)小、性能越好！a)全柱狀組織（穿晶）b)典型組織c)全等軸組織4）鑄造工藝方法及設(shè)計(jì)工藝方法與方案的確定、澆冒口系統(tǒng)的開設(shè)與設(shè)計(jì)等鑄造工藝設(shè)計(jì)，根據(jù)鑄造零件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、技術(shù)要求、生產(chǎn)批量和生產(chǎn)條件等，確定鑄造方案和工藝參數(shù)，繪制鑄造工藝圖，編制工藝卡等技術(shù)文件的過程。5）鑄造裝備及自動(dòng)化6）計(jì)算機(jī)在鑄造過程中的應(yīng)用缺陷缺陷計(jì)算機(jī)模擬仿真技術(shù)（4）現(xiàn)代液態(tài)金屬技術(shù)與方法1）高性能鑄造合金材料

鑄鐵（球鐵、灰鐵、蠕鐵）、鑄鋼、有色合金（Al、Mg、Cu、Ti）2）先進(jìn)鑄造成形工藝方法及裝備

消失模鑄造技術(shù)、半固態(tài)鑄造技術(shù)、真空壓力鑄造技術(shù)、等等3）綠色鑄造型（芯）材料

4）自動(dòng)化檢測儀器及裝備

5）其它…………1）高性能鑄造合金材料鑄鐵是由鐵、碳和硅組成的合金的總稱。又稱