275-《工程材料及机制基础》课程教学大纲

《工程材料及机制基础》课程教学大纲
课程编号：
课程中文名称：工程材料及机制基础
课程英文名称： Engineering Materials and Foundation of Mechanical Manufacturing
总学时：102
总学分：6
课程性质：专业基础课
开设学期及周学时分配：第四学期，1～17周，每周6学时
适用专业及层次：机械制造及自动化、机械设计、过程装备与控制和材料成型加工等专业的本、专科
相关课程：机械制图、工程力学、理论力学、机械设计
教材：
1．《机械工程材料》，赵程等主编，机械工程出版社，2002年8月
2．《金属工艺学》（第五版），骆志斌主编，高等教育出版社，2000年7月
3.《现代工程材料成形与机械制造基础》，李爱菊主编，高等教育出版社，2005年3月
4．《金属工艺学》，邓文英主编，高等教育出版社，2000年7月
5. 《现代工程材料成形与机械制造基础》，李爱菊等主编，机械工业出版社，2001年7月
推荐参考书：
1．《工程材料》，崔占全等主编，机械工业出版社，2003年3月
2．《工程材料学习指导》，崔占全等主编，机械工业出版社，2003年3月
3．《工程材料》，崔占全等主编，哈尔滨工程大学出版社，2001年5月
4．《工程材料辅助教材》，邱平善等主编，哈尔滨工程大学出版社，2001年5月
5．《工程材料》，朱张校等主编，清华大学出版社，2000年5月
6．《工程材料习题集》，郑明新等主编，清华大学出版社，1993年6月
7．《机械工程材料》，沈 莲等主编，机械工业出版社，2000年7月
8．《机械工程材料》，杨瑞成等主编，重庆大学出版社，2000年7月
9．《材料成形基本原理》，刘全坤等主编，机械工业出版社，2004年10月
10．《工程材料及成形技术》，王爱珍等主编，机械工业出版社，2001年3月
11.清华大学金工教研室，金属工艺学实习教材，北京：高等教育出版社，1994
12.严绍华，金属工艺学实习，北京：清华大学出版社，1993
13.李卓英，金工实习教材，北京：北京理工大学出版社，1995
14.吴祖育，数控机床，上海：上海科学技术出版社1996
15.陈家芳，实用金属切削加工工艺手册，上海：上海科学技术出版社，1996
16.赵世华，金属切削机床，北京：航空工业出版社，1994
17.李伯民，实用磨削技术，北京：机械工业出版社，1996
18.刘晋春，特种加工，北京：机械工业出版社，1994
19.孙大涌. 先进制造技术. 北京：机械工业出版社，2000
20.李伟光. 现

代制造技术. 北京：机械工业出版社，2001
21.机械工程手册编辑委员会. 机械工程手册：机械制造工艺及设备卷(二) 第2版. 北京：机械工业出版社，1997
22.吴桓文. 工程材料及机械制造基础(Ⅲ)机械加工工艺基础. 北京：高等教育出版社，1990
23.卢秉恒主编. 机械制造技术基础. 北京：机械工业出版社，1999
24.张世昌，李旦等. 机械制造技术基础. 北京：高等教育出版社，2001
25.傅水根主编. 机械制造工艺基础(金属工艺学冷加工部分). 北京：清华大学出版社，1998
26.傅水根.机械制造工艺基础（金属工艺学冷加工部分）.北京：清华大学出版社，1998
27.吉卫喜.机械制造技术.北京：机械工业出版社，2001
28.胡 传.特种加工手册.北京：北京工业大学出版社，2001
29.金庆同.特种加工.北京航空工业出版社，1988
30.刘晋春，赵家齐.特种加工（第二版）.北京：北京工业出版社，1994
31.荆学俭，许本枢.机械制造基础.济南：山东大学出版社，1995


一、 课程目的及要求
1．课程目的
工程材料及机制基础是高等工科院校机械类专业必修的综合性技术基础课，是一门实践性很强的技术基础课。它主要研究常用机械零件的制造工艺；制造机械零件的常用材料；机械零件的改性处理。通过这门课的学习，可以使学生获得常用工程材料及机械零件加工工艺的基础知识，为进一步学习其他有关课程及以后从事机械产品设计和加工制造方面的工作奠定基础。
2．教学要求
通过本课程的学习，要求学生
（1）熟练掌握工程材料的基本性能与金属学的基础知识；
（2）能够利用铁碳合金相图，分析铁碳合金的组织与性能的关系；
（3）熟练掌握各种常规热处理工艺以及材料的表面热处理技术，熟悉各种热处理新技术和新工艺；
（4）掌握常用工程材料（包括高分子材料，陶瓷材料）的组织，性能，应用与选用原则等；
（5）掌握常用金属材料及其性能对加工工艺的影响；
（6）熟练掌握切削加工的基础知识；
（7）熟练掌握各种常规表面的加工方法，熟悉各种新技术和新工艺；
（8）掌握各种特种加工方法；
（9）掌握数控机床加工和各种先进制造方法；
（10）了解机械制造经济性和管理
（11）了解机械制造业的环境保护
二、 课程内容及学时分配
1.绪论 (1学时)
课程内容：工程材料及制造技术的发展历史，现状和趋势；金属材料、无机非金属材料、高分子材料、复合材料的特点、历史、现状及发展趋

势；制造（工艺）技术的发展历史、现状和趋势。
2.工程材料的机械性能 （2学时）
课程内容：强度，刚度，硬度，弹性，塑性，冲击韧性
3.金属的晶体结构和结晶 （4学时）
课程内容：常见的三种晶体结构；金属实际结构及晶体缺陷；金属的同素异构转变
4.金属的塑性变形与再结晶 （4学时）
课程内容：金属的塑性变形；金属的再结晶
5.铁碳合金二元相图 （4学时）
课程内容：固态合金的相结构；匀晶，共晶及共析相图；铁碳合金相图的分析与应用
6.钢的热处理及表面热处理 （4学时）
课程内容：过冷奥氏体等温转变曲线的应用；常规热处理工艺及应用；钢的表面热处理：表面淬火，表面渗碳，氮化
7.合金钢及铸铁 （4学时）
课程内容：合金元素的作用；合金结构钢；合金工具钢；不锈钢；灰铸铁，可锻铸铁，球墨铸铁的性能，牌号和用途
8.金属及非金属材料 （4学时）
课程内容：铝及铝合金的牌号及用途，时效强化，变质处理；铜及铜合金的牌号及用途；轴承合金；常用工程塑料及选用；陶瓷材料及选用
9.材料的选用 （4学时）
课程内容：选材的一般原则；典型零件的选材及热处理方法
10.现代铸造技术 (4学时)
课程内容：现代铸造成形技术的工艺基础；常用铸件的生产；砂型铸造工艺和铸件结构设计；特种铸造
11.金属压力加工 (4学时)
课程内容：金属塑性变形理论；锻造方法；板料冲压工艺；特种压力加工方法
12.焊接技术 (4学时)
课程内容：电弧焊的原理、工艺过程及焊件结构设计等；常用金属材料的焊接；其它常用焊接方法等
1.切削加工基础知识 (14学时)
课程内容：零件表面的种类及其形成，加工各种表面的切削运动、切削用量三要素及其选择原则、切削层几何参数，切削刀具的材料、结构及切削过程中切屑的形成、种类、切削力、切削热、切削液、刀具的磨损及耐用度，磨具、磨削原理、磨削过程的原理，衡量材料切削加工性的指标、常用材料的切削加工性和改善材料切削加工性的方法，机械加工精度和机械加工表面质量所包含的内容、生产过程、工艺过程、生产纲领及工艺过程的组成，粗基准、精基准的选择原则。
2.零件

表面的常规加工方法 (14学时)
课程内容：外圆面、孔、平面的加工方法及加工方案的选择，锥面、成形面和螺纹的加工，齿轮齿形的加工方法如：铣齿、插齿、滚齿、齿形精加工及圆柱齿轮齿形加工方法的选择、影响零件切削加工工艺性的因素、工艺规程的概念、内容及作用以及制定零件加工工艺规程的原则、原始资料及步骤和制定工艺规程中的几个主要问题。
3.特种加工 (8学时)
课程内容：特种加工的产生和发展及其对机械制造工艺技术产生的影响，电火花加工、电解加工、超声波加工、激光加工、电子束加工和离子束加工等特种加工方法的原理、特点和应用范围
4.非金属材料的机械加工 (2学时)
课程内容：石材的加工、陶瓷的加工、塑料的加工、复合材料的加工、特种材料加工的发展趋势
5.电子设备制造基础 (1学时)
课程简介：电子设备的基本构成、集成电路制造工艺、壳体及插接件的制造技术、电子设备的组装
6.数控机床加工 (4学时)
课程内容：数控机床的基本组成、数控机床特点、数控机床编程、加工中心
7.先进制造技术 (2学时)
课程内容：计算机辅助设计及制造CAD/CAM、系统计算机辅助工艺设计CAPP、成组技术、柔性制造技术、计算机集成制造技术
8.机械制造经济性与管理 (1学时)
课程内容：机械制造企业管理、成本管理、质量管理、新产品生产的可行性分析
9.机械制造业的环境保护 (1学时)
课程内容：机械制造企业管理现状、成本与利润管理、新产品生产的可行性分析、机械工业的环境污染和环境保护技术
三、 教学重点与难点
1.工程材料的机械性能
教学重点： 强度，刚度，硬度，弹性，塑性
教学难点： 塑性
2.金属的晶体结构和结晶
教学重点：常见的三种晶体结构；金属实际结构及晶体缺陷；金属的同素异构转变
教学难点：常见的三种晶体结构；金属实际结构及晶体缺陷
3.金属的塑性变形与再结晶
教学重点：金属的塑性变形；金属的再结晶
教学难点：金属的塑性变形；金属的再结晶
4.铁碳合金二元相图
教学重点：匀晶，共晶及共析相图；铁碳合金相图的分析与应用
教学难点：铁碳合金相图的分析与应用

5.钢的热处理及表面热处理
教学重点：过冷奥氏体等温转变曲线的应用；常规热处理工艺及应用；钢的表面热处理
教学难点：过冷奥氏体等温转变曲线的应用
6.合金钢及铸铁
教学重点：合金元素的作用；合金结构钢、合金工具钢、不锈钢、灰铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁的性能，牌号和用途
教学难点：合金结构钢、合金工具钢、不锈钢、灰铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁的性能和牌号
7.金属及非金属材料
教学重点：时效强化，变质处理；铝及铝合金、铜及铜合金的牌号及用途；轴承合金；常用工程塑料、陶瓷材料及选用
教学难点：时效强化，变质处理；铝及铝合金、铜及铜合金的牌号及用途
8.材料的选用
教学重点：选材的一般原则；典型零件的选材及热处理方法
教学难点：典型零件的选材及热处理方法
9.现代铸造技术
教学重点：砂型铸造工艺和铸件结构设计；特种铸造
教学难点：砂型铸造工艺和铸件结构设计
10.金属压力加工
教学重点：金属塑性变形理论；锻造方法；板料冲压工艺；特种压力加工方法
教学难点：金属塑性变形理论；特种压力加工方法
11.焊接技术
教学重点：电弧焊的原理、工艺过程及焊件结构设计等；金属材料的焊接；其它常用焊接方法等
教学难点：电弧焊的原理、工艺过程及焊件结构设计等
1.切削加工基础知识
零件表面的种类及其形成，加工各种表面的切削运动、切削层几何参数，切削刀具的材料、结构及切削过程中切屑的形成、种类、切削力、切削热、切削液、刀具的磨损及耐用度，磨具、磨削原理、磨削过程的原理，衡量材料切削加工性的指标、常用材料的切削加工性和改善材料切削加工性的方法，机械加工精度和机械加工表面质量所包含的内容、生产过程、工艺过程、生产纲领及工艺过程的组成，
教学重点：掌握切削运动及切削用量三要素及其选择原则、切削刀具及其材料基本知识、切削过程及控制、砂轮及磨削过程、材料切削加工性及机械加工质量等概念、粗基准、精基准的选择原则。
教学难点：切削运动及切削用量三要素及其选择原则、切削刀具及其材料、切削过程及控制，砂轮及磨削过程、粗基准、精基准的选择原则。
2.零件表面的常规加工方法

教学重点：外圆面、孔和平面加工方法及加工方案的选择，锥面、成形面和螺纹的加工，齿轮齿形加工方法及选择、影响零件切削加工工艺性的因素、工艺规程的概念、内容及作用以及制定零件加工工艺规程的原则、原始资料及步骤和制定工艺规程中的几个主要问题。
教学难点：锥面、成形面和螺纹的加工，圆柱齿轮齿形加工方法的选择、影响零件切削加工工艺性的因素，粗基准、精基准的选择原则
3.特种加工
教学重点：掌握电火花加工、电解加工、超声波加工、激光加工、电子束加工和离子束加工等特种加工方法的原理、特点和应用
教学难点：掌握电火花加工、电解加工、超声波加工、激光加工、电子束加工和离子束加工等特种加工方法的原理、应用
4. 非金属材料的机械加工
教学重点：石材的加工、陶瓷的加工、塑料的加工、复合材料的加工
教学难点：石材的加工、陶瓷的加工、塑料的加工、
5.计算机及其它电子设备制造基础
教学重点：了解计算机的基本构成、壳体及插接件的成形、微机的组装
教学难点：计算机的基本构成
6.数控机床加工
教学重点：数控机床的基本组成、数控机床特点、
教学难点：数控机床的基本组成、
7.先进制造方法
教学重点：计算机辅助设计及制造CAD/CAM，系统计算机辅助工艺设计CAPP，成组技术，柔性制造技术，计算机集成制造技术
教学难点：计算机辅助设计及制造CAD/CAM，系统计算机辅助工艺设计CAPP，成组技术，数控加工技术
8.机械制造经济性与管理
教学重点：机械制造企业管理、成本管理
教学难点：机械制造企业管理
9.机械制造业的环境保护
教学重点：机械工业的环境污染和环境保护技术
教学难点：机械工业的环境保护技术
四、 主要教学方法：讲授
五、 典型作业练习
1． 纯金属的晶体结构有几种类型？都有什么特点？
2． 画出（111）、[111]、（110）、 [110]、（112）、[112]晶面及晶向，指明具有相同指数的晶面及晶向关系。
3． 铁碳合金的分类如何？铁碳合金的化学成分、组织及性能之间关系如何？
4． 塑性变形对金属的组织、性能有何影响？
5． 冷变形金属在加热过程当中组织与性能要发生那些变化？分析含0.6?C、1.2?C 的铁碳合金结晶过程，计算室温下的组织及相的相对含量。
6． 画出共析碳钢过冷奥氏体等温

转变C曲线，标明各点、线、区的意义；说
明合金元素对C曲线位置及形状的影响。
7． 钢在冷却时要发生那些相变？过程如何？过冷奥氏体等温（连续）转变C曲线有何应用？
8． 钢的淬火、退火、正火的温度如何确定？
9． 合金元素对铁碳相图临界点有何影响？对加热、冷却转变有何影响？
10． 列表说明结构钢、工具钢、特殊性能钢的类别、典型钢种的牌号、化学成分、 合金元素的作用、热处理特点、组织、性能及应用范围。
11． 指明下列金属材料牌号的类别、合金元素的作用、热处理特点、性能及应用：
Q235-AF、16Mn、20CrMnTi、40Cr、60Si2Mn、GCr15、T8、9SiCr、CrWMn、
W18Cr4V、Cr12MoV、5CrMnMo、5CrNiMo、3Cr2W8V、1Cr13、1Cr18Ni9Ti、
ZGMn13。
12． 铝极其合金、铜及其合金、钛及其合金、轴承合金的牌号、组织、性能及应用范围如何？
13． 齿轮、轴类等典型零件的选材及工艺路线设计如何？
14． 某汽车、拖拉机变速箱齿轮其力学性能要求是：表面要求高硬度、高耐磨性（HRC58～62）、心部要求具有一定韧性（HRC30～45）。请从下列牌号中选材、制定加工工艺路线、说明工艺中各种热处理工艺的作用。
Q235-AF、20CrMnTi、40Cr、60Si2Mn、GCr15、T8、9SiCr、CrWMn、
W18Cr4V、Cr12MoV、5CrMnMo、5CrNiMo、3Cr2W8V、1Cr13、1Cr18Ni9Ti、
ZGMn13
15．切屑是如何形成的?常见的有哪几种?
16．刀具的磨损形式有哪几种?刀具耐用度的含义和作用是什么?
17．试分析车外圆时各切削分力的作用。
18．在刀具磨损过程中一般分为几个磨损阶段?为什么有这样的规律性?
19．如何评价材料切削加工性能好坏?最常用的衡量指标是什么?改善材科切削加工性的途径有哪些?
20．机械加工表面质量的含义是什么?它与表面粗超度有何区别?图样上常标注哪一项?
21．镗床镗孔与车床镗孔有何不同?各适合于什么场合?
22．下列零件上的孔，用何种加工方案比较合理?
1)在单件小批生产中铸铁齿轮上的孔，φ20H7，Ra1.6μm
2)在大批量生产中铸铁齿轮上的孔，φ50H7，Ra0.8μm
3)变速箱体(铸铁)上传动轴的轴承孔，φ62J7，Ra0.8μm
4)高速钢三面刃铣刀上的孔，φ27H6，Ra0.2μm
23．为什么刨削、铣削只能得到中等精度和中等表面粗糙度?
24．用周铣法铣平面，从理论上分析顺铣比逆铣有哪些优点?在实际生产中目前多采用哪种铣削方式? 为什么?
25．下列零件上的螺纹，应采用哪种方法加工?为什么?
1)10000件标准六角螺母，M10-7H。
2)100000件十字头沉头螺钉，M8×30-8h，材料为Q235-A。

3)30件传动轴铀端的紧固螺纹，M20×l-6h。
4)500根车床丝杠螺纹的粗加工，螺纹为T32×6。
26．成形面的加工一般有哪几种方式?各有何特点?
27．试分析如图4-17所示零件的结构工艺性的好坏，并加以改进。
28．如图4-18所示，试选择各零件的定位粗基准，并简要说明理由。
29．如图4-19所示，试选择加工两零件主要表面时的粗、精定位基准。
30．拟定如图4-20所示零件的工艺路线(包括毛坯选择及热处理安排，辅助工序从略)。

















六、 课程考核方式：期末考试占100%。