课程详情
课程评价
spContent=这是一门理论与实践密切结合的课程,涉及材料、材料成形、机械、先进制造、计算机应用、环保等知识;依据课程的知识体系和能力体系,能培养学生的实践动手能力,提高创新意识和综合素质;也是一门历史悠久的课程,涉及的知识既基础又新颖;是提供材料与制造基础知识、拓宽知识面的重要基础课程。
—— 课程团队
课程概述

《工程材料与机械制造基础(金属工艺学)》是教育部机械基础课程教学指导委员会确定的三门机械基础课程之一,简称《金工》课,是工科院校必修课,也是山东大学工科大平台课之一。该课程是首批认定的国家精品在线开放课程,先后被评为山东大学校级精品课、山东省级精品课、国家级精品课(2008),围绕该课程组建的教学团队先后被评为校级教学团队、省级教学团队,国家级教学团队(2009),与该课程密切相关的工程训练中心(原金工实习工厂)先后被评为山东省省级工程训练示范中心,国家级工程训练示范中心(2007),每年受训人数近6000人。2012年《工程材料与机械制造基础(金工)》转型升级为国家级精品资源共享课,并第一批上线。2011年该课程的通识版《材料与制造-了解工程技术从这里开始》(面向非工科专业)被评为山东大学视频公开课,2015年获批国家级精品视频公开课立项。该课程教学团队力量强,先后有多人次被评为国家级、省级、校级教学名师,教学能手。该课程目前分别在教育部爱课程网,山东大学课程中心,山东大学材料学院建有网站。该课程经过60多年的建设,资源丰富,不仅有课程全程录像,完整的课程教学课件,习题库,还有适合不同专业要求的出版教材(包括国家十五规划教材、十一五规划教材,国家级精品教材)。目前已上线的国家级精品资源共享课,视频公开课已面向社会开放,开放效果良好。

 

本课程主要参考教材为:

1、现代工程材料成形与机械制造基础(第2版)上册(ISBN978-7-04-030565-4),主编:孙康宁 张景德(傅水根主审),高等教育出版社

2、现代工程材料成形与机械制造基础(第2版)下册(ISBN978-7-04-030564-7),主编:李爱菊(傅水根主审),高等教育出版社

 

课程内容安排

 

上册第一章  工程材料与制造技术简论

本章教学学时:原教学学时2,对应慕课4讲。

本章内容主要是为了拓宽学生的知识面,所涉及内容十分丰富。从横向看,内容包括工程材料、材料成形、机械加工、计算机技术、自动化技术、工业管理等系列知识概要;从纵向看,内容则包括了材料与制造技术的发展历程和相关学科发展对制造技术的积极渗透。可以说本章是工科低年级同学进入本课程学习,也是进入专业学习的起点。建议同学在学习中能跳出本课程,站在技术和社会发展的高度,理解该课程的基础地位和重要性。

本章教学方式:课堂讲课及学生自学

知识点:材料及制造技术发展史、发展趋势、现代制造业的组织结构与运行模式。

能力点:了解材料及制造技术的历史、现状和发展趋势,理解材料发展和应用将深刻影响产品制造技术的发展。能熟悉从材料到产品的制造过程,能了解本课程涉及的主要内容,以及各部分内容与制造过程之间的关系。

 

上册第二章  工程材料性能及应用基础

本章教学学时:原教学学时8-10,对应慕课14讲。

本章内容包括工程材料的力学性能、材料学基础以及工程材料的选用,三部分内容不是孤立的,其中材料的宏观力学性能取决于材料的微观组织结构,微观组织与材料的成分、温度、冷却方式等因素密切相关,而宏观力学性能与材料学基础既是后续制定加工制造工艺的理论基础,也是材料选择的理论依据。因此教学中提醒学生特别注意材料成分、性能、组织结构与工艺性能之间的关系。

本章教学方式:课堂讲课及学生自学(金属材料之外的其他工程材料的内容)。

知识点常见力学性能指标与表示方法;材料的基本晶体结构,合金的组织结构和同素异晶现象;铁碳合金状态图的分析与使用。材料的牌号与选用。

能力点:理解材料性能的物理意义及其应用,知道在何种条件下材料会破坏与失效。能结合相图解释工程材料的组织、结构、性能、工艺条件之间的内在关系,会运用这些关系解释材料选用或改性中的一些问题,会考虑通过调控材料的结构来改变材料的性能。能区分非金属材料与金属材料在组织、结构、性能间的主要差异,了解非金属材料主要种类与用途。能较熟练运用选材原则为零件和产品选择材料。

 

 

上册第三章  热处理与表面工程技术(材料改性)

本章教学学时:原教学学时34对应慕课5讲。

本章重点是钢材的热处理。掌握热处理工艺知识会对后续材料的成形与加工提供方便。因此要求学生认真学习掌握热处理原理,了解各种热处理工艺的特点、用途,比较其异同,并在后续章节中加以利用。

学习表面工程技术的关键是了解经表面预处理后,基体材料的表面涂覆、表面改性或多种表面工程技术复合处理是如何实现的,以及怎样才能改变固体金属表面或非金属表面的形态、化学成分和组织结构,以获得所需要表面性能。

本章教学方式:讲课与学生自学。

知识点:热处理原理,尤其是材料经过不同的加热与冷却后组织与性能的变化,各种热处理工艺的特点、用途,表面工程技术常见工艺技术特点和用途。

能力点:熟悉热处理和表面工程技术的目的和工艺方法,能读懂基本的热处理工艺、能为简单零件制定基本热处理工艺。了解表面工程技术用途,区分不同表面工程技术的原理、用途和特点。

 

上册第四章  (金属)材料的液态成形工艺

本章教学学时:原教学学时4-6,对应慕课9

本章学习指南:

本章的重点内容:铸造工艺基础部分。要求学生掌握应掌握合金成分、工艺条件对液态合金充型能力、合金收缩性、吸气性等铸造性能的影响,以便能够分析不同合金获得优质铸件的难易程度,并分析应采取的工艺措施。

难点内容:有些防止铸件缺陷的工艺措施是相互矛盾的,如高温浇注有利于金属液充型,但易产生粘砂缺陷;铸件顺序凝固有利于补缩,但易产生热应力、变形及裂纹等。因此,应要提醒学生综合考虑铸件合金、结构等因素,先解决主要矛盾,再采取措施解决其他问题。

本章的教学方式:讲课与学生自学相结合。

知识点:合金充型能力、合金收缩性、吸气性等铸造性能基础知识及其对铸件质量的影响,常用铸造合金的铸造性能,常见铸造工艺特点及用途,铸件结构工艺性。

能力点:了解什么是液态成形,以及流动性、型腔、充型能力、凝固与形状之间的关系。熟悉金属铸造过程,能区分砂型铸造中零件、铸件、毛坯、木模、混砂、芯子、造型、型腔、分型面、合箱、浇注、清砂各自的含义与用途。掌握流动性、凝固、收缩、气孔等基础知识和基本概念。会分析与铸件质量有关的原因。熟悉特种铸造工艺原理、工艺特点,以及适用范围。会分析判断铸件结构的工艺性和合理性。熟悉常见金属材料的铸造性能。基于铸件所涉及材料、结构、批量、成本等因素,会选择铸造工艺。

 

上册第五章 材料的塑性成形工艺

本章教学学时:原教学学时4-6,对应慕课8讲。

本章重点内容是塑性成形理论基础部分:应掌握塑性变形机理、加工硬化、回复和再结晶、锻造比、锻造流线、最小阻力定律、体积不变条件和金属的塑性成形性概念及应用塑性成形方法部分:应掌握自由锻造的基本工序、模型锻造的类型和特点及锻造工艺规程的制订,能进行自由锻的工艺计算,确定锻造温度(结合金工实习时的学习)。应掌握冲裁、拉深和弯曲工序的特点及应用,模具的基本形式和特点,以便分析冲压件的结构工艺性。要求学生掌握自由锻件、模锻件、冲压件的结构工艺性要求并进行分析。

本章难点内容:锻造比、锻造流线的应用,影响材料塑性成形性的因素,自由锻和模锻的工艺方法,冲裁和拉深的工艺计算。最难的是各工艺规程的制定。要综合运用有关的知识才能确定最佳的工艺方案。锻件图的绘制。要注意在有些结构工艺性的要求是相互矛盾的,应注意区分。

本章的教学方式:讲课与学生自学相结合。

知识点:塑性变形机理、加工硬化、回复和再结晶、锻造比、锻造流线、最小阻力定律、体积不变条件和金属的塑性成形性概念及应用。自由锻、模锻、冲压基本工艺、特点,自由锻件、模锻件、冲压件的结构工艺性要求并进行分析。

能力点:会用材料塑性成形基础知识分析不同材料或锻压件的工艺性好坏。在了解各种工艺特点的基础上,能为锻压件或产品选择合理的塑性成形工艺。在熟悉各成形工艺特点的基础上,会判别工件结构设计的合理性,并改进构件不合理之处。具有制定简单成形工艺规程的能力。能利用所学知识解释锻压件常见缺陷产生的主要原因及质量问题。

 

上册第六章 材料的连接技术

本章教学学时:原教学学时4-6,对应慕课11讲。

   主要内容:本章学习的重点是掌握各种常用焊接方法的原理、工艺及应用特点,焊接接头的组织和性能,焊接应力与变形(难点),以及焊接结构设计与工艺设计,包括焊接结构材料的选用、焊缝布置、焊接方法选择、焊接接头设计等。

本章教学方式:课堂讲课与安排学生自学。

本章的教学方式:讲课与学生自学相结合。

知识点:焊接热过程、焊接化学冶金、焊接接头的组织和性能、焊接应力与变形等焊接理论,熟悉各种焊接工艺与特点,各种焊接材料的工艺性,焊接结构设计与工艺设计。

能力点:能利用焊接的基础知识分析解释焊接过程出现的主要问题与缺陷,能基于碳当量法和有关知识判断焊接工艺性好坏,能基于不同焊接工艺的特点为焊接件选择焊接工艺,会制定简单焊接件的工艺规程,会判断焊接件结构设计的合理性(结构工艺性),了解塑料与非金属材料的焊接方法和焊接特点。

 

上册第七章  粉末冶金与陶瓷材料的成型工艺

本章教学学时:原教学学时2-4对应慕课5讲。

本章的主要内容包括:粉体的三种成型原理,粉末冶金的成型工艺,普通陶瓷的成型工艺,高技术陶瓷的成型工艺。读者应通过对粉体成型基本理论的学习和对粉体制备技术的了解,着重掌握粉末冶金成型工艺和陶瓷材料的成型工艺。成型理论是基础,工艺方法是关键,只有在充分理解成型理论的基础上,才能更好地掌握各种成型方法。

与第四、五、六、八章的区别是:本章所述成型工艺所使用的原料为细小的粉体,其颗粒大小一般在100μm以下;成型得到的坯件还需要经过进一步的烧结才能得到成品。当然,它也是一种制备块体材料的有效方法,与其它制备方法互为补充。其中的一些方法与第九章某些部分相似,可相互参照。

本章教学方式: 课堂授课只给出粉末冶金与陶瓷材料的成型过程的成体的概念,其余安排学生自学。

知识点:粉体的基本物理性能与干压、塑性泥团、浆料三种成型原理,粉体基本制备方法,粉末冶金的成型工艺,普通陶瓷的成型工艺,高技术陶瓷的成型工艺。

能力点:掌握成型原理,能解释或区分材料成形工艺的特点和异同。会制定简单的粉体成形工艺。

 

上册第八章  高分子材料成形工艺

本章教学学时:原教学学时2对应慕课3讲。

本章重点介绍塑料成形工艺及橡胶成形工艺方法。要求学生掌握塑料的类型及应用;塑料的成形方法;掌握橡胶的组成、常用橡胶的类型及应用;了解橡胶加工的工艺过程;橡胶的成形方法。

本章教学方式: 课堂授课只给出整体的概念,其余安排学生自学。

知识点:高分子材料的成形原理,主要包括高分子材料的结构,高聚物的聚集态与物理态,以及聚合物的成型性能。常见工程塑料与橡胶的成型工艺与特点。

能力点:掌握高分子材料的成形原理及成型性能;了解常见工程塑料与橡胶的成型工艺与特点。

 

上册第九章复合材料的成型工艺

本章教学学时:原教学学时2对应慕课3讲。

本章重点内容:金属基复合材料、树脂基复合材料和陶瓷基复合材料的成型工艺。应使学生掌握金属基复合材料、树脂基复合材料和陶瓷基复合材料成型工艺常用方法的概念、特点及其应用,了解它们的一般工艺过程以及在实际生产中存在的问题。

本章难点内容:金属基复合材料、树脂基复合材料和陶瓷基复合材料的成型方法较多,其概念、应用的场合及优缺点等容易混淆,因此,学习中应明确概念,抓住重点。

本章教学学方式:课堂讲课与学生自学相结合

知识点复合材料的分类,复合材料的复合原则,金属基复合材料、树脂基复合材料和陶瓷基复合材料的成型工艺。

能力点:能解释或区分基体材料成形工艺和不同基体复合材料成形工艺的特点和异同。

 

下册第一章  机械加工基础知识

本章教学学时:原教学学时6-8,对应慕课12讲。

本章主要介绍了机械加工基础知识。重点应掌握切削运动及切削用量概念;切削刀具及其材料基本知识;切削过程的物理现象及控制;砂轮及磨削过程基本知识;材料切削加工性概念;机械加工工艺过程基本概念;机械加工质量的概念等。掌握本章内容为后续内容的学习打基础,为初步具备分析、解决工艺问题的能力打基础,为学生了解现代机械制造技术和模式及其发展打基础。学生学习本章要注意理论联系生产实践,才能更好体会,加深理解。

本章教学方式:课堂讲课与安排自学

知识点机床切削运动及切削用量、刀具材料及性能特点;刀具几何角度;刀具工作角度;切削过程;切削过程中的物理现象;刀具磨损;刀具寿命;磨具;砂轮的自锐性;磨削过程和磨削特点;材料的切削加工性;加工精度与表面质量。

能力点:会分析各种机床的切削运动;能掌握切削用量的选择原则;  会根据静止参考系中的主要坐标平面(基面、切削平面、正交平面),分析车刀的几何角度;会初步分析切削加工中出现的物理现象,会分析材料的切削加工性及给出改善的措施。

 

下册第二章  零件表面的常规加工方法

本章教学学时原教学学时8-10 ,对应慕课17讲。              

本章以常见表面的加工为主线,介绍了各种传统切削加工方法的工艺特点、应用及零件加工的工艺规程制定。本章内容实践性、直观性很强,是学生在完成工程训练实践环节基础上的理论提升。本章内容是全书的重点,也是“教学基本要求”要求学生应掌握的基本内容。授课采用多媒体教学,学生学习要理论联系实际,多作练习,以取得良好的教学效果。

本章教学方式:课堂讲课与安排自学

知识点:典型表面的技术要求;常用加工方法及其特点;表面加工方案的选择原则;各种表面加工方案

能力点:能理解各种表面加工方案表,能从典型案例中学到制定表面加工方案的方法;以及能够较合理地选择零件的不同表面加工方案。

 

下册第三章 机械加工过程的基本知识

本章教学学时:原教学学时3-4 ,对应慕课5讲。

  本章介绍了机械加工工艺过程基本概念、工件的安装和夹具、零件加工的工艺规程制定和零件的切削结构工艺性。本章是第二章的延伸,内容实践性、直观性很强,因此也使学生在完成工程训练实践环节基础上的理论提升。

本章教学方式:课堂讲课与安排自学

    知识点:生产过程;工艺过程;工序;生产纲领;生产类型;安装;定位;夹紧;六点定位原理;完全定位;过定位;欠定位;基准;设计基准;定位基准;测量基准;装配基准;粗基准;精基准;工艺规程;结构工艺性原理;切削加工结构工艺性 

能力点:能根据六点定位原理,合理选择安装零件的夹具;能合理选择零件定位的粗基准和精基准;能分析零件的结构工艺性

 

 

  下册第四章   特种加工

本章教学学时:原教学学时3-4 ,对应慕课4讲。

本章主要介绍了有别于传统切削加工方法的几种特种加工方法及其工艺、应用特点。这些方法可应用于高精度、形状复杂的工件加工,不仅对金属材料,而且对各种非金属材料、难加工材料都可应用,为第四章非金属材料的机械加工打下了基础,也为学生了解现代机械制造技术和方法打下基础。本章内容具有一定的实践性,授课应以多媒体教学为主,结合生产实际介绍并辅以练习与自学相结合。

本章教学方式:课堂讲课与安排自学

知识点:特种加工的基本概念;特种加工基本原理;电火花加工、电火花穿孔加工、电火花线切割加工;电解加工;超声波加工、空化作用;激光切割、激光焊接;非接触式加工;束流加工、电子束加工、离子束加工、离子刻蚀、离子溅射沉积、离子镀膜、离子注入

能力点:在制定零件加工工艺时能考虑采用特种加工方法;能根据零件表面的加工要求,较合理地选择特种加工方法。

 

下册第五章 非金属材料的机械加工

本章教学学时:2,慕课未作安排。

本章的第一、二节,在讲述了石材与陶瓷的基本加工方法的基础上,介绍了近年来出现的一些新型加工工艺。第三节主要讲授了塑料的加工,目的是了解塑料的特点、塑料加工的方法,掌握各种切削要素对塑料的机械加工的影响,重点是掌握塑料加工的几何参数的选择。第四节讲授了复合材料的加工,从材料性能上看,复合材料与相应的基体材料既有区别,又有联系。反映到机械加工上,也有类似的特点。比如玻璃纤维增强热塑性树脂基复合材料,其加工可以参考热塑性塑料,但由于玻璃纤维的存在,其切削性能又有不同。

本章教学方式:本章主要以学生自学为主,课堂教学只给出总体的概括地介绍,给学生建立整体的概念。

知识点:非金属材料的机械加工特点、无机非金属材料机加工刀具的选择以及加工工艺问题、塑料零件的加工内容和切削方法、非金属材料切削理论、组合加工

能力点:能指出非金属材料加工与金属材料加工在刀具、工艺、方法等方面主要的异同。

 

下册第六章  电子设备制造基础

本章教学学时:2,慕课未作安排。

本章主要介绍电子设备的基本构成及电子元器件、集成电路的制造工艺、发展现状、壳体及插接件的制造技术及电子设备的组装技术,以期使读者对电子设备的制造有一个整体的了解。本章的重点为电器元件的种类;机电元件的种类;CMOS的工艺流程;SBC工艺流程;整机组装的工艺过程及要求。学习的难点是集成电路的工艺技术和双极集成电路制造工艺。

本章教学方式:自学

    知识点:电抗元件;机电元件;半导体分立器件;集成电路;双极型电路;MOS电路;双极型—MOS电路;阱工艺结构;器件隔离;薄栅氧化;金属化;源漏工程与浅结;多层互连;MOS电路的制造工艺;双极集成电路制造工艺;封装;装配工艺性;紧固安装

    能力点:能整体上对电子元件和电子设备的制造有所了解,同时对机械产品的制造与电子产品的制造之异同能有所区别。

 

下册第七章 数控机床加工、第八章 先进制造技术

本章教学学时:原教学学时2~3 ,对应慕课1

2章主要涉及数控机床加工、先进制造技术,属于拓展内容。本部分要求学生了解、熟悉或掌握的内容:(1)了解成组技术的基本原理、编码和应用;(2)了解数控加工与普通机床加工的相同点与不同点;(3)熟悉数控加工的原理、特点和应用,明确数控加工的技术优势;(4)了解数控系统;(5)熟悉数控车床编程方法;(6)通过柔性制造单元和柔性制造系统,了解先进的制造系统;(7)了解数控机床与加工中心的差异;(8)熟悉柔性制造系统中的物流系统;(9)了解人工智能制造。

本章教学方式:结合工程训练自学。

    知识点:成组技术;编码;程序;数控系统;刀库;换刀机构;数控车床;数控铣床;加工中心;柔性制造单元;柔性制造系统;物流系统;数据库;专家系统;机器人;人工智能;智能制造技术。

能力点:能根据零件加工要求,编制一般零件的数控车削加工程序;能运用一种CAD/CAM高级软件;能容易分辨出数控车床、数控铣床和加工中心;能分析柔性制造系统中的物流系统;能根据零件的加工需要,选择合适的数控车床或数控铣床。

 

下册第九章  机械制造经济性与管理

本章教学学时:原教学学时2 ,对应慕课1

   本章的内容只要是围绕工科学生应掌握的企业管理问题介绍了机械制造企业管理基本理论、基本方法等基础知识和技能,本部分要求学生把握的内容:(1)了解现代企业的基本知识;(2)了解成本管理工作及方法;(3)了解质量管理及方法;(4)了解新产品生产的可行性分析的方法及内容。使学生能在有限的篇幅、有限的时间内获得尽量大的收益。

本章教学方式:概括介绍和学生自学

    知识点:现代企业;企业系统;现代企业制度;现代企业管理的职能;现代企业管理组织结构;成本管理;成本预测;成本控制;标准成本;成本差异;质量和质量管理;全面质量管理;质量成本;新产品的可行性分析;技术经济分析

    能力点:能基于机械制造经济性和管理基本知识,对产品生产的可行性进行初步分析。

 

下册第十章    机械制造业的环境保护

本章教学学时:原教学学时2 ,对应慕课1讲。

学习本章的主要目的是了解机械制造业的环境污染问题及其相应的环境保护措施,重点是机械制造业的环境污染及其引起的“三废”及噪声的防止措施。

本章教学方式:授课与自学

   知识点:环境污染;环境保护;机械工业的环境污染;工业废气;气体污染物;固态污染物;液态污染物;工业废气的除尘技术;工业有害气体净化技术;废气中液态污染物的除雾技术;机械工业废水;工业废水处理方法;工业固体废物污染的防治原则与技术;工业固体废物的无害化处理;工业固体废物的利用;工业噪声;一次固体噪声;二次固体噪声;空气声;噪声防止技术;噪声的个人防护

    能力点:熟悉与环境保护有关的概念,了解机械制造业的环境污染问题及其相应的环境保护措施,了解引起的“三废”及噪声的防止措施;会分析机械制造生产中的主要污染源,能提出相应的环境保护措施。

 

授课目标

(1)掌握主要工程材料或器件的成形与加工方法的基本原理和工艺特点,具有选择毛坯、零件加工方法及工艺分析的初步能力。 (2)具有综合运用工艺知识、分析零件结构工艺性的初步能力。 (3)了解与相关的新材料、新工艺、新技术相互交叉渗透的特点及其发展趋势。 (4)了解机械制造经济性和管理及环境保护。

课程大纲
预备知识

机械制图、工程力学、金工实习(工程训练)

证书要求

总成绩(100分)= 平时成绩(包括单元测试、单元作业、课堂讨论)×40+ 期末考试×60%

总成绩60分以上:颁发合格证书
总成绩85分以上:颁发优秀证书

参考资料

孙康宁、张景德主编《现代工程材料成形与机械制造基础》(上册)第二版,高等教育出版社,北京,2010.12

李爱菊主编《现代工程材料成形与机械制造基础》(下册)第二版,高等教育出版社,北京,2010.12