工程训练(金工实训)学习指南

“工程训练（金工）”教学大纲
教学目的：
工程训练是理论与实践一体化的技术基础课，它是以机械制造过程为平台，机械制造技术为手段，采用实践教学模式，开展专业知识理论、技术工艺实践和工程素质等的训练；通过学习技术及工艺，发挥学生主观能动性，遵循必要规则，从经济、环保、效率、新方法等多方面的扩展工程综合能力，培养学生具备现代工业领域中特别是机械工程方面的具有知识交叉的扩展能力、创新意识和创新能力。

教学任务：
以工业导论、工业生产过程为引领；以课程教材、课程网络教学系统、虚拟现实操作平台和理论授课相结合方式进行理论学习；结合实训面授和实际操作，进行分项结果点评和评价；然后课程总结复习，网络机考或书面考试，各部分成绩按权重统计总评，完成课程教学。

教学内容：
由以下各项目组成相关教学单元，组织教学资源，进行教学活动。

单元教学目标和任务：
⒈导论 3学时
工业生产基本过程简介、机械制造基本方法和特点。

课程学习方法、学习资源和背景介绍。

课程的时间安排及课程运行、考评方式。

课程实践教学的安全准则教育，安全责任书、着装等过程落实。

⒉铸造 3学时
了解铸造生产的工艺过程、特点、应用。

了解浇铸系统的作用及组成。

了解铸造生产的安全操作。

⒊压力加工 3学时
了解压力加工的工艺过程、特点及作用。

熟悉冷冲压的原理、应用。

利用冲压模加工冲压件。

了解锻造生产的安全操作。

⒋焊接 3学时
了解焊接方法的种类、特点、应用及生产过程。

了解常用电焊、气焊方法。

熟悉点焊、氩弧焊、钎焊。

了解焊接生产的安全操作。

⒌热处理 3学时
了解常用金属材料及其应用。

认识热处理对钢材力学性能影响。

基本掌握常见的热处理方法及其特点。

了解热处理生产的安全操作
⒍车削 3学时
了解车床的基本加工方法及基本结构。

掌握简单零件的车削方法。

了解车刀材料和车刀几何角度。

了解车削加工的安全操作。

⒎铣削 3学时
了解铣削加工原理及铣床基本组成。

认识常用铣刀及其安装方法。

了解分度头和回转工作面的使用方法。

掌握常用的铣削工艺。

了解铣削加工的安全操作。

⒏磨削 3学时
了解磨削加工原理及磨床组成。

了解砂轮材料的组成。

掌握平面磨方法。

了解磨削加工的安全操作。

⒐钳工 3学时
掌握钳工常用工具的使用方法。

了解钻床加工及其特点。

了解装配工艺及注意事项。

了解钳工和钻削加工的安全操作。

⒑电火花成型 3学时了解电火花成型加工的原理及应用范围。

了解电火花成型加工机床的组成、作用。

会进行简单的操作。

了解电火花加工的安全操作。

⒒车削加工 3学时了解数控车床加工及其组成。

认识常用ISO代码及其变成应用。

编制简单的数控车加工程序并加工零件。

了解数控加工的安全操作。

⒓电火花线切割 3学时掌握电火花线切割加工的原理及应用范围。

了解电火花线切割加工机床的组成、作用。

掌握编程方法。

⒔齿轮 1.5学时了解齿轮加工原理、机床。

参观插齿、滚齿操作。

⒕桌面加工 3学时了解桌面加工机床的组成、工作原理
进行简单零件加工。

了解桌面加工机的安全操作。

⒖CAD/CAM 3学时掌握CAD/CAM一体化概念，在产品设计加工中的应用。

了解Cimatron软件的常用功能，对简单零件建模。

了解局域网及网络制造概念。

⒗FMS 3学时了解FMS的概念、应用。

了解机器人的工作原理。

对其他先进制造技术有基本了解。

⒘数控铣削 3学时了解数控铣床加工及其组成。

认识常用ISO代码及其编程应用。

编制简单的数控铣加工程序并加工零件。

⒙逆向工程 3学时了解逆向工程的原理及发展。

了解逆向工程数据测量基本方法。

熟悉三维重建软件和步骤。

了解CMM基本测量操作模式和方法。

了解快速原型制造的基本方法。

了解加工中心原理、编程和工艺方法。

了解数控铣削的安全操作。

教学活动基本要求：
教学活动应使教师和学生围绕一下可测评结果展开
●了解机械零件的常用加工方法及其所用主要设备的工作原理及典型结构、工、夹、量具的使用及安全操作技术；
●对简单零件初步具有选择零件材料、毛坯、加工工艺方法和进行工艺分析的能力；
● 对机械制造中的数控技术、计算机辅助制造技术、特种加工等先进制造技术有一个较为系统的了解；
● 机械制造常用主要设备的操作能力的掌握；
● 简单测量工具的使用技能；
● 了解一般机械制造的全过程；
●初步了解机械制造企业的管理；
● 初步具有工程技术人员的工程素质；
● 提高创新意识和创新能力。

教学方法基本要求：
实习操作面授结合理论自学的方式，完成知识、能力和素质三方面的提高。

学生成绩按理论、实践、平时、考试相结合总评；由实习模块中各项目的过程及结果组成实践分，由实训报告、大作业和考试成绩组成理论分，原则上各占总成绩的50％。

“工程训练（金工）”学习指南课程体系与项目的关系：
主模块子模块基本内容
课程概述导论工业生产基本过程、机械制造基本方法；课程学习方法、学习资源和背景介绍；课程运行安排、考评方式；
实践教学的安全准则、安全责任分解
材料及热加工工艺基础训练
铸造
铸造生产的工艺过程、特点、应用、安全操作；
砂型结构特点。

认识型砂、芯砂及其作用；
浇铸系统的作用及组成
压力加工
压力加工的工艺过程、特点及作用；
模锻、自由段的特点；
简单钢制零件的锻造方法；
冷冲压的原理、应用
焊接
焊接方法的种类、特点、应用及生产过程；
常用焊接接头形式和坡口形式；
常用电焊、气焊方法，了解氩弧焊、压力焊
热处理
钢材的力学性能；
热处理对钢材力学性能影响；
常用的热处理方法及其特点
冷加工工艺基础训练
车削
车床的基本加工方法及基本结构；
简单零件的车削方法；
车刀材料和车刀几何角度；
车削螺纹的调整加工方法
铣削
铣削加工原理及铣床基本组成；
常用铣刀及其安装方法；
分度头和回转工作面的使用方法；
常用的铣削工艺
磨削
磨削加工原理及磨床组成；
砂轮材料的组成及其修磨方法；
平面磨方法、了解外圆磨
钳工
钳工常用工具的使用方法；
钻床加工及其特点；
装配工艺认识及注意事项
齿轮加工
齿轮加工原理、机床；
插齿或滚齿操作
先进制造技术训练数控加工
数控车床加工及其组成；
数控铣床加工及其组成；
常用ISO代码及其编程应用；
简单的数控车、铣加工程序编制并加工合格零件
电火花成型
加工电火花成型加工的原理及应用范围；电火花成型加工机床的组成、作用；进行简单操作
电火花线切割加工电火花线切割加工原理及应用范围；电火花线切割加工机床的组成、作用；进行简单操作
桌面雕刻桌面雕刻机床的组成、工作原理；创新零件加工
CAD/CAM CAD/CAM一体化概念，产品设计加工中的应用；Cimatron软件的常用功能，对简单零件建模；
网络制造基本知识及操作，程序传输实时加工零件
加工中心加工中心加工原理、编程和工艺方法
FMS （机器人）FMS基本概念及应用，其他先进制造技术；机器人工作原理；
FMS编程，简单零件的加工和测量
激光加工激光孔加工、激光焊接
三坐标测量零件测量、零件三维模型重建
快速原型制
造
快速原型制造原理和方法
课程学习方法：
对授课内容悉心听取和领会，对按主模块和子模块编排的项目反复实践、巩固技能，对理论知识按教材、分章节作要点学习，进行作业和预测，真正掌握工程训练课程的内涵，提升自身的工程能力。

课程学习要点：
要点1——工程材料及热处理
一、工程材料
黑色金属
金属材料
材料有色金属
非金属材料
使用性能（力学性能、物理性能和化学性能等）
材料性能
工艺性能（铸造性能、焊接性能、压力加工性能、切削性能和热处理性能）
掌握常用碳素钢（碳素结构钢Q235，优质碳素结构钢45、碳素工具钢T8、T12）、合金钢（在碳素钢的基础上加入合金元素，使得材料的性能提高或具有特殊的性能）和铸铁（HT200、KTH330-08）的分类、牌号、性能、应用。

二、钢的热处理
⒈热处理概念：钢的热处理基本工艺有：退火、正火、淬火和回火。

退火——加热到一定温度，经保温后随炉冷却；
正火——加热到一定温度，经保温后在空气中冷却；
淬火——加热到临界温度以上的某一温度，经保温后以快速冷却（即大于临界冷却速度）；
回火——将淬火后的工件重新加热到临界点一下的某一温度，经长时期保温后缓慢冷却。

可分为：
⑴低温回火（150～250℃）目的是消除和降低淬火钢的内应力及脆性，提高韧性，使零件具有较高的硬度（58～63HRC）。

主要用于各种工、量、模具及滚动轴承等，如用T12钢制造的锯条、锉刀等，一般都采用淬火后低温回火；
⑵中温回火（350～500℃）中温回火后工作的硬度有所降低，但可使钢获得较高的弹性极限和强度（35～45HRC）。

主要用于各种弹簧的热处理；
⑶高温回火（500～650℃）通常将钢件淬火后加高温回火，称为调质处理。

经调质处理后的零件，既具有一定的强度、硬度，又具有一定的塑形和韧性，即综合力学性能较好（25～35HRC）。

主要用于轴、齿轮、连杆等重要结构零件。

如各类轴、齿轮、连杆等采用中碳钢制作，经淬火+高温回火后，即可达到使用性能的要求。

一般随着回火温度的升高，钢的强度和硬度下降，而塑形、韧性上升。

要点2——铸造
铸造是熔炼金属、制造铸型后，将熔融金属浇入与零件形状相适应的铸型，凝固后获得一定形状和性能的铸件成型方法。

铸件一般是尺寸精度不高，表面粗糙的毛坯，必须经切削加工后才能成为零件。

若对零件表面要求不高，也可直接使用。

一、铸造的特点及应用
⒈特点
⑴铸造可以制成形状和内腔十分复杂的铸件，特别是具有内腔的毛坯如各种箱体、气缸体、气缸盖等；
⑵铸造的适应性强，可用于各种材料，如有色金属、黑色金属、铸铁和铸钢等，但以黑色金属为主；可生产不同的尺寸及质量的铸件，如壁厚可做到小于1mm、铸造的质量可以是提高的几克重达几百吨的铸件等；
⑶铸件生产成本低，设备投资少，原材料价格低，来源广等。

因此铸造在机械制造中获得广泛的应用，但铸造生产工艺过程难以精确控制；铸件的化学成分和组织不太均匀、晶粒粗大、组织疏松，常有气孔、夹渣、砂眼等缺陷存在，使得力学性能不如锻件高的缺点。

但随着新工艺、新材料的不断发展，铸件的质量也在不断提高。

⒉应用
主要应用在各种箱体和非承受载荷的低速齿轮等。

如机床床身、齿轮箱、变速箱、手轮、内燃机气缸体、气缸盖、火车轮、皮带轮、台虎钳钳座等。

铸造生产方法很多，主要分为两大类：
⑴砂型铸造；
⑵特种铸造。

二、型（芯）砂
芯砂的性能要求比普通型砂的综合性能要高。

三、砂型铸造工艺
⒈铸造工艺参数及其确定
⑴收缩余量；
⑵加工余量；
⑶起模斜度（起模斜度的大小与壁的高度、造型方法、模样材料及其表面粗糙度有关）；
⑷铸孔、铸槽和型芯头；
⑸铸造圆角。

⒉造型工艺
造型时必须考虑到的工艺问题主要是分型面和浇铸系统，它们直接影响铸件的质量及生产率等。

⑴分型面的确定（分型面是指上、下砂型的接触表面。

分型面确定的原则：分型面应该选择在模样的最大截面处）；
⑵应使铸件上的重要加工面朝下或处于垂直位置；
⑶应使铸件的全部或大部分位于同一砂箱内，以减少错箱和提高铸件精度。

⒊浇铸系统和冒口
⑴浇铸系统：
浇铸系统是指液体金属流入铸型的通道，并能平稳地将液体金属引入铸型，要有利于挡渣和排气，并能控制铸件的凝固顺序。

如浇铸系统开设得不好，铸件易产生浇不足、缩孔、冷隔、裂纹和夹杂物等缺陷。

典型浇铸系统一般包括：
①外浇口——缓冲液体金属浇入时的冲击力和分离熔渣；
②直浇道——了解外浇口和横浇道的垂直通道，利用其高度使金属业产生一定的静压力而迅速地充满型腔；
③横浇道——位于内浇道之上，连接直浇道和内浇道，稳定金属液的流动，使金属液平稳地径内浇道流入型腔并向各内浇道分配金属液，还起到挡渣作用；
④内浇道——直接和型腔相连的通道，可控制金属液流入型腔的位置、速度和方向。

⑵冒口：
冒口主要起补缩作用，同时还兼有排气、浮渣及观察金属液体的流动情况等。

一般安放在铸件壁厚处或顶部。

四、熔炼设备
⒈铸铁——冲天炉；
⒉铸钢——电弧炉；
⒊有色金属——坩埚炉。

五、特种铸造
⒈熔模铸造；
⒉金属型铸造；
⒊压力铸造；
⒋离心铸造:
离心铸造是在离心力的作用下成型，所以铸件组织致密，无缩孔、气孔、渣眼等缺陷，因此力学性能较好。

铸造空心旋转体铸件不需要型芯和浇铸系统，铸件不需要冒口补缩，省工省料、生产率高、质量好、成本低。

六、造型操作技术
七、造型方法
造型方法有手工造型和机器造型。

手工造型方法：整模两箱造型、分模两箱造型、挖砂造型、假箱造型、活块造型、刮板造型、三箱造型。

八、造芯
型芯的主要作用是形成铸件的内腔。

九、浇注温度
浇注温度偏低，金属液流动性差，易产生浇不足、冷隔、气孔等缺陷；浇注温度过高，铸件收缩大，易产生锁孔、裂纹、晶粒粗大及粘砂等缺陷。

合适的浇注温度应根据铸造合金种类、铸件的大小及形状等确定。

要点3——压力加工
一、压力加工的特点及应用
金属压力加工的主要方法有轧制、拉拔、挤压、自由锻、模锻和板料冲压等。

锻压是锻造和冲压的总成。

它是对坯料施加压力，使其产生塑性形变，改变其形状尺寸并改善性能，以制造机械零件、工件或毛坯的成型方法。

⒈特点
金属材力经锻压后，其组织和性能得到了改善。

特别是铸态组织，通过压力加工或锻造后，其内部的缺陷，如裂纹、气孔、缩松等缺陷得到了压合，使其结构致密，晶粒细化，力学性能大大提高。

与铸造、焊接相比，锻压加工一般只能获得形状较简单的毛坯制件。

⒉应用
承受重载的机器零件，如主轴、曲轴、齿轮等，均应进行锻压。

锻压属于金属压力加工范畴。

锻造和冲压是在加压设备及工（模）具的作用下，是坯料产生局部或全部的塑性变形，以获得一定几何尺寸、形状和质量的锻件或冲压件的加工方法。

按成型方法不同，锻造可分为自由锻和模锻两大类。

二、金属的加热
金属材料的可锻性一般可用塑形和变形抗力来衡量。

加热的目的是为了提高金属的塑形，降低变形抗力。

随着含碳量的提高，金属材料的可锻性下降。

一般认为工业纯铁、低碳钢的可锻性最好，而中碳钢、高碳钢、铸铁、硬质合金、有色金属等可锻性较差。

加热温度高，则金属的塑性好，变形抗力小。

但加热温度不能过高，因为超过一定温度后，金属易出现氧化、脱碳、过热和过烧等缺陷。

因此，加热高温度不出现过热为前提，此即始锻温度。

金属在热变形加工时，当温度降低到一定程度后，金属塑性变差，变形抗力增大，不仅难以继续变形，且易产生裂纹，因此必须停止锻造，重新加热，此即终锻温度。

如45号钢的始锻温度为1150～1200℃，终锻温度为800℃。

三、锻造设备
手工锻
自由锻
机器锻
锻造工艺脱模锻
模锻
自由锻设备主要有：空气锤、蒸气-空气锤和压力机（水压机、油压机）等。

四、自由锻基本工序
镦粗、拔长、冲孔、弯曲、扭转、错移、切割等。

其前3种应用较多。

五、板料冲压
板料冲压一般是在室温下，利用安装在压力机上的模具，对板料施加压力，使其产生变形或分离的工艺过程，此时也可成为冷冲压。

剪切
分离工序
冲裁等
板料冲压
弯曲
变形工序拉伸
成型等
要点4——焊接
焊接是通过加热或加压（或两者并用），是焊件形成原子结合的一种连接方法。

焊接时根据焊接工艺可以采用填充材料，也可以不用填充材料。

一、焊接的特点及应用
⒈特点
焊接实现的连接是不可拆卸的永久性连接，采用焊接方法制造的金属构件，可以节省材料，简化制造工艺，缩短生产周期，且连接处具有良好的使用性能。

但焊接不当会产生缺陷、应力和变形等，须加以预防和消除。

⒉应用
焊接广泛应用于制造各种金属结构件，如：桥梁、船体、建筑、压力容器、锅炉、车辆、飞机等；也常用于机器零件毛坯，如：机架、底座、箱体、吊车车架等；还可用于修补铸件、锻件的缺陷以及局部损坏的零件，具有较大的经济效益。

焊接方法很多。

按照焊接原理，可分为三大类：
⑴熔化焊
主要有电弧焊、气焊和电渣焊等焊接方法。

电弧焊又有焊条电弧焊、埋弧自动焊、气体保护焊等。

⑵压力焊
主要有电阻焊、摩擦焊等焊接方法。

电阻焊又有电焊、对焊、缝焊等方法。

⑶钎焊
可分为硬钎焊和软钎焊两类。

钎焊原则上能焊接各种同质金属或异质金属材料，但焊接性能相差很大，需要选用相应的焊接方法和焊接工艺措施才能实现所需要的性能。

因此，可焊性被认为是获得优质焊接接头的焊接方法及焊接工艺的可行性。

对于金属材料，焊接性能一般随着含碳量的增加，可焊性下降。

所以纯铁、低碳钢的焊接性能最好，而高碳钢、铸钢、铸铁、某些有色金属和异种材料的焊接性能较差。

焊接性较差的材料一般不用来制作焊接结构件，只用作焊补。

二、焊条电弧焊
⒈电弧焊焊条
焊条由焊芯和药皮两部分组成。

⑴焊芯的作用：
①作为电极传导电流，产生电弧；
②熔化后又作为焊缝的填充金属、
⑵药皮的作用：
①改善焊接工艺；
②机械保护作用；
③冶金处理作用。

焊接不同的材料应选用不同的焊条，并非选用焊条强度级别高的，就能提高焊缝质量。

焊条选择原则主要有等强度原则和同分原则。

⒉焊条直径选择
焊条直径根据被焊工件的厚度和焊接质量来选择。

⒊焊接电流选择
焊接电流根据焊条直径来选择、
三、气焊与气割
⒈气焊
气焊是利用可燃气体燃烧的高温火焰来融化母材填充金属一种焊接方法。

气焊通常使用的气体是乙炔和氧气。

调节乙炔和氧气的比例，可得到三种不同的火焰：
⑴中性焰（O2/C2H2 = 1.0～1.2）火焰呈中性，应用最广。

常用于焊接低中碳钢、合金钢、铜和铝合金等，如：桥梁、机架等；
⑵谈火焰（O2/C2H2 = 1.0～1.2）火焰呈还原性，有增碳作用。

常用于焊接高碳钢、铸铁、硬质合金等；
⑶氧化焰（02/C2H2 = 1.0～1.2）火焰呈氧化性一般较少采用。

可用于焊接黄铜。

气焊时，一般焰芯顶端应距焊件2-3mm。

气焊操作要领:点火时，先微开氧气阀，再开乙炔阀;灭火时，先关乙炔阀，再关氧气阀;回火时，应先关乙炔阀，再关氧气阀。

与电弧焊相比，气焊火焰温度比电弧焊低，热量分散，生产率低，焊接变形大，接头质量差。

但气焊火焰种类和大小可控制，操作较方便，灵活性强，且不需要电源，可在没有电源的地方应用。

气焊适用于焊接厚度为3mm以下的低碳钢薄板，高碳钢、铸件、硬质合金的补焊，以及铜、铝等有色金属及合金的焊接。

⒉气割
气割是利用某些金属在纯氧中燃烧的原理来实现金属切割的方法。

满足气割条件的金属材料有低、中碳钢和低合金钢;而高碳钢、铸铁、高合金钢及铜、铝等有色金属及合金，均难以进行气割。

四、电阻焊
⒈电阻焊特点
低电压、弧电流、焊接时间短、不需耍填充金属、焊接变形小、生产率高、操作简单，易于实现机械化和自动化。

⒉电阻焊基本形式
⑴点焊:主要用于焊接厚度为4mm以下的薄板结构；
⑵缝焊:即连续的点焊，主要用于焊接厚度为3mm以下，要求密封的容器和管道。

⑶对焊:直径小于20mm及强度要求不高的焊件，如棒材、管材可用对焊。

五、钎焊
钎焊是采用比母材熔点低的金属材料作为钎料，将焊件接头和钎料同时加热到钎料熔化而焊件不熔化，使液态钎料渗入接头间隙并向接头表面扩散，形成钎焊接头的方法。

按钎料熔点不同，钎焊可分为：
⒈硬钎焊
钎料熔点大于450℃，接头强度大于200MPa的钎焊。

主要用于接头受力较大，工作温度较高的焊件。

如:刀具的刀头和刀体、汽车空调冷凝器与蒸发器
⒉软钎焊
钎焊熔点小于450℃.接头强度小于70MPa的钎焊。

主要用于受力不大工作温度较低的焊件。

如:电路板元器件、精密仪表机械等。

钎焊与熔化焊相比，加热温度低，接头金属组织和性能变化及焊接变形小，尺寸容易保证，生产率高，易于实现机械化和自动化，可焊接异种金履，但接头强度较低，特别是冲击韧性较低。

耐热能力较差。

要点5——切削加工基础知识
金属切削加工是通过刀具与工件的相对运动，从毛坯上切去多余的金属，以获得形状、尺寸、加工精度和表面粗糙度都符合要求的零件加工方法。

一、金属加工的两种类型
金属切削加工分为钳工和机械加工两大类。

⒈钳工
一般由工人手持工具对工件进行切削加工，包括画线、锯削、锉削、攻丝和套扣、刮研、钻孔、铰孔及装配等。

⒉机械加工
通过各种金属切削机床对工件进行切削加工，如车（数控车床）、铣（数控铣床）、磨、钻、刨及特种加工（如线切割、电火花加工）等。

二、切削运动和且销量
⒈切削运动：
⑴主运动；
⑵进给运动。

⒉切削用量三要素：
⑴切削速度v c；
⑵进给量f；
⑶背吃刀量αp；
切削用量三要素对刀具耐用度影响最大的是切削速度，其次是进给量，最小的是背吃刀量。

因此，在选定合理的刀具后，切削用量的选择顺序依次是，
粗车：背吃刀量→进给量→切削速度；
精车：切削速度→进给量→背吃刀量。

三、刀具的几何角度
金属切削刀具种类繁多，构造各异，比较典型的是车刀。

其它刀具的切削部分都可看作以车刀为基本形态演变而成、可以以车刀为例分析刀具切削部分的几何角度。

⒈车刀的组成
车刀由刀头和刀体两部分组成。

刀体是将车刀固持在刀架上，起支承与传力的作用，也称为刀杆或刀柄。

刀头为切削部分，刀头一般由三个面、两个刃和一个尖组成，分别是：
⑴前刀面；
⑵主后面；
⑶副后面；。