НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
МЕХАНИКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ
КАФЕДРА ТЕХНОЛОГИИ МАШИНОСТРОЕНИЯ
“УТВЕРЖДАЮ”
Декан
механико-технологического факультета
А.
“___ ”______________2006 г.
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА учебной дисциплины
ОСНОВЫ ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКИХ МЕТОДОВ ОБРАБОТКИ
ООП: направление: 151000 (657800) – Конструкторско-технологическое обеспечение автоматизированных машиностроительных производств
специальность: 151001 (120100) – Технология машиностроения
квалификация – инженер
Факультет механико-технологический
Курс 4, семестр 8
Лекции - 17 часов
Лабораторные работы - 17 часов
РГЗ - 8 семестр
Самостоятельная работа - 34 часа
Зачет 8 семестр
Всего - 68 часов
Новосибирск
2006
Рабочая программа составлена на основании Государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования по направлению 151000 (657800) (специальность 151001 (120100)) «Конструкторско-технологическое обеспечение машиностроительных производств»
№ 000тех/дс от 01.01.2001
Шифр дисциплины в ГОС: ОПД. В.00 Общепрофессиональные дисциплины. Дисциплины и курсы по выбору студента, устанавливаемые вузом, вузовский компонент
Шифр дисциплины по учебному плану: 36.1 (3101) (3. Общепрофессиональные дисциплины. 3.3 Дисциплины по выбору студента, устанавливаемые вузом)
Рабочая программа обсуждена на заседании кафедры ТМС
протокол № _____ от __________________ 200 г.
Программу разработал:
доцент кафедры ТМС, И.
Заведующий кафедрой ТМС,
д. т.н., профессор М.
Ответственный за основную
Заведующий кафедрой ТМС,
д. т.н., профессор М.
1. Внешние требования
Требования ГОС к обязательному минимуму содержания учебной дисциплины отсутствуют:
Таблица 1
Индекс | Наименование дисциплины и ее основные разделы | Всего Часов |
ОПД | Общепрофессиональные дисциплины | 2491 |
ОПД. В.00 | Дисциплины и курсы по выбору студента, устанавливаемые вузом | 170 |
7.1. Требования к профессиональной подготовленности инженера
Инженер по направлению “Конструкторско-технологическое обеспечение машиностроительных производств” должен
знать:
· современные тенденции развития методов, средств и систем конструкторско-технологического обеспечения машиностроительных производств;
· основные свойства исходных материалов, обуславливающих качество технологических процессов и изделий машиностроения; влияние свойств материалов на ресурсосбережение и надежность технологических процессов, средств технологического оснащения и автоматизации;
· способы реализации основных технологических процессов получения изделий машиностроения;
· основы разработки малоотходных, энергосберегающих, экологически чистых автоматизированных технологий;
· аналитические и численные методы для анализа математических моделей технологических систем, технологических процессов с использованием компьютерной техники;
· способы рационального использования сырьевых, энергетических и других видов ресурсов;
· правила и нормы охраны труда и безопасности жизнедеятельности;
владеть:
· современными методами проектирования технологических процессов оборудования, инструмента, других средств технологического оснащения, автоматизации с использованием компьютерной и техники;
· методами математического моделирования при создании технологических процессов, средств технологического оснащения и автоматизации;
· методами рационального выбора оборудования, инструмента, других средств технологического оснащения для производства изделий машиностроения;
· методами проведения стандартных испытаний по определению показателей физико-механических свойств используемых материалов и готовых изделий;
· основными методами работы на персональных компьютерах с прикладными программными средствами в том числе с выходом в Internet.
· мероприятиями по предотвращению травматизма и профессиональных заболеваний на производстве.
2. Особенности (принципы) построения дисциплины
Особенности (принципы) построения дисциплины описываются в табл. 2.
Таблица 2
Особенности (принципы) построения дисциплины
Особенность (принцип) | Содержание |
Основание для введения курса | Стандарт по направлению 151000 (657800) (специальность 151001 (120100) «Конструкторско-технологическое обеспечение машиностроительных производств» |
Адресат курса | Студенты, обучающиеся по специальности 151001 (120100) «Технология машиностроения» |
Главная цель | Овладение научными и инженерными основами электрофизических методов обработки (лазерная, электронно-лучевая, плазменная, электроэрозионная ) Приобретение практических навыков применения методов математического моделирования технологических процессов. |
Ядро курса | Описание физических и тепловых явлений лежащих в основе Электрофизических методов обработки и их математического моделирования применительно к технологическим целям, наиболее характерным для машиностроительного производства. |
Требования к начальной подготовке, необходимые для успешного усвоения Вашего курса | Для успешного изучения дисциплины студенту необходимы знания, полученные из курсов Математический анализ; Спец. главы математики; Информатика; Физика; Электротехника и электроника; Материаловедение; Технологические процессы в машиностроении; Основы технологии машиностроения; Металлорежущие станки; Режущий инструмент; Технологическая оснастка; Математическое моделирование технологических процессов. |
Уровень требований по сравнению с ГОС | Соответствует требованиям стандарта |
Объём курса в часах | 17 часов лекций, 17 часов лабораторных работ |
Основные понятия курса | Технологический процесс, пространственные, временные и энергетические характеристики, критерий применимости, поверхностный (объемный) источник, изотермическая поверхность, преобразование энергии в тепловой источник, лазерное излучение, электронный пучок, плазменный поток, электрический пробой, граница разрушения, гидродинамические явления, термические напряжения, окислительные явления, математическая модель, оптимизация, входные данные, выходные данные, критерий оптимизации, пластическая деформация, адекватность модели, структура моделирования. |
Направленность курса на развитие общепредметных, общеинтеллектуальных умений, обладающих свойством переноса | Обобщение, анализ, синтез, классификация, абстрагирование, выделение главного. |
Обеспечение последующих дисциплин | Технология машиностроения; Электрофизические и электрохимические технологии; Автоматическое управление техническими процессами и системами. |
Практическая часть курса | Практическая часть дисциплины содержит лабораторные работы и расчетно-графическую работу. Студенты закрепляют на практике теоретические положения курса, систематизируют полученные знания о методах математического моделирования технологических процессов, применительно к реальным задачам современного производства. Часть заданий имеет индивидуальный характер. Для проведения лабораторных занятий используются методические указания. |
Учёт индивидуальных особенностей студентов | Методическое обеспечение курса построено на использовании базовых понятий, с объяснением всех вновь вводимых терминов и понятий. Изложение методов разработки математических моделей технологических систем проводится последовательно по принципу "от простого к сложному", что позволяет большинству студентов успешно освоить программу курса. Для учета индивидуальных особенностей студентов предусмотрено проведение консультаций и время для самостоятельной работы. |
Особая технология организации учебного процесса | Для активизации учебного процесса все виды деятельности студента оцениваются по рейтинговой системе. |
Области применений полученных знаний и умений | Проектирование, планирование, оптимизация технологических процессов машиностроительного производства |
Описание основных "точек" | Для контроля первоначального уровня знаний проводятся короткие контрольные "работы-летучки" на первых занятиях, промежуточный контроль осуществляется по общей сумме баллов, набранных студентом к определенному сроку (контрольные недели), итоговый контроль выполняется в форме защиты расчетно-графической работы и зачета в устной форме по билетам. |
Ваш курс и современные информационные технологии | Современные информационные технологии используются в курсе при выполнении расчетно-графической работы (поиск материалов в Интернете, оформление текстовой и графической части пояснительной записки), лабораторные работы проводятся с использованием таких программных продуктов, как MS Excel, MathCad. |
Ваш курс и современное состояние науки и практики | Курс отражает современные представления науки о возможностях электрофизических методов обработки в области технологических процессов машиностроительного производства, а также современное состояние практического применения реальных математических моделей. |
3. Цели учебной дисциплины
Цели учебной дисциплины описываются в табл. 3.
Таблица 3
После изучения дисциплины студент будет
Номер цели | Содержание цели |
иметь представление | |
1 | о физических процессах протекающих в зоне обработки электрофизическими методами, основанными на термических эффектах; |
2 | о физических моделях простейших систем и процессов обработки; |
3 | об основных этапах процесса создания и использования математических моделей. |
знать | |
4 | основные понятия процесса взаимодействия концентрированных потоков энергии с твердыми металлическими и неметаллическими материалами; |
5 | методы расчета основных параметров процесса при электрофизических методах обработки и режимов работы технологического оборудования; |
6 | алгоритмы применения методов математического моделирования при оптимизации технологических процессов в машиностроении; |
7 | методы моделирования процессов, происходящих в обрабатываемом материале при основных видах термической обработки; |
8 | методы оценки области применимости моделей конкретных технологических процессов; |
иметь опыт | |
9 | Построения и исследования моделей с учетом иерархической структуры и оценкой пределов применимости полученных результатов; |
10 | использования возможностей вычислительной техники и программного обеспечения для изучения конкретных технологических процессов. |
4. Содержание и структура учебной дисциплины
Лекционные занятия (17 часов).
Таблица 4
Темы лекционных занятий | Часы | Ссылки на цели |
Семестр №8 | ||
Введение. Значение и место электрофизических методов обработки в машино и приборостроении. Существующие классификации электрофизических методов обработки. Динамика выпуска оборудования | 1 | 1 - 3 |
Тепловой источник как инструмент в термических методах обработки, его энергетические, пространственные и временные характеристик. Преобразования энергии при лазерной, плазменной, электронно-лучевой, электроэрозионной обработках в тепловой источник. | 2 | 1, 2, 4, 5, 9 |
Поверхностный и объемный источник, используемые критерии. Влияние вида источника на технологические возможности электрофизических методов обработки. Температурные поля, стационарные и нестационарные. Изотермические поверхности. Тепловые потоки. Общее уравнение теплопроводности, краевые и начальные условия. | 2 | 1, 2, 4, 5, 10 |
Краевые и начальные условия применительно к задачам термоупрочнения, сварки, резки, размерной обработки. Особенности, связанные с используемым методом обработки. Одномерные и неодномерные модели, существующие критерии. | 2 | 1, 2, 4, 5 |
Поверхностная термообработка(закалка, отпуск) материалов. Требуемый термический цикл (нагрев-охлаждение) исходя из поставленной задачи и используемого метода. Расчет термического цикла при импульсном воздействии поверхностного источника для одномерного случая. Используемые приближения. Максимальная температуры поверхности. Расчет глубины проникновения изотерм (плавления, нагрева под закалку, отпуска). Расчет скорости нагрева и охлаждения, градиентов температур и возможных термических напряжений в упругом приближении. | 2 | 5- 8 |
Поверхностная термообработка (закалка, отпуск) материалов движущимся поверхностным тепловым источником. Технологические схемы. Расчет термического цикла при движении Гаусового источника по поверхности полубесконечного тела. Используемые приближения. Стационарный и нестационарный участок. Максимальная температуры поверхности. Расчет глубины проникновения изотерм (плавления, нагрева под закалку, отпуска). Расчет скорости нагрева и охлаждения, градиентов температур и возможных термических напряжений (в упругом приближении). | 2 | 5- 8 |
Сварка однородных и разнородных материалов в стык и внахлест. Схемы соединения и требуемый термический цикл. Расчет температурного поля при сварке внахлест двух разнородных пластин поверхностным источником. Используемые приближения. Максимальная температура поверхности первой пластины и температура стыка в безразмерных параметрах. Глубина проплавления второй пластины. Применимость расчетных соотношений для процесса наплавки и модификации материалов. | 2 | 5- 8 |
Размерная обработка. Термическая резка металлических материалов с удалением металла в жидкой фазе. Энергетический баланс и производительность резки при наличии окислительных процессов и без них. Гидродинамика жидкой фазы в зоне реза и ее влияние на качество реза. Расчет зоны термического влияния. Термическая резка с удалением материала в паровой фазе (прошивка). Расчет установившейся температуры поверхности и скорости ее движения в одномерном приближении в движущейся системе координат при импульсном воздействии поверхностного источника. | 2 | 5- 8 |
Время выхода процесса на стационарный режим. Энергетический баланс и оптимальный режим испарения. Давление паров материала в зоне воздействия и его влияние на процесс преобразования воздействующей энергии в тепловой источник. Стадии формирования отверстия и влияние гидродинамики жидкой фазы в пристеночном слое на качество отверстия. Особенности протекания процесса удаления материала из зоны воздействия при электроэрозионной обработки. | 2 | 5- 8 |
Лабораторные работы (17 часов).
Таблица 5
Темы лабораторных работ | Учебная деятельность | Часы | Ссылки на цели |
Семестр №8 | |||
Моделирование процесса лазерного поверхностного упрочнения пуансона импульсным воздействием. | Познакомиться с работой модели лазерного поверхностного упрочнения импульсным воздействием, исследовать процесс методом математического моделирования, проанализировать результаты. | 4 | 4- 10 |
Моделирование процесса плазменного упрочнения при непрерывном воздействии | Познакомиться с работой модели термической закалки (отпуска) при движении плазменного источника по поверхности полубесконечного тела, проанализировать результаты. | 4 | 4- 10 |
Моделирование процесса электронно-лучевой сварки импульсным источником. | Познакомиться с работой модели электронно-лучевой сварки внахлест однородных материалов при импульсном воздействии, проанализировать результаты. | 4 | 4- 10 |
Моделирование процессов электроэрозионной прошивки отверстий | Познакомиться с работой модели электроэрозионной прошивки отверстий, проанализировать результаты. | 4 | 4- 10 |
Защита лабораторных работ | Ответить на вопросы по темам лабораторных работ | 1 | 4- 10 |
Структура учебной дисциплины
 |
5. Учебная деятельность
Лекции читаются по 2 час один раз в две недели. Студент должен вести конспект. В конспекте рекомендуется выделять термины и определения, даваемые преподавателем, выписывать непонятные слова и определения, которые уточнять либо вопросами к преподавателю, либо с помощью энциклопедических словарей и справочников.
Лабораторные работы проводятся по 4 часа один раз в месяц. На них необходимо записывать пояснения преподавателя, т. к. этот материал дополняет лекционный и включается в экзаменационные вопросы. По индивидуальному заданию здесь же на занятии оформляется отчёт.
На второй неделе студенту выдаётся задание на расчетно-графическую работу. Начиная с 15-ой недели, студенты сдают работы преподавателю на проверку. Получив рецензию и исправив замечания, студент защищает свою работу для получения допуска к зачету.
Расчетно-графическая работа нацелена на приобретение студентом практических навыков в применении математического моделирования для анализа конкретных технологических процессов. В работе моделируются процессы лазерной прошивки отверстий в труднообрабатываемых материалах, оцениваются геометрические размеры зоны термического влияния и напряженное состояние материала. Пояснительная записка включает в себя характеристику свойств, структуры и области применения исследуемого материала, описание математических моделей с помощью которых проведены расчеты, заданные исходные параметры, графический анализ расчетных данных, выводы о результате обработки.
Структура пояснительной записки к расчетно-графической работе рекомендуется следующая:
1. Описание назначения и области применения заданного конструкционного материала и его и теплофизических характеристик.
2. Краткая сущность моделируемого технологического процесса: назначение, схема, технологические параметры.
3. Характеристика метода и модели заданного технологического процесса.
4. Результаты моделирования, графики, анализ, выводы.
Объём пояснительной записки - 18–20 стр. рукописного текста или 12-16 стр. компьютерного набора. Формат бумаги А4 – 210 х 297 мм. На титульном листе должно быть указание дисциплины, наименование темы расчетно-графической работы, фамилия, имя и группа студента. Титульный лист оформляется по образцу, приведенному на рис.1. Вторым листом работы должно быть содержание, где не более чем на двух уровнях (глава, параграф) перечисляются разделы с указанием страниц. Брошюровка работы должна быть книжной; поля: сверху - 2 см, слева - 2,4 см, внизу - 1,6 см, справа - 1,6 см. Шрифт набора текста должен быть 12-14 пунктов. Межстрочный интервал одинарный. К работе должен быть сделан список использованной литературы (2-3 наименования). В списке указываются автор(-ы), наименование, издательство, год издания.
Министерство образования и науки Российской Федерации НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТКАФЕДРА ТЕХНОЛОГИИ МАШИНОСТРОЕНИЯ Расчетно-графическая работа по курсу «Основы электрофизических методов обработки» Тема «Моделирование технологических процессов прошивки отверстий лазерным импульсом» Факультет механико-технологический Группа ТМ-14 Студент А. Преподаватель Г. Новосибирск 2006 |
Рис.1. Образец титульного листа
6. Правила аттестации студентов по учебной дисциплине
Проводится в соответствии с планом ООП - зачет (8 семестр). К зачету допускаются студенты, выполнившие расчетно-графическую работу и лабораторные работы. При аттестации используются контролирующие материалы, образцы которых приведены в п. 8.
7. Список литературы
Основной список
Н., А., М. Высокотемпературные технологические процессы: Теплофизические основы. – М.: Наука, 1985 – 172 с.2. Д., Н.; Физические основы применения концентрированных потоков энергии в технологиях обработки материалов - учебник М.: ИЦ МГТУ”Станкин”. Янус-К,2005г.,220с.
С. Физические основы плазменных и лазерных технологий, учебное пособие - М.:МИФИ.2002.184с. Н., А., И. Лазерная обработка материалов-М.; Машиностроение.1977, 296с. (Б-ка технолога) Н., В., А.- основы электронно-лучевой обработки материалов-М.; Машиностроение, 1978.-239с. (Б-ка технолога) Ф. Справочник по электроэрозионной обработке материалов - Л.; Машиностроение, Ленинградское отделение,1989,164с.Дополнительный список
Н., А., М. Высокотемпературные технологические процессы: Теплофизические основы. – М.: Наука, 1985 – 172 с. А., С., И., и др. Электрофизические и злектрохимические методы обработки материалов: Учебное пособие в 2-х томах - М.; Высшая школа,1983-247с. М. Ультразвуковое резание труднообрабатываемых материалов-М.; Машиностроение,1968 М., М., М.-Лазерные технологии машиностроения. Учебное пособие - НГУ, Новосибирск,2004г.:142с. Н. Электрофизические и электрохимические методы размерной обработки - М.; Машиностроение,1981.-127с8. Контролирующие материалы для аттестации студентов по дисциплине
Зачет 8 семестр. Оценка по двухбалльной системе.
Вопросы к зачету:
1. Значение электрофизических методов обработки в современном машиностроительном производстве и имеющиеся тенденции.
2. Существующие классификации электрофизических методов обработки
3. Преобразование энергии электронного луча в тепловой источник
4. Преобразование энергии лазерного луча в тепловой источник, его характеристики.
5. Преобразование энергии плазменного источника в тепловой источник, его характеристики.
6. Преобразование энергии электрической искры в тепловой источник, его характеристики.
7. Пространственные, временные и энергетические характеристики тепловых источников.
8. Поверхностный и объемный источник, используемые критерии
9. Влияние вида источника на технологические возможности электрофизических методов обработки
10. Температурные поля. Изотермические поверхности. Тепловые потоки.
11. Общее уравнение теплопроводности, краевые и начальные условия
12. Краевые и начальные условия
13. Краевые и начальные условия применительно к задачам термоупрочнения, сварки.
14. Краевые и начальные условия применительно к задачам размерной обработки связанной с разрушением поверхности.
15. Одномерные и неодномерные модели, критерии применимости
16. Требуемый термический цикл (нагрев-охлаждение) в задачах поверхностной термообработки и его связь с техпроцессом изготовления детали
17. Расчет термического цикла при термообработке импульсным воздействием поверхностного источника для одномерного случая. Общая постановка и используемые приближения.
18. Определение максимальной температуры поверхности.
19. Расчет глубины проникновения изотерм (плавления, нагрева под закалку, отпуска)
20. Расчет скорости нагрева и охлаждения, градиентов температур и возможных термических напряжений в упругом приближении.
21. Расчет градиентов температур и возможных термических напряжений в упругом приближении
22. Поверхностная термообработка(закалка, отпуск) материалов движущимся поверхностным тепловым источником. Технологические схемы.
23. Температурное поле при поверхностной термообработке движущимся Гауссовым тепловым источником по поверхности полубесконечного тела (движущаяся система координат). Используемые приближения.
24. Стационарный и нестационарный участок. Максимальная температуры поверхности.
25. Расчет глубины проникновения изотерм (плавления, нагрева под закалку, отпуска) на стационарном участке.
26. Расчет скорости нагрева и охлаждения, при поверхностной термообработке движущимся Гауссовым тепловым источником по поверхности полубесконечного тела (движущаяся система координат)
27. Расчет градиентов температур и термических напряжений (в упругом приближении) при поверхностной термообработке движущимся Гауссовым тепловым источником по поверхности полубесконечного тела (движущаяся система координат).
28. Сварка однородных и разнородных материалов в стык и внахлест. Схемы соединения и требуемый термический цикл.
29. Расчет температурного поля при сварке внахлест двух разнородных пластин поверхностным источником. Используемые приближения.
30. Максимальная температура поверхности первой пластины и температура стыка в безразмерных параметрах при сварке внахлест двух разнородных пластин поверхностным источником.
31. Определение температурного поля при наплавке и модификации материалов с помощью движущегося теплового источника.
32. Термическая резка металлических материалов с удалением металла в жидкой фазе. Энергетический баланс и производительность резки при наличии окислительных процессов и без них.
33. Гидродинамика жидкой фазы в зоне реза и ее влияние на качество реза при термической резке металлических материалов с удалением металла в жидкой фазе.
34. Физические процессы при размерной обработке с удалением материала в паровой фазе.
35. Расчет установившейся температуры поверхности и скорости ее движения в одномерном приближении в движущейся системе координат при импульсном воздействии поверхностного источника при размерной обработке с удалением материала в паровой фазе.
36. Время выхода процесса на стационарный режим в одномерном приближении в движущейся системе координат при импульсном воздействии поверхностного источника при размерной обработке с удалением материала в паровой фазе.
37. Энергетический баланс и оптимальный режим испарения
38. Давление паров материала в зоне воздействия и его влияние на процесс преобразования воздействующей энергии в тепловой источник.
39. Стадии формирования отверстия и влияние гидродинамики жидкой фазы в пристеночном слое на качество отверстия.
40. Особенности протекания процесса удаления материала из зоны воздействия при электроэрозионной обработки
ОБРАЗЕЦ
билета для зачета
Министерство образования и науки РФ НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ | БИЛЕТ № 1 для зачета по дисциплине Основы электрофизических методов обработки Факультет МТ Курс 4 |
| Преобразование энергии электронного луча в тепловой источник, его характеристики. Расчет термического цикла при термообработке импульсным воздействием поверхностного источника для одномерного случая. Общая постановка и используемые приближения. Задача. Составил И. Дата г. Утверждаю: Зав. кафедрой ____________________ М. |
Задача
к зачетному билету № 1
1. Определить длительность импульса электронного луча при поверхностной термообработке стали ХВГ без оплавления поверхности (Тпл =1540оС), при импульсном токе 20А, ускоряющем напряжении 30000в, диаметре луча на поверхности равным 3мм. Распределение интенсивности по сечению луча принять равномерным. Коэффициент преобразования энергии пучка в тепловой источник равен 0,9. Определить тип теплового источника (поверхностный или объемный), проверить применимость одномерной модели.
Дополнения и изменения к рабочей программе на 20 /20 учебный год
В рабочую программу вносятся следующие изменения: |
Рабочая программа пересмотрена и одобрена на заседании кафедры «___» ________ 20 г.
Заведующий кафедрой
«___»__________20 г.
Основные порталы (построено редакторами)