3.6 材料的选用（教案）《机械基础》（多学时）同步精品课堂（高教版·第3版）

《机械基础》（第3版）教案 详细教案 一、设计摘要 课程课题 任务3.6 材料的选用 授课教师 1 学时数 1 授课班级 人数 授课时间 教学地点 理实一体化教室 二、设计意图 学情分析 学生已具备机械制图与材料力学基础，对常见零件受力有感性认识，但对失效机理缺乏系统理解，易混淆脆断、疲劳和过量变形；对钢材热轧、锻、冷拔等供应状态及标记方式陌生，选材时往往只看强度而忽视工况、工艺性与经济性，缺乏从性能需求、供应形式、成本优化的完整思路，需要通过案例、实验和互动讨论强化综合运用能力。 背景分析 随装备向高参数、轻量化、长寿命发展，零件失效已成为影响安全与效益的首要瓶颈；市场钢材品种、规格及供应状态日新月异，传统以强度代选材经验已无法匹配复杂工况与精益成本需求。企业急需既懂失效机理又能贯通“供应形式—选材原则—工艺步骤”的复合人才，本课程应运而生，以系统方法提升选材可靠性与经济性。 学习目标 设定 情感目标 知识目标 能力（技能）目标 能够结合本节课所学知识，增强动手能力和解决问题的能力。 掌握零件的失效形式及原因 能够学会钢材的供应形式和选用材料的基本原则、方法及步骤 学习任务 描述 掌握零件的失效形式及原因 能够学会钢材的供应形式和选用材料的基本原则、方法及步骤 教学资源 准备 教师准备：讨论主题、学生任务书； 学生准备：在线讨论、完成任务书。 教学重点 掌握零件的失效形式及原因 教学难点 能够学会钢材的供应形式和选用材料的基本原则、方法及步骤 教学难点突破方法 能够学会基础知识并运用 三、教学策略 教法 讲授法、演示法、讨论法； 学法 小组讨论法、自主阅读法。 四、教学资源 教材工具材料 《机械基础》，主编：栾学钢赵玉奇陈少斌，2024年8月第3版；高等教育出版社出版。 教学情景 创设 五、教学过程 教学环节 教学内容 教师活动 学生活动 设计意图 知识复习与回顾（2分钟） [引入主题]（2分钟） 在机械制造中，为生产出质量好、成本低的产品，必须从结构设计、材料选择、毛坯制造及切削加工等方面进行全面考虑。合理选用材料是其中的一个重要因素。 提出问题，认真回答问题。 接收并查看本节课堂任务书。查看并记住本节任务的学习目标。 1、组织学生回答问题，使同学们提起兴趣，对学习内容参与度更深。 2.下发和展示任务，让学生明确课堂任务，学习课堂知识。 新 课 导 入 （3分钟） [新课引入]（3分钟） 引导学生分析任务书，明确本节课的学习内容。 通过任务书，采用提问方式引出今天的内容。 1.跟上老师思路。 2.学生分小组交流讨论，总结出小组答案。 激发学生探索学习的欲望与兴趣，还可以把本次课程的内容快速引入课堂。 探索 新知（12分钟） 要做到合理选用材料，就必须全面分析零件的工作条件、受力性质和大小及失效形式，然后综合各种因素，提出能满足零件工作条件的性能要求，再选择合适的材料并进行相应的热处理。因此，零件材料的选用是一个复杂而重要的工作，需综合考虑各种因素。 上课前老师收集相关的新专业、职业、技能等知识。 学生对新专业了解后，再上网查一下新专业所涉及的知识点。 使用学生对新专业有个大概了解，自己再去收集相关资料补充自己的知识面。 学 习 新 知（20分钟） 一、零件的失效形式及原因 零件的失效是指零件不能保证工作精度或达不到预期工效。 一般机械零件与材质相关的失效形式有以下三种。 (1)断裂 断裂失效是指零件完全断裂而无法工作的失效，是机械零件的主要失效形式。断裂失效根据断裂的性质和断裂的原因可分为脆性断裂、疲劳断裂等。 (2)过量变形过量变形失效是指在外力作用下零件发生整体或局部的过量弹性变形、塑性变形， 导致整个机械无法正常工作，或虽能正常工作但不能保证产品质量的现象。 (3)表面损伤表面损伤失效是指零件在工作中，因机械和化学作用使其表面损伤而造成的失效， 主要包括磨损失效、接触疲劳失效及表面腐蚀失效。 零件失效与方案设计、材料选择、加工工艺和安装使用等因素有关。 主要讲零件的失效形式及原因等内容。 学生在书本上找出对应的内容并勾画出重点内容。 通过直观教学法，使用电教媒体PPT的形式，不仅能进一步激发学生的兴趣，也有利于加深学生对知识的理解和对内容的掌握。 二、钢材的供应形式 市场上提供的钢材，是在钢厂经过轧制、拉拔、挤压等压力加工形成的，在性能形状、尺寸、表面等方面满足用户要求。常用的钢材有以下几种供应形式。 1.钢板 厚度超过25mm的为厚板，厚度为4~25mm的为中板，厚度小于4mm的为薄板。钢带窄而长，成卷供应。钢板出厂前可以进行镀锌、镀锡及塑料复合等表面处理。 2.钢管 无缝钢管是经过冷拔或热轧成形的，能够承受较高压力，用于石油、化工等行业。有缝钢管是将钢板或钢带卷制成形后焊接而成的，用于城市自来水、天然气等低压肯道。 3.钢丝 钢丝是用热轧线材拉拔而成的。退火低碳钢丝可用于包装时捆扎物品，高碳钢丝可制成弹赞，多根钢丝可以捻成合股的钢丝绳和钢索，用于吊运或固定物体。 4.型钢 一类是由棒材轧机生产的简单截面型钢，如圆钢、方钢、扁钢、六角钢和八角钢等；另一类是由型材轧机生产的复杂截面型钢，如角钢、槽钢、工字钢、Z形钢和T形钢等。普通型钢主要用于建筑、桥梁等工程结构，优质型钢主要用于机械零件及工具。常见型钢如图3-11所示。 教师根据钢材的供应形式等内容讲解。 学生跟上老师的思路； 抽取学生回答老师的提问； 让学生能够快速的掌握学习内容，突破了课程内容难点。 三、选用材料的基本原则、方法及步骤 合理选用材料涉及综合运用多学科知识和实践经验，要结合实际情况具体分析。 1.选用材料的基本原则 选用材料时主要考虑使用要求、工艺要求和经济性。 (1)使用要求 使用要求包括零件的工作和承载情况、对零件尺寸和质量的限制及零件的重要程度等。工作情况是指零件所处的环境，如介质、温度及摩擦性质。承载情况是指载荷大小和应力种类。如果零件尺寸取决于强度，且尺寸和质量又有所限制，则应选用强度较高的材料；如果零件尺寸取决于刚度，则应选用弹性模量较大的材料；如果零件的接触应力比较高，如齿轮和滚动轴承，则应选用可进行表面强化处理的材料；如果零件表面相对滑动性能要求较高，则应选用减摩性和耐磨性好的材料；在高温下工作的零件，应选用耐热材料；在腐蚀性介质中工作的零件，应选用耐腐蚀的材料等。 (2)工艺要求 工艺要求包括铸造性能、锻造性能、焊接性、切削加工性能及热处理性能等。结构复杂的箱体类零件，宜采用铸造毛坯；重要的轴类和盘类零件，宜采用锻造毛坯；需要进行热处理的零件，宜选用合金钢；需要进行焊接的零件，宜选用低碳钢等。 (3)经济性 经济性首先表现为材料的相对价格，还与生产批量、供应条件等有关。 选用材料的方法 大多数零件是在多种应力作用下工作的，每个零件的受力情况又不同。因此，应根据零件的工作条件，找出其关键的性能要求作为选用材料的主要依据。 ①以综合力学性能为主要依据。 ②以疲劳强度为主要依据。 ③以磨损为主要依据。 3.选用材料的步骤 四、典型零件选材举例 1.机床主轴箱齿轮选材 机床主轴箱齿轮用于传递动力、改变运动的速度和方向，转速中等，载荷不大，工作平稳无强烈冲击，一般可选优质碳素结构钢(45钢)制造，为了提高淬透性，也可选用合金调质钢(40Cr钢)制造。 2.汽车齿轮选材 汽车齿轮主要用于变速箱和差速器中。 3.机床主轴选材 教师讲解选用材料的基本原则、方法及步骤等内容，通过展示图片和理论相结合的形式，更形象的记忆 学生跟上老师的思路； 图片展示更加直观的让学生感受到知识的魅力，加强学生学习的动力。 学生再练习（6分钟） 4、分配任务：（6分钟）（思政导入：团队合作，培养学生学会思考，解决问题能力） 1）、以小组为单位回答问题：总结选用材料的基本原则、方法及步骤。 2）、每组派出代表回答老师提问 4）、学生分组相互评价 5）、老师点评，哪个组最好，回答最准确。评出优胜小组。 1、教师分配任务小组任务，随堂进行观察和指导。 2.讨论完成后，教师以提问形式选择学生进行问题的回答。 3.各组互评后，教师进行总结评价。 学生小组讨论后每个组派一人或者两人回答。学生之间互评打分。 学生对知识的一个巩固过程，调动学生的学习积极性。 课堂 总结（2分钟） 教师总结（2分钟） 本课程围绕让零件长寿、让成本最优展开：先解析断裂、变形、表面损伤三大失效机理与根因；再梳理圆钢、板材、锻材等钢材供应形式及标记规则；最后给出选材法，配合案例与实验，使学生能系统、经济地为各类零件选定合适材料。 布置下节课任务（40分钟） 布置下节课任务（40分钟） 预习下节课内容 布 置 作业（13分钟） [完成作业]（13分钟） 1.简述零件的失效形式及原因。 2.简述钢材的供应形式。 3.简述选用材料的基本原则。 板书 设计 1、 零件的失效形式及原因 二、钢材的供应形式 三、选用材料的基本原则、方法及步骤 四、典型零件选材举例 六、教学评价 教学评价 七、教学反思 教学反思 课程后反思发现，学生对于选用材料的方法和选用材料的基本原则掌握的较好，选用材料的基本原则、方法及步骤也用相关图片形式展现，但是在零件的失效形式及原因 ，学生的判断仍存在偏差，因此下节课要及时做到复习。 教师分配任务 学分组讨论 学生问题提问 学生分组回答 教师总结 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！ 学科网（北京）股份有限公司 $$