材料成型导论(普通高等院校机电工程类规划教材)
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作者编者:余世浩//张琳琅
出版社清华大学
ISBN9787302516033
出版时间2018-11
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定价46元
货号30425164
上书时间2024-06-30
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目录
第1章概述
1.1材料成型专业涉及的技术领域
1.2材料成形在国民经济中的作用
1.3材料成形工艺的分类与特点
1.4材料成型专业人才培养模式与教学质量标准
1.4.1材料成型专业人才培养模式
1.4.2机械类教学质量国家标准
1.5材料成形技术的发展趋势
习题与思考题
第2章金属液态成形
2.1金属液态成形基础
2.1.1液态金属的充型能力
2.1.2液态金属的凝固与收缩
2.1.3合金的吸气性及气孔
2.2铸造合金及熔炼
2.2.1常用铸造合金
2.2.2铸铁及其熔炼
2.2.3铸钢及其熔炼
2.2.4铸造非铁合金及其熔炼
2.3砂型铸造
2.3.1砂型铸造的工艺流程
2.3.2型砂、芯砂
2.3.3型（芯）砂的配制
2.3.4砂型制造
2.3.5砂芯制造
2.3.6造型生产线
2.4特种铸造
2.4.1熔模精密铸造
2.4.2金属型铸造
2.4.3压力铸造
2.4.4低压铸造
2.4.5离心铸造
2.5近代液态成形技术
2.5.1半固态成形技术
2.5.2电磁铸造
2.5.3喷射铸造
2.5.4计算机技术在金属液态成形中的应用
习题与思考题
第3章金属塑性成形
3.1金属塑性成形基础
3.1.1金属的塑性成形性能
3.1.2金属的塑性变形规律
3.1.3塑性变形对金属组织与性能的影响
3.2冲压成形
3.2.1概述
3.2.2冲裁工艺
3.2.3弯曲工艺
3.2.4拉伸工艺
3.2.5成形工艺
3.3锻造成形
3.3.1锻造成形工艺的分类
3.3.2自由锻
3.3.3模锻
3.3.4锻模
3.4其他塑性成形技术
3.4.1挤压成形
3.4.2超塑性成形
3.4.3精密冲裁
3.4.4无模多点成形
3.4.5轧制成形
3.4.6旋压
3.4.7摆动辗压
3.4.8粉末成形
3.4.9高速高能成形
3.5塑性成形设备
3.5.1机械压力机
3.5.2液压机
3.5.3螺旋压力机
习题与思考题
第4章金属焊接成形
4.1焊接原理与工艺方法
4.2熔焊的工艺特点及应用
4.2.1电弧焊
4.2.2电渣焊
4.2.3激光焊接与切割
4.2.4气焊与气割
4.2.5电子束焊
4.2.6热剂焊
4.3压焊的工艺特点及应用
4.3.1电阻焊
4.3.2摩擦焊
4.3.3扩散焊
4.3.4爆炸焊
4.3.5超声波焊
4.4钎焊的工艺特点及应用
4.4.1概述
4.4.2浸渍钎焊
4.4.3电阻钎焊
4.4.4感应钎焊
4.4.5炉中钎焊
4.4.6其他钎焊方法
4.5焊接成形件的检验
4.5.1常见的焊接缺陷
4.5.2焊接检验方法
习题与思考题
第5章非金属材料成型
5.1塑料成型
5.1.1塑料
5.1.2塑料成型工艺
5.1.3塑料成型模具
5.1.4塑料成型设备
5.2橡胶成型
5.2.1橡胶材料的组成
5.2.2橡胶的性能与用途
5.2.3橡胶制品的成型
5.3陶瓷成型
5.3.1陶瓷材料的组成与制备
5.3.2陶瓷的分类及性能
5.3.3陶瓷材料成型
习题与思考题
第6章3D打印成形
6.13D打印成形的原理
6.23D打印成形工艺
6.2.1立体光固化成形工艺
6.2.2分层实体制造工艺
6.2.3选域激光烧结工艺
6.2.4熔融沉积工艺
6.2.5三维印刷工艺
6.2.6喷射成形工艺
6.33D打印成形技术的应用
6.3.1原型制造
6.3.2模具制造
6.3.3模型制造
6.3.4零部件及工具制造
6.43D打印成形技术的发展趋势
习题与思考题
参考文献
内容摘要
\"本书为普通高等教育“十三五”规划教材、普通高等院校机电工程类规划教材，主要内容包括：材料成型专业概况和涉及的技术领域、金属液态成形、金属塑性成形、金属焊接成形、非金属材料成型和3D打印成形等。通过本书的学习可以使读者全面了解材料成形技术的概貌，为专业课程学习和专业实践打下良好基础。
本书可以作为材料成型及控制工程专业和机械类相关专业的教材或参考用书，也可供从事材料成形领域工作的工程技术人员参考。\"
精彩内容
第1章概述任何材料，一般只有将其加工成一定形状和尺寸后，才具有特定的使用功能。顾名思义，材料成型即是将原材料加工成特定形状与尺寸零件（或毛坯）的方法。
1.1材料成型专业涉及的技术领域
材料成型及控制工程（materialmoldingandcontrolengineering）专业是1998年国家进行专业调整时新设立的专业，涵盖原金属材料与热处理（部分）、热加工工艺及设备、铸造（部分）、塑性成形工艺及设备、焊接工艺及设备（部分）等多个专业内容。新专业调整强调“厚基础、宽口径”，通过老专业合并来加强学科基础，拓宽专业面，从而改变老专业口径过窄、适应性不强的状况，培养出适合经济快速发展需要的人才，即由“专才”培养向“通才”培养模式转变。2012年，对1998年印发的普通高等学校本科专业目录进行了修订，材料成型及控制工程专业代码由080302调整为080203。
材料成型及控制工程专业是一个具有机械学科典型特征和浓厚材料学科色彩的宽口径专业，主要研究各种材料成形的工艺方法、质量控制以及材料成形的机械化和自动化，是集材料制备与成形及过程自动化为一体的综合性学科。本书中常用到“成型”（molding）和“成形”（forming）两个词。作者认为，“成型”一词强调的是被加工零件形状与模具（或工具）型腔一致，即模具型腔对产品（制品）最终形状的作用；而“成形”则侧重毛坯变形成所需形状和尺寸产品（或制品）的过程及原理（机理）。一般情况下，本书使用“成形”一词。
材料成型是研究材料成形的机理、成形工艺、成形设备及相关过程控制的一门综合性应用技术，通过改变材料的微观结构、宏观性能和外部形状，满足各类产品的结构、性能、精度及特殊要求。按材料种类及形态不同，材料成型涉及如下内容。
1.金属材料的塑性成形金属塑性成形（plasticforming）方法是对坯料施加外力，使其产生塑性变形，改变尺寸、形状及性能，从而获得机械零件、工件或毛坯的成形方法。根据坯料的几何特点，金属塑性成形方法一般分为体积成形（如锻造、挤压）和板料成形（如冲压）两大类。锻造与冲压统称为锻压，是塑性成形的主要方法。锻造通常在坯料加热后进行，属于热加工。金属经锻造后能使晶粒细化、成分均匀、组织致密、保持流线、提高强度，承受重载及冲击载荷的重要零件多以锻件为毛坯。冲压一般不需加热，以薄板金属为原材，故又称为冷冲压或板料冲压。冲压件具有强度高、刚性好、结构轻等优点。
2.金属材料的液态成形金属的液态成形常称铸造(casting)，是指将熔炼成液态的金属浇入事先制造好的铸型，凝固后获得一定形状和性能铸件的成形方法。它能最经济地制造出外形和内腔很复杂的零件（如各种箱体、机架、机床床身、发动机机体和缸盖等），而且液态成形件的形状、尺寸比较接近零件，节省金属材料和加工工时。生产中常用于各种尺寸、形状、重量毛坯的制造。
3.金属材料的连接成形金属的连接成形（jointing），一般指焊接（welding），是通过加热、加压或加热加压，并且用或不用填充材料，使焊件达到原子结合的一种加工方法，所用能源可以是电能、机械能、化学能、声能或光能等。按焊接过程的特点，可将焊接分为熔化焊、压力焊和钎焊三大类。金属的连接成形广泛应用于航空航天、船舶重工、桥梁建造、汽车制造等行业。
4.金属粉末成形粉末成形属于粉末冶金范畴，它以金属粉末（或非金属粉末混合物）为原料，经成形和烧结操作可制造各种金属材料、复合材料及其零部件。常用的粉末成形方法有模压、轧制、挤压、温压、注射成形及粉浆浇注等。粉末成形在无机非金属材料加工领域应用也极为广泛。
5.非金属材料成型非金属材料是指除金属以外的其他一切材料，如塑料、合成橡胶、合成纤维、胶黏剂、陶瓷、玻璃、水泥、耐火材料等，它们在各工业领域中有广泛应用。
1）塑料成型工程塑料是常用的高分子材料。相对金属来说，塑料具有密度小、比强度高、耐腐蚀、电绝缘性好、耐磨和自润滑性好，以及透光、隔热、消声、吸振等优点。但也存在强度低、耐热性差、容易蠕变和老化等缺点。在工程塑料的成型工艺中常见的有注射成型（成型尺寸精确、形状复杂、薄壁或带金属嵌件的塑料制品）、挤出成型（成型热塑性塑料，生产各种板、管、棒、线等塑料制品）和压制成型（成型板、管和棒等塑料制品）。
2）橡胶材料成型橡胶是在室温下具有高弹性的高分子材料，用于制作轮胎、动静态密封件、减振防振件、传动件、运输胶带和管道、电缆和电工绝缘材料等。橡胶的成型工艺有塑炼、混炼、压延工艺、压出工艺、注塑成型等。
3）陶瓷材料成型陶瓷是由金属和非金属形成的无机化合材料，性能硬而脆，与金属材料和工程塑料相比有更高的耐高温、耐蚀和耐磨性。利用陶瓷特有的物理性能可制造出种类繁多、用途各异的陶瓷材料，例如导电陶瓷、半导体陶瓷、压电陶瓷、绝缘陶瓷、磁性陶瓷、光学陶瓷等，也可利用某些精密陶瓷对声、光、电、热、磁、力、温度、湿度、射线等信息显示的敏感特性而制得各种陶瓷传感材料。
6.3D打印成形3D打印成形是近30年来发展起来的一门制造技术，早期称为快速原型制造或快速成型，是计算机辅助设计与制造、计算机数字控制、激光、精密伺服驱动等先进技术以及材料科学的集成。3D打印成形基于离散和材料累加原理，并由CAD模型直接驱动完成任意复杂形状产品的快速制造，摆脱了传统的“去除”加工方法，而采用全新的“增材”成形方法，不需要传统的刀具、夹具以及多道加工工序，可实现任意复杂物体的快速、精密“自由制造”，解决了许多复杂结构物体的成形难题，能更好地响应市场需求，提高企业的竞争力。
1.2材料成形在国民经济中的作用材料成形技术在工业生产的各个行业都有广泛应用，尤其是对制造业来说更具有举足轻重的作用。制造业是生产和装配制成品的企业群体的总称，包括机械、运输工具、电气设备、仪器仪表、食品工业、服装、家具、化工、建材和冶金等，它在国民经济中占有很大的比重。统计资料显示，近年来我国制造业占国民生产总值（GDP）的比例已超过35%，同时，制造业的产品还广泛地应用于国民经济的诸多其他行业，对这些行业的运行产生着不可忽视的影响。因此，作为制造业的一项基础和主要的生产技术，材料成形技术在国民经济中占有十分重要的地位，并且在一定程度上代表着一个国家的工业技术发展水平。
采用铸造方法可以生产铸钢件、铸铁件及各种铝、铜、镁、钛及锌等有色合金铸件。我国已铸造出重约315t的大型厚板轧机的铸钢框架，重达260t的大型铸铁钢锭模，还铸出了30×104kW水轮机转子等复杂铸件，其尺寸精度达到国际电工学会规定的标准。采用铸造方法还可以铸造壁厚0.3mm、长度12mm、质量为12g的小型薄壁铸件。在机床和通用机械中铸件质量占70%～80%，风机、压缩机中铸件质量占60%~80%，农业机械中铸件质量占40%～70%，汽车中占20%~30%。
采用塑性成形方法，可生产各种金属（黑色金属和有色金属）及其合金的锻件和板料冲压件。塑性加工的零件和制品在汽车与摩托车中占70%~80%，在拖拉机和农业机械中占50%，在航空航天飞行器中占50%~60%，在仪表中占90%，在家用电器中占90%~95%，在工程与动力机械中占20%~40%。
采用连接方法生产独立的制件或产品虽然不如铸造和塑性成形方法多，但据国外权威机构统计，在各类工业制品中半数以上都需要采用一种或多种连接技术才能制成。在钢铁、汽车和铁路车辆、舰船、航空航天飞行器、原子能反应堆及电站、石油化工设备、机床和工程机械、电器与电子产品、家电以及桥梁、高层建筑、高铁、油气远距离输送管道、高能粒子加速器等许多重大工程中，连接技术都占据十分重要的地位，连接技术的应用十分广泛。
以载货汽车为例，一辆汽车由数十个部件、上万个零件装配而成。其中发动机上的汽缸体、汽缸套、汽缸盖、离合器壳体、手动（自动）变速箱壳体、后桥壳体、活塞、活塞环、化油器壳体、油泵壳体等，采用铸铁、铸铝和铝合金铸造或压铸工艺生产；连杆、曲轴、气门、齿轮、同步器、万向节、十字轴、半轴、前桥及板簧零件，采用模锻工艺生产；车身、车门、车架、油箱等，经冲压和焊接制成；车内饰件、仪表盘（部分汽车）、方向盘、灯罩（部分）等，采用注塑生产；而轮胎为橡胶压制件。总之，一辆汽车有80%~90%的零件是经成形工艺生产的。
总之，金属材料约有70%以上需经铸、锻、焊成形加工才能获得所需制件，非金属材料也主要依靠成型方法才能加工成半成品或最终产品。因此，材料成形是整个制造技术的一个重要领域，是国民生产中极为重要且不可替代的组成部分，可以毫不夸张地说，没有先进的材料成形技术，就没有现代制造业。
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