0 緒論
機械制造業(yè)是工業(yè)的基礎和重要組成部分，其發(fā)展水平是衡量一個國家經濟發(fā)展水平和綜合國力的重要標志。隨著現代工業(yè)的快速發(fā)展，新知識與新技術的加速更替，各種類型的制造工程對綜合創(chuàng)新性與復合應用型人才的需求劇增。因此，傳授機械制造基礎知識、培養(yǎng)基本操作技能的工程訓練課程就成為工科大學生的必修課。對于機械類各專業(yè)的大學生，工程訓練還是學習其他技術基礎課的重要先修課程。
工程訓練中心是全校性實踐教學平臺，工程訓練課程是實踐性的技術基礎課，建立了以強化制造工程基礎，注重機、電、信息、控制、管理多學科交叉，以提高工程實踐能力和創(chuàng)新能力為核心的人才培養(yǎng)模式。學生通過本課程的學習獲得機械制造的基本知識，建立工程意識；在培養(yǎng)一定操作技能的基礎上增強學生的工程實踐能力；在勞動觀點、創(chuàng)新意識、理論聯系實際的科學作風等基本素質方面受到培養(yǎng)和鍛煉；為綜合創(chuàng)新性與復合應用型人才的培養(yǎng)提供了實踐基礎。
0.1 工程訓練教學內容
機械產品的制造過程也就是把原材料加工成合格零件的過程。一些尺寸不大的軸、銷、套類等零件，可以直接用型材，經機械加工而成。還有一些制造方法可將原材料直接制成零件，例如：粉末冶金、熔模鑄造等。一般的零件是將原材料經過鑄造、鍛壓、焊接等方法制成毛坯，然后將毛坯由機械加工（特種加工）的方法制成零件。許多零件在毛坯制造和機械加工的過程中還需要進行不同的熱處理工藝才能達到要求。因此，一般的機械產品制造過程如圖 0-1所示。
圖0-1 機械產品制造過程
工程訓練的基本教學內容包括機械制造中常見的加工方法及其常用設備、工具、量具的操作和使用方法，分別進行了機械制造基礎、材料成形、金屬切削、電子工藝、裝配等內容的現場實踐教學。
0.2 工程訓練教學目標
工程訓練是一門實踐性技術基礎課，是讓學生在一個真實的大制造環(huán)境中獲得工程實踐知識、建立工程意識、訓練操作技能的實踐課程；是學生接觸生產實際，獲得生產技術及管理知識，進行工程師基礎素質訓練的重要途徑。根據我國工程實踐教學的發(fā)展和創(chuàng)新人才的培養(yǎng)，教育部工程訓練教學指導委員會提出了課程的教學目標為學習工藝知識，增強實踐能力，提高綜合素質，培養(yǎng)創(chuàng)新精神。
1. 學習工藝知識
工程訓練是在教師的指導下通過獨立的實踐操作，建立起對制造過程的感性認識。在實訓中，學生學習了機械制造主要加工方法及其主要設備的結構、工作原理及操作方法，正確使用了各類工具、夾具、量具及工藝文件，這些知識都是非常具體、生動而實際的，使學生對工程問題從感性認識上升到理性認識，為學生后續(xù)相關專業(yè)課程的學習及畢業(yè)設計等打下了良好的基礎。
2. 增強實踐能力
為了培養(yǎng)學生的工程實踐能力，強化工程意識，本科人才培養(yǎng)方案中安排了各種實驗、實習、設計等實踐性教學環(huán)節(jié)和課程。其中工程訓練是最重要的實踐課程之一，在實訓中，學生通過直接參加生產實踐，親自操作各種機器設備，使用各種工具、夾具、量具、刀具等，獨立完成簡單零件的制造過程，使學生對簡單零件初步具有選擇加工方法和分析加工工藝的能力。用理論指導實踐，以實踐驗證和充實理論，培養(yǎng)了工程師應具備的基礎知識和基本技能。 
3. 提高綜合素質
工程訓練課程是在生產實踐的現場教學，它不同于教室，它是生產、教學、科研相結合的實踐基地，教學內容豐富多樣，實踐環(huán)境多變，對大多數學生來說是第一次接觸實際工程環(huán)境，是對學生進行思想作風教育的良好時機與場所。例如，遵守紀律與各項規(guī)章制度、加強勞動觀念、愛惜國家財產、建立經濟觀點與質量意識等。一方面彌補了學生過去在實踐知識上的不足，增加了以后學習和工作中所需要的工藝技術知識與技能，另一方面使學生初步樹立起工程意識、勞動觀念、集體觀念、組織紀律性和愛崗敬業(yè)精神，從而提高了學生的綜合素質。
4. 培養(yǎng)創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力
在工程訓練中，學生要接觸到幾十種設備，并了解、熟悉和掌握其中一部分設備的結構、原理和使用方法，學習了一些基本的制造工藝。在學習過程中，經常會遇見新鮮事物，時常會產生新奇想法，要善于把這些新鮮感和好奇心轉變?yōu)樘岢鰡栴}和解決問題的動力。同時這些基礎工藝知識的學習為以后的創(chuàng)新孵化提供了實踐方法和基本技能，增強了同學們的綜合創(chuàng)新實踐能力。
0.3 機械制造工程訓練教學要求
工程訓練是一門實踐性很強的課程，不同于一般的理論課程。它沒有系統(tǒng)的理論、定理和公式，除了一些基本原則以外，大都是一些具體的生產經驗和工藝知識；主要的學習課堂不是教室，而是工廠或實驗室；主要的學習對象不是書本，而是具體的生產過程，學習的指導者是現場的教學指導人員，因此學生的學習方法主要是在實踐中學習。要注重在生產過程中學習工藝知識和基本技能，并能理論聯系實際融會貫通；同時應及時完成實習、實驗報告，加強理論知識的鞏固。
工程訓練的教學要求是：
（1）了解制造的一般過程和基礎知識，熟悉零件的常用加工方法及其所用的主要設備與工具；了解新工藝、新技術、新材料在現代制造中的應用。
（2）對簡單零件初步具有選擇加工方法和進行工藝分析的能力，在主要加工工藝方面應能獨立完成簡單零件的加工，并培養(yǎng)一定的工藝實踐能力。
（3）培養(yǎng)學生的安全意識、生產質量和經濟觀念、理論聯系實際和認真細致的科學作風以及熱愛勞動和愛護公物等基本素質。
0.4 機械制造工程訓練學生實習守則
（1）嚴格遵守勞動紀律，做到不遲到、不早退、不曠課，一般不得請事假，特殊情況應履行請假手續(xù)，因病請假需醫(yī)院證明。
（2）實習期間要服從指導教師的安排，未經允許不得擅自開動設備，不允許串崗、不允許打鬧、不允許抽煙、不允許玩手機。
（3）實習時要穿合適的工作服，平底鞋，不準穿拖鞋、涼鞋、裙子、風衣，不得戴圍巾、手套進行操作（規(guī)定可戴手套的工種除外），女同學要戴安全帽，并將長發(fā)或辮子納入帽內。
（4）實習時要認真聽老師講解，仔細觀看老師的示范，操作設備時要大膽、心細，認真遵守各類設備的安全操作規(guī)程，避免人身、設備事故的發(fā)生。
（5）操作設備時若發(fā)生問題，應立即停機，保護現場，并立即報告指導老師；多人共用一臺機床時，只能一人操作，嚴禁兩人同時操作，以防止事故發(fā)生。
（6）實習中應注意勤儉節(jié)約，降低原材料和低值易耗品消耗，在保證實習的前提下盡量降低實習成本。
（7）每天實習完畢，要求做到：
①整理和清點自己的工件、工具和量具；
②將設備擦拭干凈，周邊環(huán)境清掃干凈；
③關好電源和窗戶，經老師檢查并同意后方可離崗。
（8）如不遵守上述規(guī)定，經勸告無效，工程訓練中心將停止其實習。
第1章 工程材料及金屬熱處理
1.1 工程材料概論
工程材料是指用來制造工程構件和機械零件的材料，它既指用于機械、車輛、船舶、建筑、化工、能源、儀器儀表、航空航天等工程領域的材料，也包括用于制造工具的材料和具有特殊性能的材料。現代工程材料種類繁多，目前世界上的材料已有 40多萬種，且每年還以 5%的速度在增加。一般按照材料的組成、結合鍵的特點，可將工程材料分為三大類：金屬材料、非金屬材料和復合材料。它們的具體分類如圖1-1所示。
圖1-1 常用機械工程材料
金屬材料是最主要的工程材料，通常金屬材料分為黑色金屬和有色金屬兩大類。黑色金屬是指以鐵、錳、鉻或以它們?yōu)橹鞫�形成的具有金屬特性的物質，如鋼、生鐵、鐵合金、鑄鐵等。有色金屬是指除黑色金屬以外的其他金屬材料，如銅、鋁、鎂以及它們的合金等。應用最廣的是黑色金屬。以鐵為基的合金材料占整個結構材料和工具材料的 90%以上。黑色金屬材料的工程性能比較優(yōu)越，價格也較便宜，是最重要的工程金屬材料。有色金屬按照性能和特點可分為輕金屬、易熔金屬、難熔金屬、貴金屬、稀土金屬和堿土金屬。它們是重要的有特殊用途的材料。
非金屬材料是重要的工程材料。近年來，高分子、陶瓷等非金屬材料急劇發(fā)展，在材料的生產和使用方面均有重大的進展，正在越來越多地應用于各類工程中。隨著科技與生產力的發(fā)展，非金屬材料得到了迅速發(fā)展。在一定程度上，非金屬材料不僅能替代金屬材料，在某些特性上也會起到一些金屬材料所沒有的作用。例如塑料，由于質輕，比強度高，不溶于水，不導電，不導熱，可廣泛用于各類工業(yè)產品包裝、農業(yè)中地表薄膜、輸水管道、家用電器外殼、醫(yī)療器械、電線、電纜、通訊、航空等現代領域。其中，ABS塑料還具有易加工、尺寸穩(wěn)定，表面光澤度好，容易涂裝、著色，還可以在表面噴鍍金屬、電鍍、焊接、熱壓和黏結等二次加工，目前在新興起的 3D打印市場上頗受青睞，可用來制作機械、汽車、電子儀表和建筑等工業(yè)領域的各種構件，是一種用途極廣的熱塑性工程塑料。
陶瓷材料因具有硬度高、耐磨性好、熔點高、抗氧化性好和耐腐蝕性強等優(yōu)點，可以用來制作刀具、模具、坩堝、耐高溫零件以及多功能元件等。
復合材料是由兩種或兩種以上不同性質的材料組合而成的人工合成固體材料。它不僅能保持各組成材料的優(yōu)點，而且還可獲得單一材料無法具備的優(yōu)越綜合機械性能。玻璃鋼、碳纖維強化塑料（ CFRP）、纖維增強金屬（ FRM）、金屬 -塑料層輯材料等都是復合材料的例子。 
1.2 常用金屬材料簡介 
1.2.1 常用金屬材料
金屬材料是指金屬元素或以金屬元素為主構成的具有金屬特性的材料的統(tǒng)稱。包括純金屬、合金、金屬材料金屬間化合物和特種金屬材料等。常用金屬材料分為黑色金屬和有色金屬兩大類，黑色金屬常常使人誤會，以為黑色金屬一定是黑的，其實不然。黑色金屬只有三種：鐵、錳、鉻。而它們三個都不是黑色的！純鐵是銀白色的，錳是銀白色的，鉻是灰白色的。因為鐵的表面常常生銹，蓋著一層黑色的四氧化三鐵與棕褐色的三氧化二鐵的混合物，看上去就是黑色的，所以人們稱之為“黑色金屬”。碳的質量分數在 2.11%以下的鐵碳合金稱為鋼，碳的質量分數在 2.11%以上的合金稱為生鐵，把鑄造生鐵放在熔鐵爐中熔煉成液體，澆注進模具型腔，就得到鑄鐵件。狹義的有色金屬又稱非鐵金屬，是鐵、錳、鉻以外的所有金屬的統(tǒng)稱。廣義的有色金屬還包括有色合金。有色合金是以一種有色金屬為基體（通常大于 50%），加入一種或幾種其他元素而構成的合金。下面就常用的金屬做簡單的介紹。
1. 鋼
鋼按其化學成分可分為碳素鋼和合金鋼。碳素鋼的主要成分為鐵和碳，在碳素鋼的基礎上，冶煉時專門加入一種或幾種合金元素就形成了合金鋼。此外，鋼中還含有少量其他雜質，如硅、錳、硫、磷等。其中硫和磷通常是有害雜質，必須嚴格控制其含量。
1）碳素鋼
根據生產上的需要有多種方法對碳素鋼進行分類。
（1）按化學成分不同，可將碳素鋼分為低碳鋼、中碳鋼和高碳鋼。其中低碳鋼的碳的質量分數≤0.25%，其性能特點是強度低，塑性、韌性好，鍛壓和焊接性能好；中碳鋼的碳的質量分數在 0.25%～0.60%，這類鋼具有較高的強度和一定的塑性、韌性；高碳鋼的碳的質量分數＞0.6%，經適當的熱處理后，可達到很高的強度和硬度，但塑性和韌性較差。
（2）按用途不同，可分為碳素結構鋼和碳素工具鋼。碳素結構鋼主要用于制造機械零件和工程結構，大多是低碳鋼和中碳鋼；碳素工具鋼主要用于制造硬度高、耐磨的工具、刀具、模具和量具等，它們一般都是高碳鋼。
（3）按質量等級（有害雜質含量）不同，可將碳素鋼分為普通質量碳素鋼、優(yōu)質碳素鋼和特殊質量碳素鋼。
2）合金鋼
合金鋼按合金元素的含量，可分為低合金鋼、中合金鋼和高合金鋼；按主要用途可分為合金結構鋼、合金工具鋼和特殊性能鋼（不銹鋼、耐熱鋼、耐磨鋼等）。
2. 鑄鐵
生產上常用的鑄鐵有灰口鑄鐵（片狀石墨）、球墨鑄鐵（球狀石墨）、可鍛鑄鐵（團絮狀石墨）等，它們的碳的質量分數通常在 2.5%～4.0%。其中最常用的是灰鑄鐵，它的鑄造性能好，可澆注出形狀復雜和薄壁的零件，但灰鑄鐵脆性較大，不能鍛壓，且焊接性能也差，因此主要用于生產鑄件。灰鐵的抗拉強度、塑性和韌性都遠低于鋼，但抗壓性能好，還具有
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