【天津】00699材料加工和成型工艺自学考试大纲

天津市高等教育自学考试课程考试大纲

课程名称：材料加工和成型工艺

课程代码：00699

第一部分   课程性质与目标

一、课程性质与特点

本课程是高等教育自学考试工业设计专业专升本阶段的一门专业必修课，它是一门理论联系实际、设计理念与科学知识相结合课程，向学生讲授与工业设计过程中紧密相关的材料与加工工艺基础知识，让学生建立与各大类别材料及其加工工艺相关的专业性概念体系。该课程以产品设计材料与工艺概论为切入点，结合设计案例详细讲解材料科学与工程材料，复合材料及其应用基础，铸造和模具成型原理，成型加工工艺基础，塑料产品成型基础，注塑产品结构、工艺与设计，塑料工程结构设计，结构性造型设计等方面的内容。

二、课程目标与基本要求

课程目标：使学生了解工业设计常用的几种材料及其加工工艺，通过设计案例的讲解分析让学生了解材料科学基础、材料的设计学应用及材料发展方面的内容，理解材料的成型生产原理和应用，并能分析工业成型材料相关的产品结构问题。使学生能熟练运用工业设计相关的材料学知识应用于设计实践中。提升学生设计的理性思维能力，培养自学能力和创新能力。

基本要求：要求学生对常用的设计材料及其加工工艺的基础知识有较深刻的理解和认知，掌握产品开发设计中有关材料和加工工艺的基本知识、基本原理和方法，掌握产品造型设计材料与工艺的学习方法及理论联系实际方法，提高分析问题和解决问题能力。

三、与相关课程的联系与区别：

    本课程与工业设计专业的其他基础与专业课程有密切的联系。它以《机械制图基础（本）》等课程为基础，又对《产品系统化设计》等课程起补充配合作用。

第二部分   考核内容与考核目标

第一章  基石和砖瓦—材料科学和工程材料

一、学习目的与要求

本章的学习目的为：了解基于材料科学的金属材料、塑料的分类和性能。了解设计过程中根据材料性能进行合理应用的好处，初步具备规避材料缺点的能力。了解一些前沿科技材料，筛选设计备案，拓展设计思维。重点在于基于材料的产品设计思考，对设计材料学的研究方法、研究范畴、研究意义的理解。要求学生通过本章学习，了解材料的分类，金属、塑料和特种材料的分类及相关性能，并深入体会材料知识对工业设计的作用和意义。

二、考核知识点与考核目标    

（一）金属材料（重点）：

识记：金属材料的分类

      合金

理解：金属材料的微观结构和金属的力学性能

      金相组织和热处理

（二）塑料（重点） ：

      识记：塑料的分类和应用

      理解：塑料的微观结构和性能

塑料的特点

 （三）特种材料（一般）：

       识记：超高强度聚乙烯

聚四氟乙烯

            XENOY⑧树脂

            发泡铝

            生物塑料

            花纹钢

            代木

            超疏水材料

• 材料的应用原则（次重点）

      应用：材料的应用原则        

第一章  玻璃钢不是钢—复合材料及其应用基础

 

一、学习目的与要求

本章的学习目的为：了解复合材料的原理和分类， 熟悉纤维增强塑料这类复合材料，熟悉复合材料的成型生产工艺，了解复合材料产品设计的要点，初步具备材料创新应用的能力。重点在于学习并掌握材料在设计中的具体应用。要求学生理解复合材料中的基体材料和增强材料、理解复合材料相关性能的本质、了解纤维增强塑料的分类和性能、理解纤维增强塑料的成型生产工艺、掌握纤维增强塑料的应用和设计、能够从设计角度提出复合材料新的应用设计。

二、考核知识点与考核目标    

（一）复合材料（一般）：

      识记：复合材料的原理 

            复合材料的分类

纤维增强塑料            

（二）复合材料成型工艺与应用（重点）：

      识记：复合材料的成型方法       

      理解：复合材料成型工艺的特点

应用：复合材料的主要应用领域

复合材料的应用与技术要点

（三）碳纤维复合材料（次重点）：

      识记：碳纤维的主要特点

第三章   随型随性—铸造和模具成型原理

 一、学习目的与要求

本章的学习目的为：熟悉金属铸造及模具成型的基本原理，熟悉金属铸造工艺各技术要点，了解模具成型类产品(零部件)的造型设计基础理论，了解常见的铸造工艺，熟悉其适用范围。要求学生能够了解铸造材料、铸造的分类，理解铸造工艺的特点及其成型产品的特点，熟悉模型、模具、型腔、分型面、浇口等概念，理解模具结构对产品成型设计的要求，并了解砂型铸造、消失模铸造、壳型铸造、压力铸造的工艺及其特点。

二、考核知识点与考核目标    

（一）铸造（一般）：

识记：铸造的概念

      铸造的工艺特点

（二）铸造理论（重点）
      识记：铸造材料

铸造分类

理解：铸造原理

应用：砂型铸造、消失模铸造、壳型铸造、压力铸造

第四章   造型和造物—成型加工工艺基础

 一、学习目的与要求

本章的学习目的为：理解成型的含义和成型方式的分类，熟练掌握切削成型的类型、特点和适用范围，尝试将其应用于创新设计，熟练掌握塑性成型的类型、特点和适用范围，尝试将其应用于创新设计。熟练掌握连接成型的类型、特点和适用范围，尝试将其应用于创新设计。理解生产工艺和产品设计之间的关系，掌握成型工艺学习方法。要求学生熟悉成型的定义和成型方式的分类，熟知成型的5大分类，了解切削成型的原理、切削理论、切削成型的分类，熟练掌握切削成型和切割成型下属各类工艺的原理、特点、适用范围，基本具备根据设计要求对切削成型工艺进行造型的能力，能尝试进行基于工艺的设计创作，了解塑性成型的原理和分类，熟练掌握塑性成型下属各类工艺的原理、特点、适用范围，基本具备根据设计要求对塑性成型工艺进行造型的能力，能尝试进行基于工艺的设计创作，了解连接成型的原理和分类，熟练掌握连接成型下属各类工艺的原理、特点和适用范围。基本具备根据设计要求对连接成型工艺进行造型的能力，能尝试进行基于工艺的设计创作。

二、考核知识点与考核目标   

（一）成型（一般）
      识记：成型工艺的种类

（二）切削成型（次重点）
      识记：切削

            切削加工的分类

            切削加工的质量和效率

非金属的切削加工

            切削加工小史

（三）切割成型（次重点）
识记：刃切

锯切

火焰切割

等离子切割

电火花线切割

激光切割

高压水射流切割

（四）净尺寸成型（一般）

      识记：液体成型

            塑性成型

（五）连接成型（重点）

      识记：特征组合

            焊接成型

            粘结成型

紧固件连接

            榫卯连接

过盈连接

            弹性连接

（六）添加成型（一般）

      识记：掐丝珐琅

增材成型

            电铸

堆焊

（七）工艺（一般）

理解：工艺的概念

第五章   百变塑性—塑料产品成型基础

一、学习目的与要求

本章的学习目的为：了解塑料产品成型的特点，认识塑料产品的外观造型设计与结构设计的关系，熟悉塑料产品的9大类成型工艺，并且能够灵活选择运用。深入了解注塑成型等优秀成型工艺的特点。具备一定的创新应用成型工艺的能力。要求学生理解塑料产品外观设计和结构设计一体化的原因，理解塑料产品设计中材料和工艺匹配的原因，充分理解成型工艺的原理、特点和适用范围，能够通过对比、类比等方式推理现有塑料制品的材料和对应的成型工艺，初步具备对设计方案进行材料、工艺选择的能力，初步具备针对某个成型工艺提出创新设计的能力。

二、考核知识点与考核目标   

（一）吹塑（重点）：

理解：挤出吹塑
            注射吹塑

      吹塑薄膜

吹塑的工艺要素

（二）热成型（重点）

理解：吸塑

对模成型

双片热成型

热成型的工艺要素

应用：热成型制品的设计要点
（三）挤压（次重点）
      识记：挤塑的优点

• 压延（一般）

      识记：压延工艺

• 层压（一般）

      识记：层压工艺

• 模压（一般）

      识记：模压工艺

• 浇铸（次重点）

识记：静态浇铸、滴塑、搪塑、浸塑、滚塑

• 发泡（一般）

识记：发泡工艺

• 注塑（重点）

识记：注塑原理

注塑工艺的分类

理解：注塑的工艺控制

应用：注塑模具的结构     

第六章   凝固创想—注塑产品结构、工艺与设计

一、学习目的与要求

本章学习目的为：熟悉注塑产品模具简图，了解注塑产品结构设计、生产工艺技术细节与外观设计之间的统一关系，掌握注塑产品13 项结构工艺性技术细节，并将其熟练应用于具体的设计过程中，熟悉注塑产品设计过程线路，了解注塑成型的各种缺陷及解决方法。要求学生能够学会用工程制图的方式简单表达注塑件和模具之间的关系，学会用模具简图分析注塑工艺的可行性，充分认识和理解注塑工艺的13 项工艺性技术细节，熟悉注塑产品的设计过程，学会在产品设计过程中应用注塑工艺的工艺性技术节。初步具备对基于注塑工艺的工艺性技术细节进行创新设计的能力，了解注塑产品的缺陷，初步具备从制品缺陷中筛选来自设计过程的原因及规避相关问题的能力。

二、考核知识点与考核目标

（一）注塑产品结构、工艺与设计（重点）
识记：拔模角度

分型面

分型线与制品设计

分模线

产品支撑面

理解：薄壁构造

壁厚均匀化设计

圆润(角)过渡构造

侧向分型

滑块与抽芯结构

薄壁补强结构

注塑浇口、注塑熔接痕

注塑产品的立体感

无装配性要求、无曲面质量要求与无力学要求的注塑产品注塑

应用：产品设计过程线路图

（二）注塑成型的各种缺陷及解决方法（一般）
识记：皱裂、充填不足、皱褶及麻面、缩坑、溢边、熔接痕、烧伤、银线、喷流纹、翘曲、变形、气泡、白化

（三）简易模具（一般）
识记：简易模具

第七章   大巧若拙—塑料工程结构设计

一、学习目的与要求

本章学习目的为：掌握 10类塑料连接结构的原理、特点，有能力检索、交流并将其应用于具体的设计案例中。熟悉塑料产品密封结构、链结构、弹性结构，初步具备将其应用于具体的设计案例中的能力。要求学生能够学握 10 类塑料连接结构的原理、特点、适用范围。掌握查询、类比等筛选方式并将其应用于设计中。有能力和专业结构设计师进行相关交流。充分了解塑料的密封结构、较链结构和弹性结构的原理。和其他材料的类似结构进行比对，了解塑料产品中这3类结构的特点。有能力基于这些结构的实现原理进行一定的创新设计。

二、考核知识点与考核目标

（一）塑料连接结构设计（重点）
理解：自攻螺钉连接

螺栓连接

预埋螺钉、螺母连接

塑料自身螺纹连接

金属卡簧连接

塑料弹性扣合连接

塑料防滑钉、塑料膨胀钉连接过盈连接

粘结

焊接

（二）塑料密封结构设计（次重点）
应用：塑料密封结构

（三）塑料铰链结构设计（次重点）

            应用：塑料铰链结构设计

（四）塑料弹性结构设计（一般）

应用：塑料弹性结构设计

第八章   平面构建立体—薄壁结构和冲压成型产品设计基础

一、学习目的与要求

本章学习目的为：了解薄壁结构的力学构造。熟悉以冲压成型为主的金属板材成型加工工艺，熟知其分类、原理、优势和适用范围。了解基于成型工艺的金属板材制品的结构原理和外观造型设计之间的关系。掌握金属板材结构设计基础，初步具备将其应用于具体的设计案例中的能力。了解模压胶合板工艺及其造型、结构设计基础。要求学生了解薄壁材料的一些力学结构设计。了解薄壁材料力学结构的工程化应用。熟冲压成型工艺的原理、优势。熟悉冲压成型下属各成型工艺的原理和适用范围。熟悉冲裁、折、拉伸等重要冲压工艺的技术要点和设计要点，掌握简单的工程设计方法。了解金属板材结构设计和外观造型设计之间的关系。熟悉金属板材壁厚选择和结构设计、外观造型设计之间的应用案例。熟悉金属板材连接结构设计。初步具备运用上述知识进行金属板材的产品设计和创新设计的能力。了解模压胶合板的成型原理和适用范围。了解薄壁结构相关知识，初步具备运用成型原理设计胶合板产品的能力。

二、考核知识点与考核目标

（一）薄壁板材的工程化设计（次重点）

识记：薄壁板材的工程化设计

（二）钣金成型工艺（重点）
识记：钣金、冲压、冲裁、折弯、拉深、起伏、压印、旋压、塑型

理解：综合构成

（三）钣金产品结构设计基础（次重点）

            应用：钣金产品壁厚选取与增强设计

冲压制品的连接设计

（四）模压成型胶合板产品设计（重点）

识记：胶合板

模压胶合板

应用：模压胶合板设计要点

第九章   工程与造型—结构性造型设计研究

一、学习目的与要求

本章学习目的为：了解产品设计的工程语言。理解材料力学相关理论并将其用于解决造型设计问题。理解结构力学的相关现象、方法并将其用于解决造型设计问题。深入理解前面几章介绍的材料、成型工艺相关知识，对比总结这几部分内容，并具备提出创新设计的能力。要求学生理解产品造型设计在工程技术方面的本质。了解工程语言与创新设计之间的关系。了解材料力学中的一些力学理论对于产品造型设计的限制。熟悉内力、应力、应集中现象，以及规避应力集中的各种设计手段。了解结构力学中的一些力学理论对于产品造型设计的限制。熟悉结构力学中4 种比较典型的结构形式及其造型方式和特点。建立材料、成型工艺和造型设计之间的知识体系。有能力根据新材料、新工艺提出创新设计。

二、考核知识点与考核目标

（一）造型设计的工程语言（一般）

识记：造型设计的工程语言

（二）来自材料力学的工程语言（次重点）
识记：内力、应力

理解：应力集中

（三）来自结构力学的工程语言（次重点）

            识记：来自结构力学的工程语言

（四）来自材料和工艺的工程语言（重点）

应用：材料、工艺和造型设计

          来自新材料、新工艺的造型设计

 

 第十章   极致追求—材料、工艺与设计师

一、学习目的与要求

本章学习目的为：理解增材成型与工艺的关系。熟悉增材成型工艺的技术原理。熟悉增材成型的应用和创新思维理解计算机辅助设计、增材成型、产品设计和研发之间的关系。要求学生理解材料和成型工艺之间和谐又矛盾的关系。理解增材制造在处理材料和工艺之间矛盾上作用。熟悉6大类、11小类增材成型工艺的技术原理、特点和适用范围。了解增材成型工艺的发展状况和最新成果。熟悉增材成型在快速模型、快速模具、快速制造方面的应用优势和发展潜力。了解增材制造在设计思维和技术创新中的应用。了解计算机辅助设计和增材成型之间的关系。了解计算机辅助仿真、计算机辅助制造和产品研发之间的关系。

二、考核知识点与考核目标

（一）材料与工艺的再次讨论（一般）

识记：材料与工艺相辅相成

设计师与生产工艺

产品设计和增材成型

（二）增材成型工艺基础（次重点）
识记：熔融沉积成型

三维打印成型

液态光敏树脂选择性固化

激光粉末烧结

激光选区熔化层合实体制造

激光金属沉积

（三）增材成型技术应用（次重点）

            理解：快速模型

快速模具

快速制造

应用：创新应用

（四）计算机辅助工业设计与成型（次重点）

理解：计算机辅助分析与仿真

      计算机辅助制造

      产品研发与成型过程中的CAE和CAID

 第三部分   有关说明与实施要求

一、考核目标的能力层次表述

    本课程的能力考核目标共分为三个能力层次：“识记”、“理解”、“应用”。各能力层次为递进等级关系，后者必须建立在前者的基础上，其含义是：
    识记：能够识别和记忆本课程中的有关材料的分类、构造及性能的主要内容，并能够根据考核的不同要求，做出正确的表述、选择和判断。

    理解：能够领悟和理解本课程中有关材料特性及加工工艺的内涵，全面把握基本概念、基本原理、基本方法，能掌握有关概念、原理、方法的区别与联系，并能够根据考核的不同要求，对问题进行逻辑推理和论证，做出正确的判断、解释和说明。

应用（包含简单应用和综合应用）：能在理解掌握的基础上，联系实际、运用不同类别的材料学理论进行产品设计问题分析和论述，是既要求学生掌握理论、又要求具备分析论证能力的高层次要求；能综合运用材料学的知识理论，进行工业产品的结构设计和综合应用，是最高层次的要求。

二、指定教材

指定教材为考生自学、社会助学和考试命题的依据。

指定教材：《产品设计材料与工艺》，敖进编著，北京大学出版社，2023年6月

三、自学方法指导

1、自学时必须要认真阅读教材，开始阅读每一章之前，应先认真学习大纲中有关该章的考核知识点、自学要求以及对知识点的能力层次要求和考核要求。以便在阅读教材时做到心中有数，有的放矢。

2、使用教材时，应注意将精读与泛读相结合，应在泛读即通读的基础和掌握较全面的知识背景条件下，对考核知识点进行重点地逐段细读，逐句推敲，以求做到对基本概念深刻理解，对历史脉络彻底弄清，对基本理论牢固掌握。切忌在没有全面学习教材的情况下孤立地抓考核知识点，以免不能真正地理解和灵活地运用。

3、在自学过程中，既要思考问题，也要做好阅读笔记，把教材中的基本概念术语、基本理论、重点案例分析加以整理，归纳出要点，从而加深对问题的认知、理解和记忆。有利于突出重点，并涵盖全部课程内容，同时锻炼提高自己的自学能力。

4、在自学过程中，既要注重理论知识，也应重视实际运用能力的培养。如运用材料与加工工艺的相关理论对设计过程进行分析，对设计案例进行评价和解读，利用材料学理论指导工业产品设计思路。要通过完成练习思考题、设计方案表达，锻炼自己运用材料的结构设计能力和创新表达能力。

5、考生在自学过程中也可参考唐开军编著的《产品设计材料与工艺》（中国轻工业出版社，2023年2月版）辅助学习、理解相关知识。

 四、对社会助学的要求

1.社会助学者应根据本大纲规定的考试内容和考核目标，认真钻研自学考试指定教材，明确本课程与其他课程不同的特点和学习要求，对自学应考者进行切实有效的辅导，引导他们防止自学中的各种偏向，把握社会助学的正确导向。

2.要正确处理基础知识和应用能力的关系，努力引导自学应考者将识记、理解与应用联系起来，把基础知识和理论转化为应用能力，在全面辅导的基础上，着重培养和提高自学应考者的分析问题和解决问题的能力。

3.要正确处理重点、次重点和一般的关系。课程内容有重点、次重点和一般之分，但考试内容是全面的，而且三者之间是相互联系的，不是截然分开的。社会助学者应指导自学应考者全面系统地学习教材，掌握全部考试内容和考核知识点，在此基础上再突出重点。总之，要把重点学习同兼顾一般结合起来，切勿孤立地抓重点，把自学应考者引向猜题押题。

4．助学学时建议。本课程共4学分，助学建议不少于72学时，课程学时分配见下表，考生也可参考该表安排自学时间。

章次	课程内容	助学学时
1	基石和砖瓦——材料科学和工程材料	4
2	玻璃钢不是钢——复合材料及其应用基础	4
3	随型随性——铸造和模具成型原理	5
4	造型和造物——成型加工工艺基础	9
5	百变塑性——塑料产品成型基础	9
6	凝固创想——注塑产品结构、工艺与设计	9
7	大巧若拙——塑料工程结构设计	9
8	平面构建立体——薄壁结构和冲压成型产品设计基础	9
9	工程与造型——结构性造型设计研究	5
10	极致追求——材料、工艺与设计师	9
总计		72

 五、关于命题考试的若干规定

1、本大纲各章所提到的内容和考核目标都是考试的内容。

2、试卷中对不同能力层次要求和试题所占的比例大致是：“识记”为50%，“理解”为30%，“应用”为20%。

3、试题难易程度要合理，可分为四档：易、较易、较难、难，这四档在每份试卷中所占比例依次为2：3：3：2左右。

4、每份试卷中，各类考核点所占比例约为：重点占50%，次重点占30%，一般占20%。

5、试题题型一般分为：填空题、选择题（包括单项与多项）、解释概念题、简答题等。

6、考试采用闭卷笔试。考试时间为150分钟，采用百分制评分，60分为及格。

六、题型示例（样题）

（一）填空题

复合材料根据性能要求可以分为____________与____________。

（二）单项选择题

下面不属于去除材料成型的工艺有（     ）。

A．铣削  B. 切割 C.电火花加工 D. 锻压

（三）多项选择题

按金属材料构成元素不同可分为（      ）金属材料和（       ）金属材料。

A．有色          B. 铸造          C. 黑色            D. 粉末

（四）概念解释题

1. 消失模铸造
2. 2. 过盈连接

（五）简答题

1. 简述掐丝珐琅的主要工艺过程。
2. 简述塑料材料的缺点