Материаловедение. Технология конструкционных материалов (стр. 2 )

Введение

Роль материаловедения и технологии конструкционных материалов в обеспечении качества продукции и повышении экономической эффективно­сти производства в машиностроении. Исторический обзор развития свароч­ного, литейного производства, обработки металлов давлением. Развитие и совершенствование инструментов, инструментальных материалов и метал­лообрабатывающих станков. Вклад отечественных ученых и новаторов.

5.1 Содержание модулей и разделов дисциплины

Семестр 2. Раздел «Горячая обработка металлов». Количество модулей 2.
Модуль 1. Способы получения металлов. Цель: изучить способы получения металлов применяемых в машиностроении, а также технологию получения заготовок деталей машин. Материал данного модуля формирует профессиональную компетенцию. В результате изучения студент должен: Знать: 1. Технологию производства сталей, чугуна, алюминия и меди; 2. Физико-химические процессы в доменных печах; 3. Способы получения отливок; 4. Литейно-технологическую оснастку и оборудование; 5. Виды составов и свойства формовочных смесей; 6. Технологию изготовления литейных форм. Уметь: 1. Изготавливать песочно-глинистую форму для литья деталей; 2. Пользоваться инструментом, при отливке деталей; 3. Подготовить формовочную смесь.
№ п/п	Наименование раздела дисциплины входящего в модуль	Содержание раздела
Аудиторная работа	СРС
1	2	3	4
1.1	Способы получения металла	Производство сталей, чугуна, алюминия и меди. Способ получения отливок. Виды формовочных смесей.	Физико-химические процессы в доменных печах. Сущность процессов плавки и очистки металла.
1.2	Литейное производство	Способы получения отливок. Формовочные материалы, их свойства виды, назначение. Формовка при помощи моделей. Разновидности формовки. Способы литья: кокильное, под давлением, центробежное, оболочковое, по выплавляемым моделям, их преимущества и недостатки.	Виды формовки и оборудование. Назначение модельного комплекта. Технология литейных форм. Дефекты отливок и контроль их качества.
Модуль 2. Обработка металлов давлением и сварка. Цель: Изучить влияние ОМД на свойства металлов и основные способы обработки давлением и сварки металлов, а также технологии и применяемое оборудование. Материал данного модуля формирует профессиональную компетенцию. В результате изучения этого модуля студент должен: Знать: 1. Определение упругой и пластической дефектации; 2. Влияние ОМД на структуру и свойства металлов; 3. Классификация видов ОМД; 4. Сущность ОМД, технологию, схемы и применяемое оборудование; 5. Сортамент его виды; 6. Теоретические основы сварки плавлением; 7. Виды тока при сварке; 8. Способы зажигания дуги; 9. Классификация видов сварки; 10. Виды сварных соединений и швов; 11. Сущность различных видов сварки, схемы, применяемое оборудование; 12. Разновидности электродов для сварки; 13. Устройство маркировки и принцип работы сварного оборудования; 14. Факторы влияющие на свариваемость металлов, особенности сварки чугунов, легированных сплавов и цветных металлов. 15. Основные характеристики источников питания и требования предъявляемые к ним. Уметь: 1. Выбирать температурный режим ОМД; 2. Выбирать вид сортамента для изготовления деталей; 3. Выбирать оборудование для деформации металла с целью получения заготовки заданного профиля. 4. Определить вид сварки, сварочного шва; 5. Выбрать режим сварки и вид тока; 6. Уметь пояснить маркировку сварочного оборудования и электродов.
№ п/п	Наименование раздела дисциплины входящего в модуль	Содержание раздела
Аудиторная работа	СРС
1	2	3	4
1.3	Обработка давлением	Деформация металлов. Влияние ОМД на структуру и свойства металлов. Упрочнение металлов, возврат, рекристаллизация. Классификация видов обработки ОМД. Температурный интервал ОМД, выбор режимов, нагревательные устройства. Основные виды ОМД, сущность оборудования, схемы, виды сортамента.	Механизм пластической деформации холодная и горячая деформация. Схемы ОМД прокатка, волочение, прессование, ковка, горячая и объемная штамповки.
1.4	Сварка металлов	Теоретические основы сварки плавлением. Классификация видов сварки и сварных соединений. Термическая сварка: дуговая, ручная, автоматическая под слоем флюса в защитных газах, электоро-шлаковая, плазменная, электронно-лучевая, лазерная, газовая и их сущность, схемы, применяемое оборудование. Электроды для ручной сварки, режимы. Термомеханическая и механическая сварка: контактная, холодная, трением, ультразвуковая, взрывом диффузионная. Сущность, схемы процессов.	Сварка под флюсом, электрошлаковая, электроннолучевая, плазменная, лазерная, газовая сварка, контактная холодная, сварка взрывом. Пайка и склеивание материалов, клеем.
Семестр 3. Раздел «Материаловедение». Количество модулей 3.
Модуль 1. Общие сведения о металлах, сплавах и диаграммы сплавов. Цель: Изучить общие сведения о металлах, сплавах и диаграммах их состояния. Материалы данного модуля формируют профессиональную компетенцию. В результате изучения этого материала студент должен: Знать: 1. Типы кристаллических решеток металлов; 2. Основные примеси в металлах и влияния их на свойства металлов; 3. Основные свойства металлов. 4. Назначение и способы построения диаграмм сплавов. 5. Диаграмму сплава железо-цементит и ее структурные составляющие; 6. Превращения на линиях и точках диаграммы; 7. Влияние углерода и постоянных примесей на качество стали; 8. Легирующие компоненты в сплавах «железо-углерод»; 9. Классификацию и маркировку углеродистых и легированных сталей; 10. Классификацию чугунов; 11. Влияние углерода, марганца, кремния, серы фосфата на свойства чугунов; 12. Маркировку чугунов, структуру и область применения чугунов. Уметь: 1. Пояснить параметры кристаллических решеток; 2. Анализировать диаграмму «железо-цементит»; 3. Пояснить превращения в сплавах при температурах 727ºС и 1147ºС; 4. Пояснить процессы происходящие в сплавах при различных его температурах; 5. Дать определения эвтектическим и эвтектоидным превращениям в сплавах с содержанием 0,8%, 2,14%, 4,3%. 6. Расшифровать маркировку сталей, чугунов и объяснить входящие компоненты и их количественные величины; 7. Пояснить отличие между сталями обыкновенного качества, качественными и высококачественными. 8. Пользоваться микроскопом и анализировать микроструктуру сталей; 9. Объяснить форму графита в различных чугунах и влияние ее на свойства чугуна. 10. Пояснить деление легированных сталей на группы в зависимости от содержания их компонентов.
№ п/п	Наименование раздела дисциплины входящего в модуль	Содержание раздела
Аудиторная работа	СРС
1	2	3	4
2.1	Общие сведения о металлах	Типы кристаллических решеток. Строение кристалла, дислокации аллотропия. Дефекты кристаллического строения. Плавление, кристаллизация, примеси и влияние их на свойства металлов. Основные свойства металла: механические, физические, химические, технологические, эксплуатационные.	Параметры кристаллических решеток. Плавление. Кристаллизация. Дефекты кристаллического строения.
2.2	Металлические сплавы и диаграммы состояния	Общая терминология: сплав, компонент, фаза, твердый раствор, химическое соединение, механическая смесь. Построение диаграмм сплавов, анализ основных видов связи между диаграммой состояния сплавов и их свойствами.	Понятия сплав, компонент, фазы, твердый раствор, химическое соединение, механическая связь.
2.3	Железоуглеродистые сплавы	Диаграмма состояния железо-цементит, фазы и структуры в сплавах. Влияние углерода и постоянных примесей на свойства стали. Легирующие компоненты в сплавах «железо-углерод». Классификация и маркировка углеродистых и легированных сталей, маркировка и область применения. Чугуны: серый, высокопрочный, ковкий, специальный. Влияние примесей на свойства чугуна. Структура, свойства, маркировка и область применения.	Диаграммы сплавов при нерастворимости компонентов, полной растворимости и химических соединений. Зависимость свойств сплавов от их диаграмм.
Модуль 2. Термическая и химико-термическая обработки стали. Цель: Изучить основные виды ТО и ХТО, технологию и явления происходящие в металлах при их проведении. Материал данного модуля формирует профессиональную компетенцию. В результате изучения материала данного модуля студент должен: Знать: 1 Цель проведения ТО; 2. Превращения протекающие в металлах при нагреве; 3. Какие стали называют мелкозернистыми и крупнозернистыми; 4. Определение структур перлит, троостит, сорбит, мартенсит. 5. Основные виды ТО; 6. Какие бывают виды отжига и его назначение; 7. В чем сущность нормализации и ее преимущества перед отжигом; 8. Способы закалки и технология их проведения; 9. Виды отпуска и их назначение; 10. Основные закалочные среды; 11. Назначение ХТО и этапы ее проведения; 12. Основные операции ХТО; 13. Сущность диффузионной металлизации; Уметь: 1. Пояснить сущность и назначения ТО и ХТО; 2. Объяснить явления, протекающие при ТО и ХТО в металлах; 3. Подготовить образы для проведения ТО и ХТО; 4. Пользоваться нагревательными устройствами и приспособлениями при проведении ТО; 5. Настраивать и пользоваться твердомером и микроскопом; 6. Выбирать режимы нагрева стальных образцов для выполнения операций ТО по диаграмме и справочниками; 7. Проводить операции ТО.
№ п/п	Наименование раздела дисциплины входящего в модуль	Содержание раздела
Аудиторная работа	СРС
1	2	3	4
2.4	Термическая обработка стали	Превращения в стали при нагреве. Превращение аустенита при охлаждении. Перлитное превращение. Критическая скорость превращения. Основные виды ТО. Виды назначения и технология отжига. Виды, назначения и технология закалки. Виды, назначения и технология отпуска.	Диаграмма изотермического превращения. Мартенситное превращение. Закаливаемость и прокаливаемость. Обработка холодом. Термическая обработка. Методы поверхностной закалки.
2.5	Химико-термическая обработка	Основы ХТО цементация, назначения, виды, технология. Азотирование, назначение, виды, технология проведения и область применения. Цианирование, назначение, виды, технология проведения. Нитроцементация.	Сущность ХТО, цель проведения, основных операций ХТО.
Модуль 3. Конструкционные стали, цветные металлы и сплавы, неметаллические, порошковые и композиционные материалы. Цель: Изучить конструкционные стали, цветные металлы, неметаллические, порошковые и композиционные материалы используемые при изготовлении машин. Материал данного модуля формирует профессиональную компетенцию по материалам используемым при изготовлении и ремонте машин. В результате изучения материала данного модуля студент должен: Знать: 1. Классификацию сталей; 2. Требования, предъявляемые к конструкционным сталям; 3. Строительные стали (обыкновенного качества и низколегированные); 4. Машиностроительные стали, углеродистые, легированные, цементируемые и рессорно-пружинные стали; 5. Специальные стали: микроподшипниковые, жаростойкие, жаропрочные, нержавеющие стали и сплавы; 6. Алюминий, и его сплавы, классификация, маркировка, область применения; 7. Медь, и ее сплавы, классификация, маркировка, область применения; 8. Титан, магний и их сплавы; 9. Основные группы неметаллических материалов и их свойства; 10. Полимерные материалы, свойства, классификация; 11. Пластмассы и их свойства, классификация. 12. Термореактивные и термопластические пластмассы. 13. Резины. Способы формирования, старение, вулканизация. 14. Конструкционные, инструментальные порошковые материалы, область применения; 15. Композиционные материалы, преимущество и недостатки, основные виды; 16. Методы получения полимерных композиционных материалов и переработка их в изделия. Уметь: 1. Определить вид материала; 2. Определить вид стали; 3. Определить вид цветного металла; 4. Определить вид пластмассы; 5. Объяснить преимущество и недостатки цветных металлов; 6. Пояснить процесс старения пластмасс; 7. Пояснить назначения компонентов входящих в состав пластмасс; 8. Преимущество, недостатки пластмасс и композиционных материалов; 9. Объяснить принципы классификации пластмасс.
№ п/п	Наименование раздела дисциплины входящего в модуль	Содержание раздела
Аудиторная работа	СРС
1	2	3	4
2.6	Конструкционные стали	Классификация сталей по способу получения, назначению, качеству, химическому составу и структуре. Маркировка и область применения. Строительные и машиностроительные стали и область применения.	Стали обыкновенного качества и низколегированные. Специальные стали и цементируемые, рессорно-пружинные, шарикоподшипниковые, нержавеющие. Жаропрочные стали, жаростойкие, жаропрочные и нержавеющие стали.
2.9	Цветные металлы и сплавы	Алюминий и его сплавы, упрочняемые и не упрочняемые ТО, литейные. Маркировка, область применения. Медь и ее сплавы, латунь и бронза маркировка область применения.	Литейные и деформированные магниевые сплавы. Титан и его сплавы, классификация.
2.10	Неметаллические материалы	Полимерные материалы, их свойства и классификация. Пластмассы: состав, свойства, классификация, преимущество и недостатки. Переработка пластмасс в изделия. Термореактивные, термопластические пластмассы.	Резина. Способы формирования. Экструзия, прессование, литье под давлением. Старение резины и вулканизация.. Разновидности древесины, ее свойства и область применения.
2.11	Порошковые и композиционные материалы	Конструкционные, инструментальные порошковые материалы. Композиционные материалы, основные виды, область применения. Свойства порошковых материалов и способы их получения.	Требования к материалам и упрочнителям. Получения, состав и область применения керамических материалов.
Семестр 4. Раздел «Обработка конструкционных материалов резанием». Количество модулей 3.
Модуль 1. Физические основы процесса резания и его основные элементы. Цель: Изучить основные способы обработки металлов резанием, явления сопровождающие процесс и факторы влияющие на качество обработки поверхности детали. В результате изучения модуля формируется профессиональные компетенции по физическим основам резания металлов при изготовлении и ремонте деталей машин, а также факторы, влияющие на процесс резания. В результате изучения модуля студент должен: Знать: 1. Способы обработки металлов; 2. Движения при резании; 3. Названия поверхностей инструмента и заготовки; 4. Конструктивные элементы токарного резца; 5. Координатные плоскости и геометрические параметры токарных резцов; 6. Материалы для изготовления режущих инструментов и требования к ним; 7. Виды заготовок, припуск на обработку; 8. Виды стружек; 9. Явления сопровождающие процесс резания; 10. Тепловые явления при резании и факторы влияющие на них; 11. Виды, формы и критерии изнашивания инструмента; 12. Смазочно-охлаждающие жидкости и способы подачи их в зону резания; 13. Факторы влияющие на качество поверхности; 14. Точность и погрешность обработки; 15. Факторы, влияющие на шероховатость поверхности, классы шероховатости; 16. Методы определения шероховатости; 17. Вибрация при резании металлов. Уметь: 1. Выбирать способы обработки для изготовления деталей; 2. Объяснить главное движение, установочное и движение подачи; 3. Показывать поверхности на резце и заготовке; 4. Выбирать стойкость инструмента; 5. Пояснить явления сопровождающие процесс резания и факторы влияющие на них; 6. Пояснить причины образования тепла в зоне резания и распределения его между заготовкой, инструментом и стружкой. 7. Объяснить причину возникновения вибрации при работе на станке; 8. Выбрать заготовку.
№ п/п	Наименование раздела дисциплины входящего в модуль	Содержание раздела
Аудиторная работа	СРС
1	2	3	4
3.2	Резание и его основные элементы	Способы обработки металлов резанием. Главное движение, движение подачи. Основные поверхности и плоскости, элементы режима резания. Виды заготовок. Припуск и факторы влияющие на него. Материалы для изготовления инструментов. Требования к инструментальным материалам. Новые инструментальные материалы.	Клин-основа. Формы режущей части инструмента. Кинематика резания. Схемы и элементы режима резания.
3.3	Физические основы процесса	Процессы образования и виды стружек. Явление сопровождающее процесс резания; наклеп, усадка, нарост. Причины тепловыделения при резании и распределение тепла. Изнашивание режущих инструментов. Виды и формы износа. Смазочно-охлаждающие вещества. Качество поверхности. Шероховатость поверхности и критерии ее оценки. Методы определения шероховатости и факторы, влияющие на нее. Вибрация при резании.	Работа и тепловые явления при резании. Факторы, влияющие на образования тепла. Критерии износа инструмента. Способы подачи СОЖ в зону резания. Показатели качества. Влияние режимов резания на шероховатость.
Модуль 2. Кинематика и динамика процесса резания. Цель: Изучить силы действующие на заготовку и станок в процессе резания, факторы влияющие на качество обработанной поверхности и методику назначения режима резания. В результате изучения модуля формируется профессиональная компетенция по знанию кинематики и динамики процесса резания, назначению рациональных режимов обработки заготовки и инструменту. Студент должен: Знать: 1. Схему сил действующих на станок и факторы влияющие на главную составляющую силы резания; 2. Расчет силы резания, определение мощности, скорости резания и стойкости инструмента; 3. Методику назначения режима резания при точении; 4. Определение производительности и штучного времени при точении; 5. Назначение и классификацию резцов; 6. Устройство и конструктивные элементы резца; 7. Координатные плоскости для определения углов резца; 8. Методики определения углов резца, их величины; 9. Влияние углов резца на процесс резания; 10. Как проводится заточка резца; 11. Критерии износа резцов и их допустимые величины. Уметь: 1. Определять расчетным путем силу, мощность и скорость резания; 2. Выбрать стойкость инструмента с учетом материала резца; 3. Назначить режимы резания глубину, подачу и определить скорость резания; 4. Определить штучное время на изготовление детали; 5. Определять основное время при заданных режимах резания; 6. Назначать время на обслуживания станка и личное время рабочего; 7. Рассчитывать производительность при станочных работах; 8. Выбрать резец для соответствующего вида обработки; 9. Измерять углы резца; 10. Определить вид износа и допустимую его величину; 11. заточить резец.
№ п/п	Наименование раздела дисциплины входящего в модуль	Содержание раздела
Аудиторная работа	СРС
1	2	3	4
3.4	Силы и скорость резания при точении. Назначение режимов резания.	Схема действия сил на резец. Равнодействующая сила и ее составляющие. Факторы, влияющие на главную составляющую силу резания. Мощность и крутящий момент резания при точении. Скорость резания, стойкость инструмента и факторы влияющие на них. Методика назначения режима резания.	Измерение сил резания. Анализ эмпирической формулы скоростью резания. Основное машинное время. Производительность работы при точении пути ее повышения. Силовое и скоростное резание. Обрабатываемость материала и критерии.
3.5	Резцы	Назначение и классификация токарных резцов. Устройство, конструктивные и геометрические элементы токарного резца. Координатные плоскости Геометрические параметры токарных резцов, назначение углов.	Формы пластинок твердого сплава, способы дробления стружки. Фасонные, призматические резцы. Кинематические углы резцов. Заточка и доводка резцов.
Модуль 3. Основные методы механической и специальной обработки металлов. Цель: Изучить методы и работы выполняемые на металлорежущем оборудовании при изготовлении детали. При изучении модуля формируется профессиональная компетенция обработки различных поверхностей с учетом формы и конструкции детали, а также ее материала. При изучении этого модуля студент должен: Знать: 1. Особенность сверления и работы выполняемые на сверлильных станках; 2. Конструкцию режущего инструмента при обработке отверстий, сверла, зенкера, развертки; 3. Силы, крутящий момент и мощность при сверлении; 4. Методику назначения режима резания при сверлении; 5. Область применения, особенности и способы фрезерования; 6. Конструкцию, назначение и классификацию фрез; 7. Схемы фрезерования и элементы режима резания; 8. Методику назначения режима при фрезеровании; 9. Силы и мощность при фрезеровании; 10. Особенности резания при строгании, дроблении и элементы режима резания; 11. Работы выполняемые на протяжных станках, схемы протягивания; 12. Типы протяжек, конструктивные элементы и геометрия протяжек; 13. Методы зубонарезания копированием и обкаткой; 14. Элементы режима резания при зубонарезании; 15. Отделка зубчатых колес шлифованием, притиркой, обкаткой, шевингованием; 16. Инструмент для зубонарезания и конструктивные элементы; 17. Методы и схемы нарезания резьбы; 18. Инструмент для нарезания резьбы; 19. Сущность, назначение, виды и особенности шлифования; 20. Инструмент для шлифования, их маркировка; 21. Типы шлифовальных кругов, их характеристики; 22. Элементы режима резания при круглом шлифовании; 23. Методы доводки поверхностей: хонингование, суперфиниширование, притирка и полировка; 24. Абразивные и алмазные инструменты (бруски, порошки, пасты) для отделочных методов обработки; 25. Особенности и методы обработки деталей пластическим деформированием; 26. Инструмент для обработки пластическим деформированием; 27. Анодно-механическая обработка металлов и область применения; 28. Электроискровая и электроимпульсная обработка металлов; 29. Ультразвуковая, электродная и лазерная обработка. Уметь: 1. Пользоваться инструментами для обработки отверстий; 2. Устанавливать инструменты на станок и приспособления; 3. Выбрать инструмент для обработки отверстий в соответствии с технологическим процессом изготовления детали; 4. Определять режимы обработки в соответствии с технологической операцией; 5. Определять силы, мощность резания и скорость для определеной операции; 6. Выбрать инструмент для обработки плоских поверхностей, канавок, пазов; 7. Выбрать инструмент для нарезания зубчатых колес, резьб; 8. Выбрать шлифовальный круг для обработки с учетом требований чертежа; 9. Определить режимы резания при шлифовании; 10. Выбрать инструмент для обработки поверхностей деталей пластическим деформированием.
№ п/п	Наименование раздела дисциплины входящего в модуль	Содержание раздела
Аудиторная работа	СРС
1	2	3	4
3.6	Осевая обработка	Особенности резания при сверлении. Элементы режима резания при сверлении. Назначение и типы сверл. Силы, крутящий момент, скорость и стойкость сверл. Методика назначения режима резания при сверлении. Зенкерование и развертывание, типы зенкеров и разверток, конструктивные элементы и геометрия.	Конструктивные элементы и геометрия сверла. Основное время при сверлении. Классификация зенкеров и разверток. Назначение режимов резания.
3.7	Строгание, долбление и протягивание.	Особенности резания при строгании и долблении. Строгальные и долбежные резцы, элементы резания. Типы протяжек. Конструктивные элементы и геометрия протяжек.	Силы резания при строгании. Мощность резания. Схемы протягивания. Режимы резания при протягивании. Прошивка.
3.8	Фрезерование	Особенности резания при фрезеровании область применения, элементы режима резания при фрезеровании. Силы резания, крутящий момент и мощность резания при фрезеровании. Типы фрез, конструктивные элементы фрезы.	Способы фрезерования. Методика назначения элементов резания при фрезеровании, износ и заточка фрез.
3.9	Зубонарезание	Методы зубонарезания. Инструмент для нарезания зубчатых колес, элементы режима резания при зубонарезании. Конструкция, геометрия, комплекты фрез для нарезания зубчатых колес. Отделка цилиндрических колес шлифованием, притиркой, шевингованием.	Нарезание цилиндрических колес дисковыми, пальцевыми, червячными фрезами и долбяками. Червячные, дисковые, пальцевые фрезы. Особенности конструкции и геометрические параметры. Шеверы, зубострогальные резцы, круговые протяжки, резцовые головки.
3.10	Резьбонарезание	Методы и схемы резьбонарезания. Элементы режима резания. Резьбонарезной инструмент.	Метчики, плашки, резцы, фрезы, резьбонарезные головки.
3.11	Шлифование и доводка	Сущность и назначения шлифования. Основные виды шлифования. Абразивные и алмазные инструменты для заточки, шлифования поверхностей. Силы, мощность резания при шлифовании. Методы доводки поверхностей. Область применения.	Выбор шлифовальных кругов. Элементы режима резания при шлифовании. Хонингование, суперфиниширование, притирка, полировка. Абразивные, алмазные инструменты. Заточка инструментов.
3.12	Обработка пластическим деформированием	Особенности и методы обработка пластическим деформированием. Накатывание и раскатывание цилиндрических поверхностей роликами и шариками. Инструменты, область применения.	Дорнование и калибровка отверстий. Центробежная обработка, редуцирование, накатывание резьб, шлицов и зубчатых колес.
3.13	Электрофизические и электрохимические методы обработки	Анодно-механическая обработка металлов и ее разновидности–электообразивная и электроалмазная, режимы обработки. Ультразвуковая обработка, режимы и обработки, область применения.	Обработка материалов лазерами и электронными лучами.

5.2 Разделы дисциплины и виды занятий