工程训练(第二版)

第1章 概述 1.1 工程训练的目的 工程训练是高等院校各专业培养方案中重要的实践性教学环节，是学生获得工程实践知识、培养工程意识和操作技能的主要教育形式，也是学生接触实际生产、获得生产技术及管理知识、进行工程师基本素质训练的必要途径。 工程训练的主要目的如下： (1)建立起对机械制造生产基本过程的感性认识，学习机械制造的基础工艺知识，了解机械制造的主要生产设备。在实习中，学生要学习机械制造的各种主要加工方法及其所用设备的基本结构、工作原理和操作方法，并正确使用各类工具、夹具和量具，熟悉各种加工方法、工艺技术和图纸文件，了解加工工艺过程、工程术语和各工种的安全知识，使学生对工程问题从感性认识上升到理性认识。这些实践知识将为学生以后学习有关专业的技术基础课、专业课、毕业设计及毕业后从事实际工作打下良好的基础。 (2)培养实践动手能力，进行工程师的基本训练。工程训练是在生产过程中学习知识和技能，是学生与生产直接接触的初级实践教学活动。在实习中，学生通过直接参加生产实践，操作各种设备，使用各种工具、夹具和量具，独立完成简单零件的加工制造与装配全过程，以培养对简单零件具有初步选择加工方法和分析工艺生产过程的能力，并具有操作主要生产设备加工作业的技能，初步奠定工程师应具有的基础知识和基本技能。 (3)全面开展素质教育，树立实践观点、劳动观点和团队协作观点，培养质量意识、环境意识、管理意识、创新意识和安全生产意识等许多在课堂上无法直接体会的工程意识。工程训练一般在学校训练中心的现场进行，实习现场不同于教室，它是教学、生产、科研三结合的场地，教学内容丰富，实习环境多变，接触面广。这样一个特定的教学环境正是对学生进行思想作风教育的好场所。通过训练，培养大学生的劳动观念和团队协作的工作作风，使学生遵守劳动纪律、爱惜国家财产；帮助学生树立经济观点和培养质量意识，培养学生理论联系实际和一丝不苟的科学作风；初步培养学生在生产实践中开展调查、观察问题以及运用所学知识分析和解决工程实际问题的能力，这都是全面开展素质教育不可缺少的重要组成部分，也是工程训练为提高人才综合素质、培养高质量人才需要完成的一项重要任务。 1.2 工程训练的要求 对高等院校学生进行工程训练总的要求是深入实践、接触实际、强化动手、注重训练。根据这一总体要求，提出以下具体要求。 (1)全面了解机械零件的加工生产过程及基础的工程知识和常用的工程术语。 (2)了解产品生产过程中所使用的主要设备的基本结构、工作原理、适用范围和操作方法，熟悉各种加工方法、工艺技术、图纸文件和安全技术，并正确使用各类工具、夹具和量具。 (3)独立操作各种设备，完成简单零件的加工制造。 (4)了解新技术、新工艺的发展与应用状况，以及机电一体化、CAD/CAE /CAM等现代加工制造技术、测量和装配技术等在生产实际中的应用。 (5)了解生产企业在计划组织、技术管理、质量保证体系和全面质量管理等方面的工作及生产安全防护方面的措施。 (6)注重对实习教材的预习和复习；注意在实习中的观察、模仿、询问、讨论，形成正确的行为习惯和操作方式；及时完成实习报告；严格遵守厂规厂纪和安全操作规程，高度重视人身和设备安全。 1.3 工程训练的安全规则 在工程训练中，如果实习人员不遵守工艺操作规程或者缺乏足够的安全知识，就容易发生机械伤害、触电、烫伤等工伤事故。因此，为保证实习人员的安全和健康，必须进行安全实习知识的教育，使所有参加实习的人员都树立起“安全**”的观念，熟悉并严格遵守有关的安全技术规章制度。 实习的*基本条件是保证人和设备在实习中的安全。人是实习中的决定因素，设备是实习的手段，没有人和设备的安全，实习就无法进行。特别是人身的安全尤为重要，不能保证人身的安全，设备的作用无法发挥，实习也就不能顺利、安全地进行。 安全生产是我国在生产建设中一贯坚持的方针。国家对不断改善劳动条件、做好劳动保护工作、保证生产者的健康和安全历来十分重视，国家制定并颁布了《工厂安全卫生规程》等文件，为安全生产指明了方向。 实习中的安全技术有冷、热加工安全技术和电气安全技术等。 冷加工主要指车、铣、刨、磨和钻削等切削加工，其特点是使用的装夹工具、被切削的工件或刀具间不仅有相对运动，而且速度较高，如果设备防护不好，操作者不注意遵守操作规程，很容易造成各种机器运动部位对人体及衣物由于绞缠、卷入等引起的人身伤害。 热加工一般指铸造、锻造、焊接和热处理等工种，其特点是生产过程伴随着高温、有害气体、粉尘和噪声，这些都严重恶化了劳动条件。在热加工工伤事故中，烫伤、灼伤、喷溅和砸碰伤害约占事故的70%，应引起高度重视。 电是各种机床传动、电器控制以及加热、高频热处理和焊接等方面的重要能源，实习时必须严格遵守电气安全守则，避免触电事故。 避免安全事故的基本要点如下： (1)绝对服从实习指导教师的指挥，树立安全意识和自我保护意识，确保充足的体力和精力。 (2)严格遵守着装方面的要求，按要求穿戴好规定的工作服及防护用品。 (3)注意“先学停车再学开车”，工作前应先检查设备状况，无故障后再操作启动。 (4)严禁用手或嘴清除切屑，必须用钩子或刷子等物品清理。 (5)重物及吊车下不得站人。 (6)下班或中途停电时，必须关闭所有设备的电气开关。 (7)必须每天清扫实习场地，保持设备整洁、通道畅通。 (8)认真学习各项目工种的安全守则，严格遵守安全操作规程。 1.4 工程训练的内容 任何机器或设备，都是由相应的零件装配组成的。只有制造出合乎技术要求的零件，才能装配出合格的机器设备。一般情况下，要将原材料经铸造、锻造、冲压、焊接等方法制成毛坯，然后由毛坯经切削加工成为零件。有的零件还需在毛坯制造和加工过程中穿插不同的热处理工艺。因此，一般的机械生产过程可简要归纳如下： 毛坯制造→热处理→粗加工→热处理→半精加工→热处理→精加工→装配和调试。 工程训练是对产品的生产过程进行实践性教学的重要环节。工程训练的具体内容包括以下两个方面： (1)基础知识方面。通过实习了解产品加工的基础知识，如铸造、锻造、焊接、热处理、车削、铣削、钳工、数控加工、电火花加工及塑料成型等各工种的生产过程及基本原理。了解加工中心、机器人焊接、激光加工、FMS、逆向工程、三坐标测量等先进设备的工作原理和技术方法。 (2)基本技能方面。对各种加工方法要达到能初步独立动手操作的能力。如铸造加工的砂箱造型及浇注，锻压加工的自由锻造，焊接方法的焊条电弧焊、气焊和氩弧焊，车床、铣床的操作，钳工的锯、锉，热处理中的硬度测试、金相分析，数控机床、特种加工的基本编程及操作等。 1.5 工程训练学生实习守则 (1)工程训练是实践教学环节中的重要组成部分，是培养学生实践创新能力的重要手段，为此必须端正思想态度，认真完成实习训练任务。 (2)实习前必须服从教学管理科的安排与布置，认真做好实习前的各项准备工作，如准备好实习教材、实习练习册、工作服等。 (3)必须严格遵守考勤制度，不要迟到、早退，有事必须请假，未经许可不得擅自离开。 (4)进入训练场地后，必须服从指导教师的安排，未经许可不得擅自开动机器设备。 (5)必须虚心学习、注意听讲、认真观摩，操作前必须充分了解训练设备、工具的性能及其操作使用方法。 (6)必须严格遵守各训练项目的安全操作规程，不准违规操作。 (7)在实习期间，必须按规定穿着工作服和使用劳保用品以保证安全。 (8)应在指定地点进行训练，不得串岗及做其他与实习无关的事情。 (9)要爱护机器设备、工具、量具等一切公共财物，并注意节约。 (10)要认真按时完成实习作业，不准相互抄袭。 (11)要按规定独立或分组完成实习考核工件的加工。 (12)每天实习结束前，各工种必须清理所用设备和工具、量具，清扫场地，保持实习场地清洁卫生，由指导教师验收合格后方可离开。 (13)要尊敬教师，如有意见可向有关部门反映。 第2章 金属材料及热处理 2.1 金属材料基础知识 金属材料来源丰富且具有优良的使用性能和加工性能，是机械工程中应用*普遍的材料。金属材料常用于制造机械设备、工具、量具、模具，也常应用于各种工程结构中，如车辆、船舶、桥梁、锅炉等。 2.1.1 金属材料的性能 金属材料的性能分为使用性能和工艺性能。 使用性能指材料在使用过程中反映出来的特性，它决定了材料的应用范围、可靠性和使用寿命。使用性能又分为物理性能、化学性能和力学性能。 工艺性能指材料在制造过程中反映出来的各种特性，是决定材料是否易于加工或如何加工的重要因素。工艺性能又分为可铸性、可锻性、可焊性、可切削性和热处理性能等。金属材料的各种性能见表2-1。 表2-1 金属材料的性能 金属材料常用的硬度测定方法有布氏硬度和洛氏硬度等，其测量方法与特点如下所述。 1. 布氏硬度 布氏硬度试验是用直径为D的淬火钢球或硬质合金球作为压头，在规定载荷的作用下压入被测试金属表面，保持一定时间后卸载，测量金属表面形成的压痕直径d，以压痕单位面积所承受的平均压力作为被测金属的布氏硬度值，其计算公式为 式中，F为试验力，kg；D为球径，mm；d为压痕直径，mm；g为重力加速度，一般取为9.8m/ ；h为压痕高度，mm。 布氏硬度符号为HBW。试验所用压头为硬质合金球，适用于布氏硬度值为450～650的金属材料，如淬火钢等。布氏硬度的表示方法为硬度数值+布氏硬度符号，如229HBW。有时也可加压头球体直径/试验力/试验力保持时间(10～15s不标注)，如120HBW10/1000/30，表示用直径为10mm的淬火钢球在1000kgf(9.807kN)试验力作用下，保持30s测得的布氏硬度值为120。 布氏硬度测量准确、稳定、简便，但压痕较大，故不宜测试成品件、薄片金属或比压头硬度更高的材料。 2. 洛氏硬度 当布氏硬度大于450或者试样过小时，采用洛氏硬度测定。洛氏硬度试验是用一锥顶角为120°的金刚石圆锥体或直径为1.59mm和3.18mm的淬火钢球为压头，以规定的载荷压入被测试金属材料表面，根据压痕深度可直接在洛氏硬度计的指示盘上读出硬度值。洛氏硬度试验采用3种试验力，3种压头，共有9种组合，对应于洛氏硬度的9个标尺。这9个标尺的应用涵盖了几乎所有常用的金属材料。常用的标尺为A、B、C三种，应用*广的是HRC。 (1)HRA。采用60kgf载荷和钻石锥压入器求得的硬度，用于硬度极高的材料(如硬质合金等)。 (2)HRB。采用100kgf载荷和直径1.59mm淬火钢球求得的硬度，用于硬度较低的材料(如退火钢、铸铁等)。 (3)HRC。采用150kgf载荷和钻石锥压入器求得的硬度，用于硬度很高的材料(如淬火钢等)。 洛氏硬度测试操作迅速、简单且压痕较小，故适于测定成品和薄片金属的硬度。由于硬度测试范围较大，准确度较差，故需在零件的不同部位测量数点，取其平均值作为被测材料的洛氏硬度值。 2.1.2 钢铁材料 钢铁材料实质上是以铁为基体的铁碳合金，按碳的质量分数分为钢和铸铁两类。钢按照化学成分分为碳素钢和合金钢。为了提高和改善钢的性能，在碳素钢中特意加入一种或多种合金元素，便形成了合金钢。 1. 碳素钢 碳素钢是指碳的质量分数小于2.11%并含有少量硅、锰、硫、磷等杂质组成的铁碳合金，简称碳素钢。碳素钢按碳的质量分数分为低碳钢(碳的质量分数≤0.25%)、中碳钢(碳的质量分数为0.25%～0.6%)、高碳钢(碳的质量分数＞0.6%)；按钢的质量(杂质硫、磷的质量分数)分为普通碳素钢、优质碳素钢、高级优质碳素钢；按用途分为碳素结构钢和碳素工具钢。 (1)碳素结构钢。碳素结构钢牌号的表示方法由代表屈服强度的字母(Q)、屈服强度数值、质量等级符号(A、B、C、D)及脱氧方法符号(F、