МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования
"НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ
ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ"
УТВЕРЖДАЮ
Директор института
___________
«___» _________ 20___ г.
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА МОДУЛЯ (ДИСЦИПЛИНЫ)
Методология выбора материалов и технологий
НАПРАВЛЕНИЕ (СПЕЦИАЛЬНОСТЬ) ООП
150100 «МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ И ТЕХНОЛОГИИ МАТЕРИАЛОВ»
ПРОФИЛЬ ПОДГОТОВКИ (СПЕЦИАЛИЗАЦИЯ, ПРОГРАММА) Материаловедение и технологии материалов (по областям): в машиностроении
КВАЛИФИКАЦИЯ (СТЕПЕНЬ) магистр
БАЗОВЫЙ УЧЕБНЫЙ План ПРИЕМА 2011 г.
КУРС 2; СЕМЕСТР 3
КОЛИЧЕСТВО КРЕДИТОВ: 4
ПРЕРЕКВИЗИТЫ: «Материаловедение» «Технология конструкционных материалов», «Коррозия и защита металлов», «Термическая и химико-термическая обработка металлов» «Механические и физические свойства материалов», «Основные направления развития материаловедения», «Современные проблемы науки в области технологии наноматериалов», «Материаловедение и технологии современных и перспективных материалов»
ВИДЫ УЧЕБНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ И ВРЕМЕННОЙ РЕСУРС:
Лекции | 18 | часа (ауд.) |
Лабораторные занятия | - | часов (ауд.) |
АУДИТОРНЫЕ ЗАНЯТИЯ | 72 | часа |
САМОСТОЯТЕЛЬНАЯ РАБОТА | 90 | часов |
ИТОГО | 162 | часов |
ФОРМА ОБУЧЕНИЯ | очная |
ВИД ПРОМЕЖУТОЧНОЙ АТТЕСТАЦИИ
Экзамен в 3 семестре
ОБЕСПЕЧИВАЮЩЕЕ ПОДРАЗДЕЛЕНИЕ: кафедра ММС ИФВТ
Заведующий кафедрой _____________
Руководитель ООП _____________
Преподаватель ______________
2011 г.
1. Цели освоения дисциплины
Цель преподавания дисциплины
Целью данной дисциплины является приобщение студентов к решению практических задач проектирования, характерных для современного предприятия.
Условия работы детали и выбор материала для ее изготовления
Механическая и кинематическая схемы механизмов в которых работают проблемные детали. Уровень усилий и удельных давлений в опорных узлах машин, которые могут возникать в процессе работы детали. Перечень марок сталей и сплавов, которые могут быть приняты для изготовления деталей рассматриваемых машин. Механические свойства материалов (сталей) и условия их поставки по соответствующим ГОСТам. Операции термической обработки, которые могут обеспечить необходимые свойства, повышающие работоспособность деталей машин и механизмов.
2. Место дисциплины в структуре ООП
Профессиональный цикл. Вариативная часть М2.В.1.1. Для успешного освоения курса студент должен освоить программы дисциплин: ««Материаловедение» «Технология конструкционных материалов», «Коррозия и защита металлов», «Термическая и химико-термическая обработка металлов» «Механические и физические свойства материалов», «Основные направления развития материаловедения», «Современные проблемы науки в области технологии наноматериалов», «Материаловедение и технологии современных и перспективных материалов»
Параллельно с данной дисциплиной могут изучаться курсы «Наноструктурные материалы на металлической и керамической основе», «Порошковые композиционные материалы и изделия», «Оборудование и автоматизация процессов тепловой обработки материалов и изделий», «Современные технологии поверхностного упрочнения», «Мониторинг состояния и контроль надежности материалов и изделий», «Процессы получения, переработки и обработки материалов».
3. Результаты освоения дисциплины
В результате освоения дисциплины студент должен/будет:
Знать материалы мерительного и режущего инструмента, технологии их упрочнения в современной практике виды технологических процессов на производстве, разнообразие их вариантов.
Уметь обосновывать выбор материалов для изготовления конкретной детали, уметь обеспечить взаимозаменяемость вариантов технологических процессов по производственной необходимости.
Владеть (методами, приёмами) знаниями и навыками в решении практических задач проектирования, характерных для современного предприятия в решении конкретных задач по замене материалов и назначении различных видов технологий.
В процессе освоения дисциплины у студентов развиваются следующие компетенции:
1.Универсальные (общекультурные) -
способность/готовность
- готовностью к кооперации с коллегами, работе в коллективе;
- стремлением к саморазвитию, повышению своей квалификации и мастерства, к устранению пробелов в знаниях и к обучению на протяжении всей жизни;
- способность эффективно работать индивидуально и в коллективе;
- готовность к достижению должного уровня безопасности для обеспечения полноценной профессиональной деятельности;
2. Профессиональные:
- способность применять базовые математические и естественнонаучные знания в профессиональной деятельности;
- способность анализировать научно-техническую информацию, выполнять численные и экспериментальные исследования;
- способность и готовность использовать информационные технологии, использовать компьютер как средство работы с информацией и создания новой информации;
- владеть навыками сбора данных, изучения, анализа и обобщения научно-технической информации по тематике исследования, разработки;
- владеть навыками использования технических средств для измерения и контроля основных параметров технологических процессов, свойств материалов и изделий из них.
4. Структура и содержание дисциплины
4.1. Содержание разделов дисциплины
Тема 1. Условия работы детали и выбор материала для ее изготовления
Механическая и кинематическая схемы механизмов в которых работают проблемные детали. Уровень усилий и удельных давлений в опорных узлах машин, которые могут возникать в процессе работы детали. Перечень марок сталей и сплавов, которые могут быть приняты для изготовления деталей рассматриваемых машин. Механические свойства материалов (сталей) и условия их поставки по соответствующим ГОСТам. Операции термической обработки, которые могут обеспечить необходимые свойства, повышающие работоспособность деталей машин и механизмов.
Тема 2. Выбор варианта технологического процесса
Краткое описание альтернативных процессов тепловой обработки материалов, гарантирующих получение заданных механических характеристик. Экономический анализ вариантов с учетом их технической и экологической безопасности. Варианты технологических карт и маршрутных технологий в связи с выбором конкретного процесса теплового упрочнения материала деталей.
Тема 3. Основания для проектирования или реконструкции термического производства
· Применение новых марок сталей и сплавов при изготовлении деталей машин и механизмов и связанная с этим разработка новых технологий;
· Внедрение в производство механизированных или автоматических поточных линий термической обработки, существенно снижающих стоимость термообработки;
· Установка нового, более производительного оборудования, решающее проблему «узких» мест технологического процесса;
· Разработка технологий использующих тепловую энергию предыдущих операций, существенно снижающих общее энергопотребление;
· Интенсификация технологии термообработки путем применения скоростного нагрева деталей токами высокой частоты (Твч);
· Разработка оригинальных конструкций оборудования для термической обработки: печи, ванны, закалочные машины и др.;
· Применение технологий безокислительного нагрева изделий при термической обработке, снижающих трудоемкость и стоимость последующих операций механической обработки деталей машин и механизмов;
· Автоматизация или упрощение техники контроля качества термообработки.
Тема 3. Материалы мерительного и режущего инструмента, технологии их упрочнения в современной практике
Выбор материала для изготовления инструмента 1 и 2 порядка. Существующие технологии термического упрочнения инструментальных материалов и техника их выполнения в современном машиностроении. Анализ альтернативных вариантов технологии термического упрочнения инструмента.
Тема 4. Заключительные операции технологии производства режущего инструмента и их практическое значение
Техника выполнения азотирования, газового цианирования, оксидирования и нанесения покрытия методом конденсации вещества из ионной плазмы.
Дефекты, возникающие в деталях и инструменте, при термической обработке высоколегированных сталей. Предупреждение и исправление дефектов, возникающих при термообработке инструмента.
Тема 5. Выбор материала для изготовления зубчатых колес
Возможные технологические варианты обработки зубчатых колес и практика их применения в современном машиностроении. Особенности технологий обработки для поверхностного упрочнения рабочих поверхностей зубчатых колес.
Технологии с высокочастотной поверхностной термической обработкой. Промышленные полуавтоматические комплексы и оценка их практического применения с точки зрения практики. Материалы кузнечно-штамповочных производств. Классификация и выбор материала для практического применения в качестве штампов и матриц при массовом производстве изделий. Требования к материалам и условия работы штамповочного инструмента в практических технологиях. Применяемые виды термической обработки штампов и матриц. Особенности выполнения операций термического упрочнения штамповочного инструмента и оснастки в условиях производства. Основания для выбора конкретных технологий упрочнения деталей штампов. Специальные приемы, ограничивающие деформационные явления и трещинообразование основных деталей, деформирующего инструмента (обрезные ножи, вырубные матрицы, пуансоны закрытых штампов). Основные технические приемы закалки деталей массивных штампов и матриц.
Тема 6. Выбор состава оборудования для реализации принятых технологических процессов
Описание размерного ряда оборудования для нагрева и охлаждения деталей. Соответствие данного оборудования принятым технологическим параметрам по температуре, виду энергии, составу защитной атмосферы, эксплуатационным расходам на обслуживание и ремонт. Ремонтно-пригодность оборудования и его группы сложности, квалификация ремонтного персонала.
Тема 7. Инженерный расчет мощности оборудования, его количества и его соответствия принятому проектному заданию
Расчет практической мощности процесса нагрева технологической садки металлических изделий с учетом допустимых в практике отклонений. Коррекция полученных данных путем ввода практических коэффициентов и поправок, учитывающих конкретные производственные условия. Расчет необходимой мощности нагревательных устройств (печей) и выбор типо-размера печей согласно стан6дартного размерного ряда (по справочникам). Расчет мощности охлаждающих устройств и закалочных баков, с учетом максимальной производительности агрегатов.
Тема 8. Экономическое обоснование выбора нового оборудования при проектировании и реконструкции цехов термической обработки
Экономическое обоснование выбора оборудования при проектировании нового производства и реконструкции действующего. Основные затратные факторы проектирования: а) капитальные затраты на покупку оборудования, б) монтажные затраты на установку и подключение оборудования, в) эксплуатационные затраты и затраты на планово-предупредительные ремонтные работы. Заводские методики расчета указанных затрат и учет накладных расходов соответствующих заводских служб. Понятие о рыночной и балансовой стоимости оборудования устанавливаемого в цехах предприятия. Амортизационные ежегодные отчисления со стоимости оборудования и нормативные сроки его окупаемости. Понятие о стоимости обработки деталей и их себестоимости в условиях конкретного производства.
Принципы расчета себестоимости обработки по разным вариантам технологического процесса. Критерии оценки. Выбор оптимального варианта технологии и его основные показатели.
Тема 9. Прогнозирование роста эффективности производства (термического) и факторы, оказывающие влияние на его экономику.
Прогнозирование перспективного развития предприятия с ориентировочным ростом производства по рекомендациям экономической службы.
Условия окупаемости проекта и динамика роста программы выпуска предприятия. Расчет минимального срока окупаемости проекта с учетом возможного изменения цен на материалы, энергоносители и пр.
Методика и принципы расчета себестоимости термообработки и её стоимости с учетом накладных производственных расходов. Расчет стоимости обработки по принятым к рассмотрению технологическим вариантам процесса.
Основные статьи расходов при определении себестоимости их обоснование и возможные пределы изменения во временные сроки, предусмотренные заданием на проектирование.
4.1. Структура дисциплины по разделам, формам организации и контроля обучения
Таблица 1.
Структура дисциплины по разделам и формам организации обучения
Название раздела/темы | Аудиторная работа (час) | СРС (час) | Колл, Контр. р. | Итого | ||
Лекции | Практ./сем. Занятия | Лаб. зан. | ||||
1. Условия работы детали и выбор материала для ее изготовления | 2 | 6 | 8 | 16 | ||
2. Выбор варианта технологического процесса | 2 | 8 | 10 | 20 | ||
3. Основания для проектирования или реконструкции терми-ческого производства | 2 | 8 | 10 | 2 | 22 | |
4. Материалы мери-тельного и режущего инструмента, техноло-гии их упрочнения в современной практике | 2 | 4 | 10 | 16 | ||
5. Заключительные операции технологии производства режущего инструмента и их практическое значение | 2 | 6 | 10 | 18 | ||
6. Выбор материала для изготовления зубчатых колес | 2 | 6 | 6 | 2 | 16 | |
7. Выбор состава оборудования для реализации принятых технологических процессов | 2 | 4 | 8 | 14 | ||
8. Инженерный расчет мощности оборудования, его количества и его соответствия принятому проектному заданию | 8 | 12 | 20 | |||
9. Экономическое обоснование выбора нового оборудования при проектировании и реконструкции цехов термической обработки | 2 | 2 | 8 | 12 | ||
10. Прогнозирование роста эффективности производства (термического) и факторы, оказывающие влияние на его экономику. | 2 | 2 | 8 | 2 | 14 | |
Итого | 18 | 54 | - | 90 | 6 | 162 |
5. Образовательные технологии
При освоении дисциплины используются следующие сочетания видов учебной работы с методами и формами активизации познавательной деятельности магистрантов для достижения запланированных результатов обучения и формирования компетенций.
Методы и формы активизации деятельности | Виды учебной деятельности | |||
ЛК | ПР | СРС | К. пр. | |
Дискуссия | х | |||
IT-методы | х | х | х | |
Командная работа | х | х | ||
Разбор кейсов | ||||
Опережающая СРС | х | х | ||
Индивидуальное обучение | х | х | ||
Проблемное обучение | х | х | ||
Обучение на основе опыта | х |
6. Организация и учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы студентов (CРC)
6.1 Текущая и опережающая СРС, направленная на углубление и закрепление знаний, а также развитие практических умений заключается в:
- работе с лекционным материалом, поиск учебной литературы в электронных источниках,
- изучении тем, вынесенных на самостоятельную проработку,
- изучении теоретического материала к лабораторным занятиям,
- подготовке к текущему, рубежному контролю и зачету.
6.1.1. Темы, выносимые на самостоятельную проработку:
1. Классификация основных видов технологических процессов термической обработки.
2. Анализ достоинств и недостатков традиционных процессов термической и химико-термической обработки в современной практике.
3. Изучение причин и следствий деформационных явлений термической обработки деталей машин.
4. Анализ альтернативных технологических процессов термической обработки, дающих минимальные деформации изделий.
5. Методология выбора инструментальных материалов и способов их термической обработки, обеспечивающих заданные свойства.
6.2.2. Образцы тем индивидуальных заданий (выдаются по усмотрению преподавателя для отстающих студентов на проработку пропущенной темы):
Задание № 1.
Методика расчета удельных давлений в опорах коленчатого вала двигателей внутреннего сгорания мощностью до 100 Квт.
Задание № 2.
Инженерный расчет потребной мощности нагрева стальных деталей в печах с электрообогревом.
Задание № 3.
Особенности расчета мощности газовых нагревательных печей для термической обработки деталей машин и механизмов.
6.2. Творческая проблемно-ориентированная самостоятельная работа (ТСР), ориентированая на развитие интеллектуальных умений, комплекса универсальных (общекультурных) и профессиональных компетенций, повышение творческого потенциала студентов.
- поиск, анализ, структурирование и презентация информации,
- выполнение индивидуальных заданий, их оформление и презентация;
- исследовательская работа и участие в научных студенческих конференциях, семинарах и олимпиадах;
- анализ научных публикаций по заранее определенной преподавателем теме;
6.3. Контроль самостоятельной работы
Оценка результатов самостоятельной работы организуется как единство двух форм: самоконтроль и контроль со стороны преподавателей. Материал, вынесенный на самостоятельное изучение, оценивается преподавателем в ходе выполнения лабораторных работ и при выполнении рубежного контроля.
7. Средства текущей и итоговой оценки качества освоения дисциплины (фонд оценочных средств)
При изучении дисциплины предусматриваются следующие виды контроля:
- Текущий;
- Рубежный;
- Итоговый.
Текущий контроль проводится:
На лекциях в виде тестов, состоящих из нескольких вопросов с вариантами ответа. Тест охватывает тему предыдущей лекции и дает возможность студентам структурировать знания, полученные на предыдущей лекции. Кроме того, тестирование позволяет оценить преподавателем усвоение студентами теоретического материала и отметить посещаемость лекций.
На лабораторных занятиях проводится вводный контроль подготовки студентов к работе. Контроль проводится в виде теста, состоящего из пяти вопросов с четырьмя ответами. Контроль преследует цель проверки усвоения студентами теоретической части и навыков в выполнении самостоятельных работ, предусмотренных учебной программой. Выполнение работы оценивается устным опросом студентов о ходе выполнения работы, сформулированных выводах и понимании теоретического материала.
Рубежный контроль проводится путем трех письменных работ в каждом семестре. Рубежный контроль преследует цель выработать у студентов потребность в систематической работе по освоению теоретического материала дисциплины.
Итоговый контроль проводится после завершения обучения студентов дисциплины в виде зачета. Итоговый контроль преследует цель проверить студента по всему изученному курсу, понимания взаимосвязей различных его разделов и тем, связей с иными естественнонаучными и общепрофессиональными дисциплинами. Итоговый контроль предусматривает ответы на несколько вопросов теоретического курса.
7.1. Примеры контролирующих материалов
Образцы контрольных работ
Контрольная работа № 1
Вариант 1
1. Назовите процессы термической обработки, которые дают минимальные деформации обрабатываемых деталей.
2. Чем отличаются эндогазовые атмосферы? Могут ли они рассматриваться как альтернативные?
Вариант 2
1. Что следует понимать под терминами маршрутные и операционные технологии?
2. Чем отличаются технологии термической и химико-термической обработки изделий? Могут ли эти процессы рассматриваться как альтернативные?
Вариант 3
1. Расскажите об особенностях технологии термической обработки с использованием соляных ванн в качестве нагревательного оборудования. Укажите недостатки таких технологий.
2. Какие параметры промышленных технологий термической обработки могут рассматриваться как решающие при выборе альтернативных вариантов?
Контрольная работа № 2
Вариант 1
1. Назовите варианты технологических процессов дающих минимальные деформации изделий при нагреве и охлаждении (закалке)?
2. Назовите операции термической обработки стали, которые можно назвать энергосберегающими?
Вариант 2
1. Назовите технологические процессы, которые могут быть аналогами цементационной технологии?
2. Назовите основные промышленные способы нагрева простых угреродистых сталей. Дайте им краткую экономическую характеристику.
Вариант 3
1. Сформулируйте основные параметры практичных технологий, пригодных для промышленного применения.
2. Кратко опишите природу деформационных явлений при термической обработке деталей.
Контрольная работа № 3
Вариант 1
1. Назовите инструментальные материалы, применяемые в современном машиностроении.
2. Сформулируйте основные причины объемных деформаций при термической обработке деталей.
Вариант 2
1. Перечислите основные способы защиты стальных изделий от окисления при нагреве, которые могут рассматриваться как альтернативные.
2. Чем будут отличаться свойства закаленных углеродистых сталей и высоколегированных быстрорежущих сталей?
Вариант 3
1. Для каких сталей «обработка холодом» может иметь практическое значение? Почему?
2. Для каких инструментальных материалов термическая обработка не имеет смысла и поэтому не проводится?
Примеры экзаменационных билетов:
Образцы экзаменационных билетов
Билет № 1
Перечислите и дайте краткую характеристику основных параметров выбора технологических вариантов термической обработки деталей машиностроения. Изложите основные принципы расчета и выбора тепловой мощности нагревательных устройств для практических процессов термической обработки. Какие данные необходимо принять за исходные параметры проектирования технологий термических производств.Билет № 2
Азотирование и нитроцементация являются поверхностными видами упрочнения деталей чем, принципиально, будут отличаться детали прошедшие нитроцементационную обработку и азотирование? Какие финишные операции применяет практика инструментального производства для дополнительного повышения качества инструмента 1-го порядка?Билет № 3
Особенности выбора варианта процесса термической обработки материала для упругих элементов, применяемых в машиностроении. Термический анализ альтернативных вариантов поверхностной термообработки зубьев шестерен после газовой цементации, газового цианирования и высокочастотной закалки.8. Рейтинг качества освоения дисциплины
В соответствии с рейтинговой системой текущий контроль производится ежемесячно в течение семестра путем балльной оценки качества усвоения теоретического материала (ответы на вопросы), выполнения лабораторных работ и индивидуальных заданий.
Промежуточная аттестация (экзамен, зачет) производится в конце семестра также путем балльной оценки. Итоговый рейтинг определяется суммированием баллов текущей оценки в течение семестра и баллов промежуточной аттестации в конце семестра по результатам экзамена или зачета. Максимальный итоговый рейтинг соответствует 100 баллам (60 – текущая оценка в семестре, 40 – промежуточная аттестация в конце семестра).
9. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины
Основная литература
Основная
1. Термическая обработка в машиностроении. Справочник под ред. М М.-1980.-784 с.
2. Титов атмосферы в термическом проиводстве.-1984.-116 с.
3. Ассонов термической обработки деталей машин. М.: Маш-ие.-1970.-432 с.
4. Р. Бернст и др. Технология термической обработки стали. Лейпциг, 1976.-пер. с нем. М., «Металлургия», 1981.-608 с.
Дополнительная
1. Гуляев обработка стали М.:Машгиз.-1960.-496 с.
2. Петраш среды.-М.:Ленинград.-1989.
Программное обеспечение и интернет-ресурсы:
1. Научно-техническая и учебная литература по дисциплине выложена на следующих сайтах:
- http://www. *****/subjects/materialovedenie/knigi/
10. Материально-техническое обеспечение дисциплины
При изложении и изучении дисциплины используется следующее материально-техническое обеспечение:
1) действующее лабораторное оборудование;
2) атласы нормальных микроструктур металлов и сплавов
4) плакаты
6) мультимедийное оборудование 144 и 108 ауд. 8 корп. ТПУ (при чтении лекций используются презентации).
При самостоятельной проработке домашних заданий и написания индивидуальных работ студентам рекомендуется пользоваться библиотечным фондом литературы (учебниками и периодическими изданиями), а также методическими указаниями по выполнению самостоятельных, лабораторных, практических работ.
Программа составлена на основе Стандарта ООП ТПУ в соответствии с требованиями ФГОС по направлению 150100 «МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ И ТЕХНОЛОГИИ МАТЕРИАЛОВ» и профилю подготовки
Автор:
Рецензенты: ,
Программа одобрена на заседании кафедры ММС ИФВТ
(протокол № ____ от «___» _______ 20___ г.).
