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英文名称： Plastic Forming Technology and Die Design 课程编码：01119770
学 时： 40 学 分：2.5
课程性质：专业限选课 课程类别：理论课
先修课程：金属学及热处理，金属塑性成形原理
开课学期：第7学期
适用专业：材料成型及控制工程
一、课程教学目标
通过本课程的理论教学、项目和实验训练，使学生具备下列能力：
1、能够运用数学、物理、力学及金属塑性成形原理的知识对锻造过程中坯料与模具的受力及变形状态进行表述、建模和求解。
2、能够应用数学、物理、力学、传热学及和金属塑性成形的基本原理，对锻造加热及成形过程中缺陷的产生原因和变化趋势、金属流动趋向等进行综合分析，对锻造工艺的可行性进行判断。
3、能够依据锻件的特点，综合考虑经济、健康、安全、法规以及环境等因素，制订锻件的加热规范，设计锻造工艺及模具。
4、能设计并实施与锻造成形相关的金属材料成形规律测试实验，分析实验结果，验证或优化模型参数，获取有效结论。
5、能应用专业软件模拟金属材料锻造成形过程，预测成形质量，并了解模拟计算的局限性。
6、能够就锻造工艺流程问题与业界同行及社会公众进行有效沟通和交流，并具备一定的国际视野。
二、课程教学目标与毕业要求的对应关系
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毕业要求 |
指标点 |
课程教学目标 |
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1、工程知识 能够将数学、物理、化学、力学和金属塑性成形原理等的基础理论知识用于分析和解决材料成形及控制工程中的复杂工程问题； |
1-1能够运用数学、自然科学和工程基础的基本概念表述冲压、锻造或塑料成型等工艺和模具及机械压力机、液压机等成形设备的设计分析方面的问题。 |
教学目标1 |
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1-2能够针对材料成形领域的复杂机械系统或者生产过程选择一种数学模型，并达到适当的精度要求。 |
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1-4能从数学与自然科学的角度对冲压、锻造或塑料成形工艺和模具及机械压力机、液压机等设备设计方面问题的解决方案进行分析，并试图改进。 |
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2、问题分析 能够将材料成形及控制工程相关的基础理论知识用于材料成形工艺或设备的分析、检测和评价，并通过文献研究分析材料成形中的复杂工程问题，以获得有效结论； |
2-2能够将数学、自然科学和工程科学的基本原理用于冲压、锻造或塑料成型工艺和模具及机械压力机、液压机等设备设计及技术经济评价的表述之中。 |
教学目标2 教学目标3 |
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2-3掌握文献检索方法，并能够用于分析材料成形的工艺及设备设计等方面的工程问题。 |
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2-4能够针对冲压、锻造或塑料成型中产品的缺陷，及相关成形设备使用时的失效等工程问题提出有效的解决方法。 |
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3、设计/开发解决方案 能够应用材料成形的基本原理和方法设计、开发材料成形工艺或设备的合理方案；并能够在设计环节中体现创新意识，考虑社会、健康、安全、法律、文化以及环境等因素。 |
3-2掌握塑性成形工艺与设备设计的基本理论和方法；并能够在设计环节中体现创新意识，考虑社会、健康、安全、法律、文化以及环境等因素。 |
教学目标3 |
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3-3有意愿并能够针对特定方案发现问题、提出问题并就改进的可能性进行初步分析。 |
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3-4能够根据实际工程环境及工程需求，应用材料成形的基本原理和方法提出解决方案。 |
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3-5能够分析和评价材料加工领域内关于成形工艺和设备的工程设计方案的合理性。 |
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4、研究 能够基于科学原理和方法，进行实验研究，预测、模拟及优化材料成形工艺和设备，解决材料成形工程实践中的复杂问题 |
4-1能够熟悉和掌握液压机、机械压力机等材料成形设备调试过程，及锻件、冲压件及塑料件等产品成形质量检测过程、检查仪器种类及其操作方法，并具有对原材料和产品性能做出有效评价的能力。 |
教学目标4 |
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4-2具有进行实验方案设计、实验平台搭建，开展实验研究，数据采集及分析处理的基本能力。 |
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5、使用现代工具 能够利用现代技术手段进行实验研究，预测、模拟及优化材料成形工艺及设备，解决材料成形工程实践中的复杂问题 |
5-1掌握现代设计、分析及模拟技术及相关软件和设备的使用方法。 |
教学目标5 |
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5-2能够开发、选择与使用现代工具预测、模拟及优化材料成形工艺及设备。 |
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5-3能够识别材料成形工程问题中的各种制约条件，合理选择现代工具。 |
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10、沟通 能够与业界同行及社会公众进行有效沟通和交流，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能够通过口头或书面方式表达自己的想法。 |
教学目标6 |
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10-3对材料加工工程学科及其相关行业的国际状况有基本了解，并能表达自己的观点。 |
三、课程的基本内容
3.1 理论教学
1、绪论 （支撑教学目标1）
教学目标：使学生了解锻造的基本概念、锻造工艺分类及特点，了解锻造技术的发展简史、现状和发展趋势。
本章主要内容：
（1） 课程概况
（2） 锻造的基本概念
（3） 锻造生产的特点
（4） 锻造技术的发展现状、问题、前沿与趋势分析
2、锻造用原材料及坯料准备 （支撑教学目标1）
教学目标：使学生了解锻造用原材料的分类，熟悉钢锭的组织结构及内部缺陷，了解锻件下料的主要方法。
本章主要内容：
（1）锻造用原材料
（2）锻造用钢锭
（3）下料方法
3、锻造的（加）热规范 （支撑教学目标3）
教学目标：使学生理解锻造加热的目的，了解主要加热方法；了解加热时产生的缺陷，能对其成因进行分析，并采用正确的防止措施；理解锻造温度范围确定的依据，能够制订锻造加热规范。
本章主要内容：
（1）钢材的加热方法
（2）钢材加热时的缺陷及防止措施
（3）锻造温度范围的确定
（4）钢材的加热规范
4、自由锻工艺 （支撑教学目标1、2、3）
教学目标：使学生了解自由锻的特点和所用设备种类，理解锻造时影响金属流动的主要因素，掌握镦粗、拔长、冲孔、扩孔等工序的变形特点，能够针对给定的自由锻件编制锻造工艺，了解大型自由锻件的生产特点和生产工艺，。
本章主要内容：
（1）概述
（2）自由锻基本工序分析
（3）自由锻件的分类
（4）自由锻件工艺规程的制定
（5）大型自由锻件成形工艺简介
5、模锻工艺基础 （支撑教学目标1、2）
教学目标：使学生了解开式模锻、闭式模锻、挤压和顶镦工序的成形特点，了解常用模锻设备及其工艺特点，了解模锻工艺及模锻件分类，理解锻造过程中模具对金属流动的影响。
本章主要内容：
（1）概述
（2）模锻主要成形工艺
（3）常用模锻设备及工艺特征
（4）模锻工艺及模锻件分类
（5）影响金属流动的主要因素
（6）模锻工艺流程简介
6、模锻工艺设计 （支撑教学目标1、2、3）
教学目标：使学生能够针对给定锻件，完成全部模锻工艺设计，包括设计模锻件图、确定工艺方案、计算工步、坯料尺寸和模锻力。
本章主要内容：
（1）模锻件图设计
（2）模锻工艺方案
（3）模锻工步
（4）坯料尺寸的确定
（5）模锻力的计算
7、锻模设计 （支撑教学目标1、2、3）
教学目标：使学生能够针对给定锻件，在模锻工艺设计的基础上，完成锤上锻模设计。
本章主要内容：
（1）模锻模膛设计
（2）制坯模膛设计
（3）锻模结构设计
3.2 讨论课 （支撑教学目标2、5、6）
1、教学目标
通过讨论课使学生加深对塑性体积成形工艺及模具相关基础知识的理解，扩宽知识面，初步具备查阅文献、阅读相关技术资料和调查研究的能力，提高学生综合运用本课程知识，分析和解决本专业及相关行业的复杂工程问题的能力，并引导学生积极思考、主动学习，锻炼和提高学生的交流、沟通和表达能力以及团队合作能力，培养学生的责任感和职业道德。
2、主要内容
针对大型自由锻件生产及锻造热处理的发展现状与趋势，存在的主要技术瓶颈等问题分组调研，集体讨论。
3.3 课程项目 （支撑教学目标1、2、3、5、6）
1、教学目标
通过课程项目的实施，使学生加深对模锻工艺基础知识的理解，初步具备运用所学知识进行复杂模锻件模锻工艺设计的能力、复杂物体的三维建模能力以及相关技术标准、设计手册的查阅能力等，引导学生积极思考、主动学习，锻炼和提高学生的交流、沟通和表达能力以及团队合作能力，培养学生的责任感和职业道德。
2、主要内容
本课程设有一个三级项目，该项目将与锻模课程设计相结合，最终构成二级项目。
课程项目内容为针对给定的零件，完成锻件的全套工艺设计。学生需分组完成如下内容：
（1）零件图三维建模
（2）冷锻件图设计（包括二维设计和三维建模）
（3）设备吨位选择
（4）毛坯图绘制计算
（5）工步计算与工艺设计
（6）项目报告撰写及答辩汇报PPT制作
3.4 实验 （支撑教学目标4）
1、教学目标
通过课程实验使学生加深对锻造工艺基础知识的理解，能够针对锻造基本原理、规律等问题，设计并实施验证实验，采集数据，并对数据进行分析以得出结论，熟悉相关实验测试设备及其使用方法，了解实验室各项管理规定。
2、主要内容
设计并完成3个对锻造原理或规律进行验证的综合性实验，实验的具体内容由实验教学大纲或实验指导书规定。
四、教学安排
本课程由课堂教学、讨论课、课程项目及实验四部分组成。
课堂教学围绕本课程的基本概念、公式及相关设计计算方法进行授课
讨论课1次，设置在自由锻工艺授课结束后进行。围绕大型自由锻件锻造工艺及锻后热处理进行探讨。
课程项目以模锻工艺及模具设计为内容，以工厂中实际生产的锤上模锻件为对象，结合教学的进程，在要求学生分组完成锻件的三维建模、冷锻件图设计、模锻工艺设计等工作。
实验3次，分别针对本课程的基本原理和规律进行验证性实验。
建议学时分配如下表：
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讲 课 内 容 |
学 时 |
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|
讲课 |
实验（践） |
上机 |
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1 |
绪论 |
1 |
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2 |
锻造用原材料及坯料准备 |
1 |
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3 |
锻造的（加）热规范 |
3 |
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4 |
自由锻工艺 |
9 |
|
|
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5 |
模锻工艺基础 |
3 |
|
|
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6 |
模锻工艺设计 |
3 |
|
|
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7 |
锻模设计 |
6 |
|
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8 |
讨论 |
|
2 |
|
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9 |
三级项目 |
|
6 |
|
|
10 |
实验 |
|
6 |
|
|
合 计 |
40 |
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1、讲授基本原理，理论联系实际，培养学生创新能力
2、采用多媒体课件、电子备课和传统教学相结合进行教学。
3、通过案例分析，强调对加热、锻造缺陷产生机理的认识，并能将之应用于工艺设计。
4、理论教学、讨论课、课程项目及实验训练相结合，强化学生工程观点的建立和工艺设计能力的培养。
六、教学目标达成度评价
（1）教学目标1、2的达成度通过闭卷笔试和课程项目成绩综合考评；
（2）教学目标3的达成度通过闭卷笔试和讨论课成绩综合考评；
（3）教学目标4的达成度通过实验成绩进行考评；
（4）教学目标5的达成度通过课程项目成绩进行考评；
（5）教学目标6的达成度通过讨论课和三级项目成绩综合考评。
七、成绩评定
课程成绩包括5个部分，分别为平时表现、讨论课、项目、实验和结课考试。具体要求及成绩评定方法如下：
1、平时表现 本门课程的所有环节均要求学生参与并签到，不得缺勤。每缺勤一次扣1分。无故缺勤5次者，取消本门课程的考核资格；
2、讨论课 要求学生按照讨论题目分组查阅资料，归纳总结，撰写报告，制作汇报用PPT。讨论课采用抽签的方式确定汇报小组及汇报人。讨论课成绩占总成绩的5%。
每位同学的讨论课成绩由小组成绩和组内成绩两部分构成。
小组成绩由以下三个方面进行评价：
（1）资料的查阅整理及PPT制作质量，占讨论课成绩的30%；
（2）PPT讲解及回答问题情况，占讨论课成绩的40%；
（3）提问交流情况，占讨论课成绩的30%。
小组得分为组内所有同学的平均分，每位同学的得分依据其在组内的贡献，在小组平均分的基础上浮动，但最高分与最低分差值不得小于15%。组内得分由各小组成员自行讨论确定。
未按时提交讨论课报告或讨论课报告有抄袭现象的，讨论课成绩按零分计。
3、课程项目 要求学生按照课程项目题目分组查阅资料，完成模锻工艺计算，撰写项目研究报告并制作汇报用PPT，并进行答辩。项目成绩占总成绩的15%；
每位同学的三级项目成绩由小组成绩和组内成绩两部分构成。小组成绩由以下两个方面进行评价：
（1）项目研究报告，占项目成绩的40%；
（2）答辩成绩，占项目成绩的60%；
小组得分为组内所有同学的平均分，每位同学的得分依据其在组内的贡献，在小组平均分的基础上浮动，但最高分与最低分差值不得小于15%。组内得分定由各小组成员自行讨论确定。
未按时提交课程项目报告或课程项目报告有抄袭现象的，课程项目成绩按零分计。
4、实验 要求学生认真准备，全程参与，并独立完成并按时提交实验报告。未按时提交实验报告或实验报告有抄袭现象的，该次实验成绩按零分计。实验成绩占总成绩的10%；
5、结课考试 结课考试占总成绩的70%。结课考试成绩不满卷面成绩60%者，本课程考核为不合格。
八、课程教材及主要参考书
1、建议教材
姚泽坤主编. 锻造工艺学及模具设计. 西北工业大学出版社，2007年9月。
2、主要参考书
吕炎主编. 锻造工艺学. 机械工业出版社，1995年5月
胡亚民、华林主编. 锻造工艺过程及模具设计. 北京大学出版社，2006年8月。
制定人：
审定人：
批准人：
2015年11月