0 緒論
機(jī)械制造業(yè)是工業(yè)的基礎(chǔ)和重要組成部分，其發(fā)展水平是衡量一個(gè)國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平和綜合國(guó)力的重要標(biāo)志。隨著現(xiàn)代工業(yè)的快速發(fā)展，新知識(shí)與新技術(shù)的加速更替，各種類型的制造工程對(duì)綜合創(chuàng)新性與復(fù)合應(yīng)用型人才的需求劇增。因此，傳授機(jī)械制造基礎(chǔ)知識(shí)、培養(yǎng)基本操作技能的工程訓(xùn)練課程就成為工科大學(xué)生的必修課。對(duì)于機(jī)械類各專業(yè)的大學(xué)生，工程訓(xùn)練還是學(xué)習(xí)其他技術(shù)基礎(chǔ)課的重要先修課程。
工程訓(xùn)練中心是全校性實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)，工程訓(xùn)練課程是實(shí)踐性的技術(shù)基礎(chǔ)課，建立了以強(qiáng)化制造工程基礎(chǔ)，注重機(jī)、電、信息、控制、管理多學(xué)科交叉，以提高工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力為核心的人才培養(yǎng)模式。學(xué)生通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)獲得機(jī)械制造的基本知識(shí)，建立工程意識(shí)；在培養(yǎng)一定操作技能的基礎(chǔ)上增強(qiáng)學(xué)生的工程實(shí)踐能力；在勞動(dòng)觀點(diǎn)、創(chuàng)新意識(shí)、理論聯(lián)系實(shí)際的科學(xué)作風(fēng)等基本素質(zhì)方面受到培養(yǎng)和鍛煉；為綜合創(chuàng)新性與復(fù)合應(yīng)用型人才的培養(yǎng)提供了實(shí)踐基礎(chǔ)。
0.1 工程訓(xùn)練教學(xué)內(nèi)容
機(jī)械產(chǎn)品的制造過(guò)程也就是把原材料加工成合格零件的過(guò)程。一些尺寸不大的軸、銷、套類等零件，可以直接用型材，經(jīng)機(jī)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(jīng)過(guò)鑄造、鍛壓、焊接等方法制成毛坯，然后將毛坯由機(jī)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(jī)械加工的過(guò)程中還需要進(jìn)行不同的熱處理工藝才能達(dá)到要求。因此，一般的機(jī)械產(chǎn)品制造過(guò)程如圖 0-1所示。
圖0-1 機(jī)械產(chǎn)品制造過(guò)程
工程訓(xùn)練的基本教學(xué)內(nèi)容包括機(jī)械制造中常見(jiàn)的加工方法及其常用設(shè)備、工具、量具的操作和使用方法，分別進(jìn)行了機(jī)械制造基礎(chǔ)、材料成形、金屬切削、電子工藝、裝配等內(nèi)容的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐教學(xué)。
0.2 工程訓(xùn)練教學(xué)目標(biāo)
工程訓(xùn)練是一門實(shí)踐性技術(shù)基礎(chǔ)課，是讓學(xué)生在一個(gè)真實(shí)的大制造環(huán)境中獲得工程實(shí)踐知識(shí)、建立工程意識(shí)、訓(xùn)練操作技能的實(shí)踐課程；是學(xué)生接觸生產(chǎn)實(shí)際，獲得生產(chǎn)技術(shù)及管理知識(shí)，進(jìn)行工程師基礎(chǔ)素質(zhì)訓(xùn)練的重要途徑。根據(jù)我國(guó)工程實(shí)踐教學(xué)的發(fā)展和創(chuàng)新人才的培養(yǎng)，教育部工程訓(xùn)練教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)提出了課程的教學(xué)目標(biāo)為學(xué)習(xí)工藝知識(shí)，增強(qiáng)實(shí)踐能力，提高綜合素質(zhì)，培養(yǎng)創(chuàng)新精神。
1. 學(xué)習(xí)工藝知識(shí)
工程訓(xùn)練是在教師的指導(dǎo)下通過(guò)獨(dú)立的實(shí)踐操作，建立起對(duì)制造過(guò)程的感性認(rèn)識(shí)。在實(shí)訓(xùn)中，學(xué)生學(xué)習(xí)了機(jī)械制造主要加工方法及其主要設(shè)備的結(jié)構(gòu)、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(shí)都是非常具體、生動(dòng)而實(shí)際的，使學(xué)生對(duì)工程問(wèn)題從感性認(rèn)識(shí)上升到理性認(rèn)識(shí)，為學(xué)生后續(xù)相關(guān)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)及畢業(yè)設(shè)計(jì)等打下了良好的基礎(chǔ)。
2. 增強(qiáng)實(shí)踐能力
為了培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐能力，強(qiáng)化工程意識(shí)，本科人才培養(yǎng)方案中安排了各種實(shí)驗(yàn)、實(shí)習(xí)、設(shè)計(jì)等實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)和課程。其中工程訓(xùn)練是最重要的實(shí)踐課程之一，在實(shí)訓(xùn)中，學(xué)生通過(guò)直接參加生產(chǎn)實(shí)踐，親自操作各種機(jī)器設(shè)備，使用各種工具、夾具、量具、刀具等，獨(dú)立完成簡(jiǎn)單零件的制造過(guò)程，使學(xué)生對(duì)簡(jiǎn)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(dǎo)實(shí)踐，以實(shí)踐驗(yàn)證和充實(shí)理論，培養(yǎng)了工程師應(yīng)具備的基礎(chǔ)知識(shí)和基本技能。 
3. 提高綜合素質(zhì)
工程訓(xùn)練課程是在生產(chǎn)實(shí)踐的現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)，它不同于教室，它是生產(chǎn)、教學(xué)、科研相結(jié)合的實(shí)踐基地，教學(xué)內(nèi)容豐富多樣，實(shí)踐環(huán)境多變，對(duì)大多數(shù)學(xué)生來(lái)說(shuō)是第一次接觸實(shí)際工程環(huán)境，是對(duì)學(xué)生進(jìn)行思想作風(fēng)教育的良好時(shí)機(jī)與場(chǎng)所。例如，遵守紀(jì)律與各項(xiàng)規(guī)章制度、加強(qiáng)勞動(dòng)觀念、愛(ài)惜國(guó)家財(cái)產(chǎn)、建立經(jīng)濟(jì)觀點(diǎn)與質(zhì)量意識(shí)等。一方面彌補(bǔ)了學(xué)生過(guò)去在實(shí)踐知識(shí)上的不足，增加了以后學(xué)習(xí)和工作中所需要的工藝技術(shù)知識(shí)與技能，另一方面使學(xué)生初步樹(shù)立起工程意識(shí)、勞動(dòng)觀念、集體觀念、組織紀(jì)律性和愛(ài)崗敬業(yè)精神，從而提高了學(xué)生的綜合素質(zhì)。
4. 培養(yǎng)創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力
在工程訓(xùn)練中，學(xué)生要接觸到幾十種設(shè)備，并了解、熟悉和掌握其中一部分設(shè)備的結(jié)構(gòu)、原理和使用方法，學(xué)習(xí)了一些基本的制造工藝。在學(xué)習(xí)過(guò)程中，經(jīng)常會(huì)遇見(jiàn)新鮮事物，時(shí)常會(huì)產(chǎn)生新奇想法，要善于把這些新鮮感和好奇心轉(zhuǎn)變?yōu)樘岢鰡?wèn)題和解決問(wèn)題的動(dòng)力。同時(shí)這些基礎(chǔ)工藝知識(shí)的學(xué)習(xí)為以后的創(chuàng)新孵化提供了實(shí)踐方法和基本技能，增強(qiáng)了同學(xué)們的綜合創(chuàng)新實(shí)踐能力。
0.3 機(jī)械制造工程訓(xùn)練教學(xué)要求
工程訓(xùn)練是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的課程，不同于一般的理論課程。它沒(méi)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(chǎn)經(jīng)驗(yàn)和工藝知識(shí)；主要的學(xué)習(xí)課堂不是教室，而是工廠或?qū)嶒?yàn)室；主要的學(xué)習(xí)對(duì)象不是書(shū)本，而是具體的生產(chǎn)過(guò)程，學(xué)習(xí)的指導(dǎo)者是現(xiàn)場(chǎng)的教學(xué)指導(dǎo)人員，因此學(xué)生的學(xué)習(xí)方法主要是在實(shí)踐中學(xué)習(xí)。要注重在生產(chǎn)過(guò)程中學(xué)習(xí)工藝知識(shí)和基本技能，并能理論聯(lián)系實(shí)際融會(huì)貫通；同時(shí)應(yīng)及時(shí)完成實(shí)習(xí)、實(shí)驗(yàn)報(bào)告，加強(qiáng)理論知識(shí)的鞏固。
工程訓(xùn)練的教學(xué)要求是：
（1）了解制造的一般過(guò)程和基礎(chǔ)知識(shí)，熟悉零件的常用加工方法及其所用的主要設(shè)備與工具；了解新工藝、新技術(shù)、新材料在現(xiàn)代制造中的應(yīng)用。
（2）對(duì)簡(jiǎn)單零件初步具有選擇加工方法和進(jìn)行工藝分析的能力，在主要加工工藝方面應(yīng)能獨(dú)立完成簡(jiǎn)單零件的加工，并培養(yǎng)一定的工藝實(shí)踐能力。
（3）培養(yǎng)學(xué)生的安全意識(shí)、生產(chǎn)質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)觀念、理論聯(lián)系實(shí)際和認(rèn)真細(xì)致的科學(xué)作風(fēng)以及熱愛(ài)勞動(dòng)和愛(ài)護(hù)公物等基本素質(zhì)。
0.4 機(jī)械制造工程訓(xùn)練學(xué)生實(shí)習(xí)守則
（1）嚴(yán)格遵守勞動(dòng)紀(jì)律，做到不遲到、不早退、不曠課，一般不得請(qǐng)事假，特殊情況應(yīng)履行請(qǐng)假手續(xù)，因病請(qǐng)假需醫(yī)院證明。
（2）實(shí)習(xí)期間要服從指導(dǎo)教師的安排，未經(jīng)允許不得擅自開(kāi)動(dòng)設(shè)備，不允許串崗、不允許打鬧、不允許抽煙、不允許玩手機(jī)。
（3）實(shí)習(xí)時(shí)要穿合適的工作服，平底鞋，不準(zhǔn)穿拖鞋、涼鞋、裙子、風(fēng)衣，不得戴圍巾、手套進(jìn)行操作（規(guī)定可戴手套的工種除外），女同學(xué)要戴安全帽，并將長(zhǎng)發(fā)或辮子納入帽內(nèi)。
（4）實(shí)習(xí)時(shí)要認(rèn)真聽(tīng)老師講解，仔細(xì)觀看老師的示范，操作設(shè)備時(shí)要大膽、心細(xì)，認(rèn)真遵守各類設(shè)備的安全操作規(guī)程，避免人身、設(shè)備事故的發(fā)生。
（5）操作設(shè)備時(shí)若發(fā)生問(wèn)題，應(yīng)立即停機(jī)，保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)，并立即報(bào)告指導(dǎo)老師；多人共用一臺(tái)機(jī)床時(shí)，只能一人操作，嚴(yán)禁兩人同時(shí)操作，以防止事故發(fā)生。
（6）實(shí)習(xí)中應(yīng)注意勤儉節(jié)約，降低原材料和低值易耗品消耗，在保證實(shí)習(xí)的前提下盡量降低實(shí)習(xí)成本。
（7）每天實(shí)習(xí)完畢，要求做到：
①整理和清點(diǎn)自己的工件、工具和量具；
②將設(shè)備擦拭干凈，周邊環(huán)境清掃干凈；
③關(guān)好電源和窗戶，經(jīng)老師檢查并同意后方可離崗。
（8）如不遵守上述規(guī)定，經(jīng)勸告無(wú)效，工程訓(xùn)練中心將停止其實(shí)習(xí)。
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(lái)制造工程構(gòu)件和機(jī)械零件的材料，它既指用于機(jī)械、車輛、船舶、建筑、化工、能源、儀器儀表、航空航天等工程領(lǐng)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(xiàn)代工程材料種類繁多，目前世界上的材料已有 40多萬(wàn)種，且每年還以 5%的速度在增加。一般按照材料的組成、結(jié)合鍵的特點(diǎn)，可將工程材料分為三大類：金屬材料、非金屬材料和復(fù)合材料。它們的具體分類如圖1-1所示。
圖1-1 常用機(jī)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(zhì)，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(yīng)用最廣的是黑色金屬。以鐵為基的合金材料占整個(gè)結(jié)構(gòu)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(jià)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(diǎn)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(lái)，高分子、陶瓷等非金屬材料急劇發(fā)展，在材料的生產(chǎn)和使用方面均有重大的進(jìn)展，正在越來(lái)越多地應(yīng)用于各類工程中。隨著科技與生產(chǎn)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(huì)起到一些金屬材料所沒(méi)有的作用。例如塑料，由于質(zhì)輕，比強(qiáng)度高，不溶于水，不導(dǎo)電，不導(dǎo)熱，可廣泛用于各類工業(yè)產(chǎn)品包裝、農(nóng)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(xiàn)代領(lǐng)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(jié)等二次加工，目前在新興起的 3D打印市場(chǎng)上頗受青睞，可用來(lái)制作機(jī)械、汽車、電子儀表和建筑等工業(yè)領(lǐng)域的各種構(gòu)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(diǎn)高、抗氧化性好和耐腐蝕性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，可以用來(lái)制作刀具、模具、坩堝、耐高溫零件以及多功能元件等。
復(fù)合材料是由兩種或兩種以上不同性質(zhì)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(diǎn)，而且還可獲得單一材料無(wú)法具備的優(yōu)越綜合機(jī)械性能。玻璃鋼、碳纖維強(qiáng)化塑料（ CFRP）、纖維增強(qiáng)金屬（ FRM）、金屬 -塑料層輯材料等都是復(fù)合材料的例子。 
1.2 常用金屬材料簡(jiǎn)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(gòu)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(huì)，以為黑色金屬一定是黑的，其實(shí)不然。黑色金屬只有三種：鐵、錳、鉻。而它們?nèi)齻�(gè)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?yàn)殍F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(zhì)量分?jǐn)?shù)在 2.11%以下的鐵碳合金稱為鋼，碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)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(jìn)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(gòu)成的合金。下面就常用的金屬做簡(jiǎn)單的介紹。
1. 鋼
鋼按其化學(xué)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(chǔ)上，冶煉時(shí)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(zhì)，如硅、錳、硫、磷等。其中硫和磷通常是有害雜質(zhì)，必須嚴(yán)格控制其含量。
1）碳素鋼
根據(jù)生產(chǎn)上的需要有多種方法對(duì)碳素鋼進(jìn)行分類。
（1）按化學(xué)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(zhì)量分?jǐn)?shù)≤0.25%，其性能特點(diǎn)是強(qiáng)度低，塑性、韌性好，鍛壓和焊接性能好；中碳鋼的碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在 0.25%～0.60%，這類鋼具有較高的強(qiáng)度和一定的塑性、韌性；高碳鋼的碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)＞0.6%，經(jīng)適當(dāng)?shù)臒崽幚砗�，可達(dá)到很高的強(qiáng)度和硬度，但塑性和韌性較差。
（2）按用途不同，可分為碳素結(jié)構(gòu)鋼和碳素工具鋼。碳素結(jié)構(gòu)鋼主要用于制造機(jī)械零件和工程結(jié)構(gòu)，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(zhì)量等級(jí)（有害雜質(zhì)含量）不同，可將碳素鋼分為普通質(zhì)量碳素鋼、優(yōu)質(zhì)碳素鋼和特殊質(zhì)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(jié)構(gòu)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(chǎn)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(tuán)絮狀石墨）等，它們的碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)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(fù)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(chǎn)鑄件。灰鐵的抗拉強(qiáng)度、塑性和韌性都遠(yuǎn)低于鋼，但抗壓性能好，還具有
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