多学科技术有机结合的材料成形专业大型综合实验设计

ISSN 1006 -7167第38卷第4期 2024年4月RESEARCH AND EXPLORATION IN LABORATORYCN 31 — 1707/TVol. 38 No. 4 Apr. 2024多学科

有 合的材料成形专业大型综合实验设计鲜广，杜昊，赵海波，范洪远，郭智兴，孙兰(四川大学制造科学与工程学院，成都610065)摘 要:基于国家、社会、企业各界对创新人才的重视和渴求以及学科技术的发展 和相互渗透，分析了在高校开设具有不同学科交叉融合的大型综合性实验的重要 性和必要性。结合材料成形专业的教学实践，在现有实验项目基础上，设计以粉末

冶金制品——切削刀具为主线、集粉末冶金技术、表面涂层技术和切削加工技术相 结合的大型综合实验。通过引导学生查阅资料、主动思考、自主设计实验方案和实

施完成实验，着重培养学生综合运用专业知识分析问题和解决问题的能力、创新能

力和系统研究科学问题的能力。关键词:材料成形；大型综合实验；交叉学科；创新能力中图分类号:G 642.0 文献标志码:A文章编号：1006 -7167(2024)04 —0156 —05Design of Large-scale Comprehensive Experimental for Material Forming

Specialty Based on Combinatinn of Multi-disciglinag TechniguesXIAN Guang, DU Hao , ZHAO Haibo , FAN Hongyuan, GUO Zhixing, SUN Lan

(School of Manufacturing Science and Engineering, Sichuan University, Chengdu 610065 , China)Abstract: Based on the importance and desirr of innovetive talent for the nation, the society and the enterprise, as well

as the development of accdemie technologies and their mutual penetration, the necessity oi the large-sccle ccmprehensive

experiment with different disciplines in colleges and universities are put forward. Combined with the teeching practice for

material forming profession and based on the present experimental projects, we take the powder metallurgy products that

it cutting tools as the main line and design a laroe-scele ccmprehensive experiment ccmbined with powder metallurgy

technology, surfacc coating technology and cutting technology. Studentr are guided ta acccss information, take the

initiative ta think, design thei own experimental prooram and implement the experiment. It focuses on cultivating

students'abilities ta ccmprehensively use professiond knowledge ta analyze problems and solve problems, ta innovate and

ta systematically study scientifie problems.Key wordt: material forming； laroe-scele ccmprehensive experiment； interdisciplinary； innovetive abilita0引言实践性教学作为工科教学过程的重要组成部分,

收稿日期：2024-02-21基金项目:国家自然科学基金项目(51275323);四川大学实验技术

在高校培养应用型、研究型和综合型人才中的 得立项项目(20170119)充 。 创新精神和工程实践能力的为高校特 工科院校的重要使作者简介：鲜 广(1989 —),男，四丿1|南充人,硕士 ,工程师，主要研 究方向：材料成形实验教学和材料表面处理。Tel. : 13678049163 ； E-mail: xianguang2014@scu.edu.cn专业性 命-1-.。材料 料

工程专业是一技术的 性工科专业-4-.，然而，该专业的第4期鲜广，等：多学科技术有机结合的材料成形专业大型综合实验设计157实验教学中仍以基础性的验证实验和针对单种材料成

技术

的独立性实验为主，缺乏综合性和学科间交叉性实验％随着科学技术的发展和 ，不同技术之间岀现 的趋势％技术的 促进了学科间相互渗透和交叉，各种学科之间的联系愈加紧密％ 交叉学科作为一种新型学科，它的岀现和

得很多科学前沿问题和悬而 的问题得到认识和解决,交叉学科 和改造 中发 重要作用-7'9] %

高校中，大

业都开设有交叉学科的相关课程，甚至还 高校专门设立有交叉学科的专业或研究中心％为此，

交叉学科突飞发展和国家、社会、高校高度重视实验实践教学环节的

新常态下，有必要 和 一些既有利于培养学生 业

和 的能力、创新 ：和

的能力，又利 发学生学习 、增强学习主动性和发 能 ，内容上具有不同学科交 性的大型综合实验-10-2 ]%1已开设实验项目现状分析1.1粉末冶金成形技术实验项目金

技术是现 料成形的重要方法之一，粉末冶金技术与制品涉 料、冶金、机械和力学等多学科技术 。粉末冶金作为我校材料成形专业的特

一，

金工程专业课程，配套的实验项

特性

综合实验、 金工艺实验和粉末冶金材料 性能表征实验％特性 综 实验 为 加 学

料的认识，粉末冶金 工艺实验

学生了解和熟悉粉末冶金成形技术制备粉末制品（毛胚）的流程工艺和 相关设备， 金料 性能 实验是为了加深学

金材料微观组织结构的认识和掌握一些基本性能的

法。这些实验项

独立， 备正意义上的“综性”％ 且，实验教学的

式是先是指导教师讲解、 ，然后学生重复做一遍完成实验，这种“葫芦画瓢”地按步骤操 作，乏 性和创新性，不能触动学生的 考，利

学生的创新

，并且 统的教学模式也不能

学生的学习

％1.2表面工程技术实验项目面工程技术

节材节能的特点越来越多地应用于工业和生活各领域中。表面工程技术 的工程技术

，涉 料、物理、化学、机械、力学等多学科领域知识。在很多高校中已作为材料类专业或机 械专业的专业方向之一％我校材料成形专业 ：了表 面工程 程， 性实 验， 实 验的

式为：首先由学

实验室条

许的情况下

实验方案，方案经指导教师审核和同意后，指导教

备实验 的 料、 和 备， 由 学 实验 内 实 施完成％

性的实验能够促进学生自我学习和我 考， 利 学 的 创新 能 和题、

的能力， 性，但是也存

性:由于实验学时短，在实验内 上和实验实施过程中学生基本只能完成材料表面涂覆或改性处理，或者

能初步完成涂覆层厚度或改性层深度的检测，以致于

不能对涂覆层或改性层发挥的作用进行充 ，实验综合性不强％1.3

实 目切削加工

械

业必须要学习和掌握的一种制造技术， 的 程为机械制造基础、金属切削理％为 学习和了解该门技术 ，我校材料 业 模 造基 程， 但 切 削加工方面未开设教学实验％2材料成形专业大型综合实验设计2.1 实综 性实验 能

内 上 ， 正的 综合性实验除了内容要 综合性外，内本身应该能够吸引学生，带动学的学习积极性，而且在教学方法

上要摒弃机械式、被动式灌输，要导学 学习、积 和善于思考，实现内容与形式的统一-13-4]% 大型综合实验包括实验内容丰富和综合性两方面含

义％基 的基本原则和要求， 金技术、 面涂层技术和 切 削 加 工技术 面 业设计综合性实验，思路是： 金制品一切削刀具为

和衔接点，通过粉末冶金技术制备硬质合金，并经 削成刀具形状；

的切削面涂层处理， 面 一 层 涂层；最后利用涂层

床上完成切削试验,验证刀的 性能％2.2实验教学的组织形式与实验流程为了充

学生学习的积极性和主动性，发挥学生的主体能 ，采取学 实验方案和完成实验为主、指导教

案审核和从旁协助为的方式组织实验％首先由指导教师给岀选题方向和要求；然后学生

根据实验要求，通

阅资料、小

和与指导教师沟通完成实验方案的

，

料的 》和 金法 备 本体的 工艺、

面涂层 的前处理和制备工艺、被加工材料类型和切削参数的选

，实验方案最终须经指导教 同意；实验方案经批 ， 选 的时间到实验

完 I具本体的 备 要性能 、 面 涂层 的 涂覆面性能的 和切削试验％实验的主要内容和流程如图1所示％158宝淹生科玄匀摇虑|实验题弓和要亲］|实验方案设帚~|配料~P

混料予球—|

粉末冶

粉金技术末压制成形―冶P金方向H

烧结

—P特色|

磨削的材料清洗等预处蠱|

成形表面涂 综层技术合沉积涂覆—P

实验设切削试验计

切削加

工技术切削性能评订图1材料成形大型综合实验的主要内容与流程2.3实验教学的主要研究内容% 1)粉末冶金工艺的影响。粉末冶金工艺主要包

料、压制成形和 3 键环节。其中，磨一方面具有破碎、细化作用，另一方面也使所配制的

元

均匀，从而得 的一定的 性。因此， 式、湿磨或 、球料比、球磨时间、球磨机转速、研磨介质等因素对烧结体 最终的性能

著的

。压 的压 体的和塑性变 程有重要 ，通常压 大，生坯的致密度越高,而 密度的大小直接 续 体的性能。 体由很弱的生坯连接 变固 一起的高强度材料，

式、

温度和保温时间等因素 接

终

体的强度、硬度、韧性、密度等性能%%2)粉末冶金材料的影响％切削刀具应用范围、

使用寿命、加工效率以及加工质量与刀具材质密切相

%高度 料的关键性能 一，但 I料不能一味追 度，特 、断续切削时，

料的韧性尤为重要％

式切削和高速切削条件下，切削温度高达800?1 000 n，刀具材料

的红硬性、热稳性和 化性也至关重要％ t要粉末冶金法制备的切削刀具材料包括：高速钢、硬质 合金、金属陶瓷、陶、超

料等％% 3 &涂层材料及

的影响。表面涂层的作用是进一步提高切削刀具的表面硬度，增加 性％ —第38卷般认为，涂层材料的硬度越高，涂层的耐磨性越好。通

改变 和(或)气体 获得不同的涂层材料。

同的涂层材料， 的 ％而且，涂层作涂层厚度有关，涂层太薄，达不到预期

寿命，如果太厚，涂层的内

增大，涂层易出现剥落失% 一般物理气相沉积技术制备的涂层厚度为2?8

)m，化学气相沉积法制备的涂层厚度为20?30)m%% 4 &涂层/刀具基体结合力的影响％ 切削使用时表面承受一定的挤压力，涂层 发挥的前提条 涂层

基体 固％

大小是涂层涂层 的一项关键基 体 ％只 涂层% 此 ， 提 高的情况下 涂层 ，c基体

为 基体制备和涂层制备研究的热点之一％通 金法制备的梯度 金、涂层涂覆时过渡层的 提高涂层/刀具基体结合强度的 途径％% 5 )切削条件的影响％实践和经验表明，即使同

高速切削与正常速度切削、干式切削与有冷

却条件下的切削、不同切削方式、不同被加工材料等不

同切削条件下表现出来的性能是完

一样的％因此 ， 切 削 验 ， 预 切 削 条 % 只特定的工况下

性能 实际意义％3材料成形专业大型综合实验教学实例T*3.1实验目的(1) 切实的工程实际问题为导向，让学生了专

业 的用途、

， 学 料成分、成形工艺、组织、性能、 的 习惯％(2) 培养学

、资料查询以及将其用于材料 ( 程中复杂工程

的研究3 ) 学 综业 能力和％问题的能力、创新能力和系统研究科学

的能力％(4) 学团队协作、 、案 、文告撰写等

面的能力％3.2实验题目方向和要求在切削领域，为了增

的表面性能和延长刀具的 寿命，切削 面涂层处理非常

，涂层

例 高％涂层 的性能与涂层料 接关系， 同 金

基体上制备3 同

的 涂 层 料 ， 和 涂 层 料 涂层

切削性能的

规律％3.3实

案利

金方法制备YG6硬质合金刀具毛胚体，

削 ；利 物理气相沉积技术在刀片表面分别涂覆AlCrN/WNx-TiN、AlCrN/WNx-

ZrN和AlCrN/WNx-DLC 3种涂层；进行切削试验检验

刀片性能，被加工材料选择Inconel 718，切削参数设