材料工程導論

前言

材料成型及控制工程專業(yè)是1998年國家教育部進行專業(yè)調整時，在原鑄造專業(yè)、焊接專業(yè)、鍛壓專業(yè)及熱處理專業(yè)基礎上新設立的一個專業(yè)，其目的是為了改變原來老專業(yè)口徑過窄、適應性不強的狀況。新專業(yè)強調“厚基礎、寬專業(yè)”，以拓寬專業(yè)面，加強學科基礎，培養(yǎng)出適合經濟快速發(fā)展需要的人才。但是由于各院校原有的專業(yè)基礎、專業(yè)定位、培養(yǎng)目標不同，也導致在人才培養(yǎng)模式上存在較大差異。例如，一些研究型大學擔負著精英教育的責任，以培養(yǎng)科學研究型和科學研究與工程技術復合型人才為主，學生畢業(yè)以后大部分攻讀研究生，繼續(xù)深造，因此大多是以通識教育為主。而大多數(shù)教學研究型和教學型大學擔負著大眾化教育的責任，以培養(yǎng)工程技術型、應用復合型人才為主，學生畢業(yè)以后大部分走向工作崗位，因此大多數(shù)是進行通識與專業(yè)并重的教育。而且目前我國社會和工廠企業(yè)的專業(yè)人才培訓體系沒有完全建立起來；從人才市場來看，許多工廠企業(yè)仍按照行業(yè)特征來招聘人才。如果學生在校期間的專業(yè)課學得過少，而畢業(yè)后又不能接受繼續(xù)教育，就很難承擔用人單位的工作。因此許多學校在拓寬了專業(yè)面的同時也設置了專業(yè)方向。針對上述情況，教育部高等學校材料成型及控制工程專業(yè)教學指導分委員會于2008年制定了《材料成型及控制工程專業(yè)分類指導性培養(yǎng)計劃》，共分四個大類。其中第三類為按照材料成型及控制工程專業(yè)分專業(yè)方向的培養(yǎng)計劃，按這種人才培養(yǎng)模式培養(yǎng)學生的學校占被調查學校的大多數(shù)。其目標是培養(yǎng)掌握材料成形及控制工程領域的基礎理論和專業(yè)基礎知識，具備解決材料成形及控制工程問題的實踐能力和一定的科學研究能力，具有創(chuàng)新精神，能在鑄造、焊接、模具或塑性成形領域從事設計、制造、技術開發(fā)、科學研究和管理等工作，綜合素質高的應用型高級工程技術人才。其突出特色是設置專業(yè)方向，強化專業(yè)基礎，具有較鮮明的行業(yè)特色。由化學工業(yè)出版社組織編寫和出版的這套“材料成型及控制工程系列規(guī)劃教材”，針對第三類培養(yǎng)方案，按照焊接、鑄造、塑性成形、模具四個方向來組織教材內容和編寫方向。教材內容與時俱進，在傳統(tǒng)知識的基礎上，注重新知識、新理論、新技術、新工藝、新成果的補充。根據(jù)教學內容、學時、教學大綱的要求，突出重點、難點，力爭在教材中體現(xiàn)工程實踐思想。體現(xiàn)建設“立體化”精品教材的宗旨，提倡為主干課程配套電子教案、學習指導、習題解答的指導。

內容概要

本書為高等學校教學用書，是材料成型及控制工程系列規(guī)劃教材之一。內容包括：金屬的液態(tài)成形、塑性成形和焊接成形；非金屬材料成型；表面工程技術以及其他成形工藝方法。通過本書的學習可以使讀者全面地了解和掌握材料工程的全貌，為以后的專業(yè)課程學習和工程實踐打下基礎。    本書可以作為材料成型及控制工程專業(yè)與機械類相關專業(yè)的教材和主要參考書，也可供相關行業(yè)的工程技術人員自學與參考。

書籍目錄

第1章  金屬液態(tài)成形1   1.1  液態(tài)金屬成形工藝理論1     1.1.1  液態(tài)金屬成形工藝的概念1     1.1.2  液態(tài)金屬成形工藝特點1     1.1.3  合金的鑄造性能2   1.2  鑄造合金及熔煉13     1.2.1  常用鑄造合金13     1.2.2  鑄造合金熔煉15   1.3  鑄造成型工藝17     1.3.1  砂型鑄造17     1.3.2  砂型鑄造工藝方案的確定22   1.4  特種鑄造27     1.4.1  熔模鑄造27     1.4.2  金屬型鑄造28     1.4.3  壓力鑄造29     1.4.4  低壓鑄造31     1.4.5  離心鑄造31     1.4.6  擠壓鑄造33     1.4.7  消失模鑄造33   1.5  金屬液態(tài)成形技術的發(fā)展34     1.5.1  固態(tài)金屬鑄造成形技術34     1.5.2  近凈成形鑄造技術35   習題與思考題36 第2章  金屬塑性成形38   2.1  金屬塑性成形理論基礎38     2.1.1  金屬塑性變形38     2.1.2  金屬塑性變形后的組織與性能39     2.1.3  金屬可鍛性及影響因素40   2.2  鍛造成形工藝42     2.2.1  自由鍛42     2.2.2  模鍛47   2.3  板料沖壓成形工藝56     2.3.1  板料沖壓成形的基本工序56     2.3.2  板料沖壓模具64     2.3.3  沖壓件結構設計66   2.4  其他塑性成形工藝簡介67     2.4.1  擠壓成形67     2.4.2  精密模鍛成形68     2.4.3  多向模鍛69     2.4.4  液態(tài)模鍛成形70     2.4.5  擺碾成形71     2.4.6  軋制成形72     2.4.7  粉末鍛造73     2.4.8  超塑性成形74     2.4.9  內高壓成形75     2.4.10  高速高能成形76   習題與思考題77 第3章  金屬焊接成形79   3.1  焊接原理79     3.1.1  焊接的本質與特點79     3.1.2  焊接方法的分類80     3.1.3  焊接接頭的組織及性能81   3.2  常用的焊接方法98     3.2.1  電弧焊98     3.2.2  電阻焊106     3.2.3  釬焊110   3.3  金屬材料的焊接性113     3.3.1  金屬焊接性的概念113     3.3.2  影響焊接性的因素113     3.3.3  焊接性評定方法分類114   習題與思考題116 第4章  非金屬材料成型117   4.1  塑料的成型工藝117     4.1.1  塑料成型基礎117     4.1.2  塑料成型方法121     4.1.3  塑料成型模具130     4.1.4  塑件結構設計136   4.2  橡膠的成型工藝145     4.2.1  常用橡膠材料145     4.2.2  橡膠制品成型146   4.3  陶瓷材料的成形工藝149     4.3.1  陶瓷粉的性能與制備150     4.3.2  陶瓷材料的成形方法152     4.3.3  陶瓷的燒結157   習題與思考題158 第5章  表面工程技術160   5.1  表面工程技術概述160   5.2  表面涂層技術160     5.2.1  熱噴涂技術160     5.2.2  鍍層技術167     5.2.3  表面沉積技術169   5.3  表面強化改性技術174     5.3.1  固態(tài)表面強化174     5.3.2  液態(tài)表面強化175   習題與思考題176 第6章  其他成形工藝方法177   6.1  粉末冶金成形工藝方法177     6.1.1  粉末冶金成形工藝過程177     6.1.2  粉末冶金制品的結構工藝性180   6.2  復合材料成形工藝183     6.2.1  復合材料的概念和分類183     6.2.2  復合材料成形方法184     6.2.3  復合材料的應用188   6.3  快速成形工藝189     6.3.1  快速成形的原理與特點189     6.3.2  快速成形工藝方法190   習題與思考題193 第7章  材料成形工藝的選擇194   7.1  材料成形工藝選擇的原則194     7.1.1  常用材料成形工藝分析194     7.1.2  材料成形工藝的選擇原則196     7.1.3  材料成形工藝的選擇依據(jù)198   7.2  材料的失效與防護199     7.2.1  機械失效與失效分析199     7.2.2  材料失效的防護202     7.2.3  產品的質量控制與檢驗204   7.3  典型零件毛坯材料成形工藝的選擇207     7.3.1  常用機械零件毛坯成形方法選擇207     7.3.2  毛坯成形方法選擇實例209   習題與思考題213 參考文獻214

章節(jié)摘錄

插圖：為適應復雜鑄件的要求，曾出現(xiàn)了沖擊氣流壓實造型機，即將壓縮空氣的升壓速率從5MPa／s提高到約30MPa／s，從而使型砂被沖擊波預緊實，然后再進行高壓壓實。靜壓造型緊實度高而均勻，噪聲小，效率高，但機器結構較復雜，目前廣泛用于精度要求高的中、小型鑄件大量生產中。（3）機器造型工藝特點  機器采用模板造型，模板是由模樣、澆注系統(tǒng)與底板裝配成一體的專用模具。造型后，底板形成分型面，模樣形成砂型型腔。多數(shù)情況下采用單面模板來造型，其特點是上、下型以各自的模板，分別在兩臺配對的造型機上造型，造好的上、下半型用砂箱定位銷合型。對于小鑄件生產，可采用雙面模板進行脫箱造型。雙面模板是把上、下兩個模樣及澆注系統(tǒng)固定在同一塊模板的兩側，此時，上、下兩型均由同一臺造型機制出，鑄型合型后將砂箱脫除（即脫箱造型），并在澆注前在鑄型上加套箱，以防錯箱。無論單面或雙面模板，其上面均裝有定位銷與專用砂箱上的銷子精確定位。所以機器造型的鑄件尺寸精度高于手工造型鑄件。1.3.1.4造芯當制空心鑄件或鑄件的外壁內凹，或鑄件具有影響起模的外凸時，經常要用到芯子。制作芯子的工藝過程稱為制芯。砂芯可用手工制造，也可用機器制造。手工制芯主要用于單件小批生產及產品的試制，手工制芯時為了提高芯子的剛度和強度，需在芯子中放入芯骨。機器制芯除可采用前述的震擊、壓實等緊砂方法外，最常用的是吹芯機或射芯機。首先將芯盒置于工作臺上，并向壓緊缸通入壓縮空氣，使芯盒上升，以便與底板壓緊。射砂時，打開射砂閥，使貯氣筒中的壓縮空氣通過射砂筒上的縫隙進入射砂筒內，于是型芯砂形成了高速的砂流從射砂孔射人芯盒，將砂緊實，而剩余空氣則從射砂頭上的排氣孔排人大氣。可見，射砂緊實是將填砂與緊砂兩個工序同時完成，故生產率很高，它不僅用于制芯，也開始用于造型。近些年來，由于采用以合成樹脂為黏結劑的樹脂砂來制芯，使機器制芯工藝發(fā)生了變革。它采用電熱的芯盒（或其他硬化措施）使射入芯盒內的樹脂砂快速硬化，這不僅省去了型芯骨和烘干工序，還降低了型芯的成本。

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《材料工程導論》：普通高等教育材料成型及控制工程系列規(guī)劃教材

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