课程介绍
“金属塑性成形原理”是材料成型及控制工程专业的一门重要专业方向课，主要讲授塑性成形基本理论及规律，是塑性成形技术与装备专业方向必修的学位课。金属塑性成形方法多种多样，具有各自的特点，“金属塑性成形原理”课程的目的就在于科学地、系统地阐明它们共同的基础和规律，为合理制订塑性成形工艺奠定理论基础。
该课程安排在第六学期进行讲授,课程教学采用多媒体和传统教学相结合的方式，以课堂讲授为主，线上学习为辅，通过实验、作业、随堂测验及考勤等多环节训练和督促检查，巩固学习成果。
课堂讲授通过问题提出、方法思考、内容归纳、案例应用等教学过程，实现教学目标。
（1）教师课前在云课堂在线推送预习资料和讲课提纲，课后推送PPT及相关视频资料，课堂教学采用混合式教学，主要包括三种形式的混合。
① 授课方式混合：以PPT为载体，针对不同的授课内容选择不同的授课方式，如概念以文字讲解结合视频为主、理论分析和公式推导以板书为主；
② 师生互动混合：以云课堂为互动反馈工具，在知识点讲解后随堂提问测试，及时了解学生对知识点的掌握情况，便于针对性教学并能抓住学生的课堂注意力；
③ 线上线下混合：线下(课堂)以老师讲授为主，师生共同参与讨论相关知识点，线上(课后)学习主要通过学生自主观看相关视频以及自我录制的习题课。
（2）实验教学设计了3个实验(可根据实际情况3选2进行)，其中实验一为验证性实验，实验二为设计性实验。2个实验全部为分组实验，并按5-6人分组实施，小组成员分工协作，共同完成实验设备的操作、数据的采集与记录、数据的分析。在设计性实验二中，要求每人提供1个设计方案，通过小组讨论，优选其中1个方案作为小组的最终方案，合作完成实验平台的搭建、调试、数据记录与分析。实验教学中通过小组方案评选、现场操作、实验报告等考核手段，评价学生能力的达成效果，以实现教学目标。
通过本课程的学习，学生应达到：
（1）掌握金属塑性变形的力学基础理论，包括金属塑性成形过程的热力学条件及应力、应变分析的基本概念和理论等；
（2）熟悉和掌握塑性成形过程中金属变形的基本规律以及基本变形力学方程，能推导典型塑性成形问题的应力、应变计算公式；
（3）掌握金属塑性成形过程中组织、性能的变化规律，以及金属的塑性、变形抗力、断裂等与加工条件的关系，能按照要求或给定公式进行变形程度、应变速度、工件尺寸与变形力能参数的计算。
课程大纲
教学主要内容与课时分配
1．绪论（2学时）
（1）教学内容
介绍本课程的教学任务、课程的学习目标及其与毕业要求的关系、授课的方式以及课程的总体授课线索、授课安排和课程评价方式，阐述塑性及塑性成形、塑性成形特点及分类、金属塑性成形理论的发展概况。
重难点：
明确课程的学习目标，并能从工程教育认证角度理解课程学习目标及其与毕业要求的关系。
（2）对毕业要求的支撑
通过本知识点的讲授和学习，能够了解“金属塑性成形原理”课程的教学内容、学习目标、学习任务、学习方式和考核方法，以及支撑的毕业要求和达成的培养目标。
（3）课程思政育人要素
要素一：通过金属塑性成形典型工艺认知，引导学生树立安全至上的责任意识和养成精益求精的工匠精神。
（4）作业及课外学习要求
2．金属塑性变形的力学基础（16学时）
（1）教学内容
主要阐述金属塑性变形的力学基础理论，为本课程的后续学习打下必要的理论基础。要求：重点掌握应力分析的截面法、任意斜面上的应力、主应力和应力不变量、主切应力和最大切应力、应力张量的分解与几何表示、八面体应力与等效应力、等效应变及其物理含义、应力平衡微分方程的推导及含义、应变与位移关系方程、变形连续方程（应变协调方程或相容方程）、点的应变状态分析、八面体应变和等效应变、应变增量、应变速率张量、变形力学简图、金属塑性变形过程和力学特点、塑性条件方程（屈服准则）、塑性应力应变关系（本构关系）。
重难点：
① 任意斜面上的应力计算；
② 主应力和应力不变量、主切应力和最大切应力、八面体应力与等效应力的概念及其相互关系；
③ 应力平衡微分方程的推导过程及其实质含义；
④ 应变与位移关系、变形连续方程的含义及其应用；
⑤ 点的应变状态表述、八面体应变和等效应变、应变增量、应变速率张量概念及其相互关系；
⑥ 屈服准则的含义及其空间几何形状，两个常用屈服准则的异同；
⑦ 增量理论和全量理论及其应用。
（2）对毕业要求的支撑
通过本知识点的讲授和学习，能够对材料成型过程所涉及的复杂工程问题进行提炼、定义、建模，识别和判断关键环节和控制参数，理解解决复杂材料成型及控制工程问题的多种途径，通过对问题进行综合分析和评价获得有效结论。
（3）课程思政育人要素
要素二：将金属塑性变形的力学基础理论和社会主义现代化建设的伟大成就及社会热点问题有机结合，培养和增强学生专业报国的使命担当和文化制度自信。
要素三：结合塑性条件方程（屈服准则）和塑性应力应变关系（本构关系）的讲解与学习，使学生清楚地认识到材料的任何宏观变形都严格遵循一定的规则，从而进一步加强学生的道德法制意识。
（4）作业及课外学习要求
3．金属变形与流动的相关问题（6学时）
（1）教学内容
金属塑性成形问题实质上是金属的塑形流动问题，影响金属流动的因素十分复杂，本章主要讨论金属塑性变形与流动的基本问题。重点掌握最小阻力定律、变形抗力曲线与加工硬化、影响塑形变形抗力的因素、金属塑性加工时摩擦的特点及作用、塑性加工中摩擦的分类及机理、测定摩擦系数的方法、塑性加工的工艺润滑。
（2）对毕业要求的支撑
通过本知识点的讲授和学习，能够熟识金属塑性变形过程中的流动问题及其影响因素，掌握不同因素的影响规律，并能利用相关规律主动调控金属的塑性变形行为，从而提高金属塑性变形能力和成形件质量。
（3）课程思政育人要素
要素四：结合材料塑性、变形抗力等性能随内在组织特征和加工条件的变化，引导学生从矛盾统一、内外因、事物发展规律等哲学角度思考问题。
（4）作业及课外学习要求
4．金属塑性成形基本工序的力学求解方法（12学时）
（1）教学内容
本章主要讲授金属塑性成形问题的数值及工程解法的基本原理及其应用。包括：主应力法，通过对物体的应力状态所做的一些简化假设,建立以主应力表示的简化平衡方程和塑性条件，然后联解，求得接触面上的应力大小和分布；滑移线法，针对具体的变形工序或变形过程,建立滑移线场,然后利用其某些特性，来求解塑性成形问题，如确定变形体内的应力分布、计算变形力、分析变形和决定毛坯的合理外形、尺寸等；上限法，在塑性成形中,准确地求得真实载荷（即变形力）往往是困难的，这就迫使人们去寻找确定近似载荷的方法，本节所介绍的界限法，就是确定近似载荷的方法，上限法所确定的载荷，总是大于或等于真实载荷，下限法所确定的载荷，总是小于或等于真实载荷，由于上限法所确定的载荷能确保塑性变形的发生，故重点讨论上限法。
重难点：
① 主应力法所做的简化假设,以主应力表示的简化平衡方程和塑性条件建立；
② 滑移线场的创建，两族滑移线的判定及其沿线性质，汉基应力方程的应用；
③ 上限法原理及其具体应用。
（2）对毕业要求的支撑
通过本知识点的讲授和学习，掌握金属塑性成形问题的几种常见数值及工程解法，了解不同解决方案的特点、适用条件和范围，能够针对不同的塑性成形工艺和实际工况条件选择合适的求解方法。
（3）课程思政育人要素
要素五：根据金属塑性成形问题具有多种数值及工程解决方法，鼓励学生采用发散思维解决实际问题的同时坚持实事求是、不忘初心的价值取向。
（4）作业及课外学习要求
5．实验环节内容（4学时）
实验内容（实验具体要求见实验指导书）：
① 金属真实应力应变曲线的测定；
② 利用最小阻力定律观察分析塑性成形时质点的流动特点；
③ 利用圆环压缩法测定摩擦系数（因数）。
实验对毕业要求的支撑：
通过本知识点的讲授和学习，能够对材料成型过程所涉及的复杂工程问题进行提炼、定义、建模，识别和判断关键环节和控制参数，理解解决复杂材料成型及控制工程问题的多种途径，通过对问题进行综合分析和评价获得有效结论。
学习目标
“金属塑性成形原理”是讲授金属塑性成形基本理论及规律的一门科学，包括塑性加工力学、塑性加工材料学和塑性加工摩擦学等方面的内容。该课程可为掌握金属塑性变形的物理学和力学基础，熟悉塑性成形问题的各种解法，以及合理制定塑性成形工艺奠定理论基础。通过对金属塑性成形基本工序的力学分析，培养学生综合运用课程知识的能力、实验创新设计能力、团队合作能力，加深学生对课程知识的理解和掌握。
本课程分由课堂教学和实验教学两部分组成，分为知识传授、能力培养、价值塑造三个方面，具体目标如下：
1. 知识目标
（1）掌握金属塑性变形的物理学基础，了解金属的塑性变形行为以及变形条件对其塑性和变形抗力的影响，以便使工件在成形时获得最佳的塑性状态、最高的变形效率和优质的性能。阐述塑性成形时的金属流动规律和变形特点，分析影响金属塑性流动的各种因素，以便合理地确定坯料尺寸和成形工序，使工件顺利成形。
（2）掌握金属塑性变形的力学基础，即掌握应力、应变、本构关系和屈服准则等塑性理论基础知识，以便对变形过程进行应力应变分析，并寻找塑性变形物体的应力应变分布规律。
（3）掌握金属塑性成形力学问题的各种解法及其在具体工艺中的应用，以便确定变形体中的应力应变分布规律及所需的变形力和变形功，为选择成形设备和设计模具提供科学依据。
2. 技能目标
通过实验环节，以团队合作方式让学生掌握金属真实应力应变曲线的测定，利用最小阻力定律观察并分析塑性成形时质点的流动特点，利用圆环压缩法测定摩擦系数（因数）。培养学生问题发现与解决、方案创新设计、书面表达、个人分工与团队合作等能力，通过实验全过程训练强化学生理论联系实际及实践动手能力。
3. 情感与德育目标
（1）通过典型工艺认知，引导学生树立安全至上的责任意识和养成精益求精的工匠精神。
（2）结合材料塑性、变形抗力等性能随内在组织特征和加工条件的变化，引导学生从矛盾统一、内外因、事物发展规律等哲学角度思考问题。
（3）将金属塑性变形的力学基础理论和社会主义现代化建设的伟大成就及社会热点问题有机结合，培养和增强学生专业报国的使命担当和文化制度自信。
学习要求
（1）根据云课堂在线推送预习资料进行线上课前自主学习，参与线下课堂学习和互动讨论，课后可在线阅读推送的授课PPT及相关视频资料进行课后复习。
（2）积极参与线上课堂互动讨以及线下讨论区活动。
（3）完成课后思考题与作业题。
（4）在实验教师的指导下，完成实验。实验教学中通过学生现场操作、实验报告等考核手段，评价学生能力的达成效果，以实现教学目标。
考核标准
课程评价采用多维度过程性评价和终结性考试相结合，成绩由平时成绩、实验成绩和期终考试三个环节的成绩综合评定产生。其中，期终考试采取闭卷形式，内容涉及课程的基本概念和基本方法，题型包括选择题、判断题、简答题、计算题、分析题等。其中：①占比20%的过程性成绩，包括学习平台统计的自主学习完成度和学习目标达成度、分组演示获得的认可度、课堂出勤率以及课堂表现加分项等，总成绩不超过20%，主要评定自主学习习惯与能力、高阶思维目标、语言表达能力和工程价值取向；②占比10%的实验技能成绩，由实验教师根据预习报告、操作过程、结果分析报告给定，主要评定学生的操作技能、安全意识及过程与方法的训练情况；③占比70%的传统闭卷考试，侧重知识层面，包括概念理解与记忆、对比辨析、计算与应用等。
教材教参
1. 《金属塑性成形原理》，第2版，李尧主编，北京：机械工业出版社，2014
2. 《金属塑性成形原理》，运新兵主编，北京：冶金工业出版社，2012
3. 《金属塑性加工原理》，彭大暑主编，长沙：中南大学出版社，2004
4. 《Metal Forming and the Finite Element Method》，S. Kobayashi et al.，Oxford University Press，1989
